下载文档原格式
矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构是通过记录坐标的方式，用点、线、面等基本要素尽可能精确地来表示各种地理实体, 点用空间坐标对表示，线用一串坐标对表示，面为由线形成的闭合多边形。
矢量数据表示的坐标空间是连续的，可以精确定义地理实体的任意位置、长度、面积等。
（一）点实体点实体包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体，如控制点、电线杆、水井等。
在矢量数据结构中，除点实体的x，y外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求, 如控制点的等级、点名，电线杆的电力或通讯、高低压，水井的自流或机动等。
点实体是空间上不可再分的地理实体，可以是具体的也可以是抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的结点等，如果点是一个与其它信息无关的符号，则记录时应包括符号类型、大小方向等有关信息；如果点是文本实体，记录的数据应包括字符大小、字体、排列方式、比例、方向以及与其它非图形属性的联系方式等信息。
对其它类型的点实体也应做相应的处理。
图9-8说明点实体的矢量数据结构的一种组织方式。
图9-8 点实体的矢量结构图（二）线实体线实体为一串由两对以上的x、y坐标定义、能反映各类线性特征的直线元素的集合。
线实体通常用n个坐标对组成,主要用于描述连续而复杂的线状地物，如道路、河流、等高线等符号线和多边形边界。
通常也称为“弧”和“链”。
它的矢量编码相对来说也是比较简单的，其中包括如下内容：1)唯一标识码：用来建立系统的排列序号。
2) 线标识码：用来确定该线的类型。
3) 起，终点：可以用点号或坐标表示。
4) 坐标对序列：确定线的形状，在一定 距离内，坐标对越多,则每个小线段越短，且与实体曲线越逼近。
5) 显示信息：显示时采用的文本或符号，如线的虚实、粗细等。
6) 其它非几何属性。
若线与结点一起构成网络，则产生线与线之间的连接判别问题，即拓扑关系中的连通性。
因此还需要在线的数据结构中建立“指针”指示其连接方向。
一.绪论1.GIS特征:地理信息除具有一般的特性外(客观性,适用性,可传输性和共享性)还具有独特特性①空间分布性②数据量大③信息载体的多样性.2.GIS概念:是在计算机硬软件系统的支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理数据进行采集,储存,管理,运算,分析,显示和描述的技术系统.GIS is a computer software tool used for assembling, storing, and displaying geographical information.3.GIS发展:①国际发展状况(GIS的开拓期20世纪60年代,GIS的巩固发展期20世纪70年代,GIS技术打发展时期20世纪80年代)②国内发展状况(起步阶段20世纪70年代,发展年代80年代,快速发展阶段90年代)4.GIS的组成:计算机硬件系统,软件系统,地理空间数据,用户和网络.GIS功能：数据输入,数据存储与管理,数据分析与处理,数据输出与表示模块和用户接口模块.5.GIS开发研究分四个阶段:系统分析,系统设计,系统实施,系统评价与维护.6.GIS建立的过程①可行性研究②系统设计③建立系统的实施计划④系统实验⑤系统运行.GIS设计基本要求:加强系统适用性,降低系统开发和应用成本,提高系统的生命周期. 7.地理数据:是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置,属性特征及时域特征三部分.描述方法:❶显示描述也称栅格数据结构❷隐示描述也称矢量数据结构.8.GIS软件:SupperMap、ArcGis、MapGis世界上第一个实用的地理信息系统——加拿大地理信息系统.9.地图数字化方法:手扶跟踪数字化,扫描矢量化.10.DEM数据结构:等高线,不规则三角形,正方形网格.11.GIS产品输出的类型:地图,形象,统计报表.12.GIS的应用①测绘与地图制图地图数据获取与成图的技术流程发生了根本的改变,地图成图周期大大缩短,地图成图精度大幅度提高,地图品种大大丰富②资源管理资源清查是GIS最基本的智能,此时系统的主要任务是将各种来源的数据汇集在一起,并通过系统的统计和分析功能,按多种边界和属性条件,提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现③城乡规划城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题,它涉及资源环境人口交通经济教育文化金融等多个地理变量和大量数据④灾害监测GIS和遥感监测的数据可以有效地用于森林火灾的预测预报洪水灾情监测土壤干旱监测洪水淹没损失的估算及农业病虫害监测,为灾害评估预测急救指导应急响应等提供决策支持⑤环境保护GIS可用于环境信息的建库管理环境变化的监测分析与预报为实现环境监测与管理科学化自动化提供最基本的条件⑥国防军事现代战争的一个基本特点就是3S技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节,它往往在一定程度上决定了战争的成败⑦精细农业在精细农业中,结合3S技术可以定量获取田区影响作物的生长因素及最终生成的空间差异性信息,在监测的基础上运用科技手段调控,最终使得田区资源潜力得到均衡利用,同时获取尽可能高的产量,如作物估产,病虫害监测治理等⑧电子商务GIS在电子商务中的应用主要集中在物流管理方面⑨电子政务有效促进政府职能部门工作的现代化网络化和透明化进程⑩交通运输结合GPS,GIS技术可以实现车辆定位跟踪路径分析路线选择等功能同时还可进行交通道路规划设计城市交通管理交通肇事分析等⑪人口管理在人口管理中应用GIS极大地推进了人口管理技术发展⑫警务大部分信息与空间位置或空间分布有关⑬医疗卫生将GIS用于传染病监控,可以大幅度提高对于大规模疾病的监测水平与大规模疾病爆发的响应速度⑭公共服务,GIS在公众服务方面提供基础的地理信息服务.二.空间信息基础1.地球空间几何模型描述四类①地球的自然表面,它是一个起伏不平十分不规则的表面包括海洋底部高山高原在内的固体地球表面②相对抽象的面,即大地水准面③模型就是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型④数学模型:是在解决其他一些大地测量学问题时提出来的,如类地形面,准大地水准面,静态水平衡椭球体等.2.地理坐标系概念:以地理极(南极北极)为极点,地理极是地轴与托球迷的交点,建立地理空间坐标系,主要目的是确定地面点的位置,也就是求出地面点对大地水准面的关系,它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面店到大地水准面的高度.4.地理空间实体分为:点,线,面三种要素,分别用点状,线状,面状符号来表示.5.空间数据特征:①空间特征:表示现象的空间位置或现在所处的地理位置②属性特征:表示现象的特征③时间特征:指现象或物体随时间的变换.6.空间数据拓扑关系:空间数据用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置,属性及其边界的信息;空间数据元数据指对于这些空间数据的描述或说明.①邻接关系:空间图形中同类元素之间的拓扑关系②关联关系:空间图形中不同元素之间的拓扑关系③包含关系:空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系.7.元数据:元数据(Meta Data)是关于数据仓库的数据,指在数据仓库建设过程中所产生的有关数据源定义,目标定义,转换规则等相关的关键数据.8.空间数据元数据:用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置,属性及其边界的信息,空间数据元数据指对于这些空间数据的描述或说明.9.空间数据内插方法:趋势面拟合技术,局部拟合技术及维护.三.空间数据结构1.数据结构即数据组织的形式,是适合于计算机存储,管理和处理的数据逻辑结构,对空间数据而言,则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述.2.空间数据库:是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合.3.空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁,只有充分理解地理信息系统所采用的特定数据结构,才能正确有效地使用.空间数据结构有栅格数据结构和矢量数据结构组成.4.栅格数据结构:是最简单直观的数据结构,又称为网络结构或像元结构,是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网络阵列,每个网络作为一个象元或像素,由行号列号定义,并包含一个代码表示该像素的属性类型或量值,或仅仅包含指向其属性记录的指针.5.栅格结构数据4途径:①目读法,在专题图上均匀划分网格,逐个网络地决定其代码,最后形成栅格数字地图文件②数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图,得到矢量结构数据后,再转换为栅格结构③扫描数字化:逐点扫描专题地图,将扫描数据重采样再编码得到的栅格数据文件④分类影像输入:将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统作为栅格数据结构的专题地图.6.栅格数据压缩编码方式①链式编码:又称弗里曼链码或边界链码,链式编码主要是记录线装地物和面状地物的边界②游程长度编码:是栅格数据压缩的重要编码方法,基本思路是:一幅栅格图像常有行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性代码,因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容.③块状编码：是游程长度编码扩展到二维的情况,采用方形区域作为记录单元包括相邻的若干栅格,数据结构由初始位置(行列号)和半径,再加上记录但愿的代码组成.④四叉树编码:机构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四个部分,逐块检查其格网属性值(或灰度).7.矢量数据结构:即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点线面等地理试题,坐标空间设为连续,允许任意位置,长度和面积的精确定义.是计算机对地理实体的隐式描述.8.矢量数据结构编码基本内容:①点实体,包括由单独一对xy坐标定位的一切地理或制图实体②线实体,可以定义为直线元素组成的各种线性要素,直线元素有两对以上的xy坐标定义③面实体,多边形数据时描述地理空间信息的最重要的一类数据.9.矢量数据结构编码方法:实体式,索引式,双重独立式,链状双重独立式.10.矢量数据分析基本方法①包含分析,确定要素之间是否存在着直接的联系,即矢量点线面之间是否存在空间位置的联系.通过计算点到点,点到线之间的距离,利用最小距离阈值判断包含的结果②矢量数据的缓冲区分析③叠置分析❶多边形叠置分析,指同一地区,同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置❷矢量数据与栅格数据间的叠置分析,此方法可以快速地获取区域内部散点的综合空间信息④矢量数据的网络分析,是选择最佳路径,选择最佳布局中心的位置,使人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置.11.栅格结构和矢量结构比较？矢量结构:位置明显,属性隐含.栅格结构：属性明显，位置隐含㈠矢量模型的优点①数据存储量小②空间位置精度高③空间关系描述全面,对线状,网络状事物的分析方便④空间和属性数据综合查询与更新方便⑤普通地图可直接手工数字化㈡栅格模型优点①数据结构简单②多种地图叠合分析方便③容易描述边界复杂、模糊的事物，便于处理三维连续表面④能直接处理数字图象信息⑤能直接用栅格状设备输出图形㈢与栅格相比，矢量的缺点是①数据结构复杂②多种地图叠合分析较困难③边界复杂模糊的事物难以描述④不能直接处理数字图象信息㈣与矢量相比，栅格的缺点是①数据储存量大②空间位置精度低③难以表达线状,网络状的事物④输出地图不美观⑤普通地图须按矢量方式数字化.12.栅格数据结构向矢量数据结构转换一是矢量向栅格转换:①点的变化,将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中②矢量线段的变化,是曲线在数字化时输入多个点,形成折线,由于点多而密集,折线在视觉上形成了曲线,通过直线转换网格法完成交换③多边形数据的变换,测试过角点后，剩下线段处理,这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界,记录其位置与属性值.二是栅格向矢量转换：①基于图像数据的矢量化方法有二值化,细化和跟踪.②基于再生栅格数据的矢量化方法:边界线追踪,拓扑关系生成,去除多余点及曲线圆滑.13.栅格数据的分析处理方法①聚类聚合分析(聚类分析,聚合分析)多层面复合叠置分析(视觉信息复合,叠加分类模型)窗口分析(分析窗口的类型:矩形窗口,圆形窗口,环形窗口,扇形窗口,窗口内统计分析的类型)追踪分析等几种基本的分析模型类型.14.栅格单元代码决定方法:中心点面积占优法,重要性法,百分比法.15.其他数据结构:矢栅一体化数据结构,镶嵌数据结构,三维数据结构.四.空间数据库1.数据库:是为了一定目的,在计算机系统中以特定的结构组织,存储和应用相关数据的集合.2.空间数据库特点:①数据量特别大,地理系统是一个复杂的综合体,要用数据来描述各种地理要素,尤其是要素的空间位置,其数据量往往大的惊人.②不仅有地理要素的属性数据,还有大量的空间数据.③数据应用的面相当广如地理研究,环境保护,土地利用与规划,资源开发,生态环境等等.3.数据库主要特征：①数据集中控制特征②数据冗余度小的特征③数据独立性的特征④复杂的数据模型⑤数据保护特征.4.数据组织方式:①数据项:是可以定义数据的最小单位也称元素,基本项等②记录,由若干相关联的数据项组成③文件,是一给定类型的记录的全部具体值得集合④数据库,是比文件更大的数据组织.5.数据模型分为:①层次模型,是数据处理中发展较早,技术上也比较成熟的一种数据模型②网状模型,是数据模型的另一种重要结构,它反映着现实世界中实体间更为复杂的联系③关系模型,在层次模型与网络模型中,实体间的联系主要是通过指针来实现的,即把有联系的实体用指针连接起来.6.面向对象数据库:是指无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个对象表示，这个对象是一个包含数据集和操作集的实体.7.属性数据即空间实体的特征数据一般包括名称,等级,数量,代码,等多种形式.8.编码原则：①编码的系统性和科学性②编码的一致性③编码的标准化和通用性④编码的简捷性⑤编码的扩展性.编码内容:登记部分,分类部分,控制部分.9.编码方法:①列出全部制图对象清单②制定对象分类分级原则和指标,对制图对象进行分类分级③拟定分类代码系统④设定代码及其格式,设定代码使用的字符和数字,码位长度码位分配等⑤建立代码和编码对象的对照表.常用的编码方法:①层次分类编码法:是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码,它的优点是能明确百事出分类对象的类别,代码结构有严格的隶属关系.②多源分类编码法:又称独立分类编码法,是指对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码,各位数字代码之间并没有隶属关系. 10.图形数据采集:①野外数据采集(a平板测量b全野外数字测图c空间定位测量)②地图数字化(a手扶跟踪数字化b扫描矢量化)③摄影测量方法(a摄影测量原理b数字摄影测量的数据处理流程)④遥感图像处理(a观测数据的输入b再生校正处理c变换处理d分类处理e处理结果的输出).11.地形图纠正分为四点纠正法或逐网格纠正法①由于受地形图介质及存放条件等因素的影响,地形图的实际尺寸发生变形②在扫描过程中,工作人员的操作会产生一定的误差③由于遥感影像本身就存在着集合变形④由于所需地图图幅的投影与资料的投影不同，或需将遥感影像的中心投影或多中心投影转换为正射投影等⑤扫描时，由于受扫描仪幅面大小的影响,有时需将一幅地形图或遥感影像在拼接时难以保证精度.12.图像解译过程包括图像的成像原理,图像的成像时间,图像的解译标志,成像地区的地理特征,地图,植被气候学以及区域内有关人类活动的各种信息.遥感图像的解译有目视判读和计算机自动解译两种方法，自动解译分为监督分类和非监督分类两种.13.图幅拼接步骤①逻辑一致性的处理②识别和检索相邻图幅③相邻图幅边界点坐标数据的匹配④相同属性多边形公共边界的删除.14.误差:误差类型：源误差、操作误差操作误差:a由计算机字长引起的误差b由拓扑分析引起的误差c数据分类和内插引起的误差.源误差:a地面测量数字数据的误差，来源于地面测量的数字数据中含有控制测量和碎部测量误差.b地图数字化数据的误差,①制图误差主要有以下10个方面:控制点展绘误差,编绘误差,综合误差,绘图误差,地图复制误差,分色板套合误差,绘图材料的变形误差,归化到同一比例尺所引起的误差,特征夸大误差,特征的定义②数字化误差c遥感数据误差,①数据获取误差②数据预处理误差③数据转换误差④人工判读误差.六.地理信息系统空间分析原理与方法1.模型分类:概念模型,物理模型,数字模型.2.模型构建步骤:建立概念模型,建立定量模型,模型检验,模型应用,以上四个步骤相互联系,相互制约,循环往复,不断修正,直至完成整个模型的构建.3.地理空间:指地球表面及近地表空间,是地球大气圈水圈生物圈岩石圈和土壤圈交互作用的区域,地球上最复杂的物理过程,化学过程,生物过程地球化学过程就发生在该区域.4.地学模型:是利用地理建模的思想和方法,对自然地理对象的抽象和概括.它除具有一般模型的结构性,简单性,清晰性,客观性,可信性等特点外还具有自身的特性(复杂性,空间性,时间性,模糊性)地学模型包括几种形式：①逻辑模型②物理模型③数学模型④图像模型.5.空间数据模型抽象层次:空间概念模型,逻辑数据模型,物理数据模型.6.空间概念数据模型包括:场模型,对象模型,网络模型.7.常用空间逻辑数据模型:矢量数据模型,栅格数据模型,面向对象模型等.8.地理信息系统中视觉信息复合包括①面状图线状图和点状图之间的复合②面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的复合③遥感影像与专题地图的复合④专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图⑤遥感影像与DEM复合生成真三维地物景观.9.网络基本组成部分:链,障碍,拐角点,中心,站点.网络分析基本方法:路径分析,地址匹配,资源分配.10.空间数据内插:一般来讲,在已存在观测点的区域范围之内估计未观测点的特征值得过程称为内插.方法:趋势面拟合技术,局部拟合技术.11.数字高程模型:是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟,它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟.12.数字地形分析:是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术.13.虚拟现实:是计算机产生的集视觉,听觉,触觉等为一体的三维虚拟环境，用户借助特定装备以自然方式与虚拟环境交互作用,相互影响,从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验.14.空间实体:指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间的物体.分为点,线,面三种要素,分别用点状,线状,面状符号来表示.15.缓冲区分析:缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围,具体指在点线面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形.16.点实体:点实体包括有单独一对xy坐标定位一切地理或制图实体.17.空间数据特征①空间特征,表示现象的空间位置或现在所处的地理位置,一般以坐标数据表示②属性特征,表示现象的特征,如变量,分类和数据特征等③时间特性,指现象或物体随时间的变化.18.数据库领域常用数据模型:层次模型,网状模型和关系模型.数据间的逻辑联系:一对一的联系,一对多的联系,多对多的联系.19.空间数据库中数据组织分为:数据项,记录,文件和数据库.20.空间数据编辑与处理①误差或错误的检查与编辑②图像纠正③数据格式的转换④地图投影的转换⑤空间数据索引.21.空间数据质量误差控制方法①数据预处理②数字化设备的选用③数字化对点精度(准确性)④数字化限差⑤数据精度检查.22空间输出主要硬件设备:矢量绘图机,喷墨打印机,高分辨彩显,行式打印机和胶片拷贝机.23.空间数据质量:空间位置,专题特征以及时间是表达现实世界空间变化的三个基本要素.空间数据是有关空间位置、专题特征以及时间信息的符号记录.而数据质量则是空间数据在表达这三个基本要素时,所能够达到的准确性,一致性,完整性以及他们三者之间统一性的程序.七.地理信息可视化1.空间信息输出系统:屏幕显示,矢量绘图,打印输出(行式打印机,喷墨打印机,激光打印机)2.电子地图:是以地图数据库为基础,以数字形式存储于计算机外存储器上,并能在电子屏幕上实时显示的可视地图,又称屏幕地图或瞬时地图.分为磁盘地图或光盘地图.优点:①电子地图数据库可包括图形,图像,文档,统计数据等多种形式,也可与视频,音频信号相连,数据类型与数据量的可扩展性比较强②电子地图的检索十分方便,多种数据类型,多个窗口可以在同一屏幕上分层,实时地进行动态显示,具有广泛的可操作性,用户界面十分友好③信息的存储、更新以及通信方式较为简便,便于携带与交流④可以进行动态模拟,便于定性与定量分析,具有较强的灵活性,为地图及其相关信息深层次的应用打下坚实的基础⑤可缩短大型系列地图集的生产周期和更新周期,降低生产成本⑥与输出硬设备相连,可将电子地图上的多种信息制成硬拷贝.八.地理信息系统设计与标准化1.地理信息系统的开发阶段:系统分析,系统设计,系统实施,系统评价及维护.2.地理信息系统设计要求:加强系统实用性,降低系统开发和应用的成本,提高系统的生命周期.3.结构化分析和设计基本思想：①在研制地理信息系统的各个阶段都要贯穿系统的观点②地理信息系统的开发是一个连续有序循环往复不断提高的过程,每一个循环就是一个生命周期,要严格划分工作阶段,保障阶段任务的完成③用结构化的方法构筑地理信息系统的逻辑模型和物理模型,包括在系统的逻辑设计中,分析信息流程，绘制数据流程图④结构化分析和设计的其他一些思想还包括系统结构上的变化功能的改变以及面向用户的观点等是衡量系统优劣的重要标准之一.4.地理信息系统建立步骤①可行性研究(用户需求调查,系统目的和任务,数据源调查和评估,评价地理信息系统的年处理工作量数据库结构和大小GIS的服务范围输出形式和质量等,系统的支持状况)②系统设计③建立系统的实施计划④系统实验⑤系统运行.5.面向对象软件设计方法:是近年来发展起来的一种新的程序设计技术,其基本思想是将软件系统所面对的问题,按其自然属性进行分割,按人们通常的思维方式进行描述,建立每个对象的模型和联系,设计尽可能直接自然的表现问题求解的软件整个软件系统只由对象组成对象间联系通过消息进行.6图形数据和属性数据的误差包括:①空间数据的不完整或重复,主要包括空间点线面数据的丢失或重复,区域中心点的遗漏,栅格数据矢量化时引起的断线等②空间数据位置的不准确:主要包括空间点位的不准确,线段过长或过短,线段的断裂,相邻多边形结点的不重合等③空间数据的比例尺不准确④空间数据的变形⑤空间属性和数据连接有误⑥属性数据不完整.7.发现有效消除误差检查方法①叠合比较法,是空间数据数字化正确与否的最佳检核方法,按与原图相同的比例尺用把数字化的内容绘在透明材料上,然后与原图叠合在一起,在透光桌上仔细地观察和比较②目视检查法,指在屏幕上用目视检查的方法,检查一些明显的数字化误差与错误.③逻辑检查法,如根据数据拓扑一致性进行检验,将弧段练成多边形,进行数字化误差的检查.8.论述地理信息系统的发展地理信息系统最早应用在资源环境管理中.目前它已经广泛用于资源环境,如森林,矿产,水利及农牧业等的管理;自然资源,如林业,地质矿藏,水资源等的调查;自然灾害,如水旱在害,虫害,震灾等的监测,预报,评估;环境保护,如水土流失,荒漠化治理等方面.地理信息系统是一种空间信息系统,它的主要功能既是对自然界和人类社会的各种空间和非空间的复杂现象进行处理,表示和分析.但当前的GIS一般只能处理地球表面的信息,或者通过建立数字地面(高程)模型的方法来处理和表示地形的起伏,即所谓的2D和2.5DGIS技术,而在许多地学应用中,很多真3维的自然和人工现象需要处理,分析和表达,地学工作者们迫切的希望把更加真实和交互的可视化技术引入自身领域.因此,3DGIS成为当今的研究热点.对于GIS来说,空间信息可视化更重要的是一种空间认知行为,在提高空间数据的复杂过程分析的洞察能力,多维和多时相数据和过程的显示等方面,将有效地改善和增强空间地理环境信息的传输能力,有助于理解,发现自然界存在的现象相关关系和启发形象思维的能力.当前的可视化技术已经远远超出了传统的符号化及视觉变量表示法的水平,进入了在动态,时空变化,多维的可交互的GIS条件下探索视觉效果和提高视觉功能的阶段.GIS现在已被许多学科广泛接受。
矢量数据编码方法一、矢量数据编码方法1. 对象编码（Object Encoding）对象编码是指根据不同类型的Geometric Primitives (几何元素)来对地理空间对象进行编码的方法。
对象编码包括坐标点、矩形、线、圆、多边形等。
2. 基于结构的编码（Structure-based Encoding）基于结构的编码是指采用面向对象的思想，通过将地理空间形态对象抽象成若干结构元素来实现对地理空间对象的编码。
这类编码方法能够捕捉形状几何特征及形状的变化量，而不仅仅是地理空间对象的位置。
3. 基于联结（Linking-based Encoding）基于联结的编码是指通过联结不同的地理空间元素，实现对地理空间对象的编码。
这类编码方法能够捕捉地理空间元素之间的关系及关系背后的结构。
4. 基于拓扑（Topology-based Encoding）基于拓扑的编码是指采用拓扑结构来描述地理空间元素之间的连接、相交及包含关系，进而实现对地理空间对象的编码。
这类编码方法能够捕捉地理空间元素之间的相互包含、接触等拓扑关系，而不仅仅是地理空间元素之间的『位置』关系。
5. 网格编码（Grid-based Encoding）网格编码是指将地理空间对象投影到等距离的网格空间上，对每一个网格格点进行编码，实现对地理空间对象的编码。
这类编码方法能够捕捉地理空间空间元素之间的『面积』关系，而不仅仅是地理空间元素之间的『位置』关系。
6. 动态编码（Dynamic Encoding）动态编码是指将空间信息的变化过程进行编码，从而实现对地理空间对象的动态变化过程的编码。
这类编码方法能够捕捉地理空间对象在时间上的变化模式。
2.3矢量数据结构地理信息系统中另一种最常见的图形数据结构为矢量结构，即通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义，事实上，因为如下原因，也不可能得到绝对精确的值：1、表示坐标的计算机字长有限；2、所有矢量输出设备包括绘图仪在内，尽管分辨率比栅格设备高，但也有一定的步长；3、矢量法输入时曲线选取的点不可能太多；4、人工输图中不可避免的定位误差。
在前面第二章中已知道，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。
当然这只是相对而言，在地理信息系统中没有绝对“最好”的方法。
2.3.1矢量数据结构编码的基本内容1、点实体点实体包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体。
在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。
点是空间上不可再分的地理实体，可以是具体的也可以是抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的结点等，如果点是一个与其它信息无关的符号，则记录时应包括符号类型、大小、方向等有关信息；如果点是文本实体，记录的数据应包括字符大小、字体、排列方式、比例、方向以及与其它非图形属性的联系方式等信息。
对其它类型的点实体也应做相应的处理。
图3—10说明了点实体的矢量数据结构的一种组织方式。
2、线实体线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x，y坐标定义。
最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。
例如，线实体输出时可能用实线或虚线描绘，这类信息属符号信息，它说明线实体的输出方式。
虽然线实体并不是以虚线存储，仍可用虚线输出。
弧、链是n个坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连续而又复杂的曲线。
组成曲线的线元素越短，x，y坐标数量越多，就越逼近于一条复杂曲线，既要节省存储空间，又要求较为精确地描绘曲线，唯一的办法是增加数据处理工作量。
亦即在线实体的纪录中加入一个指示字，当起动显示程序时，这个指示字告诉程序：需要数学内插函数(例如样条函数)加密数据点且与原来的点匹配。
于是能在输出设备上得到较精确的曲线。
不过，数据内插工作却增加了。
弧和链的存储记录中也要加入线的符号类型等信息。
线的网络结构。
简单的线或链携带彼此互相连接的空间信息，而这种连接信息又是供排水网和道路网分析中必不可少的信息。
因此要在数据结构中建立指针系统才能让计算机在复杂的线网结构中逐线跟踪每一条线。
指针的建立要以结点为基础。
如建立水网中每条支流之间连接关系时必须使用这种指针系统。
指针系统包括结点指向线的指针。
每条从结点出发的线汇于结点处的角度等，从而完整地定义线网络的拓扑关系。
如上所述，线实体主要用来表示线状地物(公路、水系、山脊线)、符号线和多边形边界，有时也称为“弧”、“链”、“串”等，其矢量编码包括以下内容：其中唯一标识是系统排列序号：线标识码可以标识线的类型；起始点和终止点可以用点号或直接用坐标表示；显示信息是显示线的文本或符号等；与线相联的非几何属性可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找。
3、面实体多边形(有时称为区域)数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。
在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等；具有标量属性的有时也用等值线描述(如地形、降雨量等)。
多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，由于要表达的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。
在讨论多边形数据结构编码的时候，首先对多边形网提出如下的要求：(1)组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积。
它们不象栅格结构那样具有简单而标准的基本单元。
即使大多数美国的规划街区也不能设想它们具有完全一样的形状和大小。
对土壤或地质图上的多边形来说更不可能有相同的形状和大小。
(2)地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系，其方法与水系网中记录连接关系一样。
(3)专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形，而可能是多边形内嵌套小的多边形(次一级)。
例如，湖泊的水涯线在土地利用图上可算是个岛状多边形，而湖中的岛屿为“岛中之岛”。
这种所谓“岛”或“洞”的结构是多边形关系中较难处理的问题。
2.3.2矢量数据结构编码的方法矢量数据结构的编码形式，按照其功能和方法可分为：实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。
1、实体式实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。
按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。
例如对图3-12所示的多边形A、B、C、D、E，可以用表3-1的数据来表示。
这种数据结构具有编码容易、数字化操作简单和数据编排直观等优点。
但这种方法也有以下明显缺点：(1)相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；(2)缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；(3)岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。
因此，实体式编码只用在简单的系统中。
2、索引式索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比较繁琐，因而给邻域函数运算、消除无用边、处理岛状信息以及检查拓扑关系等带来一定的困难，而且两个编码表都要以人工方式建立，工作量大且容易出错。
图3-13、3-14分别为图3-12的多边形文件和线文件树状索引图。
3、双重独立式这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，简称为DIME(Dual lndependent Map Encoding)系统或双重独立式的地图编码法。
它以城市街道为编码的主体。
其特点是采用了拓扑编码结构。
双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。
例如对图3-15所示的多边形数据，用双重独立数据结构表示如表3-2所示：表中的第一行表示线段a 的方向是从节点1到节点8，其左侧面域为O ，右侧面域为A 。
在双重独立式数据结构中，节点与节点或者面域与面域之间为邻接关系，节点与线段或者面域与线段之间为关联关系。
这种邻接和关联的关系称为拓朴关系。
利用这种拓朴关系来组织数据，可以有效地进行数据存储正确性检查，同时便于对数据进行更新和检索。
因为在这种数据结构中，当编码数据经过计算机编辑处理以后，面域单元的第一个始节点表3-2 双重独立式（DIME ）编码线号 左多边形右多边形起点 终点 a O A 1 8 b O A 2 1 c O B 3 2 d O B 4 3 e O B 5 4 f O C 6 5 g O C 7 6 hOC87i C A 8 9j C B 9 5k C D 12 10l C D 11 12m C D 10 11n B A 9 2应当和最后一个终节点相一致，而且当按照左侧面域或右侧面域来自动建立一个指定的区域单元时，其空间点的坐标应当自行闭合。
如果不能自行闭合，或者出现多余的线段，则表示数据存储或编码有错，这样就达到数据自动编辑的目的。
例如，从上表中寻找右多边形为A 的记录，则可以得到组成A多边形的线及结点如表3-3，通过这种方法可以自动形成面文件，并可以检查线文件数据的正确性。
表3-3 自动生成的多边形A的线及结点线号起点终点左多边形右多边形a 1 8 O Ai 8 9 C An 9 2 B Ab 2 1 O A此外，这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件，这里不在列出。
4、链状双重独立式链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。
在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。
在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
多边形文件主要由多边形记录组成，包括多边形号、组成多边形的弧段号以及周长、面积、中心点坐标及有关“洞”的信息等，多边形文件也可以通过软件自动检索各有关弧段生成，并同时计算出多边形的周长和面积以及中心点的坐标，当多边形中含有“洞”时则此“洞”的面积为负，并在总面积中减去，其组成的弧段号前也冠以负号；弧段文件主要有弧记录组成，存储弧段的起止结点号和弧段左右多边形号；弧段坐标文件由一系列点的位置坐标组成，一般从数字化过程获取，数字化的顺序确定了这条链段的方向。
结点文件由结点记录组成，存储每个结点的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段。
结点文件一般通过软件自动生成，因为在数字化的过程中，由于数字化操作的误差，各弧段在同一结点处的坐标不可能完全一致，需要进行匹配处理。
当其偏差在允许范围内时，可取同名结点的坐标平均值。
如果偏差过大，则弧段需要重新数字化。
对如图3-16所示的矢量数据，其链状双重独立式数据结构的多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件见表3-4、3-5和3-6。
表3-4 多边形文件多边形号弧段号周长面积中心点坐标A h,b,aB g,f,c,h,-jC j表3-5 弧段文件弧段号起始点终结点左多边形右多边形a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C表3-6 弧段坐标文件弧段号点号a 5,4,3,2,1b 8,7,6,5c 16,17,8d 19,18,5e 15,23,22,21,20,19f 15,16,摘自：西北大学城市与环境学院地理信息系统精品课程网站。
