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(第三章)空间数据结构

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地理信息系统链式编码ppt下载

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维问题。
J（Y）
K（Z）
7 444
454
554 555
6
541
5
405
505
515
4 400
415 500
510
3 044
054
2 040 041 050 051 140 141 150 151
1 004 005 014 015 104 105 004 005
0 000 001 010 011 100 101 110 111
数据量大 几何和属性偏差 面向位置的数据结构,难以建立空间
对象之间的关系
2020/11/15
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矢量数据结构
矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可 能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。 其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数 据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能 更精确地定义位置、长度和大小。
游程长度编码压缩比的大小是与图的复杂程度成 反比的，在变化多的部分，游程数就多，变化少 的部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越 高。
游程长度编码在栅格加密时，数据量没有明显增 加，压缩效率较高，且易于检索，叠加合并等操 作，运算简单，适用于机器存贮容量小，数据需 大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加 处理和操作时间的情况。
… 像元n
栅格数据文件
层1 像元1 X,Y,属性值 像元2 X,Y,属性值
…
…
像元n X,Y,属性值
层2
…
层n
栅格数据文件 层1 多边形1 属性值
像元1坐标 …
像元n坐标 多边形N
层2
…
层n
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第三章空间数据模型第3节矢量数据模型

第三章空间数据模型第3节矢量数据模型

(xn,yn) (x(1x,ny,1y)n) (x1,y1)
(a) (xn,yn)
(b)
(xn,yn)
A
KI
H
J
BC
G
FE
D
(c)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一维矢量具有方向、长度
方向：即有起始结点和终止结点
长度：可以用以下方式表达：
引入欧氏空间的距离概念：
n
长度 [(xi xi1)2 ( yi yi1)2 ]1/2 i2
一．基本概念 二．关系数据模型和关系表 三．矢量数据模型（ Spaghetti Model ） 四．矢量数据模型（拓扑数据模型）
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一、基本概念
• 现实世界和矢量表达 • 位置和边界被清楚地记录 • 对象可以被识别 • 属性值与对象相联系 • 空间关系可以清晰表达
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(1) 地理要素被当成单个对象对待
空间边界可以被清晰的编码
(2)对象之间没有关系
要素间的空间拓扑不被记录
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
矢量表达法
• 不同的空间特征具有不同的矢量维数
– 0维矢量-点：即空间中的一个点，没有大小、 方向，二维和三维欧氏空间中为：（x,y),(x,y,z)
– 一维矢量-线：空间中的线划要素或空间对象间 的边界，也称为弧段、链
用的概念，是三维空间中曲面法向矢量的 另外一种描述方法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
空间曲面
• 矢量实现方法多样 • 常用等值线法、剖面法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
三维矢量-体
• 指三维空间中的实体

GIS空间数据处理与分析

GIS空间数据处理与分析
内边界
栅格单元(i,j)四角点坐标的计算:
X(i1,i2)=(j-1)*DX和J*DX Y(i1,i2)=(i-1)*DY和i*DY I,j:栅格单元行列值; DX,DY:栅格单元边长
⑴:识别内边界,并将内边界端点坐标置零. 判别方法: 判断与栅格单元某条边相邻的另一栅 格单元的值,若值小于零,则该边为内边界. 内边界端点坐标置零: 边界起点和终点坐标置零.
分区数据的方法就称为空间数据的内插。
第五节 空间数据的内插方法
1、点的内插：研究具有连续变化特征现象 的数值内插方法。
步骤： 数据取样；数据处内插；数据记录
第五节 空间数据的内插方法
2、区域的内插
研究根据一组分区的已知数据来推求
同一地区另一组分区未知数据的内插方法。
区域内插方法：
2.1 叠合法：认为源和目标区的数据是均匀 分布的，首先确定两者面积的交集，然后 计算出目标区各个分区的内插值。
1、遥感与GIS数据的融合：
遥感技术的优势 融合必要性 GIS技术的优势 遥感图像与图形的融合 融合方法： 遥感数据与DEM的融合 遥感数据与地图扫描图像的融合第三节 多源 Nhomakorabea间数据的融合
2、不同格式数据的融合
不同格式数据的融合方法主要有：
2.1基于转换器的数据融合：
一种软件的数据格式输出为交换格式，然后用于另
P3
P
0
x
判断点是否在多边形内，从该点向左引水平扫描线，计算此 线段与区域边界相交的次数，若为奇数，该点在多边形内；若为 偶数，在多边形外。利用此原理，直接做一系列水平扫描线，求 出扫描线和区域边界的交点，对每个扫描线交点按X值的大小进 行排序，其两相邻坐标点之间的射线在区域内。
第二节

第三章2-空间数据结构与管理

第三章2-空间数据结构与管理

(X,Y) Polygon (X5,Y5) (X4,Y4)
(X2,Y2)
(X3,Y3)
3、矢量数据获取途径
1) 由外业测量获得 利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
4、Hale Waihona Puke 量数据编码⑪点实体数据编码
对于点实体矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码。
⑫线实体矢量数据编码
唯一标识码是系统排列序号； 线标识码可以标识线的类型； 起始点和终止点号可直接用坐标表示；
显示信息是显示时的文本或符号等； 与线相联系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。
四叉树编码优点
容易而有效地计算多边形的数量特征； 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级 多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率 低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量； 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容 易； 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。
2、栅格数据取值方法
⑪中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。 ⑫长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。 ⑬面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。 ⑭重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。

GIS地理信息系统空间数据结构

GIS地理信息系统空间数据结构
场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变 化的数据。
网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通 流。
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象， 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都 可以被确定为一个对象（Object），假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
场模型可以表示为如下的数学公式：
z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
指图形保持连续状态下变形，但图形关系
不变的性质。
拓扑变换
（橡皮变换）
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
非拓扑属性（几何） 两点间距离
拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交）
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)

第三章空间数据的组织与结构

第三章空间数据的组织与结构

第三章空间数据的组织与结构空间数据的组织与结构是指如何有效地管理和存储大量的空间数据，并通过数据结构的设计来支持对空间数据的查询和分析。

本文将介绍空间数据的组织与结构的相关概念和技术，并探讨其在实际应用中的应用。

空间数据的组织与结构主要包括三个方面：空间数据模型、空间索引和空间数据存储。

空间数据模型是描述和表示空间数据的方法和规范。

常用的空间数据模型有欧几里得空间模型、栅格空间模型和矢量空间模型等。

欧几里得空间模型是最简单和常用的空间数据模型，它主要通过坐标系和几何对象来描述和表示空间数据。

栅格空间模型是将空间分为固定大小的网格单元，每个单元可以表示一个值或几何对象。

矢量空间模型是通过点、线、面等几何对象来表示空间数据。

不同的空间数据模型适用于不同的应用场景，选择合适的空间数据模型对于提高数据的可用性和处理效率非常重要。

空间索引是一种数据结构，用于加快对空间数据的查询和分析。

常用的空间索引方法有R树、四叉树和网格索引等。

R树是一种平衡树结构，可以将空间数据划分为不重叠的矩形区域，并将每个矩形区域关联一个叶子节点。

四叉树是一种二叉树结构，将空间数据划分为大小相等的四个象限，并将每个象限关联一个子节点。

网格索引是将空间数据划分为固定大小的网格单元，每个单元可以包含一个或多个空间数据对象。

空间索引可以将相邻的空间数据对象组织在一起，从而加快空间数据的查询和分析。

空间数据存储是指将大量的空间数据有效地存储在物理介质上。

常用的空间数据存储方法有关系型数据库、文件系统和专用数据库等。

关系型数据库是最常用的存储空间数据的方法，它可以通过表和索引来组织和管理多个空间数据对象。

文件系统是一种将空间数据以文件的形式存储在磁盘上的方法，它可以通过目录和文件名来组织和管理空间数据。

专用数据库是一种专门用于存储和处理空间数据的数据库管理系统，它提供了高效的空间数据存储和查询功能。

在实际应用中，空间数据的组织与结构对于地理信息系统、物流管理和地图导航等领域具有重要的意义。

第三章 空间数据的表达方法

第三章 空间数据的表达方法

（一）特点： 1.用离散的点或线描述地理现象及特征 2.用拓扑关系描述矢量数据之间关系
3.面向目标的操作
4.数据结构复杂且难以同遥感数据结合
5.难于处理位置关系
空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y） 属性：符号 线：位置：（x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 1 1 2 2),„,(xn n 属性：符号—形状、颜色、尺寸
7 7 7 7ຫໍສະໝຸດ 7 7 7 77 7 7 7
7 7 7 7
7 7 7 7
7 7 7 7
空间单元人为划定成 大小相等的正方形网 格，有着统一的定位 参照系。每个空间 单元只记录其属性值， 而不记录它的坐标值。
2
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 2 1 4 4 4 4 4 4 4
2
2 1 4 4 4 4 4 4 4 4
2
1 4 4 4 4 4 4 4 4 4
1
1 4 4 4 4 4 4 4 4 4
1
7 1 4 4 4 4 4 4 4 4
7
7 7 1 4 4 4 4 4 4 4
7
7 7 7 1 4 4 4 4 4 4
7
7 7 7 7 1 4 4 4 4 4
地理信息系统为什么要研究数据模型
现实世界真实模型
空间数据处理
空间数据查询
空间数据分析
空间数据模型 空间数据复原 空间数据结构
数据库：空间数据物 理结构
空间信息 3.2 空间数据模型 3.3 空间数据结构 3.4 地貌的表达——数字化地形模型

13-14-1《3S技术基础 》复习

13-14-1《3S技术基础 》复习

2013-2014第1学期《3S技术基础》复习提纲题型：1.判断题2.选择题3.简答题4.应用题知识点：一、GPS部分：1.定位需要卫星信号，通常至少需要接受到4颗卫星信号才可以定位。

2.美国全球定位系统由24+5颗卫星组成。

3.美国全球定位系统组成部分：空间部分、地面控制部分及用户部分4.目前世界上几大定位系统：美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”系统、欧洲“伽利略”系统、中国“北斗”系统。

二、RS部分：1.主动式遥感和被动式遥感区别：主动式遥感传感器发射电磁波，如微波遥感；被动式遥感利用太阳光谱中的电磁波，主要波段范围从紫外到红外波段。

2.电磁波谱：按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。

依次为：γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。

3.大气窗口：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。

我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。

4.反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/ P 0)×100%。

●地物在不同波段的反射率是不同的。

●反射率是可以测定的。

●反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。

●地物的反射光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。

5.地物的反射波谱曲线：横轴是波长，纵轴是反射率，形成的曲线，熟悉常见地物的波谱曲线。

6.几个分辨率的概念：●空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元（单位：米）。

⏹IKONOS 全色波段1米，多波段4米⏹SPOT 全色波段10米，多波段20米⏹ETM1-5，7 30米⏹ETM6 60米⏹ETM 全色波段15米⏹QuickBird 全色波段0.61米，多波段2.44米●波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。

间隔越小，波谱分辨率越高。

●时间分辨率：卫星重访周期。

三、GIS部分第一章：概论1.信息与数据的区别与联系2.地理信息系统概念第二章：空间数据数学基础：1.地图投影：概念、分类将地球面上的点投影到平面上，而使其误差最小的各种投影方法称为地图投影。

3 空间数据模型

3 空间数据模型

00090770
06907777
09007770
09007770
90000000
（a）点、线、面数据
（b）栅格表示
点、线、面数据的栅格结构表示
• 栅格数据类型
– 常用的栅格数据类型包括卫星影像、数字高程 数据、数字正射影像、数字扫描地图和数字栅 格图形。
• 栅格数据编码
– 直接栅格编码、链式编码、游程长度编码、四 叉树编码
– “橡皮板几何学”：可以设想一块高质量的橡皮板， 它的表面是欧式平面，这块橡皮可以任意弯曲、拉伸 、压缩，但不能扭转和折叠，表面上有点、线、多边 形等组成的几何图形。
• 拓扑元素：
– 点：
• 孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点
– 线：
• 两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段
– 面：
• 若干弧段组成的多边形
➢ 特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性 和一致性 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦
➢ 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析
3.4.2.2 拓扑数据结构
• 不仅表达几何位置和属性，还表示空间关 系
– 拓扑关系：描述空间对象的邻接、关联、连通和包含 等
– 空间方位关系：描述空间对象在空间上的排列次序， 如前后、左右、东、西、南、北等。
– 空间度量关系：描述空间对象之间的距离等。
• 拓扑关系
– 拓扑(Topology)一词来自于希腊文，意思是形状的研究 。
– 拓扑学是几何学的一个分支，研究在拓扑变换下能够 保持不变的几何属性—拓扑属性。
• 属性特征
– 属性特征也称为专题特征或功能特征，通过属性数据 表达空间实体内在的性质和相关关系。

地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2

地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2
第1行第N列亮度值 波段2 第1行第1列亮度值
第1行第N列亮度值 波段n 波段1 第2行第1列亮度值 波段n
BSQ结构
BIP结构
BIL结构
星蓝海学习网13
以行为记录单位按行存储 地理数据。属性明显，位 置隐含。 缺点：存在大量冗余，精 度提高有限制。
星蓝海学习网14
0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
星蓝海学习网
• 优点：
• 栅格加密时，数据量不会明显 增加，压缩效率高，最大限度 保留原始栅格结构，
• 编码解码运算简单，且易于检 索、叠加、合并等操作，得到 广泛应用。
• 缺点：
• 不适合于类型连续变化或类型 区域分散的数据。
星蓝海学习网
(2)压缩栅格数据结构
块码（二维游程编码）（行，列，半径，属性值）
弧段ID a b c d e
起始点 5 7 1 13 7
终结点 1 1 13 7 5
… … … 左多边形 Q A Q D D
右多边形 A B B B A
f
13
5
Qห้องสมุดไป่ตู้
D
点号 1 2
…… 25
坐标 （x1，y1） （x2，y2）
…… （x25，y25）
g
25
弧段ID
点号
a
5,4,3,2,1
b
7,8,1
c
1,9,10,11,12,13
• 采用方形区域作为记录单元，每个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，再加上记录单元代码组成。特点：
• 一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。
• 块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。

第三章空间数据的组织与结构(二)

第三章空间数据的组织与结构(二)

24 25 8 6
3 4
5
多边形原始数据
多边形 A B
数据项
(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y 9),(x1,y1) (x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)


栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于遥 感图像的处理。它与制图物体的空间分布特征 有着简单、直观而严格的对应关系，对于制图 物体空间位置的可探性强，并为应用机器视觉 提供了可能性，对于探测物体之间的位置关系, 栅格数据最为便捷。 多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格选 择方案，而且在许多情况下，栅格方案还更有 效。例如，多边形周长、面积、总和、平均值 的计算、从一点出发的半径等在栅格数据结构 中都减化为简单的计数操作。
c
d e f g h i j
16
19 15 15 1 8 16 31
8
5 19 16 15 1 19 31
E
O O D O A D B
B
E D B B B E C
弧段文件
弧段坐标文件
结点号 1 2
坐标 (x1,y1)
连接弧段 a,g
…… …… …… ……
结点文件
…… …… …… ……
……
22 23
24 25 8 6
3 4
5
B
C
D
EaΒιβλιοθήκη bcfg
h j

第三章 空间数据模型

第三章 空间数据模型

分类 空间关系 非空间关系 时间关系 非空间属性 地理空间 空间要素
子类 超类 子部分 超部分
几何坐标
对象模型对空间要素的描述
场模型 • 也称域（field）模型，是把地理空间中的现象看作连续 也称域（ ）模型，是把地理空间中的现象看作连续 的变量或体，如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、 变量或体 如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、 地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。 地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。 • 场可分为二维或三维。二维场是在二维空间 2中任意给 在二维空间R 场可分 二维或三维。 场是在二维空间 定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值， 定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值， 场是在三维空间R 即A＝f(x，y)。三维场是在三维空间 3中任意给定一个 ＝ ， 。三维场是在三维空间 空间位置上，都对应一个属性值， 空间位置上，都对应一个属性值，即A＝f(x，y，z)。 ＝ ， ， 。
• 由于地理空间事物和现象的复杂性和人们 认识地理空间在观念和方法上的不同， 认识地理空间在观念和方法上的不同，墓 地里信息系统对空间实体的抽象方式也存 在一定的差别，或者说不同的学科或部门 在一定的差别， 可能对地理空间按照各自的认识和思维方 式来构造不同的模型。 式来构造不同的模型。
地理空间认知概念模式（ 地理空间认知概念模式（国际标准化组织地理信息 标准化委员会） 标准化委员会）
机器世界
用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。 用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。
1) 字段（field）或数据项（data item）： 字段（ ）或数据项（ ）： 标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。 标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。 2) 记录（record）：字段值的有序集合。 记录（ ）：字段值的有序集合 ）：字段值的有序集合。 3) 记录型 ： 字段名的有序集合。 字段名的有序集合。 4) 文件 ： 同类记录的集合。对应于实体集。 同类记录的集合。对应于实体集。

p03第三章 空间数据模型-第六-八节2

p03第三章 空间数据模型-第六-八节2

要素的特点
① 要素具有形状 ② 要素具有空间参考 ③ 要素具有属性 ④ 要素具有子类 ⑤ 要素具有关联 ⑥ 要素属性可以被限制 ⑦ 要素能用规则来验证 ⑧ 要素具有拓扑关系 ⑨ 要素具有复杂的行为
1）要素具有形状
要素的形状是以 Geometry （shape）这么一个特殊字段存储在要素类 表中的。要素可以用以下这些几何类型表达： 点或多点（一组点） 线（一组相连或不相连的线段） 多边形（不相邻或嵌套的环）。环是由一组连接的、闭合的、不 相交的线段组成的
• 属性关联：也可以定义非空间对象的关联，如房屋与 其主人的关系。
6）要素属性可以被限制
• 为加强数据录入的准确性，还可以制定属性域对要素的属性 进行限定。属性域，表现为一个数值范围或合法值的列表， 也可以在要素创建之时为其属性自动分配一个缺省值。可以 在要素类中为不同的子类设置不同的属性域和缺省值。
要素集中可以存储对象（Objects）、要素（features）及关联 类（Relationship class）和拓扑、几何网络。
对象、要素和关联类直接存储在 Geodatabase 中，不需要非得 存放在要素集中。
二、对象类
• 对象类是Geodatabase中的一个表，保存与地理对 象相关联的描述性信息；
7）要素能用规则来验证
• 现实世界中的对象存在或改变都是必须遵循一定规则 的。可以用这样的规则来限制几何网络中元素的制约 规则，或者定义这些元素关联的对应基数。
8）要素可具有拓扑关系
各类型要素之间具有的精确的空间位置关系就叫做拓扑。 例如，宗地 的二级小分块必须是彼此严格毗邻的，不允许有缝隙和重叠。这种二 维关系称为平面拓扑。
第八节、面向对象的空间数据模型介绍

第三章 空间数据结构

第三章 空间数据结构

（三）栅格数据的组织
数据文件 像元1
像元2 … 像元n
X坐标
数据文件
Y坐标
层1属性
层1
层2属性 ...
层n属性
层2 …
层n
像元1
X坐标
Y坐标 属性值
数据文件 层1
像元2 ...
像元n
多边 形1
属性值 像元1坐标
像元2坐标 … 像元n坐标
多边形2 ... 多边形n
层2 …
层n
（四）栅格结构的建立
一）建立途径
数据存储量大
（2）费尔曼链码 （边界编码）
将线状地物或区域边界表示为：由某一起始点 和某些基本方向上的单位矢量链组成。
前两个字母表示起点的行列号，从第三个数 字开始每个数字表示单位矢量的方向。
单位矢量的长度 为一个栅格单元， 后续点可能位于前 继点8个基本方向上。
7
0
1
6
2
5
4
3
（2）费尔曼链码 （边界编码）
三）栅格属性值的确定
4、重要性法
突出某些主要属性，只要在栅格中出现就把该属性作为 栅格属性
A
B
C
D
AABB AABB CDDB DDDD
三）栅格属性值的确定
5、百分比法
根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定单 元的取值。
A
B
C
D
AABB AABB CDDB DDDD
（五）栅格数据编码方式
（3）游程（行程）编码
特点：属性的变化愈少，游程愈长，即压缩比的
大小与图的复杂程度成反比。
优点：数据压缩率高，易于实现叠加，检索和合
并运算。
缺点：适合类型区面积较大的专题图、遥感影像

地理信息系统(空间数据结构)

地理信息系统(空间数据结构)
31
第二节 矢量数据结构
3）双重独立式 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。
32
11
12 13
30 29
14
10
31
28 27
15
1
24 25
AB
8
决定栅格单元代码的方式
优点：混合单元 减少、量算精度 提高、更接近真
实形态
缺点：数据量增 加、数据冗余严
重
9
栅格数据的压缩编码方式：链式编码
北=6
西北=5
东北=7
西=4
东=0
西南=3
东南=1
南=2
12345678 1 AAAARAAA 2 AAARAAAA 3 A A ARAGGA 4 A A ARAGGA 5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA 8RAAAAAAA
26
16
23
2
98
17
22
7
21
6
20
3
5
18
19
4
多边形原始数据
B
C
D
E
ab
c f g hj
e f i bc i
线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
33
小结
本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅 格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数 据的经度进行了介绍，然后对栅格数据的四种 压缩编码方式进行学习，最后介绍了矢量数据 结构的基础知识。
(1,1,2,9), (1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0)图,(2,3,1,9),(2,4,1,0),

第三章-空间数据模型

第三章-空间数据模型
多 边 形 与 弧 段 ： P2 与 L3,L5,L2
2）邻接性： (同类元素之 间)
多边形之间、结点之间。
邻接矩阵
重叠：-- 邻接：1 不邻接： 0
P1 P2 P3 P4 P1 -- 1 1 1 P2 1 -- 1 0 P3 1 1 -- 0 P4 1 0 0 --
3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络 分析中确定路径、街道是否相通。
连通矩阵： 重叠：-- 连通：1 不连通：0
V1 V2 V3 …
V1 -- 1 0 V2 1 -- 1 V3 0 1 --
4）拓扑包含：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
P2
P1
P2
P3 P2
P1 P1
P2
拓扑关系的表达 拓扑关系具体可由4个关系表来表示： （1） 面--链关系： 面 构成面的弧段 （2） 链--结点关系： 链 链两端的结点 （3） 结点--链关系： 结点 通过该结点的链 （4） 链—面关系： 链 左面 右面
2 杨树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
3 松树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
空间对象的矢量数据模型
3.4 空间逻辑数据模型
二、栅格数据模型
在栅格数据模型中，点实体是一 个栅格单元（cell）或像元，线实体 由一串彼此相连的像元构成，面实 体则由一系列相邻的像元构成，像 元的大小是一致的。
象）
分类
子类/超类 等效
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性

(第三章)空间数据结构

(第三章)空间数据结构

(第三章)空间数据结构空间数据结构1·简介空间数据结构是在计算机科学领域中用于表示和组织空间数据的数据结构。

它们被广泛应用于地理信息系统（GIS）、计算机图形学、计算机视觉等领域。

2·常见的空间数据结构2·1·四叉树四叉树是一种常见的空间数据结构，它将空间划分为四个象限，并将空间中的点或对象存储在树节点中。

它可以支持高效的空间查询和检索操作，特别适用于二维空间数据。

2·2·八叉树八叉树是四叉树的扩展，将空间划分为八个象限。

它在三维空间中更加常用，可以表示立方体或球体中的对象。

八叉树适用于对三维空间进行高效的查询和搜索。

2·3·R树R树是一种多叉树，用于表示和组织高维空间中的对象。

它通过将空间划分为矩形区域来存储和查询对象。

R树广泛应用于空间数据库和地理信息系统中。

2·4·KD树KD树是一种二叉树，用于存储和查询k维空间中的对象。

它通过将空间划分为超平面来快速定位对象。

KD树在计算机视觉领域中广泛使用，特别适用于最近邻搜索和范围搜索。

2·5·网格网格是一种将空间划分为规则网格单元的数据结构。

它是一种简单而高效的空间索引方法，可以快速进行点查询和范围查询。

3·空间查询操作3·1·点查询点查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中的对象。

点查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。

3·2·范围查询范围查询是通过给定一个矩形区域来查找空间数据结构中与该区域相交的对象。

范围查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。

3·3·最近邻查询最近邻查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中最接近该点的对象。

最近邻查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。

4·附件附件一：四叉树示意图附件二：八叉树示意图附件三：R树示意图附件四：KD树示意图附件五：网格示意图5·法律名词及注释5·1·GIS（地理信息系统）：是一种用于捕获、存储、分析、管理和展示地理空间数据的计算机系统。

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不依比例7142
空间对象的多源分类编码
按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属关系，反映对象特性 具有较大的信息量，有利于空间分析
河流特性分类与编码 通航情况 通航： 1 不通航：2 流水季节 常年河：1 时令河：2 消失河：3 河流长度 < 1 km： 1 < 2 km： 2 < 5 km： 3 < 10 km：4 > 10 km：5 河流宽度 <1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6 河流深度
入到线段或标示点的计算机数据文件中去；
空间数据编辑的目的是为了消除数字化过程中引入的 各类错误和对数据进行拓扑关系检查等而进行的操作。
栅格数据的输入与编辑
栅格数据的输入方法包括透明格网采集输入、扫描数
字化输入及其它数据传输或转换输入等；
空间数据结构的建立
栅格数据编辑的目的同样是为了消除数字化过程中引入 的各类错误，根据栅格数据结构的特点，其编辑的内容 还包括数据压缩和数据组织方式的变换等,如下图。
（属性值发生变化的行号，属性值）
栅格数据结构
栅格数据结构类型
游程编码结构
游程终止编码：（栅格元素的属性值，游程的终止列号）
(0,1) (4,3) (7,8) (4,5) (7,8) (4,4) (8,6) (7,8) (0,2) (4,3) (8,6) (7,8) (0,2) (8,6) (7,7)(8,8) (0,3) (8,8) (0,4) (8,8) (0,5) (8,8)
（1，1，1，0），（1，2，2，2）， （1，4，1，5），（1，5，1，5）， （1，6，2，5），（1，8，1，5）， （2，1，1，2），（2，4，1，2）， （2，5，1，2），（2，8，1，5）， （3，1，1，2），（3，2，1，2）， （3，3，1，2），（3，4，1，2）， （3，5，2，3），（3，7，2，5）； （4，1，2，0），（4，3，1，2）， （4，4，1，3），（5，3，1，3）， （5，4，2，3），（5，6，1，3）， （5，7，1，5），（5，8，1，3）； （6，1，3，0），（6，6，3，3）， （7，4，1，0），（7，5，1，3）； （8，4，1，0），（8，5，1，0）。
5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8
编码的标准化
栅格数据结构
栅格数据结构类型
栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树 数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构
栅格数据结构
游程长度编码的优缺点
压缩比的大小是与图的复杂程度成反比的，在变化 多的部分，游程数就多，变化少的部分游程数就少， 图件越简单，压缩效率就越高。 游程长度编码在栅格加密时，数据量没有明显增加， 压缩效率较高，且易于检索，叠加合并等操作，运 算简单，适用于机器存贮容量小，数据需大量压缩， 而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时 间的情况。
两种数据结构的比较。 矢量数据结构向栅格数据结构的转换。 栅格数据结构向矢量数据结构的转换。
栅格数据结构
在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个 个小块（通常为正方形），地理实体的位置是由占据小 块的横排与竖列的位置决定，小块的位置则由其横排竖 列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或网格中 的一组点来构成。然后在各个格网单元内赋以空间对象 相应的属性值的一种数据组织方式。 这种数据结构和遥感图象的数据相同，因而数字遥感 图象就是栅格数据结构。
2 7
5里曼链码（Freeman）或边界链码，它将线状地物或区域边界，由起点和 一系列在基本方向上的单位矢量给出每个后续点相对应其前继点的可能的8个基本方 向之一表示，单位矢量的长度默认为一个栅格像元。
链码的表示方法
链码可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度等运算十分方 便，比较适宜存贮图形数据。缺点是对边界合并、插入等修改编辑工作比较困难，对局部的 修改将改变整体结构，效率低下，而且由于链码以每个区域为单位存贮边界，相邻区域的边 界将被重复存贮而产生冗余。
国土基础信息数据分类与代码举例
1：测量控制点 11：平面控制点 1101：三角点 11011：一等 11012：二等 11013：三等 11014：四等 1102：导线点 12：高程控制点 13：其他控制点
空间数据结构的建立
矢量数据的输入与编辑
矢量数据的输入，是指将分类和编码的空间对象图形 转换为一系列x、y坐标，然后按照确定的数据结构加
编码对象：属性数据 编码方法： 层次分类编码 多源分类编码 编码标准化
空间对象的层次分类编码
分类对象的从属和层次关系 有明确的分类对象类别和严格的隶属关系
管线:7 输水管线 73
电力线71
地下电力线 与电缆72
地下检修井74
高压711
低压712
电杆713
电塔714
电线架715
依比例7141
栅格数据结构
栅格数据结构类型
游程编码结构
在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物沿线走向的一组相邻栅格 单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区 域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元 同属一个区域。
点
线
面
栅格数据结构
栅格数据结构类型
游程编码结构
栅格矩阵结构：一种全栅格阵列的空间数据组 织形式。逐行（或逐列）逐个记录代码，可以 每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到 右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还 可采用其他特殊的顺序。
代表4×4阶的矩阵，如果矩阵的每个元素用一个双字节表 示，则一个图层的全栅格数据所需要的存储空间为m行 ×n列×2字节。 以一个面积为100km2的区域为例，如果网格变长取为 1m，每个网格用一个双字节表示，则一个图层的要素就 要占用200M字节的存储空间，对一张图形或一幅图像来 说，这是一个相当大的存储容量，而且随着空间分辨率的 提高，存储空间成几何级数递增，因此，栅格数据的压缩 是栅格数据结构要解决的重要问题。
对开发的GIS系统的功能，是通过用户需求调查来确定 的，因此，在开发GIS系统之前，首先要进行系统分析。

空间数据的分类和编码
空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标
准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程， 以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层。
系统功能与数据间的关系(据Jack Dangermond等)
游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法，它的基本思路是：对于一幅栅格图 像，常常有行（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。其方法有两种方案：一种编码方案是，只在各行 （或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而 实现数据的压缩。例如对图所示栅格数据，可沿行方向进行如下游程长度编码：
栅格数据结构
游程编码结构练习题
沿行方向进行如下游程长度编码 沿列方向进行如下游程长度编码 游程终止编码：（栅格元素的属性值， 游程的终止列号）
栅格数据结构
栅格数据结构类型
块码结构
块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为纪录单元每个记 录单元包括相邻的若干栅格，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上 记录单元的代码组成。
關於衛星影像
栅格数据的取值(混合像元的处理)
长度占优法 长度占优法是将网格中心画一横线，然后用横线所占最长部分的 属性值作为本栅格元素的值。
下图所示的栅格结构用长度占优法得编码方案为：
關於衛星影像
栅格数据的取值(混合像元的处理)
重要性法 重要性法往往突出某些主要属性，对于这些属性，只要在栅格中 出现，就把该属性作为本栅格元素的值，在下图中假设D属性具有 特殊的重要性，
關於衛星影像
栅格数据的取值(混合像元的处理)
面积占优法 面积占优法是把栅格中占有最大面积的属性值定为本栅格元素的值。
下图所示的栅格结构用面积占优法得编码方案为：
關於衛星影像
栅格数据的取值(混合像元的处理)
中心点法 中心点法是将栅格中心点的值作为本栅格元素的值。
下图所示的栅格结构用中心点法得编码方案为：
下图所示的栅格结构用重要性法得编码方案为：
在重要性法中，只要该栅格中含有某特殊重要性的属性，不管所占比例大 小，便认为该栅格属于该属性。
關於衛星影像
栅格数据的取值(混合像元的处理)
栅格数据的上述取值方法，不论采用哪一种都会带来一 定的误差。 为了逼近原始数据，提高精度，除了采用这几种取值方 法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格 单元总数的方法，但同时使数据量大幅度增加。
關於衛星影像
空间数据的编码
空间数据编码，是根据GIS的目的和任务，把地图、图像等资料 按一定数据结构转化为适于计算机存贮和处理的数据过程。
为什么要进行编码？
空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的技术步 骤，它表现由现实世界到数据世界之间的接口，是联接从现 实世界到数据世界的纽带。
空间数据的编码
（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5）， （7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）； （0，2），（4，1），（8，3），（7，2）； （0，2），（8，4），（7，1），（8，1）； (0，3)，(8，5)；(0，4)，(8，4)；(0，5)，(8，3)。
只用了44个整数就可以表示，而在前述的直接编码中却 须要64个整数表示，可见游程长度编码压缩数据是十分 有效又简便的。事实上，压缩比的大小是与图的复杂程 度成反比的，在变化多的部分，游程数就多，变化少的 部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越高。