空间数据结构.ppt
2023/3/6,1,第二章 空间数据结构,2,2023/3/6,一、地理实体（空间实体）,定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。,3,2023/3/6,理解地理实体,抽象：地理现象 抽象成 地理实体抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同，也和研究尺度相关。,4,2023/3/6,5,2023/3/6,概括性,地理实体概括了所表示地理现象的内容和属性，包括空间属性、类型属性、性质属性等内容。,6,2023/3/6,复杂性,地理实体内容复杂，包含的属性众多地理实体相互间关系复杂地理实体表达方式复杂,7,2023/3/6,二、地理实体的描述空间数据,1、描述的内容,3、数据类型,4、数据结构,几何数据（空间数据、图形数据）关系数据实体间的邻接、关联包含等相互关系 属性数据各种属性特征和时间元数据,矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型）RDBMS属性表-采用MIS较成熟,空间元数据,位置、形状、尺寸、识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息时间测量方法、编码方法、空间参考系等,空间特征：地理位置和空间关系属性特征名称、等级、类别等时间特征,2、基本特征,8,2023/3/6,空间数据的基本特征,9,2023/3/6,三、实体的空间特征,点状实体线状实体面状实体体状实体,10,2023/3/6,三、实体的空间特征,1、点状实体,点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。,4）角点、节点Vertex：表示线段和弧段上的连接点。,1）实体点：用来代表一个实体。,2）注记点：用于定位注记。,3）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。,11,2023/3/6,三、实体的空间特征,2、线状实体,1）实体长度：从起点到终点的总长2）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游下游，公路，单、双向之分。,具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性：,线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。,12,2023/3/6,三、实体的空间特征,3、面状实体（多边形）,面状实体的如下特征：1）面积范围 2）周长3）独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5）重叠性与非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。,是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。,13,2023/3/6,什么是空间数据结构,描述地理实体的数据的组织方法，称为内部数据结构。空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。它是对数据的一种理解和解释，不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户无法理解，计算机程序也不能正确处理。对同一组数据，按不同的数据结构去处理，得到的可能是截然不同的内容。（矢量，栅格）空间数据结构是GIS沟通信息的桥梁，只有充分理解GIS所采用的特定数据结构，才能正确地使用系统。(数据输出，操作),14,2023/3/6,什么样的数据结构才是好的数据结构,组织的数据能够表示要素之间的层次关系，便于不同数据连接和覆盖能正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间的相互关系便于存储和检索节省存储空间，减少数据冗余存取速度快足够的灵活性，数据组织应具有插入新的数据、删除或修改部分数据的基本功能,15,2023/3/6,16,2023/3/6,2.1 栅格数据结构,栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。,点：由单个栅格表达。线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方面的偏差。,17,2023/3/6,栅格数据结构,SPOT XS 20m*20m 牡丹水庫band G,R,IR,18,2023/3/6,栅格数据层,组织方法,19,2023/3/6,20,2023/3/6,栅格数据层组织方法,方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各象元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元的n个象元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。,方法a：以象元为记录序列，不同层上同一象元位置上的各属性值表示为一个列数组。N层中只记录一层的象元位置，节约大量存储空间，栅格个数很多。,方法b：每层每个象元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。,21,2023/3/6,栅格数据的建立,1、手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。2、扫描仪扫描专题图的图像数据行、列、颜色（灰度），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。3、由矢量数据转换而来。4、遥感影像数据，对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。5、格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。,（一）建立途径,（二）栅格系统的确定,(三)栅格代码的确定,22,2023/3/6,栅格数据的建立,（一）建立途径,（二）栅格系统的确定,(三)栅格代码的确定,1、栅格坐标系的确定表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构(矢、栅)都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定。由于栅格编码一般用于区域性GIS，原点的选择常具有局部性质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。,23,2023/3/6,栅格数据的建立,2、栅格单元的尺寸,1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。,（一）建立途径,（二）栅格系统的确定,(三)栅格代码的确定,24,2023/3/6,栅格结构精度偏差,25,2023/3/6,栅格数据的建立,当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。3、重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。4、百分比法：根据格网中各地理要素所占面积的百分比确定栅格单元的代码参与。,（一）建立途径,（二）栅格系统的确定,(三)栅格代码的确定,26,2023/3/6,栅格数据取值方法,27,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；AAAAABBBAABBAABB2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。,栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。因此该文件存在大量的数据冗余。当栅格越小，表示的空间精度越高时，这种冗余越严重，因此，对栅格数据进行压缩编码非常重要。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。数据压缩要求：不失真，变换简单，压缩、解压迅速可靠,28,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,1、链式编码、Freeman 链码、边界链码,返回,1）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这8种可能07进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链.,将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链的记录,链式编码表,a,a,a,a,a,a,b,优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向和边界、线段凹凸度的计算。缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。,29,2023/3/6,链码编码：2，2，6，7，6，0，6，5,链码编码示例,链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以07的整数代表。,30,2023/3/6,链式编码示例,0,0,7,0,1,2,1,0,7,7,0,31,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,2、行程编码,将原图表示的数据矩阵变为数据对,方法一：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代码重复的个数。,第一行：（3，3）（4，5）第二行：（3，4）（4，4）第三行：（1，1）（3，3）（4，3）（2，1）第四行：（1，2）（3，3）（2，3）第五行：（1，4）（3，1）（2，3）,32,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,2、行程编码,方法二：逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码，即按（位置，属性值）编码,第一列：（1，3）（3，1）第二列：（1，3）（4，1）第三列：（1，3）（5，1）第四列：（1，4）（2，3）（5，1）第五列：（1，4）（4，3）（6，2）（7，1）,33,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,2、行程编码,方法三：按行（或列）记录相同代码的始末像元的列号（或行号）和相应代码，即按（起位，止位，属性值）编码,第一行：（1，3，3）（4，8，4）第二行：（1，3，3）（5，8，4）第三行：（1，1，1）（2，4，3）（5，7，4）（8，8，2）第四行：（1，2，1）（3，5，3）（6，8，2）第五行：（1，4，1）（5，5，3）（6，8，2）,34,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,特点：对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。,2、行程编码,35,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,3、块式编码,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。,数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）,特点：具有可变分辨率，即当属性变化小时图块大，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高而降低分辩率。,依次扫描，编过的不重复。,如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 4 4 7 7 7 7 72 4 4 4 4 4 7 7 73 4 4 4 4 8 8 7 7 4 0 0 4 8 8 8 7 75 0 0 8 8 8 8 7 86 0 0 0 8 8 8 8 87 0 0 0 0 8 8 8 88 0 0 0 0 0 8 8 8,36,2023/3/6,块式编码示例,（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）；（3，3，1，2），（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）。,37,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,返回,1、基本思想：将2n2n象元组成的图像(不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分。不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。2、四叉树的树形表示：用一倒立树表示这种分割和分割结果。根：整个区域高：深度、分几级，几次分割叶：不能再分割的块树叉：还需分割的块 每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。,四叉树：一种可变分率的非均匀网格系统。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一,38,2023/3/6,栅格数据存储的压缩编码,3、编码方法,1）常规四叉树 记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用指针联系，每个结点需要6个变量：父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值。,指针不仅增加了数据的存储量，还增加了操作的复杂性：如层次数（分割次数）由从父结点移到根结点的次数来确定，结点所代表的图像块的位置需要从根节点开始逐步推算下来。所以，常规四叉树并不广泛用于存储数据，其价值在于建立索引文件，进行数据检索。,39,2023/3/6,四叉树编码示例,40,2023/3/6,四叉树编码示例,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,36,37,38,39,34,35,40,0 0 0,0 3 3 3 0 3 3 3,3 3 5 3 0 0 2 2,2 3 2 2 2 2 0 2,2 2 2 5 2 5 5 5,3 3,3 5 5,西南,东南,西北,东北,41,2023/3/6,四叉树(也称四分树)数据结构常常先把地图看成是一个正方形的单元如图所示（这是个简单的例子，在实际使用中，一幅地图上总有很多多边形）：如果该单元内有不同性质的多边形，则将单元分成四个大小相同的二级单元，然后再分别判断这四个二级单元中是否还有不同性质的多边形，若其中某个二级单元中有不同性质的多边形，则再划分成四个大小相同的三级单元。这种逐级一分为四的方法，一直分到预定的最高分辨率为止。,42,2023/3/6,四叉树(也称四分树)数据结构常常先把地图看成是一个正方形的单元如图所示（这是个简单的例子，在实际使用中，一幅地图上总有很多多边形）：,如果该单元内有不同性质的多边形，则将单元分成四个大小相同的二级单元，然后再分别判断这四个二级单元中是否还有不同性质的多边形，若其中某个二级单元中有不同性质的多边形，则再划分成四个大小相同的三级单元。这种逐级一分为四的方法，一直分到预定的最高分辨率为止。,43,2023/3/6,44,2023/3/6,编码方式比较,直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；链码：压缩效率较高，已接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。,45,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能精确地表示点、线、面等地理实体。其坐标空间假定为连续空间，允许任意位置、长度和面积的精确定义，事实上，其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字长的限制，在一般情况下，比栅格数据结构精度高得多。,46,2023/3/6,矢量数据结构编码的基本内容,矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；,47,2023/3/6,矢量数据结构编码的基本内容,标识码,属性码,空间对象编码唯一连接空间和属性数据,数据库,独立编码,点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),(x1,y1),点位字典,点:点号文件,线:点号串,面:点号串,存储方法,48,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,49,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,一、矢量数据结构编码的基本内容1、点实体,点实体,惟一标识符,类型,简单点,文字说明,节点,序列号,（x,y）坐标,有关的属性,如果是简单点（符号）,比例尺,方向,如果是文字说明（字符）,大小,方向,字体,字型,排列,如果是节点（符号）,到线状目标的指针,与线相交的角度,其他有关属性,50,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,一、矢量数据结构编码的基本内容2、线实体,线实体,惟一标识码,线标识码,起始点,终止点,坐标对序列,显示信息,非几何属性,对于同一条线，坐标序列对越多，则越逼近原始曲线,51,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,一、矢量数据结构编码的基本内容3、面实体,面实体,惟一标识码,面标识码,点数,坐标对序列,拓扑特征,显示信息,非几何属性,52,2023/3/6,拓扑关系,拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法；在GIS中，用于空间数据的组织、分析和应用。在GIS中，为了真实反映地物，不仅包括实体的大小、形状及属性，而且要反映出实体之间的相互关系。例如：自然与行政的分区，各种空间类型的分布及交通网等，都存在结点、弧段和多边形之间的拓扑关系。,53,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,拓扑关系：指网结构元素节点、弧段、面域之间的空间关系（1）拓扑邻接：存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系,结点邻接关系N1/N4，N1/N2，；多边形邻接关系P1/P3，P2/P3，,54,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,（2）拓扑关联：指存在于空间图形的不同元素之间的拓扑关系,结点与弧段的关联关系N1/C1、C3、C6；多边形与弧段的关联关系P1/C1、C5、C6。,55,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,（3）拓扑包含：面与其他拓扑元素之间的关系。如果点、线、面在该面内，则称被该面包含。,P1包含P2,P3和P4,56,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,（4）拓扑连通：拓扑元素之间的通达关系，如点连通，面的连通。（5）层次关系：相同拓扑元素之间的等级关系。欧拉公式：L+2=A+P,57,2023/3/6,拓扑关系的表示,面链关系：链结点关系：结点链关系：链面关系：,面,构成面的链,链,链两端点的结点,结点,通过该结点的链,链,左面,右面,58,2023/3/6,59,2023/3/6,60,2023/3/6,拓扑结构的优缺点,和简单矢量结构相比，拓扑型空间数据结构的主要优点有四条：(1)描述点、线、面的空间关系不完全依赖于具体坐标位置。(2)用拓扑表所表达的空间关系信息丰富、简洁，若采用其他办法会出现大量的重复数据(冗余)。(3)便于作多边形和多边形的叠合。(4)便于检查数据输入过程中的错误。,61,2023/3/6,拓扑型空间数据结构的主要缺点有两条：(1)拓扑关系的建立比较复杂。(2)数据结构本身比较复杂。,62,2023/3/6,拓扑关系的意义,显然，含有拓扑关系的空间数据有利于GIS的拓扑查询和空间分析。ARCINFO是典型的以拓扑型数据结构组织空间数据的GIS软件，这也是为什么ARCINFO具有强大空间分析功能的原因。,不需要利用坐标或距离，可以确定空间实体的位置关系,利用拓扑关系便于空间要素的查询,根据拓扑关系可以重建地理实体，例如利用弧段构建多边形，最佳路径的选择的等。,63,2023/3/6,空间关系,度量关系：空间对象之间的距离关系，一般用欧式距离表示顺序关系：空间实体在空间上的的排列次序拓扑关系：拓扑变换下保持不变的关系,64,2023/3/6,点、线、面之间的空间关系,65,2023/3/6,66,2023/3/6,空间关系的应用,点点,点线,点面,住宅,学校,海岸线,码头,肺癌病例,区域,学校和住宅接近吗？,码头在海岸线上吗？,肺癌病在区内分布,67,2023/3/6,空间关系的应用,线点,线线,线面,镇,乘车线路,河流,小路,这条线路过镇上吗？,小路穿过河流吗？,河流在区域内吗？,68,2023/3/6,空间关系的应用,面点,面线,面面,该邮政区包括学校吗？,该区域包括铁路吗？,区域彼此影响吗？区域重叠吗？,69,2023/3/6,矢量数据结构,道路,河流,地質,植被,70,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,3、几种矢量数据结构（1）实体式数据结构（面条结构）,71,2023/3/6,只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。存储：独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征无拓扑关系，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,72,2023/3/6,73,2023/3/6,实体式数据结构 优缺点,实体式数据结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。这种方法的缺点是：1、多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生冗余和碎屑多边形；2、每个多边形自成体系而缺少邻域处理，如消除两个多边形之间的共同边界；3、岛只作为一个单个的图形建造，没有与外包多边形的联系；4、不易检查拓扑错误，这种方法可用于简单的粗精度制图系统中。,74,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,3、几种矢量数据结构（2）树状索引编码法 该法采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，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。,75,2023/3/6,树状索引编码法,76,2023/3/6,树状索引编码法,77,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,（3）双重独立地图编码简称DIME结构（Dual Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系。,78,2023/3/6,双重独立地图编码,拓扑结构文件,节点坐标文件,79,2023/3/6,80,2023/3/6,2.2 矢量数据结构,4、链状双重独立式数据结构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。,81,2023/3/6,链状双重独立式数据结构,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；,82,2023/3/6,链状双重独立式数据结构,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。,83,2023/3/6,84,2023/3/6,85,2023/3/6,86,2023/3/6,87,2023/3/6,矢量数据结构的属性数据表达,属性特征类型 类别特征：是什么 说明信息：同类目标的不同特征属性特征表达 类别特征：类型编码 说明信息：属性数据结构和表格属性表的内容取决于用户图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记 录号实现。,88,2023/3/6,矢量数据结构的属性数据表达,89,2023/3/6,矢量数据结构的特点,用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量好，精度高,90,2023/3/6,拓扑结构：是否需要拓扑结构?应用目的 制图或一般查询，可不要拓扑结构 空间分析，则应建立拓扑关系 服务对象和系统数据结构 面状目标：面-弧、弧-面 网络目标：点-弧、弧-点,91,2023/3/6,2.4 矢量数据结构与栅格数据结构,92,2023/3/6,如何选择,应根据应用目的要求、实际应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配制情况，在矢量和栅格数据结构中选择合适的数据结构。矢量数据结构是人们最熟悉的图形表达形式，对于线划地图来说，用矢量数据来记录往往比用栅格数据节省存贮空间。相互连接的线网络或多边形网络则只有矢量数据结构模式才能做到，因此矢量结构更有利于网络分析（交通网，供、排水网，煤气管道，电缆等）和制图应用,93,2023/3/6,如何选择,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。,94,2023/3/6,如何选择,栅格结构和矢量结构都有一定的局限性。一般来说,大范围小比例的自然资源、环境、农业、林业、地质等区域问题的研究,城市总体规划阶段的战略性布局研究等,使用栅格模型比较合适。城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用，矢量模型比较合适。当然，也可以把两种模型混合起来使用，在同一屏幕上同时显示两种方式的地图。,95,2023/3/6,如何选择,矢量到栅格的转换是简单的，有很多著名的程序可以完成这种转换。而且有许多显示屏幕中可以自动完成转换工作。栅格到矢量的转换也很容易理解，但具体算法要复杂得多。,96,2023/3/6,总结,空间数据结构选择对于GIS设计和建立起着十分关键的作用，GIS中空间数据的结构主要有栅格数据和矢量数据两种形式。本章介绍了栅格数据的基本概念，栅格数据的表示，栅格数据的组织方法、取值方法及编码存储方法。栅格数据结构实际上就是像元阵列，每个像元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。栅格数据结构可以二维数组或一维数组来表示。直接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。恰当地设计数据结构和编码方法可大大节省栅格数据的存储需要量，主要的编码方法有链式编码、行程编码、块式编码、四叉树编码等。,97,2023/3/6,总结,矢量数据是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合，矢量数据结构主要用于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之间的相互关系。矢量数据能更精确地确定实体的空间位置。矢量数据编码主要包括对点、线、区实体以及实体间多种拓扑关系的处理。空间数据的矢量结构和栅格结构是模拟地理信息系统的两种方法，它们各有千秋，相互补充、相互促进。在GIS建立过程中，应根据应用目的要求、实际应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配制情况，在矢量和栅格数据结构中选择合适的数据结构。,
