第三讲 空间数据的结构与组织.ppt

第第3 3讲讲 GISGIS的空间数据结构的空间数据结构与组织与组织内容内容§3.1 3.1 空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系§3.2 3.2 空间数据结构空间数据结构§3.3 3.3 栅格结构栅格结构§3.4 3.4 矢量结构矢量结构§3.5 3.5 数据变换数据变换§3.6 3.6 空间数据的分层组织空间数据的分层组织一、地理空间数据的拓扑关系（一）拓扑的概念和意义（一）拓扑的概念和意义1. 1. 拓扑的概念拓扑的概念 拓扑学是几何学的一个分支，它拓扑学是几何学的一个分支，它研究图形在连续研究图形在连续变形下（拓扑变换）的那些不变的几何属性变形下（拓扑变换）的那些不变的几何属性组成一个组成一个图形的各元素（结点、弧段、面域）之间都存在着二元图形的各元素（结点、弧段、面域）之间都存在着二元关系，即关系，即邻接关系邻接关系和和关联关系关联关系在地图上这种关系可以在地图上这种关系可以借助图形来识别，而在计算机中这种关系需用拓扑关系借助图形来识别，而在计算机中这种关系需用拓扑关系加以定义加以定义拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法。

学方法拓扑的感性认识拓扑的感性认识§假设欧氏平面是一张高质量无边界的橡皮，该橡皮能够伸长和假设欧氏平面是一张高质量无边界的橡皮，该橡皮能够伸长和缩短到任何理想的程度想象一下基于这张橡皮所绘制的图形，缩短到任何理想的程度想象一下基于这张橡皮所绘制的图形，允许这张纸伸长但是不能撕破或者重叠，这样原来图形的一些允许这张纸伸长但是不能撕破或者重叠，这样原来图形的一些属性将保留，而有些属性将会失去属性将保留，而有些属性将会失去一、地理空间数据的拓扑关系§例如，在橡皮表面有一个多边形，多边例如，在橡皮表面有一个多边形，多边形内部有一个点无论对橡皮进行压缩或形内部有一个点无论对橡皮进行压缩或拉伸，点依然存在于多边形内部，点和多拉伸，点依然存在于多边形内部，点和多边形之间的空间位置关系不改变，而多边边形之间的空间位置关系不改变，而多边形的面积则会发生变化前者则是空间的形的面积则会发生变化前者则是空间的拓扑属性，后者则不是拓扑属性拓扑属性，后者则不是拓扑属性 拓扑属性拓扑属性一个点在一个弧段的端点一个点在一个弧段的端点一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交）一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的外部一个点在一个区域的外部一个点在一个环的内部一个点在一个环的内部一个面是一个简单面（面上没有一个面是一个简单面（面上没有“岛岛”））一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）内部沿任意路径走向另一点）非拓扑属性非拓扑属性两点之间的距离两点之间的距离一个点指向另一个点的方向一个点指向另一个点的方向弧段的长度弧段的长度一个区域的周长一个区域的周长一个区域的面积一个区域的面积欧氏平面上实体对象所具有的拓扑和非拓扑属性欧氏平面上实体对象所具有的拓扑和非拓扑属性一、地理空间数据的拓扑关系2. 2. 拓扑关系的重要意义拓扑关系的重要意义 在地理信息系统中，空间数据的拓扑关系，对地理信息在地理信息系统中，空间数据的拓扑关系，对地理信息系统的数据处理和空间分析具有重要的意义，主要表现在如系统的数据处理和空间分析具有重要的意义，主要表现在如下三个方面：下三个方面：（（1 1）根据拓扑关系可以确定地理实体间的）根据拓扑关系可以确定地理实体间的相对空间位置相对空间位置，， 而无需利用坐标和距离；而无需利用坐标和距离；（（2 2）利用拓扑关系有利于）利用拓扑关系有利于空间要素的查询空间要素的查询；；（（3 3））可可以以利利用用拓拓扑扑数数据据重重建建地地理理事事体体。

如如建建立立封封闭闭多多边边形形，，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等实现道路的选取，进行最佳路径的计算等§通过拓扑关系，识别地图中的空间数据关系通过拓扑关系，识别地图中的空间数据关系§不仅记录空间位置和几何特性，还记录空间关系不仅记录空间位置和几何特性，还记录空间关系一、地理空间数据的拓扑关系1 1、拓扑邻接、拓扑邻接：： 元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系如多边形之间；结点之间的邻接关系如多边形之间；结点之间的邻接关系2 2、拓扑关联、拓扑关联：： 元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系如结点与弧段；多边形与弧段的关联关系如结点与弧段；多边形与弧段的关联关系3 3、拓扑包含、拓扑包含：： 元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系如多边形与多边形的包含关系如多边形与多边形的包含关系二）空间数据的拓扑关系（二）空间数据的拓扑关系不不 同同 类类同同 类类同类不同级同类不同级一、地理空间数据的拓扑关系N1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接：拓扑邻接：N1/ /N2 , ,N1/ /N3 , ,N1/ /N4 ; ;P1/ /P3 ; ;P2/ /P3拓扑关联：拓扑关联：N1/ /е1、、е3 、、е6 ；；P1/ /е1、、е5 、、е6 拓扑包含：拓扑包含：P3与与P4一、地理空间数据的拓扑关系（三）拓扑结构的表达（三）拓扑结构的表达1 1、结点与弧段的拓扑关系、结点与弧段的拓扑关系结结 点点弧弧 段段N1N3N2•••е1е3е6е1е2е5е3е2е4•••е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2N1P0一、地理空间数据的拓扑关系弧段弧段结结 点点始始结点结点终结点终结点е1е2е3N2N3N1N1 N2N3•••••••••2 2、弧段与结点的拓扑关系、弧段与结点的拓扑关系е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2N1P0一、地理空间数据的拓扑关系3 3、弧段与多边形的拓扑关系、弧段与多边形的拓扑关系••••••弧段弧段多多 边边 形形左多边形多边形右多边形多边形е1е2е3P1 P2P3•••P0P0P0е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2N1P0一、地理空间数据的拓扑关系4 4、多边形与弧段的拓扑关系、多边形与弧段的拓扑关系多边形多边形弧弧 段段•••е1е5е6е4е2е5е3е6е4•••P1 P2P3е7е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2N1P0一、地理空间数据的拓扑关系地理要素地理要素之间之间的空间区位关系的空间区位关系1 1）点）点- -点关系：点关系：§相合；相合；§分离；分离；§一点为其他诸点的几何中心；一点为其他诸点的几何中心；§一点为其他诸点的地理重心；一点为其他诸点的地理重心；2 2）点）点- -线关系：线关系：§点上：可以计算点的性质，如拐点等；点上：可以计算点的性质，如拐点等；§ 线的端点：起点和终点；线的端点：起点和终点；§线的交点；线的交点；§点与线分离：可计算点到线的距离。

点与线分离：可计算点到线的距离一、地理空间数据的拓扑关系3 3）点）点- -面关系：面关系：§点在区域内，可以记数和统计；点在区域内，可以记数和统计；§点为区域的几何中心；点为区域的几何中心；§点为区域的地理重心；点为区域的地理重心；§点在区域的边界上；点在区域的边界上；§点在区域外部点在区域外部 4 4）线）线- -线关系：线关系：§重合；重合；§相接：首尾环接或顺序相接；相接：首尾环接或顺序相接；§相交：相交：§相切；相切；§并行一、地理空间数据的拓扑关系5 5）线）线- -面关系：面关系：§区域包含线：可计算区域内线的密度；区域包含线：可计算区域内线的密度；§线穿过区域：线穿过区域：§线环绕区域：对于区域边界，可以搜索其左右区域名称；线环绕区域：对于区域边界，可以搜索其左右区域名称；§线与区域分离线与区域分离6 6）面）面- -面关系：面关系：包含：如岛的情形；包含：如岛的情形；§相合：相合：§相交：可以划分子区，并计算逻辑与、或、非和异或；相交：可以划分子区，并计算逻辑与、或、非和异或；§相邻：计算相邻边界的性质和长度；相邻：计算相邻边界的性质和长度；§分离：计算距离、引力等。

分离：计算距离、引力等一、地理空间数据的拓扑关系二、空间数据结构（一）数据结构概念：（一）数据结构概念： 数据结构即指数据结构即指数据组织的形式数据组织的形式，是适于计算机存储、管理，是适于计算机存储、管理和处理的和处理的数据逻辑结构数据逻辑结构 对空间数据而言，数据结构则是地理实体的空间排列方式对空间数据而言，数据结构则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述和相互关系的抽象描述 在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据主要包括：在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据主要包括：空间位置空间位置、、拓扑关系拓扑关系和和属性属性三个方面的内容三个方面的内容（二）（二）GISGIS的数据的数据( (空间信息空间信息) )§1 1、空间数据（图）：、空间数据（图）：表示要素的空间位置、几何特征表示要素的空间位置、几何特征§2 2、属性数据（文）：、属性数据（文）：表示要素的非几何特性，包括表示要素的非几何特性，包括文字属文字属性、表格、其他非几何数据（声音、动画、影像等等）性、表格、其他非几何数据（声音、动画、影像等等）二、空间数据结构（三）空间对象（实体）的地图表达（三）空间对象（实体）的地图表达1、点状要素：、点状要素：表达为空间上一个点位的符号。

具表达为空间上一个点位的符号具定位特征，为定位特征，为不依比例符号不依比例符号2、线状要素：、线状要素：表达为空间上沿某个方向延伸的线表达为空间上沿某个方向延伸的线状或带状现象的符号具定位特征，状或带状现象的符号具定位特征，为为半依比例符号半依比例符号3、面状要素、面状要素：表达为空间上具连续两维分布的现：表达为空间上具连续两维分布的现象的符号具定位特征，为象的符号具定位特征，为依比例符依比例符号号4、体积要素：、体积要素：表达为空间上具三维特征的现象的表达为空间上具三维特征的现象的符号具定位特征，符号具定位特征，与比例尺相关与比例尺相关二、空间数据结构空间对象（实体）的遥感影像表达空间对象（实体）的遥感影像表达遥感传感器平台传感器二、空间数据结构空间对象（实体）的空间对象（实体）的GIS数字化表达数字化表达点：位置：（点：位置：（x，，y）） 属性：符号属性：符号线：位置：线：位置： (x1,y1),(x2,y2),……, ,(xn,yn) 属性：符号属性：符号—形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：位置：面：位置：(x1,y1),(x2,y2),……,(xi,yi),……, ,( (xn,yn) ) 属性：符号变化属性：符号变化 等值线等值线 二、空间数据结构（四）（四）GISGIS的数据结构的数据结构§1 1、栅格数据结构、栅格数据结构(Raster ):(Raster ):§指将分析空间划分成多个规则的网格指将分析空间划分成多个规则的网格单元（多为矩形区域，偶有表示为三单元（多为矩形区域，偶有表示为三角形、菱形或六边形的）然后给各个角形、菱形或六边形的）然后给各个格网单元赋以相应空间对象的属性值，格网单元赋以相应空间对象的属性值，用这多个格网单元组成的规则格网用这多个格网单元组成的规则格网（（GRID)GRID)来表示地理现象的空间位置来表示地理现象的空间位置和属性特征。

和属性特征§ 栅格数据结构实际就是像元阵列，栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置，用每个像元由行列确定它的位置，用像像元值元值表示空间对象的类型、等级等特表示空间对象的类型、等级等特征 栅格模式栅格模式 矢量模式矢量模式 真实世界真实世界二、空间数据结构§2 2、矢量数据结构、矢量数据结构(Vector):(Vector):§利用欧几里得（利用欧几里得（EuclidEuclid）几何）几何学中的点、线、面及其组合体学中的点、线、面及其组合体来表示实体空间分布的一种数来表示实体空间分布的一种数据组织方式据组织方式 通过记录空间对通过记录空间对象的象的坐标及空间关系坐标及空间关系来表达空来表达空间对象的位置和形状间对象的位置和形状二、空间数据结构栅格矢量图形栅格单元（又称像元或像素）按矩阵形式的集合图形的各离散点平面坐标（x,y）的有序集合二、空间数据结构二、空间数据结构栅格数据栅格数据-遥感数据遥感数据二、空间数据结构五角大楼1:4万影像五角大楼1:2万影像五角大楼1:1万影像二、空间数据结构 金字塔“皇后墓室”通道考古中国科学院中国遥感卫星地面站送来一幅从450公里高空拍摄的胡夫大金字塔照片。

世界上没有多少人从这个角度看过金字塔 这幅卫星照片是20022月2日通过美国“快鸟”遥感卫星拍摄的快鸟”是世界上最高分辨率的遥感卫星，每93分钟可绕地球一圈，可以分辨出地面上两个相距61厘米的物体栅格数据栅格数据-数字高程模型（数字高程模型（DEM)二、空间数据结构矢量数据矢量数据二、空间数据结构二、空间数据结构二、空间数据结构矢量矢量+ +栅格栅格二、空间数据结构矢量矢量+栅格栅格二、空间数据结构三、栅格结构§1、栅格结构的特征、栅格结构的特征§2、栅格数据的坐标系及描述参数、栅格数据的坐标系及描述参数§3、栅格数据的获取、栅格数据的获取§4、栅格数据的基本运算、栅格数据的基本运算§5、栅格数据的宏运算、栅格数据的宏运算§6、栅格数据的应用、栅格数据的应用§7、栅格数据的组织与存储、栅格数据的组织与存储§8、栅格数据的压缩编码、栅格数据的压缩编码主要内容：主要内容：（一）栅格数据模型（一）栅格数据模型用单元填满空间，每一个单元是一个小用单元填满空间，每一个单元是一个小的正方形，称为的正方形，称为gridgrid§用同一种方法，实现了点、线、面三用同一种方法，实现了点、线、面三种对象的表达。

种对象的表达§地理实体的位置用它们占据的行列号地理实体的位置用它们占据的行列号(I,J)(I,J)表示表示, ,每一格称为一个像元，像每一格称为一个像元，像元是用灰度值来表示的（元是用灰度值来表示的（0~2550~255）§每个栅格单元只能存在一个值每个栅格单元只能存在一个值§笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系 §早期的早期的GISGIS大多数采用栅格数据模型大多数采用栅格数据模型行西南角格网坐标（XWS，YWS） 格网分辨率格网方向列三、栅格结构（（a a））三角形三角形（（b b）） 菱形菱形（（c) c) 六边形六边形栅格数据模型的其他表示方式1、栅格数据、栅格数据中的点线面中的点线面§点：点：表示为单个像元表示为单个像元§线：线：表示为在一定方向上连表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合接成串的相邻像元的集合§面：面：表示为聚集在一起的相表示为聚集在一起的相邻像元的集合邻像元的集合点线面三、栅格结构2、栅格数据模型中，如何将属性数据赋予空间数据？、栅格数据模型中，如何将属性数据赋予空间数据？ 方法一：方法一：§每一个网格单元都赋予一个数值简单，但无法有多重属性）每一个网格单元都赋予一个数值。

简单，但无法有多重属性）§需要表达多重属性就必须建立多个栅格图层需要表达多重属性就必须建立多个栅格图层土地产权土地产权地形地形土地使用土地使用建筑物建筑物ZYX三、栅格结构方法二：方法二：§网格单元与网格单元与DBMSDBMS（数据库管理系统）相连接，一个网（数据库管理系统）相连接，一个网格单元就可以有多重属性格单元就可以有多重属性§多重属性的局限多重属性的局限三、栅格结构三、栅格结构（二）栅格数据的获取（二）栅格数据的获取§1 1、遥感、遥感方法获取方法获取( (航天与航空航天与航空););§2 2、图片、图片扫描扫描获取获取( (纸介质的地图等扫描纸介质的地图等扫描) )；；§3 3、矢量数据、矢量数据转换转换而来；而来；§4 4、由平面上行距、列距固定的点、由平面上行距、列距固定的点抽样抽样而来三、栅格结构CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物B分类较细、地物斑块较小AB三、栅格结构（三）网格单元的取值方法：（三）网格单元的取值方法：1、中心归属法、中心归属法2、长度占优法、长度占优法3、面积占优法、面积占优法4、重要性法、重要性法5、缩小单个栅格单元的面积、缩小单个栅格单元的面积6、其他、其他三、栅格结构取值的基本原则：取值的基本原则：尽量保持地表的尽量保持地表的真实性，保证最真实性，保证最大的信息容量。

大的信息容量（三）栅格数据的基本运算（三）栅格数据的基本运算§1. 1. 栅格图像的平移栅格图像的平移( (向右一格向右一格, ,再向上一格再向上一格) )三、栅格结构§2. 2. 两个栅格图像的算术组合两个栅格图像的算术组合 将两个栅格图像叠加,使它们对应像元的灰度值相加,相减,相乘,相除,开方和,平方和等等.三、栅格结构§3.3.两个栅格图像的布尔逻辑组合两个栅格图像的布尔逻辑组合三、栅格结构§4.4.其它栅格图像的基本运算其它栅格图像的基本运算(1)栅格灰度值乘上或加上一个常数栅格灰度值乘上或加上一个常数;(2)栅格灰度值求其正弦栅格灰度值求其正弦,余弦等余弦等,方根方根,对数对数,指数等指数等;(3)将某些栅格灰度值置成常数等将某些栅格灰度值置成常数等;(4)求一个栅格图像中元素灰度值之和求一个栅格图像中元素灰度值之和;(5)找出一个栅格图像中元素灰度值最大和最小等找出一个栅格图像中元素灰度值最大和最小等;(6)求出两个栅格图像对应灰度值的数量积求出两个栅格图像对应灰度值的数量积;(7)将两层栅格图像对应灰度值比较将两层栅格图像对应灰度值比较,并把一个较大的元素记录并把一个较大的元素记录到结果栅格图像中到结果栅格图像中;(8)进行进行”二值图像二值图像”处理等等处理等等.三、栅格结构§5. 5. 栅格图像的叠置分析栅格图像的叠置分析三、栅格结构计算计算B行政区行政区里里ⅢⅢ类土壤的类土壤的面积？面积？§计算机实现流程图：计算机实现流程图：三、栅格结构（四）栅格数据的组织（四）栅格数据的组织数据文件像元1I坐标J坐标层1属性值层2属性值层N属性值像元2像元N节省空间数据文件层1像元1I坐标J坐标属性值层2层N像元2形式简单数据文件层1多边形1属性值像元1坐标像元N坐标层2层N多边形N方便制图三、栅格结构（五）栅格数据的存储（五）栅格数据的存储——直接栅格编码直接栅格编码§RasterRaster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的pixelpixel值组成像元阵列（即二维数组），其中行、列号表示它值组成像元阵列（即二维数组），其中行、列号表示它的位置。

的位置例如影像：例如影像： A A A AA A A A                   A B B B A B B B             A A B B A A B B               A A A B A A A B在计算机内是一个在计算机内是一个4*44*4阶的矩阵但在外部设备上，通常是以阶的矩阵但在外部设备上，通常是以左上角开始逐行逐列存贮如上例存贮顺序为：左上角开始逐行逐列存贮如上例存贮顺序为：A A A A A B A A A A A B B B A A B B A A A BB B A A B B A A A B§当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m m行行××n n列列××3(x,y3(x,y和属性编码值和属性编码值) )个存储单元数字地面模型就属个存储单元数字地面模型就属此种情况此种情况。

三、栅格结构（六）栅格数据的存储（六）栅格数据的存储——压缩编码压缩编码§1、链式编码、链式编码(Chain Codes)§2、游程长度编码、游程长度编码(Run-Length Codes)§3、块式编码、块式编码(Block Codes)§4、四叉树编码、四叉树编码(Quadtree Encoding)三、栅格结构AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构: 行号, 属性, 重复次数1, A, 4, R, 1, A, 3块状编码正方形区域为记录单元数据结构: 初始位置, 半径, 属性(1,1,3,A),(1,4,1,A),(1,5,1,R), (1,6,2,A) …NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码1 1、链式编码、链式编码( (ChainCodesChainCodes) )又称为弗里曼链码又称为弗里曼链码(Freeman)(Freeman)或边界链码。

或边界链码基本方向可定义为：东＝基本方向可定义为：东＝0 0，，东南＝东南＝l l，南，南=2=2，西南＝，西南＝3 3，，西＝西＝4 4，西北＝，西北＝5 5，北＝，北＝6 6，东，东北＝北＝7 7等八个基本方向如果等八个基本方向如果再确定原点为像元再确定原点为像元(10(10，，1)1)，，则该多边形边界按顺时针方则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为：向的链式编码为：1010，，l l，，7 7，，0 0，，1 1，，0 0，，7 7，，1 1，，7 7，，0 0，，0 0，，2 2，，3 3，，2 2，，2 2，，1 1，，0 0，，7 7，，0 0，，0 0，，0 0，，0 0，，2 2，，4 4，，3 3，，4 4，，4 4，，3 3，，4 4，，4 4，，5 5，，4 4，，5 5，，4 4，，5 5，，4 4，，5 5，，4 4，，6 6，，6 601234567三、栅格结构§链式编码优缺点链式编码优缺点优点：优点：可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、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，比较适合长度、转折方向的凹凸度等运算十分方便，比较适合与存储图形数据；与存储图形数据；缺点：缺点：对边界进行合并和插入等修改编辑工作比较困对边界进行合并和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，效率较低，而且难，对局部的修改将改变整体结构，效率较低，而且由于以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界将由于以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界将被重复存储而产生冗余。

被重复存储而产生冗余三、栅格结构2 2、游程长度编码、游程长度编码(Run-Length Codes)(Run-Length Codes)§游程长度编码是按行存储多边形内的各个像元的列号，即在某游程长度编码是按行存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号§对右图的进行游程长度编码对右图的进行游程长度编码 ( (格格A,A,空空B)B)三、栅格结构§或表示为：或表示为：(A,1),(B,2),(A,2),(B,1),(A,1),(B,2),(A,2),(B,1),…………§游程长度编码特点：游程长度编码特点：§压缩数据十分有效又简便；压缩数据十分有效又简便；§压缩比的大小与图的复杂程度成反比；压缩比的大小与图的复杂程度成反比；§压缩效率较高，易于检索、叠加合并等操作；压缩效率较高，易于检索、叠加合并等操作；§运算简单运算简单1、针对下图：（、针对下图：（1）） 设基本方向的定义为：东设基本方向的定义为：东=0、东南、东南=1、南、南=2、西南、西南=3、西、西=4、西北、西北=5、北、北=6、东北、东北=7等八个基本方向确定的原点为像元（等八个基本方向确定的原点为像元（3，，1），试写出该多边形的链式编码；），试写出该多边形的链式编码； （（2）试写出该多边形的游程长度编）试写出该多边形的游程长度编码码(格A,空B) 。

（1）首先是 像元 即 3 1 然后是下一个 像元和这个像元的位置关系 可以是 顺时针 也可以是逆时针 顺时针3 1 +方向 7 1 7 1 7 1 7 1 3 3 1 0 2 4 4 5 5 4 5 6 逆时针3 1 +方向 2 1 0 1 1 0 0 6 4 4 6 0 7 7 5 3 5 3 5 3 练习题练习题（2）第2行 A,1,B,1,A,1,B,1,A,1,B,1,A,2 第3行 B,7,A,1 第4行 B,6,A,2 第5行 A,1,B,4,A,3 第6行 A,3,B,4,A,1 第7行 A,4,B,3,A,1三、栅格结构3 3、块式编码、块式编码(Block Codes)(Block Codes)§块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码具有可分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码具有可变的分辨率如图：变的分辨率如图：块式编码的数据结构由初始位置(行号，列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。

根据这一编码原则，上述多边形只需17个单位正方形9个4单位的正方形和1个16单位的正方形就能完整表示，总共要57个数据，其中27对坐标，3个块的半径 三、栅格结构0 4 4 7 7 7 7 74 4 4 4 4 7 7 74 4 4 4 8 8 7 70 0 4 8 8 8 7 70 0 8 8 8 8 7 80 0 0 8 8 8 8 80 0 0 0 8 8 8 80 0 0 0 0 8 8 82、针对下图（、针对下图（1）试写出该多边形的游程长度编码）试写出该多边形的游程长度编码；（；（2）写）写出其块码出其块码 （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)。

块码编码如下：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)三、栅格结构练习题练习题可变分辨率的方法可变分辨率的方法通过变化通过变化分辨率来达到压缩的目的分辨率来达到压缩的目的§栅格连续四分，直到每一个栅格连续四分，直到每一个4 4分后的块都是同一数值为止分后的块都是同一数值为止§采用不同的分辨率存储采用不同的分辨率存储4 4分后分后的每一个块的每一个块§易于查询、适应于存储数据易于查询、适应于存储数据量大的地图量大的地图 NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA4 4、四分树编码（、四分树编码（QuadtreeQuadtree codescodes））三、栅格结构栅格数据压缩编码栅格数据压缩编码-—四分树编码四分树编码三、栅格结构（（a）块码分割）块码分割 （（b）四叉树分割）四叉树分割三、栅格结构（（c））b的四叉树编码的四叉树编码三、栅格结构§容易而有效地计算多边形的数量特征；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分级多，阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树分级多，分辨率也高，而不需要表示的细节部分则分级少，分辨率低。

分辨率也高，而不需要表示的细节部分则分级少，分辨率低因而既可精确表示图形结构，又可减少存储量因而既可精确表示图形结构，又可减少存储量§直接栅格编码到四叉树编码及四叉树到简单栅格编码的转换比直接栅格编码到四叉树编码及四叉树到简单栅格编码的转换比块式编码等其它压缩方法容易块式编码等其它压缩方法容易§多边形中嵌套不同类型小多边形的表示较方便多边形中嵌套不同类型小多边形的表示较方便 四叉树编码的优点四叉树编码的优点三、栅格结构四叉树编码的缺点四叉树编码的缺点§四叉树编码的最大缺点是四叉树编码的最大缺点是转换的不确定性转换的不确定性，用同一形状和大小，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓和模式识别但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓“空洞空洞”这种结构存在，故越来越多的这种结构存在，故越来越多的GIS工作者都对四叉树结构很感工作者都对四叉树结构很感兴趣三、栅格结构四、矢量结构§矢量结构的特点矢量结构的特点§空间关系及其表达空间关系及其表达§矢量结构的组织与编码矢量结构的组织与编码§矢量数据的压缩技术矢量数据的压缩技术（一）矢量数据（一）矢量数据概念概念§矢量数据是指在直角坐标系中，用矢量数据是指在直角坐标系中，用X、、Y坐标（点、线、多边形坐标（点、线、多边形及其组合）表示地图图形或地理实体的位置和形状的数据。

及其组合）表示地图图形或地理实体的位置和形状的数据§矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误位置表现的准确无误四、矢量结构1 1、矢量模型的基本元素、矢量模型的基本元素——点点§有位置，无宽度和长度；有位置，无宽度和长度；§ 抽象的点抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置四、矢量结构2 2、线、线§有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度§用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多§度量实体距离度量实体距离香港城市道路网分布四、矢量结构3 3、面、面§具有长和宽的目标具有长和宽的目标§ 通常用来表示自然或人工的封闭多边形通常用来表示自然或人工的封闭多边形§ 一般分为连续面和不连续面一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）四、矢量结构点：（x，y） 线：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 面(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn) 四、矢量结构属性数据与空间数据关联属性数据与空间数据关联n使用关系型数据库使用关系型数据库DBMSn一个空间要素对应数据库一个空间要素对应数据库的一条记录的一条记录n使用多个字段表达多重属使用多个字段表达多重属性。

性四、矢量结构四、矢量结构（二）矢量结构的特点（二）矢量结构的特点§1、用点、线、面表示现实世界的物体，用每一个实体在坐、用点、线、面表示现实世界的物体，用每一个实体在坐标参考系统中的坐标定义它们的空间位置；标参考系统中的坐标定义它们的空间位置；§2、用属性表示物体的数量和质量特征；、用属性表示物体的数量和质量特征； 例如，用一条线表达一条道路；一个多边形表示一个湖泊例如，用一条线表达一条道路；一个多边形表示一个湖泊§3、用拓扑关系来描述矢量数据之间的位置关系；、用拓扑关系来描述矢量数据之间的位置关系；§4、面向目标的操作；、面向目标的操作；§5、数据结构复杂难以同遥感数据结合；、数据结构复杂难以同遥感数据结合；§6、位置关系较难处理位置关系较难处理四、矢量结构拓扑数据结构的优缺点拓扑数据结构的优缺点§图形的修改方便，可由软件检查数据输入的错误，容易保证图形的修改方便，可由软件检查数据输入的错误，容易保证数据质量；数据质量；§便于叠合分析、网络分析等；便于叠合分析、网络分析等；§数据结构复杂，软件复杂；数据结构复杂，软件复杂；§建立拓扑关系需花计算时间（当地图覆盖范围很大，数据量建立拓扑关系需花计算时间（当地图覆盖范围很大，数据量很大时）。

很大时）四、矢量结构（三）空间关系及其表达（三）空间关系及其表达§绝对空间关系绝对空间关系: 坐标、角度、方位、距离等；坐标、角度、方位、距离等；§相对空间关系：相对空间关系：相邻、包含、关联等相邻、包含、关联等-相对空间关系的类型相对空间关系的类型-拓扑空间关系：拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等描述空间对象的相邻、包含等-顺序空间关系：顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等右、东、西、南、北等度量空间关系：度量空间关系：描述空间对象之间的距离等描述空间对象之间的距离等§地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空间关中的空间关系则必须显式的进行定义和表达系则必须显式的进行定义和表达§空间关系的描述有多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式空间关系的描述有多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式不同的不同的GIS可能采用不同的方法进行描述可能采用不同的方法进行描述四、矢量结构欧拉公式：欧拉公式：欧拉公式在欧拉公式在GIS中有着重中有着重要的意义，主要用来检查要的意义，主要用来检查空间拓扑关系的正确性，空间拓扑关系的正确性，能发现点、线、面不匹配能发现点、线、面不匹配的情况和多余、遗漏的图的情况和多余、遗漏的图形元素。

形元素c + a = n + bn: 结点数a: 弧段数b: 多边形数c: 常数，为多边形地图特征若b包含边界里面和外面的多边形，则c=2，若b仅包含边界内部多边形，则c=1n = 4， a = 4b = 1， c = 1n = 6， a = 5b = 2， c = 1，p=2（图形数）n = 4， a = 5b = 2， c = 1n = 10， a = 12b = 3， c = 1四、矢量结构（四）矢量结构数据的组织与编码（四）矢量结构数据的组织与编码标识码标识码属性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 ) , … , ( xn , yn )点位字典点: 点号文件线: 点号串面: 点号串点号点号XY1112223344………………n5566存储方法存储方法点实体点实体唯一标示符唯一标示符类型类型简单点简单点文字说明文字说明结点结点序列号序列号X X、、y y坐标坐标有关的属性有关的属性其它有关的属性其它有关的属性如果是简单点如果是简单点符号符号比例尺比例尺方向方向如果是文字说明如果是文字说明如果是结点如果是结点字符大小字符大小方向方向字体字体排列排列符号符号指针指针与线相交的角度与线相交的角度1、点实体、点实体四、矢量结构2、线实体、线实体四、矢量结构3、面实体、面实体§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。

本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作 四、矢量结构（五）矢量数据压缩技术（五）矢量数据压缩技术§间隔取点法；间隔取点法；§垂距法和偏角法；垂距法和偏角法；§道格拉斯道格拉斯——普克（普克（Douglas—Douglas—PeuckerPeucker) )法；法；§光栏法光栏法四、矢量结构1 1、间隔取点法、间隔取点法四、矢量结构2 2、垂距法和偏角法、垂距法和偏角法四、矢量结构3 3、道格拉斯、道格拉斯——普克法普克法四、矢量结构4 4、光栏法、光栏法四、矢量结构栅格模式矢量模式优点：1、数据结构简单2、叠加操作更易实现、更有效3、能有效表达空间可变性4、便于做图像的有效增强优点：1、数据结构更严密2、提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作3、图形输出美观缺点：1、数据量大，需要压缩2、难以表达拓扑关系3、图形输出不美观，有锯齿缺点：1、数据结构复杂2、叠加操作不方便3、表达空间变化性能力差4、不能做增强处理矢量模式与栅格模式比较矢量模式与栅格模式比较四、矢量结构（一）栅格与矢量模式的选择与转换（一）栅格与矢量模式的选择与转换§1 1、栅格和矢量均有各自的特点；、栅格和矢量均有各自的特点；§2 2、从点、线、面实体转化为规则单元，这是、从点、线、面实体转化为规则单元，这是矢量数据栅格化矢量数据栅格化；；§3 3、从栅格单元转换到几何图形的过程，称为、从栅格单元转换到几何图形的过程，称为栅格数据矢量化栅格数据矢量化。

五、栅格与矢量结构的转换1 1、由矢量数据到栅格数据间的转换、由矢量数据到栅格数据间的转换五、栅格与矢量结构的转换五、栅格与矢量结构的转换五、栅格与矢量结构的转换2 2、由栅格数据到矢量数据间的转换、由栅格数据到矢量数据间的转换五、栅格与矢量结构的转换五、栅格与矢量结构的转换五、栅格与矢量结构的转换§层的概念同时适合于栅格数据和矢量数据层的概念同时适合于栅格数据和矢量数据§所所谓层是指地理特征及其属性在逻辑上的集合是指地理特征及其属性在逻辑上的集合§在栅格数据结构中，每种属性可形成一个独立的层，而新的属性就意在栅格数据结构中，每种属性可形成一个独立的层，而新的属性就意味着在数据库中新加一层味着在数据库中新加一层§在矢量数据结构中，层是用来区分空间实体的主要类型，目的是为了在矢量数据结构中，层是用来区分空间实体的主要类型，目的是为了制图与显示因独立地物点与多边形标示符不能区分，因而点和多边制图与显示因独立地物点与多边形标示符不能区分，因而点和多边形不能在同一层形不能在同一层六、空间数据的分层组织（一）数据分层的原则（一）数据分层的原则§ §1 1、特征类型：点线面分别处于不同层、特征类型：点线面分别处于不同层、特征类型：点线面分别处于不同层、特征类型：点线面分别处于不同层§ §2 2、特征的逻辑分组：相关的地物位于同一层、特征的逻辑分组：相关的地物位于同一层、特征的逻辑分组：相关的地物位于同一层、特征的逻辑分组：相关的地物位于同一层§ §3 3、应使处理更加方便、应使处理更加方便、应使处理更加方便、应使处理更加方便六、空间数据的分层组织（二）数据分层的方法（二）数据分层的方法§1、按专题分层、按专题分层§2、按时间序列分层、按时间序列分层§3、以地面垂直高度分层、以地面垂直高度分层六、空间数据的分层组织六、空间数据的分层组织地下层地下层地下层地下层第一层第一层第一层第一层第二层第二层第二层第二层187018701900190019101910由哪些层组成呢？由哪些层组成呢？六、空间数据的分层组织居民地：居民地：包括单栋包括单栋房屋、楼房屋、楼房和街区房和街区分层分层1 1：居民地：居民地六、空间数据的分层组织露天体育场、露天体育场、球场：球场：居民地旁边的居民地旁边的文娱活动场地文娱活动场地分层分层2 2：露天体育场、球场：露天体育场、球场六、空间数据的分层组织铁路：铁路：广州市内的铁路线路分层分层3 3：铁路等相关要素：铁路等相关要素六、空间数据的分层组织道路中心线：道路中心线：高速路、城市道路和对外交通道路的中心线（一般用于相关信息的查询及检索）分层分层4 4：道路中心线：道路中心线六、空间数据的分层组织苗圃绿地：绿地：风景名胜、城市公园、居住区公园、小游园等绿地注记：绿地注记：绿地的名称标注分层分层5 5：绿地及绿地注记：绿地及绿地注记六、空间数据的分层组织思考与练习思考与练习§地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？§空间数据的基本特征有哪些？空间数据的基本特征有哪些？思考与练习思考与练习§利用关系表来表达右图的空间拓扑关系。

§什么是元数据？为什么要使用元数据？ebc41325ABC76Dad da: 结点号A: 多边形号1: 弧段号弧段数字化方向。