1、第二章 空間數據結構2-1空間實體及其描述 2-2柵格數據結構 2-3矢量數據結構 2-5矢柵一體化數據結構 二、地理實體的描述 四、實體間空間關系 一、地理實體 三、實體的空間特征 一、圖形表示 二、數據組織四、柵格數據編碼 三、柵格結構的建立2-6三維數據結構 2-4 柵矢數據的比較 一、柵矢數據的比較二、柵矢數據的選擇 一、矢柵一體化概念 三、一體化結構設計 二、三個約定和細分格網法 二、八叉樹結構一、概述三、四面體格網五、參數函數表示法四、三維邊界表示法一、圖形表示 二、獲取方式三、組織 四、編碼方式 12-3 矢量數據結構 第二章 GIS 數據結構一、圖形表示 2二、矢量數據的獲取方

2、式2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構1) 由外業測量獲得 可利用測量儀器自動記錄測量成果，然后轉到地理數據庫中。2)由柵格數據轉換獲得利用柵格數據矢量化技術，把柵格數據轉換為矢量數據。3)跟蹤數字化用跟蹤數字化的方法，把地圖變成離散的矢量數據。3三、矢量數據組織 2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構點：坐標對（x,y） 線：坐標對系列(x1,y1).(xn,yn) 面：首尾相同的坐標串關系表幾何位置坐標文件連接矢量數據表示時應考慮以下問題：矢量數據自身的存貯和處理。與屬性數據的聯系。矢量數據之間的空間關系(拓撲關系)。 +識別符及有關屬性、其它屬性4點實體：2-3 矢量數據結

3、構第二章 GIS 數據結構識別符 類型、序號線實體其它屬性 : 如三角點設立年代、材料等 簡單點要素：記錄符號、 比例尺、方向坐標屬性 注記點：記錄有關字符的大小、方向、字體、排列等 結點：記錄符號、指針、與線相交的角度唯一標識碼線標識碼起始點終止點坐標對序列顯示信息非幾何屬性5四、矢量數據編碼方法2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構一、實體式（面條模型）二、索引式（樹狀）三、雙重獨立地圖編碼四、鏈狀雙重獨立地圖編碼6（一）實體式面條模型（spaghetti）: 以實體為單位記錄其坐標2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構1234567891011 1213 1415PPP實體坐

4、標串P1x5,y5;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x2,y2, x4,y4;x5,y5P2x5,y5;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x2,y2, x6,y6;x5,y5P3x15,y15;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14, x15,y15Ax5,y5;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x2,y273、島作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形聯系。不易檢查拓撲錯誤。結構簡單、直觀、易實現以實體為單位的運算和顯示。缺點:1、相鄰多邊形的公共邊界被數字化并存儲兩次，造成數據冗余和碎屑多邊形，造成數據不一致，浪費空

5、間，導致雙重邊界不能精確匹配。2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓撲關系，難以進行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形。適宜在簡單的制圖系統中，顯示圖形。2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構 實體式編碼的特點優點：8（二）樹狀索引式2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構對所有點的坐標按順序建坐標文件，再建點與邊（線）、線與多邊形的索引文件。1234567891011 1213 1415PPP1、點文件：點號坐標1x1,y1索引文件：面號弧段號P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件:弧段號起點終點點號A527,8,9,10與實體式相比：優點：用建索引的方法消除多邊形數據的

6、冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號的方式查詢。缺點：表達拓撲關系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓撲關系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。9（三）雙重獨立式編碼簡稱DIME(Dual Independent Map Encoding)，是美國人口統計系統采用的一種編碼方式，是一種拓撲編碼結構。2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構1、點文件點號坐標1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位 線號左多邊形 右多邊形 起點終點L210P1P22101234567891011 1213 1415PPP3、面文件面號線號P1L

7、210,L109L43,L32關聯鄰接關聯連通拓撲關系明確10（四）鏈狀雙重獨立式編碼-拓撲數據結構 2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構 1、弧段坐標文件：弧段號坐標系列（串)Ax2,y2,X10,y102、弧段文件：鏈面，鏈結點關系 弧段號 左多邊形 右多邊形 起點終點AP1P2251234567891011 1213 1415PPP3、面文件面號弧段號 P1A,B,-C4、點拓撲文件： 結點鏈關系 點號 弧段號 2A,B,D在拓撲結構中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結點）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復。 將以線段為

8、記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨立式編碼11鏈狀雙重獨立式編碼 特點1、拓撲關系明確2、能表達島信息3、以弧段為記錄單位，滿足實際應用需要。因為一般數字化一條街道時，必然有許多中間點，但我們在做空間分析是卻沒有必要以這些中間點所組成的折線為研究對象，而應以整條弧段（某條街道）為研究對象.2-3 矢量數據結構第二章 GIS 數據結構12一、矢量數據結構與柵格數據結構特征比較2-4 柵格-矢量數據的比較第二章 GIS 數據結構13二、矢量數據結構與柵格數據結構比較2-4 柵矢數據的比較第二章 GIS 數據結構14一、矢柵一體化概念 2-5 矢柵一體化數據結構第二章 GIS 數據結構 將矢量面對目

9、標的方法和柵格單元填充的方法結合起來，具體采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空間的方法作為一體化數據結構的基礎。 以矢量的方式來組織柵格數據的數據結構。線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。優點：一方面，它保留了矢量的全部性質，以目標為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關系；另一方面，它建立了柵格與地物的關系，即路徑上的任一點都直接與目標建立了聯系。15二、三個約定和細分格網法2-5 矢柵一體化數據結構第二章 GIS 數據結構a. 地面上的點狀地物是地球表面上的點，它僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內部僅有一

10、個位置數據。細分格網法（提高精度）：b. 地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，具有形狀但沒有面積，它在平面上的投影是一連續不間斷的直線或曲線，在計算機內部需要用一組單元填滿整個路徑。c. 地面上的面狀地物是地球表面的空間曲面，具有形狀和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的單元表達的邊界組成。 x,yM1 M2三個約定（便于組織數據）：將一對x，y坐標用兩個Morton碼代替-前一M1表示該點（采樣點或附加的交叉點）所在基本格網的地址碼，后者M2 表示該點對應的細分格網的Morton碼，既顧全整體定位，又保證精度。 16三、一體化數據結構設計2-5 矢柵一體化數據結構第

11、二章 GIS 數據結構線性四叉樹(Morton)是基本數據格式三個約定設計點、線、面數據結構的基本依據細分格網法保證足夠精度。點標識號 M1 M2高程Z10025434084432100261057725463約定1，點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標轉化為地址碼M1 和M2 ,結構簡單靈活，便于點的插入和刪除，還能處理一個柵格內包含多個點狀目標的情況。1、點狀地物和結點的數據結構172、線狀地物的數據結構2-5 矢柵一體化數據結構第二章 GIS 數據結構約定2，線狀地物有形狀但沒有面積。沒有面積意味著只要用一串數據表達每個線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經過的所有柵格的地址全部記錄下

12、來。仿照矢量數據組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位。弧標識號起結點號終結點號中間點串（M1,M2,Z）20078100251002658,7749,435,92,4377,439線標識號弧段標識號3003120078，200793003220092，20098，20099弧段的數據結構:線狀地物的數據結構:183、面狀地物的數據結構 2-5 矢柵一體化數據結構第二章 GIS 數據結構1）弧段文件2）帶指針的二維行程碼二維行程M碼 屬性值005480164308314320378400448460478葉結點的屬性值改為指向該地物的下一個子塊的循環指針二維行程M碼循環指針(屬性值）085

13、1683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）邊界弧段-形狀面域循環指針指向該地物下一個子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身 192-5 矢柵一體化數據結構第二章 GIS 數據結構二維行程M碼循環指針(屬性值)0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）用循環指針將同屬于一個目標的葉結點鏈接起來只要進入第一塊就可以順著指針直接提取該地物的所有子塊，從而避免像柵格數據那樣為查詢某一個目標需遍歷整個矩陣，大大提高了查詢速度。203）面文件 2-5 矢柵一體化數據結構第二章

14、 GIS 數據結構 這種數據結構是面向地物的，具有矢量的特點。通過面狀地物的標識號可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。同時它又具有柵格的全部特性，二維行程本身就是面向位置的結構，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達了位置的相互關系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。給出任意一點的位置都可順著指針找到面狀地物的標識號確定是哪一個地物。面標識號弧標識號串面塊頭指針40001（屬性值為0）20001，20002，20003040002（屬性值為4）20002，20004540003（屬性值為8）200030214、復雜地物的數據結構2-5 矢柵一體化數據結構第二章 GIS 數據結構

15、由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復雜地物。例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個復雜地物，用一個標識號表示。復雜地物的數據結構如表7所示。復雜地物標識號簡單地物標識號5000810025，30005，300255000930006，30007，40032222-6 三維數據結構第二章 GIS 數據結構目前GIS主要還停留在處理地球表面的數據，若數據是地表以下或以上，則先將它投影到地表，再進行處理，其實質是以二維的形式來模擬、處理任何數據，在有些領域可行，但涉及到三維問題的處理時，往往力不從心。二維V=f(x,y)，在不同的層V的含義不同，當V表示的是高程時，就是DE

16、M。由于地形三維視圖的原因，人們常把DEM誤認為是三維模型。但從本質上講，DEM是二維的，因為它只能表示地表的信息，不能對地表內部進行有效的表示。目前，人們常把DEM稱為2.5維的數據模型。真三維模型V=f(x,y,z)，z是一自變量，不受x,y的影響。三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數據采集，系統維護和界面設計等方面比二維GIS復雜得多，如三維數據的組織與重建，三維變換、查詢、運算、分析、維護等方面。下面主要介紹三維數據結構。同樣，三維結構存在柵格和矢量兩種形式。 柵格：將地理實體的三維空間分成細小單元-體元。普遍用八叉樹 矢量：x,y,z，抽象為點、線、面、體，面構成體。方法多種，常

17、用三維邊界表示法 一、概述23二、八叉樹結構第二章 GIS 數據結構1、思想：四叉樹在三維空間的推廣。將要表示的形體V放在一個充分大的正方體C內，C的邊長為2，不斷用兩個與XOY、XOZ的平面均分C為8個子體，并判斷屬性單一性。當子體部分為V-灰結點 需再1分為8。 子體中無V-白結點 停止分割，葉結點。 子體全為V黑結點2-6 三維數據結構242、存貯結構第二章 GIS 數據結構1）規則八叉樹 與常規四叉樹類似，用9項字段來記錄每個結點（8個子結點指針，1個結點屬性）。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指針占總存儲量的94%，空間使用率低。2-6 三維數據結構特點：節省存貯空間，便于某些運算

18、，但喪失一定的靈活性，不便于其它遍歷方式對樹的結點進行存取，應用效果不佳。 2）線性八叉樹 用某一預先確定的次序將八叉樹轉換成一個線性表，表中的每個元素與一個結點相對應。每個結點用固定的字節描述，其中某些位專門用來說明它是否為葉結點。253）一對八式的八叉樹第二章 GIS 數據結構 每個結點均1分為8，并標記為 0，1，2，3，4，5，6，7。隱含地假定了這些子結點記錄存放的次序 便于檢索浪費存儲，除非完全八叉樹，即所有葉結點均在同一層次出現，上層均為非葉結點。2-6 三維數據結構0 1 2 3 70 1 2 3 726三、四面體格網第二章 GIS 數據結構四面體格網（TEN）是將目標空間用緊

19、密排列但不重疊的不規則四面體形成的格網來表示，其實質就是2維TIN結構在3維空間上的擴展2-6 三維數據結構27四、三維邊界表示法第二章 GIS 數據結構v1v2v3v4l1l 2l 3l 4l 5l6v1x1 y1 z1v2x2 y2 z2v3x3 y3 z3v4x4 y4 z4l1v1 v2l2v2 v3l3v3 v1l4v2 v4l5v4 v3l6v1 v4s1l1 l2 l3s2l2 l4 l5s3l5 l3 l6s4l3 l1 l4、面表：給出圍成多面體某個面的各條邊。、當有若干個多面體時，還必須有一個對象表。1、頂點表：用來表示多面體各頂點的坐標、邊表：指出構成多面體某邊的兩個頂點

20、；O1S1,s2屬性可避免重復表示某些點、邊、面，節約存儲，便于圖形顯示，如公共邊不重復。2-6 三維數據結構285、擴充后的邊表 第二章 GIS 數據結構2-6 三維數據結構 為表達拓撲還可將其它一些有關的內容結合到所使用的表中，如將邊所屬的多邊形信息結合進邊表中以后的形式：l1v1 v2s1 s4l2v2 v3s1 s2l3v3 v1s1 s3l4v2 v4s2 s4l5v4 v3s2 s3l6v1 v4s3 s4l1v1 v2l2v2 v3l3v3 v1l4v2 v4l5v4 v3l6v1 v4s1l1 l2 l3s2l2 l4 l5s3l5 l3 l6s4l3 l1 l4包含s1,s4公共邊為l1的信息296、拓撲檢查第二章 GIS 數據結構2-6 三維數據結構數據存儲后，必須檢查數據的一致性、完全性，即進