環(huán)境信息系統(tǒng)的GIS基礎(chǔ)南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院本部分分為6講第1講地理信息系統(tǒng)（GIS）導(dǎo)論第2講空間信息基礎(chǔ)第3講空間數(shù)據(jù)模型第4講空間數(shù)據(jù)采集與處理第5講地理信息系統(tǒng)空間分析原理與方法第6講地理信息可視化寄地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品輸出第3講空間數(shù)據(jù)模型引子：GIS描述的方法現(xiàn)實(shí)世界的方法——矢量與柵格第一節(jié)地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型（傳統(tǒng)）第二節(jié)柵格數(shù)據(jù)模型第三節(jié)基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型第四節(jié)矢量柵格數(shù)據(jù)的比較與轉(zhuǎn)化GIS描述現(xiàn)實(shí)世界的方法現(xiàn)實(shí)世界矢量表示柵格表示地理信息系統(tǒng)地理信息的數(shù)字化表示方法常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)XYijx1y1x2y2xiyixn

yn矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(隱式表示)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(顯式表示)隱式表示隱式表示：由一系列定義了始點(diǎn)和終點(diǎn)的線及某種連接關(guān)系來(lái)描述，線的始點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)定義為一條表示椅子形式的矢量，線之間的指示字，告訴計(jì)算機(jī)怎樣把這些矢量連接在一起形成椅子，隱式表示的數(shù)據(jù)為：

椅子的屬性——一系列矢量——連接關(guān)系

矢量數(shù)據(jù)模型（隱式）ID，屬性碼，（x1,y1)ID，屬性碼，（x2,y2)ID，屬性碼，（x1,y1),(x2,y2)…(x5,y5)12345123456789ID，屬性碼，（x1,y1),(x2,y2)…(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

矢量結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式來(lái)表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體。特點(diǎn)：定位明顯，屬性隱含。獲取方法：

(1)手工數(shù)字化法；

(2)手扶跟蹤數(shù)字化法；

(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量空間數(shù)據(jù)模型顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點(diǎn))，為使計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)這些像元描述的是某一物體而不是其它物體。注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號(hào)、數(shù)字、灰度值來(lái)顯示。則得到椅子的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

椅子的屬性——符號(hào)／顏色——像元x點(diǎn)線面對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地理要素的非幾何屬性特征。特點(diǎn)：屬性明顯，定位隱含。獲取方法：

(1)手工網(wǎng)格法；

(2)掃描數(shù)字化法；

(3)分類影像輸入法；

(4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2431111135111111311111131111113111311333333柵格數(shù)據(jù)的表示方法——顯式0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，2，0，0，0，0，0，4，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，0，0，0，0，3，0，0，5，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型是用圖形文件存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)來(lái)表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式；一般用要素的標(biāo)號(hào)或標(biāo)識(shí)碼鏈接。地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型分為簡(jiǎn)單矢量數(shù)據(jù)模型（Shapefile數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)模型（coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）；第一節(jié)地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系。用點(diǎn)、線和面等幾何對(duì)象表示簡(jiǎn)單的空間要素。存儲(chǔ)：獨(dú)立存儲(chǔ)：空間對(duì)象位置直接跟隨空間對(duì)象；點(diǎn)位字典：點(diǎn)坐標(biāo)獨(dú)立存儲(chǔ)，線、面由點(diǎn)號(hào)組成一簡(jiǎn)單矢量數(shù)據(jù)模型標(biāo)識(shí)碼屬性碼空間對(duì)象編碼唯一連接幾何和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)獨(dú)立編碼點(diǎn):(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn

,yn

)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點(diǎn)位字典點(diǎn):點(diǎn)號(hào)文件線:點(diǎn)號(hào)串面:點(diǎn)號(hào)串點(diǎn)號(hào)XY1112223344………n5566存儲(chǔ)方法1簡(jiǎn)單矢量數(shù)據(jù)模型——點(diǎn)實(shí)體編碼基本結(jié)構(gòu)比例方向線指針與線相交的角度比例方向字體排列x,y坐標(biāo)其它非幾何屬性建立和顯示數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系的屬性簡(jiǎn)單點(diǎn)——符號(hào)文本點(diǎn)——字符結(jié)點(diǎn)——符號(hào)統(tǒng)一標(biāo)識(shí)類別或系列號(hào)點(diǎn)類型簡(jiǎn)單點(diǎn)文本點(diǎn)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)實(shí)體編碼線實(shí)體編碼唯一標(biāo)示碼線標(biāo)示碼起始點(diǎn)終止點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)序列顯示信息非幾何屬性2簡(jiǎn)單矢量數(shù)據(jù)模型——線實(shí)體編碼基本內(nèi)容多邊形環(huán)路法樹狀索引編碼法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法由多邊形邊界的x,y坐標(biāo)隊(duì)集合及說(shuō)明信息組成對(duì)所有邊界點(diǎn)數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3簡(jiǎn)單矢量數(shù)據(jù)模型——面實(shí)體編碼面實(shí)體編碼多邊形環(huán)路法ⅠⅡⅢⅣⅤ123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3；x4，y4；

x5，y5；x6，y6；P2x7，y7；x8，y8；

x9，y9；x10，y10；

x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)

1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P312345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ線號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)

Ⅰ656,1,2,3,4,5Ⅱ56

5,6

Ⅲ

6

56,7,8,9,10,11,5

Ⅳ121312,15,14,13樹狀索引法多邊形文件多邊形號(hào)邊界線號(hào)

1Ⅰ，Ⅱ2Ⅱ，Ⅲ

3ⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ樹狀索引法1、點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位

線號(hào)左多邊形

右多邊形

起點(diǎn)終點(diǎn)L210P1P22101234567891011

1213

1415PPP3、面文件面號(hào)線號(hào)P1L210,L109…關(guān)聯(lián)鄰接關(guān)聯(lián)連通拓?fù)潢P(guān)系明確在DIME中做如下改進(jìn)：將以線段為記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨(dú)立式編碼

又稱雙重獨(dú)立地圖編碼DIME(Dual

lndependentMapEncoding)是美國(guó)人口調(diào)查系統(tǒng)所采用的編碼方法。它通過(guò)有向編碼建立了多邊形、邊界、節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，DIME是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)，是其它拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼——雙重獨(dú)立式編碼線號(hào)左多邊形右多邊形起點(diǎn)終點(diǎn)aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過(guò)線文件生成面文件外，還需要點(diǎn)文件

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼——雙重獨(dú)立式編碼

鏈狀雙重獨(dú)立式編碼是DIME編碼的一種改進(jìn)。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點(diǎn)的序號(hào)及相鄰的面域來(lái)表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個(gè)弧段（或鏈段），每個(gè)弧段可以有許多中間點(diǎn)。在鏈狀雙重獨(dú)立式編碼中，主要有四個(gè)文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點(diǎn)文件。注意：要徹底解決鄰域和島狀信息處理問(wèn)題必須建立一個(gè)完整的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)包括以下內(nèi)容：唯一標(biāo)識(shí)，多邊形標(biāo)識(shí)，外包多邊形指針，鄰接多邊形指針，邊界鏈接，范圍（最大和最小x、y坐標(biāo)值）。采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼可以較好地解決空間關(guān)系查詢等問(wèn)題，但增加了算法的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)庫(kù)的大小。矢量編碼最重要的是信息的完整性和運(yùn)算的靈活性，這是由矢量結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)所決定的，目前并無(wú)統(tǒng)一的最好的結(jié)構(gòu)編碼方法，在具體工作中應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和任務(wù)的要求而靈活設(shè)計(jì)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼——鏈狀雙重獨(dú)立式編碼1、弧段坐標(biāo)文件：弧段號(hào)坐標(biāo)系列（串)Ax2,y2；X10,y10；…2、弧段文件：鏈—面，鏈—結(jié)點(diǎn)關(guān)系

弧段號(hào)

左多邊形

右多邊形

起點(diǎn)終點(diǎn)AP1P2251234567891011

1213

1415PPP3、面文件:面號(hào)弧段號(hào)

P1A,B,-C4、點(diǎn)拓?fù)湮募航Y(jié)點(diǎn)—鏈關(guān)系

點(diǎn)號(hào)

弧段號(hào)

2A,B,D在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）等拓?fù)湟兀c(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼——鏈狀雙重獨(dú)立式編碼弧段文件弧段號(hào) 起始點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn) 左多邊形 右多邊形 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弧段坐標(biāo)文件弧段號(hào) 點(diǎn)號(hào) a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31多邊形文件多邊形號(hào)弧段號(hào)周長(zhǎng)面積中心點(diǎn)坐標(biāo)

A h,b,a

B g,f,c,h,-j

C j D e,i,f

E e,i,d,b

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼——鏈狀雙重獨(dú)立式編碼鏈狀雙重獨(dú)立式編碼的特點(diǎn)：

拓?fù)潢P(guān)系明確，也能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位，滿足實(shí)際應(yīng)用需要。因?yàn)橐话銛?shù)字化一條街道時(shí)，必然有許多中間點(diǎn)，但我們?cè)谧隹臻g分析是卻沒(méi)有必要以這些中間點(diǎn)所組成的折線為研究對(duì)象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對(duì)象.

被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。

例：ARC文件：二進(jìn)制文件:弧段號(hào)點(diǎn)數(shù)坐標(biāo)串

在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點(diǎn)、線、面）增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓?fù)?，具體生成許多文件，如AAT，PAT等.INFO：屬性表.如AAT（ArcAttributeTable）用戶標(biāo)識(shí)碼，表明地物類型當(dāng)圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點(diǎn)、線、面要素后，其拓?fù)潢P(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓?fù)??；《翁?hào)USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性:（名稱)4簡(jiǎn)單矢量數(shù)據(jù)模型特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直觀，主要用于顯示、輸出及一般查詢；便于系統(tǒng)的維護(hù)和更新。公共邊重復(fù)存儲(chǔ)，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性和一致性。處理嵌套多邊形比較麻煩5Arcgis軟件Shape文件數(shù)據(jù)模型Shape文件將空間要素的圖形及屬性信息以非拓?fù)涞男问酱鎯?chǔ)在數(shù)據(jù)集中。要素的幾何形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成為具有矢量坐標(biāo)的圖形。Shape文件數(shù)據(jù)模型是非拓?fù)涞臄?shù)據(jù)庫(kù)模型。因此，在數(shù)據(jù)顯示速度上比較快，數(shù)據(jù)的編輯也比較容易實(shí)現(xiàn)。通過(guò)編程的方式很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)Shape文件的存取操作。這一特性是其優(yōu)點(diǎn)，也是缺點(diǎn)。5Shape文件數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)：基于其非拓?fù)湫?，可以使文件迅速顯示出來(lái)。簡(jiǎn)單要素類型：點(diǎn)、線、面分別存儲(chǔ)。一個(gè)Shape文件中只能存儲(chǔ)一種類型的要素。Shape文件的構(gòu)成一個(gè)Shape文件至少包括一個(gè)主文件、一個(gè)索引文件及一個(gè)dBASE

數(shù)據(jù)表文件Shape文件示例： .SHP主文件Mainfile: counties.shp貯存地理要素的幾何數(shù)據(jù).SHX

索引文件Indexfile: counties.shx，貯存圖形要素索引信息，用于查詢.DBF

dBASE

數(shù)據(jù)表文件:counties.dbf

，貯存要素屬性信息的dBASE文件.PRJ投影參數(shù)文件:counties.prj1拓?fù)潢P(guān)系的關(guān)聯(lián)表達(dá):顯式表示(a)多邊形、弧段、結(jié)點(diǎn)（自上而下）（b）結(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形（自下而上）

二拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)模型多邊形弧段

P1

a4a5a6

P2

a1a8a5

P3

a3a6a7

P4

a2a7a8弧段結(jié)點(diǎn)a1N1N2a2N2N4a3N4N5a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3弧段左多邊形右多邊形a10P2a20p4a30p3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2結(jié)點(diǎn)弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊密、拓?fù)潢P(guān)系明確，便于空間數(shù)據(jù)的拓?fù)洳樵兒屯負(fù)浞治鋈缇W(wǎng)絡(luò)分析；更能確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和強(qiáng)化GIS分析。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于系統(tǒng)的維護(hù)和更新，對(duì)單個(gè)實(shí)體的操作效率不高，如增加、刪除、修改一個(gè)實(shí)體時(shí)涉及一系列的文件和數(shù)據(jù)庫(kù)表格；2GIS中建立拓?fù)潢P(guān)系的優(yōu)缺點(diǎn)3拓?fù)渚庉嬤^(guò)程——總步驟1）以弧為基本單元進(jìn)行數(shù)字化，記錄其坐標(biāo)值，形成坐標(biāo)數(shù)據(jù)；2）由坐標(biāo)數(shù)據(jù)提取弧和結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；3）由結(jié)點(diǎn)、弧及坐標(biāo)數(shù)據(jù)產(chǎn)生表達(dá)面實(shí)體拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)。

柵格數(shù)據(jù)模型是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地理要素的非幾何屬性特征。特點(diǎn)：屬性明顯，定位隱含。表示連續(xù)現(xiàn)象獲取方法：

(1)手工網(wǎng)格法；

(2)掃描數(shù)字化法；

(3)分類影像輸入法；

(4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322第二節(jié)柵格數(shù)據(jù)模型一柵格數(shù)據(jù)模型要素點(diǎn)：表示為單個(gè)像元。線：在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合。面：由聚集在一起的相鄰像元的集合。四方向相鄰和八方向相鄰像元值和像元大小X：列Y：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）像元大小格網(wǎng)方向A.OBC中心點(diǎn)法重要性法長(zhǎng)度占優(yōu)法面積占優(yōu)法混合像元的處理方案一方案二：縮小柵格單元的面積二柵格數(shù)據(jù)類型衛(wèi)星影像USGS的數(shù)字高程模型（DEM）非USGS的數(shù)字高程模型全球數(shù)字高程模型數(shù)字正射影像二值掃描文件數(shù)字柵格圖圖形文件特定GIS軟件的柵格數(shù)據(jù)（grid）三柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)逐個(gè)像元編碼（完全柵格編碼）游程編碼(Run_lengthEncoding)鏈狀編碼(chainEncoding)塊狀編碼四叉樹編碼(quarter_treeEncoding)壓縮編碼1逐個(gè)像元編碼（完全柵格編碼）將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。由起點(diǎn)位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個(gè)后續(xù)點(diǎn)相對(duì)其前繼點(diǎn)的可能的8個(gè)基本方向之一表示。8個(gè)基本方向自0°開始按逆時(shí)針?lè)较虼a分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長(zhǎng)度默認(rèn)為一個(gè)柵格單元。2、鏈碼12345076001076701100鏈碼編碼：

2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000鏈碼編碼示例3、游程長(zhǎng)度編碼(1)只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的次數(shù)；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向進(jìn)行編碼：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。3、游程長(zhǎng)度編碼（2）逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向進(jìn)行編碼：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。

4、塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始位置行列號(hào)加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（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）。

5、四叉樹編碼

是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點(diǎn)，將空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。四叉樹分解，各子象限大小不完全一樣，但都是同代碼柵格單元組成的子塊，其中最上面的一個(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)，可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹分解能不斷的進(jìn)行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數(shù)，n＋1是四叉樹最大層數(shù)或最大高度0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼總括AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點(diǎn)行列號(hào)，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈?zhǔn)骄幋a游程長(zhǎng)度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):行號(hào),屬性,重復(fù)次數(shù)1,A,4,R,1,A,4塊狀編碼正方形區(qū)域?yàn)橛涗泦卧獢?shù)據(jù)結(jié)構(gòu):初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,4,1,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼逐個(gè)柵格編碼：簡(jiǎn)單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）；鏈碼：壓縮效率較高，以接近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算較難；游程長(zhǎng)度編碼：在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度的保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易，十分適合于微機(jī)地理信息系統(tǒng)采用；塊碼和四叉樹編碼：具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖象運(yùn)算，效率較高，是很有前途的編碼方法。一、基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型二、GeoDatabase數(shù)據(jù)模型三、拓?fù)湟?guī)則第三節(jié)基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型一基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型把空間要素的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存于同一個(gè)系統(tǒng)中允許一個(gè)空間要素與一系列屬性和方法相聯(lián)系。類：相似屬性的對(duì)象。共性和特殊性原則來(lái)歸并和區(qū)分對(duì)象。類間關(guān)系：聯(lián)合、合成、聚合、類繼承和實(shí)例化二 GeoDatabase數(shù)據(jù)模型GeoDatabase是geographicdatabase的簡(jiǎn)寫，是一種采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)表現(xiàn)地理信息的數(shù)據(jù)模型。是ArcGIS軟件中最主要的數(shù)據(jù)庫(kù)模型。Geodatabase支持在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）表中存儲(chǔ)和管理地理信息。Geodatabase支持多種DBMS結(jié)構(gòu)和多用戶訪問(wèn)，且大小可伸縮。從基于MicrosoftJetEngine的小型單用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，到工作組，部門和企業(yè)級(jí)的多用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，Geodatabase都支持。目前有兩種geodatabase結(jié)構(gòu)：個(gè)人Geodatabase

和多用戶Geodatabase(multiusergeodatabase)。GeoDatabase有兩種實(shí)現(xiàn)形式一種是基于Access數(shù)據(jù)庫(kù)文件的實(shí)現(xiàn)形式另一種是通過(guò)ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，在Oracle、SQLServer等RDBS中實(shí)現(xiàn)的可支持分布式處理的形式在Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)模型中，可以將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)表中，每一個(gè)圖層對(duì)應(yīng)這樣一個(gè)數(shù)據(jù)表。Geodatabase可以表達(dá)復(fù)雜的地理要素（如，河流網(wǎng)絡(luò)、電線桿等）。比如：水系可以同時(shí)表示線狀和面狀的水系。ArcCatalog的Geodatabase中所提供的創(chuàng)建拓?fù)湟?guī)則，主要是用于進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤的檢查，其中部分規(guī)則可以在所設(shè)容差內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些修改調(diào)整。建立好拓?fù)湟?guī)則后，就可以在ArcMap中打開由拓?fù)湟?guī)則所產(chǎn)生的文件，根據(jù)錯(cuò)誤提示對(duì)SHAPE圖層進(jìn)行修改。三拓?fù)湟?guī)則

（一）Geodatabase中如何創(chuàng)建拓?fù)湟?guī)則

對(duì)ArcGIS的Geodatabase而言，能為包含在要素集中的一個(gè)或多個(gè)要素類定義拓?fù)?。它可以為多點(diǎn)、線和多邊形要素類定義拓?fù)?。拓?fù)渥鳛橐幌盗杏糜诳臻g關(guān)系的完整性規(guī)則，有一些重要的屬性：一個(gè)群組容限（clustertolerance，容差），要素類等級(jí)（rank，對(duì)坐標(biāo)精度而言），錯(cuò)誤（error，違規(guī)）和你所定義的規(guī)則（rules）的任何異常情況。（一）Geodatabase中如何創(chuàng)建拓?fù)湟?guī)則在9.0版中，ArcCatalog包含一個(gè)拓?fù)湎驅(qū)?lái)選擇參與拓?fù)涞囊仡悾⒍x它們的屬性。創(chuàng)建拓?fù)湟?guī)則具體步驟如下：創(chuàng)建一個(gè)新的geodatabase（個(gè)人數(shù)據(jù)集）在其下創(chuàng)建一個(gè)featuredataset(要素集)，并為該要素集定制坐標(biāo)系統(tǒng)創(chuàng)建featureclass(要素類)或?qū)⑵渌鼣?shù)據(jù)作為要素類導(dǎo)入到該要素集下進(jìn)入到該要素集下，在窗口右邊空白處單擊右鍵，在彈出的右鍵菜單中有new->topolopy按所給提示操作，設(shè)定合適容差，添加一些所需拓?fù)湟?guī)則，若導(dǎo)入的要素類為多個(gè)圖層，還需為圖層劃分等級(jí)，接著就可完成拓?fù)湟?guī)則的檢查最后在ArcMap中打開由拓?fù)湟?guī)則產(chǎn)生的文件，利用topolopy工具條中給出的錯(cuò)誤記錄信息進(jìn)行修改執(zhí)行拓?fù)湟?guī)則產(chǎn)生的文件

（二）geodatabase的拓?fù)湟?guī)則

1.mustnothavedangle：線，不能有懸掛節(jié)點(diǎn)2.mustnothavepseudo-node：線，不能有偽節(jié)點(diǎn)3.mustnotoverlay：線，不能有線重合（不同要素間）4.mustnotselfoverlay：線，一個(gè)要素不能自覆蓋5.mustnotintersect：線，不能有線交叉（不同要素間）6.mustnotselfintersect：線，不能有線自交叉7.mustnotintersectortouchinterrior：線，不能有相交和重疊8.mustbesinglepart：線，一個(gè)線要素只能由一個(gè)path組成9.mustnotcoveredwith：線＋線，兩層線不能重疊10.mustbecoveredbyfeatureclassof：線＋線，兩層線完全重疊11.endpointmustbecoveredby：線＋點(diǎn)，線層中的終點(diǎn)必須和點(diǎn)層的部分（或全部）點(diǎn)重合12.mustbecoveredbyboundaryof：線＋多邊形，線被多邊形邊界重疊13.mustbecoveredbyendpointof：點(diǎn)＋線，點(diǎn)被線終點(diǎn)完全重合14.pointmustbecoveredbyline：點(diǎn)＋線，點(diǎn)都在線上具體規(guī)則包括：⑴線topology（二）geodatabase的拓?fù)湟?guī)則

1.mustnotoverlay：?jiǎn)我仡?，多邊形要素相互不能重疊2.mustnothavegaps：?jiǎn)我仡悾B續(xù)連接的多邊形區(qū)域中間不能有空白區(qū)（非數(shù)據(jù)區(qū)）3.containspoint：多邊形＋點(diǎn)，多邊形要素類的每個(gè)要素的邊界以內(nèi)必須包含點(diǎn)層中至少一個(gè)點(diǎn)4.boundarymustbecoveredby：多邊形＋線，多邊形層的邊界與線層重疊（線層可以有非重疊的更多要素）5.mustbecoveredbyfeatureclassof：多邊形＋多邊形，第一個(gè)多邊形層必須被第二個(gè)完全覆蓋（省與全國(guó)的關(guān)系）6.mustbecoveredby：多邊形＋多邊形，第一個(gè)多邊形層必須把第二個(gè)完全覆蓋（全國(guó)與省的關(guān)系）7.mustnotoverlaywith：多邊形＋多邊形，兩個(gè)多邊形層的多邊形不能存在一對(duì)相互覆蓋的要素8.mustcovereachother：多邊形＋多邊形，兩個(gè)多邊形的要素必須完全重疊9.areaboundarymustbecoveredbyboundaryof：多邊形＋多邊形，第一個(gè)多邊形的各要素必須為第二個(gè)的一個(gè)或幾個(gè)多邊形完全覆蓋10.mustbeproperlyinsidepolygons：點(diǎn)＋多邊形，點(diǎn)層的要素必須全部在多邊形內(nèi)11.mustbecoveredbyboundaryof：點(diǎn)＋多邊形，點(diǎn)必須在多邊形的邊界上(2)多邊形topology利用拓?fù)洳殄e(cuò)Geodatabase里建立的拓?fù)溆脕?lái)捕捉要素的幾何形體，檢查結(jié)點(diǎn)是否在群組容限內(nèi)，以及是否有違規(guī)。拓?fù)涫紫仁遣蹲揭氐慕Y(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)在考慮等級(jí)的要素類的群組容限范圍以內(nèi)。如果要素的結(jié)點(diǎn)在這個(gè)范圍外，則視為違規(guī)，都會(huì)在驗(yàn)證過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)并標(biāo)記為錯(cuò)誤。完整的錯(cuò)誤列表可以在ArcCatalog和ArcMap的拓?fù)鋵傩灾锌吹?。在ArcMap中拓?fù)渲械腻e(cuò)誤和異常可以在圖上顯示出來(lái)，也可以在錯(cuò)誤探測(cè)器中列出。然后用戶可根據(jù)錯(cuò)誤提示對(duì)圖層要素進(jìn)行修改。三Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)

具有面向?qū)ο蠹夹g(shù)；提供一個(gè)存儲(chǔ)和管理不同GIS數(shù)據(jù)的便利框架。更多的地圖圖層——非常多的圖層能存放在一個(gè)單一的數(shù)據(jù)庫(kù)中。改善的數(shù)據(jù)完整性——你可以為數(shù)據(jù)指定合適的拓?fù)湟?guī)則。更多的數(shù)據(jù)建模機(jī)會(huì)——大量可能的空間約束可以應(yīng)用到你的數(shù)據(jù)上。避免了空間和屬性要素間協(xié)同的復(fù)雜性，減少了數(shù)據(jù)處理的工作量。矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)第四節(jié)矢量柵格數(shù)據(jù)的比較與轉(zhuǎn)化一、矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.便于面向現(xiàn)象(土壤類、土地利用單元等)；

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低；

3.有利于網(wǎng)絡(luò)分析；

4.圖形顯示質(zhì)量好、精度高。1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

2.軟件與硬件的技術(shù)要求比較高；

3.多邊形疊合等分析比較困難；

4.顯示與繪圖成本比較高。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

2.空間分析和地理現(xiàn)象的模擬均比較容易；

3.有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；

4.輸出方法快速，成本比較低廉。1.圖形數(shù)據(jù)量大；

2.投影轉(zhuǎn)換比較困難；

3.柵格地圖的圖形質(zhì)量相對(duì)較低；

4.現(xiàn)象識(shí)別的效果不如矢量方法。矢量+柵格（1）矢量+柵格（2）二、矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇柵格結(jié)構(gòu):

大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問(wèn)題的研究。

在GIS建立過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的和應(yīng)用特點(diǎn)、可能獲得的數(shù)據(jù)精度以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件配置情況，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。三、相互轉(zhuǎn)換算法矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換，是地理信息系統(tǒng)的基本功能之一，目前已經(jīng)發(fā)展了許多高效的轉(zhuǎn)換算法；但矢柵轉(zhuǎn)換，特別是掃描圖像的自動(dòng)識(shí)別，仍然是目前研究的重點(diǎn)。對(duì)于點(diǎn)狀實(shí)體，每個(gè)實(shí)體僅由一個(gè)坐標(biāo)對(duì)表示，其矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換基本上只是坐標(biāo)精度變換問(wèn)題，不存在太大的技術(shù)問(wèn)題。線實(shí)體的矢量結(jié)構(gòu)由一系列坐標(biāo)對(duì)表示，在變?yōu)闁鸥窠Y(jié)構(gòu)時(shí)，除把序列中坐標(biāo)對(duì)變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺?biāo)外，還需根據(jù)柵格精度要求，在坐標(biāo)點(diǎn)之間