04第四章空间数据结构.ppt

lxsgis@163.com 地理信息系统原理与应用 第四章 空间数据结构 1.空间数据结构概述 2.矢量数据结构 3.栅格数据结构 4.矢与栅一体化数据结构 5.镶嵌数据结构 6.三维数据结构 1.空间数据结构概述 1.1数据结构概念 1.2空间数据结构概念 1.1数据结构概念 数据结构是指数据组织的形式，是相互有关联的数据元素的集合，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。 数据的逻辑结构有两个要素：一是数据元素的集合，记为D；二是D上的关系，它反映D中各数据元素之间的前后件关系,记为R，即一个数据结构可以表示为：B=(D,R) 如一年四季的数据结构可以表示为： B=(D,R) D={春，夏，秋，冬} R={(春，夏)，(夏，秋)，(秋，冬)} 1.2空间数据结构概念 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。 同一空间数据逻辑模型往往采用多种空间数据结构，例如游程长度编码结构、四叉树结构都是栅格数据模型的具体实现。 2.矢量数据结构 2.1定义与特点 2.2实体数据结构 2.3拓扑数据结构 2.1定义与特点 定义 矢量数据结构对矢量数据模型进行数据的组织。 通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体。 特点 定位明显，属性隐含:其定位是根据坐标直接存储;属性存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。 数据精度高，存储空间小 。 矢量数据结构中，传统方法是几何图形及其关系用文件方式组织，而属性数据通常采用关系型表文件记录，两者通过实体标识符连接。 矢量数据表示时主要考虑以下问题： 矢量数据自身的存贮和处理。 与属性数据的联系。 矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)。 矢量数据表示内容 矢量数据结构按其是否明确表示地理实体间的空间关系分为 实体数据结构 拓扑数据结构 2.2实体数据结构 实体式（坐标序列法，Spaghetti方式 ） 构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织； 在这种数据结构中，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化； 不含有拓扑关系数据。 第一种结构 第二种结构 实体式优点 编码直观容易； 数字化操作简单； 显示速度快。 实体式缺点 相邻多边形的公共边界数字化两次，造成数据冗余，可能出现数据不一致； 缺少拓扑关系（Topological Relationship），空间分析非常困难； 岛只作为一个单一图形，没有与外界多边形的联系。 2.3拓扑数据结构 拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。具有拓扑关系的矢量数据结构就是拓扑数据结构。 拓扑数据结构没有固定的格式，还没有形成标准，但基本原理相同。 共同特点 点是相互独立的，点连成线，线构成面。 每条线始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接。 拓扑数据结构包括 索引式； 双重独立编码结构； 链状双重独立编码结构。 2.3.1索引式（树状索引编码法，点位字典法 ） 采用树状索引减少数据冗余并间接增加邻域信息； 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。 与实体式相比，索引式的优缺点： 优点 用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致； 邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。 缺点 表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难； 以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。 2.3.2双重独立编码结构 该种数据结构最早由美国人口统计系统采用，简称DIME（Dual Independent Map Encoding）编码系统； 它以城市街道为编码主体，其特点是采用拓扑编码结构，该种结构最适合于城市信息系统。 双重独立编码结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用顺序的两点定义以及相邻多边形来予以定义。 图所示的多边形数据，利用双重独立编码可得到以线段为中心的拓扑关系表，如后页表所示。 表中第一行表示线段a的方向是从结点1到结点6，其左侧面域的多边形是Q，右侧面域多边形是A。 在双重独立式数据结构中，结点与结点或者多边形与多边形之间为邻接关系，结点与线段或者多边形与线段之间为关联关系。 2.3.3链状双重独立编码结构 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多边形来表示，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。 国际著名GIS软件平台开发商美国ESRI公司ARCGIS产品中的COVERAGE数据模型就是采用链状双重独立编码数据结构。 在链状双重独立