[理学]第二章3-4 空间数据结构.ppt

第二章 GIS的数据结构 从现实世界到计算机世界 地球表面是由各种地理实体所组成的。各种地理实体的空间分布形式是多种多样的，但可以将其抽象为点、线、面三种基本实体。 任何一个地理实体它所具有的信息可以从三个方面来描述： 空间坐标：用几何坐标标识地理实体的空间位置，如经纬度、平面直角坐标。 属性数据：与地理实体相联系的地理变量。 空间拓扑（Topology)关系：点、线、面实体间的空间联系。 空间实体的数据建模过程分为3个步骤： 首先，选择一种数据模型来表达现实世界的信息（获得数据）； 其次，选择一种数据结构来组织该数据模型（组织数据）； 最后，选择一种适合于记录该数据结构的文件格式（记录数据）。 GIS中，最常用的数据表达方式为矢量方式和栅格方式。 3.1 矢量数据结构及其编码 定义： 矢量数据结构通过记录空间对象坐标的方式，表示点、线、面各种地理实体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； 编码方法 矢量结构的编码形式，按照其功能和方法分为： 实体式坐标序列编码 ：面条结构——独立编码。索引编码。 拓扑型编码 1.双重独立式DIME, (Dual Independent Map Encoding ) 2.链状双重独立式POLYVRT,(Polygon-Converter)。 3.TIGER(地理编码和参照系统的拓扑集成) 简单数据结构编码 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称面条（Spaghetti）结构。 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 空间数据以基本的空间对象（点、线、面）为单元进行独立组织。 点实体用一对x、y坐标表示；线实体用两对以上的x、y坐标表示；面实体（多边形）用首尾相接的多对x、y坐标来表示其边界。 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： 这种编码的优点是结构简单，易于以实体为单位进行操作；缺点是没有表示实体的拓扑关系，不适合复杂的空间分析；数据冗余度大。因此这种编码主要用于功能简单的系统中，如制图系统及一般查询。 索引编码 索引编码是对坐标序列编码结构改进后的一种数据结构。索引编码先对所有（多边形）边界点的坐标按顺序建立点坐标文件，再建立多边形—弧段索引文件、弧段—点索引文件。 这种数据编码虽然比坐标序列编码结构增加了两个索引文件，但所有点的坐标只需存储一次，索引文件中的弧段序号和点序号以定长或不定长的二进制的字符串存储，这样就可以用随机方式按字节进行存储和检索，从而减少了数据的冗余，并且提高了对数据文件的访问速度。 但是，这种数据结构的拓扑关系仍不明显，不能处理“岛”或“湖”结构的多边形数据。 拓扑数据结构编码 拓扑型数据结构由弧段坐标文件、节点文件、弧段文件和多边形文件等一系列含拓扑关系的数据文件组成。 节点文件由节点记录组成，存储每个节点的节点号、节点坐标及与该节点连接的弧段等； 弧段坐标文件存储组成弧段的点的坐标； 弧段文件由弧记录组成，存储弧段的起止节点号和左右多边形号； 多边形文件由多边形记录组成，存储多边形号、组成多边形的弧段号以及多边形的周长、面积和中心点的坐标。 结点（Node）：线与线的交点及端点。弧 （arc）：两个节点之间的线。顶点（Vertex）：节点以外的其它数字化点。 不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系 表达对象：关联关系 表达方式 全显式表达 部分显式表达 拓扑关系物理实现 直接存储 串行指针 拓扑关系与数据共享 采用拓扑关系的原则 拓扑结构：全显式表达 拓扑结构：部分显式表达 拓扑结构：物理实现 串行指针 面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储 POLYVRT（美国计算机图形及空间分析实验室） TIGER（美国人口调查局） 直接存储 Arc/Info、GeoStar 拓扑结构：拓扑关系与数据共享维护数据的一致性 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 矢量数据结构：属性数据表达与组织 3.2 栅格数据结构及其编码 概念: 栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。 概念: 以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行