空间数据组织与结构

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1、第三讲 空间数据组织与结构,2019/1/31,空间数据库,2,一、 空间数据的拓扑关系 二、 地理信息空间数据结构 三、 地理数据的编码方法 四、 失量与栅格数据结构转换 五、 空间数据分层组织,第3讲 空间数据组织与结构,2019/1/31,空间数据库,3,1 空间对象的空间关系表达,描述空间对象之间的空间相互作用关系 绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等； 相对关系：相邻、包含、关联等 相对关系类型 拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等 顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。 度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。 在GIS中的空间关系必须进

2、行定义和表达。,一、空间数据的拓扑关系,2019/1/31,空间数据库,4,2 地理空间数据的拓扑关系,拓扑关系 简单地说，拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连接关系。 在GIS中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。,一、空间数据的拓扑关系,重点,2019/1/31,空间数据库,5,3 空间对象的拓扑空间关系,拓扑元素： 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段 面：若干弧段组成的多边形 基本拓扑关系 关联：不同拓扑元素之间的关系 邻接：相同拓扑元素之间的关系 包含：拓扑元素之间的关系 层次：相同拓扑元素之间的

3、层次关系 点、线、面之间的拓扑关系,一、空间数据的拓扑关系,2019/1/31,空间数据库,6,关联性 相邻（连）性 相离性 相交性 包含性 重合性 点与点 线与线 面与面 点与线 点与面 线与面,拓扑关系表,一、空间数据的拓扑关系,2019/1/31,空间数据库,7,拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6 拓扑包含：P3与P4,一、空间数据的拓扑关系,4 地理空间数据的拓扑关系,2019/1/31,空间数据库,8,5 地理空间数据 拓扑关系的表示,结点集合,2019/1/31,空间数据库,9,顺时针第一

4、弧段,逆时针第一弧段,指 针,属性,P1 e1 t1,P2 e2 e5 t2,多边形名,P3 e3 e4 t3,多边形集合,5 地理空间数据 拓扑关系的表示,2019/1/31,空间数据库,10,6 空间拓扑关系表达关系表,结点与弧段的拓扑关系 结 点 弧 段 A a, c, e B a, d, b C d, e, f D b, f, c E g,弧段与结点的拓扑关系 弧 段 结 点 a A , B b B , D c D , A d B , C e C , A f C , D g E , E,一、空间数据的拓扑关系,2019/1/31,空间数据库,11,6 空间拓扑关系表达关系表,面域与弧段

5、的拓扑关系 面 域 弧 段 P1 a, b, c, -g P2 b, d, f P3 c, f, e P4 g,弧段与面域的拓扑关系 弧段 左邻面 右邻面 a P0 P1 b P2 P1 c P3 P1 d P0 P2 e P0 P3 f P3 P2 g P1,一、空间数据的拓扑关系,2019/1/31,空间数据库,12,1 GIS空间数据结构,空间数据结构 矢量数据结构 栅格数据结构 栅格结构与矢量结构的比较,二、地理信息空间数据结构,2019/1/31,空间数据库,13,栅格图,1 GIS空间数据结构,二、地理信息空间数据结构,2019/1/31,空间数据库,14,矢量图,二、地理信息空间

6、数据结构,1 GIS空间数据结构,2 常用的空间数据结构,X,Y,i,j,x1 y1,x2 y2,xi yi,xn yn,二、地理信息空间数据结构,2019/1/31,空间数据库,16,2019/1/31,空间数据库,17,矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含。 获取方法： (1) 手工数字化法； (2) 手扶跟踪数字化法； (3) 数据结构转换法。,二、地理信息空间数据结构,3 矢量数据结构,2019/1/31,空间数据库,18,地理信息数字化描述方法,二、地理信息空间数据结构,2019/1/31,空间数据库,19,栅格结构是以规则的阵列来表示空

7、间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。 特点：属性明显，定位隐含。 获取方法： (1) 手工网格法； (2) 扫描数字化法； (3) 分类影像输入法； (4) 数据结构转换法。,二、地理信息空间数据结构,3 栅格数据结构,2019/1/31,空间数据库,20,地图的矢量和栅格表示,二、地理信息空间数据结构,2019/1/31,空间数据库,21,二、地理信息空间数据结构,4 矢量与栅格数据结构比较,2019/1/31,空间数据库,22,编码的概念和意义 栅格结构编码方法 矢量结构编码方法 属性数据编码方法,三、地理数据的编码方法,1 地理数据的编码方法,重点,

8、2019/1/31,空间数据库,23,地理数据编码，是根据GIS的目的和任务，把地图、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算机存贮和处理的数据过程。 地理内容的编码要反映出地理实体的几何特征，以及地理实体的属性特征。 空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的技术步骤，它表现由现实世界到数据世界之间的界面，是联结从现实世界到数据世界的纽带。,2 编码的概念和意义,三、地理数据的编码方法,2019/1/31,空间数据库,24,3 常用编码的方法,三、地理数据的编码方法,数字型代码、字母型代码、混合型代码,三级、六位整数代码描述地图要素： 1）地图要素类别：水系、居民地、交通网、境界、地貌、植被和

9、其他要素七类；0107 2）要素几何类型：点、线、面；0039 ，4069 ，7099 3)要素的质量特征：道路的等级，普通或简易道路；,2019/1/31,空间数据库,25,4 空间对象的层次分类编码,分类对象的从属和层次关系 有明确的分类对象类别和严格的隶属关系,三、地理数据的编码方法,2019/1/31,空间数据库,26,5 空间对象的多源分类编码,按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属关系，反映对象特性 具有较大的信息量，有利于空间分析,三、地理数据的编码方法,2019/1/31,空间数据库,27,栅格单元的尺寸,1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗

10、余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。 一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。 2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式： h为栅格单元边长；Ai为区域所有多边形的面积。,三、地理数据的编码方法,6 栅格编码,2019/1/31,空间数据库,28,栅格结构数据中混合像元的处理,三、地理数据的编码方法,6 栅格单元代码确定,2019/1/31,空间数据库,29,7 栅格数据压缩编码,三、地理数据的编码方法,2019/1/31,空间数据库,30,三、地理数据的编码方法,直接栅格编码,2019/1/

11、31,空间数据库,31,栅格结构的扫描顺序,行序列，行主序列，Morton序列, Hilbert序列,三、地理数据的编码方法,2019/1/31,空间数据库,32,由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。,0,0,1,0,7,6,7,0,1,1,0,0,三、地理数据的编码方法,链码,2019/1/31,空间数据库,33,链码编码： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，5,链码编码示例,三、地理数据的编码方法,行列号、方向,2019/1/3

12、1,空间数据库,34,链码,三、地理数据的编码方法,2019/1/31,空间数据库,35,链码编码示例,三、地理数据的编码方法,（1，5）,（5，8）,1，5，3，2，2，3，3，2，3,5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，1,2019/1/31,空间数据库,36,只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录 该代码以及相同代码重复的个数；,沿行方向进行编码：( 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

13、），（3，4）；（0，5），（3，3）。,三、地理数据的编码方法,游程长度编码,代码 ，个数,2019/1/31,空间数据库,37,沿行方向进行编码：( 0，1），（2，3），（5，8）；（2，5），（5，8）；（2，4），（3，6），（5，8）；（0，2），（2，3），（3，6），（5，8）；（0，2），（3，6），（5，7），（3，8）；（0，3），（3，8）；（0，4），（3，8）；（0，5），（3，8）。,三、地理数据的编码方法,游程长度编码,代码，位置,2019/1/31,空间数据库,38,游程长度编码,2019/1/31,空间数据库,39,（1，1，1，0），（1，2，2，2），（

14、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）。,三、地理数据的编码方法,块码,采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号

15、加上半径，再加上记录单元的代码组成。,2019/1/31,空间数据库,40,三、地理数据的编码方法,四叉树编码,2019/1/31,空间数据库,41,直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）； 链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难； 游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用； 块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。,三、地理数据的编码方法,栅格压缩编码比较,2019/1/31,空间数据库,42,矢量数据结构编码的基本内容,标识码,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 ) , , ( x1 , y1 ),点位字典,点: 点号文件,线: 点号串,面: 点号串,存储方法