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1、城市空间信息学测量工程系测量工程系1 1第四章第四章 空间数据的表达空间数据的表达主要内容：主要内容：空间数据模型空间数据模型空间关系空间关系空间数据结构空间数据结构空间数据转换空间数据转换空间数据存储空间数据存储空间数据组织空间数据组织2引言引言传统用地图表达空间信息，随着计算机的广泛应用，传统用地图表达空间信息，随着计算机的广泛应用，传统用地图表达空间信息，随着计算机的广泛应用，传统用地图表达空间信息，随着计算机的广泛应用，在数字环境下如何表达、组织和管理空间信息成为在数字环境下如何表达、组织和管理空间信息成为在数字环境下如何表达、组织和管理空间信息成为在数字环境下如何表达、组织和管理空间
2、信息成为研究热点。研究热点。研究热点。研究热点。从如下几个方面进行研究：从如下几个方面进行研究：从如下几个方面进行研究：从如下几个方面进行研究： 空间数据模型：空间实体的计算机表示方法空间数据模型：空间实体的计算机表示方法空间数据模型：空间实体的计算机表示方法空间数据模型：空间实体的计算机表示方法 空间关系的种类：关系的度量空间关系的种类：关系的度量空间关系的种类：关系的度量空间关系的种类：关系的度量 空间数据结构空间数据结构空间数据结构空间数据结构: :适合计算机存储、管理和处理的空间数据适合计算机存储、管理和处理的空间数据适合计算机存储、管理和处理的空间数据适合计算机存储、管理和处理的空间
3、数据逻辑结构，主要指地理实体的空间排列方式和相互关系逻辑结构，主要指地理实体的空间排列方式和相互关系逻辑结构，主要指地理实体的空间排列方式和相互关系逻辑结构，主要指地理实体的空间排列方式和相互关系的描述方法。栅格、矢量、三维栅格、的描述方法。栅格、矢量、三维栅格、的描述方法。栅格、矢量、三维栅格、的描述方法。栅格、矢量、三维栅格、DEMDEM等等等等 空间数据的转换：模型和结构的变换空间数据的转换：模型和结构的变换空间数据的转换：模型和结构的变换空间数据的转换：模型和结构的变换 空间数据存储形式和组织管理：空间数据存储形式和组织管理：空间数据存储形式和组织管理：空间数据存储形式和组织管理：34
4、.1 空间数据模型空间数据模型栅格数据模型：个体空间栅格数据模型：个体空间栅格数据模型：个体空间栅格数据模型：个体空间矢量数据模型：个体空间矢量数据模型：个体空间矢量数据模型：个体空间矢量数据模型：个体空间时空数据模型：时间空间时空数据模型：时间空间时空数据模型：时间空间时空数据模型：时间空间一体建模一体建模一体建模一体建模网络数据结构：个体间关网络数据结构：个体间关网络数据结构：个体间关网络数据结构：个体间关系系系系面向对象的数据结构：面向对象的数据结构：面向对象的数据结构：面向对象的数据结构：4一、栅格数据模型一、栅格数据模型将连续空间离散化，用将连续空间离散化，用2维铺盖覆盖整个连维铺盖
5、覆盖整个连续空间。铺盖可以规则或不规则的。续空间。铺盖可以规则或不规则的。铺盖的特征参数：尺寸、形状、方位和间距。铺盖的特征参数：尺寸、形状、方位和间距。对同一对象，可以有不同尺度和聚分性的铺对同一对象，可以有不同尺度和聚分性的铺盖。盖。方格是空间数据处理中最常用的结构。方格是空间数据处理中最常用的结构。栅格技术重点在空间格网像元位置的内容上，栅格技术重点在空间格网像元位置的内容上，因此常被描述为基于位置的。因此常被描述为基于位置的。5栅格模型中，现实数据的要栅格模型中，现实数据的要栅格模型中，现实数据的要栅格模型中，现实数据的要素都是由某些单元格网组成素都是由某些单元格网组成素都是由某些单元
6、格网组成素都是由某些单元格网组成的。格网的位置表示了该要的。格网的位置表示了该要的。格网的位置表示了该要的。格网的位置表示了该要素的位置，格网的属性表示素的位置，格网的属性表示素的位置，格网的属性表示素的位置，格网的属性表示了该要素的内容。了该要素的内容。了该要素的内容。了该要素的内容。用于卫星遥感、人工扫描和用于卫星遥感、人工扫描和用于卫星遥感、人工扫描和用于卫星遥感、人工扫描和数字化影像。数字化影像。数字化影像。数字化影像。通常用分层方法组织各类数通常用分层方法组织各类数通常用分层方法组织各类数通常用分层方法组织各类数据，在每个图层中栅格像元据，在每个图层中栅格像元据，在每个图层中栅格像元
7、据，在每个图层中栅格像元记录了特殊的现象存在。如记录了特殊的现象存在。如记录了特殊的现象存在。如记录了特殊的现象存在。如道路层、水系层。道路层、水系层。道路层、水系层。道路层、水系层。三维模型，即体元模型，像三维模型，即体元模型，像三维模型，即体元模型，像三维模型，即体元模型，像元是立方体、立体元素。元是立方体、立体元素。元是立方体、立体元素。元是立方体、立体元素。6栅格数据组织栅格数据组织7二、矢量数据模型二、矢量数据模型矢量方法强调离散现象的存在，可以看成是基于要矢量方法强调离散现象的存在，可以看成是基于要矢量方法强调离散现象的存在，可以看成是基于要矢量方法强调离散现象的存在，可以看成是基
8、于要素的。它将现象看成原型实体的素的。它将现象看成原型实体的素的。它将现象看成原型实体的素的。它将现象看成原型实体的集合集合集合集合，用于组成空，用于组成空，用于组成空，用于组成空间实体。间实体。间实体。间实体。 2 2维模型中，原型实体包括点、线、面。维模型中，原型实体包括点、线、面。维模型中，原型实体包括点、线、面。维模型中，原型实体包括点、线、面。 3 3维模型中，原型实体包括点、线、面、体、表面。维模型中，原型实体包括点、线、面、体、表面。维模型中，原型实体包括点、线、面、体、表面。维模型中，原型实体包括点、线、面、体、表面。观察的尺度或概括的程度决定了使用原型的种类。观察的尺度或概括
9、的程度决定了使用原型的种类。观察的尺度或概括的程度决定了使用原型的种类。观察的尺度或概括的程度决定了使用原型的种类。 如小比例尺中，城镇由可以由个别点组成，道路和河流如小比例尺中，城镇由可以由个别点组成，道路和河流如小比例尺中，城镇由可以由个别点组成，道路和河流如小比例尺中，城镇由可以由个别点组成，道路和河流用线表示。用线表示。用线表示。用线表示。 在大比例尺中，城镇被表现为特定原型的复杂集合，包在大比例尺中，城镇被表现为特定原型的复杂集合，包在大比例尺中，城镇被表现为特定原型的复杂集合，包在大比例尺中，城镇被表现为特定原型的复杂集合，包括建筑物的边界，道路、公园及其他自然和管理现象。括建筑物
10、的边界，道路、公园及其他自然和管理现象。括建筑物的边界，道路、公园及其他自然和管理现象。括建筑物的边界，道路、公园及其他自然和管理现象。8矢量模型的表达源于原型空间实体本身，通矢量模型的表达源于原型空间实体本身，通常以坐标来定义。常以坐标来定义。点：一对地理坐标定义点：一对地理坐标定义线：一系列地理坐标对定义线：一系列地理坐标对定义面：一系列起点和终点相同的坐标对定义面：一系列起点和终点相同的坐标对定义体：闭合的一个或多个表面来定义体：闭合的一个或多个表面来定义3维表面：三维线包围的多边形面来定义维表面：三维线包围的多边形面来定义9三、网络数据模型三、网络数据模型现实世界中网络系统（如交通网、
11、现实世界中网络系统（如交通网、现实世界中网络系统（如交通网、现实世界中网络系统（如交通网、通讯网、自来水管网、煤气管网通讯网、自来水管网、煤气管网通讯网、自来水管网、煤气管网通讯网、自来水管网、煤气管网等）的抽象表示。等）的抽象表示。等）的抽象表示。等）的抽象表示。网络由若干网络由若干网络由若干网络由若干线性实体线性实体线性实体线性实体互连而成的一互连而成的一互连而成的一互连而成的一个系统。基本元素：线实体和个系统。基本元素：线实体和个系统。基本元素：线实体和个系统。基本元素：线实体和连连连连接点交汇点接点交汇点接点交汇点接点交汇点等。具体如下：等。具体如下：等。具体如下：等。具体如下：1.1
12、.网线：构成网络的线性实体，是网线：构成网络的线性实体，是网线：构成网络的线性实体，是网线：构成网络的线性实体，是资源传输或通讯联络的通道。资源传输或通讯联络的通道。资源传输或通讯联络的通道。资源传输或通讯联络的通道。2.2.结点：网线的端点，汇合点。结点：网线的端点，汇合点。结点：网线的端点，汇合点。结点：网线的端点，汇合点。3.3.附属元素：站点（途经的地点）、附属元素：站点（途经的地点）、附属元素：站点（途经的地点）、附属元素：站点（途经的地点）、中心（资源发散地或汇聚地）、中心（资源发散地或汇聚地）、中心（资源发散地或汇聚地）、中心（资源发散地或汇聚地）、障碍（对资源传输起阻断作用的障
13、碍（对资源传输起阻断作用的障碍（对资源传输起阻断作用的障碍（对资源传输起阻断作用的点）点）点）点）10网络数据模型网络数据模型4.4.特殊的属性数据：特殊的属性数据：特殊的属性数据：特殊的属性数据：网线的阻碍强度网线的阻碍强度网线的阻碍强度网线的阻碍强度( ( 正反两方正反两方正反两方正反两方向，如流动时间，耗费）；向，如流动时间，耗费）；向，如流动时间，耗费）；向，如流动时间，耗费）；网线和结点资源需网线和结点资源需网线和结点资源需网线和结点资源需求量（学生量、水流量）；求量（学生量、水流量）；求量（学生量、水流量）；求量（学生量、水流量）；结点转角数据，更结点转角数据，更结点转角数据，更结
14、点转角数据，更细致模拟资源流动时的转向特征（每一节点有转细致模拟资源流动时的转向特征（每一节点有转细致模拟资源流动时的转向特征（每一节点有转细致模拟资源流动时的转向特征（每一节点有转向表，说明了资源的阻碍强度）；向表，说明了资源的阻碍强度）；向表，说明了资源的阻碍强度）；向表，说明了资源的阻碍强度）；5.5.与中心相联系的数据：与中心相联系的数据：与中心相联系的数据：与中心相联系的数据： 资源容量；资源容量；资源容量；资源容量； 阻碍限阻碍限阻碍限阻碍限度；度；度；度； 延迟量（表达中心相当于其它中心的优延迟量（表达中心相当于其它中心的优延迟量（表达中心相当于其它中心的优延迟量（表达中心相当于
15、其它中心的优先程度）。先程度）。先程度）。先程度）。6.6.与站点相关的数据：传输量，资源卸载量、阻碍与站点相关的数据：传输量，资源卸载量、阻碍与站点相关的数据：传输量，资源卸载量、阻碍与站点相关的数据：传输量，资源卸载量、阻碍强度。强度。强度。强度。网络模型结点间没有明确的从属关系，是一对多的联网络模型结点间没有明确的从属关系，是一对多的联网络模型结点间没有明确的从属关系，是一对多的联网络模型结点间没有明确的从属关系，是一对多的联系。或多对多的关系。一定程度上支持数据的重系。或多对多的关系。一定程度上支持数据的重系。或多对多的关系。一定程度上支持数据的重系。或多对多的关系。一定程度上支持数据
16、的重构，具有一定的数据独立性和共享性，且存储、构，具有一定的数据独立性和共享性，且存储、构，具有一定的数据独立性和共享性，且存储、构，具有一定的数据独立性和共享性，且存储、运行效率高，但是结构和操作命令复杂。运行效率高，但是结构和操作命令复杂。运行效率高，但是结构和操作命令复杂。运行效率高，但是结构和操作命令复杂。11四、时空数据模型四、时空数据模型时空数据模型的核心问题：有效表达、记录和管理时空数据模型的核心问题：有效表达、记录和管理时空数据模型的核心问题：有效表达、记录和管理时空数据模型的核心问题：有效表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变现实世界的实体及其相互关系随
17、时间不断发生的变现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化。即包括地理信息的空间维度、属性维度、时间化。即包括地理信息的空间维度、属性维度、时间化。即包括地理信息的空间维度、属性维度、时间化。即包括地理信息的空间维度、属性维度、时间维度。维度。维度。维度。时空变化表现为时空变化表现为时空变化表现为时空变化表现为3 3种可能的形式：种可能的形式：种可能的形式：种可能的形式： 属性变化，空间坐标或位置不变属性变化，空间坐标或位置不变属性变化，空间坐标或位置不变属性变化，空间坐标或位置不变 空间坐标或位置变化（单个实体位置、方向、形状等变空间坐标或位置
18、变化（单个实体位置、方向、形状等变空间坐标或位置变化（单个实体位置、方向、形状等变空间坐标或位置变化（单个实体位置、方向、形状等变化，两个以上空间实体之间的关系变化），属性不变化，两个以上空间实体之间的关系变化），属性不变化，两个以上空间实体之间的关系变化），属性不变化，两个以上空间实体之间的关系变化），属性不变 坐标和属性都变化坐标和属性都变化坐标和属性都变化坐标和属性都变化12时空数据模型的特点和组织方式时空数据模型的特点和组织方式时空数据模型的特点和组织方式时空数据模型的特点和组织方式时空数据模型的特点：语义丰富，描述准确，海量数据，时空数据模型的特点：语义丰富，描述准确，海量数据，时空
19、数据模型的特点：语义丰富，描述准确，海量数据，时空数据模型的特点：语义丰富，描述准确，海量数据，组织访问困难。组织访问困难。组织访问困难。组织访问困难。数据组织方法种类：时空立方体模型、序列快照模型、基数据组织方法种类：时空立方体模型、序列快照模型、基数据组织方法种类：时空立方体模型、序列快照模型、基数据组织方法种类：时空立方体模型、序列快照模型、基态修正模型、时空复合模型。态修正模型、时空复合模型。态修正模型、时空复合模型。态修正模型、时空复合模型。1.1.时空立方体：将时间作为新的一维。主要有两种表示方式，时空立方体：将时间作为新的一维。主要有两种表示方式，时空立方体：将时间作为新的一维。
20、主要有两种表示方式，时空立方体：将时间作为新的一维。主要有两种表示方式，使用使用使用使用3 3维的地理矩阵，以位置、属性和时间分别作为矩阵维的地理矩阵，以位置、属性和时间分别作为矩阵维的地理矩阵，以位置、属性和时间分别作为矩阵维的地理矩阵，以位置、属性和时间分别作为矩阵的行、列、高；的行、列、高；的行、列、高；的行、列、高；用四叉树表达用四叉树表达用四叉树表达用四叉树表达2 2维数据，八叉树表示空间维数据，八叉树表示空间维数据，八叉树表示空间维数据，八叉树表示空间立方体，可用立方体，可用立方体，可用立方体，可用十六叉树表示十六叉树表示十六叉树表示十六叉树表示时空模型。时空模型。时空模型。时空模
21、型。2.2.基态修正法：不存储每个状态的全部信息，只存储某个时基态修正法：不存储每个状态的全部信息，只存储某个时基态修正法：不存储每个状态的全部信息，只存储某个时基态修正法：不存储每个状态的全部信息，只存储某个时间数据状态（称为基态），以及相对于基态的变化量。将间数据状态（称为基态），以及相对于基态的变化量。将间数据状态（称为基态），以及相对于基态的变化量。将间数据状态（称为基态），以及相对于基态的变化量。将检索最频繁的状态为基态。目标在时间和空间上的内在联检索最频繁的状态为基态。目标在时间和空间上的内在联检索最频繁的状态为基态。目标在时间和空间上的内在联检索最频繁的状态为基态。目标在时间和空
22、间上的内在联系不直接。系不直接。系不直接。系不直接。3.3.时空复合法：将空间分隔为具有相同时空过程的最大单元，时空复合法：将空间分隔为具有相同时空过程的最大单元，时空复合法：将空间分隔为具有相同时空过程的最大单元，时空复合法：将空间分隔为具有相同时空过程的最大单元，称为时空单元，每个时空单元在存储方法上被看成是称为时空单元，每个时空单元在存储方法上被看成是称为时空单元，每个时空单元在存储方法上被看成是称为时空单元，每个时空单元在存储方法上被看成是静态静态静态静态的空间单元，并将该时空单元中的的空间单元，并将该时空单元中的的空间单元，并将该时空单元中的的空间单元，并将该时空单元中的时空过程时空
23、过程时空过程时空过程作为属性来存作为属性来存作为属性来存作为属性来存储。储。储。储。13五、面向对象的数据模型五、面向对象的数据模型将空间现象看成是对象的集合体。将空间现象看成是对象的集合体。将空间现象看成是对象的集合体。将空间现象看成是对象的集合体。类：某种地物如三角点。类：某种地物如三角点。类：某种地物如三角点。类：某种地物如三角点。超类：空间数据组织中的各种地物，在几何性质上分为超类：空间数据组织中的各种地物，在几何性质上分为超类：空间数据组织中的各种地物，在几何性质上分为超类：空间数据组织中的各种地物，在几何性质上分为4 4种种种种类型，即点状地物、线状地物、面状地物、类型，即点状地物
24、、线状地物、面状地物、类型，即点状地物、线状地物、面状地物、类型，即点状地物、线状地物、面状地物、 复杂地物。这四复杂地物。这四复杂地物。这四复杂地物。这四种类型可以作为各种地物类型的超类。种类型可以作为各种地物类型的超类。种类型可以作为各种地物类型的超类。种类型可以作为各种地物类型的超类。为了描述拓扑关系加上几何元素：结点、弧段。为了描述拓扑关系加上几何元素：结点、弧段。为了描述拓扑关系加上几何元素：结点、弧段。为了描述拓扑关系加上几何元素：结点、弧段。空间地物点状地物线状地物面状地物复杂地物杆塔墓穴道路电线公园操场矿山立交桥14面向对象的数据模型的特点和组织方法面向对象的数据模型的特点和组
25、织方法面向对象的数据模型的特点和组织方法面向对象的数据模型的特点和组织方法特点：空间图形数据和属性数据集成在同一个对象特点：空间图形数据和属性数据集成在同一个对象特点：空间图形数据和属性数据集成在同一个对象特点：空间图形数据和属性数据集成在同一个对象中集中处理。数据模型丰富，数据库系统不成熟，中集中处理。数据模型丰富，数据库系统不成熟，中集中处理。数据模型丰富，数据库系统不成熟，中集中处理。数据模型丰富，数据库系统不成熟，与传统数据库不兼容，商业化不够。与传统数据库不兼容，商业化不够。与传统数据库不兼容，商业化不够。与传统数据库不兼容，商业化不够。组织机制：继承组织机制：继承组织机制：继承组织
26、机制：继承 分类：具有相同特征的实体分类：具有相同特征的实体分类：具有相同特征的实体分类：具有相同特征的实体( (对象对象对象对象) )归类的过程。这些实体归类的过程。这些实体归类的过程。这些实体归类的过程。这些实体属于这个类的实例对象。属于这个类的实例对象。属于这个类的实例对象。属于这个类的实例对象。 概括：将一组具有相同属性结构和操作方法的类归纳成一概括：将一组具有相同属性结构和操作方法的类归纳成一概括：将一组具有相同属性结构和操作方法的类归纳成一概括：将一组具有相同属性结构和操作方法的类归纳成一个更高级的层次，更具有一般性的类的过程。个更高级的层次，更具有一般性的类的过程。个更高级的层次
27、，更具有一般性的类的过程。个更高级的层次，更具有一般性的类的过程。聚集：把不同类型的对象联合起来，形成一个更高级的集合对象。聚集：把不同类型的对象联合起来，形成一个更高级的集合对象。聚集：把不同类型的对象联合起来，形成一个更高级的集合对象。聚集：把不同类型的对象联合起来，形成一个更高级的集合对象。每个对象成为它的组件对象。每个对象成为它的组件对象。每个对象成为它的组件对象。每个对象成为它的组件对象。联合：同一类对象组合起来，形成一个更高级的复合对象。每个联合：同一类对象组合起来，形成一个更高级的复合对象。每个联合：同一类对象组合起来，形成一个更高级的复合对象。每个联合：同一类对象组合起来，形成
28、一个更高级的复合对象。每个对象成为它的成员对象。对象成为它的成员对象。对象成为它的成员对象。对象成为它的成员对象。 实例、组件、成员：实例、组件、成员：实例、组件、成员：实例、组件、成员：154.2 空间关系空间关系由空间现象的几何特征（位置和形状）引起由空间现象的几何特征（位置和形状）引起的空间关系，如方位、距离、连通性，或由的空间关系，如方位、距离、连通性，或由几何特征和非几何特征（度量属性，如高程几何特征和非几何特征（度量属性，如高程值、坡度值）共同引起的空间关系，如统计值、坡度值）共同引起的空间关系，如统计相关、空间自相关等。相关、空间自相关等。几何特征关系主要包括几何特征关系主要包括
29、位置位置关系、关系、拓扑拓扑关系、关系、方向方向关系、关系、度量度量关系。关系。几何关系的性质分为几何关系的性质分为几何关系的性质分为几何关系的性质分为: :关联、相邻、包含、相交、关联、相邻、包含、相交、关联、相邻、包含、相交、关联、相邻、包含、相交、相离、相重、方向、距离等关系。相离、相重、方向、距离等关系。相离、相重、方向、距离等关系。相离、相重、方向、距离等关系。16位置关系位置关系点、线、多边形之间的空间几何关系点、线、多边形之间的空间几何关系点、线、多边形之间的空间几何关系点、线、多边形之间的空间几何关系关系关系关系关系图示图示图示图示说明与举例说明与举例说明与举例说明与举例点点点
30、点点点点点相合、分离、几何中心、重心相合、分离、几何中心、重心相合、分离、几何中心、重心相合、分离、几何中心、重心点线点线点线点线在上、分离、交点、端点在上、分离、交点、端点在上、分离、交点、端点在上、分离、交点、端点点面点面点面点面内部、中心、重心、边、外内部、中心、重心、边、外内部、中心、重心、边、外内部、中心、重心、边、外线线线线线线线线重合、连接、交叉、切、平行重合、连接、交叉、切、平行重合、连接、交叉、切、平行重合、连接、交叉、切、平行线面线面线面线面内、穿过、环绕、分离内、穿过、环绕、分离内、穿过、环绕、分离内、穿过、环绕、分离面面面面面面面面包含、重合、相交、邻接、分离包含、重合
31、、相交、邻接、分离包含、重合、相交、邻接、分离包含、重合、相交、邻接、分离17拓扑关系拓扑关系在地图图形的连续变换在地图图形的连续变换在地图图形的连续变换在地图图形的连续变换( (投影变投影变投影变投影变换、比例尺变化换、比例尺变化换、比例尺变化换、比例尺变化) )中保持不变中保持不变中保持不变中保持不变的空间的空间的空间的空间位置关系位置关系位置关系位置关系（如邻接和（如邻接和（如邻接和（如邻接和包含关系）和空间关联关系。包含关系）和空间关联关系。包含关系）和空间关联关系。包含关系）和空间关联关系。邻接关系邻接关系邻接关系邻接关系: :空间图形中同类要空间图形中同类要空间图形中同类要空间图形
32、中同类要素之间的关系。素之间的关系。素之间的关系。素之间的关系。关联关系关联关系关联关系关联关系: :空间图形中不同类空间图形中不同类空间图形中不同类空间图形中不同类要素之间的关系。要素之间的关系。要素之间的关系。要素之间的关系。包含关系包含关系包含关系包含关系: :空间图形中同类但空间图形中同类但空间图形中同类但空间图形中同类但不同级要素之间的关系。不同级要素之间的关系。不同级要素之间的关系。不同级要素之间的关系。18拓扑关系拓扑关系空间重建查询检查空间重建查询检查拓扑学中的基本元素拓扑学中的基本元素结点（结点（结点（结点（NodeNode）：弧段的交点，）：弧段的交点，）：弧段的交点，）：
33、弧段的交点，NN1 1 NN4 4弧段弧段弧段弧段（ArcArc）：相邻两结点之间的坐标链，）：相邻两结点之间的坐标链，）：相邻两结点之间的坐标链，）：相邻两结点之间的坐标链， C C1 1 C C7 7多边形（多边形（多边形（多边形（PolygonPolygon）：由弧段组成的封闭区。）：由弧段组成的封闭区。）：由弧段组成的封闭区。）：由弧段组成的封闭区。 P P1 1 P P4 4P1P2P3P4N1N2N3N4C1C2C3C4C5C619拓扑关系的表示拓扑关系的表示结点与弧段结点与弧段结点与弧段结点与弧段弧段与结点弧段与结点弧段与结点弧段与结点结点结点结点结点名名名名弧段弧段弧段弧段坐标
34、坐标坐标坐标N1N1N2N2 C1,C3,C4C1,C3,C4C2,C5,C1C2,C5,C1 X1X1，Y1Y1X2X2，Y2Y2 弧段弧段弧段弧段结点结点结点结点fromfromtotoC1C1C2C2C3C3N1N1N3N3N1N1N2N2N2N2N3N3C4N4C8C6P3P3C7N6C10N3C3N1P1P1C2N2C1P2P2C5N5P4P4P5P5C9N720弧段弧段弧段弧段关联多边形关联多边形关联多边形关联多边形leftleftrightrightC1C1C2C2C3C3P2P2P1P1P1P1P1P1P4P4弧段与多边形弧段与多边形弧段与多边形弧段与多边形C4N4C8C6P3
35、P3C7N6C10N3C3N1P1P1C2N2C1P2P2C5N5P4P4P5P5C9N721多边形多边形多边形多边形关联弧段关联弧段关联弧段关联弧段P1P1P2P2P3P3C3,C2,-C1C3,C2,-C1C1,C5,-C6,-C4C1,C5,-C6,-C4C6,C7,-C8C6,C7,-C8多边形与弧段多边形与弧段多边形与弧段多边形与弧段C4N4C8C6P3P3C7N6C10N3C3N1P1P1C2N2C1P2P2C5N5P4P4P5P5C9N722多边形多边形多边形多边形包含多边形包含多边形包含多边形包含多边形P4P4P5P5 多边形与多边形多边形与多边形多边形与多边形多边形与多边形多
36、边形多边形多边形多边形邻接多边形邻接多边形邻接多边形邻接多边形P4P4P1 P2 P3P1 P2 P3 C4N4C8C6P3P3C7N6C10N3C3N1P1P1C2N2C1P2P2C5N5P4P4P5P5C9N723拓扑空间关系研究意义（1 1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。置
37、关系。置关系。置关系。 因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化。性，即它不随地图投影而变化。性，即它不随地图投影而变化。性，即它不随地图投影而变化。（2 2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。
38、）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。）利用拓扑数据有利于空间要素的查询。 例如应答像某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些例如应答像某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些例如应答像某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些例如应答像某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些；特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊相有哪些；特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊相有哪些；特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊
39、相有哪些；特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境作出评价等等，邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境作出评价等等，邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境作出评价等等，邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境作出评价等等，都需要利用拓扑数据。都需要利用拓扑数据。都需要利用拓扑数据。都需要利用拓扑数据。24拓扑空间关系研究意义（3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。 例如建立封闭多边形、实现道路的选取、进行例如建立封闭多边形、实现道路的选取、进行例如建立封闭多边形、实现道路的选取、进行例如建立封闭多边形、实现道路的选取、进行最佳路径的计算等。最佳路径的计算等。最佳路径的
40、计算等。最佳路径的计算等。25方向关系方向关系空间查询空间查询方位关系、延伸关系，定义了地物对象之间方位关系、延伸关系，定义了地物对象之间的方位。东、南、西、北等方位词表达。的方位。东、南、西、北等方位词表达。基准方向：真北、磁北、坐标纵线基准方向：真北、磁北、坐标纵线点状实体之间：连线与基准方向的夹角。点状实体之间：连线与基准方向的夹角。线状实体与面状实体之间：计算它们的中心线状实体与面状实体之间：计算它们的中心点之间连线的方向角。点之间连线的方向角。26度量关系度量关系空间查询空间查询空间对象之间的距离关系。可以定义某种距空间对象之间的距离关系。可以定义某种距离。离。也可以应用与距离概念相
41、关的术语，如远近也可以应用与距离概念相关的术语，如远近等。等。基本度量关系：点点、点线、点面、线线、基本度量关系：点点、点线、点面、线线、线面、面面之间的距离。线面、面面之间的距离。274.3 空间数据结构空间数据结构数据模型提供了一种空间现象的建模方法，数据结数据模型提供了一种空间现象的建模方法，数据结数据模型提供了一种空间现象的建模方法，数据结数据模型提供了一种空间现象的建模方法，数据结构则阐明了基于这些模型的数据组织形式。构则阐明了基于这些模型的数据组织形式。构则阐明了基于这些模型的数据组织形式。构则阐明了基于这些模型的数据组织形式。数据结构是适合于计算机存储、管理和处理的数据数据结构是
42、适合于计算机存储、管理和处理的数据数据结构是适合于计算机存储、管理和处理的数据数据结构是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据是地理实体的空间排列方式逻辑结构。对空间数据是地理实体的空间排列方式逻辑结构。对空间数据是地理实体的空间排列方式逻辑结构。对空间数据是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。和相互关系的抽象描述。和相互关系的抽象描述。和相互关系的抽象描述。数据结构是对数据的一种理解和解释。数据没有说数据结构是对数据的一种理解和解释。数据没有说数据结构是对数据的一种理解和解释。数据没有说数据结构是对数据的一种理解和解释。数据没有说明结构则毫无用处。明结构则毫无用处。明
43、结构则毫无用处。明结构则毫无用处。对同样一组数据，按不同的数据结构去处理，得到对同样一组数据，按不同的数据结构去处理，得到对同样一组数据，按不同的数据结构去处理，得到对同样一组数据，按不同的数据结构去处理，得到的内容可能是截然不同的。的内容可能是截然不同的。的内容可能是截然不同的。的内容可能是截然不同的。28栅格数据结构栅格数据结构网格结构，像元结构。将地球表面划分为大小均匀网格结构，像元结构。将地球表面划分为大小均匀网格结构，像元结构。将地球表面划分为大小均匀网格结构，像元结构。将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像紧
44、密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，由行列号定义，并包含一个代码，表示像素的素，由行列号定义，并包含一个代码，表示像素的素，由行列号定义，并包含一个代码，表示像素的素，由行列号定义，并包含一个代码，表示像素的属性或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。属性或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。属性或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。属性或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。点点点点：具有一定数值的栅格单元具有一定数值的栅格单元具有一定数值的栅格单元具有一定数值的栅格单元线线线线：表现为按线特征（每个栅格单元最多只有两个表现为按线特征
45、（每个栅格单元最多只有两个表现为按线特征（每个栅格单元最多只有两个表现为按线特征（每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上）相连接的一组单元相邻单元在线上）相连接的一组单元相邻单元在线上）相连接的一组单元相邻单元在线上）相连接的一组单元面面面面：表现为按二维形状特征（每个栅格有多余两个表现为按二维形状特征（每个栅格有多余两个表现为按二维形状特征（每个栅格有多余两个表现为按二维形状特征（每个栅格有多余两个相邻单元）相连接的一组单元相邻单元）相连接的一组单元相邻单元）相连接的一组单元相邻单元）相连接的一组单元任何面状分布的对象都可以用栅格数据逼近表示。任何面状分布的对象都可以用栅格数据逼近表示。任何
46、面状分布的对象都可以用栅格数据逼近表示。任何面状分布的对象都可以用栅格数据逼近表示。如遥感影像。如遥感影像。如遥感影像。如遥感影像。29栅格数据特点：栅格数据特点：结构规则排列，位置隐含在文件存储结构中。结构规则排列，位置隐含在文件存储结构中。算法简单，易于扩充修改，直观。算法简单，易于扩充修改，直观。易于与遥感影像结合处理，给地理空间数据易于与遥感影像结合处理，给地理空间数据处理带来方便。处理带来方便。地表不连续，栅格大，误差大。地表不连续，栅格大，误差大。30栅格结构数据的获取栅格结构数据的获取目读法，透明网格采集输入，目读法，透明网格采集输入，目读法，透明网格采集输入，目读法，透明网格采
47、集输入，图形图形图形图形扫描输入，以及影像数据扫描输入，以及影像数据扫描输入，以及影像数据扫描输入，以及影像数据传输和转换输入。传输和转换输入。传输和转换输入。传输和转换输入。 这种方法的关键是栅格属性取这种方法的关键是栅格属性取这种方法的关键是栅格属性取这种方法的关键是栅格属性取值。值。值。值。 栅格取值方法栅格取值方法中心点法中心点法中心点法中心点法C C 面积占优法面积占优法面积占优法面积占优法B B长度占优法长度占优法长度占优法长度占优法P P 重要性法重要性法重要性法重要性法A A百分比法百分比法百分比法百分比法BABABACOOPq31栅格数据的压缩编码方法栅格数据的压缩编码方法链
48、式编码链式编码游程长度编码游程长度编码块状编码块状编码四叉树编码四叉树编码321游程长度编码含义：将行或列中将行或列中重复的元素重复的元素进行合并，进行合并，以达到减少存储和数据冗余的目的。以达到减少存储和数据冗余的目的。 每个游程每个游程每个游程每个游程像元像元像元像元数数数数记录方式：记录方式： 每个游程每个游程每个游程每个游程起（迄）列或行号起（迄）列或行号起（迄）列或行号起（迄）列或行号330225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向进行编码：沿行方向进行编码：( 0，1），（），（2，2），（
49、），（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）。）。 记录每个游程像元数（属性，个数）（属性，个数）340225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向进行编码沿列方向进行编码：( 1，0），（），（2，2），（），
50、（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）。）。 记录每个游程起点行号（起点行号，属性，）（起点行号，属性，）357 7 0 0 1 16 6 2 25 5 4 4 3 3编码方向线线代代码码值值起起点点行行起起点点列列链码链码1 11001002 24 432435576557670101122起点起
51、点(2,4)行号行号, 列号列号, 方向方向,方向方向 2 链式编码（Chain Codes）3360225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（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），（），
52、（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）。）。同一属性的正方形同一属性的正方形数据格式数据格式( (初始行、列初始行、列, ,半径半径, ,属性值属性值) )3 块状编码（Block Codes ）37M M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R M
53、M R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M1234567812345678区域分割方法区域分割方法MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM4 四叉树编码2n2n的的栅格阵列NW（0） NE（1）NW（2） SE（3）38四叉树四叉树1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM4 四叉树编码树杈结点叶子结点39四叉树思
54、想通常有两种实现方法：四叉树思想通常有两种实现方法：自上而下、自下而上自上而下、自下而上自上而下、自下而上自上而下、自下而上自上而下：将一幅地图或图像分割为自上而下：将一幅地图或图像分割为自上而下：将一幅地图或图像分割为自上而下：将一幅地图或图像分割为4 4部分，如果部分，如果部分，如果部分，如果子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则再把这个子区分割成不再继续分割，否则再把这个子区分割成不再继续分割，否则再把这个子区分割成不再继续分割，否则
55、再把这个子区分割成4 4个子区，个子区，个子区，个子区，这样依次分割，直到每个子块都含有相同的属性值这样依次分割，直到每个子块都含有相同的属性值这样依次分割，直到每个子块都含有相同的属性值这样依次分割，直到每个子块都含有相同的属性值或灰度为止。运算量大。或灰度为止。运算量大。或灰度为止。运算量大。或灰度为止。运算量大。自下而上：如果每相邻自下而上：如果每相邻自下而上：如果每相邻自下而上：如果每相邻4 4个格网值相同则进行合并，个格网值相同则进行合并，个格网值相同则进行合并，个格网值相同则进行合并，逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。逐次往上递
56、归合并，直到符合四叉树的原则为止。逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。重复计算少，运算速度较快。重复计算少，运算速度较快。重复计算少，运算速度较快。重复计算少，运算速度较快。40四叉树优、缺点四叉树优、缺点优点：优点：优点：优点：1.1.容易有效地计算多边形的数量特征；容易有效地计算多边形的数量特征；容易有效地计算多边形的数量特征；容易有效地计算多边形的数量特征；2.2.阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高，阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高，阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高，阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高，即分级多，
57、分辨率也高，而不需要表示许多细节的部分则分即分级多，分辨率也高，而不需要表示许多细节的部分则分即分级多，分辨率也高，而不需要表示许多细节的部分则分即分级多，分辨率也高，而不需要表示许多细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存储级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存储级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存储级少，分辨率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存储量；量；量；量；3.3.栅格到四叉树及到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩栅格到四叉树及到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩栅格到四叉树及到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩栅格到四叉树及
58、到四叉树到简单栅格结构的转换比其他压缩方法容易；方法容易；方法容易；方法容易；4.4.多边形中嵌套异类多边形的表示较方便。多边形中嵌套异类多边形的表示较方便。多边形中嵌套异类多边形的表示较方便。多边形中嵌套异类多边形的表示较方便。缺的：缺的：缺的：缺的：转换的不定性，同一形状和大小的多边形可能得出不同的四叉转换的不定性，同一形状和大小的多边形可能得出不同的四叉转换的不定性，同一形状和大小的多边形可能得出不同的四叉转换的不定性，同一形状和大小的多边形可能得出不同的四叉树结构，这不利于形状分析和模式识别。树结构，这不利于形状分析和模式识别。树结构，这不利于形状分析和模式识别。树结构，这不利于形状分
59、析和模式识别。41常规四叉树和线性四叉树常规四叉树和线性四叉树常规四叉树：四叉树的每个结点通常存储常规四叉树：四叉树的每个结点通常存储常规四叉树：四叉树的每个结点通常存储常规四叉树：四叉树的每个结点通常存储6 6个量，个量，个量，个量，即四个子结点指针、一个父结点指针和该结点的属即四个子结点指针、一个父结点指针和该结点的属即四个子结点指针、一个父结点指针和该结点的属即四个子结点指针、一个父结点指针和该结点的属性代码。这种方法除了要记录叶结点外，还要记录性代码。这种方法除了要记录叶结点外，还要记录性代码。这种方法除了要记录叶结点外，还要记录性代码。这种方法除了要记录叶结点外，还要记录中间结点，一
60、般要占用较大存储空间。中间结点，一般要占用较大存储空间。中间结点，一般要占用较大存储空间。中间结点，一般要占用较大存储空间。 用于数据索用于数据索用于数据索用于数据索引和图幅索引等方面。引和图幅索引等方面。引和图幅索引等方面。引和图幅索引等方面。线性四叉树：该方法记录每个终止结点（或叶结点）线性四叉树：该方法记录每个终止结点（或叶结点）线性四叉树：该方法记录每个终止结点（或叶结点）线性四叉树：该方法记录每个终止结点（或叶结点）的地址和值，值就是子区的属性代码，其中地址包的地址和值，值就是子区的属性代码，其中地址包的地址和值，值就是子区的属性代码，其中地址包的地址和值，值就是子区的属性代码，其中
61、地址包括两部分，共括两部分，共括两部分，共括两部分，共3232位（二进制），最右边位（二进制），最右边位（二进制），最右边位（二进制），最右边4 4位记录该位记录该位记录该位记录该叶结点的深度，即处于四叉树的第几层上，有了深叶结点的深度，即处于四叉树的第几层上，有了深叶结点的深度，即处于四叉树的第几层上，有了深叶结点的深度，即处于四叉树的第几层上，有了深度可以推知子区大小；左边的度可以推知子区大小；左边的度可以推知子区大小；左边的度可以推知子区大小；左边的2828位记录路径，从右位记录路径，从右位记录路径，从右位记录路径，从右边第五位往左记录从叶结点到根结点的路径。或表边第五位往左记录从叶结点
62、到根结点的路径。或表边第五位往左记录从叶结点到根结点的路径。或表边第五位往左记录从叶结点到根结点的路径。或表示为四进制和十进制的示为四进制和十进制的示为四进制和十进制的示为四进制和十进制的MortonMorton码。码。码。码。424.3.2 矢量数据结构矢量数据结构通过记录坐标的方式尽可能精确的表示点、通过记录坐标的方式尽可能精确的表示点、线、多边形等地理实体。坐标空间设为连续，线、多边形等地理实体。坐标空间设为连续，允许任意位置、长度、面积的精确定义。允许任意位置、长度、面积的精确定义。矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构编码的基本内容点实体点实体点实体点实体线实体线实体线实体线实体面实
63、体面实体面实体面实体43矢量表达法示意（点、线、面）矢量表达法示意（点、线、面）点：位置（x，y） 属性：符号（比例尺）、文字说明、方位线：位置(x1，y1),(x2，y2)，(xn，yn ) 属性：符号，形状、颜色、尺寸，非几何属性面：位置(x1，y1),(x2，y2)，(xn，yn ) 属性：符号变化，标量属性（可用等值线），名称属性、分类属性，等 拓扑关系：邻接、包含、关联等。44典型矢量数据结构编码方法（1 1）实体式：面条式（）实体式：面条式（spaghettispaghetti）；）；ARCVIEWARCVIEW（shapeshape文件文件) )、MAPINFO(TabMAPIN
64、FO(Tab文件文件) ) 特点：结构简单，数据冗余大特点：结构简单，数据冗余大多边形多边形 数据项数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1B(x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y2
65、8),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5)多边形多边形 数据项数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1）B
66、(x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19E(x5,y5),
67、(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5)45典型矢量数据结构的编码方法（2 2）树状索引式）树状索引式所有边界点进行数字化，坐标对以数字方式存储，由点索引与所有边界点进行数字化，坐标对以数字方式存储，由点索引与边界线号联系，线索引与多边形号相联系，形成树状结构。边界线号联系，线索引与多边形号相联系，形成树状结构。特点：消除相邻多边形边界的数据冗余和不一致，但邻域函数特点：消除相邻多边形边界的数据冗余和不一致，但邻域函数运算、消除无用边、处理岛状信息检查拓扑关系困难，编码运算、消除无用边、处
68、理岛状信息检查拓扑关系困难，编码人工方式建立，工作量大，容易出错。人工方式建立，工作量大，容易出错。461.点文件点号点号点号点号坐标坐标坐标坐标6 6X X6 6,Y,Y6 62.链文件链号链号链号链号左面号左面号左面号左面号 右面号右面号右面号右面号 起点起点起点起点终点终点终点终点L L210210A A1 1A A2 22 21010L L109109A A1 1A A2 210109 93.面文件面号面号面号面号链链链链 号号号号A A1 1L L210210,L,L109109,以以弧段弧段为单位为单位123456789101112131415A1A2A3链状双重独立式编码（3 3
69、）双重独立式（）双重独立式（DIME (Dual lndependent Map DIME (Dual lndependent Map Encoding) Encoding) 早期的早期的GISGIS软件）软件）典型矢量数据结构的编码方法47弧段文件弧段文件弧段文件弧段文件弧段号起始点终结点左多边形右多边形a51OAb85EAc168EBd195OEe1519ODf1516DBg115OBh81ABi1619DEj3131BC弧段坐标文件弧段坐标文件弧段坐标文件弧段坐标文件弧段号点号a5,4,3,2,1b8,7,6,5c16,17,8d19,18,5e15,23,22,21,20,19f15,
70、16,g1,10,11,12,13,14,15h8,9,1i16,19j31,30,29,28,27,26,25,24,31（4）链状双重独立式 多边形文件多边形文件多边形文件多边形文件多边形号弧段号周长面积中心点坐标Ah,b,aBg,f,c,h,-jCjDe,i,fEe,i,d,b48ARC/INFO矢量数据的存储方法ARCIDARCIDFnodeFnodeTonodeTonodeLpolyLpolyRpolyRpolyarccoordinationarccoordinationA1A1A2A2A3A3A4A4A5A5A6A6A7A7A8A8N1N1N2N2N1N1N1N1N2N2N3N3N
71、3N3N4N4N2N2N3N3N3N3N4N4N5N5N5N5N4N4N5N50 0B2B2B1B1B3B30 0B2B2B4B4B4B4B1B1B1B1B3B30 0B2B2B4B4B3B30 0Xn1,Yn1.Xn2,Yn2Xn1,Yn1.Xn2,Yn2Xn2,Yn2.Xn3,Yn3Xn2,Yn2.Xn3,Yn3Xn1,Yn1.Xn3,Yn3Xn1,Yn1.Xn3,Yn3Xn1,Yn1.Xn4,Yn4Xn1,Yn1.Xn4,Yn4Xn2,Yn2.Xn5,Yn5Xn2,Yn2.Xn5,Yn5Xn3,Yn3.Xn5,Yn5Xn3,Yn3.Xn5,Yn5Xn3,Yn3.Xn4,Yn4Xn3,Yn
72、3.Xn4,Yn4Xn4,Yn4.Xn5,Yn5Xn4,Yn4.Xn5,Yn5矢量数据结构矢量数据结构polygonpolygonARCARCB1B1B2B2B3B3B4B4A1A2A3A1A2A3A2A5A6A2A5A6A3A4A7A3A4A7A6A7A8A6A7A849矢量与栅格数据结构的比较比较内容比较内容矢量数据结构矢量数据结构栅格数据结构栅格数据结构数据量数据量小小小小大大大大图形精度图形精度高高高高低低低低图形运算图形运算复杂高效复杂高效复杂高效复杂高效简单低效简单低效简单低效简单低效遥感影像格遥感影像格式式不一致不一致不一致不一致一致一致一致一致输出表示输出表示抽象、昂贵抽象、昂
73、贵抽象、昂贵抽象、昂贵直观、便宜直观、便宜直观、便宜直观、便宜数据结构数据结构复杂复杂复杂复杂简单简单简单简单获取数据获取数据较慢较慢较慢较慢较快较快较快较快数据处理数据处理可对图形和属性数据检索、更新和综合可对图形和属性数据检索、更新和综合可对图形和属性数据检索、更新和综合可对图形和属性数据检索、更新和综合便于面状数据处理便于面状数据处理便于面状数据处理便于面状数据处理数学模拟数学模拟困难困难困难困难方便方便方便方便数据共享数据共享不易实现不易实现不易实现不易实现容易实现容易实现容易实现容易实现拓扑和网络拓扑和网络分析分析容易实现容易实现容易实现容易实现不易实现不易实现不易实现不易实现504
74、.3.3 三维数据结构三维数据结构处理地表以下及以上的空间问题。处理地表以下及以上的空间问题。真真3维维V=f（x，y，z）。）。3维数据结构也存在栅格和矢量两种形式。维数据结构也存在栅格和矢量两种形式。栅格：细小单元栅格：细小单元体元，体元，3维行程编码维行程编码矢量矢量:点、线、面、体。点、线、面、体。编码方式：八叉树法、四面体格网、编码方式：八叉树法、四面体格网、3维边维边界表示法、参数函数表示法。界表示法、参数函数表示法。51八叉树法八叉树法体元形式的三维数据线性八叉树编码编码八叉树结构就是将空间区域不八叉树结构就是将空间区域不八叉树结构就是将空间区域不八叉树结构就是将空间区域不断地分
75、解为八个同样大小的子断地分解为八个同样大小的子断地分解为八个同样大小的子断地分解为八个同样大小的子区域区域区域区域( (即将一个六面的立方体即将一个六面的立方体即将一个六面的立方体即将一个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立再分解为八个相同大小的小立再分解为八个相同大小的小立再分解为八个相同大小的小立方体方体方体方体) )，同一区域的属性相同。，同一区域的属性相同。，同一区域的属性相同。，同一区域的属性相同。八叉树主要用来解决八叉树主要用来解决八叉树主要用来解决八叉树主要用来解决地理信息系统中的三地理信息系统中的三地理信息系统中的三地理信息系统中的三维问题维问题维问题维问题。52四面体格网四
76、面体格网表示表示表示表示3 3维物体，测得表维物体，测得表维物体，测得表维物体，测得表面上一组点的坐标；再面上一组点的坐标；再面上一组点的坐标；再面上一组点的坐标；再建立这些点之间关系。建立这些点之间关系。建立这些点之间关系。建立这些点之间关系。四面体格网（四面体格网（四面体格网（四面体格网（TEN)TEN)是将是将是将是将目标空间用紧密排列但目标空间用紧密排列但目标空间用紧密排列但目标空间用紧密排列但互不重叠的不规则四面互不重叠的不规则四面互不重叠的不规则四面互不重叠的不规则四面体格网来表示。体格网来表示。体格网来表示。体格网来表示。四面体格网由点、线、四面体格网由点、线、四面体格网由点、线
77、、四面体格网由点、线、面和体面和体面和体面和体4 4类基本元素组类基本元素组类基本元素组类基本元素组合而成。合而成。合而成。合而成。体号体号体号体号面号面号面号面号属属属属性性性性1 1ABCDABCD四面体四面体四面体四面体面号面号面号面号线段号线段号线段号线段号属属属属性性性性A Aa a，c c，b b三角形三角形三角形三角形1234abcdef(10,3,2)(4,3,2)(10.5,-1,0)(8,1.5,3)A AB BC C线线线线号号号号起起起起点点点点终终终终点点点点属属属属性性性性a a1 12 2线线线线点点点点点点点点号号号号X XY YZ Z属属属属性性性性2 2 4
78、 43 32 253三维边界表示法三维边界表示法平面多面体：通过指定顶点位置、构成边的顶点以平面多面体：通过指定顶点位置、构成边的顶点以平面多面体：通过指定顶点位置、构成边的顶点以平面多面体：通过指定顶点位置、构成边的顶点以及构成面的边来表示及构成面的边来表示及构成面的边来表示及构成面的边来表示3 3维物体。称为三维边界法。维物体。称为三维边界法。维物体。称为三维边界法。维物体。称为三维边界法。三张表：三张表：三张表：三张表： 顶点表：指定顶点坐标；顶点表：指定顶点坐标；顶点表：指定顶点坐标；顶点表：指定顶点坐标； 边表：指出多面体某边的两个顶点；边表：指出多面体某边的两个顶点；边表：指出多面
79、体某边的两个顶点；边表：指出多面体某边的两个顶点； 面表：给出围成多面体某个面的各条边。面表：给出围成多面体某个面的各条边。面表：给出围成多面体某个面的各条边。面表：给出围成多面体某个面的各条边。体号体号体号体号面号面号面号面号属属属属性性性性1 1ABCDABCDE E多面体表多面体表多面体表多面体表线线线线号号号号起起起起点点点点终终终终点点点点属属属属性性性性a a1 12 2边表边表边表边表顶点表顶点表顶点表顶点表点点点点号号号号X XY YZ Z属属属属性性性性2 2 4 43 32 254参数函数表示法参数函数表示法可以描述可以描述可以描述可以描述3 3维空间的线、面和体目标。利用
80、有限的维空间的线、面和体目标。利用有限的维空间的线、面和体目标。利用有限的维空间的线、面和体目标。利用有限的空间数据，寻找一个函数解析式，并用这个解析式空间数据，寻找一个函数解析式，并用这个解析式空间数据，寻找一个函数解析式，并用这个解析式空间数据，寻找一个函数解析式，并用这个解析式来生成新的空间点，用以逼近原有的物体。来生成新的空间点，用以逼近原有的物体。来生成新的空间点，用以逼近原有的物体。来生成新的空间点，用以逼近原有的物体。 3 3维空间曲线：曲线拟合维空间曲线：曲线拟合维空间曲线：曲线拟合维空间曲线：曲线拟合 3 3维空间曲面：实质是维空间曲面：实质是维空间曲面：实质是维空间曲面：实
81、质是DEMDEM 3 3维空间体：维空间体：维空间体：维空间体：V= F(X,Y,Z)V= F(X,Y,Z)o554.3.4 DEMDEM的概念的概念黄海平均海水面黄海平均海水面绝对高程绝对高程H=F(x , y)56DTM（Digital Terrain Models）Z=G(x , y)温度、降雨等温度、降雨等DTM的概念57DEM的表示方法的表示方法通常用地表规则网格单元构成的过程矩阵表示。广通常用地表规则网格单元构成的过程矩阵表示。广通常用地表规则网格单元构成的过程矩阵表示。广通常用地表规则网格单元构成的过程矩阵表示。广义的义的义的义的DEMDEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高还
82、包括等高线、三角网等所有表达地面高还包括等高线、三角网等所有表达地面高还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。程的数字表示。程的数字表示。程的数字表示。DEM表示法数学方法图形法整体局部傅里叶级数高次多项式规则数学分块不规则数学分块点数据线数据规则不规则典型特征山峰、洼坑隘口、边界三角网临近网密度一致密度不一致水平线垂直线典型线山脊线、山谷线海岸线、坡度变化线58DEM主要表示模型主要表示模型规则格网模型规则格网模型、等高线模型、不规则三角网模型、等高线模型、不规则三角网模型、等高线模型、不规则三角网模型、等高线模型、不规则三角网模型等高线等高线55708060正方形格网正方形格网不
83、规则三角网不规则三角网591.规则格网模型：正方形、矩形、三角形等格网数值有两种解释：格网数值有两种解释：格网单元高程均一：不连续格网单元高程均一：不连续格网中心或平均高程：插值格网中心或平均高程：插值优缺点：优缺点：计算等高线、坡度坡向、山计算等高线、坡度坡向、山坡阴影提取、流域地形提取坡阴影提取、流域地形提取容易。容易。不能准确表示细部结构，数不能准确表示细部结构，数据量大。据量大。60等高线模型等高线模型通常被存成有序的坐标点对序列，带高程值的多边通常被存成有序的坐标点对序列，带高程值的多边通常被存成有序的坐标点对序列，带高程值的多边通常被存成有序的坐标点对序列，带高程值的多边形或多边形
84、弧段。形或多边形弧段。形或多边形弧段。形或多边形弧段。8060507040302020需要插值需要插值61TIN模型模型不规则三角网不规则三角网62TIN存储方式17632459810ABCDEFGHIJNoNoNoNoX X X XY Y Y YZ Z Z ZP P1 1 1 1909090901010101043434343A A2 2 2 2505050501010101067676767B B3 3 3 3676767672323232362626262C C: : : : : : : : : : : : : :10101010101010109090909081818181I INN
85、o oP P1 1P2P2P P3 31 1A AB BC C2 2B BC CDD3 3C CDDE E: :：1 10 0G GH HF F坐标与高程值表坐标与高程值表三角形表三角形表63层次模型（层次模型（LOD）层次地形模型是一种表达多种不同精度水平层次地形模型是一种表达多种不同精度水平的数字高程模型。大多基于的数字高程模型。大多基于TIN。根据不同。根据不同的任务选择不同精度的地形模型。的任务选择不同精度的地形模型。注意：注意：数据冗余数据冗余数据冗余数据冗余自动搜索效率低自动搜索效率低自动搜索效率低自动搜索效率低根据地形的复杂程度采用不同详细层次的混合模根据地形的复杂程度采用不同详
86、细层次的混合模根据地形的复杂程度采用不同详细层次的混合模根据地形的复杂程度采用不同详细层次的混合模型。型。型。型。表达地貌特征方面应该一致表达地貌特征方面应该一致表达地貌特征方面应该一致表达地貌特征方面应该一致64DEM模型间的相互转换模型间的相互转换不规则点生成不规则点生成TIN格网格网DEM转成转成TIN等高线转成等高线转成TIN格网格网DEM提取等高线提取等高线TIN转成格网转成格网DEM65不规则点生成不规则点生成TINDelaunay三角剖分生成三角剖分生成TIN。Voronoi图，又叫泰森多边形或图，又叫泰森多边形或Dirichlet图。图。按最近邻原则划分平面：每个点与它的最近按
87、最近邻原则划分平面：每个点与它的最近邻区域相关联。邻区域相关联。 Delaunay三角形式由与相三角形式由与相邻邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接多边形共享一条边的相关点连接而成的三角形。而成的三角形。66Delaunay三角网67 Delaunay三角网是唯一的； 三角网的外边界构成了点集三角网的外边界构成了点集P的凸多边形的凸多边形“外壳外壳”； 空圆特性：没有任何点在三角形外接圆内。空圆特性：没有任何点在三角形外接圆内。 形成的三角形网总是具有最优的形状特征：最小角形成的三角形网总是具有最优的形状特征：最小角最大。最大。 Delaunay三角网有以下特征：三角网有以下特征：68
88、格网格网DEM转成转成TIN尽量减少尽量减少尽量减少尽量减少TINTIN的顶点数目，同时尽可能多的保留地的顶点数目，同时尽可能多的保留地的顶点数目，同时尽可能多的保留地的顶点数目，同时尽可能多的保留地形信息，如山峰、山脊、谷底和坡度突变处。形信息，如山峰、山脊、谷底和坡度突变处。形信息，如山峰、山脊、谷底和坡度突变处。形信息，如山峰、山脊、谷底和坡度突变处。代表算法：保留重要点法、启发丢弃法代表算法：保留重要点法、启发丢弃法代表算法：保留重要点法、启发丢弃法代表算法：保留重要点法、启发丢弃法保留重要点法：保留规则格网保留重要点法：保留规则格网保留重要点法：保留规则格网保留重要点法：保留规则格网
89、DEMDEM中的重要点（中的重要点（中的重要点（中的重要点（VIPVIP）pP P点是否重要：点是否重要：点是否重要：点是否重要：p p点与点与点与点与8 8个临点高程的个临点高程的个临点高程的个临点高程的内插值比较，差值超过某个阈值的网内插值比较，差值超过某个阈值的网内插值比较，差值超过某个阈值的网内插值比较，差值超过某个阈值的网点保留下来，作为三角网的顶点生成点保留下来，作为三角网的顶点生成点保留下来，作为三角网的顶点生成点保留下来，作为三角网的顶点生成DelaunaryDelaunary三角网。三角网。三角网。三角网。69格网格网DEM转成转成TIN启发丢弃法：启发丢弃法：启发丢弃法：启
90、发丢弃法：(Drop Heuristic(Drop Heuristic，DHDH）基本思想是给定一个）基本思想是给定一个）基本思想是给定一个）基本思想是给定一个格网格网格网格网DEMDEM和转换后和转换后和转换后和转换后TINTIN中结点的数量限制，寻找一个中结点的数量限制，寻找一个中结点的数量限制，寻找一个中结点的数量限制，寻找一个TINTIN与与与与规则格网规则格网规则格网规则格网DEMDEM的最佳拟合。的最佳拟合。的最佳拟合。的最佳拟合。首先：算法的输入是首先：算法的输入是首先：算法的输入是首先：算法的输入是TINTIN，每次去掉一个结点进行迭代，得，每次去掉一个结点进行迭代，得，每次去
91、掉一个结点进行迭代，得，每次去掉一个结点进行迭代，得到结点越来越少的到结点越来越少的到结点越来越少的到结点越来越少的TIN.TIN.其次：取其次：取其次：取其次：取TINTIN的一个结点的一个结点的一个结点的一个结点OO，及与其相邻的其他结点，进行，及与其相邻的其他结点，进行，及与其相邻的其他结点，进行，及与其相邻的其他结点，进行DelaunayDelaunay三角形重构。三角形重构。三角形重构。三角形重构。再次：计算再次：计算再次：计算再次：计算OO点高程与邻近三角形交点点高程与邻近三角形交点点高程与邻近三角形交点点高程与邻近三角形交点OO 的高程差，大于的高程差，大于的高程差，大于的高程差
92、，大于阈值阈值阈值阈值d de e，则，则，则，则OO点保留。点保留。点保留。点保留。然后：对所有结点，重复上述判断。然后：对所有结点，重复上述判断。然后：对所有结点，重复上述判断。然后：对所有结点，重复上述判断。最后：直到最后：直到最后：直到最后：直到TINTIN中所有结点都满足中所有结点都满足中所有结点都满足中所有结点都满足d d d de e ，结束。，结束。，结束。，结束。70等高线转成格网等高线转成格网DEM使用局部插值算法，距离倒数加权平均或克使用局部插值算法，距离倒数加权平均或克里金插值算法，可以将数字化等高线数据转里金插值算法，可以将数字化等高线数据转为规则格网为规则格网DEM
93、。71格网格网DEM生成等高线生成等高线离散数据点离散数据点内插内插规则矩形格网规则矩形格网(GRID)(GRID)72TIN转成格网转成格网DEM看成普通不规则点生成格网看成普通不规则点生成格网DEM的过程。的过程。按线性或非线性插值计算格网点的高程。按线性或非线性插值计算格网点的高程。73DEM的建立的建立地面测量地面测量地图数字化地图数字化空间传感器空间传感器数字摄影测量数字摄影测量:最常用最常用74DEM的主要用途的主要用途1 1）国家地理信息的）国家地理信息的基础数据基础数据；2 2）工程建设与规划设计工程建设与规划设计（城市规划、土木工程、景（城市规划、土木工程、景观建筑与矿山工程
94、、交通路线的规划与大坝选址）；观建筑与矿山工程、交通路线的规划与大坝选址）；3 3）军事应用军事应用（虚拟战场等）；（虚拟战场等）；4 4）地形分析地形分析（坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌（坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等）分析、估计侵蚀和径流等）5 5）与）与GISGIS联合进行联合进行空间分析空间分析（作为背景叠加各种专题（作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析）；显示与分析）；6 6）虚拟现实虚拟现实(Virtual Reality)(Virtual Reality)； 7 7）其他连
95、续变化特征代替高程，）其他连续变化特征代替高程，DEMDEM显示一些表面显示一些表面属性属性，如通行时间费用、人口、风景标志、污染状，如通行时间费用、人口、风景标志、污染状况、地下水位等。况、地下水位等。754.4 空间数据转换空间数据转换数据结构的转换数据结构的转换文件格式的转换文件格式的转换764.4.1 由矢量向栅格的转换由矢量向栅格的转换矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要
96、求，使之不过多地损以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过多地损以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过多地损以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过多地损失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量是确定栅格大小据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量是确定栅格大小据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量是确定栅格大小据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量是
97、确定栅格大小的最重要的影响因素。的最重要的影响因素。的最重要的影响因素。的最重要的影响因素。栅格尺寸确定栅格尺寸确定栅格尺寸确定栅格尺寸确定 计算若干个小图斑的面积计算若干个小图斑的面积计算若干个小图斑的面积计算若干个小图斑的面积S Si i（i i1 1，2 2，n n）；）；）；）； 求小图斑面积平均值求小图斑面积平均值求小图斑面积平均值求小图斑面积平均值A A； 求栅格尺寸求栅格尺寸求栅格尺寸求栅格尺寸L L( A )( A )1/21/2。77点的栅格化P78直线栅格化直线栅格化 扫描线法扫描线法扫描线法扫描线法 直线插补法直线插补法直线插补法直线插补法79面域的栅格化面域的栅格化 扫
98、描线法扫描线法扫描线法扫描线法 直线插补法直线插补法直线插补法直线插补法801. 基于弧段数据的栅格化基于弧段数据的栅格化-扫描线法扫描线法（1）数据管理）数据管理分区，对原始矢量数据文件进行一次扫描，计算原点（分区，对原始矢量数据文件进行一次扫描，计算原点（IX0，IY0），弧段总数），弧段总数NA，栅格行数，栅格行数NR，列数，分带数，以及各，列数，分带数，以及各个弧段按照它们在纵轴上的位置归入相应的子数据体，个弧段按照它们在纵轴上的位置归入相应的子数据体，max(ID)表示该弧段归入的栅格带的最大编号，表示该弧段归入的栅格带的最大编号， min(ID)表表示该弧段归入的栅格带的最小编号，
99、示该弧段归入的栅格带的最小编号，ID为弧段的识别码，为弧段的识别码，D为栅格边长。为栅格边长。（IX0，IY0）B1B2B3B4B5B6B7DC1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10A9A1A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8A10（IX0，IY0）P3P1P2P5P4P6P781（2.）转换计算：将）转换计算：将X，Y坐标转换为行列号表示的栅格数据。坐标转换为行列号表示的栅格数据。采用扫描线与有关弧段相交，求交点采用扫描线与有关弧段相交，求交点X坐标、该扫描线对应坐标、该扫描线对应的左右区码并记录，对一行所有的左右区码并记录，对一行所有X值由小
100、到大排序，进行左值由小到大排序，进行左右区码配对，在相邻右区码配对，在相邻X值间，逐渐生成栅格数据。值间，逐渐生成栅格数据。C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10A9A1A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8A10P1P2P3P4P5P6P782以多边形为栅格化处理的单元。以多边形为栅格化处理的单元。以多边形为栅格化处理的单元。以多边形为栅格化处理的单元。首先将一个多边形的首先将一个多边形的首先将一个多边形的首先将一个多边形的X X坐标按顺时针或逆时针坐标按顺时针或逆时针坐标按顺时针或逆时针坐标按顺时针或逆时针方向排序。方向排序。方向排序。方向排序。X1X1，X2X2，XnXnXnXn，
101、Xn-1Xn-1，X1X12. 2. 基于多边形数据的栅格化基于多边形数据的栅格化 对任一个栅格点XP，YP，根据该点的X值在坐标区间中出现的次数，求出Y值，判断该点是否位于多边形内，从而赋以相应的属性值。或通过检验夹角之和、检验交点数的方法来实现。123456P1P2YX834.4.2 由栅格向矢量的转换由栅格向矢量的转换1.1.基于图象数据的矢量化基于图象数据的矢量化 图象数据是由不同灰阶的影象或线划，通图象数据是由不同灰阶的影象或线划，通过扫描仪按一定的分辨率进行扫描采样，得过扫描仪按一定的分辨率进行扫描采样，得到不同灰度值（到不同灰度值（0-2550-255）表示的数据。目前扫）表示的
102、数据。目前扫描分辨率描分辨率0.0125mm,0.0125mm,对于一般粗度（对于一般粗度（0.1mm)0.1mm)的线条，其横断面扫描后平均的线条，其横断面扫描后平均8 8个像元，矢量个像元，矢量化要求只允许一个栅格宽度。化要求只允许一个栅格宽度。目的是栅格数据分析结果通过矢量绘图装置输目的是栅格数据分析结果通过矢量绘图装置输出，或为了数据压缩，但主要目的是为了将自出，或为了数据压缩，但主要目的是为了将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。转换处理时有，基于图象数据的矢量化和库。转换处理时有，基于图象数据的矢量化和再生栅格数据的矢量化。再生栅格
103、数据的矢量化。84步骤如下：步骤如下：多边形边界提取多边形边界提取边界线追踪边界线追踪拓扑关系生成拓扑关系生成去除多余点及曲线圆滑去除多余点及曲线圆滑85多边形边界提取 二值化86细化细化-剥皮法剥皮法从曲线边缘开始，每次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到从曲线边缘开始，每次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。注意：不最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。注意：不允许剥去导致曲线不连续的栅格。允许剥去导致曲线不连续的栅格。借助在计算机中存储的由待剥栅格为中心的借助在计算机中存储的由待剥栅格为中心的3*3栅格组合图栅格组合图来决定。一个来决定。一个3*3的栅格
104、窗口，其中心栅格有的栅格窗口，其中心栅格有8个邻域，共个邻域，共28种不同的排列方式。种不同的排列方式。87细化细化88边界线追踪：边界线跟踪的目的就是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储特征栅格点中心的坐标拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少冗余。892.基于再生栅格数据的矢量化方法再生栅格数据是根据弧段数据或多边形数据生成的栅格再生栅格数据是根据弧段数据或多边形数据生成的栅格再
105、生栅格数据是根据弧段数据或多边形数据生成的栅格再生栅格数据是根据弧段数据或多边形数据生成的栅格数据。矢量化的目的是通过矢量绘图装置进行输出。数据。矢量化的目的是通过矢量绘图装置进行输出。数据。矢量化的目的是通过矢量绘图装置进行输出。数据。矢量化的目的是通过矢量绘图装置进行输出。过程：过程：过程：过程：1.1.栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单元，栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单元，栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单元，栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格单元，并将边界内部的同质栅格单元以显著不同的符号进行填并将边界内部的同质栅格单元以显著不同的符号进行填并
106、将边界内部的同质栅格单元以显著不同的符号进行填并将边界内部的同质栅格单元以显著不同的符号进行填充，产生只记录类型边界栅格值的文件。充，产生只记录类型边界栅格值的文件。充，产生只记录类型边界栅格值的文件。充，产生只记录类型边界栅格值的文件。2.2.建立类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区的闭合建立类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区的闭合建立类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区的闭合建立类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区的闭合界线，同时计算坐标，并整理成有序数组；界线，同时计算坐标，并整理成有序数组；界线，同时计算坐标，并整理成有序数组；界线，同时计算坐标，并整理成有序数组；5 55
107、55 55 55 55 56 66 66 66 66 65 55 56 6- -1 1-1-1- -1 16 65 55 56 6- -1 1- -1 1-1-1- -1 16 65 55 56 6- -1 1- -1 1- -1 1- -1 16 65 55 55 56 6- -1 1- -1 1- -1 16 65 55 56 66 6- -1 1- -1 1- -1 1- -1 16 65 55 56 6- -1 1- -1 1- -1 16 66 65 55 56 66 66 65 55 55 55 55 53.处理相邻类型的公共边界，将按区域单元建立的数据结构转换成按线段链建立的数据
108、结构，以便实现任意区域或类型数据的提取、综合、分析和制图输出。904.5 空间数据存储空间数据存储文件存储文件存储文件与数据库混合存储文件与数据库混合存储全关系数据库存储全关系数据库存储面向对象空间数据库存储面向对象空间数据库存储91文件存储文件存储时期：早期时期：早期时期：早期时期：早期空间几何数据和属性数据都以文件的形式表达。空间几何数据和属性数据都以文件的形式表达。空间几何数据和属性数据都以文件的形式表达。空间几何数据和属性数据都以文件的形式表达。ARCINFOARCINFO以以以以arcarc管理图形文件，管理图形文件，管理图形文件，管理图形文件，InfoInfo管理属性文件。管理属性
109、文件。管理属性文件。管理属性文件。优点：优点：优点：优点： 灵活，便于存储需要加密的数据、非结构化的数据，不定长的几何灵活，便于存储需要加密的数据、非结构化的数据，不定长的几何灵活，便于存储需要加密的数据、非结构化的数据，不定长的几何灵活，便于存储需要加密的数据、非结构化的数据，不定长的几何坐标数据。坐标数据。坐标数据。坐标数据。缺点：缺点：缺点：缺点： 数据的安排与组织依赖操作系统和文件系统，不独立，不同系统互数据的安排与组织依赖操作系统和文件系统，不独立，不同系统互数据的安排与组织依赖操作系统和文件系统，不独立，不同系统互数据的安排与组织依赖操作系统和文件系统，不独立，不同系统互操作难以实
110、现操作难以实现操作难以实现操作难以实现 不便于多用户协同工作，共享性差不便于多用户协同工作，共享性差不便于多用户协同工作，共享性差不便于多用户协同工作，共享性差 空间数据文件庞大，管理效率和利用效率受限，更新困难，不便于空间数据文件庞大，管理效率和利用效率受限，更新困难，不便于空间数据文件庞大，管理效率和利用效率受限，更新困难，不便于空间数据文件庞大，管理效率和利用效率受限，更新困难，不便于存储、调度和管理。存储、调度和管理。存储、调度和管理。存储、调度和管理。92Shp文件组织方式文件组织方式一个一个一个一个ESRIESRI的的的的shapeshape文件包括一个主文件，一个索引文件包括一个
111、主文件，一个索引文件包括一个主文件，一个索引文件包括一个主文件，一个索引文件，和一个文件，和一个文件，和一个文件，和一个dBASEdBASE表。表。表。表。 主文件是一个直接存取，变量记录长度文件，其中主文件是一个直接存取，变量记录长度文件，其中主文件是一个直接存取，变量记录长度文件，其中主文件是一个直接存取，变量记录长度文件，其中每个记录描述一个有它自己的每个记录描述一个有它自己的每个记录描述一个有它自己的每个记录描述一个有它自己的verticesvertices列表的列表的列表的列表的shapeshape。在索引文件中，每个记录包含对应主文件。在索引文件中，每个记录包含对应主文件。在索引文
112、件中，每个记录包含对应主文件。在索引文件中，每个记录包含对应主文件记录离主文件头开始的偏移，记录离主文件头开始的偏移，记录离主文件头开始的偏移，记录离主文件头开始的偏移，dBASEdBASE表包含一表包含一表包含一表包含一featurefeature一个记录的一个记录的一个记录的一个记录的featurefeature的特征。几何和属性间的特征。几何和属性间的特征。几何和属性间的特征。几何和属性间的一一对应关系是基于记录数目的。在的一一对应关系是基于记录数目的。在的一一对应关系是基于记录数目的。在的一一对应关系是基于记录数目的。在dBASEdBASE文件文件文件文件中的属性记录必须和主文件中的记
113、录是相同顺序的。中的属性记录必须和主文件中的记录是相同顺序的。中的属性记录必须和主文件中的记录是相同顺序的。中的属性记录必须和主文件中的记录是相同顺序的。93DXF文件组织文件组织两种格式：两种格式：两种格式：两种格式：ASCIIASCII码文本格式和二进制格式。码文本格式和二进制格式。码文本格式和二进制格式。码文本格式和二进制格式。DXFDXF文件最小单位是组（文件最小单位是组（文件最小单位是组（文件最小单位是组（groupgroup），一个），一个），一个），一个DXFDXF文件文件文件文件由多个组组成。由多个组组成。由多个组组成。由多个组组成。每个组占两行：第一行是组码；第二行是组值，数
114、每个组占两行：第一行是组码；第二行是组值，数每个组占两行：第一行是组码；第二行是组值，数每个组占两行：第一行是组码；第二行是组值，数据类型取决于组码的数值。据类型取决于组码的数值。据类型取决于组码的数值。据类型取决于组码的数值。一个一个一个一个DXFDXF文件分为多个节（段）（文件分为多个节（段）（文件分为多个节（段）（文件分为多个节（段）（sectionsection），每），每），每），每个节均由多个组组成。个节均由多个组组成。个节均由多个组组成。个节均由多个组组成。每个节由组码为每个节由组码为每个节由组码为每个节由组码为0 0，组值为，组值为，组值为，组值为sectionsection的
115、组开始；后跟的组开始；后跟的组开始；后跟的组开始；后跟一个组码为一个组码为一个组码为一个组码为2 2，组值为节名的字符串。，组值为节名的字符串。，组值为节名的字符串。，组值为节名的字符串。94完整的完整的DXF有有7节（段）节（段）1. 1. 标题段（标题段（标题段（标题段（HEADER HEADER ） 有关图形的一般信息都可以有关图形的一般信息都可以有关图形的一般信息都可以有关图形的一般信息都可以DXF DXF 文件的这一节找到，文件的这一节找到，文件的这一节找到，文件的这一节找到，每一个参数具有一个变量每一个参数具有一个变量每一个参数具有一个变量每一个参数具有一个变量名和一个相关值。名和
116、一个相关值。名和一个相关值。名和一个相关值。 2. 2. 表段表段表段表段 这一段包含的指定项的定义，这一段包含的指定项的定义，这一段包含的指定项的定义，这一段包含的指定项的定义，它包括：它包括：它包括：它包括： a a、 线形表（线形表（线形表（线形表（LTYPELTYPE） b b、 层表（层表（层表（层表（LYERLYER） c c、 字体表（字体表（字体表（字体表（STYLESTYLE） d d、 视图表（视图表（视图表（视图表（VIEWVIEW） e e、 用户坐标系统表（用户坐标系统表（用户坐标系统表（用户坐标系统表（UCSUCS） f f、 视窗配置表（视窗配置表（VPORTVP
117、ORT） g g、 标注字体表标注字体表（DIMSTYLEDIMSTYLE） h h、申请符号表（、申请符号表（APPIDAPPID） 3. 3. 块段（块段（BLOCKSBLOCKS） 这一段含有块定义实体，这这一段含有块定义实体，这些实体描述了图形种组成每些实体描述了图形种组成每个块的实体。个块的实体。 4. 4. 实体段（实体段（ENTITIES ENTITIES ） 这一段含有实体，包括任何这一段含有实体，包括任何块的调用。块的调用。 5. END OF FILE5. END OF FILE（文件结束）（文件结束） 954.6 空间数据组织管理空间数据组织管理分层组织管理分层组织管理分
118、块组织管理分块组织管理无缝组织管理无缝组织管理96分层组织管理分层组织管理利用层来组织数据：道路层、建筑物层、植被层、利用层来组织数据：道路层、建筑物层、植被层、利用层来组织数据：道路层、建筑物层、植被层、利用层来组织数据：道路层、建筑物层、植被层、水系层等。水系层等。水系层等。水系层等。点、线、面层，每层若干坐标点、线、面层，每层若干坐标点、线、面层，每层若干坐标点、线、面层，每层若干坐标矢量空间数据的分层：矢量空间数据的分层：矢量空间数据的分层：矢量空间数据的分层：4 4个层次个层次个层次个层次 坐标对坐标对坐标对坐标对 空间对象空间对象空间对象空间对象 图层图层图层图层 地图地图地图地图
119、地图集地图集地图集地图集图层集图层集图层集图层集图层图层图层图层分层的缺点：分层的缺点：缺少以分类属性和相互关系为基础的结缺少以分类属性和相互关系为基础的结构化实体的内在规律描述，空间分析能构化实体的内在规律描述，空间分析能力弱。力弱。忽视地理现象的本质特征、复杂内在联忽视地理现象的本质特征、复杂内在联系，降低信息容量。系，降低信息容量。97分块组织管理分块组织管理海量空间信息，空间分布范围广。海量空间信息，空间分布范围广。海量空间信息，空间分布范围广。海量空间信息，空间分布范围广。 磁盘容量有限；磁盘容量有限；磁盘容量有限；磁盘容量有限； 数据不完全；数据不完全；数据不完全；数据不完全； 数
120、据库维护不便；数据库维护不便；数据库维护不便；数据库维护不便； 查询分析效率不高。查询分析效率不高。查询分析效率不高。查询分析效率不高。为解决这些问题，在分层的基础上分块。为解决这些问题，在分层的基础上分块。为解决这些问题，在分层的基础上分块。为解决这些问题，在分层的基础上分块。分块组织：经纬度、矩形、任意多边形分分块组织：经纬度、矩形、任意多边形分分块组织：经纬度、矩形、任意多边形分分块组织：经纬度、矩形、任意多边形分块。块。块。块。分块索引：块编号、块范围、块数据分块索引：块编号、块范围、块数据分块索引：块编号、块范围、块数据分块索引：块编号、块范围、块数据无缝连接：连接形式，直接读取、接
121、边无缝连接：连接形式，直接读取、接边无缝连接：连接形式，直接读取、接边无缝连接：连接形式，直接读取、接边T31T31T32T32T33T33T21T21T22T22T23T23T11T11T12T12T13T13块编号块编号块编号块编号 左下左下左下左下Y Y 左下左下左下左下X X右上右上右上右上X X右上右上右上右上Y Y 数据位置数据位置数据位置数据位置T11T1120002000100010002100210011001100DD：mapt11mapt11缺点：不同用户缺点：不同用户分块不同；拓扑分块不同；拓扑型矢量数据，一型矢量数据，一些实体隔开。些实体隔开。98无缝组织管理无缝组织
122、管理空间实体完整的保存文件或数据库中。需要空间实体完整的保存文件或数据库中。需要大型数据库来存储和管理。大型数据库来存储和管理。建立空间索引机制。建立空间索引机制。格网型空间索引格网型空间索引格网型空间索引格网型空间索引四叉数空间索引四叉数空间索引四叉数空间索引四叉数空间索引BSPBSP树树树树R R树和树和树和树和R R+树树树树CELLCELL树树树树99格网索引100四叉树索引101BSP树树H1H2H3H4BACDEH1H2H3H4ABCDE102R树和树和R+树树103CELL树树104 3D GIS 3D GIS中空间对象的存储与快速查询。随着数字中空间对象的存储与快速查询。随着数
123、字中空间对象的存储与快速查询。随着数字中空间对象的存储与快速查询。随着数字地球、数字城市等概念的提出和应用，对大型空间地球、数字城市等概念的提出和应用，对大型空间地球、数字城市等概念的提出和应用，对大型空间地球、数字城市等概念的提出和应用，对大型空间数据库的性能提出了更高的要求因此必须采用特数据库的性能提出了更高的要求因此必须采用特数据库的性能提出了更高的要求因此必须采用特数据库的性能提出了更高的要求因此必须采用特定的索引技术，以快速选取空间目标定的索引技术，以快速选取空间目标定的索引技术，以快速选取空间目标定的索引技术，以快速选取空间目标一般应用类似于一般应用类似于一般应用类似于一般应用类似
124、于SQLSQL的查询语言进行空间操作访问的查询语言进行空间操作访问的查询语言进行空间操作访问的查询语言进行空间操作访问 。采用面向对象的技术，将所有三维空间对象抽象为采用面向对象的技术，将所有三维空间对象抽象为采用面向对象的技术，将所有三维空间对象抽象为采用面向对象的技术，将所有三维空间对象抽象为点、线、面、体四类，以点、线段、三角形这些单点、线、面、体四类，以点、线段、三角形这些单点、线、面、体四类，以点、线段、三角形这些单点、线、面、体四类，以点、线段、三角形这些单纯形来表示空间对象。在纯形来表示空间对象。在纯形来表示空间对象。在纯形来表示空间对象。在SQL Server 2005SQL
125、Server 2005中利用中利用中利用中利用关系模型创建了存储三维空间对象的数据库，实现关系模型创建了存储三维空间对象的数据库，实现关系模型创建了存储三维空间对象的数据库，实现关系模型创建了存储三维空间对象的数据库，实现线性八叉树空间索引，以提高空间数据库的检索速线性八叉树空间索引，以提高空间数据库的检索速线性八叉树空间索引，以提高空间数据库的检索速线性八叉树空间索引，以提高空间数据库的检索速度。度。度。度。八叉树空间索引具有存储内容简单、存储空间占用八叉树空间索引具有存储内容简单、存储空间占用八叉树空间索引具有存储内容简单、存储空间占用八叉树空间索引具有存储内容简单、存储空间占用少、运算效
126、率高。少、运算效率高。少、运算效率高。少、运算效率高。105作业与实验 1、针对商业、针对商业GIS和电子绘图软件中，特定的和电子绘图软件中，特定的空间信息数据结构如：空间信息数据结构如：dwg，shp，arc，map等进行数据转换工作。写出转换的等进行数据转换工作。写出转换的原理、步骤、途径和软件操作要点，并利原理、步骤、途径和软件操作要点，并利用所选的软件进行实验，写出实验报告。用所选的软件进行实验，写出实验报告。2、简述、简述DEM的建立方法的建立方法（书面作业）（书面作业）（书面作业）（书面作业）3、利用有关软件，模拟或根据实测数据建立、利用有关软件，模拟或根据实测数据建立DEM，写出
127、实验报告。，写出实验报告。106IDID码码坐标数据坐标数据起结起结点点终结终结点点左多左多边形边形右多右多边形边形C C1 1X1,y1,x2,y2,X1,y1,x2,y2,NN1 1NN2 2P P2 2P P1 1C C2 2X1,y1,x2,y2,X1,y1,x2,y2,NN3 3NN2 2P P1 1P P4 4C C3 3X1,y1,x2,y2,X1,y1,x2,y2,NN1 1NN3 3P P1 1.IDID码码属性属性1 1属性属性2 2属性属性3 3属性属性4 4C C1 1A1A1A2A2A3A3A4A4C C2 2A1A1A2A2A3A3A4A4C C3 3A1A1A2A2A3A3A4A4.一个空间目标属性特征和空间特征之间的联系C4N4C8C6P3P3C7N6C10N3C3N1P1P1C2N2C1P2P2C5N5P4P4P5P5C9N7107
