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1、第二章第二章第二章第二章 地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构地理信息系统的数据结构 佛山科学技术学院课程 2005-08-05 李辉霞学习目标学习目标理解地理空间的概念掌握空间数据的描述方法理解和掌握空间数据的拓扑关系掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法重点：重点：空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法。2.1 2.1 地理空间及其表达地理空间及其表达 2.2 2.2 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征2.3 2.3 空间数据结构的类型空间数据结构的类型2.4 2.4 空间数据结构的建立空间数据结构的建立地理空间（GeographicSpac
2、e）是指物质、能量、信息在形式与形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理空间的概念地理空间的概念2.1 2.1 地理空间及其表达地理空间及其表达（1）点状分布特征）点状分布特征 如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰、火山口等。如城镇、企事业单位、基地、气象站、山峰、火山口等。（2）线状分布特征）线状分布特征 河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政边界等。河流、海岸线、铁路、公路、地下管线，行政边界等。（3）面状分布特征）面状分布特征如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常称多边形。如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常称多边形。（4）体状分布特征）体状分布特征如高层
3、建筑、云体、山体、矿体等。如高层建筑、云体、山体、矿体等。 总之，空间现象十分复杂，为此将其抽象到空间对象（目标）总之，空间现象十分复杂，为此将其抽象到空间对象（目标）来表达空间实体。来表达空间实体。空间物体的几何类型空间物体的几何类型点实体有位置，无宽度和长度；抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置线实体有长度，但无宽度和高度；用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多度量实体距离香港城市道路网分布面实体具有长和宽的目标通常用来表示自然或人工的封闭多边形一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性
4、变化发生在边界上，面的内部是同质的。连续变化曲面，如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化是连续的。空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑空间实体的表达空间实体的表达矢量表示法：采用一个没有大小的矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。点（坐标）来表达基本点元素。隐式表示：由一系列定义了始点和隐式表示：由一系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述，终点的线及某种连接关系来描述，线的始点和终点坐标定义为一条表线的始点和终点坐标定义为一条表示椅子形式的矢量，线之间的指示示椅子形式的矢量，线之间的指示字，告诉计算机
5、怎样把这些矢量连字，告诉计算机怎样把这些矢量连接在一起形成椅子，隐式表示的数接在一起形成椅子，隐式表示的数据为：据为：椅子的属性椅子的属性一系列矢量一系列矢量连接关系连接关系栅格表示法：采用一个有固定大小栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。的点（面元）来表达基本点元素。显式表示：就是栅格中的一系列像显式表示：就是栅格中的一系列像元元( (点点) )，为使计算机认识这些像元，为使计算机认识这些像元描述的是某一物体而不是其它物体。描述的是某一物体而不是其它物体。注：注：“ “c”c”不一定用不一定用c c的形式，而可的形式，而可以用颜色、符号、数字、灰度值来以用颜色、符号、
6、数字、灰度值来显示。显示。则得到椅子的简单数据结构为：则得到椅子的简单数据结构为：椅子的属性椅子的属性符号颜色符号颜色像元像元x x空间对象（实体）的地图表达空间对象（实体）的地图表达空间对象（实体）的地图表达空间对象（实体）的地图表达点：位置：（点：位置：（点：位置：（点：位置：（x x，y y） 属性：符号属性：符号属性：符号属性：符号线：位置：线：位置：线：位置：线：位置： ( (x x1 1, ,y y1 1),(),(x x2 2, ,y y2 2), ), , , ,( (x xn n, ,y yn n) ) 属性：符号属性：符号属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸
7、形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：位置：面：位置：面：位置：面：位置：( (x x1 1, ,y y1 1),(),(x x2 2, ,y y2 2), ),( ,(x xi i, ,y yi i), ), , , ,( ( ( (x x1 1,y ,y1 1) ) ) ) 属性：符号变化属性：符号变化属性：符号变化属性：符号变化 等值线等值线等值线等值线 空间对象（实体）的遥感影像表达空间对象（实体）的遥感影像表达遥感传感器平台传感器空间对象的描述要素空间对象的描述要素q 编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类 码码 表识空间对象的类别
8、，而识别码对每个空间对象进行标识，表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行标识，是唯一的。是唯一的。q 位置：坐标形式给出空间对象的空间位置位置：坐标形式给出空间对象的空间位置q 类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成q 行为：空间对象所具备的行为和功能行为：空间对象所具备的行为和功能q 属性：空间对象所对应的非几何信息属性：空间对象所对应的非几何信息q 说明：实体数据来源、精度等说明：实体数据来源、精度等q 关系：与其他实体之间的关系关系：与其他实体之间的关系 空间实体空间实体 数据结构数据结构 图形数据图形数据编码编码 数据组织结
9、果数据组织结果 属性数据属性数据 存入计算机存入计算机 空间数据的编码空间数据的编码数据编码的过程数据编码的过程 分析求解问题分析求解问题确定专业分类分级体系确定专业分类分级体系各种标准支持各种标准支持选择数据结构及编码方案选择数据结构及编码方案组织数据组织数据获取数据获取数据存入计算机存入计算机空间对象的层次分类编码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空间对象的多源分类编码空间对象的多源分类编码河流特性分类与编码通航情况通航：1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：31km：12km：25km：310km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度510
10、m：11020m：22030m：33060m：460120m：5120300m：6300500m：7500m：850m：6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GIS空间数据来源空间数据来源地图数据地图数据 ： 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源统最重要的信息源遥感数据：遥感数据： 各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容包含着及其丰富的地理内容地形数据：地形数据：等高线图的数字化，数字高程模
11、型及实测地形数据等高线图的数字化，数字高程模型及实测地形数据属性数据：属性数据： 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等研究报告等元数据：元数据： 数据来源、数据权属、数据产生时间、数据精度、数数据来源、数据权属、数据产生时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等2.2 2.2 地理空间数据及其特征地理空间数据及其特征元数据“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。定义：定义：地理的数据和信
12、息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。元数据的主要作用帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearinghouse)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。元数据的内容元数据的内容 对数据集中各数据项、数据来
13、源、数据所有者及数据生产历史等的说明对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等对数据处理信息的说明，如量纲的转换等数据转换方法的描述对数据库的更新、集成方法等的说明元数据的标准空间数据元数据的标准的建立是空间数据标准化的前提和保证。目前空间数据元数据已有一些区域性和部门性的标准。目前几个空间数据元数据的标准为： 元数据标准名元数据标准名 建立元数据标准的机构建立元数据标准的机构CSDGM地球空间数据元数据内容标准地球空间数据元数据内容标准 FGDC 美国联邦空间数据委员会美国联邦空间数据委员会GDDD数据库描述方法数据库描述方法 MEGRIN欧洲地图事
14、务组织欧洲地图事务组织CGSB空间数据库描述空间数据库描述 CSC加拿大标准委员会加拿大标准委员会CEN地学信息数据描述元数地学信息数据描述元数 CEN/ TC287DIF目录交换格式目录交换格式 NASAISO地理信息地理信息 ISO/TC211其中美国联邦空间数据委员会的元数据影响最大其中美国联邦空间数据委员会的元数据影响最大空间数据类型空间数据类型按表示对象的不同分：按表示对象的不同分：1. 类型数据：类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。居民点、交通线、土地类型分布等。2. 面域数据：面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元多边形中心点、行政区域界限和行政单元3. 网络数据：
15、网络数据：道路交叉点、街道和街区等。道路交叉点、街道和街区等。4. 样本数据：样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。气象站、航线和野外样方的分布区等。5. 曲面数据曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。高程点、等高线和等值区域。6. 文本数据：文本数据：如地名、河流名和区域名称。如地名、河流名和区域名称。7. 符号数据：符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等。点状符号、线状符号和面状符号等。按表达基本信息的不同分：按表达基本信息的不同分：1. 属性数据：属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表何数
16、据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达达2. 几何数据：几何数据：描述空间对象空间特征的数据，也称位置描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达3. 关系数据：关系数据：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。空间数据的基本特征空间数据的基本特征空间特征空间特征 表表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。征又称定位特
17、征或几何特征，一般用坐标数据表示。属性特征属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。征等。时间特征时间特征 描描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。短期的、中期的和长期的。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系1、描述地理要素空间性的信息、描述地理要素空间性的信息几何信息（理论基础是几何学几何信息（理论基础是几何学geometry) 用空间坐标的位置、方向、角度、距离、面积等信息描用空间坐标的位置、方向、角度、距离、面积等信息描述物体的几何形状和数量特
18、征；述物体的几何形状和数量特征；拓扑信息（理论基础是拓扑学拓扑信息（理论基础是拓扑学topology) 用几何关系的相连、相邻、包含等信息描述物体元素之用几何关系的相连、相邻、包含等信息描述物体元素之间的关系；间的关系；2、拓扑学中空间元素、拓扑学中空间元素拓扑学是几何学的一个分支，其基本元素：拓扑学是几何学的一个分支，其基本元素：结点（结点（NODE）：）：弧段的交点。岛结点是特殊结点。弧段的交点。岛结点是特殊结点。弧段（弧段（ARC）：）：相邻两结点之间的坐标链。岛边界弧段是特殊相邻两结点之间的坐标链。岛边界弧段是特殊弧段。弧段。多边形（多边形（polygon）（）（图斑或面）图斑或面）有
19、限弧段组成的封闭区。有限弧段组成的封闭区。拓扑结构拓扑结构 ： 是明确定义空间结构关系的一种数学方法。是明确定义空间结构关系的一种数学方法。关系的性质可分为：关系的性质可分为：相邻、相连、相交、相离、相重、包含等。相邻、相连、相交、相离、相重、包含等。从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同从拓扑角度看，几何形状不同的事物其拓扑关系可能相同点之间拓扑关系（邻接性）的描述点之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述面之间拓扑关系（邻接性）的描述3、空间数据的拓扑关系、空间数据的拓扑关系1）拓扑的关联性）拓扑的关联性 表示不同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系表示不
20、同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系多边形多边形 弧段号弧段号 弧段号弧段号 起点起点 终点终点 结点结点 弧段弧段 p1 a1 a5 a6 a1 N2 N1 N1 a1 a3 a5 P2 a2 a4 a6 a2 N2 N3 N2 a1 a2 a6 P3 a3 a4 a5 a3 N3 N1 N3 a2 a3 a4 p4 a7 a4 N3 N4 N4 a4 a5 a6 a5 N1 N4 N5 a7 a6 N4 N2 a7 N5 N5P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N52）拓扑的邻接性和连通性）拓扑的邻接性和连通性 表示同类型元素（结点、弧段、表示同类型元素（结点
21、、弧段、 多多 边形）之间的关系边形）之间的关系多边形之间的邻接性；多边形之间的邻接性； 弧段之间的邻接性；弧段之间的邻接性； 结点之间的连通性结点之间的连通性p1p2p3p4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N5P1110a1110110N11110p2111a2111010N21110p3110a3111100N31110p4010a4011110N41110a5101110N50000a6110110a7000000多边形邻接矩阵多边形邻接矩阵 弧段邻接矩阵弧段邻接矩阵 结点连通矩阵结点连通矩阵 P1P2P3P4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N53）拓扑的包含性）
22、拓扑的包含性表示同不同级元素之间的拓扑关系表示同不同级元素之间的拓扑关系 面包含点面包含点 面包含线面包含线 线包含点线包含点 面的简单包含面的简单包含 面的多层包含面的多层包含 面的等价包含面的等价包含P1P2P1P2P3P1P2P34）拓扑关系表）拓扑关系表关联性关联性 相邻（连）性相邻（连）性 相离性相离性 相交性相交性 包含性包含性 重合性重合性点与点点与点线与线线与线面与面面与面点与线点与线点与面点与面线与面线与面4、 小结小结拓扑关系拓扑关系：拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关形关系不变
23、的性质。常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。联、拓扑包含。 拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。不不 同同 类类同同 类类同类不同级同类不同级N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2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空间数据的计算机表示空间数据的计算机表示1）GIS数据分层表示（P36)2）空间数据拓扑关系的表示结点集合结点集合结点名指针第一个离开弧段第一个到达弧段坐标N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e
24、2e3x3，y31256473P1P3P2P4N4N3N5N2N1顺时针第一弧段逆时针第一弧段指针属性P1e1t1P2e2e5t2多边形名P3e3e4t31256473P1P3P2P4N4N3N5N2多边形集合多边形集合P4e7t4N1弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0e1s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4始结点终结点离开始结点的下一条弧段到达终结点的下一条弧段右多边形左多边形右多边形顺时针下一条弧段左多边形逆时针下一条弧段坐标串1256473P1P3P2P4N4N3N5N2弧段集合弧段集合N1XYijx1 y1x2
25、 y2xi yixn yn2.3 2.3 空间数据结构的类型空间数据结构的类型 矢量结构矢量结构 栅格结栅格结构构 矢量数据结构矢量数据结构 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。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。矢量数据结构特点矢量数据结构特点用离散的点描述空间对象与特征定位明显，属性隐含定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量好，精度高栅格数据结构栅格数据结构 栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地
26、理要素的非几何属性特征。 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。8 8 8 88 8 8 88 8 8 88 8 8 888 8 88 8 8 88 8 88 8 888888888888 8 8881111111111111122222222222322离散的量化栅格值表示空间对象定位隐含定位隐含,属性明显属性明显数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系栅格数据结构特点栅格数据结构特点abc345abcac距离: 7/4 (5)面积: 7 (6)几何偏差属性偏差
27、如以像元边线计算则为如以像元边线计算则为7 7，以像元为单位则为，以像元为单位则为4 4。 三角形的面积为三角形的面积为6 6个平方单位，而右图中则为个平方单位，而右图中则为7 7个平方单位，这种误个平方单位，这种误差随像元的增大而增加。差随像元的增大而增加。 点线面对于栅格数据结构对于栅格数据结构 点：为一个像点：为一个像元元 线：在一定方线：在一定方向上连接成串向上连接成串的相邻像元集的相邻像元集合。合。 面：聚集在一面：聚集在一起的相邻像元起的相邻像元集合。集合。栅格数据结构：栅格数据结构：坐标系与描述参数坐标系与描述参数YY：列：列XX：行：行西南角格网坐标西南角格网坐标（XXWSWS
28、，YYWSWS）格网分辨率格网分辨率A.OBC中心点法重要性法长度占优法面积占优法栅格结构数据中混合像元的处理栅格结构数据中混合像元的处理方案一方案二：缩小栅格单元的面积栅格数据组织栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性值像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1 多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n矢量与栅格一体化结构矢量与栅格一体化结构矢量与栅格一体化的基本概念：在数字化线状实体时，除记录原始取样点外，还记录所通过的栅格；每个面状地物除记录它的多边形边界外，还记录中间包含的栅
29、格。即保持了矢量特性，又具有栅格的性质，将矢量与栅格统一起来。矢量与栅格一体化数据结构设计：P58矢量结构与栅格结构的比较矢量结构与栅格结构的比较（P61） 优点优点 缺点缺点 1）数据结构紧凑）数据结构紧凑 1）数据结构复杂）数据结构复杂矢量数据矢量数据 2）便于网络分析）便于网络分析 2）不利于叠加分析）不利于叠加分析 3）图形显示质量好精度高）图形显示质量好精度高 3）不易同）不易同 RS结合结合 4）便于面向对象的数据表示）便于面向对象的数据表示 4）硬软件技术要求高）硬软件技术要求高 1）数据结构简单）数据结构简单 1） 数据量大数据量大栅格数据栅格数据 2）便于空间分析和系统模拟）
30、便于空间分析和系统模拟 2） 投影转换复杂投影转换复杂 3）易同）易同RS结合结合 3） 图形质量差图形质量差 4）输出快、成本低）输出快、成本低 4） 现象识别效果差现象识别效果差标识码标识码属性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:点号串点号XY1112223344n5566存储方法存储方法矢量数据结构编码矢量数据结构编码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q点：空间
31、的一个坐标点q线：多个点组成的弧段q面：多个弧段组成的封闭多边形点点实体编码实体编码比例朝向线指针线交汇编比例朝向字体文句x,y坐标其它非几何属性建立和显示数据库联系的属性简单点符号文本点字符结点符号唯一标识类别或系列号点类型简单点文本点结点线实体编码线实体编码唯一标识码唯一标识码线标识码线标识码起始点起始点终止点终止点坐标对序列坐标对序列显示信息显示信息非几何属性非几何属性多边形矢量编码多边形矢量编码多边形环路法多边形环路法树状索引编码法树状索引编码法拓扑结构编码法拓扑结构编码法由多边形边界的x,y坐标队集合及说明信息组成对所有边界点数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，
32、以线索引与各多边形相联系形成完整的拓扑结构多边形环路法多边形环路法123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3； x4，y4；x5，y5；x6，y6 ；x1，y1P2x6，y6;x7，y7；x8，y8； x9，y9；x10，y10； x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15 ；x12，y12树状索引法树状索引法123456789101112131415P1P2P3P1P3P2123456 56 567891012131415123456789101112131415P1P2P3点文件
33、点号坐标 1 x1，y1 2 x2，y2 15 x15，y15树状索引法树状索引法123456789101112131415P1P2P3123456 56 567891012131415线号起点终点点号 6 5 6,1,2,3,4,5 5 6 5,6 6 5 6,7,8,9,10,11,5 12 12 12,15,14,13树状索引法树状索引法123456789101112131415P1P2P3多边形文件多边形号边界线号 1 ， 2 ， 3 P1P3P2树状索引法树状索引法拓扑结构编码法拓扑结构编码法唯一标识唯一标识多边形标识多边形标识外包多边形指针外包多边形指针邻接多边形指针邻接多边形指针
34、边界链接边界链接范围范围较好的解决了空间关较好的解决了空间关系查询等问题，但增系查询等问题，但增加了算法的复杂度加了算法的复杂度矢量数据结构的属性数据表达矢量数据结构的属性数据表达属性特征类型类别特征：是什么说明信息：同类目标的不同特征属性特征表达类别特征：类型编码说明信息：属性数据结构和表格属性表的内容取决于用户图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。属性数据的编码编码原则系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。 标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有
35、可能的条件下实现标准化。简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。 属性数据的编码编码内容登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。属性数据的编码编码方法层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代
36、码结构有严格的隶属关系。 耕地71园地72林地73牧草地74居民点及公矿用地75交通用地75水域76未利用地77土地利用类型7有林地731灌木地732疏林地733迹地735针叶树疏林地7331阔叶树疏林地7332未成林林地734属性数据的编码编码方法多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。 标志编号分类123平原河过渡河山地河123常年河时令河消失河12通航河不通航河123456树状河平行河筛状河辐射河扇形河迷宫河1234567主要河流一级支流二级三级四级五级六级七级12345河长：一组1公里以下二组2公里以下三组5公里以下四
37、组10公里以下五组10公里以上12345678河宽：一组510米二组1020米三组2030米四组3060米五组60120米六组120300米七组300500米八组500米以上1234567河流间的最短距离50米50100米100200米200400米400500米5001000米10002000米12345弯曲度：2.5公里弯曲深度宽度405050405075255075255010075150栅格数据结构的编码栅格数据结构的编码AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA1432587612345678012
38、34567起点行列号，单位矢量起点行列号，单位矢量R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码链式编码游程长度编码游程长度编码逐行编码逐行编码数据结构数据结构: 行号行号, 属性属性, 重复次数重复次数1, A, 4, R, 1, A, 3块状编码块状编码正方形区域为记录单元正方形区域为记录单元数据结构数据结构: 初始位置初始位置, 半径半径, 属性属性(1,1,3,A),(1,4,1,A), (2,4,1,R), (3,4,1,R)NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码四叉树编码1 1、直接栅格编码、直接栅格编码直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐
39、个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。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
40、基本方向自0开始按顺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。2 2、链码、链码76543012001 0 767 01 1 0 0链码编码链码编码： 2，2 ，2，1，2，0，2，37654301205000060005000600000060005000600005 50600000500600050000600000000链码编码示例链码编码示例3 3、游程长度编码、游程长度编码(1)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；022555552222255500000333222233550023335500333
41、3530003333300003333沿沿行方向进行编码行方向进行编码：( 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），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。(2)逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。022555552222255500000333222233550023335500333
42、3530003333300003333沿沿列方向进行编码列方向进行编码：( 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 4、块码、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加上半径，再加上记录单元的代码组成。02255555222225550000
43、03332222335500233355003333530003333300003333（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1，5 5），（），（1 1，5 5，1 1，5 5），），（1 1，6 6，2 2，5 5），（），（1 1，8 8，1 1，5 5）；）；（2 2，1 1，1 1，2 2），（），（2 2，4 4，1 1，2 2），），（2 2，5 5，1 1，2 2），（），（2 2，8 8，1 1，5 5）；）；（3 3，3 3，1 1，2 2），（），（3 3，4 4，1 1，2 2），），（3 3，5 5，2
44、 2，3 3），（），（3 3，7 7，2 2，5 5）；）；（4 4，1 1，2 2，0 0），（），（4 4，3 3，1 1，2 2），），（4 4，4 4，1 1，3 3）；（）；（5 5，3 3，1 1，3 3），），（5 5，4 4，2 2，3 3），（），（5 5，6 6，1 1，3 3），），（5 5，7 7，1 1，5 5），（），（5 5，8 8，1 1，3 3）；）；（6 6，1 1，3 3，0 0），（），（6 6，6 6，3 3，3 3）；）；（7 7，4 4，1 1，0 0），（），（7 7，5 5，1 1，3 3）；）；（8 8，4 4，1 1，0 0），（），（8
45、 8，5 5，1 1，0 0）。）。5 5、四叉树编码、四叉树编码是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n2 n，且n1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做根结点，它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。 为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n2 n的栅格阵列。n 为极
46、限分割次数，n1是四叉树最大层数或最大高度0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 31112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022 232222022225255533355西南东南西北东北00000001101001122位6位4位直接栅格编码：直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻
47、辑原型（栅格文件）；链码：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：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：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。2.4 2.4 空间数据结构的建立空间数据结构的建立系统功能与数据间的关系空间数据的分类和编码矢量数据的输入与编辑栅格数据的输入与编辑系统功能与数据间的关系系统功能与数据间的关系 现现代代地地
48、理理信信息息系系统统数数据据模模式式的的一一个个重重要要特特征征是是数数据据与与功功能能之之间间具具有有密密切切的的联联系系( (见见下下表表) )，因因此此，在在确确定定数数据内容时，首先必须明确系统的功能；据内容时，首先必须明确系统的功能； 对对开开发发的的GISGIS系系统统的的功功能能，是是通通过过用用户户需需求求调调查查来来确确定定的，因此，在开发的，因此，在开发GISGIS系统之前，首先要进行系统分析。系统之前，首先要进行系统分析。空间数据的分类和编码空间数据的分类和编码 空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同
49、属性或特征的要素区别开来的过程，以便从将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据逻辑上将空间数据组织组织为不同的信息层为不同的信息层( (见下图见下图) )；系统功能与数据间的关系(据Jack Dangermond等) 信息层示意图 空间数据的编码：是指将数据分类的结果，空间数据的编码：是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程，编码的结果是形成代码。代示出来的过程，编码的结果是形成代码。代码由数字或字符组成。例如，我国基础地理码由数字或字符组成。例如，我国基础地理信息数据的分类代码由六位数字组成，其代信
50、息数据的分类代码由六位数字组成，其代码结构如下所示：码结构如下所示： 大类码大类码 小类码小类码 一级代码一级代码 二级代码二级代码 识别位识别位大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。充。1 1：测量控制点：测量控制点 1111：平面控制点：平面控制点1212：高程控制点：高程控制点1313：其他控制点：其他控制点11011101：三角点：三角点11021102：导线点：导线点1101111011：一等：一等1101211012：二等：二等1101311013：
51、三等：三等1101411014：四等：四等国土基础信息数据分类与代码举例国土基础信息数据分类与代码举例 矢量数据的输入与编辑矢量数据的输入与编辑 矢矢量量数数据据的的输输入入，是是指指将将分分类类和和编编码码的的空空间间对对象象图图形形转转换换为为一一系系列列x x、y y坐坐标标，然然后后按按照照确确定定的的数数据据结结构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去；构加入到线段或标示点的计算机数据文件中去； 空空间间数数据据编编辑辑的的目目的的是是为为了了消消除除数数字字化化过过程程中中引引入入的的各各类类错错误误和和对对数数据据进进行行拓拓扑扑关关系系检检查查等等而而进进行行的的操作。操作。栅
52、格数据的输入与编辑栅格数据的输入与编辑 栅栅格格数数据据的的输输入入方方法法包包括括透透明明格格网网采采集集输输入入、扫扫描描数字化输入及其它数据传输或转换输入等；数字化输入及其它数据传输或转换输入等； 栅栅格格数数据据编编辑辑的的目目的的同同样样是是为为了了消消除除数数字字化化过过程程中中引引入入的的各各类类错错误误，根根据据栅栅格格数数据据结结构构的的特特点点，其其编编辑辑的的内内容容还还包包括括数数据据压压缩缩和和数数据据组组织织方方式式的的变换等变换等, ,如下图。如下图。空间数据的不同组织方式空间数据的不同组织方式作业一ebc41325ABC76Dad da:结点号A:多边形号1:弧段号弧段数字化方向1. 空间数据有那些基本特征？空间数据有那些基本特征？2.利用关系表来表达下图的空间拓扑关系。利用关系表来表达下图的空间拓扑关系。作业二1. 比较矢量和栅格数据结构的优缺点？比较矢量和栅格数据结构的优缺点？2.建立下面栅格矩阵的游程编码结构。建立下面栅格矩阵的游程编码结构。（两种表示方法）（两种表示方法）022555222225222233002333003333000333
