空间数据结构与空间数据库.

1）拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性与 邻接性； 2）转换物体正确的外形。
四.矢量与栅格一体化数据结构
1.基本概念： Morton码；统一的约定（点、线、面）。 2. 矢量与栅格一体化数据结构设计：
1)点状目标和结点的数据结构; 2)线状目标和弧段数据结构; 3)面状目标的数据结构.
五. GIS空间数据结构的建立
边界代数多边形填充算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅 格格式转换算法，它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转 换为栅格结构。图7-15表示转换单个多边形的情况，多边形编 号为a，模仿积分求多边形区域面积的过程，初始化的栅格阵列 各栅格值为零，以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某 点开始顺时针搜索边界线，当边界上行时（图7-15-a），位于 该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a；当边界下行 时（图7-15-b），该边界左边（前进方向看为右侧）所有栅格 点加一个值a，边界搜索完毕则完成了多边形的转换。
1.系统功能与数据间的关系
• 以城市信息系统为例
2.空间数据的分类和编码
• 1)空间数据的分类: 2) 空间数据的编码:
3.矢量数据的输入 4.栅格数据的输入
§4空间数据库
(第四章 空间数据库)
一.概述 二.空间数据库概念模型设计 （传统的数据模型） 三.空间数据库概念模型设计 （语义数据模型和面向对象数据模型） 四.空间数据库逻辑模型设计和物理设计） 五. 5GIS空间时态数据库
4）边界代数算法
单个多边形的转换
4）边界代数算法
对于这种多个多边形的矢量向栅格转换问题，只需对 所有多边形边界弧段作如下运算而不考虑排列次序： 当边界弧段上行时，该弧段与左图框之间栅格增加一 个值（左多边形编号减去右多边形编号）；当边界弧 段下行时，该弧段与左图框之间栅格增加一个值（右 多边形编号减去左多边形编号）。两个多边形转换过 程如图所示。
b c (b) a b c (f) a
节点的8种情形
•边界点和结点提取：
a b (a) a b (d) a a a b (e) a b a a (b) b b a a (f)
边界点的6种情形
b b
a a (c)
a b
b a
三.栅格数据结构向矢量数据结构的转换
4.矢量化过程要保证以下两点： （从栅格单元转换到几何图形的过程称 为矢量化）
数据库结构
• 关系模型（relational model）满足一定条件的二维表格 • 层 次 模 型 （ hierarchical model ） 以 记 录 类 型 为 节 点 的 有 向 树 （tree），其主要特征是： （1）除根节点外，任何节点都有且 只 有一个“父亲”；（2）“父”节点表示的实体与“子”节点表示 的实体是一对多的联系。 • 网状模型（network model） • 特点：1）可以有一个以上的结点没有“父”结点； • 2）至少有一个结点有多于一个“父”结点； • 3）结点之间可以有多种联系； • 4）可以存在回路
矢量模型
优点： 1、提供更严密的数据结构（紧凑、冗余度低） 2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑 信息的操作更有效，如网络分析 3、便于面向现象的数据表示。 4、图形输出美观，接近于手绘 缺点： 1、比栅格数据结构复杂 2、叠加操作没有栅格有效 3、表达空间变化性能力差 4、不能象数字图形那样做增强处理一.概述1.空间 Nhomakorabea据库的概念
• 数据库就是为一定目的服务，以特定的数据存储的相关联的数据集 合，它是数据管理的高级阶段，是从文件管理系统发展而来的。地 理信息系统的数据库（简称空间数据库或地理数据库）是某一区域 内关于一定地理要素特征的数据集合。 • 数据库 图书馆 • 数据 图书 • 数据模型 书卡编目 • 数据的物理组织 图书存放规则、书架 • 数据库管理系统 图书管理员 • 外存 书库 • 用户 读者 • 数据存取 图书阅览
1.空间数据库的概念
数据组织的分级:数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。
1）数据项 数据项是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等，数据项与现实 世界实体的属性相对应。每个数据项都有一个名称，称为数据项目。数据项 的值可以是数值的、字母的、字母数字的、汉字的等形式。数据项的物理特 点在于它具有确定的物理长度，可以作为整体看待。 2）记录 记录是由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息的基本单位，是关于一个 实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。为了唯一标识 每个记录，就必须有记录标识符，也叫关键字。记录可以分为逻辑记录与物 理记录。 3）文件 文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合，文件用文件名称标识， 文件根据记录的组织方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、直接 文件和倒排文件等。 4）数据库 数据库是比文件更大的数据组织，数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以 看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的 集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。
一.概述
2.GIS数据库(空间数据库)的设计
(1)空间数据库设计过程; (2)空间数据库的数据模型设计; (3)空间数据库设计的原则\步骤和技术方法.
3.空间数据库的实现和维护
(1) 空间数据库的实现; (2) 相关的其他设计; (3) 空间数据库的运行和维护
二.传统的数据模型
1.层次模型 2.网络模型 3.关系模型
三.栅格数据结构向矢量数据结构的转换
2.基于再生栅格数据的矢量化方法：
1)设别内边界: 2)设别公共边界: 3)追踪外边界:
三.栅格数据结构向矢量数据结构的转换
3.多边形栅格转矢量的双边界搜索算法 （DBDF-Double Boundary Direct Finding）：
算法的基本思想是通过边界提取，将左右多边形信息 保存在边界点上，每条边界弧段由两个并行的边界链 组成，分别记录该边界弧段的左右多边形编号。边界 线搜索采用2*2栅格窗口，在每个窗口内的四个栅格 数据的模式，可以唯一地确定下一个窗口的搜索方向 和该弧段的拓扑关系，极大地加快了搜索速度，拓扑 关系也很容易建立。
二.矢量格式向栅格格式的转换
2 多边形转换(栅格化过程包括以下操作)：
1）内部点扩散算法: 2）射线算法: 3）扫描填充法: 4）边界代数算法: 5）复数积分算法
1）内部点扩散算法
该算法由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方 向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果 是边界上，则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻 点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将 该种子点赋以该多边形的编号。重复上述过程直到所有种子点 填满该多边形并遇到边界停止为止。扩散算法程序设计比较复 杂，并且在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边形的 两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不连 通，这样一个种子点不能完成整个多边形的填充。
2.时空一体化数据模型
(1) (2) (3) (4) 时间片快照模型; 底图叠加模型; 时空合成模型; 全信息对象模型;
三.栅格数据结构向矢量数据结构的转换
3多边形栅格转矢量的双边界搜索算法
具体步骤如下： •边界点和结点提取： •边界线搜索与左右多边形信息记录： •多余点去除：
•边界点和结点提取：
a b c d (a) a b c b (e) a a a b c (c) a b b c (e) c a b a (d) a b b a (g) c
第三章 空间数据结构与空间数据库
§1概述 §2矢量数据结构 §3栅格数据结构 §4栅格与矢量数据结构的转换 §5GIS空间数据结构的建立
§4矢量栅格数据结构的比较与转换
一.两种数据结构的比较 二.矢量格式向栅格格式的转换 三.栅格格式向矢量格式的转换 四.矢量与栅格一体化数据结构 五.空间数据库
一、矢量数据模型与栅格数据模型比较
三.空间数据库概念模型设计
1.语义数据模型 2.面向对象的数据模型
四.空间数据库逻辑设计和物理设计
1.空间数据库逻辑设计的步骤和内容 2.E-R模型向关系数据模型的转换 3.关系数据库的逻辑设计 4.空间数据库的物理设计
五. GIS空间时态数据库
1.空间时态数据库概述
(1) 空间时态数据的表达; (2) 空间时态数据的更新; (3) 空间时态数据的查询;
二. 矢量数据结构向栅格数据结构的转换
包括：
1)点的转换: 2)线段的转换: 3)多边形的转换:
二.矢量格式向栅格格式的转换
1矢量到栅格的转换(栅格化过程包括以下操作)：
1）将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分 辩率和已知位置值的矩阵中； 2）对多边形而言，测试过角点后，剩下线段处理， 这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边 形的边界，度记录其位置与属性值。
栅格模型
优点： 1、数据结构简单 2、叠加操作易实现(空间分析比较容易) 3、便于做图象的有效增强，有利于与遥感数 据的匹配应用和分析 4、图形显示质量好、精度高 缺点： 1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术 解决这个问题 2、难以表达拓扑关系 3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加 栅格数量来克服，但会增加数据量
2）射线算法
射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内， 由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界 相交的总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如 为奇数次，则待判点在该多边形内部（图7-12）。采用射线算 法，要注意的是：射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况 会影响交点的个数，必须予以排除（图7-13）。
2）射线算法
射线算法
2）射线算法
射线算法的特殊情况
3）扫描算法
扫描算法是射线算法的改进，将射线改为沿栅格阵列列 或行方向扫描线，判断与射线算法相似。扫描算法省去 了计算射线与多边形边界交点的大量运算，大大提高了 效率。