第三章空间数据的结构与编码
地理信息系统链式编码ppt下载
J（Y）
K（Z）
7 444
454
554 555
6
541
5
405
505
515
4 400
415 500
510
3 044
054
2 040 041 050 051 140 141 150 151
1 004 005 014 015 104 105 004 005
0 000 001 010 011 100 101 110 111
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
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矢量数据结构
矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可 能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。 其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数 据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能 更精确地定义位置、长度和大小。
游程长度编码压缩比的大小是与图的复杂程度成 反比的，在变化多的部分，游程数就多，变化少 的部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越 高。
游程长度编码在栅格加密时，数据量没有明显增 加，压缩效率较高，且易于检索，叠加合并等操 作，运算简单，适用于机器存贮容量小，数据需 大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加 处理和操作时间的情况。
… 像元n
栅格数据文件
层1 像元1 X,Y,属性值 像元2 X,Y,属性值
…
…
像元n X,Y,属性值
层2
…
层n
栅格数据文件 层1 多边形1 属性值
像元1坐标 …
像元n坐标 多边形N
层2
…
层n
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空间数据的结构与编码
空间数据的结构与编码在当今数字化的时代，空间数据成为了我们理解和处理地理信息的重要基石。
空间数据不仅在地理科学、城市规划、环境保护等领域发挥着关键作用，也在日常生活中的导航、地图应用等方面为我们提供了极大的便利。
而要有效地处理和利用空间数据，就离不开对其结构和编码的深入理解。
空间数据，简单来说，就是描述地理空间中对象的位置、形状、大小等特征的数据。
它可以是点、线、面等几何对象，也可以是与这些对象相关的属性信息，比如一个城市的人口数量、建筑物的高度等。
为了能够高效地存储、管理和处理这些复杂多样的空间数据，我们需要对其进行合理的结构设计和编码。
空间数据的结构可以分为矢量数据结构和栅格数据结构两大类。
矢量数据结构将空间对象表示为点、线、面等几何元素，并通过坐标来精确描述其位置和形状。
例如，一条河流可以用一系列连接的线段来表示，每个线段的端点都有明确的坐标。
矢量数据结构的优点在于数据精度高、存储空间小，并且能够方便地进行几何变换和空间分析。
比如，我们可以很容易地计算两个矢量对象之间的距离、面积等。
然而，矢量数据结构在处理大面积的连续数据（如地形）时，可能会比较复杂。
栅格数据结构则将地理空间划分为规则的网格单元，每个单元对应一个特定的值。
比如，在一张卫星图像中，每个像素就是一个栅格单元。
栅格数据结构的优点是处理简单、易于与遥感数据结合，适用于对大面积连续现象的模拟和分析。
但它的缺点是数据量较大，精度相对较低，且在进行几何操作时可能会产生锯齿状的边缘。
除了上述两种主要的数据结构，还有一些混合结构，如矢栅一体化结构，结合了矢量和栅格数据结构的优点，以满足不同应用场景的需求。
接下来，让我们谈谈空间数据的编码。
编码是将空间数据转换为计算机能够理解和处理的形式的过程。
常见的编码方式包括拓扑编码、坐标编码、块编码等。
拓扑编码通过记录空间对象之间的拓扑关系（如相邻、包含等），来减少数据的冗余并提高空间分析的效率。
例如，在一个道路网络中，我们只需要记录每个路段的起点和终点以及它们之间的连接关系，而不需要重复存储每个点的坐标。
地理信息系统 第三章地理空间数据模型
同种属性表为一个层
按专题分层
每个图层对应一个专题，包含某一种 或某一类数据。如地貌层、水系层、道 路层、居民地层等。。
现实世界
获取
地形信息
+
水系信息
+
道路信息
+
植被信息等
存储
空间 数据库
按时间序列分层
即把不同 时间或不同时 期的数据分别 构成各个数据 层
图层i 图层j
点文件i 线文件i
代码有数字、字母、数字和字母混合三类表示形式。
数字型代码
用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。特点是结构 简单、使用方便、易于排序，但对对象的特征描述不直观。
字母型代码
用一个或若干个字母表示对象的代码。特点是比同样位数 的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信息，易于记 忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。
空间数据的分层和分区
地理信息本身具有层次性。分层和分区 是空间数据组织的高级形式，为管理和 使用提供了便利 分层依据地理实体性质 分区依据平面范围
分层
按专题
地貌、水系、植被、交通、居民地等
按时间
不同时间的数据成为不同层，便于对比、处理、表 现。如每年建的住宅用不同的颜色表现
按实体的几何类型
一般按点、线、面、注记
格网型空间索引
将区域用横竖线条划分大小相等和不等 的格网，记录每一个格网所包含的空间 实体。进行空间查询时，首先计算出查 询对象所在格网，然后再在该网格中快 速查询所选空间实体。
一条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键字分别为5，11和 23。河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅格为 68，69，100，101；省界所通过的栅格为5，37，36，35，67， 99，98，97。
空间数据结构
空间数据结构数据结构定义：指数据组织的形式，是指适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构，地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，对数据的一种理解和解释。
空间数据的三大特性：空间，时间，专题属性。
常见的数据结构：矢量结构，栅格结构，数字高程模型，面向对象模型，矢量和栅格的混合数据结构等，网络结构，空间数据编码：1、空间数据结构的实现2将搜集的、经过审核了的地形图、专题地图和遥感影像等资料按特定的数据结构转换为适合于计算机存储和处理的数据的过程3在地理信息系统的空间数据结构中栅格结构的编码方式:直接栅格编码、链码、游程长度编码、块码、四叉树码等矢量结构主要有坐标序列编码、树状索引编码和二元拓扑编码等编码方3.2 栅格数据结构一、概述1、栅格数据结构是基于空间划分或铺盖的空间被划分成大量规则的或不规则的空间单元，称为象素(Cell或Pixel)，依行列构成的单元矩阵叫栅格(Grid)三角形方格六角形2、每个单元通过一定的数值表达方式（如颜色、灰度级）表达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象3、对同一现象，也可能有若干不同尺度、不同聚分性的铺盖4、目前常用的是基于正方型分划的栅格，是指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象元或象素由行、列定义包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针5 、栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比6 、GIS中栅格数据经常是来自卫星遥感、摄影测量、激光雷达和扫描设备中，以及用于数字化文件的设备中二、栅格数据组织1 、以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织2 、每个数据表示地物或现象的非几何属性特征点状地物用一个栅格单元表示；线状地物沿线走向的一组相邻栅格单元表示面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示3 、遥感影像属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级三、栅格结构的建立（1）栅格数据的获取途径遥感数据图片的扫描矢量数据转换:手工方法获取: 在专题图上均匀划分网格，逐个网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件（2）栅格系统的确定栅格坐标系的确定:坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定由于栅格编码一般用于区域性GIS，原点的选择常具有局部性质为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。
空间数据_编码细则
一、分层及分层规则一共分18个层，将有拓扑意义的数据与无拓扑意义的数据分开处理1、测量控制点2、居民地及垣栅面3、居民地及垣栅点、线4、工矿建筑及其它设施面5、工矿建筑及其它设施点、线6、交通设施面7、交通设施点、线8、管线设施9、水系面10、水系点、线11、境界面12、境界点、线13、地貌及土质面14、地貌及土质点、线15、植被面16、植被点、线17、注记18、图廓整饰未表明方向的线符号都按前进方向的左侧制作。
对于独立点必须明确定位点，对于线必须明确符号定位线，有方向的点必须明确方向的起始位置，有方向的线必须明确符号的方向。
所有需建立面拓扑关系的面必须有面标识点。
当中心线有意义时，尽量以中心线为定位线来表示符号二、分层细则1、测量控制点所有点都为单向点，都以点表示，以中心小圆点圆心为定位点。
对于高程值出图时要保留小数位数，建库时要精确，做到标注与实际高程一致，修改要一致12、居民地及垣栅面当面状居民地与图廓边相接时用图廓闭合线闭合，面状居民地相邻时公共边不能重复，以等级高的地物属性标识，每个面有面标识点23、居民地及垣栅点、线344、工矿建筑物及其它设施面5、工矿建筑物及其它设施点、线5678910116、交通设施12131415167、管线设施17188、水系面19209、水系点、线21222310、境界面11、境界点、线2412、地貌及土质面13、地貌及土质点、线252614、植被面27282915、植被点、线3016、注记3132。
空间数据结构及编码
3. 岛只作为一个单个的图形建造，没有与外包多边形 的联系；
4．不易检查拓扑错误。这种方法可用于简单的粗精度 制图系统中
2）树状索引结构 该法采用树状索引以减少数据冗余并间接 增加邻域信息，方法是对所有边界点进行 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，以线索引与各多 边形相联系，形成树状索引结构
2.有代表性的矢量空间数据结构
非拓扑数据结构
1）Spaghetti结构 ——坐标序列法
由多边形边界的x、y坐标对集合及说明信息组成，是 最简单的一种多边形矢量编码，如上图记为以下坐标文件：
• 10：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；x7,y7；x8,y8； x9,y9；x10,y10；x11,y11； x1,y1；
0 4 4
4 4 4
4 4 4
7 4 4
7 4 8
7 7 8
7 7 7
7 7 7
0
0 0 0
0
0 0 0
4
8 0 0
8
8 8 0
8
8 8 8
8
8 8 8
7
7 8 8
7
8 8 8
0
0
0
0
0
8
8
8
该例中块码用了120个整数，比直接编码还多，这是因为例中为描述方便， 栅格划分很粗糙，在实际应用中，栅格划分细，数据冗余多的多，才能显 出压缩编码的效果，而且还可以作一些技术处理，如行号可以通过行间标 记而省去记录，行号和半径等也不必用双字节整数来记录，可进一步减少 数据冗余。
两种方案
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的代码重复的个 数，从而实现数据的压缩。
GIS地理信息系统空间数据结构
网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通 流。
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象， 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都 可以被确定为一个对象（Object），假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
场模型可以表示为如下的数学公式：
z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
指图形保持连续状态下变形，但图形关系
不变的性质。
拓扑变换
（橡皮变换）
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
非拓扑属性（几何） 两点间距离
拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交）
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
空间数据结构与编码-习题
一、在一张土地利用图上Map ，有两个不同属性（P1、P2）的多边形（如图1所示），P1
多边形由a 、e 、g 线段组成，P2多边形由b 、c 、d 、g 线段组成，点的地理坐标分别是1（2.5，2.5），2（4.0，3.0），3（4.0，2.0）4（5.5，3.5），5（5.0，2.5）。
请用层次结构、关系数据库结构分别描述该地图。
图1
二、图2为原始栅格阵列，请完成以下编码：
1）对整个图形采用游程压缩编码；
2）采用链状编码方法对“R ”地物实现编码；
3）给出四叉树编码的树状图和十进制的Morton 编码。
图 2
三、图3为原始栅格阵列，A 、B 代表地物的属性，请采用行程编码和链式编码对B 多边形（空白区域）进行编码。
3 4
Map
P1 P2
a
b
c
e
d 1
2
5
g
图3
四、基于十进制Morton编码方法建立表1的线性四叉树（表1）。
表1。
GIS原理 总复习 总结 试题
将2n×2n像元组成的图像(不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分；不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。
1）从四叉树的特点可知，一幅2n *2n栅格阵列图，具有的最大深度数为n，可能具有的层次为0，1，2，……..n、
2）每一层的栅格宽度，即每层边上包含的最大栅格数，反映了所在叶结点表示的正方形集合的大小，其值为：2（最大深度-当前层次）
百分比法
根据矩形区域内各要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与，如可记面积最大的两类BA也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。
其它方法
10完全栅格数据结构
特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。
A
A
A
A
A
B
B
B
A
A
B
B
A
A
B
B
1）每行都从左到右记录；
AAAAABBBAABBAABB
在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
链状双重独立式编码特点：
1.拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
2、当图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，需重新建拓扑。
5)曲面数据结构
拓扑关系的类型（点线面之间关系）
第三章空间数据结构
1.空间数据结构概念
空间数据结构指对空间数据进行合理组织，以便于进行计算机处理，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是数据模型和文件格式之间的中间媒介。
2.从现实世界到计算机世界四个层次（地理空间数据建模）
GIS复习思考题
GIS复习思考题地理信息系统复习思考题第⼀章导论1、解释：信息、数据、地理信息、地理数据、地理信息系统2、地理信息有何特点？3、地理信息系统与CAD、数字制图、⼀般事务管理有何主要区别？4、地理信息系统有哪些类型？5、GIS的基本构成有哪些？各部分的主要作⽤？6、GIS的基本功能有哪些？并简要说明。
7、GIS主要应⽤在哪些⽅⾯？8、GIS的发展主要经历了哪4个阶段？各有何主要特点？第⼆章空间信息基础1、GIS中为什么要考虑地图投影？我国⼤⽐例尺采⽤什么投影⽅式？2、地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？3、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的数字化描述⽅法有哪些？4、地图投影有哪些类型？5、解释：地图投影、拓扑、空间数据、元数据6、空间对象的描述要素有哪些？7、拓扑关系中有哪⼏种基本的拓扑关系？其基本含义是什么？在GIS中⽤拓扑有什么主要作⽤？8、什么是地理空间数据？有哪些类型，并简要说明。
9、地理信息系统的应⽤功能主要包括哪些⽅⾯，并简要说明。
10．地形图“都江堰”的编号是H48G024026，简要说明其编号的含义。
第三章空间数据结构1、空间实体可抽象为哪⼏种基本类型？它们在⽮量数据结构和栅格数据结构分别是如何表⽰的？2、叙述四种栅格数据存储的压缩编码⽅法。
3、试写出⽮量和栅格数据结构的模式，并列表⽐较其优缺点。
4、叙述由⽮量数据向栅格数据的转换的⽅法。
5、叙述由栅格数据向⽮量数据的转换的⽅法。
6、简述栅格到⽮量数据转换细化处理的两种基本⽅法。
7、解释：地理空间、栅格数据、⽮量数据、空间数据结构8、费尔曼链码的含义是什么？如何取值？9、游程编码的含义是什么？有哪2种⽅式？10、块码给栅格数据编码的⽅式是什么？11、四叉树编码的基本思想是什么？12、⽮量数据的获取⽅式有哪些？13、DIME编码什么？有何特点？14、⽮量数据结构有何优点？15、栅格数据结构有何优点？第四章空间数据库1、数据库系统包括哪⼏部分，各部分的主要作⽤是什么？2、数据库有何主要特点？3、数据库的系统结构有哪⼏个层次？4、数据库管理系统有什么主要功能？5、数据库管理系统程序由哪⼏部分组成？6、什么是数据库的数据模型？什么是传统的数据模型？7、传统的数据模型有何特点？8、解释：数据库、空间数据库、客体、对象、类、超类、⼦类、消息9、传统数据库系统的数据模型有哪些，各有什么优缺点？10、⾯向对象的数据模型有何优点？11、⾯向对象的数据模型的实现⽅法主要有哪些？12、地理信息系统数据库有什么主要特点？13、地理信息系统数据库有哪⼏种主要管理⽅法，各有何特点？14、什么是数据模型？数据库技术中采⽤的数据模型有哪些？15、地理信息系统空间数据库的组织⽅式主要采⽤哪些数据模型？第五章空间数据采集与处理1、空间数据采集⽅法有哪些？它们分别适合采集什么样的数据？2、说说在数字化中属性数据采集的原则和⽅法？3、为什么要对数字化地图进⾏编辑与处理后才能⼊GIS数据库？4、GIS数据精度可以从哪⼏个⽅⾯进⾏评价？并解释。
地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2
第1行第N列亮度值 波段n 波段1 第2行第1列亮度值 波段n
BSQ结构
BIP结构
BIL结构
星蓝海学习网13
以行为记录单位按行存储 地理数据。属性明显，位 置隐含。 缺点：存在大量冗余，精 度提高有限制。
星蓝海学习网14
0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
星蓝海学习网
• 优点：
• 栅格加密时，数据量不会明显 增加，压缩效率高，最大限度 保留原始栅格结构，
• 编码解码运算简单，且易于检 索、叠加、合并等操作，得到 广泛应用。
• 缺点：
• 不适合于类型连续变化或类型 区域分散的数据。
星蓝海学习网
(2)压缩栅格数据结构
块码（二维游程编码）（行，列，半径，属性值）
弧段ID a b c d e
起始点 5 7 1 13 7
终结点 1 1 13 7 5
… … … 左多边形 Q A Q D D
右多边形 A B B B A
f
13
5
Qห้องสมุดไป่ตู้
D
点号 1 2
…… 25
坐标 （x1，y1） （x2，y2）
…… （x25，y25）
g
25
弧段ID
点号
a
5,4,3,2,1
b
7,8,1
c
1,9,10,11,12,13
• 采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、 列号)和半径，再加上记录单元代码组成。特点：
• 一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。
• 块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。
第三章空间数据的组织与结构(二)
24 25 8 6
3 4
5
多边形原始数据
多边形 A B
数据项
(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y 9),(x1,y1) (x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于遥 感图像的处理。它与制图物体的空间分布特征 有着简单、直观而严格的对应关系，对于制图 物体空间位置的可探性强，并为应用机器视觉 提供了可能性，对于探测物体之间的位置关系, 栅格数据最为便捷。 多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格选 择方案，而且在许多情况下，栅格方案还更有 效。例如，多边形周长、面积、总和、平均值 的计算、从一点出发的半径等在栅格数据结构 中都减化为简单的计数操作。
c
d e f g h i j
16
19 15 15 1 8 16 31
8
5 19 16 15 1 19 31
E
O O D O A D B
B
E D B B B E C
弧段文件
弧段坐标文件
结点号 1 2
坐标 (x1,y1)
连接弧段 a,g
…… …… …… ……
结点文件
…… …… …… ……
……
22 23
24 25 8 6
3 4
5
B
C
D
EaΒιβλιοθήκη bcfg
h j
空间数据结构与数据编码(3-2)
3、计算P2点的行列值
行号：I=1+INT[（Ymax-Y）/ΔY] =1+INT[（300-103）/1]=198
P2
列号：J=1+INT[（X-Xmin）/ΔX] =1+INT[（53-0）/1]=54
P1
直线经过的行范围：198-201
4、 199行中心处同直线相交的y值：
y=ymax-△y(i-1/2)=300-199*1+1/2=101.5
优点：直观，这种编码方式处理方便。 缺点：数据没有压缩，数据量大
4、栅格数据结构及编码
2、栅格数据压缩编码
栅格数据压缩编码方法：行程编码、块码、链码、四叉树编码等。
目的：用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息
4、栅格数据结构及编码
2、栅格数据压缩编码
栅格数据压缩编码类型：信息无损编码（信息保持编码）、信息有损编码（信息
X
②扫描算法/ 边界点跟踪法 （顺正逆负）
第一步：边界弧段栅格化 第二步：从边界上某一 点栅格单元开始按顺时 针方向跟踪边界上各栅 格，对多边形中岛则按 逆时针方向跟踪，将跟 踪的每个栅格分别赋予 R，L，N。
L L L
N N N N L R
L
N N R R L L
R
R R N N N N
L
L L
空间数据结构和数据编码（3-2）
4、栅格数据结构及编码
直接栅格编码 Freeman链码（边界编码） 游程编码（行程编码） 块码（二维行程编码） 四叉树编码
第三章
4、栅格数据结构及编码
1）直接栅格编码ps73图3-22
直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录
空间数据结构
第五章空间数据结构数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。
地理信息系统空间数据结构是指空间数据在系统内的组织和编码形式（GIS数据结构也可称为图形数据格式），它是指适合于计算机系统存储、管理和处理地理图形的逻辑结构。
GIS中，空间数据一般有着较为复杂的数据结构，目前，主要有两种数据模型表示空间数据，即矢量数据模型和栅格数据模型。
4.1 栅格数据结构4.1.1概述栅格数据是计算机和其它信息输入输出设备广泛使用的一种数据模型，如电视机、显示器、打印机等的空间寻址。
甚至专门用于矢量图形的输入输出设备，如数字化仪、矢量绘图仪及扫描仪等，其内部结构实质上是栅格的。
遥感数据也是采用特殊扫描平台获得的栅格数据。
栅格数据就是用数字表示的像元阵列，其中，栅格的行和列规定了实体所在的坐标空间，而数字矩阵本身则描述了实体的属性或属性编码。
栅格数据最显著的特点就是存在着最小的、不能再分的栅格单元，在形式上常表现为整齐的数字矩阵，因而便于计算机进行处理，特别是存储和显示。
4.1.2编码方案以图4-1为例，介绍几种编码方法的编码思路、方案和特点。
图4-1 栅格数据结构1. 游程长度编码地理数据往往有较强的相关性，也就是说相邻象元的值往往是相同的。
游程长度编码的基本思想是：按行扫描，将相邻等值的象元合并，并记录代码的重复个数。
游程长度编码的数据结构: 行号,属性,重复次数。
图4-1的游程长度编码为：1,A,4,R,1,A,6…对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大。
其特点是，压缩效率较高，叠加、合并等运算简单，编码和解码运算快。
2. 块式编码块式编码是将游程扩大到二维情况，把多边形范围划分成若干具有同一属性的正方形，然后对各个正方形进行编码。
块式编码的基本思想：由初始位置（行列号）、半径和属性代码组成。
图4-1的块状编码为：(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…块状编码对大而简单的多边形更为有效，对一些虽不较多的复杂多边形效果并不好。
第三章空间数据的结构与编码
3.3 矢量数据结构及其编码
基于矢量模型的数据结构称矢量数据结构 1、矢量数据的特点
2、矢量数据的获取
3、无拓扑关系的矢量模型
无拓扑关系的矢量模型实质上是面向实体的一种数据模型。它以 单个的空间实体为数据组织和存储的基本单位。它采用面向对象 的软件开发方式，每个对象有自己的特性、自己的行为。只记录 空间目标的位置坐标和属性信息，不记录空间拓扑关系。 如采用坐标系列编码。 点目标（x,y) 线目标 (x1y1,x2y2,…….xnyn) 面目标 (x1y1,x2y2,…….xnyn,x1y1) 具体实现形式可将点，线，面直接用空间坐标点数据表示；也可 将坐标点组成文件，每个点给予一个点号，而点，线，面用点号 数据表示。
多边形邻接矩阵
弧段邻接矩阵
结点连通矩阵
3）拓扑的包含性
面包含点
P1 p2
面包含线
p2 p1 p3
线包含点
p1
p3
p2
面的简单包含
面的多层包含
面的等价包含
4）拓扑关系表（ 拓扑关系以关连表达最为重要）
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
2）拓扑关系的关联表达 显式表示
(a)多边形、弧段、结点（自上到下）
多边形 弧段 P1 a4 a5 a6 P2 a1 a8 a5 P3 a3 a6 a7 P4 a2 a7 a8
（b）结点、弧段、多边形
弧段 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8
结点 N1 N2 N2 N4 N4 N5 N1 N5 N1 N3 N3 N5 N3 N4 N2 N3
4、拓扑关系的矢量模型
1）GIS中建立拓扑关系的优缺点 优点： （1）数据结构紧密、拓扑关系明确，便于空间数据的拓扑查询和 拓扑分析如网络分析； （2）便于系统内数据共享； 缺点 ： （1）数据结构复杂，不便于系统的维护和更新，如局部实体的变 化要重 建拓扑关系； （2）对单个实体的操作效率不高，如增加、删除、修改一个实体 时涉及一系列的文件和数据库表格； （3）难以表达复杂的地理实体。
空间单元编码
空间单元编码
空间单元编码是指对空间数据进行标识和描述的一种方法，通常用于地理信息系统（GIS）中。
空间单元编码的目的是为了方便计算机对空间数据进行
处理、检索和分析。
常见的空间单元编码方法包括：
1. 拓扑编码：拓扑编码是指根据拓扑关系将空间单元进行编码的一种方法。
在拓扑编码中，每个空间单元都有一个唯一的编码，该编码表示了该单元在拓扑结构中的位置和关系。
拓扑编码的优点是能够保留空间数据的拓扑关系，方便进行空间分析。
2. 几何编码：几何编码是指根据几何形状将空间单元进行编码的一种方法。
在几何编码中，每个空间单元都有一个唯一的编码，该编码表示了该单元的几何特征。
几何编码的优点是能够保留空间数据的几何形状，方便进行空间几何分析。
3. 网格编码：网格编码是指将空间划分为一系列网格，并对每个网格进行编码的一种方法。
网格编码通常采用矩形网格，每个网格都有一个唯一的编码。
网格编码的优点是能够方便地进行空间数据的统计分析。
4. 地理坐标编码：地理坐标编码是指根据地理坐标将空间单元进行编码的一种方法。
在地理坐标编码中，每个空间单元都有一个唯一的地理坐标（经度和纬度），该坐标表示了该单元在地球上的位置。
地理坐标编码的优点是能够方便地进行空间定位和地图绘制。
总之，空间单元编码是为了方便计算机对空间数据进行处理、检索和分析而采用的一种方法。
不同的空间单元编码方法具有不同的特点和适用范围，应根据具体需求选择适合的编码方法。
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4）空间数据是海量数据。
2、空间数据的编码
空间实体
数据结构
图形数据 属性数据
编码
数据组织结果 存入计算机
3、数据编码的过程
分析求解问题
确定专业分类分级体系
各种标准支持
选择数据结构及编码方案
组织数据
获取数据
存入计算机
4、 空间物体的几何类型
（1）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。 （2）线状分布特征 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 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 如高层建筑、水体、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）来 表达空间实体。
4、拓扑关系的矢量模型
1）GIS中建立拓扑关系的优缺点 优点： （1）数据结构紧密、拓扑关系明确，便于空间数据的拓扑查询和 拓扑分析如网络分析； （2）便于系统内数据共享； 缺点 ： （1）数据结构复杂，不便于系统的维护和更新，如局部实体的变 化要重 建拓扑关系； （2）对单个实体的操作效率不高，如增加、删除、修改一个实体 时涉及一系列的文件和数据库表格； （3）难以表达复杂的地理实体。
3.3 矢量数据结构及其编码
基于矢量模型的数据结构称矢量数据结构 1、矢量数据的特点
2、矢量数据的获取
3、无拓扑关系的矢量模型
无拓扑关系的矢量模型实质上是面向实体的一种数据模型。它以 单个的空间实体为数据组织和存储的基本单位。它采用面向对象 的软件开发方式，每个对象有自己的特性、自己的行为。只记录 空间目标的位置坐标和属性信息，不记录空间拓扑关系。 如采用坐标系列编码。 点目标（x,y) 线目标 (x1y1,x2y2,…….xnyn) 面目标 (x1y1,x2y2,…….xnyn,x1y1) 具体实现形式可将点，线，面直接用空间坐标点数据表示；也可 将坐标点组成文件，每个点给予一个点号，而点，线，面用点号 数据表示。
点之间拓扑关系（邻接性）的描述
a
a
a bb
e
b1 -101
c01-10
c
dc
d001-1
d e1101-
面之间拓扑关系（邻接性）的描述
a bc d
ab
c
d
abc d a-101 b1-11 c01-1 d 1 1 1-
3、空间数据的拓扑关系 1）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
无拓扑关系的矢量模型优缺点：
优点： （1）数据结构简单，直观，便于用户接受； （2）便于系统的维护和更新。 缺点： （1）数据余度大，如多边形公共边重复存储，但没有存储多边形 之间的关系。相邻多边形易产生伪多边形。解决的办法是建立多 边形边界表； （2）缺乏拓扑信息，如邻域信息等，不便于拓扑分析（临时建立 拓扑关系）； （3）对岛处理能力差，无法建立外多边形的关系。
2）拓扑关系的关联表达 显式表示
(a)多边形、弧段、结点（自上到下）
多边形 弧段 P1 a4 a5 a6 P2 a1 a8 a5 P3 a3 a6 a7 P4 a2 a7 a8
（b）结点、弧段、多边形
弧段 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8
结点 N1 N2 N2 N4 N4 N5 N1 N5 N1 N3 N3 N5 N3 N4 N2 N3
3.2 空间数据的拓扑关系
1、描述地理要素空间性的信息：几何信息、拓扑信息 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topology) 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；
2、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： 结点（NOD）：弧段的交点。
岛结点是特殊结点。 弧段（ARC）：相邻两结点之间的坐标链。
岛边界弧段是特殊弧段。 多边形（polygon）（图斑或面）：有限弧段组成的封闭区。 关系的性质可分为： 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
第三章 空间数据的结构与编码
3.1 空间数据及其编码 3.2 空间数据的拓扑关系 3.3 矢量数据结构及其编码 3.4 栅格数据结构及其编码 3.5 矢量及栅格数据结构的比较 3.6 矢栅数据一体化结构及其编码
3.1 空间数据及其编码
1、数据空间性的内含从数据编码看 1）数据的空间地理分布特征；
2）非结构化数据的特征；
多边形 弧段号 p1 a1 a5 a6 P2 a2 a4 a6 P3 a3 a4 a5 p4 a7
弧段号 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7
起点 终点 N2 N1 N2 N3 N3 N1 N3 N4 N1 N4 N4 N2 N5 N5
结点 N1 N2 N3 N4 N5
弧段 a1 a3 a5 a1 a2 a6 a2 a3 a4 a4 a5 a6 a7
a3
N1 a1
a5
p3 N4 p1
N3 a4 P4 a6
N5 a7 p2
a2
N2
2）拓扑的邻接性和连通性
表示同类型元素（结点、弧段、多边形）之间的关系 多边形之间的邻接性；弧段之间的邻接性； 结点之间的连通性
p1 p2 p3 p4 P1 \ 1 1 0 p2 1 \ 1 1 p3 1 1 \ 0 p4 0 1 0 \
多边形邻接矩阵
弧段邻接矩阵
结点连通矩阵
3）拓扑的包含性
面包含点
P1 p2
面包含线
p2 p1 p3
线包含点
p1
p3
p2
面的简单包含
面的多层包含
面的等价包含
4）拓扑关系表（ 拓扑关系以关连表达最为重要）
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
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a1 \ 1 1 0 1 1 0 a2 1 \ 1 1 0 1 0 a3 1 1 \ 1 1 0 0 a4 0 1 1 \ 1 1 0 a5 1 0 1 1 \ 1 0 a6 1 1 0 1 1 \ 0 a7 0 0 0 0 0 0 \
N1 N2 N3 N4 N5 N1 \ 1 1 1 0 N2 1 \ 1 1 0 N3 1 1 \ 1 0 N4 1 1 1 \ 0 N5 0 0 0 0 \