第四章 GIS的空间数据结构及编码
GIS的空间数据结构
GIS的空间数据结构GIS（地理信息系统）中的空间数据结构是指用来存储、组织和管理地理空间数据的方式和方法。
它们是构建GIS系统的基础，对于实现空间数据的高效查询、分析和可视化表示具有重要意义。
本文将介绍常见的空间数据结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和层次数据结构。
一、矢量数据结构（Vector Data Structure）是用点、线和面等几何要素来表示地理现象的空间数据结构。
常见的矢量数据结构包括点、线和面三种类型：1. 点（Point）是空间数据最基本的要素，它由一个坐标对(x, y)表示，常用于表示一个具体的地理位置或地物。
2. 线（Line）是由若干个连接起来的点所组成的线条，它可以用来表示道路、河流等线状地物。
3. 面（Polygon）是由若干个边界相连的线所围成的封闭区域，它可以用来表示国家、城市等面状地物。
矢量数据结构是一种拓扑结构，在存储空间数据时，常采用点-线-面的层次结构，以及节点、弧段和拓扑关系等数据结构来存储和组织地理空间数据。
二、栅格数据结构（Raster Data Structure）将地理空间数据划分为一系列均匀的像素或单元格，用像素值或单元格值来表示地物属性。
栅格数据结构适用于连续分布的地理现象，如温度、降雨等。
常见的栅格数据结构包括：1. 栅格图像（Raster Image）是将地理空间数据以图像的方式呈现，每个像素的灰度值或颜色代表了地物属性的强度或类型。
栅格图像可以通过数字遥感技术获取，并被广泛应用于地貌分析、图像处理等领域。
2. 数值地形模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种栅格数据结构，用于表达地球表面的海拔高度。
DEM常用于地形分析、洪水模拟等应用中。
栅格数据结构的主要优点是简单、易于操作和处理，但由于其离散性，对于空间数据的存储和处理需求较大。
三、层次数据结构（Hierarchical Data Structure）是一种将地理空间数据按层次结构进行组织和管理的数据结构。
GIS的空间数据结构与组织
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。三月-21三月-21Sunday, March 28, 202110、雨中黄叶树，灯下白头人。。10:12:0810:12:0810:123/28/2021 10:12:08 AM11、以我独沈久，愧君相见频。。三月-2110:12:0810:12Mar-2128-Mar-2112、故人江海别，几度隔山川。。10:12:0810:12:0810:12Sunday, March 28, 202113、乍见翻疑梦，相悲各问年。。三月-21三月-2110:12:0810:12:08March 28, 202114、他乡生白发，旧国见青山。。28 三月 202110:12:08 上午10:12:08三月-2115、比不了得就不比，得不到的就不要。。。三月 2110:12 上午三月-2110:12March 28, 202116、行动出成果，工作出财富。。2021/3/28 10:12:0810:12:0828 March 202117、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。10:12:08 上午10:12 上午10:12:08三月-219、没有失败，只有暂时停止成功！。三月-21三月-21Sunday, March 28, 202110、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。。10:12:0810:12:0810:123/28/2021 10:12:08 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。三月-2110:12:0810:12Mar-2128-Mar-2112、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。10:12:0810:12:0810:12Sunday, March 28, 202113、不知香积寺，数里入云峰。。三月-21三月-2110:12:0810:12:08March 28, 202114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。28 三月 202110:12:08 上午10:12:08三月-2115、楚塞三湘接，荆门九派通。。。三月 2110:12 上午三月-2110:12March 28, 202116、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。。2021/3/28 10:12:0810:12:0828 March 202117、空山新雨后，天气晚来秋。。10:12:08 上午10:12 上午10:12:08三月-219、杨柳散和风，青山澹吾虑。。三月-21三月-21Sunday, March 28, 202110、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。10:12:0810:12:0810:123/28/2021 10:12:08 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。三月-2110:12:0810:12Mar-2128-Mar-2112、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。10:12:0810:12:0810:12Sunday, March 28, 202113、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。三月-21三月-2110:12:0810:12:08March 28, 202114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。28 三月 202110:12:08 上午10:12:08三月-2115、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。三月 2110:12 上午三月-2110:12March 28, 202116、业余生活要有意义，不要越轨。2021/3/28 10:12:0810:12:0828 March 202117、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。10:12:08 上午10:12 上午10:12:08三月-21
《GIS空间数据结构》课件
1
2. 四叉树
2
把空间域分成四块，每个分支又可以分
成四块，用于表示面数据。效率高，占
空间小。
3
4. TIN
4
三角晕分结构，用于表示地表高程数据。 可以保持三角形较均匀，不易产生过多 的三角形。
1. R树
用于点数据和线数据的索引。采用自适 应分割方法，可以动态调整节点大小。
3. 格网
把空间域划分成规则网格，经常用于点 数据和面数据。容易实现，查询快速。
2. 四叉树
常用于面数据划分和索引。可 以用于更好地作用区域查询， 考虑空间复杂度高。
3. 多边形链表
常用于表示和处理二维多边形， 用于计算多边形相交和布尔操 作。
总结和结论
1. 空间数据结构是GIS 中重要的组成部分。
2. 不同类型的空间数据 需要采用不同的数据结 构进行处理。
3. 常见的空间数据结构 包括R树、四叉树、哈 希表、邻接表等。
3 3. 分段线性插值
用于线段的符号距离算法，可以实现线段自 交判断等功能。
2 2. 活动边表
使用链表结构存储线段信息和交点，适用于 求解线段交点等问题。
4 4. 邻接表
适用于表示有向线段的拓扑结构，例如道路 网络分析。
面数据结构
1. 二进制树
递归分割空间域，从而构建数 据结构。可用于处理三角剖分 等问题。
包含有关位置、形状、方向和大小等地理特征 的信息。
4. GIS空间数据结构
是指应用于GIS的空间数据组织方式。
GIS空间数据的类型
1. 点数据
用于表示点状空间物体，如水泥 柱、树木等。
2. 线数据
表示折线状或曲线状空间物体， 如道路、江河等。
3. 面数据
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。
GIS的空间数据结构
GIS的空间数据结构在地理信息系统（GIS）中，空间数据结构是用于组织和描述空间信息的数据模型。
它能够将现实世界中的地理现象和空间实体转化为计算机可处理和存储的数据形式。
以下是关于GIS空间数据结构的几个主要组成部分：1、矢量数据结构：矢量数据结构以点、线和多边形来表示空间实体。
每个点由一对坐标（x,y）定义，线由一系列坐标点构成的序列定义，多边形则由一个闭合的坐标序列定义。
矢量数据结构适用于表示连续的空间现象，如地形、河流、土地利用等。
2、栅格数据结构：栅格数据结构将空间划分成均匀的网格，每个网格对应一个像素或地块。
每个网格的值通常代表该区域的一种属性，如海拔、植被类型、人口密度等。
栅格数据结构适用于表示连续的空间现象，特别是那些可以很容易转化为像素值的数据，如卫星图像。
3、不规则三角网（TIN）：这是一种用于表示三维表面的数据结构。
它由一系列不重叠的三角形构成，每个三角形表示一个地形表面。
TIN 数据结构适用于表示连续且不规则的空间现象，如地形起伏、土壤类型等。
4、对象-关系型数据结构：这种数据结构将空间实体表示为对象，并将属性、事件和其他空间关系表示为对象的属性。
对象-关系型数据结构适用于表示复杂的空间关系和具有多种属性的空间实体。
在GIS应用中，选择适当的数据结构对于提高数据处理、查询和分析的效率至关重要。
此外，不同的数据结构也具有不同的优缺点，需要根据具体的应用需求和数据特性来选择。
基于ArcSDE的GIS空间数据存储分析引言随着地理信息系统（GIS）在各个领域的广泛应用，如何有效地存储和管理空间数据成为了一个重要的问题。
ArcSDE（Spatial Data Engine）作为一种先进的空间数据存储和分析技术，为GIS应用提供了强大的支持。
本文将介绍ArcSDE的基本概念、优势及其在GIS空间数据存储分析中的应用。
ArcSDE概述ArcSDE是一种面向对象的地理数据库引擎，它由Esri公司开发，可在多种数据库管理系统（如Oracle、PostgreSQL、MySQL等）上运行。
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解析
GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。
它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。
GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。
GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。
在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。
矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。
而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。
矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。
空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。
属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。
拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。
在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。
点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。
线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。
多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。
除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。
栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。
栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。
在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。
在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。
常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。
相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。
GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。
矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。
GIS三版总复习答案
第一章绪论1、信息（Information）：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
2、信息的特点1)信息的客观性2)信息的适用性3)信息的传输性4)信息的共享性3、数据：数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
4、数据处理：即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
5、数据与信息关系：信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。
也就是说数据是信息的载体。
6、地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
7、地理信息的特点:1）空间分布性2）具有多维结构的特征3）时序特征十分明显8、地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
9、地理信息系统：是由计算机硬、软件和不同方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
10、简述GIS的构成。
它的的基本功能有哪些？硬件系统、软件系统、空间数据库、应用模型、用户基本功：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编辑。
11、GIS与其它系统的区别 GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。
GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS 的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。
GIS地理信息系统空间数据结构
GIS地理信息系统空间数据结构在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们理解和处理地理空间数据的重要工具。
而在 GIS 中，空间数据结构则是其核心组成部分，它决定了如何有效地组织、存储和管理地理空间数据，以便于快速访问、分析和可视化。
要理解 GIS 地理信息系统的空间数据结构，首先我们得明白什么是地理空间数据。
简单来说，地理空间数据就是描述地球表面或与地球表面相关的各种信息，比如地形、地貌、道路、建筑物、水系等等。
这些数据具有空间位置、属性和时间等特征。
在 GIS 中，常见的空间数据结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构两种。
矢量数据结构是通过点、线、面等几何图形来表示地理实体。
比如，一条河流可以用一系列的点连接成线来表示，一个城市的区域可以用一个封闭的多边形面来表示。
矢量数据结构的优点是数据精度高、存储空间小、图形显示质量好，并且能够方便地进行几何变换和拓扑分析。
拓扑分析在很多应用中非常重要，比如判断两个区域是否相邻、道路网络是否连通等。
然而，矢量数据结构在处理复杂的空间关系和大规模数据时，计算量会比较大。
栅格数据结构则是将地理空间划分成规则的网格单元，每个网格单元被赋予一个特定的值来表示相应的地理特征。
比如，在卫星影像中，每个像素就是一个栅格单元，其灰度值或色彩值代表了该位置的地物信息。
栅格数据结构的优点是数据结构简单、易于实现和操作，特别适合于进行空间分析和模拟。
但它的缺点也很明显，比如数据量大、精度相对较低，而且难以表达复杂的地理实体和空间关系。
除了这两种主要的数据结构，还有一些混合的数据结构，比如矢栅一体化数据结构。
这种结构试图结合矢量数据和栅格数据的优点，以满足不同应用场景的需求。
在实际应用中，选择合适的空间数据结构取决于多个因素。
比如数据的特点和精度要求，如果数据是高精度的、几何形状复杂的地理实体，矢量数据结构可能更合适；如果数据是大面积的、连续分布的，比如地形数据，栅格数据结构可能更适用。
南京师范大学地理信息系统考研基础理论题汇总
专业课复习资料（最新版）封面地理信息系统基础理论题第1章概论1、你是如何理解地理信息系统的概念的？2、地理信息系统的基本功能与应用功能的区别和联系是什么?3、现代信息技术的出现给测绘技术与地理分析技术带来哪些主要的变化？4、工具型GIS与应用型GIS的区别与联系是什么？5、试将GIS的输入设备按照不同的分类方法进行分类，并说明其特点。
6、现代空间定位技术有哪些主要方法？对GIS技术的发展产生什么影响？7、网络技术的出现与发展对GIS技术产生哪些主要的变化8、说明GIS在几个不同发展阶段的标志性技术是什么，它们的出现如何促进GIS的发展？第2章地理空间数学基础1、地球表面、大地水准面及地球椭球体面之间的关系是什么？2、地理空间数据的描述有哪些坐标系？相互的关系是什么？3、采用大地坐标与地心坐标表述地面上一点的位置各有什么优缺点？4、高斯投影的变形特征是什么？为什么常常被用作大比例尺普通地图的地图投影？5、UTM与兰伯特投影的主要特点与适用性是什么？6、在数字地图中，地图比例尺在含义与表现形式上有哪些变化？7、如何进行不同基准下的高程的转换？8、除地形分幅外，谈谈还有何种地理空间框架？他们如何进行编码？9、GPS数据如何与地图数字化数据进行集成？10、选择投影需要考虑哪些因素？如果要制作1：10万的土地利用图，该选何种类型的地图投影？第3章空间数据模型空间实体一般具有哪些主要的特征？1、何为空间关系？空间关系在描述空间实体特征中的意义何在？2、空间数据的概念模型有哪些组成部分？试分析他们之间的关系？3、试分析GIS的几种主要的数据模型各自的优缺点。
4、空间数据类型有哪些？简述其特征。
第4章空间数据结构1、总结矢量数据和栅格数据在结构表达方面的特色。
2、简述栅格数据压缩编码的几种方式和各自优缺点。
3、简述矢量数据编码的几种方式和各自优缺点。
4、栅格与矢量数据结构相比较各有什么特征？5、矢量和栅格数据的结构都有通用标准吗？请说明。
GIS空间数据结构
GIS空间数据结构GIS空间数据结构1、引言1.1 背景1.2 目的1.3 范围2、概述2.1 GIS空间数据的定义2.2 空间数据结构的重要性2.3 空间数据结构的分类3、点数据结构3.1 点数据的定义3.2 点数据的存储方式3.3 常用的点数据结构4、线数据结构4.1 线数据的定义4.2 线数据的存储方式4.3 常用的线数据结构5、面数据结构5.1 面数据的定义5.2 面数据的存储方式5.3 常用的面数据结构6、栅格数据结构6.1 栅格数据的定义6.2 栅格数据的存储方式6.3 常用的栅格数据结构7、多维数据结构7.1 多维数据的定义7.2 多维数据的存储方式7.3 常用的多维数据结构8、空间索引结构8.1 空间索引的定义8.2 空间索引的分类8.3 常用的空间索引结构9、数据一致性与拓扑关系9.1 数据一致性的概念9.2 拓扑关系的定义9.3 数据一致性与拓扑关系的维护10、数据转换与投影10.1 数据转换的定义10.2 常用的数据转换方法10.3 投影的概念与应用11、附件附件1：示例数据结构图纸附件2：示例代码12、法律名词及注释- GIS：地理信息系统- 空间数据：带有地理位置信息的数据- 数据结构：组织和存储数据的方式和方法 - 点数据：仅包含一个坐标的数据- 线数据：由多个连接的点组成的数据- 面数据：由多条线的闭合组合形成的数据- 栅格数据：将地理空间划分为规则的网格单元的数据- 多维数据：具有多个维度的数据，如时间、空间、属性等- 空间索引：加快地理数据查询的索引结构- 数据一致性：保证数据的准确性和完整性- 拓扑关系：地理实体之间的空间关系- 数据转换：将数据从一种格式或坐标系转换到另一种格式或坐标系- 投影：根据地球表面的属性将数据映射到二维平面上。
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。
地理信息系统教程(第4章 空间数据处理 2011-05-09)
3、投影变换
假定原图点的坐标为x,y(称为旧坐 标)，新图点的坐标为X，Y(称为新坐 标)，则由旧坐标变换为新坐标的基 本方程式为： 1、解析变换法 2、数值变换法 3、数值解析变换法
§4-3 空间数据格式转换
一、矢量向栅格转换
点：简单的坐标变换 线：线的栅格化 面：线的栅格化 +面填充 （一）线的栅格化 1、DDA法(数字微分分析法) 2、Bresenham算法 （二）面(多边形)的填充方法 1、内部点扩散法（种子扩散法） 2 3、边界代数法
a a a a a a b
a
576654323 … 优点：链码可有效地存贮压缩栅格数据，便于面积、长度、转折方向 和边界、线段凹凸度的计算。 缺点：不易做边界合并，插入操作、编辑较困难（对局部修改将改变 整体结构）。区域空间分析困难，相邻区域边界被重复存储。
第四章空间数据的处理
§4-4 空间数据的压缩处理
§4-3 空间数据格式转换
二、栅格向矢量转换
方法一，实际应用中大多数采用人工矢量化法，如扫描矢量化，该 法工作量大，成为GIS数据输入、更新的瓶颈问题之一。
方法二，程序转化转换（全自动或半自动）
过程为：
遥感影象图 分 类 图 扫描 二值化
栅格分类图
原始线划图
边界 提取 预 处 理
二值化 细化
编 辑
内插
外推
1、局部内插法 利用局部范围内的已知采样 点的数据内插出未知点的数据。
1）线性内插
将内插点周围的3个数据点的数据值带入多项式，即可解算出系数a0、a1、a2 。
2）双线性多项式内插
将内插点周围的4个数据点的数据值带入 多项式，即可解算出系数a0、a1、a2、a3 。 当数据是按正方形格网点布置:
GIS课件第4章空间数据结构
GIS课件第4章空间数据结构第4章空间数据结构空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织关系和编排⽅式，对地理信息系统中数据存储、查询检索和应⽤分析等操作处理的效率有着⾄关重要的影响。
同⼀空间数据逻辑模型往往采⽤多种空间数据结构，例如游程长度编码结构、四叉树结构都是栅格数据模型的具体实现。
空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁，只有充分理解地理信息系统所采⽤的特定数据结构，才能正确有效地使⽤系统。
在地理信息系统中，较常⽤的有栅格数据结构和⽮量数据结构，除此之外还有混合数据结构、镶嵌数据结构和超图数据结构等。
空间数据结构的选择取决于数据的类型、性质和使⽤的⽅式，应根据不同的任务⽬标，选择最有效和最合适的数据结构。
4.1⽮量数据结构⽮量数据结构对⽮量数据模型进⾏数据的组织。
它通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表⽰点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和⾯积的精确定义。
⽮量数据结构直接以⼏何空间坐标为基础，记录取样点坐标。
按照这种数据组织⽅式，可以得到精美的地图。
另外，该结构还可以对复杂数据以最⼩的数据冗余进⾏存贮，它还具有数据精度⾼，存储空间⼩等特点，是⼀种⾼效的图形数据结构。
⽮量数据结构中，传统的⽅法是⼏何图形及其关系⽤⽂件⽅式组织，⽽属性数据通常采⽤关系型表⽂件记录，两者通过实体标识符连接。
由于这⼀特点使得在某些⽅⾯有便利和独到之处，例如在计算长度、⾯积、形状和图形编辑、⼏何变换操作中，有很⾼的效率和精度。
⽮量数据结构按其是否明确表⽰地理实体间的空间关系分为实体数据结构和拓扑数据结构两⼤类。
4.1.1实体数据结构实体数据结构也称spaghetti数据结构，是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进⾏组织。
按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体⼀⼀对应，各个多边形边界点都单独编码并记录坐标。
例如对图4-1所⽰的多边形A、B、C、D，可以采⽤两种结构分别组织。
GIS第四章地理信息系统空间数据库 ppt课件
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4
第一节 空间数据库概述
空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存 储的与应用相关的地理空间数据的总和，以一系列特定 结构的文件形式组织后存储在介质上。
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5
第一节 空间数据库概述
空间数据库设计最终归结为空间数据模型设计。
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14
空间数据设计的过程和步骤
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
数据库
地理现象 和过程
现实世界
数据库的 概念模型
信息世界
数据库的 逻辑模型
数据库的 存储模型
计算机世界
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1、空间数据库设计步骤：
（1）需求分析：系统分析特定的专业应用需求。 （2）概念设计：把用户的需求加以解释，并用概念模型表 达出来。概念模型是对现实世界的抽象。主要描述数据及其 之间的语义关系。如实体-联系模型、面向对象数据模型。
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四、 空间数据库的实现和维护
3、空间数据库的运行和维护 维护空间数据库的安全性和完整性 监测并改善数据库性能 增加新的功能 修改错误
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内容小结
一、数据管理技术发展阶段 二、空间数据库系统的组 三、空间数据库的设计 四、空间数据库的实现和维护
第四章 地理信息系统空间数据库
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1
第四章 地理信息系统空间数据库
第一节 空间数据库概述
第二节 空间数据库概念模型设计
第三节 空间数据库逻辑模型设计
第四节 空间数据库的物理设计
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。
第四章 GIS的空间数据结构及编码解析
位置数据和属 性数据相对于 时间来说，常 常呈相互独立 的变化，即在 不同的时间， 空间位置不变， 但是属性类型 可能已经发生 变化，或者相 反。因此，空 间数据的管理 是十分复杂的
空间数据的基本特征
二、空间数据的拓扑关系 1 拓扑的基本概念(topology) 拓扑关系是明确定义空间结构关系 的一种数学方法。
本章概述：地理信息系统的操作对象是空间 地理实体，建立一个地理信息系统的首要任 务是建立空间数据库，即将反映地理实体特 性的地理数据存储在计算机中，这需要解决 地理数据具体以什么形式在计算机中存储和 处理即空间数据结构问题。
第四章 GIS的空间数据结构及编码
§4.1 空间数据的特征和拓扑关系 §4.2 空间数据结构的概念 §4.3 栅格数据结构及其编码 §4.4 矢量数据结构及其编码 §4.5 栅格数据结构与矢量数据结构的比较
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物或现象的非 几何属性特征。
返回
返回
栅格数据表 示
在栅格结构中点、线、面表示
点:用一个栅格单元表示； 线:线状地物则用沿线走向的 一组相邻栅格单元表示， 面:面(或区域)用记有区域属 性的相邻栅格单元的集合表示， 每个栅格单元可有多于两个的 相邻单元同属一个区域。
a1
o
P2
a2
o
P4
a3
o
P3
a4
P1
o
a5
P2
P1
a6
P3
P1
a7
P4
P3
a8
P4
P2
返回
（2）半隐式表示
ArcID
起终左
GIS空间数据结构
GIS空间数据结构1.矢量数据模型：矢量数据模型由离散的几何对象组成，可以表示各种现实世界中的地理现象，如点、线和面等。
这些几何对象可以直接存储在计算机中或使用拓扑结构进行表示。
矢量数据模型在表示几何对象的形状和位置方面非常精确，适用于处理边界明确的现象，如建筑物、道路和河流等。
矢量数据模型也可以进行空间分析，如相交、缓冲区分析等。
常见的矢量数据格式包括Shapefile、Geodatabase和GeoJSON等。
2.栅格数据模型：栅格数据模型将地理空间划分为一个规则的网格，每个网格单元表示一个统计单元，包含一个数值或分类属性。
这种数据模型适用于均匀分布的地理现象，如高程和气温等连续变化的现象。
栅格数据模型可以进行空间分析和模型模拟等复杂的计算操作。
常见的栅格数据格式包括DEM、DTM和TIN等。
3.网络数据模型：网络数据模型是一种用于描述网络结构和网络分析的数据结构。
它以节点和线段为基本元素，用于表示网络的拓扑关系和连接方式，如交通网络、电力网和水管网等。
网络数据模型可以进行路径分析、网络缓冲和网络优化等操作，为交通规划、物流和地理信息服务等领域提供支持。
常见的网络数据格式包括Graph和Topology等。
在实际应用中，还可以组合使用不同的数据模型来表示和处理不同的地理现象。
例如，在GIS系统中，可以将矢量数据与栅格数据相结合，使用矢量数据模型来表示建筑物和道路等几何对象，使用栅格数据模型来表示高程和土壤质量等连续变化的现象。
这种组合使用的方法可以更好地满足多样化的地理信息需求。
除了数据模型之外，GIS空间数据结构还包括数据存储和索引方法。
常见的数据存储方法包括文件存储和数据库存储两种方式。
文件存储是通过将地理数据保存在文件中的方式进行存储，适用于小规模的GIS应用。
数据库存储是通过将地理数据存储在关系型数据库中的方式进行管理，可以提供更高效的数据操作和查询。
常见的数据库包括Oracle、SQL Server和PostgreSQL等。
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§4.1 空间数据的特征和拓扑关系 一、 空间数据的基本特征
要完整地描述空间实体或现象的状态，一般需要同时有 空间数据和属性数据。如果要描述空间实体的变化，则 还需记录空间实体或现象在某一个时间的状态。所以， 一般认为空间数据具有三个基本特征 ： 1、定位特征: 表示现象的空间位置或现在所处的地 理位置,一般以坐标数据表示。 2、拓扑特征:描述地理实体的相对位置关系. 3、属性特征:表示地理实体或现象的专题属性特征， 例如数量、分类、名称等数据和时间特征数据。 时间特征是 指现象或物体随时间的变化。
a
e d
c
d
返
回
a b c b e
a
e d
c
d
a b c d e
a — 1 0 0 1
b 1 — 1 0 1
c 0 1 — 1 0
d 0 0 1 — 1
e 1 1 0 1 —
返
回
a b c b e
a
e d
c
d
a b c d e
a — 1 0 0 1
b 1 — 1 0 1
c 0 1 — 1 0
d 0 0 1 — 1
点、线、面之间的拓扑关系
点: 弧:
终点 中间点 起点
面:
弧段4
弧段3
弧段2 弧段1
相邻 点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
相交
分离
包含
重叠
拓扑关系的举例 图形的拓扑关联性 N1
a1 a6
P1
N2
a3
P3
N4
a5
P4
a4
P2
a7
N5
N3
a2
返 回
多边形号
弧段号
P1
P2 P3 P4
一般来说，属性数据与其他信息系统一样常用二维关系表格形式存储。元 数据以特定的空间元数据格式存储，而描述地理位置及其空间关系的空间 特征数据是地理信息系统所特有的数据类型，主要以矢量数据结构和栅格 数据结构两种形式存储。目前尚无一种统一的数据结构能够同时存储上述 各种类型的数据，而是将不同类型的空间数据以不同的数据结构存储。
返 回
我国地理信息系统中常用的地图投影配置与计算
•1）我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25万、 1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000）除1：100 万外均采用高斯-克吕格投影为地理基础； •2）我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与 国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投 影保持一致；
a1，a5，a6 a2， a4 ， a6 a3 ， a5，a4 a7
返 回
拓扑关系的举例 N1
图形的拓扑关联性
a1
P1 N2
多边形号
P1
a3
a5 a N4 6 P3 a7 a4 P4
N3 P2
弧段号
a1，a5，a6
N5
P2
P3
a2， a4 ， a6
a3 ， a5，a4 a7
a2
P4
3 拓扑关系的关联表达 （1）全显式表示
本章概述：地理信息系统的操作对象是空间 地理实体，建立一个地理信息系统的首要任 务是建立空间数据库，即将反映地理实体特 性的地理数据存储在计算机中，这需要解决 地理数据具体以什么形式在计算机中存储和 处理即空间数据结构问题。
第四章 GIS的空间数据结构及编码
§4.1 空间数据的特征和拓扑关系 §4.2 空间数据结构的概念 §4.3 栅格数据结构及其编码 §4.4 矢量数据结构及其编码 §4.5 栅格数据结构与矢量数据结构的比较
引例：1854年8月到9月
英国伦敦霍乱流行
琼· 斯诺博士 把道路、房屋、饮用水机井、霍乱病死者居住位置
在1：6500的城区图上标出来
问题？ 集中钦用
“布洛多 斯托”
水机井
霍乱病死者 居住位置
水井
返 回
在这个例子中利用了什么关系？ 在这个例子中，分析了患者的居 住地与饮用水的空间位置关系。 揭示了霍乱发病的传播途径。
回
结点
N1
弧段
a1 ，a4，a5
a1， a2 ， a8 a5 ， a6，a7， a8
N2 N3
N4 N5
a2 ，a3 ，a7 a3 ，a4，a6
返 回
弧段 左多边形 右多边形
a1
o
o
a2
a3
o
P2 P4 P3
o
a4
a5
a6
a7
P1 P2 P3 P4
P4
P1 P1 P3
P2
返 回
a8
（2）半隐式表示
返
回
多边形号
弧段号
P1
P2 P3 P4
a4，a5，a6 a1， a8 ， a5 a3 ， a6，a7 a2 a7 ，a8
返
回
弧段号
a1
结点
N1 ， N2 N 2 ， N4 N4 ， N5 N 1， N5 N 1， N3 N 3， N5 N 3， N4
a2
a3
a4
a5
a6
a7
a8
N 2 ， N3
返
位置数据和属 性数据相对于 时间来说，常 常呈相互独立 的变化，即在 不同的时间， 空间位置不变， 但是属性类型 可能已经发生 变化，或者相 反。因此，空 间数据的管理 是十分复杂的
空间数据的基本特征
二、空间数据的拓扑关系
1 拓扑的基本概念(topology)
拓扑关系是明确定义空间结构关系 的一种数学方法。
等价包含
拓扑和非拓扑属性
拓扑属性
非拓扑属性
一个点在一个弧段的端点 两点之间的距离 一个弧段是一个简单的弧段 一个点指向另一个点的方向 一个点在一个区域的边界上 弧段的长度 一个点在一个区域的内部 一个区域的周长 一个点在一个区域的外部 一个区域的面积 一个面是一个简单的面（无岛） 一个面的连通性
拓扑变换 （橡皮变换）
e 1 1 0 1 —
返
回
a b c b e
a
e d
c
d
a b c d e
a — 1 0 0 1
b 1 — 1 0 1
c 0 1 — 1 0
d 0 0 1 — 1
e 1 1 0 1 —
返
回
思考题?:
c b a d
a dd
b
c
2 拓扑邻接、关联、包含
拓扑邻接：指空间图形中同类元素 之间的拓扑关系。
水井
返
回
§4.2 空间数据结构
一、空间数据结构基本概念 1.数据结构即数据组织的形式，是适合于计算机存储、 管理、处理的数据逻辑结构。 换句话说，是指数据以什 么形式在计算机中存 储 和处理。数据按一定的规律储存在计
算机机中，是计算机正确处理和用户正确理解的保证。
2.空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管理 和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排 列方式和相互关系的抽象描述。 即空间数据在计算机中的具体组织方式。
举例
流感病例 区域 流感病例在区内分布
返
回
举例
返
回
举例
返
回5 空间数据的拓扑关Fra bibliotek的意义空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要 的意义，因为： (1)根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以 确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。 拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比 几何数据有更大的稳定性，不随地图投影而变化。 (2)利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如某 条铁路通过哪些地区，某县与哪些县邻接。又如分析某 河流能为哪些地区的居民提供水源，某湖泊周围的土地 类型及对生物栖息环境作出评价等。 (3)可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构 建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。
地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构。
矢量结构数据
明确表示地理实 拓扑型数据 体的空间关系
实体型数据
游程编码 链式编码 四叉树编码
压缩编码方式的不同
栅格结构数据
返
回
栅格数 据表示
矢量数 据表示
返
回
§4.3 栅格数据结构及其编码 一、概念
栅格数据结构是最简单最直观的空间数据结构， 又称为网格结构(raster或grid cell)或象元结构(pixel)， 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、列号定义， 并包含一个代码,表示该象素的属性类型或量值，或 仅仅包含指向其属性记录的指针。因此，栅格数据 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物或现象的非 几何属性特征。
拓扑关联
拓扑关联：指空间图形中不同类元 素之间的拓扑关系。
拓扑包含 拓扑包含：指空间图形中不同等级 元素之间的拓扑关系。 如查询：某铁路所经过的省份
P1
拓扑查询
P1
P2
P2 P3
简单包含
复杂包含
拓扑包含:对等包含
P1
P2
P3
返
回
拓扑的包含性
P1 P1 P1
P2
P2
P3
P2
P3
简单包含
多层包含
Arc/Info 中的弧段数据结构
ArcID
起 结 点
N1 N2
终 结 点
N2 N4
左 多 边 形
o O
右 多 边 形
P2 P4
坐
标
a1 a2
Xn1, yn1…, Xn1 yn1 Xn2, yn2…, Xn4 yn4
…
… …
…