03第三章 空间数据结构 地理系统教学课件
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《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
第三章 地理信息系统的空间数据结构
关系：与其他实体之间的关系
四川农业大学资源环境学院
1. 空间对象编码
地 土 理 地 信 信 息 息 系 系 统 统 原 理
编码对象：属性数据
编码过程：分类、分级、编码
分类，将具有共同属性或特征的事物或现象
归并在一起；
分级，对事物或现象的数量或特征进行等级 划分，包括确定分级数和分级线； 编码，指定属性数据的代码的方法和过程。
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（3）拓扑包含
地 土 理 地 信 信 息 息 系 系 统 统 原 理
指存在于空间图形的同类，但不同级的元素 之间的拓扑关系。包含关系分简单包含、多层包 含和等价包含三种形式
岛
非岛 非岛
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地 土 理 地 信 信 息 息 系 系 统 统 原 理
设ID表示当前多边形，IW表示等价包含，IP 表示ID为岛（IP≠0）或非岛（IP =0 ），则包 含关系的形式如图所示。
香港城市道路网分布
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(3) 面实体
地 土 理 地 信 信 息 息 系 系 统 统 原 理
• 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
中国土地利用现状图 (不连续面）
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地 土 理 地 信 信 息 息 系 系 统 统 原 理
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地 土 理 地 信 信 息 息 系 系 统 统 原 理
② 标识码
标识码间接利用信息分类的结果，在分类的基础上， 对某一类数据中各个实体进行标识，以便能按实体进
行存储和逐个进行查询检索。
标识码通常由定位分区和各要素实体代码两个 码段构成。
GIS地理信息系统空间数据结构
场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变 化的数据。
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)
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
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(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
《空间数据结构》PPT课件
NW NE SW 0 SE 7
9 9 9 9 9 0 0 0 0 0 9 9 9 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7 9 9 0 0 0 0 0 0 9 9 9 0 0 0 0 0 9 9 9 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7
返回
获得栅格结构数据的途径
目读法：在地图上均匀划分网格，逐个网 格地确定其代码；
矢量数字化法：用数字化仪得到矢量数据 结构后，再转换成栅格结构； 扫描数字化：逐点扫描地图，将扫描数据 进行重采样和再编码； 分类影像输入：将经过分类解译的遥感影 像数据直接或重采样后输入系统。
栅格数据结构特点
面 线 点
•点：为一个像元 •线：在一定方向上连 接成串的相邻像元集 合。 •面：聚集在一起的相 邻像元集合。 •B,B,B,B,B,R,B,B,E,E, B,E,H,B,R,B,B,B,E,E, B,E,B,B,R,P,P,B, E,B, E,B,B,B,R,P,P,B,B,B, B,B,B,R,P,P,B,B,B,B, B,B,B,R,B,B,B,B,B,B, B,B,B,R,B,B,B,B,B,B, B,B,R,B,B,B,B,B,H,B, B,B,R,B,B,B,B,B,B,B, B,R,R,B,B,B,B,B,B,B
离散的量化栅格值表示空间对象。
位置隐含，属性明显。
数据结构简单，易于扩充、修改，特别易
9 9 9 9 9 0 0 0 0 0 9 9 9 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7 9 9 0 0 0 0 0 0 9 9 9 0 0 0 0 0 9 9 9 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 7 7 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7 0 0 0 0 7 7 7 7
返回
获得栅格结构数据的途径
目读法：在地图上均匀划分网格，逐个网 格地确定其代码；
矢量数字化法：用数字化仪得到矢量数据 结构后，再转换成栅格结构； 扫描数字化：逐点扫描地图，将扫描数据 进行重采样和再编码； 分类影像输入：将经过分类解译的遥感影 像数据直接或重采样后输入系统。
栅格数据结构特点
面 线 点
•点：为一个像元 •线：在一定方向上连 接成串的相邻像元集 合。 •面：聚集在一起的相 邻像元集合。 •B,B,B,B,B,R,B,B,E,E, B,E,H,B,R,B,B,B,E,E, B,E,B,B,R,P,P,B, E,B, E,B,B,B,R,P,P,B,B,B, B,B,B,R,P,P,B,B,B,B, B,B,B,R,B,B,B,B,B,B, B,B,B,R,B,B,B,B,B,B, B,B,R,B,B,B,B,B,H,B, B,B,R,B,B,B,B,B,B,B, B,R,R,B,B,B,B,B,B,B
离散的量化栅格值表示空间对象。
位置隐含，属性明显。
数据结构简单，易于扩充、修改，特别易
第三章 空间数据结构PPT课件
问：对右图进行游程长 度编码 。
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
14
游程长度编码(Run—LengthCodes)
优点：①对类型区面积较大的专题图和影像 图，数据压缩率高；
②易于实现重叠、合并、检索运算。 缺点：只考虑了每一行的数据结构；
未考虑行与行之间的结构。
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
链ห้องสมุดไป่ตู้编码 起点行列号，单位矢量
R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3
567
4
0
3
1
2
5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA
游程长度编码 逐行编码
数据结构: 行号, 属性, 重复次数 1, A, 4, R, 1, A, 3
8RAAAAAAA
四叉树编码
块状编码
NW NE SW SE
第三章 空间数据结构
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
1
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。对空间数据则是地理实体的空间排 列方式和相互关系的抽象描述。
在地理系统中描述地理要素和地理现 象的空间数据，主要包括空间位置、拓朴 关系和属性三个方面的内容。
单元。数字地面模型就属此种情况。
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
11
链式编码(ChainCodes)
又称为弗里曼链码(Freeman)或 边界链码。
基本方向可定义为：东＝0，东 南＝l，南二2，西南＝3，西 ＝4，西北＝5，北＝6，东北 ＝7等八个基本方向。如果再 确定原点为像元(10，1)，则
正方形区域为记录单元 数据结构: 初始位置, 半径, 属性 (1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
14
游程长度编码(Run—LengthCodes)
优点：①对类型区面积较大的专题图和影像 图，数据压缩率高；
②易于实现重叠、合并、检索运算。 缺点：只考虑了每一行的数据结构；
未考虑行与行之间的结构。
05.12.2020
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链ห้องสมุดไป่ตู้编码 起点行列号，单位矢量
R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3
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0
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2
5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA
游程长度编码 逐行编码
数据结构: 行号, 属性, 重复次数 1, A, 4, R, 1, A, 3
8RAAAAAAA
四叉树编码
块状编码
NW NE SW SE
第三章 空间数据结构
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
1
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。对空间数据则是地理实体的空间排 列方式和相互关系的抽象描述。
在地理系统中描述地理要素和地理现 象的空间数据，主要包括空间位置、拓朴 关系和属性三个方面的内容。
单元。数字地面模型就属此种情况。
05.12.2020
西北大学城市与资源学系
11
链式编码(ChainCodes)
又称为弗里曼链码(Freeman)或 边界链码。
基本方向可定义为：东＝0，东 南＝l，南二2，西南＝3，西 ＝4，西北＝5，北＝6，东北 ＝7等八个基本方向。如果再 确定原点为像元(10，1)，则
正方形区域为记录单元 数据结构: 初始位置, 半径, 属性 (1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…
第3章 空间数据结构
空间位置描述空间实体在一定的地理框架下的空间位置或几何定位， 通常用地理坐标、空间直角坐标、平面直角坐标和极坐标等来表示。
空间几何特征描述空间实体的大小、形状和分布等。 空间关系表达了地理空间中相互依存的事物和现象的关系，包括：拓 扑关系、方位关系和度量关系等。
2020年5月13日3时29分
--4--
地球表层构成：陆地面积29%，海洋面积71% 。地表总面积约为5.1亿平方公里。
地理空间表达：对地球高空、低空、地表、地 下及近表层的描述。地理空间表的的内容主 要为空间数据的位置、属性和时间特征；表 达的方法一般采用离散场与连续场、矢量与 栅格等方式。
2020年5月13日3时29分
--3--
3.1 空间数据表达
2020年5月13日3时29分
--25--
3.3 矢量数据结构
3.3.3 拓扑数据机构 拓扑数据结构的主要特点是点相互独立，点 连成线，线构成面。一般用四张表来反映 拓扑关系。
2020年5月13日3时29分
--26--
3.4 栅格数据结构
3.4.1 栅格数据结构的概念 栅格数据结构是指将地球表面划分为大小均 匀、紧密相临的网格阵列，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，表示该像素的属性类型或量值，或 仅仅包含指向其属性记录的指针。
2020年5月13日3时29分
--6--
3.1 空间数据表达
3.1.2 离散对象和连续场 2、连续场
在地表连续分布的地理现象称为连续场， 比如空气中的污染度的变化，地表中的温度 变化等。
2020年5月13日3时29分
--7--
3.1 空间数据表达
3.1.3 矢量和栅格数据 离散对象和连续场解决了地理现象的概念表 达问题，但没有解决计算机数字化问题。
空间几何特征描述空间实体的大小、形状和分布等。 空间关系表达了地理空间中相互依存的事物和现象的关系，包括：拓 扑关系、方位关系和度量关系等。
2020年5月13日3时29分
--4--
地球表层构成：陆地面积29%，海洋面积71% 。地表总面积约为5.1亿平方公里。
地理空间表达：对地球高空、低空、地表、地 下及近表层的描述。地理空间表的的内容主 要为空间数据的位置、属性和时间特征；表 达的方法一般采用离散场与连续场、矢量与 栅格等方式。
2020年5月13日3时29分
--3--
3.1 空间数据表达
2020年5月13日3时29分
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3.3 矢量数据结构
3.3.3 拓扑数据机构 拓扑数据结构的主要特点是点相互独立，点 连成线，线构成面。一般用四张表来反映 拓扑关系。
2020年5月13日3时29分
--26--
3.4 栅格数据结构
3.4.1 栅格数据结构的概念 栅格数据结构是指将地球表面划分为大小均 匀、紧密相临的网格阵列，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，表示该像素的属性类型或量值，或 仅仅包含指向其属性记录的指针。
2020年5月13日3时29分
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3.1 空间数据表达
3.1.2 离散对象和连续场 2、连续场
在地表连续分布的地理现象称为连续场， 比如空气中的污染度的变化，地表中的温度 变化等。
2020年5月13日3时29分
--7--
3.1 空间数据表达
3.1.3 矢量和栅格数据 离散对象和连续场解决了地理现象的概念表 达问题，但没有解决计算机数字化问题。
地理信息系统电子教案第三章空间数据结构
第三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。
对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。
它是对数据的一种理解和解释，不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户无法理解，计算机程序也不能正确的处理，对同样一组数据，按不同的数据结构去处理，得到的可能是截然不同的内容。
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。
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。
第一节栅格数据结构一、简单栅格数据结构栅格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。
如图3-1所示，在栅格结构中，9999点用一个栅格单元表示；线状地物则用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；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。
任何以面状分布的对象(土地利用、土壤类型、地势起伏、环境污染等)，都可以用栅格数据逼近。
遥感影像就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。
栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。
由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在网格文件的存贮结构中，在后面讲述栅格结构编码时可以看到，每个存贮单元的行列位置可以方便地根据其在文件中的记录位置得到，且行列坐标可以很容易地转为其他坐标系 下的坐标。
3地理信息系统的空间数据结构
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，尤其是先进的卫星 遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源 源不断的、现势性很强的数据
• 统计数据、实测数据及各种文字报告
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 11
地形数据
来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字 高程模型(DEM)和其他实测的地形数据等。
4
2 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
5
3 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）
6
空间对象：面（续）
不连续变化曲面：如 土壤、森林、草原、土 地利用等，属性变化发 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 间上曲率变化连续。
2
地理空间实体的表达
地理空间实体包括点（point）、线(line)、 面(polygon)、曲面(surface)和体(volume) 等多种数据类型。
这些数据类型的表达关系到计算机识别、存储、 处理的可能性和有效性。
3
1 点实体
有位置，无方向、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
1 0 1
1 0 1
1 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 1
1 0 1
1 0 1
LL8
LL9
LL10
LL11
《空间数据结构》课件
01
拓扑数据结构是一种基于拓扑关系的空间数据结构，通过拓扑 元素（如点、线、面）之间的关系来表示空间实辑性强，便于进行空间查
询和分析。
常见的拓扑数据结构有拓扑图和网络图等。
03
栅格数据结构
栅格数据结构是一种将空间划 分为一系列离散的栅格单元的 数据结构，每个栅格单元表示
我认为，随着技术的不断进步 和应用需求的增加，空间数据 结构将会得到更广泛的应用和 发展，未来的研究方向和应用 领域将更加丰富和多样。
课程对个人专业发 展的影响
通过这门课程的学习，我不仅 提高了自己的专业素养，还为 未来的学习和工作打下了坚实 的基础。我相信，这门课程将 会对我未来的专业发展产生积 极的影响。
混合数据结构
结合矢量数据结构和栅格数据结构的优点，同时处理离散的空间对象和连续的地理信息。 混合数据结构能够充分利用矢量和栅格的优势，提高空间数据的精度和分析能力。
02
常见空间数据结构
网格数据结构
网格数据结构是一种将空 间划分为规则网格单元的 数据结构，每个网格单元 包含相应的属性信息。
网格数据结构的特点是简 单、直观，便于进行空间 分析和计算。
标准化和开放性
推动空间数据结构的标准化和 开放性，促进不同系统之间的 互操作性和共享性。
隐私保护和安全保障
加强空间数据的安全保护和隐 私保护，防止数据泄露和滥用
。
05
总结与思考
学习心得
空间数据结构的重要性
通过学习，我深刻认识到空间数据结构在地理信息系统、计算机图形学、数据库系统等领域中的关键作用，它为解决 实际问题提供了基础和支撑。
空间数据结构的重要性
01
提高空间数据处理效率
合理的空间数据结构能够减少数据冗余，提高数据存储和检索效率，从
GIS地理信息系统空间数据结构ppt课件
数据库
独立编码
点: ( x ,y )
线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
标识码 属性码 存储方法
点位字典
空间对象编码; 唯一; 连接空间和属性数据
点: 点号文件 线: 点号串 面: 点号串
15
3、拓扑关系的表达 拓扑关系具体可由4个关系表来表示： （1） 面--链关系： 面 构成面的弧段 （2） 链--结点关系： 链 链两端的结点 （3） 结点--链关系： 结点 通过该结点的链\ （4） 链—面关系： 链 左面 右面
4、拓扑关系的意义：
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为： 1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳 定性，不随地图投影而变化。 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接 县，--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要 查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
（二）拓扑关系
11
（二）拓扑关系
1、定义 2、种类 3、拓扑关系的表达 4、意义
1、定义： 指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
拓扑变换 （橡皮变换）
非拓扑属性（几何） 两点间距离
一点指向另一点的方向
第三章 空间数据结构
§3-1空间实体及其描述 §3-2矢量数据结构 §3-3栅格数据结构
;.
1
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2 第1行第1列亮度值
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
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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。
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0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
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• 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。
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(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3讲-空间数据模型和空间数据结构
地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地 球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就 发生在该区域。
空间现象 客观世界的现象划分为5类：
可精密观测的自然对象（如建筑物边界） 受采样限制的自然对象（如河流的边界） 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） 规则的人为对象（栅格、立方体元）
空间实体
➢ 对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同 类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
➢ 空间实体具有4个基本特征：
➢ 空间位置特征 ➢ 属性特征 ➢ 时间特征 ➢ 空间关系
观察和认知
现实世界
概念世界
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抽还 象原 世世 界界
信息
数据世界 （计算机）
空间事物或现象
选择、综合、简化和抽象
程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域
的流速和方向等;
根据不同的应用，场可以表现为二维或三维; 一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，
都有一个表现某现象的属性值，即 A＝f(x，y)
一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对 应一个属性值，即 A＝f(x，y，z)
可被标识 在观察中的重要程度 有明确的特征且可被描述
传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例。
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
分类
子类 超类
几何坐标 子部分 超部分
非空间属性
对象模型对空间要素的描述
场/域（field）模型
把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染
空间现象 客观世界的现象划分为5类：
可精密观测的自然对象（如建筑物边界） 受采样限制的自然对象（如河流的边界） 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） 规则的人为对象（栅格、立方体元）
空间实体
➢ 对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同 类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
➢ 空间实体具有4个基本特征：
➢ 空间位置特征 ➢ 属性特征 ➢ 时间特征 ➢ 空间关系
观察和认知
现实世界
概念世界
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抽还 象原 世世 界界
信息
数据世界 （计算机）
空间事物或现象
选择、综合、简化和抽象
程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域
的流速和方向等;
根据不同的应用，场可以表现为二维或三维; 一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，
都有一个表现某现象的属性值，即 A＝f(x，y)
一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对 应一个属性值，即 A＝f(x，y，z)
可被标识 在观察中的重要程度 有明确的特征且可被描述
传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例。
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
分类
子类 超类
几何坐标 子部分 超部分
非空间属性
对象模型对空间要素的描述
场/域（field）模型
把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染
地理信息系统(空间数据结构)
31
第二节 矢量数据结构
3）双重独立式 索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并 间接增加邻域信息，具体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。
32
11
12 13
30 29
14
10
31
28 27
15
1
24 25
AB
8
决定栅格单元代码的方式
优点：混合单元 减少、量算精度 提高、更接近真
实形态
缺点：数据量增 加、数据冗余严
重
9
栅格数据的压缩编码方式：链式编码
北=6
西北=5
东北=7
西=4
东=0
西南=3
东南=1
南=2
12345678 1 AAAARAAA 2 AAARAAAA 3 A A ARAGGA 4 A A ARAGGA 5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA 8RAAAAAAA
26
16
23
2
98
17
22
7
21
6
20
3
5
18
19
4
多边形原始数据
B
C
D
E
ab
c f g hj
e f i bc i
线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
33
小结
本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅 格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数 据的经度进行了介绍，然后对栅格数据的四种 压缩编码方式进行学习，最后介绍了矢量数据 结构的基础知识。
(1,1,2,9), (1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0)图,(2,3,1,9),(2,4,1,0),
第二节 矢量数据结构
3）双重独立式 索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并 间接增加邻域信息，具体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。
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28 27
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AB
8
决定栅格单元代码的方式
优点：混合单元 减少、量算精度 提高、更接近真
实形态
缺点：数据量增 加、数据冗余严
重
9
栅格数据的压缩编码方式：链式编码
北=6
西北=5
东北=7
西=4
东=0
西南=3
东南=1
南=2
12345678 1 AAAARAAA 2 AAARAAAA 3 A A ARAGGA 4 A A ARAGGA 5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA 8RAAAAAAA
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多边形原始数据
B
C
D
E
ab
c f g hj
e f i bc i
线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
33
小结
本次课首先学习了栅格数据的相关知识，对栅 格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数 据的经度进行了介绍，然后对栅格数据的四种 压缩编码方式进行学习，最后介绍了矢量数据 结构的基础知识。
(1,1,2,9), (1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0)图,(2,3,1,9),(2,4,1,0),
地理信息系统空间数据结构71页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
地理信息系统空间数据结构
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
地理信息系统空间数据结构
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
教育学空间数据结构PPT课件
第44页/共88页
优点：以点线面为单元进行数据组织,数据文件结构简单。 不足:(1）多边形公共边需要存放两次，数据冗余严重；
（2）相邻多边形公共边界可能不重合，没有拓扑信息。
2、拓扑数据结构 topology structure encoding
（1）构成矢量数据拓扑结构的基本元素
第45页/共88页
（四）拓扑关系的作用与意义
1、确定物体的空间关系。 2、检索与分析空间相关地物。 3、重建地理实体。
第28页/共88页
路口相邻与通达判断
第29页/共88页
电线通达 判断
四、空间数据组织的基本形式
1、空间分幅 2、属性分层（专题、主题） 3、时间分段
空间数据与属性数据分开存放（在同一文件内不同段或不同文件），通 过关联号进行连接。
数字栅格图生成速度快、使用 方便特点。DRG可作为背景用 于数据参照或修测拟合其他地 理相关信息 。
第19页/共88页
数字高程模型 是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的
数据集
20 21 24
20 21
23
20.3 22 26
21 22.5
24
23 25 28
24 23
24
22.8 26 27.5
23 27
28
23 25 26
18 28
30
25 26 2719 28.629来自25.7 28 29.2
19 29
30
26.6 24.3 18
20 30.4
31
20 21 22
22 31
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15 16 15
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12 11 11
优点：以点线面为单元进行数据组织,数据文件结构简单。 不足:(1）多边形公共边需要存放两次，数据冗余严重；
（2）相邻多边形公共边界可能不重合，没有拓扑信息。
2、拓扑数据结构 topology structure encoding
（1）构成矢量数据拓扑结构的基本元素
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（四）拓扑关系的作用与意义
1、确定物体的空间关系。 2、检索与分析空间相关地物。 3、重建地理实体。
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路口相邻与通达判断
第29页/共88页
电线通达 判断
四、空间数据组织的基本形式
1、空间分幅 2、属性分层（专题、主题） 3、时间分段
空间数据与属性数据分开存放（在同一文件内不同段或不同文件），通 过关联号进行连接。
数字栅格图生成速度快、使用 方便特点。DRG可作为背景用 于数据参照或修测拟合其他地 理相关信息 。
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数字高程模型 是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的
数据集
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20.3 22 26
21 22.5
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Wednesday, June 17, 2020
5
§3-1 空间实体及其描述
一. 空间实体
1、定义：
又称地理实体，空间对象，要素，地物等，是GIS处理的对象，最小的 处理单元。
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概 括性，复杂性，相对意义的概念。
2、理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实 体是一个概括，复杂，相对的概念。
元数据
空间元数据
11
§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
1）依据数据来源的不同分为：
A）地图数据 B）地形数据 C）属性数据 D）影象数据
………..
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12
§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
2）依据表示对象的不同分为：
Wednesday, June 17, 2020
2、基本特征
3、数据类型
位置、形状、尺 寸、
空间特征：地理 位置和空间关系
几何数据（空间 数据、图形数据）
关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
识别码（名称）、 实体的角色、功能、 行为、实体的衍生 信息
时间
属性特征—名称、 等级、类别等
时间特征
属性数据—各种 属性特征和时间
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
地理信息系统
Geographic Information System
北京林业大学信息学院
§3-1 空间实体及其描述
▪ 空间实体 ▪ 空间实体的描述 ▪ 实体的空间特征 ▪ 实体的空间关系表达
Wednesday, June 17, 2020
4
§3-1 空间实体及其描述
▪ 空间实体 ▪ 空间实体的描述 ▪ 实体的空间特征 ▪ 实体的空间关系表达
4）角点：表示线段上的 连接点。
5）结点：表示线段起点 和终点。
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19
§3-1 空间实体及其描述
2、线状实体
具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性：
1）实体长度： 从起点到终点的总长。 2）弯曲度： 用于表示像道路拐弯时弯曲的 程度。 3）方向性： 如：水流方向，上游—下游，
3、数据类型
几何数据（空间 数据、图形数据） 关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
属性数据—各种 属性特征和时间
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
测量方法、编码 方法、空间参考 Wedn系esd等ay, June 17, 2020
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§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
2）依据表示对象的不同分为：
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§3-1 空间实体及其描述
▪ 空间实体 ▪ 空间实体的描述 ▪ 实体的空间特征 ▪ 实体的空间关系表达
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§3-1 空间实体及其描述
线 ▪ 公路、铁路、河
流等；
▪ 公园、住宅小区、
面
行政区划等。
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17
§3-1 空间实体及其描述
三. 实体的空间特征－－空间维数
空间实体一般按地形维数进行归类划分： ▪ 点：零维 ▪ 线：一维 ▪ 面：二维 ▪ 体：三维 ▪ 时间：通常以第四维表达 (时空数据模型)
空间对象的维数与比例尺是相关的，(地图综合问题)
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18
§3-1 空间实体及其描述
三. 实体的空间特征－－空间特征类型
1、点状实体
点、点状实体、点状图元要素。点：有特定位置，维数为0的物体。
1）实体点：用来代表一个 实体。
2）注记点：用于定位注记。
3）内点：用于负载多边形 的属性，存在于多边形内。
如：从全国各高校的角度来看，北京林业大学可以看作一个空间实体；
但如果从北京林业大学的角度来看，各建筑楼应该看作一个空间实体。
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6
§3-1 空间实体及其描述
▪ 空间实体 ▪ 空间实体的描述 ▪ 实体的空间特征 ▪ 实体的空间关系表达
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RDBMS属性表---采用MIS较成熟
测量方法、编码 方法、空间参考 系等
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元数据
空间元数据
9
§3-1 空间实体及其描述
2.空间数据基本特征
1）空间特征：
定位数据，表示现象的空间位置和 空间关系；
2）属性特征：
非定位数据，表示现象或特征；
3）时间特征：
三. 实体的空间特征
（一）空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。
（二）空间特征类型 （三）实体类型组合
1、点状实体 2、线状实体 3、面状实体 4、体状实体
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§3-1 空间实体及其描述
三. 实体的空间特征－－空间维数
点
▪ 基站、大厦、宾 馆、旅游点等；
7
§3-1 空间实体及其描述
二、空间实体的描述——空间数据
1、描述的内容
2、基本特征
3、数据类型
位置、形状、尺 寸、
空间特征：地理 位置和空间关系
几何数据（空间 数据、图形数据）
关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
识别码（名称）、 实体的角色、功能、 行为、实体的衍生 信息
时间
属性特征—名称、 等级、类别等
指现象或物体随时间的变化。
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§3-1 空间实体及其描述
二、空间实体的描述——空间数据
1、描述的内容
位置、形状
识别码（名称）、 实体的角色、功能、 行为、实体的衍生 信息
时间
2、基本特征
空间特征：地理 位置和空间关系
属性特征—名称、 等级、类别等
时间特征
公路，单、双向之分。
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§3-1 空间实体及其描述
时间特征
属性数据—各种 属性特征和时间
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
RDBMS属性表---系等
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元数据
空间元数据
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§3-1 空间实体及其描述
二、空间实体的描述——空间数据
1、描述的内容