第二章-2 空间数据结构的类型资料

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；
20：x1,y1；x12,y12；x13,y13；x14,y14；x15,y15；x16,y16； x17,y17；x18,y18；x19,y19；x20,y20；x21,y21；x22,y22； x23,y23；x8,y8；x9,y9；x10,y10；x11,y11； x1,y1；
30：x33,y33；x34,y34；x35,y35；x36,y36；x37,y37；x38,y38； x39,y39；x40,y40； x33,y33； 40：x19,y19；x20,y20；x21,y21；x28,y28；x29,y29；x30,y30； x31,y31；x32,y32； x19,y19；
2.3 空间数据结构的类型
2.3.1 空间数据结构的概念和类型
空间数据结构 也称为图形数据格式，是指适用于
计算机系统存贮、管理和处理的地理图形数据的逻 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 。 换句话说，是指空间数据以什么形式在 计算机中存储和管理。
在地理信息系统中，常用的空间数据结构有两种， 即矢量数据结构和栅格数据结构。
狄洛尼（Delaunay）三角网：为相互邻接 且互相不重叠的三角形的集合，每一个三 角形的外接圆内不含其他的点。 狄洛尼三角形外接圆不包含其他点的特性 被用作从一系列不重合的平面点建立狄洛 尼三角网的基本法则，可以称为狄洛尼法 则
狄 （洛 三尼 角三 网角 生网 长的 法构 ）建 ：
Delaunay三角网的特性
左多边形 p4 p3 p4 p2 左多边形 p4 p1 p3 p2 左多边形 p2 p1
右多边形 p2 p1 p3 p1 右多边形 p2 p3 p4 p1 右多边形 p1 p3
a7
a8
N4
N2
N3
N3
p3
p4
p4
p2
如果依照上述顺序连接的多边形不能首尾 呼应，或者出现记录缺损或记录多余等情 况，同样也表示弧段文件有错，必须改正 出错的记录。直到结点都经过编辑和改正， 才能将该弧段文件和多边形文件的自动生 成以及数据库的建立。
3） 多边形矢量编码
由多边形边界的x,y 坐标队集合及说明 信息组成
多边形环路（坐标序列法）法
树状（层次）索引编码法 拓扑结构编码法
3）曲面数据结构
曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有 这种覆盖表面的要素有地形、降水量、温 度、磁场等。表示和存储这些要素的基本 要求是必须便于连续现象在任一点的内插 计算，因此经常采用不规则三角网来拟合 连续分布现象的覆盖表面，称为TIN （Triangulated Irregular Network）数据 结构
1 3 8 2 4 7 6 B A C
D
5
三角 形的 标识 码
相邻三角形 ∆1 ∆2
三角形顶点
顶点坐标和特征值
X1，y1，z1 X2，y2，z2 X3，y3，z3
∆3 1st 2st 3st
A
B
C
D 1
2
7
泰森多边形（Thiessen Polygon）
弗若洛依图（Voronoi Diagram）在二维空间中 也称泰森多边形（Thiessen Polygon）。 区域D上有n个离散点Pi(Xi,Yi)(i=1,2,…,n),若将D 用一组直线段分成n个互相邻接的多边形,满足: 1)每个多边形内含且仅含一个离散点 2)D中任意一点P‘(X’,Y‘)若位于Pi所在的多边形内, 则满足 由以上定义可知,泰森多边形的分法是唯一的;每 个泰森多边形均是凸多边形;任意两个泰森多边形 不存在公共区域。
在这种数据结构中，弧段或链段是数据组 织的基本对象。
拓扑数据结构最重要的技术特征和贡献是 具有拓扑编辑功能。 拓扑编辑功能包括多边形连接编辑和结点 连接编辑
a.多边形连接编辑
弧段号
a2 a7
起点 终点 左多边形 右多边形
N2 N3 N4 N4 0 p4 p4 p3
N5
N1
P2
P1
N3 P3
矢量数据模型
对于点实体（0维对象），没有长度和宽度
只记录其在特定坐标系下的坐标和属性 代码；
线实体（1维对象），只有长度没有宽度：
用一系列足够短的直线首尾相接表示一条 曲线。
矢量结构中只记录这些小线段的端点坐标， 将曲线表示为一个坐标序列，坐标之间认 为是以直线段相连，在一定精度范围内可 以逼真地表示各种形状的线状地物 。
“多边形”在地理信息系统中是指一个任 意形状、边界完全闭合的空间区域。
其边界将整个空间划分为两个部分：包含 无穷远点的部分称为外部，另一部分称为 多边形内部。
多边形的边界线同线实体一样，可以被看 作是由一系列多而短的直线段组成。
（2） 特点：定位明显，属性隐含。 （3） 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。
二、矢量数据结构编码方法
1）点实体矢量编码方法 2）线实体矢量编码方法 3）多边形矢量编码方法
二、矢量数据编码方法
简单点 点类型 文本点 结 点
1） 点实体编码
统一标识 x,y 坐标
类别或系列号
比例 简单点——符号 朝向 比例 朝向 文本点——字符 字体 文句 线指针 结 点——符号 线交汇编
N4 P4
N2
a8
N2
N3
p4
p2
弧段号 起点 终点 左多边形 右多边形 a2 a7 a8 弧段号 a2 a8 a7 N2 N4 N3 N4 N3 N2 0 p3 p2 p4 p4 p4
起点 终点 左多边形 右多边形 N2 N4 N3 N4 N3 N2 0 p3 p2 p4 p4 p4
如果依照上述顺序连接的结点不能自行闭 合，或者出现记录缺损或记录多余等情况， 则表示弧段文件有错，必须改正出错的记 录。直到所有多边形都经过编辑和改正， 再转入结点连接编辑。
多边形转换器（POLYVRT）
特点： 点是相互独立的，点连成线，线构成 面。 每条线始于起始结点（FN），止于 终止结点（TN）并与左右多边形（LP和 RP）相邻接。
构成多边形的线又称为链段或弧段，两条 以上的弧段相交的点成为结点，由一条弧 段组成的多边形成为岛，多边形图中不含 岛的多边形称为简单多边形，表示单连通 区域；含岛区的多边形成为复合多边形， 表示复连通区域。
50：x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x7,y7；x6,y6；x24,y24； x25,y25；x26,y26；x27,y27；x28,y28； x21,y21；
特点： 1.数据按点、线或多边形为单元组织，数据编排直观， 数字化操作简单； 2．每个多边形都以闭合线段存储，多边形之间的公共 边界被数字化和存储两次，造成数据冗余和不一致； 3．点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数 据，互相之间不关联。
2.3.2 矢量数据结构
矢量数据结构是利用欧几里得几何学
中的点、线、面及其组合体来表示地 理实体空间分布的一种数据组织方式；
即通过记录坐标的方式尽可能精确地
表示点、线、多边形等地理实体.
注意：由于坐标空间设为连续，所以允许任 意位置、长度和面积的精确定义。 但是，其精度仅受数字化设备的精度和数 值记录字长的限制，在一般情况下，比栅格 结构精度高得多 。
DIME(双重独立坐标地图编码，Dual Independent Map Encoding)编码系统 DIME是美国人口调查局在人口调查的 基础上发展起来的，它通过有向编码建立 了多边形、边界、节点之间的拓扑关系， DIME编码成为其它拓扑编码结构的基础
拓扑整合的地理编码和参考系统（TIGER)
它角 连 多从 被形 形 边左 ） 称网 成 形图 。 为是 的 中中 狄泰 一 各可 洛森 个 已以 尼多 三 知看 三边 角 点出 角形 形 参来 网的 网 考， （对 ， 点将 偶该 泰 图 三 相森 ，

TIN
(
D-
)
用迪洛尼三角网构建泰森多边形 给定一个D-TIN，对于它的所有内边，连接共 有每条内边的两个三角形的外接圆的圆心，即构 成该TIN的平面点集Voronoi图。 （1）首先构建离散平面点集的D-TIN； （2）然后求取各三角形的外接圆心； （3）对每一个离散点，按顺时针或逆时针方 向连接与其关联的三角形的外接圆心，即得到该 离散点的泰森多边形； （4）将各离散点的泰森多边形形成集合，即 得到本平面点集的泰森多边形。
1 3 8
2
4 7
6
5
这种基于TIN的曲面数据结构，通常用于数 字地形的表示，或者按照曲面要素的实测 点分布，将它们连成三角网，三角网中每 个三角形要求尽量接近等边形状，并保证 由最邻近的点构成的三角形，即三角形的 边长之和最小。在所有可能的三角网中， 狄洛尼（Delaunay）三角网在地形拟合方 面表现最为出色。
建立和显示数据库联系的属性
其它非几何属性
2） 线实体编码
唯一标示码 线标示码 起始点 终止点 坐标对序列 显示信息 非几何属性
唯一标识码是系统排列序号；
线标识码可以标识线的类型；
起始点和终止点号可直接用坐 标表示；
显示信息是显示时的文本或符 号等； 与线相联系的非几何属性可以 直接存储于线文件中，也可单 独存储，而由标识码联接查找 。
常用的空间数据结构
X
xn yn xi yi x1 y1 x2 y2
i
Y
j
同一条曲线的矢量与栅格表示法
2.3.2 矢量数据结构
（1） 定义 基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据 结构。 矢量也叫向量，数学上称“具有大小和方 向的量”为向量。 在计算机图形中，相邻两结点间的弧段长 度表示大小，弧段两端点的顺序表示方向， 因此弧段也是一个直观的矢量。
2.3.3 矢量数据结构编码
一、编码的概念和意义
地理数据编码，是根据GIS的目的和任务， 把地图、图像等资料按一定数据结构转换为适于 计算机存贮和处理的数据过程。地理内容的编码 要反映出地理实体的几何特征，以及地理实体的 属性特征，空间数据的编码是地理信息系统设计 中最重要的技术步骤，它表现由现实世界到数据 世界之间的界面，是联结从现实世界到数据世界 的纽带。
2.3.2 矢量数据结构
矢量数据结构分为以下几种主要类型 简单数据结构 拓扑数据结构 曲面数据结构
1）简单数据结构 a.面条（Spaghetti方式）在简单数据结构中，空间数据按 照以基本的空间对象（点、线、多边形）为单位进行单独 组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条（Spaghetti 方式）
①其Delaunay三角网是唯一的； ②三角网的外边界构成了点集P的凸多边形 “外壳”； ③没有任何点在三角形的外接圆内部，反之， 如果一个三角网满足此条件，那么它就是 Delaunay三角网； ④如果将三角网中的每个三角形的最小角进行 升序排列，则Delaunay三角网的排列得到的数值 最大，从这个意义上说， Delaunay三角网是 “最接近于规则化”的三角网。（等边三角形）
4. 岛只作为一个单个的图形建造，没有与外包多边形 的联系；
5．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）拓扑数据结 构
拓扑型数据结构由弧段坐标文件、Βιβλιοθήκη Baidu点文 件和多边形文件等一系列含拓扑关系的数 据文件组成。
结点文件由结点记录组成，存贮每个结
点的结点号、结点坐标及与该结点连接 的弧段等 弧段坐标文件存贮组成弧段的点的坐标 弧段文件由弧记录组成，存贮弧段的起 止结点号和左右多边形号； 多边形文件由多边形记录组成，存贮多 边形号、组成多边形的弧段号以及多边 形的周长、面积、中心点坐标。
b.结点连接编辑
N1 P2 P1 N5 P3 N4 N3 P4 N2
弧段号 a8 a6 a7 a5 弧段号 a8 a6 a7 a5 弧段号 a5 a6
起点 N2 N3 N3 N1 起点 N2 N5 N4 N1 起点 N1 N5
终点 N3 N5 N4 N3 终点 N3 N3 N3 N3 终点 N3 N3