第三章空间数据结构与管理
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第3章空间数据管理
平原 1
低海拔 1 海 成 11
台地 2
低海拔 1
高阶地1 海蚀2
3.1.3 空间数据质量
空间数据质量的概念和内容
与数据质量相关的几个概念
误差
数据的准确性
数据的精密度
分辨率
不确定性
比例尺
空间数据质量指标和内容
数据 情况说明
位置精度
属性精度
时间精度
逻辑 一致性
数据的 完整性
数据的 相容性
数据的 可得性
土地利用数据库部分要素代码与名称
17
3）编码方法举例
——100万分之一地貌编码
第一级 第二级 第三级 第四级 第五级 第六级
一位码
×
相对高度
一位码
×
海拔高度
二位码
× ×
成因
一位码
×
次级成因
一位码
×
不确定
一位码
×
不确定
平原 1 台地 2 丘陵 3 小起伏山地 4 中起伏山地 5 大起伏山地 6 极大起伏山地7
——100万分之一地貌编码
第二位 Ⅱ地貌成因类型 第三 第五位 四位 次级 成因 成因 海积 1 第六位 形态 海滩 1 淤泥质1 砂质2 砾质3 生物4 低阶地2 洼地3 海积冲积 2 海蚀 3 低阶地1 平台 2 海积1 平坦的1 起伏的2 平坦的1 起伏的2 第七位 次一级形态 物质组成 倾 斜程度 类型 编码 1111100 1111110 1111111 1111112 1111123 1111124 1111120 1111130 1111200 1111300 1111310 1111320 2111110 2111111 2111112 2111210 19 2111211 2111212 类型 命名 海积平原 海滩 淤泥质海滩 砂质海滩 砾质海滩 生物海滩 海积低阶地 泻湖洼地 海积冲积平原 海蚀平原 海蚀低阶地 海蚀平台 海积高阶地 平坦的海积高阶地 起伏的海积高阶地 海蚀高阶地 平坦的海蚀高阶地 起伏的海蚀高阶地
空间数据组织与管理课件
空间查询
② 找出中心线长度超过“主街”的所有路段 SELECT RS1，name FROM Road_Segments RS1 WHERE ST_Length(RS1.Centerline)>
ANY(SELECT ST_Length(RS2.Centerline) FROM Road_Segments RS2 WHERE <>'主街')
子结点中矩形的最小外包矩形； ⑤ 若根结点不是叶结点，则至少包含2个子结点； ⑥ 所有的叶结点出现在同一层中； ⑦ 所有MBR的边与一个全局坐标系的坐标轴平行；
R树索引
优点 ① 采用空间聚类的方法对数据进行分区，提高了空间分区节点的利用效率； ② R树作为一棵平衡树，也降低了树的深度，提高了R树的检索效率； 缺点 ① 由于R树非叶结点的MBR允许重叠，这样会导致同一空间查询出现多条查
空间填充曲线
Hilbert曲线
2
Z曲线
1
空间填充曲线（space-filling curve）是一种降低空间维度的方法。它是一条 连续曲线，自身没有任何交叉，可以通过访问所有网络单元来填充包含均匀 网络的四边形。常用的空间填充曲Z曲线、Hilbert曲线。
空间填充曲线是一种重要的近似表示方法，将数据空间划分成大小相同的网 格，再根据一定的方法将这些网格编码，每个格指定一个唯一的编码，并在 一定程度上保持空间邻近性，即相邻的网格的标号也相邻，一个空间对象由 一组网格组成。这样可以将多维的空间数据降维表示到一维空间当中。
空间查询
Байду номын сангаас目录
01
定义
空间几何查询
02
空间定位查询
03
空间关系查询
04
空间数据组织与管理课件(PPT-56页)
• 一个城市地理信息系统数据量可达几十GB，如果考虑影 像数据的存储，可能达到几百个GB
• 需要在二维空间上划分块或图幅，在垂直方向上划分层进 行数据组织
空间数据管理
• 通用数据库管理系统在管理空间数据时，面临的问题：
– GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支持 – DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠
– 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储 存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩 展性，并可为各种用户共享
数据库基础
• 最常用的数据模型
– 层次模型（HierarchicalModel）
非关系模型
– 网状模型（NetworkModel） – 关系模型（RelationalModel） – 面向对象模型（ObjectOrientedModel）
矢量数据的管理
• 全关系型数据库管理
– 图形数据与属性数据都采用现有的关系型数据库存 储，使用关系数据库标准连接机制进行空间数据与 属性数据的连接
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间数据库 全关系管理空间数据
矢量数据的管理
• 对变长结构的空间几何数据的处理方法：
• 1996年，ESRI公司与Oracle等数据库开发商 合作，开发出一种能将空间图形数据也存放到 大型关系数据库中管理的产品，将其定名为 “spatialdatabaseengine”，简称SDE，即 为“空间数据库引擎”
空间数据库引擎
• 之后许多的GIS厂商和数据库厂商纷纷提出自己的商 业化的产品和解决方案，比较成熟的有GIS厂商ESRI 公司的ArcSDE，MapInfo公司的SpatialWare，数 据库厂商Oracle公司的Spatial，Informix公司的 SpatialDataBlade等产品和技术
• 需要在二维空间上划分块或图幅，在垂直方向上划分层进 行数据组织
空间数据管理
• 通用数据库管理系统在管理空间数据时，面临的问题：
– GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支持 – DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠
– 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储 存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩 展性，并可为各种用户共享
数据库基础
• 最常用的数据模型
– 层次模型（HierarchicalModel）
非关系模型
– 网状模型（NetworkModel） – 关系模型（RelationalModel） – 面向对象模型（ObjectOrientedModel）
矢量数据的管理
• 全关系型数据库管理
– 图形数据与属性数据都采用现有的关系型数据库存 储，使用关系数据库标准连接机制进行空间数据与 属性数据的连接
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间数据库 全关系管理空间数据
矢量数据的管理
• 对变长结构的空间几何数据的处理方法：
• 1996年，ESRI公司与Oracle等数据库开发商 合作，开发出一种能将空间图形数据也存放到 大型关系数据库中管理的产品，将其定名为 “spatialdatabaseengine”，简称SDE，即 为“空间数据库引擎”
空间数据库引擎
• 之后许多的GIS厂商和数据库厂商纷纷提出自己的商 业化的产品和解决方案，比较成熟的有GIS厂商ESRI 公司的ArcSDE，MapInfo公司的SpatialWare，数 据库厂商Oracle公司的Spatial，Informix公司的 SpatialDataBlade等产品和技术
第三章空间数据的组织与结构
第三章空间数据的组织与结构空间数据的组织与结构是指如何有效地管理和存储大量的空间数据，并通过数据结构的设计来支持对空间数据的查询和分析。
本文将介绍空间数据的组织与结构的相关概念和技术，并探讨其在实际应用中的应用。
空间数据的组织与结构主要包括三个方面：空间数据模型、空间索引和空间数据存储。
空间数据模型是描述和表示空间数据的方法和规范。
常用的空间数据模型有欧几里得空间模型、栅格空间模型和矢量空间模型等。
欧几里得空间模型是最简单和常用的空间数据模型，它主要通过坐标系和几何对象来描述和表示空间数据。
栅格空间模型是将空间分为固定大小的网格单元，每个单元可以表示一个值或几何对象。
矢量空间模型是通过点、线、面等几何对象来表示空间数据。
不同的空间数据模型适用于不同的应用场景，选择合适的空间数据模型对于提高数据的可用性和处理效率非常重要。
空间索引是一种数据结构，用于加快对空间数据的查询和分析。
常用的空间索引方法有R树、四叉树和网格索引等。
R树是一种平衡树结构，可以将空间数据划分为不重叠的矩形区域，并将每个矩形区域关联一个叶子节点。
四叉树是一种二叉树结构，将空间数据划分为大小相等的四个象限，并将每个象限关联一个子节点。
网格索引是将空间数据划分为固定大小的网格单元，每个单元可以包含一个或多个空间数据对象。
空间索引可以将相邻的空间数据对象组织在一起，从而加快空间数据的查询和分析。
空间数据存储是指将大量的空间数据有效地存储在物理介质上。
常用的空间数据存储方法有关系型数据库、文件系统和专用数据库等。
关系型数据库是最常用的存储空间数据的方法，它可以通过表和索引来组织和管理多个空间数据对象。
文件系统是一种将空间数据以文件的形式存储在磁盘上的方法，它可以通过目录和文件名来组织和管理空间数据。
专用数据库是一种专门用于存储和处理空间数据的数据库管理系统，它提供了高效的空间数据存储和查询功能。
在实际应用中，空间数据的组织与结构对于地理信息系统、物流管理和地图导航等领域具有重要的意义。
第三章-空间数据的处理
二值化
细化
跟踪
分 类 图 扫描 二值化
遥感影象图 栅格分类图 原始线划图
边界 提取 预 处 理
二值化 细化
编 辑
矢 量 跟 踪
数 据 压 缩
拓 扑 化
基于再生栅格数据的矢量化方法
首先对栅格数据按行扫描，找出位于各类型边界的栅格 单元，并将边界内部具有相同值或同质的栅格单元以一 种显著不同的符号进行充值，产生只记录类型边界栅格 值得文件； 其次建立对类型边界栅格单元的追踪算法，寻找同质区 的闭合曲线，同时计算其坐标，并整理成有序（按顺时 针或逆时针方向）的坐标数组； 最后处理相邻类型的公共边界，将按区域单元建立的数 据结构转换为按线段链建立的数据结构，以便实现任意 区域或类型数据的提取、综合、分析和制图输出。
数值变换：根据两种投影在变换区内的若干同名数字化点，
采用插值法，或有限差分法，或最小二乘法，或有限元法， 或待定系数法，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐 标的变换。
例如，采用二元三次多项式进行变换:
通过选择10个以上的两种投影之间的共同点， 并组成最小二乘法的条件式，进行解算系数。
第二节 空间数据结构的转换
不同格式的融合
数据存储格式和结构不同。 方式： 基于转换器的数据融合 基于数据标准的数据融合 基于公共接口的数据融合 基于直接访问的数据融合
MapInfo向Arcinfo转换
MapInfo中的地图可以有两种格式：Tab格式（表格式）、Mif格式（交换 格式）。 ArcInfo中的地图也支持多种格式：Shape格式、Coverage、E00（交换格 式）.... 由Tab->Shape：使用MapInfo工具中的通用转换器 由Tab->E00：使用MapInfo工具中的ArcLink 由Tab->Coverage：先转换成Shape，然后在ArcInfo中用Shapearc；或则 先转成E00，在Import 由Mif->Shape：使用MapInfo工具中的通用转换器；或则使用ArcToolbox 直接转换 由Mif->E00：在MapInfo中导入成Tab，然后使用MapInfo工具中的 ArcLink 由Mif->Coverage：先用ArcToolbox转换成Shape，然后在ArcInfo中用 Shape arc
GIS原理 总复习 总结 试题
（一）四叉树基本思想：
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）
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）
第三讲(空间数据管理)
是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，它将空 间数据组织为适合于计算机系统存储、管理和处理的逻辑结构 。
空间数据结构可分为两大类：矢量结构和栅格结构
4
第4页，共79页。
5
第5页，共79页。
• 栅格数据结构
是栅格数据模型在空间数据组织中的实现，是最简单、最直接的 空间数据结构。
栅格结构以规则的阵列（像元）来表示空间地物或现象分布的数 据组织，阵列中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性 代码。
对于线实体，则用一系列足够短的首尾相接的直线段近似表示一 条曲线，矢量结构中只记录这些小线段的起点和终点坐标，即将曲线 表示为坐标序列。
24
第24页，共79页。
GIS中的面实体又称多边形，是任意形状、边界完全闭合的空 间区域。
与表示线实体相似，矢量数据结构将面实体看作是由一系列 多而短的直线段组成的闭合曲线，并通过记录每个小线段的端点 坐标来记录多边形。只是曲线的起点和终点必须是同一个点。
30
第30页，共79页。
• 树状索引编码法 采用树状索引减少数据冗余并间接增加邻域信息。具体方
法为： –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。
31
第31页，共79页。
1）点文件：
点号
坐标
1
x1 ,y1
2
x2 ,y2
树状结构记录栅格数据，并通过四叉树状结构实现查询、修 改、量算等操作。
四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形 区域，最小的方形区域为一个栅格象元。
空间数据结构可分为两大类：矢量结构和栅格结构
4
第4页，共79页。
5
第5页，共79页。
• 栅格数据结构
是栅格数据模型在空间数据组织中的实现，是最简单、最直接的 空间数据结构。
栅格结构以规则的阵列（像元）来表示空间地物或现象分布的数 据组织，阵列中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性 代码。
对于线实体，则用一系列足够短的首尾相接的直线段近似表示一 条曲线，矢量结构中只记录这些小线段的起点和终点坐标，即将曲线 表示为坐标序列。
24
第24页，共79页。
GIS中的面实体又称多边形，是任意形状、边界完全闭合的空 间区域。
与表示线实体相似，矢量数据结构将面实体看作是由一系列 多而短的直线段组成的闭合曲线，并通过记录每个小线段的端点 坐标来记录多边形。只是曲线的起点和终点必须是同一个点。
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第30页，共79页。
• 树状索引编码法 采用树状索引减少数据冗余并间接增加邻域信息。具体方
法为： –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。
31
第31页，共79页。
1）点文件：
点号
坐标
1
x1 ,y1
2
x2 ,y2
树状结构记录栅格数据，并通过四叉树状结构实现查询、修 改、量算等操作。
四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形 区域，最小的方形区域为一个栅格象元。
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
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。
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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。
Chp3 空间数据结构解读
三角形的面积为6个平方单位，而右图中则为7个平方单位，这种误 差随像元的增大而增加。 c
c
几何偏差
5 4 3 b
ac距离: 7/4 (5) 面积: 7 (6)
a
a
b
属性偏差
2019/2/25
20
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。 除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存 储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂 的数据。
K（ Z）
7 444 454 405 505 5 415 500 510 4 400 054 044 3 040 041 050 051 140 141 150 151 6 554 555 541 515
1 0 1 2 3 4
2 004 005 014 015 104 105 004 005
000 001 010 011 100 101 110 111 002 003 012 013 102 103 112 113 020 021 030 031 120 121 130 131 022 023 032 033 122 123 132 133 200 201 210 211 300 301 310 311 202 203 212 213 302 303 312 313 220 221 230 231 320 321 330 331 222 223 232 233 322 323 332 333
数据库
独立编码
标识码
属性码
存储方法 点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串
第三讲空间数据组织与管理PPT课件
弧段 起点
终点
）
点-弧拓扑 点 弧-面拓扑 弧
弧段 左面
右面
11/4/2020
17
矢
量 拓扑结构：部分显式表达 数
据 结
用上述部分表格表示空间目标的拓扑关 系
构
System9：面-弧 、弧-点
（
DIME：弧-点、弧-面
续
目前商用GIS还没有超出上述四个表格的 拓扑关系
）
11/4/2020
18
矢 量 数 据 结 构 （ 续 ）
11/4/2020
拓扑结构：物理实现
▪ 串行指针
面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储 POLYVRT（美国计算机图形及空间分析实验
室） TIGER（美国人口调查局）
▪ 直接存储
Arc/Info、GeoStar
19
矢 拓扑结构：拓扑关系与数据共享 量 维护数据的一致性 数 据 结 构 （ 续 ）
空 线状 目标标识 地物编码 坐 标串 起点、终点、左面、右面 间 对象 目标标识 等级 路面材料 宽度 修建时间 管养单位 …… 对 象 面状 目标标识 地物编码 边界目标号
对象 目标标识 所有者 建筑日期 建筑单位 建筑面积 结构 ……
地物类型特征与制图属性
地物编码 地物名称 几何类型 制图颜色 制图符号编码 属性表明
11/4/2020
5
11/4/2020
6
CAD模型
11/4/2020
7
影像数据模型
11/4/2020
8
影像数据模型和栅格数据模型区别
▪ Image 没有属性数据表，仅一个属性项 ▪ 栅格数据具有属性表，并且可和其他的属
性表进行联合运算。 ▪ 应用：影像数据仅作影像处理，而栅格模
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
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24 25 8 6
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5
B
C
D
EaΒιβλιοθήκη bcfg
h j
p03第三章 空间数据模型-第六-八节2
要素的特点
① 要素具有形状 ② 要素具有空间参考 ③ 要素具有属性 ④ 要素具有子类 ⑤ 要素具有关联 ⑥ 要素属性可以被限制 ⑦ 要素能用规则来验证 ⑧ 要素具有拓扑关系 ⑨ 要素具有复杂的行为
1）要素具有形状
要素的形状是以 Geometry （shape）这么一个特殊字段存储在要素类 表中的。要素可以用以下这些几何类型表达： 点或多点（一组点） 线（一组相连或不相连的线段） 多边形（不相邻或嵌套的环）。环是由一组连接的、闭合的、不 相交的线段组成的
• 属性关联：也可以定义非空间对象的关联，如房屋与 其主人的关系。
6）要素属性可以被限制
• 为加强数据录入的准确性，还可以制定属性域对要素的属性 进行限定。属性域，表现为一个数值范围或合法值的列表， 也可以在要素创建之时为其属性自动分配一个缺省值。可以 在要素类中为不同的子类设置不同的属性域和缺省值。
要素集中可以存储对象（Objects）、要素（features）及关联 类（Relationship class）和拓扑、几何网络。
对象、要素和关联类直接存储在 Geodatabase 中，不需要非得 存放在要素集中。
二、对象类
• 对象类是Geodatabase中的一个表，保存与地理对 象相关联的描述性信息；
7）要素能用规则来验证
• 现实世界中的对象存在或改变都是必须遵循一定规则 的。可以用这样的规则来限制几何网络中元素的制约 规则，或者定义这些元素关联的对应基数。
8）要素可具有拓扑关系
各类型要素之间具有的精确的空间位置关系就叫做拓扑。 例如，宗地 的二级小分块必须是彼此严格毗邻的，不允许有缝隙和重叠。这种二 维关系称为平面拓扑。
第八节、面向对象的空间数据模型介绍
第三章 空间数据结构
（三）栅格数据的组织
数据文件 像元1
像元2 … 像元n
X坐标
数据文件
Y坐标
层1属性
层1
层2属性 ...
层n属性
层2 …
层n
像元1
X坐标
Y坐标 属性值
数据文件 层1
像元2 ...
像元n
多边 形1
属性值 像元1坐标
像元2坐标 … 像元n坐标
多边形2 ... 多边形n
层2 …
层n
（四）栅格结构的建立
一）建立途径
数据存储量大
（2）费尔曼链码 （边界编码）
将线状地物或区域边界表示为：由某一起始点 和某些基本方向上的单位矢量链组成。
前两个字母表示起点的行列号，从第三个数 字开始每个数字表示单位矢量的方向。
单位矢量的长度 为一个栅格单元， 后续点可能位于前 继点8个基本方向上。
7
0
1
6
2
5
4
3
（2）费尔曼链码 （边界编码）
三）栅格属性值的确定
4、重要性法
突出某些主要属性，只要在栅格中出现就把该属性作为 栅格属性
A
B
C
D
AABB AABB CDDB DDDD
三）栅格属性值的确定
5、百分比法
根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定单 元的取值。
A
B
C
D
AABB AABB CDDB DDDD
（五）栅格数据编码方式
（3）游程（行程）编码
特点：属性的变化愈少，游程愈长，即压缩比的
大小与图的复杂程度成反比。
优点：数据压缩率高，易于实现叠加，检索和合
并运算。
缺点：适合类型区面积较大的专题图、遥感影像
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
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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
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2
98
17
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7
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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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AB
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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
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c f g hj
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线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
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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),
第三章-空间数据模型
多 边 形 与 弧 段 ： P2 与 L3,L5,L2
2）邻接性： (同类元素之 间)
多边形之间、结点之间。
邻接矩阵
重叠：-- 邻接：1 不邻接： 0
P1 P2 P3 P4 P1 -- 1 1 1 P2 1 -- 1 0 P3 1 1 -- 0 P4 1 0 0 --
3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络 分析中确定路径、街道是否相通。
连通矩阵： 重叠：-- 连通：1 不连通：0
V1 V2 V3 …
V1 -- 1 0 V2 1 -- 1 V3 0 1 --
4）拓扑包含：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
P2
P1
P2
P3 P2
P1 P1
P2
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
2 杨树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
3 松树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
空间对象的矢量数据模型
3.4 空间逻辑数据模型
二、栅格数据模型
在栅格数据模型中，点实体是一 个栅格单元（cell）或像元，线实体 由一串彼此相连的像元构成，面实 体则由一系列相邻的像元构成，像 元的大小是一致的。
象）
分类
子类/超类 等效
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性
2）邻接性： (同类元素之 间)
多边形之间、结点之间。
邻接矩阵
重叠：-- 邻接：1 不邻接： 0
P1 P2 P3 P4 P1 -- 1 1 1 P2 1 -- 1 0 P3 1 1 -- 0 P4 1 0 0 --
3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络 分析中确定路径、街道是否相通。
连通矩阵： 重叠：-- 连通：1 不连通：0
V1 V2 V3 …
V1 -- 1 0 V2 1 -- 1 V3 0 1 --
4）拓扑包含：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
P2
P1
P2
P3 P2
P1 P1
P2
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
2 杨树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
3 松树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
空间对象的矢量数据模型
3.4 空间逻辑数据模型
二、栅格数据模型
在栅格数据模型中，点实体是一 个栅格单元（cell）或像元，线实体 由一串彼此相连的像元构成，面实 体则由一系列相邻的像元构成，像 元的大小是一致的。
象）
分类
子类/超类 等效
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性
空间数据组织与管理
平台架构
建立一个安全、稳定、高效的空 间数据共享平台，包括数据存储、 数据处理、数据查询和数据分发 等功能模块。
数据整合
将不同来源、不同格式的空间数 据进行标准化和规范化，整合到 一个统一的共享平台上，便于用 户查询和使用。
用户管理
建立完善的用户管理制度，对用 户进行身份认证和权限管理，确 保数据的安全性和保密性。
空间数据组织与管理
• 空间数据概述 • 空间数据组织方式 • 空间数据存储管理 • 空间数据查询与检索 • 空间数据共享与分发 • 空间数据可视化表达与地图制作
目录
空间数据概述
空间数据的定义与特点
总结词
空间数据是描述地理空间中各种要素的数据，具有空间位置、属性、时间三个基本要素。
详细描述
空间数据是地理信息系统（GIS）的基础，它描述了地理空间中各种要素的位置、特征 和属性。这些要素可以是自然物体，如山川、湖泊、植被等，也可以是人文要素，如建 筑物、道路、人口分布等。空间数据的特点包括空间位置的唯一性、属性描述的多样性
空间数据版权保护
1 2 3
版权标识 对共享平台上的空间数据添加版权标识，明确数 据的所有权和使用权，防止未经授权的数据使用 和传播。
访问控制 建立严格的访问控制机制，限制用户对数据的访 问权限，防止未经授权的访问和数据泄露。
法律保护 加强相关法律法规的建设和执行，对侵犯版权的 行为进行严厉打击，保护数据所有者的合法权益。
空间数据的应用领域
总结词
空间数据在城市规划、环境保护、资源调查、灾害监 测等领域具有广泛应用。
详细描述
空间数据在许多领域都有重要的应用价值。在城市规划 中，空间数据可用于城市用地布局、交通规划等方面； 在环境保护中，空间数据可用于监测环境污染、评估生 态保护效果等；在资源调查中，空间数据可用于土地资 源、水资源、矿产资源等的调查和评估；在灾害监测中， 空间数据可用于灾害预警、灾后评估等。此外，空间数 据还可应用于军事侦察、农业管理、旅游规划等领域。
(第三章)空间数据结构
(第三章)空间数据结构空间数据结构1·简介空间数据结构是在计算机科学领域中用于表示和组织空间数据的数据结构。
它们被广泛应用于地理信息系统（GIS）、计算机图形学、计算机视觉等领域。
2·常见的空间数据结构2·1·四叉树四叉树是一种常见的空间数据结构，它将空间划分为四个象限，并将空间中的点或对象存储在树节点中。
它可以支持高效的空间查询和检索操作，特别适用于二维空间数据。
2·2·八叉树八叉树是四叉树的扩展，将空间划分为八个象限。
它在三维空间中更加常用，可以表示立方体或球体中的对象。
八叉树适用于对三维空间进行高效的查询和搜索。
2·3·R树R树是一种多叉树，用于表示和组织高维空间中的对象。
它通过将空间划分为矩形区域来存储和查询对象。
R树广泛应用于空间数据库和地理信息系统中。
2·4·KD树KD树是一种二叉树，用于存储和查询k维空间中的对象。
它通过将空间划分为超平面来快速定位对象。
KD树在计算机视觉领域中广泛使用，特别适用于最近邻搜索和范围搜索。
2·5·网格网格是一种将空间划分为规则网格单元的数据结构。
它是一种简单而高效的空间索引方法，可以快速进行点查询和范围查询。
3·空间查询操作3·1·点查询点查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中的对象。
点查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
3·2·范围查询范围查询是通过给定一个矩形区域来查找空间数据结构中与该区域相交的对象。
范围查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
3·3·最近邻查询最近邻查询是通过给定一个点坐标来查找空间数据结构中最接近该点的对象。
最近邻查询可以通过遍历整个数据结构或使用特定的查询算法来实现。
4·附件附件一：四叉树示意图附件二：八叉树示意图附件三：R树示意图附件四：KD树示意图附件五：网格示意图5·法律名词及注释5·1·GIS（地理信息系统）：是一种用于捕获、存储、分析、管理和展示地理空间数据的计算机系统。
空间数据结构与管理
每个多边形在数据库中是相互独立、分开存储的。
01
03
02
坐标序列法的优缺点
优点：文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。 缺点：①多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生冗余和碎屑多边形；如重叠陕长多边形及裂缝的产生。 ②每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的共同边界； ③不能解决“洞”和“岛”之类的多边形嵌套问题。 ④没有方便方法来检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如有无不完整的多边形（死点）或拓扑学上不能接受的环（奇异多边形）。 这种方法可用于简单的粗精度制图系统中。
Ⅱ树状索引编码法
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。
线与多边形之间的树状索引
图形数据
4
二、矢量数据结构
定位明显：其定位是根据坐标直接存储的，无需任何推算。 属性隐含：属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。 矢量数据结构图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂的多，在叠加运算、邻域搜索等操作时比较困难，有些甚至难以实现， 在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和精度。
02
03
04
手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。
由矢量数据转换而来。
扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。
遥感影像数据，对地面景像的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的像素值序列。
01
03
02
坐标序列法的优缺点
优点：文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。 缺点：①多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产生冗余和碎屑多边形；如重叠陕长多边形及裂缝的产生。 ②每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的共同边界； ③不能解决“洞”和“岛”之类的多边形嵌套问题。 ④没有方便方法来检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如有无不完整的多边形（死点）或拓扑学上不能接受的环（奇异多边形）。 这种方法可用于简单的粗精度制图系统中。
Ⅱ树状索引编码法
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。
线与多边形之间的树状索引
图形数据
4
二、矢量数据结构
定位明显：其定位是根据坐标直接存储的，无需任何推算。 属性隐含：属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。 矢量数据结构图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂的多，在叠加运算、邻域搜索等操作时比较困难，有些甚至难以实现， 在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和精度。
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手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。
由矢量数据转换而来。
扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编码、存贮，即得该专题图的栅格数据。
遥感影像数据，对地面景像的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段量化后，以数字形式记录下来的像素值序列。
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3.2.1 空间数据结构
地理信息系统空间数据结构是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据 编码是空间数据结构的实现，目的是将图形数据、影像数据、统计数据等资料， 按一定的数据结构转换为适用于计算机存储和处理的形式。
一种高效率的数据结构应具: （1）能够正确表示要素之间的层次关系，便于不同数据联接和覆盖。 （2）正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间相互关系。 （3）便于存取和检索。 （4）节省存贮空间，减少数据冗余。 （5）存取速度快，在运算速度较慢的微机上要达到快速响应。 （6）足够灵活性，数据组织具有插入新数据、删除或修改部分数据的基本功能。
行程和块式编码都对大而简单的多 边形更有效，块式编码对多边形之间 求并和求交较方便。
Ⅲ 、四叉树编码
根据栅格数据二维空间分布特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2n， 且n>1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。
四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其 中最上面的一个结点叫做根结点，对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点， 可能落在不同层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域 覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子 区的代码。
Ⅰ 、 行程编码
①行程编码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 及相同代码重复的个数。
②行程编码2
逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代码，下图可沿列方 向进行行程编码：
1列：（1，3），（3，1）； 2列：（1，3），（4，1）； 3列：（1，3），（5，1）； 4列：（1，4），（2，3），（5，1）； 5列：（1，4），（4，3），（6，2），（7，1）； 6列：（1，4），（4，2）； 7列：（1，4），（4，2）； 8列：（1，4），（3，2）。
⑸格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。
4、简单栅格数据排列方式
常用栅格排列顺序
遥感图像数据排列方式
（1）BSQ方式：各波段的二维图像数据按波段顺 序排列。
（2）BIL方式： 对每一行中代表一个波段的光 谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行。
（3）BIP方式：在一行中，每个像元按光谱波段 次序进行排列。
⑴中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。
⑵长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。
⑶面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。
⑷重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
⑴属性明显：数据直接记录了属性或指向属性的指针，可以直接得到地物的属 性代码。
⑵定位隐含：栅格结构是按一定的规则排列的，实体位置隐含在格网文件的存 储结构中。
⑶栅格数据结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是 易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。
2、栅格数据取值方法
每个像元可能是占一个字节的整型数。如果图像比较大，这种逐点存储的方 式，所占的空间是十分巨大的。所以在实际存储时，多采用压缩存储的方式。
5、栅格数据存储的压缩编码
压缩编码的目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的Fra bibliotek息，类型分为：
⑴信息无损编码：编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可以完全 恢复原来的信息。
GIS支持的空间数据结构： ☆ 矢量数据结构 ☆ 栅格数据结构 ☆ 矢量—栅格混合数据结构
一、栅格数据结构
栅格数据结构是指将地球表面
格网分辨率
划分为大小均匀紧密相邻的网格阵
X：行
列，每个网格作为一个像元或像素
由行、列定义，并包含一个代码表
示该像素的属性类型或量值，或仅
仅包括指向其属性记录的指针，表 示地物或现象的非几何属性特征。
为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n 为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度。
为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便地完成各 种图形操作，专家们已提出多种编码方式。
行程编码优缺点
⑴优点：压缩效率较高，且易于进行检索，叠加合并等操作，运算简单， 适用于机器存储容量小，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。
⑵缺点：对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩 后的数据量比原始数据还大。
Ⅱ 、 块式编码
把多边形范围划分成由像元组成 的正方形，然后对各个正方形进行编 码。块式编码数据结构中包括3个数字： 块的初始位置（行、列号）和块的大 小（块包括的像元数），再加上记录 单元的代码组成。
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
Y：列
栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但可以随应用的需要进行具体 设定，比如设置为三角形。
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。栅格尺寸越小，其分 辨率越高，数据量也越大。
栅格单元中存在多种地物，导致属性误差，“混合像元”问题。
1、栅格数据结构特点
3、栅格数据获取途径
⑴手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。 ⑵扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性
对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编 码、存贮，即得该专题图的栅格数据。 ⑶由矢量数据转换而来。
⑷遥感影像数据，对地面景像的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光 谱段量化后，以数字形式记录下来的像素值序列。
⑵信息有损编码：为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程 中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复。
在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而对原始遥感影像 进行压缩时也可以采取有损压缩编码方法。但数据压缩所获得的空间节省与 数据处理的时间花费往往是成正比例，即所节省的空间越多，数据压缩与解 压所需的时间往往也多，因此所采取的方法要根据实际情况而定。
地理信息系统空间数据结构是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据 编码是空间数据结构的实现，目的是将图形数据、影像数据、统计数据等资料， 按一定的数据结构转换为适用于计算机存储和处理的形式。
一种高效率的数据结构应具: （1）能够正确表示要素之间的层次关系，便于不同数据联接和覆盖。 （2）正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间相互关系。 （3）便于存取和检索。 （4）节省存贮空间，减少数据冗余。 （5）存取速度快，在运算速度较慢的微机上要达到快速响应。 （6）足够灵活性，数据组织具有插入新数据、删除或修改部分数据的基本功能。
行程和块式编码都对大而简单的多 边形更有效，块式编码对多边形之间 求并和求交较方便。
Ⅲ 、四叉树编码
根据栅格数据二维空间分布特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2n， 且n>1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。
四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其 中最上面的一个结点叫做根结点，对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点， 可能落在不同层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域 覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子 区的代码。
Ⅰ 、 行程编码
①行程编码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 及相同代码重复的个数。
②行程编码2
逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代码，下图可沿列方 向进行行程编码：
1列：（1，3），（3，1）； 2列：（1，3），（4，1）； 3列：（1，3），（5，1）； 4列：（1，4），（2，3），（5，1）； 5列：（1，4），（4，3），（6，2），（7，1）； 6列：（1，4），（4，2）； 7列：（1，4），（4，2）； 8列：（1，4），（3，2）。
⑸格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。
4、简单栅格数据排列方式
常用栅格排列顺序
遥感图像数据排列方式
（1）BSQ方式：各波段的二维图像数据按波段顺 序排列。
（2）BIL方式： 对每一行中代表一个波段的光 谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行。
（3）BIP方式：在一行中，每个像元按光谱波段 次序进行排列。
⑴中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。
⑵长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。
⑶面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。
⑷重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
⑴属性明显：数据直接记录了属性或指向属性的指针，可以直接得到地物的属 性代码。
⑵定位隐含：栅格结构是按一定的规则排列的，实体位置隐含在格网文件的存 储结构中。
⑶栅格数据结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是 易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。
2、栅格数据取值方法
每个像元可能是占一个字节的整型数。如果图像比较大，这种逐点存储的方 式，所占的空间是十分巨大的。所以在实际存储时，多采用压缩存储的方式。
5、栅格数据存储的压缩编码
压缩编码的目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的Fra bibliotek息，类型分为：
⑴信息无损编码：编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可以完全 恢复原来的信息。
GIS支持的空间数据结构： ☆ 矢量数据结构 ☆ 栅格数据结构 ☆ 矢量—栅格混合数据结构
一、栅格数据结构
栅格数据结构是指将地球表面
格网分辨率
划分为大小均匀紧密相邻的网格阵
X：行
列，每个网格作为一个像元或像素
由行、列定义，并包含一个代码表
示该像素的属性类型或量值，或仅
仅包括指向其属性记录的指针，表 示地物或现象的非几何属性特征。
为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n 为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度。
为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便地完成各 种图形操作，专家们已提出多种编码方式。
行程编码优缺点
⑴优点：压缩效率较高，且易于进行检索，叠加合并等操作，运算简单， 适用于机器存储容量小，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。
⑵缺点：对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩 后的数据量比原始数据还大。
Ⅱ 、 块式编码
把多边形范围划分成由像元组成 的正方形，然后对各个正方形进行编 码。块式编码数据结构中包括3个数字： 块的初始位置（行、列号）和块的大 小（块包括的像元数），再加上记录 单元的代码组成。
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
Y：列
栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但可以随应用的需要进行具体 设定，比如设置为三角形。
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。栅格尺寸越小，其分 辨率越高，数据量也越大。
栅格单元中存在多种地物，导致属性误差，“混合像元”问题。
1、栅格数据结构特点
3、栅格数据获取途径
⑴手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。 ⑵扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色与属性
对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再进行栅格编 码、存贮，即得该专题图的栅格数据。 ⑶由矢量数据转换而来。
⑷遥感影像数据，对地面景像的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光 谱段量化后，以数字形式记录下来的像素值序列。
⑵信息有损编码：为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程 中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复。
在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而对原始遥感影像 进行压缩时也可以采取有损压缩编码方法。但数据压缩所获得的空间节省与 数据处理的时间花费往往是成正比例，即所节省的空间越多，数据压缩与解 压所需的时间往往也多，因此所采取的方法要根据实际情况而定。