第二章空间数据结构PPT讲稿.ppt

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1、第二章空间数据结构第二章空间数据结构第1页，共54页，编辑于2022年，星期二2.12.1空间数据模型的类型空间数据模型的类型在在在在GISGIS中与空间信息有关的空间数据模型主要有两个中与空间信息有关的空间数据模型主要有两个中与空间信息有关的空间数据模型主要有两个中与空间信息有关的空间数据模型主要有两个 基基于于场场(field-based)(field-based)(field-based)(field-based)的的空空间间模模型型把把地地理理空空间间的的事事物物和和现现象象作作为为连连续续的的变变量量或或体体来来看看待待，表表示示了了在在二二维维或或者者三三维空间中，空间实体的属性信

2、息被看作是连续变化的数据。维空间中，空间实体的属性信息被看作是连续变化的数据。n nA collection of spatial distributionsn nContinuous data.Continuous data.n nExamplesn naltitude,n nrainfall,n ntemperature,n ncrop yield.第2页，共54页，编辑于2022年，星期二有毒气体扩散分析有毒气体扩散分析第3页，共54页，编辑于2022年，星期二 基于对象基于对象(object-based)(object-based)(object-based)(object-based

3、)的模型强调了离散对象的模型强调了离散对象的模型强调了离散对象的模型强调了离散对象,将将研究的整个地理空间看成一个空间域，地理实体和现研究的整个地理空间看成一个空间域，地理实体和现象作为独立的对象分布在该空间域中，根据它们的边象作为独立的对象分布在该空间域中，根据它们的边界线以及它们的组成或者与它们相关的其它对象，可界线以及它们的组成或者与它们相关的其它对象，可以详细地描述离散对象。以详细地描述离散对象。任何现象，无论大小，都可以被确定为一个对象任何现象，无论大小，都可以被确定为一个对象(Object)(Object)，且假设它可以从概念上与其邻域现象相分离。，且假设它可以从概念上与其邻域现象

4、相分离。在欧氏（在欧氏（EuclideanEuclidean）空间中主要有点对象、线对象、多）空间中主要有点对象、线对象、多）空间中主要有点对象、线对象、多）空间中主要有点对象、线对象、多边形对象和体。边形对象和体。边形对象和体。边形对象和体。n ncomposed of identifiable entities n nDiscrete data.n nExamplesn nroads,rivers,n nland parcels,islandn nboreholes第4页，共54页，编辑于2022年，星期二地理信息系统两种数据类型是通过两种空间数据结构来实现：栅格（raster）and 矢

5、量（矢量（vectorvector）。）。栅格数据模型是典型的基于域的模型。矢量数据模型是典型的基于对象的空间数据模型。cells(grid)pixels(image)Field-baseddataObject-baseddataRaster modelVector modellllllpointslinespolygons第5页，共54页，编辑于2022年，星期二2.2栅格数据数据结构n n将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成许多格网，每个网格单元称为象素(pixel)。根根据据所所表表示示实实体体的的表表象象信信息息差差异异，各各象象元元可用不同的“灰度值灰度值”来表示

6、来表示 。n n若若每每个个象象元元规规定定NN比比特特，则则其其灰灰度度值值范范围围可可在在0到到2 2NN1 1之之间间；把把白白灰灰色色黑黑的的连连续续变变化化量量化化成成8 8比比特特（bit），其其灰灰度度值值范范围围就就允允许许在在0255255之之间间；若若每每个个象象元元只只规规定定1 1比特，则灰度值仅为比特，则灰度值仅为0和1 1，这就是所谓二值图像。，这就是所谓二值图像。n n点实体在栅格数据中表示为一个像元；线实体则表示为在一定方向上连接成串的相邻像元集合；面实体由聚集在一起的相邻像元集合表示。第6页，共54页，编辑于2022年，星期二areaarealinelinep

7、ointpointployonployon第7页，共54页，编辑于2022年，星期二栅栅格格数数据据结结构构实实际际上上就就是是象象元元阵阵列列，即即象象元元按按矩矩阵阵形形式式的的集集合合(二维数组），栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。右图在计算机内是一个4*44*4阶阶的的矩矩阵阵。但但在在外外部部设设备备上上，通通常常是是以以左左上上角角开开始始逐逐行行逐逐列列存存贮贮。存存贮贮顺顺序序为为：A A A A A A A A A A B B B B B B A A A A B B B B A A A A A A B B，当每个像元都有唯一一个

8、属性值时，一层内的编码就需要m m行行n列3(x,y和属性编码值)个存储单元。Row#(Y-coord)regionscellsAAAAABBBAABBAAABColumn#(X-coord)第8页，共54页，编辑于2022年，星期二PunctualLinealArealSurficial0-d1-d2-d3-d+12014012331122112311333332Real world Very Fine grid Medium grid Coarse gridReal world Very Fine grid Medium grid Coarse grid分辩率（分辩率（resolution

9、resolution）n nResolution is dependent on the grid cell size.n nChanging the resolution affects classification,area,perimeter,accuracy,etc.第9页，共54页，编辑于2022年，星期二中心归属法中心归属法：每个栅格单元的值以：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值确定。网格中心点对应的面域属性值确定。面积占优法：面积占优法：每个栅格单元的值以在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该网格单元中占据最大面积的属性长度占优法：长度占优法：每个栅格单

10、元的值以每个栅格单元的值以网格中线的大部分长度所对应的面网格中线的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。域的属性值来确定。重要性法：重要性法：根据栅格内不同地物的重要性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程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值的栅格单元值.2.2.12.2.1栅格数据取值方法栅格数据取值方法第10页，共54页，编辑于2022年，星期二栅格数据的值n n整数值：如土壤分类整数值：如土壤分类n n字母字母：蔬菜类型、土地分区：蔬菜类型、土地分区 n n实数：如高程值实数：如高程值第11页，共54页，编辑于2022年，星期二2.2.22.2.2栅格

11、数据组织方法栅格数据组织方法 栅格数据以层的方式栅格数据以层的方式来组织文件，在栅格数据来组织文件，在栅格数据结构中，物体的空间位置结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面性的不同特征，这种平面称

12、为层。称为层。第12页，共54页，编辑于2022年，星期二n n以像元为序。不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组。以像元为序。不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组。以像元为序。不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组。以像元为序。不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组。n n以层为基础。每一层又以像元为序记录它的坐标和属性值。以层为基础。每一层又以像元为序记录它的坐标和属性值。以层为基础。每一层又以像元为序记录它的坐标和属性值。以层为基础。每一层又以像元为序记录它的坐标和属性值。n n以层为基础。但每一层内则以多边形以层为基础。但每一层内则以多边形以层

13、为基础。但每一层内则以多边形以层为基础。但每一层内则以多边形为为为为序序序序记录记录记录记录多多多多边边边边形的属性形的属性形的属性形的属性值值值值和充和充和充和充满满满满多多多多边边边边形的各像元的坐形的各像元的坐形的各像元的坐形的各像元的坐标标标标。栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性值像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n第13页，共54页，编辑于2022年，星期二2.2.32.2.3栅格数据存储编码栅格数据存储编码n n直接编码直接编码n n

14、链式编码链式编码n n行程编码行程编码n n块式编码块式编码n n四叉树编码四叉树编码 第14页，共54页，编辑于2022年，星期二1.直接栅格编码直接栅格编码直接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码.3 3 3 4 4 4 4 43 3 3 3 4 4 4 43 3 3 3 4 4 4 41 3 3 3 4 4 4 21 1 3 3 3 2 2 21 1 1 1 3 2 2 21 1 1 1 3 2 2 21 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 2 2 21

15、1 1 1 1 2 2 21 1 1 1 1 2 2 2133344444233334444313334442411333222511113222611112222711111222811111222第15页，共54页，编辑于2022年，星期二2.链式编码链式编码(Chain Codes)1(N)0(E)3(S)2(W)+0 02 2 1 1 0 02 2 1 1 0 03 3 3 3 0 03 3 3 32 2 2 2 3 3 2 24 4 3 3 0 0 3 3 0 05 5 1 1 0 0 1 12 2 0 0 1 1220 022 3 33 3 0303222 2223 32 23 3

16、2 2221212443 32 23 3 2 2221 12 2 22 1 1222 2221211213 3又称弗里曼链码又称弗里曼链码（Freeman1961Freeman1961），），多边形边界可以表示多边形边界可以表示为由某一原点开始并为由某一原点开始并按某些基本方向确定按某些基本方向确定的单位矢量链。基本的单位矢量链。基本方向：东方向：东=0=0，南，南=3=3，西西=2=2，北，北=1=1第16页，共54页，编辑于2022年，星期二3.行程编码行程编码(Run-length encoding)按按按按行行行行（或或或或列列列列）记记记记录录录录相相相相同同同同代代代代码码码码的的

17、的的始始始始末末末末象象象象元元元元的的的的列列列列号号号号（或或或或行行行行号号号号）和和和和相应的代码，下图可沿行方向进行行程编码相应的代码，下图可沿行方向进行行程编码相应的代码，下图可沿行方向进行行程编码相应的代码，下图可沿行方向进行行程编码：第17页，共54页，编辑于2022年，星期二只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代只在各行（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重的个数。即按（属性值和重复个数）码以及相同代码重重的个数。即按（属性值和重复个数）编码。编码。第18页，共54页，编辑于2022年，星期二逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代逐个记

18、录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代码，即按（位置，属性值）编码。码，即按（位置，属性值）编码。码，即按（位置，属性值）编码。码，即按（位置，属性值）编码。第19页，共54页，编辑于2022年，星期二4.块式编码块式编码(Block encoding)1 1x1x1:(0,2,1,1)(0,2,1,1)(0,3,1,1)(0,4,1,1)(0,3,1,1)(0,4,1,1)(2,1,1,1)(2,1,1,1)(3,1,1,1)(3,1,1,1)(4,0,1,1)(4,0,1,1)(4,1,1,

19、1)(4,1,1,1)(5,0,1,1)(5,0,1,1)(5,5,1,1)(5,5,1,1)(6,0,1,1)(6,0,1,1)(6,8,1,1)(6,8,1,1)(8,3,1,1)(8,3,1,1)(11,8,1,1)(11,8,1,1)(12,8,1,1)(12,8,1,1)(14,3,1,1)(14,3,1,1)(14,4,1,1)(14,4,1,1)2x2:2x2:(3,7,2,2)(3,7,2,2)(4,9,2,2)(4,9,2,2)(5,7,2,2)(5,7,2,2)(7,7,2,2)(7,7,2,2)(8,2,2,2)(8,2,2,2)(9,7,2,2)(9,7,2,2)(12

20、,4,2,2)(12,4,2,2)(13,2,2,2)(13,2,2,2)(14,6,2,2)(14,6,2,2)3x3:3x3:(5,3,3,3)(5,3,3,3)(11,7,3,3)(11,7,3,3)4x4:4x4:(1,5,4,4)1,5,4,4)把把把把多多多多边边边边形形形形范范范范围围围围划划划划分分分分成成成成由由由由象象象象元元元元组组组组成成成成的的的的正正正正方方方方形形形形，然然然然后后后后对对对对各各各各个个个个正正正正方方方方形形形形进进进进行行行行编编编编码码码码。块块块块式式式式编编编编码码码码数数数数据据据据结结结结构构构构中中中中包包包包括括括括3 3个个个

21、个数数数数字字字字：块块块块的的的的初初初初始始始始位位位位置置置置（行行行行、列列列列号号号号）和和和和块块块块的的的的大大大大小小小小（块块块块包包包包括括括括的的的的象象象象元元元元数数数数），再再再再加加加加上上上上记记记记录录录录单单单单元的代码组成。元的代码组成。元的代码组成。元的代码组成。第20页，共54页，编辑于2022年，星期二5.四叉树编码四叉树编码(Quadtrees)NWNESESWNWSWSENE (1)(1)四叉树分割：四叉树分割：四叉树分割：四叉树分割：将图像区域按大小相同将图像区域按大小相同的象限的象限4 4等分，每个象限又等分，每个象限又可根据一定规则判断是否

22、继可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的续等分为次一层的4 4个象限。个象限。子象限只含一种属性代码，子象限只含一种属性代码，则停止继续分割。图像区域则停止继续分割。图像区域的栅格阵列应为的栅格阵列应为2 2nn2 2n n(2)四叉树结构：四叉树结构：把2n2n象元组成的阵列当作树的根节点，树的高度为n，每个节点分别代表南西（SW）、南东（SE）、北西（NW）、北东（NE）。四个分支中要么是树叶、树叉。树叶代表一种代码。树叉继续再分。第21页，共54页，编辑于2022年，星期二第22页，共54页，编辑于2022年，星期二(3)线性四叉树编码：线性四叉树编码：记录每个叶结点的地址和值，值就是

23、子区的属性代码，记录每个叶结点的地址和值，值就是子区的属性代码，其中地址包括两部分，共其中地址包括两部分，共32位（二进制）最右边4 4位记录该叶结点的深度，左边的28位记录路径，从右边第位记录路径，从右边第5位位往左记录从叶节点到根结点的路径。往左记录从叶节点到根结点的路径。0 0，1，2，3 3分别表示SWSW，SE，NWNW，NENE。第。第10号结点编码为：000000001101|0011第23页，共54页，编辑于2022年，星期二(4)十进制Morton码的编码行号行号 5=0 1 0 1 5=0 1 0 1列号列号 7=0 1 1 1 7=0 1 1 1Morton Morton

24、 码码=0 0 1 1 0 1 1 1=55=0 0 1 1 0 1 1 1=55第24页，共54页，编辑于2022年，星期二 这样就可将用行列表示的二维图像，用MortonMorton码写成一维数据，通过Morton码就可知道象元的位置。把一幅把一幅2 2 n2 2 n的图像压缩成线性四叉树的过程为：按Morton码把图象读入一维数组。码把图象读入一维数组。相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个相邻的四个象元比较，一致的合并，只记录第一个象元的象元的MortonMorton码。比较所形成的大块，相同的再合并，直到不能合并为止。对用上述线性四叉树的编码方法所形成的数据还可进一步用游程长度

25、编码压缩。压缩时只记录第一个象元的Morton码。码。第25页，共54页，编辑于2022年，星期二n n例：四叉树Morton码编码结果 第26页，共54页，编辑于2022年，星期二 解码时，据解码时，据解码时，据解码时，据MortonMorton码，可知象元在图像中位置。从左上角，本码，可知象元在图像中位置。从左上角，本码，可知象元在图像中位置。从左上角，本码，可知象元在图像中位置。从左上角，本MortonMorton码和下一个码和下一个码和下一个码和下一个MortonMorton码之差即为象元个数。知道了象元的码之差即为象元个数。知道了象元的码之差即为象元个数。知道了象元的码之差即为象元个

26、数。知道了象元的个数和象元的位置就可恢复出图像了。个数和象元的位置就可恢复出图像了。个数和象元的位置就可恢复出图像了。个数和象元的位置就可恢复出图像了。第27页，共54页，编辑于2022年，星期二NWNESENWSWSEChain Codes:n nAdvantagesn nCompactn nEasy estimation of areas Easy estimation of areas and perimetersand perimetersn ndetects sharp turnsdetects sharp turnsn nDisadvantagesn nOverlay diffic

27、ultn nRedundancy of boundariesn nmay not always compressRLE(Run-length encoding)n nAdvantagesAdvantagesn nGenerally efficient and Generally efficient and compactcompactn nDisadvantagesDisadvantagesn nData with high spatial Data with high spatial variability may not variability may not compresscompre

28、ssn nneighbourhood neighbourhood operation difficultoperation difficult第28页，共54页，编辑于2022年，星期二Block encoding:n nAdvantagesn nefficient for large efficient for large regionsregionsn ngood for overlayingn ngood for determining shapeQuadtrees:n nAdvantagesn nvariable resolutionvariable resolutionn ngood

29、 for good for neighbourhoodneighbourhoodoperations n ndetailed algorithms(Samet,Dyer,)(Samet,Dyer,)n nProblemsn nshape analysis difficult第29页，共54页，编辑于2022年，星期二2.3矢量数据结构矢量数据结构n n2.3.12.3.1矢量数据概念矢量数据概念n n2.3.22.3.2矢量数据编码内容矢量数据编码内容n n2.3.32.3.3拓扑关系理论拓扑关系理论 n n2.3.42.3.4拓扑数据结构拓扑数据结构第30页，共54页，编辑于2022年，星期

30、二2.3.12.3.1矢量数据概念矢量数据概念n n矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合。Point-simple primitiveLine-chain of pointsArea-closed chain of points第31页，共54页，编辑于2022年，星期二Points,lines and polygonsPoints can represent:n na vertexn na noden na labeln na point feature Polygons can represent:n nan area featuren na closed rin

31、g of linesLines can represent:n na boundary of a polygonn na network linking point featuresn na linear feature第32页，共54页，编辑于2022年，星期二2.3.22.3.2矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构编码的基本内容 标识码标识码属性码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),(x1,y1)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号点号X XY Y1 111112

32、2222 233334444n n55556666存储方法存储方法第33页，共54页，编辑于2022年，星期二1.点点实实体体 第34页，共54页，编辑于2022年，星期二2.线线实实体体 唯一标识码线标识码起始点终止点坐标对序列显示信息非几何属性线实体3.面面实实体体 多边形矢量编码，多边形矢量编码，不但要表示位置和不但要表示位置和属性，更重要的是属性，更重要的是能表达区域的能表达区域的拓扑特拓扑特征征，如形状、邻域，如形状、邻域和层次结构等，以和层次结构等，以便使这些基本的空便使这些基本的空间单元可以作为专间单元可以作为专题图的资料进行显题图的资料进行显示和操作。示和操作。第35页，共54

33、页，编辑于2022年，星期二2.3.32.3.3空间关系的理论空间关系的理论 空间关系可以是由空间实体的几何特性空间关系可以是由空间实体的几何特性空间关系可以是由空间实体的几何特性空间关系可以是由空间实体的几何特性(包括空间物包括空间物体的地理位置与形状体的地理位置与形状)引起的空间关系，如距离、方位、引起的空间关系，如距离、方位、连通性、相似性等；也可以是由空间实体的几何特性和连通性、相似性等；也可以是由空间实体的几何特性和非几何特性非几何特性(包括度量属性如高程值、坡度值、气温值等，包括度量属性如高程值、坡度值、气温值等，包括度量属性如高程值、坡度值、气温值等，包括度量属性如高程值、坡度值

34、、气温值等，名称属性如地名、物体名称等名称属性如地名、物体名称等名称属性如地名、物体名称等名称属性如地名、物体名称等)共同引起的空间关系，如空共同引起的空间关系，如空共同引起的空间关系，如空共同引起的空间关系，如空间分布现象的统计相关、空间自相关、空间相互作用、空间分布现象的统计相关、空间自相关、空间相互作用、空间分布现象的统计相关、空间自相关、空间相互作用、空间分布现象的统计相关、空间自相关、空间相互作用、空间依赖等；还有一种是完全由空间实体的非几何属性所导间依赖等；还有一种是完全由空间实体的非几何属性所导间依赖等；还有一种是完全由空间实体的非几何属性所导间依赖等；还有一种是完全由空间实体的

35、非几何属性所导出的空间关系，如由两个城市的人口数的比较所产生的大出的空间关系，如由两个城市的人口数的比较所产生的大出的空间关系，如由两个城市的人口数的比较所产生的大出的空间关系，如由两个城市的人口数的比较所产生的大小关系、时间上的先后关系、等级上的高低关系以及成因小关系、时间上的先后关系、等级上的高低关系以及成因小关系、时间上的先后关系、等级上的高低关系以及成因小关系、时间上的先后关系、等级上的高低关系以及成因上的因果关系等都属于此类关系上的因果关系等都属于此类关系上的因果关系等都属于此类关系上的因果关系等都属于此类关系 。第36页，共54页，编辑于2022年，星期二 这里，我们限定，这里，我

36、们限定，这里，我们限定，这里，我们限定，空间关系是指空间实体空间关系是指空间实体之间存在之间存在之间存在之间存在的的的的在一定区域上构成的，在一定区域上构成的，在一定区域上构成的，在一定区域上构成的，由空间实体的几何特征由空间实体的几何特征由空间实体的几何特征由空间实体的几何特征(位置、形位置、形位置、形位置、形状状状状)引起的，与空间特性有关的各种联系引起的，与空间特性有关的各种联系.主要空间关系主要空间关系主要空间关系主要空间关系有：拓扑关系、顺序关系和度量关系有：拓扑关系、顺序关系和度量关系有：拓扑关系、顺序关系和度量关系有：拓扑关系、顺序关系和度量关系 。空间关系是空间关系是空间关系是

37、空间关系是GISGISGISGIS的重要理论问题之一，在的重要理论问题之一，在的重要理论问题之一，在的重要理论问题之一，在GISGISGISGIS空间数空间数据建模、空间查询、空间分析、空间推理、制图综合、据建模、空间查询、空间分析、空间推理、制图综合、地图理解等过程中起着重要的作用。地图理解等过程中起着重要的作用。第37页，共54页，编辑于2022年，星期二n nSpatial-attributeSpatial-attributen nan attribute is associated with each spatial entity(eg.User-ID in ArcInfo)n nSp

38、atial-spatialSpatial-spatialn nthe relationship between the spatial primitives(eg.points,lines,polygons)of a feature n n spatial topologyn nAttribute-attributeAttribute-attributen nthe relationship between various attributes accomplished by using join operations in a relational databasen nPrimary at

39、tributen nDirectly related to the entityn nSecondary attribute n nIndirect relationship through join第38页，共54页，编辑于2022年，星期二1.Spatial-spatial relationship邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线第39页，共54页，编辑于2022年，星期二2.拓扑关系拓扑关系拓扑关系拓扑关系 拓扑所研究的是几何图形的一些性质，它们在图拓扑所研究的是几何图形的一些性质，它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变，只形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不

40、变，只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。又不产生新点。换句话说，这种变换的条件是：在原来图形的点与变换换句话说，这种变换的条件是：在原来图形的点与变换换句话说，这种变换的条件是：在原来图形的点与变换换句话说，这种变换的条件是：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点。这样的变换叫做拓扑变换。邻近的点。这样的变换叫做拓扑变换。邻近的

41、点。这样的变换叫做拓扑变换。邻近的点。这样的变换叫做拓扑变换。第40页，共54页，编辑于2022年，星期二 几何与拓扑的相对关系几何与拓扑的相对关系 几何（Geometry）是与点的位置有关。拓扑（topology）是与点的空间关系有关Note:Geometry has changedTopology is identical第41页，共54页，编辑于2022年，星期二 拓扑有一个形象说法拓扑有一个形象说法拓扑有一个形象说法拓扑有一个形象说法橡皮几何学。因为如果图橡皮几何学。因为如果图橡皮几何学。因为如果图橡皮几何学。因为如果图形都是用橡皮做成的，就能把许多图形进行拓扑变换。形都是用橡皮做成的

42、，就能把许多图形进行拓扑变换。形都是用橡皮做成的，就能把许多图形进行拓扑变换。形都是用橡皮做成的，就能把许多图形进行拓扑变换。例如：一个橡皮圈能变形成一个圆圈或一个方圈。但例如：一个橡皮圈能变形成一个圆圈或一个方圈。但例如：一个橡皮圈能变形成一个圆圈或一个方圈。但例如：一个橡皮圈能变形成一个圆圈或一个方圈。但是一个橡皮圈不能由拓扑变换成为一个阿拉伯数字是一个橡皮圈不能由拓扑变换成为一个阿拉伯数字是一个橡皮圈不能由拓扑变换成为一个阿拉伯数字是一个橡皮圈不能由拓扑变换成为一个阿拉伯数字8。因。因为不把圈上的两个点重合在一起，圈就不会变成为不把圈上的两个点重合在一起，圈就不会变成8 8。拓扑空间关系

43、是指拓扑变换下的拓扑不变量，拓扑关拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，拓扑关拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，拓扑关拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系（要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系（要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系（要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系（AdjacencyAdjacency）、）、拓扑关联关系（拓扑关联关系（Incide

44、nceIncidence ）、拓扑包含关系（）、拓扑包含关系（Enclosure）。第42页，共54页，编辑于2022年，星期二(1)(1)邻接关系邻接关系（Adjacency）：拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。第43页，共54页，编辑于2022年，星期二(2)关联关系（关联关系（Incidence）：）：拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。之间的拓扑关系。第44页，共54页，

45、编辑于2022年，星期二(3)(3)包含关系（包含关系（EnclosureEnclosure ）：）：）：）：一种要素不相识包含另一种要素一种要素不相识包含另一种要素一种要素不相识包含另一种要素一种要素不相识包含另一种要素第45页，共54页，编辑于2022年，星期二2.3.42.3.4矢量数据结构矢量数据结构n n1.面条数据结构（面条数据结构（spaghettispaghetti）n n2.2.索引式数据结构索引式数据结构n n3.DIME数据结构数据结构数据结构数据结构n n4.4.ArcInfo topologyArcInfo topology第46页，共54页，编辑于2022年，星期二

46、只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。n n存储：存储：存储：存储：n n独立存储：物体以独立的实体存贮，不存贮点、线、面原始空间关系，独立存储：物体以独立的实体存贮，不存贮点、线、面原始空间关系，独立存储：物体以独立的实体存贮，不存贮点、线、面原始空间关系，独立存储：物体以独立的实体存贮，不存贮点、线、面原始空间关系，只存几何特征。空间对象位置直接跟随空间对象；只存几何特征。空间对象位置直接跟随空间对象；只存几何特征。空间对

47、象位置直接跟随空间对象；只存几何特征。空间对象位置直接跟随空间对象；n n点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成n n特征特征特征特征n n无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询n n公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一

48、致性公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性n n多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；n n处理嵌套多边形比较麻烦处理嵌套多边形比较麻烦处理嵌套多边形比较麻烦处理嵌套多边形比较麻烦n n适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析制图及一般查询，不适合复杂的空间分析制图及一般查询，不适合复杂的空间分析制图及一般查询，不适合复杂的空间分析1.面条数据结构（面条数据结构（spaghetti）第47页，共54页，编辑于20

49、22年，星期二一幅地图可以划分一幅地图可以划分一幅地图可以划分一幅地图可以划分成许多多边形，每成许多多边形，每成许多多边形，每成许多多边形，每个多边形由一条或个多边形由一条或个多边形由一条或个多边形由一条或若干条弧段组成，若干条弧段组成，若干条弧段组成，若干条弧段组成，每条弧段由一串有每条弧段由一串有每条弧段由一串有每条弧段由一串有序的序的序的序的x x，y y坐标对组坐标对组坐标对组坐标对组成，每条弧段的两成，每条弧段的两成，每条弧段的两成，每条弧段的两端点为结点，每个端点为结点，每个端点为结点，每个端点为结点，每个结点连接两条以上结点连接两条以上结点连接两条以上结点连接两条以上的弧段，多边

50、形矢的弧段，多边形矢的弧段，多边形矢的弧段，多边形矢量编码主要用于表量编码主要用于表量编码主要用于表量编码主要用于表示空间图形为多边示空间图形为多边示空间图形为多边示空间图形为多边形的面状要素，每形的面状要素，每形的面状要素，每形的面状要素，每个多边形在数据库个多边形在数据库个多边形在数据库个多边形在数据库中是相互独立、分中是相互独立、分中是相互独立、分中是相互独立、分开存储的。开存储的。开存储的。开存储的。第48页，共54页，编辑于2022年，星期二2.索引式索引式线与点之间的树状索引线与点之间的树状索引线与点之间的树状索引 多边形与线之间的树状索引多边形与线之间的树状索引 第49页，共54