第三章空间数据组织与结构(二).ppt

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1、 3、面实体n多边形多边形(有时称为区域有时称为区域)数据是描述地理空间信数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。息的最重要的一类数据。n在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等；具有标量属性的有时也用等值线描述分布等；具有标量属性的有时也用等值线描述(如地形、降雨量等如地形、降雨量等)。二、矢量数据结构编码的方法二、矢量数据结构编码的方法n实体式n索引式n双重独立式n链状双重独立式1、实体式n实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线实体式数据结构是指构成多边形边界的

2、各个线段，段，以多边形为单元以多边形为单元进行组织。进行组织。n按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。和数字化。多边形原始数据多边形数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),

3、(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)多边形数据文件数数 据据 结结 构构n这种数据

4、结构具有编码容易、数字化操作简单这种数据结构具有编码容易、数字化操作简单和数据编排直观等优点。但这种方法也有以下和数据编排直观等优点。但这种方法也有以下明显缺点：明显缺点：n(1)(1)相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；现间隙或重叠；n(2)(2)缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；n(3)(3)岛只作为一个单个图形，没有建立与外界岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。多边形的联系。n因此，实体式编码只用在简单的

5、系统中。因此，实体式编码只用在简单的系统中。2.索引式n索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗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。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点与线之间的树状索引 画出下图的树状索引数据结构。3、双重独立式n这种数据结构最早是由美国人口统计局研制这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来

6、进行人口普查分析和制图的，简称为来进行人口普查分析和制图的，简称为DIME(Dual DIME(Dual lndependentlndependent Map Encoding)Map Encoding)系系统或双重独立式的地图编码法。它以城市统或双重独立式的地图编码法。它以城市街道为编码的主体。其特点是街道为编码的主体。其特点是采用了拓扑采用了拓扑编码结构编码结构。n双重独立式数据结构是对图上网状或面状要双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。邻面域来予以定义。多边形原始数据 双重独立式（DIME）编码线

7、号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92拓扑关系拓扑关系n在地图上仅用距离和方向参数描述图上目标之间的在地图上仅用距离和方向参数描述图上目标之间的关系是不圆满的。关系是不圆满的。n因为图上两点间的距离或方向（在实地上是一定的）因为图上两点间的距离或方向（在实地上是一定的）会随地图投影不同而发生变化。因此仅用距离和方会随地图投影不同而发生变化。因此仅用距离和方向参数还不可能确切地表示它们之间的空间关系。向参数还不可能确切地表示它们之间的空间关系。n拓扑学是研究

8、图形在保持连续状态下变形时的那些拓扑学是研究图形在保持连续状态下变形时的那些不变的性质，也称不变的性质，也称“橡皮板几何学橡皮板几何学”。n在拓扑空间中对距离或方向参数不予考虑。拓扑关在拓扑空间中对距离或方向参数不予考虑。拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系。系。拓扑邻接 拓扑关联 拓扑包含 线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92线号线号起点起点终点终点左多边形左多边形右多边形右多边形a a1

9、18 8O OA Ai i8 89 9C CA An n9 92 2B BA Ab b2 21 1O OA A自动生成的多边形A的线及结点写出下图的双重独立式数据结构文件。4 4、链状双重独立式、链状双重独立式n链状双重独立式数据结构是链状双重独立式数据结构是DIMEDIME数据结构的数据结构的一种改进。在一种改进。在DIMEDIME中，一条边只能用直线中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），弧段（或链段），每个弧段可以有许多中每个弧段可以有许多中间点。间

10、点。n主要有四个文件主要有四个文件:多边形文件，弧段文件，多边形文件，弧段文件，弧段坐标文件，结点文件。弧段坐标文件，结点文件。多边形原始数据多边形号弧段号周长面积中心点坐标Ah,b,aBg,f,c,h,-jCj多边形文件 弧段号起始点终结点左多边形右多边形a51OAb85EAc168EBd195OEe1519ODf1516DBg115OBh81ABi1619DEj3131BC弧段文件 弧段号点号a5,4,3,2,1b8,7,6,5c16,17,8d19,18,5e15,23,22,21,20,19f15,16,g1,10,11,12,13,14,15h8,9,1i16,19j31,30,29

11、,28,27,26,25,24,31弧段坐标文件 结点号坐标连接弧段1(x1,y1)a,g22223结点文件 点是相互独立的，点连成，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弧段或链段，两条以上的弧段相交的点称为结点，由一条弧段组成的多边形称为岛，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，含岛的多边形称为复合多边形，表示复连通区域；在复连通区域中，包含有外边界和内边界，岛区多边形看作是复连通区域的内边界。特点：特点：n在拓扑数据结构中，弧段或链段是数据组织的基本对象。n弧段文件由弧段记录组成，包括每个结点

12、的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段标识码等。n多边形文件有多边形记录组成，包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等。写出下图的链状双重独立式数据结构文件。两种数据结构的比较与选择n数据大小 矢量数据数据存储量小,栅格数据数据存储量大。n数据结构 矢量数据数据结构复杂,栅格数据数据结构简单。n位置精度 矢量数据空间位置精度高,栅格数据空间位置精度低。n拓扑关系 矢量数据用网络连接法能完整描述拓扑关系,栅格数据难于建立网络连接关系。n数据获取 矢量数据获取数据慢,栅格数据快速获取大量数据。n数据输出 矢量数据输出简单容易，绘图细腻、精确、美观,栅格数据输出速度快，但绘图粗糙、不

13、美观。n输出设备 矢量数据只能在矢量式数据绘图机上输出,栅格数据只能在栅格数据绘图机上输出。n数据计算 矢量数据计算多边形周长、面积、总和、平均值不如栅格数据效果好,栅 格数据计算多边形周长、面积、总和、平均值更有效。n数学模拟 矢量数据数学模拟困难,栅格数据数学模拟方便。n叠合分析 矢量数据多种地图叠合分析困难,栅格数据多种地图叠合分析方便。n图像处理 矢量数据不能直接处理数字图像信息,栅格数据能直接处理遥感数字图像信息。n空间分析矢量数据空间分析不容易实现,栅格数据空间分析易于进行。比较内容 矢量格式 栅格格式 数据量 小 大 图形精度 高 低 图形运算 复杂、高效 简单、低效 遥感影像格

14、式 不一致 一致或接近 输出表示 抽象、昂贵 直观、便宜 数据共享 不易实现 容易实现 拓扑和网络分析 容易实现 不易实现栅格、矢量数据结构特点比较 矢量数据结构与栅格数据结构的选择 n矢量数据结构是人们最熟悉的图形表达形式，对于线划地图来说，用矢量数据来记录往往比用栅格数据节省存贮空间。n相互连接的线网络或多边形网络则只有矢量数据结构模式才能做到，因此矢量结构更有利于网络分析（交通网，供、排水网，煤气管道，电缆等）和制图应用。n矢量数据表示的数据精度高，并易于附加上对制图物体的属性所作的分门别类的描述。n矢量数据只能在矢量式数据绘图机上输出。n目前解析几何被频繁地应用于矢量数据的处理中，对于

15、一些直接与点位有关的处理以及有现成数学公式可循的针对个别符号的操作计算，用矢量数据有其独到的便利之处。n矢量数据便于产生各个独立的制图物体，并便于存贮各图形元素间的关系信息。n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。n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。n因为栅格坐标是

16、规则的，删除和提取数据都可按位置确定窗口来实现，比矢量数据结构方便得多。n最近以矢量数据结构为基础发展起来的栅格算法表明存在着一种比以前想象中更为有效的方法去解决某些栅格结构曾经存在的问题。例如，栅格结构的数据存储量过大的问题可用压缩方法使其减少。n栅格结构和矢量结构都有一定的局限性。n一般来说,大范围小比例的自然资源、环境、农业、林业、地质等区域问题的研究,城市总体规划阶段的战略性布局研究等,使用栅格模型比较合适。n城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用，矢量模型比较合适。n把两种模型混合起来使用，在同一屏幕上同时显示两种方式的地图。n目前GIS的开发者和使用者都积极研究这两类数据结构的相互转换技术，而且已开发出栅格数据结构和矢量数据结构相互转换的软件。n矢量到栅格的转换是简单的，有很多著名的程序可以完成这种转换。而且有许多显示屏幕中可以自动完成转换工作。n栅格到矢量的转换也很容易理解，但具体算法要复杂得多。n实现两种数据结构的相互转换，可大大提高地理信息系统软件的通用性，近年来，也有人在试验用一个软件同时实现栅格和矢量两种模型，以方便用户使用。