第三讲 GIS数据组织与结构

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1、第三讲GIS数据组织与结构程承旗北京大学遥感与GIS研究所地理信息系统空间数据GIS的主要数据为二维或三维的空间型地图数据,包括空间位置、拓扑关系和属性三个方面的内容。点（Point）：又称为元素（Element）或象元（Pixel），是一个数据点，具有一对（x、y）坐标和至少一个属性。线：（Line）：是具有相同属性的点的轨迹，由一个坐标对序列表示，坐标对顺序与线的开头有关，线上每个点有不多于二个邻点。面（Area）：是年有具相同属性的点的轨迹，以（x、y）坐标对的集合表示，坐标对的排列顺序不影响面的形态，具内部点可以有多于三个的邻

2、点，面内点具有至少一个相同属性。区域（Region）：空间上相邻或重叠的点、线、面要素可以按一定的地理意义组成区域。数据库结构关系模型（relationalmodel）满足一定条件的二维表格层次模型（hierarchicalmodel）以记录类型为节点的有向树（tree），其主要特征是：（1）除根节点外，任何节点都有且只有一个“父亲”；（2）“父”节点表示的实体与“子”节点表示的实体是一对多的联系。网状模型（networkmodel）特点：1）可以有一个以上的结点没有“父”结点；2）至少有一个结点有多于一个“父”结点；3）结点之间可以

3、有多种联系；4）可以存在回路空间数据组织与结构栅格数据结构矢量数据结构栅格与矢量数据结构的选择与转换空间数据分层组织栅格与矢量的基本概念描述地理实体的数据本身的组织方法，称为内部数据结构。内部数据结构基本上可分为两大类：即矢量结构和栅格结构。栅格模型矢量模型优点：1、数据结构简单2、叠加操作易实现3、能有效表达空间可变性4、栅格图象便于做图象的有效增强优点：1、提供更严密的数据结构2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑信息的操作更有效，如网络分析3、图形输出美观，接近于手绘缺点：1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术解决这个问题2

4、、难以表达拓扑关系3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加栅格数量来克服，但会增加数据量缺点：1、比栅格数据结构复杂2、叠加操作没有栅格有效3、表达空间变化性能力差4、不能象数字图形那样做增强处理矢量数据模型与栅格数据模型比较一、栅格数据结构栅格数据的应用模型栅格数据的组织方法一、变长编码二、四叉树编码四叉树编码法有许多有趣的优点：1）容易而有效地计算多边形的数量特征；2）阵列各部分的分辩率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辩率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辩率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；3）栅格

5、到四叉树及四叉树到简单栅格结构的比其它压缩方法容易；4）多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。矢量数据结构点实体线实体面实体栅格与矢量数据结构的选择与转换一、矢量到栅格栅格化过程包括以下操作：1）将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中；2）利用单根扫描线或一组相连的扫描线去测试线性要素与单元边界的交叉点，并记录有多少个栅格单元穿过交叉点；3）对多边形而言，测试过角点后，剩下线段处理，这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界，度记录其位置与属性值。从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化，矢量化过程

6、要保证以下两点：1）拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性与邻接性；2）转换物体正确的外形。二、栅格到矢量矢量格式向栅格格式的相互转换矢量格式向栅格格式的转换①内部点扩散法②复数积分算法③射线算法④扫描算法⑤边界代数算法栅格格式向矢量格式的转换多边形边界提取边界线追踪拓扑关系生成去除多余点及曲线圆滑空间数据分层组织空间数据分层的方法按专题分层按时间序列分层以地面垂直高度分层空间数据的组织由专题和分块组织面向对象的组织