空间数据结构.pptx
第五章第五章 空间数据结构空间数据结构p 空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织关系和编排方式。p 同一空间数据逻辑模型往往采用多种空间数据结构，例如游程长度编码结构、四叉树结构都是栅格数据模型的具体实现。p 空间数据结构对地理信息系统中数据存储、查询检索和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响，是地理信息系统沟通信息的桥梁，只有充分理解不同地理信息系统所采用的特定数据结构，才能正确有效地使用系统。空间数据结构是数据逻辑模型与数据文件格式间的桥梁空间数据结构是数据逻辑模型与数据文件格式间的桥梁选择一种数据逻辑模型对空间数据进行描述一种数据结构对该模型进行表达一种适合记录该结构的文件格式桥梁桥梁数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。理的数据逻辑结构。是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。述。 在地理信息系统中描述地理要素在地理信息系统中描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括空和地理现象的空间数据，主要包括空间位置、拓扑关系和属性三个方面的间位置、拓扑关系和属性三个方面的内容。内容。栅格结构矢量结构定位定位拓扑关系拓扑关系属性属性一、空间数据结构要描述的内容一、空间数据结构要描述的内容1 1、描述的内容、描述的内容空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物,GIS,GIS中需要描述：中需要描述： 空间位置：主要指位置信息，也包括位置信息的扩展，如空间位置：主要指位置信息，也包括位置信息的扩展，如形态及实体的组成（复合对象）等；位置形态及实体的组成（复合对象）等；位置用笛卡尔坐标系用笛卡尔坐标系中中X,YX,Y坐标表示；坐标表示； 空间关系：主要指空间对象的拓扑关系；空间关系：主要指空间对象的拓扑关系； 非几何属性：表示空间特征的非几何属性，实体的非几何属性：表示空间特征的非几何属性，实体的行为及行为及功能特征功能特征；实体的衍生信息：如一个实体有多个名称。实体的衍生信息：如一个实体有多个名称。 实体的时态：实体的行为，功能特征以及实体属性随时间实体的时态：实体的行为，功能特征以及实体属性随时间的变化。如岛屿的侵蚀、水体污染的扩散、建筑的变形等；的变化。如岛屿的侵蚀、水体污染的扩散、建筑的变形等；二、空间实体在地理信息系统中的表示二、空间实体在地理信息系统中的表示1 1、单一实体、单一实体2 2、多种特征的实体、多种特征的实体3 3、带有属性的空间实体的表示、带有属性的空间实体的表示4 4、多层属性信息的表示、多层属性信息的表示u（3，3）可用于表示一个点的位置。u（1，7），（3，5），（5，5），（5，3），（6，1），可用于表示一条线。u（3，10），（6，9），（7，10），（10，7），（9，5），（4，6），（3， 8），（3，10）可用于表示 一个多边形。注意第一个坐标和最后一个坐标相同，因为多边形总是封闭的。1 1、单一实体、单一实体u点实体用一组x、y坐标表示u线实体用一组有序的x、y坐标表示u面实体用一组首尾相同的坐标表示（简单数据结构）。2 2、多种实体的表示、多种实体的表示如果具有多种实体，就需要对每一实体给定一个识别码。对如果具有多种实体，就需要对每一实体给定一个识别码。对每一实体用其识别码和相应的坐标列表有关的序号来描述。每一实体用其识别码和相应的坐标列表有关的序号来描述。表示道路的一组线特征的属性包括：道路类型：1=分隔行驶的公路 2=干线公路 3=主要公路 4=住宅区街道 5=未铺完的公路路面材料：混凝土、柏油、砾石路面宽度：以米计量道路名称：在GIS系统中可有如下的描述，并通过属性表的方式来表示：道路类型 长度 路面材料 宽度 道路名称 2 2715.5 混凝土 52 八一路3 3、带有属性的空间实体的表示、带有属性的空间实体的表示用属性表表示属性信息坐标表和属性表之间共享同一识别码坐标表和属性表之间共享同一识别码通过坐标表和属性表之间共享同一识别码来使属性信息和位置信息相结合4 4、多层信息的表示、多层信息的表示空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层息层( (见下图见下图) )；Spatial data modelSpatial data model空间数据模型：矢量模型、栅格模型和三角网数据模型。用于表示地理实体的数据模型用于表示地理实体的数据模型GIS的数据模型分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。5.1 矢量空间数据结构 矢量数据结构对矢量数据模型进行数据的组织。它直接以几何空间坐标为基础，记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，允许任意位置、长度和面积的精确定义。标识码标识码属性属性空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点点: ( x ,y )线线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn )面面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 )点位字典点点: 点号文件线线: 点号串面面: 点号串点号点号X XY Y1 1111122222 233334444n n55556666几何几何 位置位置多边形ID坐标类别码A（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），（x5，y5），（x6，y6），（x7，y7），（x8，y8），（x1，y1）A102B（x1，y1），（x8，y8），（x7，y7），（x13，y13），（x12，y12），（x11，y11），（x10，y10），（x9，y9），（x1，y1）B203C（x20，y20），（x25，y25），（x24，y24），（x23，y23），（x22，y22），（x21，y21），（x20，y20）A178D（x5，y5），（x19，y19），（x18，y18），（x17，y17），（x16，y16），（x15，y15），（x14，y14），（x7，y7），（x6，y6），（x5，y5）C523点号坐标1x1，y12x2，y23x3，y34x4，y425x25，y25多边形ID点号串类别码A1,2,3,4,5,6,7,8,1A102B7,8,1,9,10,11,12,13,7B203C20,21,22,23,24,25,20A178D7,13,15,16,17,18,19,5,6,7C523多边形数据文件多边形数据文件点数据文件点数据文件多边形文件多边形文件原始多边形数据原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde1、实体数据结构/spaghetti数据结构 相邻多边形的公共边界要被数字化和存储两遍，节点在相邻多边形的公共边界要被数字化和存储两遍，节点在数据库中被多次记录，不仅造成数据数据库中被多次记录，不仅造成数据冗余冗余，还容易造成，还容易造成数据的数据的不一致不一致，引起严重的匹配误差，可能导致输出的，引起严重的匹配误差，可能导致输出的公共边界公共边界出现间隙或重叠出现间隙或重叠； 岛只作为一个单图形，没有建立与外界多边形的联系。岛只作为一个单图形，没有建立与外界多边形的联系。 每个多边形自成体系，缺少多边形的邻域信息和图形的每个多边形自成体系，缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；拓扑关系； 难以检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如是否存在难以检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如是否存在间隙、重叠、不完整的多边形（死点）或拓扑学上不能间隙、重叠、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）等问题。接受的环（奇异多边形）等问题。 实体数据结构的缺点：实体数据结构的缺点：多边形异常多边形异常p 拓扑空间数据结构没有固定的格式，还没有形成标准，但基本原理相同；p 拓扑空间数据结构的共同的特点是：点是相互独立的，点连成线，线构成面；每条线始于起始结点，止于终止结点，并与左右多边形相邻接。p 拓扑空间数据结构主要有：索引式双重独立编码结构链状双重独立编码结构等。 2、拓扑空间数据结构原始多边形数据原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabdefedgdcbebaDCBA多边形与线之间索引多边形与线之间索引20 21 22 23 24 2513 14 15 16 17 18 1956713719 10 11 12 1312345abcdefg187点与线之间的树状索引点与线之间的树状索引1）索引式拓扑空间数据结构点ID坐标1x1,y1原始多边形数据原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde边ID组成的点IDa1,2,3,4,5多边形ID组成的边IDAa,b,c点文件点文件边文件边文件多边形文件多边形文件索引式拓扑空间数据结构索引式拓扑空间数据结构的优缺点 优点：优点：用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段邻接信息、岛信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。号的方式查询。 缺点缺点：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、：表达拓扑关系较繁琐，给相邻运算、消除无用边、处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建处理岛信息、检索拓扑关系等带来困难，以人工方式建立编码表，工作量大，易出错。立编码表，工作量大，易出错。20a1cbdef234567891011kijhgl线号左多边形右多边形起点终点a aI IIIII1 12 2b bI IIIII2 23 3c cI IIIII3 34 4d dIIIIIIIIII5 56 6e eIIIIIIIIII6 67 7f fIIIIIIIIII7 75 5g g0 0IIII4 48 8h h0 0IIII8 89 9i i0 0IIII9 91 1j j0 0IIII1 11010k k0 0IIII10101111l l0 0IIII11114 4线文件线文件2 2）双重独立编码结构双重独立编码结构/DIME/DIME（Dual Independent Map EncodingDual Independent Map Encoding）码）码 多边形多边形IDID弧段号弧段号属性属性Aa,b,eBc,d,bCgDf,e,d,-g原始多边形数据原始多边形数据1285431817161514131211109720D1925242221623CBAcfgabde弧段弧段IDID起始点起始点终结点终结点左多边形左多边形右多边形右多边形a5 51 1QAb7 71 1ABc1 11313QBd13137 7DBe7 75 5DAf13135 5QDg25252525DC弧段弧段IDID点号点号弧段弧段IDID点号点号a a5,4,3,2,15,4,3,2,1e e7,6,57,6,5b b7,8,17,8,1f f13,14,15,16,17,18,19,513,14,15,16,17,18,19,5c c1,9,10,11,12,131,9,10,11,12,13g g25,20,21,22,23,24,2525,20,21,22,23,24,25d d13,713,7点号点号坐标坐标1 1（x x1 1，y y1 1）2 2（x x2 2，y y2 2）2525（x x2525，y y2525）3）链状双重独立编码结构（之一）多边形多边形IDID弧段号弧段号属性属性A Aa,b,ea,b,eB Bc,
