1、第二章第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的組織形式，是適合于計算機處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。對空間數(shù)據(jù)而言，則是地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。 它是對數(shù)據(jù)的一種理解和解釋，不說明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)是毫無用處的，不僅用戶無法理解，計算機程序也不能正確的處理，對同一組數(shù)據(jù)，按不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去處理，得到的可能是截然不同的內(nèi)容?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是GIS溝通信息的橋梁，只有充分理解GIS所采用的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，才能正確有效地使用系統(tǒng)。矢量表示法如果采用一個沒有大小的點(坐標)來表達基本點元素時，稱為矢量表示法。柵格表示法如果采用一個有固定大小的點(面元)來表達基本點元素時，稱為柵格表示法。

2、它們分別對應(yīng)矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型。 矢量圖 柵格圖第一節(jié)第一節(jié) GISGIS的空間數(shù)據(jù)及其特征的空間數(shù)據(jù)及其特征1.GIS的空間數(shù)據(jù) GIS的一個重要部分就是數(shù)據(jù)。陳述彭院士曾經(jīng)把GIS的數(shù)據(jù)比作水利設(shè)施中的水，沒有了水，水利設(shè)施便無法發(fā)揮作用。GIS中沒有了數(shù)據(jù)，便成了無米之炊。但是，GIS中的數(shù)據(jù)必須適合建立實用系統(tǒng)的目的。在建立和維護一個GIS過程中，對數(shù)據(jù)的投入占總投入的5070%，有時甚至更多。如果GIS開發(fā)者對各類數(shù)據(jù)的特點及適用范圍沒有充分的了解，就難以設(shè)計和開發(fā)出完全適用的GIS。1.1類型 GIS中的數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)類型繁多，概括起來主要有以下幾種類型：1.1.1地圖數(shù)據(jù)

3、 來源于各種類型的普通地圖和專業(yè)地圖，這些地圖的內(nèi)容豐富，圖上實體間的空間關(guān)系直觀，實體的類別或?qū)傩郧逦?，實測地形圖還具有很高的精度。1.1.2影像數(shù)據(jù) 主要來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感，包括多平臺、多層面、多種傳感器、多時項、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，構(gòu)成多源海量數(shù)據(jù)，于是GIS的最有效的數(shù)據(jù)源之一。1.2.3地形數(shù)據(jù) 來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型（DEM）和其他實測的地形數(shù)據(jù)等。1.2.4屬性數(shù)據(jù) 來源于各類調(diào)查報告、實測數(shù)據(jù)、文獻資料、解譯信息等。1.2.5元數(shù)據(jù) 來源于由各類純數(shù)據(jù)通過調(diào)查、推理、分析和總結(jié)得到的有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)

4、據(jù)產(chǎn)生的時間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)分辨率、元數(shù)據(jù)比例尺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等。空間數(shù)據(jù)根據(jù)表示對象不同，又具體分為七種類型：類型數(shù)據(jù) 氣象站、航線、野外樣方分布區(qū)等面域數(shù)據(jù) 地名、河流名稱、區(qū)域名稱等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 行政區(qū)域界線、行政單元等樣本數(shù)據(jù) 點狀符號、線狀符號、面狀符號等曲面數(shù)據(jù) 高程點、等高線、等值區(qū)域等文本數(shù)據(jù) 考古地點、道路線、土壤類型分布等符號數(shù)據(jù) 道路交點、街道、街區(qū)等2.空間數(shù)據(jù)的基本特征 空間數(shù)據(jù)描述的是現(xiàn)實世界各種現(xiàn)象的三大基本特征：空間、屬性和時間。對于GIS來說，屬性和時間特征常被視為非空間屬性。近年來對時間特征的研究越來越受到重視。2.1空間特征 它是指空間物體的位置、形狀和大小等

5、幾何特征，以及與相鄰物體的拓撲關(guān)系。位置和拓撲特征是地理或空間系統(tǒng)所獨有的，空間位置可以由不同的坐標系統(tǒng)來描述，如經(jīng)緯度坐標、一些標準的地圖投影坐標或是任意的直角坐標等。GIS的作用之一就是進行各種不同坐標系統(tǒng)間的相互轉(zhuǎn)換。 人類對空間目標的定位一般不是記憶其空間坐標，而是確定某一目標與其他更熟悉的目標間的空間位置關(guān)系，而這種關(guān)系往往也是拓撲關(guān)系。如一個學校是在哪兩條路之間，或是靠近哪個道路叉口，一塊農(nóng)田離哪戶農(nóng)家或哪條路較近等等。通過這類空間描述，可在很大程度上確定某一目標的位置，而一串純粹的地理坐標對人的認識來說幾乎沒有意義。有幾個人記得自己家或辦公室的確切坐標？又有幾個人對著坐標去上班？

6、而對以計算機處理為主的GIS來說，最直接、最簡單的空間定位方法是使用坐標，而拓撲關(guān)系則需要在空間坐標的基礎(chǔ)上通過計算來建立。2.2屬性特征(專題特征) 數(shù)據(jù)的屬性指的是除了時間和空間特征以外的空間現(xiàn)象的其他特征，如地形的坡度、坡向、某地的降水量、土壤酸堿度、土地利用類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。屬性數(shù)據(jù)本身屬于非空間數(shù)據(jù)，但它是空間數(shù)據(jù)中的重要數(shù)據(jù)成分，它同空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，才能表達空間實體的全貌。目前GIS中對專題特征的輸出方法大多沿用傳統(tǒng)的專題制圖方法，如分級(層)設(shè)色法和符號法等。2.3時間特征 空間數(shù)據(jù)的時間特征是指空間特征和屬性特征隨時間而變化的。它們可以同時隨時間變化，也

7、可以分別獨立隨時間變化。這說明了空間數(shù)據(jù)的時間性或周期性。例如某地區(qū)種植業(yè)的變化表示屬性數(shù)據(jù)獨立隨時間的變化；行政邊界的變更表示空間位置數(shù)據(jù)隨時間的變化；土壤侵蝕而引起的地形變化不僅改變了空間位置數(shù)據(jù)也改變了屬性數(shù)據(jù)。必須指出，過時的數(shù)據(jù)可能是重要的歷史資料。 嚴格來說，空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時間或時間段內(nèi)采集或計算得到的。由于有些空間數(shù)據(jù)隨時間變化相對較慢，因而有時被忽略。在很多場合時間可以被看成一個專題(屬性)特征。這對于大多數(shù)GIS軟件來說是可以做到的。但如何有效地利用時間在GIS中進行索引和時空分析仍處于研究階段。 在GIS數(shù)據(jù)的表示中，如果加上時間軸將會大大增加空間數(shù)據(jù)處理的難度。因

8、此，用時間屬性來標注空間數(shù)據(jù)特征，以表示空間數(shù)據(jù)的時間性，也就是將時間特征隱含在數(shù)據(jù)當中。 總之，空間數(shù)據(jù)的上述特點反映了它所具有的定位、定性、時間和空間關(guān)系。定位指空間實體的空間特征；定性指空間實體伴隨著地理位置的自然屬性；時間特征指空間實體是隨時間而變化的，該特征通常是隱含的；空間關(guān)系指拓撲關(guān)系，通常通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與編碼空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與編碼1.數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 為了便于研究問題，人們通常把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題抽象成四個層次：1.1.1現(xiàn)實世界 客觀存在的事物，其中某些特征可用數(shù)據(jù)來表達。1.1.2 數(shù)據(jù)模型 根據(jù)未來使用上的要求和事物的特征用概念化的語言和示意圖來描

9、述現(xiàn)實世界。1.1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 用邏輯關(guān)系圖、列表、矩陣來表達數(shù)據(jù)模型，并用某些數(shù)據(jù)項來反映現(xiàn)實世界以及數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。1.1.4 文件結(jié)構(gòu) 用數(shù)據(jù)項表示數(shù)據(jù)在計算機硬件中的儲存方式，通過用計算機語言編制的程序可以實現(xiàn)這種方式，并可以讀、寫數(shù)據(jù)。 用計算機把現(xiàn)實世界的信息儲存起來，并進行管理，需要人來完成轉(zhuǎn)換工作，這一轉(zhuǎn)換過程是先把現(xiàn)實世界抽象成思維模型(數(shù)據(jù)模型)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)槊枋鍪挛锏倪壿嬆Ｐ?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，再轉(zhuǎn)換成計算機硬件可以接受的物理模型(文件結(jié)構(gòu))。這樣人們在考慮、交流數(shù)據(jù)儲存與管理問題時，可以暫不管具體的物理儲存方式，而集中于概念的、邏輯的問題。在有的時候，人們也把數(shù)據(jù)模型、數(shù)

10、據(jù)結(jié)構(gòu)、文件結(jié)構(gòu)合稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以簡化對問題的討論。2.空間數(shù)據(jù)的編碼 空間數(shù)據(jù)的編碼是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織和實現(xiàn)。它實際上反映了一種轉(zhuǎn)換過程。也就是說，它是在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指導下，把空間的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)經(jīng)過分類、量化和組織轉(zhuǎn)換成計算機所能接收的形式，以便進行各種處理分析。因此，可以把空間數(shù)據(jù)編碼看成是把反映空間實體的信息轉(zhuǎn)換成計算機所要求的信息，并將其存入到計算機中。 不管是屬性數(shù)據(jù)，還是圖形數(shù)據(jù)，對其進行編碼都需要注意標準化問題，如在確定分類分級體系時必須注意各專業(yè)的分級標準，對圖形圖象數(shù)據(jù)需要注意現(xiàn)有標準格式，此外編碼要注意靈活性、惟一性及特征性。 空間實體的編碼是GIS設(shè)計中最主要的技術(shù)

11、步驟之一，它同用戶的要求、數(shù)據(jù)質(zhì)量、精度和類型有一定關(guān)系，它以一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為支撐。不同類型數(shù)據(jù)必須用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行組織才便于處理分析。因此后面將編碼方案同空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一起討論。第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系 空間數(shù)據(jù)的幾何目標信息包含兩類信息：位置信息和空間關(guān)系信息?？臻g對象關(guān)系又稱為拓撲關(guān)系。 1.拓撲的基本概念 拓撲關(guān)系是定義空間關(guān)系的一種數(shù)學方法，在GIS中用它來描述并確定空間的點、線、面之間的關(guān)系，并可實現(xiàn)相關(guān)的查詢和檢索。 幾何形狀不同，但結(jié)點間拓撲關(guān)系是相同的，均可用結(jié)點矩陣表示。1表示兩結(jié)點相連。 abcde(a)edcba(b)(c)(c)(a)abcd

12、(b)abcd 面塊之間的拓撲鄰接關(guān)系用鄰接矩陣表示。 總之，拓撲關(guān)系反映了空間實體之間的邏輯關(guān)系，它不需要坐標、距離信息，不受比例尺限制，也不隨投影關(guān)系變化。因此，在GIS中，了解拓撲關(guān)系對空間數(shù)據(jù)的組織、空間數(shù)據(jù)的分析和處理都具有非常重要的意義。2.拓撲關(guān)系類型2.1拓撲關(guān)系基本類型 最基本的類型是鄰接和關(guān)聯(lián)。2.1.1拓撲鄰接 概念：表示圖形元素（通常指同類元素）之間的相鄰性。如多邊形之間、弧段之間的鄰接性等。（表中值為1表示所對應(yīng)多邊形相鄰接。）a a2 2a a7 7a a3 3a a1 1a a6 6a a5 5a a4 4N N1 1N N2 2N N3 3N N4 4N N5

13、5P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4多邊形之間的關(guān)系表：a a2 2a a7 7a a3 3a a1 1a a6 6a a5 5a a4 4N N1 1N N2 2N N3 3N N4 4N N5 5P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4弧段和結(jié)點之間的關(guān)系表：弧段和結(jié)點之間的關(guān)系表：a a2 2a a7 7a a3 3a a1 1a a6 6a a5 5a a4 4N N1 1N N2 2N N3 3N N4 4N N5 5P P1 1P P2 2P P3 3P P4 42.1.2拓撲關(guān)聯(lián) 概念：表示圖形基本元素間（常指不同元素間）的聯(lián)接關(guān)系。如結(jié)點與弧段之間，多邊形

14、與弧段之間。 2.1.3包含關(guān)系 概念：指點、線、面之間的相互包含關(guān)系，通常是指面狀實體中包含的其它面狀實體或線狀、點狀實體的關(guān)系。面狀實體中包含面狀實體情況又分為三種情況：2.1.4重合：指同類元素間有無重合的關(guān)系。2.1.5相離：指元素間不在同一個位置。2.1.6相交：至少有一點落在另一元素上。2.1.7拓撲元素量、質(zhì)不變及相互關(guān)系： 歐拉公式：L+2A+P。P、L、A表示平面圖上點數(shù)、線數(shù)及面塊數(shù)(包括邊界外的面)，2為歐拉示性數(shù)，也稱為多邊形地圖特征。3.拓撲關(guān)系的表達方式3.1全顯式表達 不僅表示多邊形弧段點之間拓撲關(guān)系，同時表示點弧段多邊形之間的拓撲關(guān)系。3.2半隱式表示4.4.拓

15、撲關(guān)系的意義拓撲關(guān)系的意義4.14.1便于確定空間位置關(guān)系。便于確定空間位置關(guān)系。 4.24.2利用拓撲數(shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。利用拓撲數(shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。4.34.3利用拓撲數(shù)據(jù)作為工具，重建地理實體。利用拓撲數(shù)據(jù)作為工具，重建地理實體。第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型 數(shù)據(jù)表達可以采用矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型確定選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)選擇文件格式。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 概念：基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量概念：基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是利用點、線、面及其組合體表

16、示地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是利用點、線、面及其組合體表示地理實體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。理實體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。1.11.1簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（實體型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（實體型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)） 將空間實體分成點、線、面將空間實體分成點、線、面3 3類目標，通過坐類目標，通過坐標值精確表示點、線、面等地理實體，不考慮拓標值精確表示點、線、面等地理實體，不考慮拓撲關(guān)系。撲關(guān)系。1.1.11.1.1點：用一對點：用一對(x, y)(x, y)坐標表示，僅有空間位坐標表示，僅有空間位置，沒有形狀和面積。置，沒有形狀和面積。1.1.21.1.2線：用兩對以上的線：用兩對以上的(x, y)(x, y)坐標表示，

17、有形坐標表示，有形狀但沒有面積。狀但沒有面積。 1.1.31.1.3面：用首尾相接的多對面：用首尾相接的多對(x, y)(x, y)坐標表示其坐標表示其邊界，有形狀和面積，公共邊界重復(fù)編碼。邊界，有形狀和面積，公共邊界重復(fù)編碼。 在簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，空間數(shù)據(jù)以點、線、面在簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，空間數(shù)據(jù)以點、線、面為單元進行單獨組織，不含拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)，最典為單元進行單獨組織，不含拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)，最典型的是面條型的是面條(Spaghetti)(Spaghetti)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要特點： 數(shù)據(jù)按點、線或多邊形為單元進行組織，數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡單。 每個多邊形都以閉合線段存儲，多邊形的公共

18、邊界被數(shù)字化兩次和存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致。 點、線和多邊形有各自的坐標數(shù)據(jù)，但沒有拓撲數(shù)據(jù)，相互之間不關(guān)聯(lián)。 島只作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。2.索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改進。它先對所有點坐標按順序建立點坐標文件，再建立多邊形弧段索引文件、弧段點索引文件。 優(yōu)缺點：索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所有點的坐標只存貯一次，減少了數(shù)據(jù)冗余，并提高了對數(shù)據(jù)文件的訪問速度。但不能處理“島”結(jié)構(gòu)的多邊形數(shù)據(jù)。3.拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括DIME(又稱雙重獨立地圖編碼、對偶獨立地圖編碼：Dual Independent Map Encoding)、TIGER(地理編碼和參照系

19、統(tǒng)的拓撲集成)等。3.1 DIME編碼 DIME編碼文件由線段組成。每條線段包括線段名、線段的起結(jié)點和終結(jié)點、線段的左、右區(qū)號及線段所表示街道兩邊的地址范圍。 該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中弧段是數(shù)據(jù)組織的基本對象。3.2拓撲編輯 拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的特征和貢獻是具有拓撲編輯功能。拓撲編輯可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動查錯，自動形成封閉的多邊形。3.2.1 多邊形連接編輯（設(shè)需對P1進行編輯，其算法過程：） 從表2-5中找出含有多邊形P1的全部記錄： 計算機檢查P1所處的位置。使線段右多邊形號為P1，如果不是，互換左、右多邊形的位置，同時也將該弧段記錄的結(jié)點號位置作相應(yīng)的交換。得到表： 從上表中，任取一個起結(jié)點，順序連接各結(jié)

20、點，必要時可對記錄的前后順序作調(diào)整，使得連接的結(jié)點能自行封閉。圖 若不能閉合，或出現(xiàn)記錄缺失或多余，則表示弧段文件有錯，需改正錯誤的記錄。直到所有多邊形都經(jīng)過編輯和改正，再轉(zhuǎn)入結(jié)點連接編輯。3.2.2結(jié)點連接編輯（設(shè)需對N2進行編輯，其算法過程：） 檢出與N2相關(guān)的所有記錄：圖 在檢出的記錄中，計算機檢查N2的位置。逐一檢查上表中各線段走向，使終結(jié)點均為N2，得下表： 調(diào)整線段的順序號，以保證該結(jié)點周圍的多邊形順序連結(jié)。從而得到與結(jié)點N2相連的多邊形號以逆時針方向為P2P1P4P2圖 即該結(jié)點的第一區(qū)P2與最后一個區(qū)P2號一致，表示編碼無誤。相反則表示編輯有錯，應(yīng)改錯，重新編輯，直到所有結(jié)點都

21、經(jīng)過編輯和改正，才能將該弧段文件存入數(shù)據(jù)庫。 這種拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其自動編輯功能，已被許多商品化的GIS軟件所采用，如Arc/Info。圖3.3曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 曲面是指連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面（如地形、降水量、溫度等）。常用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬 合 連 續(xù) 分 布 現(xiàn) 象 的 覆 蓋 表 面 ， 稱 為TIN(Triangulated lrregular Network)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用于數(shù)字地形的表示，三角網(wǎng)中的每個三角形要求盡量接近等邊形狀，由最鄰近的點構(gòu)成，即三角形的邊長之和最小。 狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng)在地形擬合方面表現(xiàn)最好。它遵守歐拉定理：多面體頂點數(shù)-邊數(shù)+面數(shù)=2。

22、 TIN中每個三角形可視為一個平面，每個三角形構(gòu)成一個記錄，Z軸表示屬性，如地形高程等。利用TIN可進行地形分析。TIN已用于ARC/INFO、MGE等。2.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 概念：基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指將空間分割成有規(guī)則的網(wǎng)格，在各個網(wǎng)格上給出相應(yīng)的屬性值來表示地理實體的一種數(shù)據(jù)組織形式。2.1柵格矩陣結(jié)構(gòu)（直接編碼法） 最簡單和直觀的柵格數(shù)據(jù)編碼法。它對柵格圖從左上角開始逐行逐列地存儲數(shù)字化代碼。2.1.1柵格數(shù)據(jù)取值方法 面積占優(yōu)法：把柵格中占有最大面積的屬性值定為本柵格元素的值。 中心點法：將柵格中心點的值作為本柵格元素的值。 長度占優(yōu)法：在網(wǎng)格中心畫一橫線，用橫線所

23、占最長部分的屬性值作為本柵格元素的值。 重要性法：突出某些主要屬性，對于這些屬性，只要在柵格中出現(xiàn)，不管所占比例大小，就把該屬性作為本柵格元素的值。假設(shè)D屬性重要： 注意： 面積占優(yōu)法最適合分類較細、地物類別斑塊較小的情況； 中心點法常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素； 重要性法常用于具有特殊意義而面積較小的地理要素。 柵格矩陣結(jié)構(gòu)的陣列中存在大量相同屬性數(shù)據(jù)，可以壓縮。數(shù)據(jù)壓縮是要降低數(shù)據(jù)量，縮短解碼時間。數(shù)據(jù)量和解碼時間是一對矛盾。2.2費爾曼鏈碼結(jié)構(gòu)(Freemans Chain Code) 費爾曼鏈碼也稱邊界碼、鏈式編碼。用8個方向碼編碼，用某一原點開始的矢量鏈表示曲線或邊界。8個方向為

24、東(E=0)，東南(SE=1)，南(S=2)，西南(SW=3)，西(W=4)，西北(NW=5)，北(N=6)，以及東北(NE=7)。 基本方向定義為：基本方向定義為：東東=0=0，東南，東南=1=1，南，南=2=2，西南西南=3=3，西，西=4=4，西北，西北=5=5，北北=6=6，東北，東北=7=7。 左圖的線狀地物其起左圖的線狀地物其起始點為像元始點為像元(1(1，5)5)，編，編碼為：碼為：1,5,3,2,2,3,3,2,31,5,3,2,2,3,3,2,3 對于左圖所示的面狀對于左圖所示的面狀地物，假設(shè)其起始點定地物，假設(shè)其起始點定為像元為像元(5,8)(5,8)，按順時針，按順時針的

25、編碼為：的編碼為：5,8,3,2,4,4,6,6,7,6,0,5,8,3,2,4,4,6,6,7,6,0,2,12,1 該編碼的優(yōu)點是：數(shù)據(jù)壓縮率高，便于計算周長、面積，便于表示圖形凹凸部分。缺點是難于實現(xiàn)疊加運算，不便于合并和插入等操作，對局部修改將改變整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，相鄰區(qū)域的公用線段會重復(fù)存儲，使數(shù)據(jù)冗余。2.3游程編碼結(jié)構(gòu)(Run Length Code) 游程指相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量，游程編碼結(jié)構(gòu)是逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長度，其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量，消除數(shù)據(jù)間的冗余。 游程(行程)編碼是對具有塊狀地物的柵格數(shù)據(jù)進行壓縮編碼的方法。GIS研究對象多為塊狀地

26、物。 游程編碼以行為單位，將柵格數(shù)據(jù)矩陣中屬性相同的連續(xù)柵格視為一游程。分為游程終點（值）編碼和游程長度編碼。2.3.1游程終點（值）編碼 編碼中第一行(0，1)表示屬性0的柵格終止點為1列，(4，3)表示屬性值為4的柵格終止點為第3列.。從游程終點值可算出每個屬性值所占柵格數(shù)。如屬性值為7的柵格數(shù)為8-3=5。2.3.1游程終點（值）編碼(0，1)，(4，2)，(7，5)(4，5)，(7，3)(4，4)，(8，2)，(7，2)(0，2)，(4，1)，(8，3)，(7，2)(0，2)，(8，4)，(7，1)，(8，1)(0，3)，(8，5)(0，4)，(8，4)(0，5)，(8，3) 表第一行

27、(0，1)表示屬性值為0的柵格數(shù)為1，(4，2)表示屬性值為4的柵格點數(shù)為2.第一行總柵格數(shù)為1+2+5=8。注意： 游程編碼只考慮了水平間的相關(guān)性（行內(nèi)），而未考慮垂直間的相關(guān)性（行間）。游程越長，編碼效率越高。 游程編碼對面積較大的圖形，數(shù)據(jù)壓縮率高，易于實現(xiàn)疊加、合并和檢索運算。在GIS中應(yīng)用很廣。 當柵格數(shù)據(jù)為DEM時，可先進行差分處理，再采用游程長度壓縮編碼法。過程如下2.3.3柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮得到游程編碼數(shù)據(jù)序列，為了提高系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的訪問效率，常采用索引順序文件的方法來組織數(shù)據(jù):2.4塊碼結(jié)構(gòu)(Block Code) 塊碼以正方形區(qū)域為單元對塊狀地物的柵格數(shù)據(jù)進行編碼。實質(zhì)是把柵格

28、中同一屬性方形區(qū)各元素映射成一個元素序列。 塊碼的編碼方式為：行號、列號、半徑、屬性代碼。行號和列號表示正方形區(qū)左上角柵格的行號及列號；半徑為正方形區(qū)行(或列)方向的柵格數(shù)。 塊碼法是把一維游程編碼擴展到二維空間。若面狀地物所包含的正方形越大，邊界越規(guī)則，編碼的效率越高。塊碼對計算面積、檢索圖形、合并和插入操作較有利。 如（1，1，10）表示1行1列，半徑為1，屬性為0；（1，2，2，4）表示1行2列，半徑為2，屬性為4。2.5四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Quadtree Code) 又稱四分樹、四元樹編碼。有許多編碼方案。2.5.1常規(guī)四叉樹 基本思想是把柵格地圖等分成4等分，若每個子區(qū)中柵格值相同則不

29、再分割，否則將該區(qū)再分割成4個子區(qū)，直到每個子塊都含有相同的屬性值為止。這稱為自上往下(Top-to-Down)的常規(guī)四叉樹。也可自下而上(Down-to-Top)建立。下圖是利用自上而下方法尋找柵格A的過程：2.5.2線性四叉樹 常規(guī)四叉樹占空間大，因為要記錄所有結(jié)點值和結(jié)點之間的關(guān)系。 而線性四叉樹是通過編碼四叉樹的葉結(jié)點表示數(shù)據(jù)塊的層次和空間關(guān)系。葉結(jié)點是一地址碼(Morton碼，Z形編碼)?；谒倪M制的線性四叉樹編碼(MQ) 2N*2N的圖象，最多有N層，用N位四進制地址碼。上圖葉結(jié)點(7)的編碼為： MQ=2IB+JB。行號IB和列號JB為二進制。例如011行，011列的MQ2X01

30、1+011=033基于十進制的線性四叉樹編碼(MD) 將柵格的二進制表示的行列號IB和JB按位交錯排列，得二進制地址碼，再轉(zhuǎn)十進制MD。 例如求011行，010列所對應(yīng)的MD=14列號 = 010行號 = 011四叉樹優(yōu)點：（1）具有可變分辨率，編碼效率高；（2）便于島的表示和分析。（3）便于同柵格之間相互轉(zhuǎn)換。四叉樹缺點：轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定性。相同形狀和大小的 多邊形可能得出多種不同的四叉樹結(jié)構(gòu)。2.6二維行程結(jié)構(gòu) 線性四叉樹表前后葉結(jié)點值相同的可合并成一個值。 二維行程編碼中，前后兩個地址碼之差表達了該行程段的格網(wǎng)數(shù)，它可以表示該子塊的大小。 所以，二維行程編碼比四叉樹更省存儲空間，便于以后的插入

31、、刪除和修改等操作。如0與8之間插入一個地址碼為7、格網(wǎng)值為1的記錄， 二維行程編碼的壓縮率很高。它和線性四叉樹采用相同的地址碼，相互之間的轉(zhuǎn)換非常容易和快速。幾乎視為同一概念。2.7三維和四維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.7.1三維和四維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的提出 二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將第三維坐標作為屬性值來處理，它無法建立空間實體的三維拓撲關(guān)系。這就提出了時間和空間信息系統(tǒng)的問題。 用三維來定義空間目標，用四維數(shù)據(jù)定義時間和空間數(shù)據(jù)：任何目標都可以由其坐標對(s，t)惟一確定。這里s=x，y，z定義空間數(shù)據(jù)，而t定義時間數(shù)據(jù)。 三維和四維數(shù)據(jù)用八叉樹和十六叉樹結(jié)構(gòu)表示。2.7.2八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 原理是將空間區(qū)域不斷地分解為八個

32、同樣大小的立方體，直到同一區(qū)域的屬性單一為止。也可自下而上的合并。 常規(guī)八叉樹需記錄父結(jié)點和子結(jié)點的地址碼和屬性值。線性八叉樹只需要記錄葉結(jié)點的地址碼和屬性值。計算定位碼的3規(guī)則分辨率分辨率n(n(分割次數(shù)分割次數(shù)) )決定決定坐標大小。坐標大小。X,Y,ZX,Y,Z軸取值范軸取值范圍從圍從0 0到到2n-12n-1。圖。圖n=3,X,Y,Z=07(10n=3,X,Y,Z=07(10進制進制) )編碼形式編碼形式:qn-1 qn-2 :qn-1 qn-2 qn-3 qn-3 qiqi是是 0707中之一中之一(8(8進進制制),qi),qi的個數(shù)取決于的個數(shù)取決于n n。Z Z字形編碼。字形編

33、碼。例例x=6,y=3,z=1x=6,y=3,z=1的地址碼：的地址碼：線性八叉樹的優(yōu)點： 節(jié)省存儲空間：只需對葉結(jié)點編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點的存儲。 可直接尋址：通過坐標值則能計算出結(jié)點的定位碼(稱編碼)，也能從定位碼中獲取其坐標值(稱解碼)； 操作方便：定位碼容易存儲和執(zhí)行，容易實現(xiàn)集合、相加等組合操作。3.矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較3.1.1矢量數(shù)據(jù)的特點 數(shù)據(jù)精度高，冗余度小，拓撲關(guān)系明確 以點坐標為基礎(chǔ)記錄數(shù)據(jù)，存儲空間小，精確高，便于對圖形縮放、投影轉(zhuǎn)換，具拓撲關(guān)系。 面向目標的結(jié)構(gòu) 對于每一個具體的目標都直接賦有位置、屬性、拓撲信息?？芍苯痈鶕?jù)目標物幾何形狀用坐標計算方法，計算精度高，運算量少 難以同遙感數(shù)據(jù)結(jié)合 矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)，難于同DEM、遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，限制了矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)的功能和效率。目前采用：矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)進行分析矢量數(shù)據(jù)3.1.2柵格數(shù)據(jù)的特點 數(shù)據(jù)精度低，數(shù)據(jù)量大 柵格數(shù)據(jù)是用逼近方法表示實體，柵格單元的尺寸越小，精度越高，但數(shù)據(jù)量就越大，影響速度。 面向位置的結(jié)構(gòu) 每一柵格元素都直接聯(lián)系到某一地物。但又沒有直接聚集所有信息，某一位置的多種特征值的表示需要分圖層。不能建立拓撲關(guān)系。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易與遙感結(jié)合 以陣列(數(shù)組)描述空間實體，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)