地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其文件組織學(xué)習(xí)目標(biāo)

·理解地理空間信息的概念

·掌握地理空間信息的描述方法

·理解地理數(shù)據(jù)分類描述的方法

·理解和掌握地理空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

·掌握柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼方法

·了解柵格與矢量數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化方法重點(diǎn)：地理空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系、兩種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其編碼方法。難點(diǎn)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、柵格數(shù)據(jù)編碼/sundae_meng地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其文件組織

地理空間信息及其描述地理空間數(shù)據(jù)類型地理信息的空間關(guān)系地理信息空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息數(shù)據(jù)的編碼方法矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換/sundae_meng一、地理空間信息1．地理空間（GeographicSpace）是指物質(zhì)、能量、信息的形式與形態(tài)、結(jié)構(gòu)過(guò)程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)。2．地理信息地理信息是一個(gè)時(shí)空過(guò)程，它存在于一定物質(zhì)、能量載體，并能從一種載體向另一種載體進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而形成所謂的信息流。按照認(rèn)知關(guān)系可將地理信息載體化分為地理主體和地理對(duì)象兩種。/sundae_meng二、地理空間信息的描述是建立在地理空間坐標(biāo)系基礎(chǔ)上的地理坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）是描述地理空間信息最直接的方法。平面直角坐標(biāo)系(X,Y)建立了對(duì)地理空間良好的視覺感，并易于進(jìn)行距離、方向、面積等空間參數(shù)的量算，以及進(jìn)一步的空間數(shù)據(jù)處理和分析。地理信息系統(tǒng)中的地理空間，通常就是指經(jīng)過(guò)投影變換后放在笛卡兒坐標(biāo)中的地球表層特征空間，它的理論基礎(chǔ)在于旋轉(zhuǎn)橢球體和地圖投影變換。/sundae_meng三、地理數(shù)據(jù)的分類描述定名（Nominol）量順序（Ordinal）量間隔（Interval）量比率（Ratio）量定性而非定量地對(duì)眾多地理事物進(jìn)行區(qū)分和標(biāo)識(shí)。如北京、天津、石家莊等；長(zhǎng)江、黃河、鴨綠江等；白洋淀、洪澤湖和太湖等通過(guò)排序來(lái)區(qū)分和標(biāo)識(shí)地理現(xiàn)象的量稱為順序量。它是按照地理數(shù)據(jù)的等級(jí)序列，由低到高（或由高到低）進(jìn)一步細(xì)分的利用某種標(biāo)準(zhǔn)單位（可以是任意的）作為間隔量來(lái)表示不同的量，是一種較精確區(qū)分和標(biāo)識(shí)地理現(xiàn)象的測(cè)量方法。

比率量是間隔量的精確化。它提供的定量值是具有真零值而且測(cè)量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)/sundae_meng第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)類型地理數(shù)據(jù)的基本特征地理數(shù)據(jù)的來(lái)源地理空間數(shù)據(jù)類型/sundae_meng一、地理數(shù)據(jù)的基本特征空間特征表示實(shí)體的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置?？臻g特征又稱定位特征或幾何特征，一般用坐標(biāo)數(shù)據(jù)表示。屬性特征表示實(shí)體的特征。如名稱、分類、質(zhì)量特征和數(shù)量特征等。時(shí)間特征描述實(shí)體隨時(shí)間的變化，其變化的周期有超短周期的、短期的、中期的和長(zhǎng)期的。/sundae_meng二、地理數(shù)據(jù)的來(lái)源地圖數(shù)據(jù)

地圖是地理信息的主要載體，同時(shí)也是地理信息系統(tǒng)最重要得信息源

遙感數(shù)據(jù)各種遙感數(shù)據(jù)及其制成的圖像資料（航片、衛(wèi)片）包含著及其豐富的地理內(nèi)容，尤其是先進(jìn)的衛(wèi)星遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能為地理信息系統(tǒng)提供源源不斷的、現(xiàn)勢(shì)性很強(qiáng)的數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及各種文字報(bào)告各種地理要素的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)和各種觀測(cè)數(shù)據(jù)、研究報(bào)告等

/sundae_meng三、地理空間數(shù)據(jù)的類型1.類型數(shù)據(jù)：居民點(diǎn)、交通線、土地類型分布等。2.面域數(shù)據(jù)：多邊形中心點(diǎn)、行政區(qū)域界限和行政單元3.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：道路交叉點(diǎn)、街道和街區(qū)等。4.樣本數(shù)據(jù)：氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等。5.曲面數(shù)據(jù)：高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域。6.文本數(shù)據(jù)：如地名、河流名和區(qū)域名稱。7.符號(hào)數(shù)據(jù)：點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。

/sundae_meng第三節(jié)地理信息的空間關(guān)系地理空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系地理空間信息的方向關(guān)系地理空間信息的度量關(guān)系/sundae_meng一、地理空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。在GIS中，它不但用于空間數(shù)據(jù)的組織，而且在空間分析和應(yīng)用中都有非常重要的意義。1.地理空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系2.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系應(yīng)用價(jià)值3.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的表示/sundae_meng拓?fù)溧徑樱涸刂g的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)浒涸刂g的拓?fù)潢P(guān)系。1、地理空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系不同類同類同類不同級(jí)/sundae_mengN1е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2拓?fù)溧徑樱篘1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓?fù)潢P(guān)聯(lián)：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓?fù)浒篜3與P4/sundae_meng2.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系應(yīng)用價(jià)值（1）確定地理實(shí)體間的相對(duì)空間位置，無(wú)需坐標(biāo)和距離（2）利于空間要素查詢（3）重建地理實(shí)體/sundae_meng3.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的表示結(jié)點(diǎn)集合結(jié)點(diǎn)名指針第一個(gè)離開弧段

第一個(gè)到達(dá)弧段坐標(biāo)N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e2e3x3，y3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N2/sundae_meng順時(shí)針第一弧段

逆時(shí)針第一弧段指針屬性P0e5t0P1e1t1P2e2e5t2多邊形名P3e3e4t3е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N23.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的表示多邊形集合/sundae_meng弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4

始結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)離開始結(jié)點(diǎn)的下一條弧段到達(dá)終結(jié)點(diǎn)的下一條弧段右多邊形左多邊形右多邊形順時(shí)針下一條弧段左多邊形逆時(shí)針下一條弧段坐標(biāo)串е1е2е5е6е4е7е3P1P3P2P4N4N3N5N23.地理空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的表示弧段集合/sundae_meng二、地理空間信息的方向關(guān)系方向關(guān)系：地理事物在空間中的相互方位和排列順序。描述空間實(shí)體的方向關(guān)系，對(duì)于點(diǎn)狀空間實(shí)體只要計(jì)算兩點(diǎn)之間的連線與某一基準(zhǔn)方向的夾角即可，該夾角稱為連線的方位角?；鶞?zhǔn)方向通常有真子午線方向、磁子午線方向和坐標(biāo)縱線方向三種。同樣計(jì)算點(diǎn)狀和線狀空間實(shí)體、點(diǎn)狀和面狀空間實(shí)體時(shí)，只需將線狀和面狀空間實(shí)體視為由它們的中心所形成的點(diǎn)狀實(shí)體，然后按點(diǎn)狀實(shí)體來(lái)求解方向關(guān)系即可。/sundae_meng三、地理空間信息的度量關(guān)系度量空間關(guān)系主要是指空間對(duì)象之間的距離關(guān)系。這種距離關(guān)系可以定量地描述為特定空間中的某種距離，如A實(shí)體距離B實(shí)體100m。也可以應(yīng)用與距離概念相關(guān)的術(shù)語(yǔ)，如遠(yuǎn)近等進(jìn)行定性的描述。/sundae_meng第四節(jié)地理信息空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)與矢量結(jié)構(gòu)的比較/sundae_meng常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)XYijx1y1x2y2xiyixnyn/sundae_meng

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式來(lái)表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體。特點(diǎn)：定位明顯，屬性隱含。獲取方法：

(1)手工數(shù)字化法；

(2)手扶跟蹤數(shù)字化法；

(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。/sundae_meng柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地理要素的非幾何屬性特征。特點(diǎn)：屬性明顯，定位隱含。獲取方法：

(1)手工網(wǎng)格法；

(2)掃描數(shù)字化法；

(3)分類影像輸入法；

(4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322/sundae_mengA.OBC中心點(diǎn)法重要性法長(zhǎng)度占優(yōu)法面積占優(yōu)法柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中混合像元的處理方案一方案二：縮小柵格單元的面積/sundae_meng比較內(nèi)容矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)量小大圖形精度高低圖形運(yùn)算、搜索復(fù)雜、高效簡(jiǎn)單、低效軟件與硬件技術(shù)不一致一致或接近遙感影像格式要求比較高不高圖形輸出顯示質(zhì)量好、精度高，但成本比較高輸出方法快速，質(zhì)量低，成本比較低廉?dāng)?shù)據(jù)共享不易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)分析容易實(shí)現(xiàn)不易實(shí)現(xiàn)矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的比較/sundae_meng第五節(jié)地理數(shù)據(jù)的編碼方法編碼的概念和意義柵格結(jié)構(gòu)編碼方法矢量結(jié)構(gòu)編碼方法屬性數(shù)據(jù)編碼方法/sundae_meng第三節(jié)地理數(shù)據(jù)的編碼方法

地理數(shù)據(jù)編碼，是根據(jù)GIS的目的和任務(wù)，把地圖、圖像等資料按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適于計(jì)算機(jī)存貯和處理的數(shù)據(jù)過(guò)程。地理內(nèi)容的編碼要反映出地理實(shí)體的幾何特征，以及地理實(shí)體的屬性特征，空間數(shù)據(jù)的編碼是地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的技術(shù)步驟，它表現(xiàn)由現(xiàn)實(shí)世界到數(shù)據(jù)世界之間的界面，是聯(lián)結(jié)從現(xiàn)實(shí)世界到數(shù)據(jù)世界的紐帶。一、編碼的概念和意義/sundae_meng鏈碼(chainEncoding)直接?xùn)鸥窬幋a游程長(zhǎng)編碼(Run_lengthEncoding)塊碼四叉樹編碼(quarter_treeEncoding)柵格結(jié)構(gòu)編碼方法/sundae_meng1、直接?xùn)鸥窬幋a

直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。/sundae_meng由起點(diǎn)位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個(gè)后續(xù)點(diǎn)相對(duì)其前繼點(diǎn)的可能的8個(gè)基本方向之一表示。8個(gè)基本方向自0°開始按逆時(shí)針?lè)较虼a分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長(zhǎng)度默認(rèn)為一個(gè)柵格單元。2、鏈碼12345076001076701100/sundae_meng鏈碼編碼：

2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000鏈碼編碼示例/sundae_meng3、游程長(zhǎng)度編碼(1)只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向進(jìn)行編碼：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。/sundae_meng3、游程長(zhǎng)度編碼逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向進(jìn)行編碼：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。/sundae_meng

4、塊碼

采用方形區(qū)域作為記錄單元，數(shù)據(jù)編碼由初始位置行列號(hào)加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。/sundae_meng

5、四叉樹編碼

是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點(diǎn)，將空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。四叉樹分解，各子象限大小不完全一樣，但都是同代碼柵格單元組成的子塊，其中最上面的一個(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)，可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹分解能不斷的進(jìn)行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數(shù)，n＋1是四叉樹最大層數(shù)或最大高度/sundae_meng0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北000…00001101001122位6位4位/sundae_meng直接?xùn)鸥窬幋a：簡(jiǎn)單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）；鏈碼：壓縮效率較高，以接近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算較難；游程長(zhǎng)度編碼：在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度的保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易，十分適合于微機(jī)地理信息系統(tǒng)采用；塊碼和四叉樹編碼：具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖象運(yùn)算，效率較高，是很有前途的編碼方法。/sundae_meng矢量結(jié)構(gòu)編碼方法1、點(diǎn)實(shí)體矢量編碼方法2、線實(shí)體矢量編碼方法3、多邊形矢量編碼方法/sundae_meng點(diǎn)實(shí)體編碼比例朝向線指針線交匯編比例朝向字體文句x,y坐標(biāo)其它非幾何屬性建立和顯示數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系的屬性簡(jiǎn)單點(diǎn)——符號(hào)文本點(diǎn)——字符結(jié)點(diǎn)——符號(hào)統(tǒng)一標(biāo)識(shí)類別或系列號(hào)點(diǎn)類型簡(jiǎn)單點(diǎn)文本點(diǎn)結(jié)點(diǎn)/sundae_meng線實(shí)體編碼唯一標(biāo)示碼線標(biāo)示碼起始點(diǎn)終止點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)序列顯示信息非幾何屬性/sundae_meng多邊形矢量編碼多邊形環(huán)路法樹狀索引編碼法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法由多邊形邊界的x,y坐標(biāo)隊(duì)集合及說(shuō)明信息組成對(duì)所有邊界點(diǎn)數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)/sundae_meng多邊形環(huán)路法ⅠⅡⅢⅣⅤ123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；

x3，y3；x4，y4；

x5，y5；x6，y6；P2x7，y7；x8，y8；

x9，y9；x10，y10；

x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15/sundae_meng樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ/sundae_mengⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)

1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……樹狀索引法/sundae_mengⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P312345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ線號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)

Ⅰ656,1,2,3,4,5Ⅱ56

5,6

Ⅲ

6

56,7,8,9,10,11,5

Ⅳ121312,15,14,13樹狀索引法/