第2章GIS的数据结构
二章空间数据结构及编码
二章空间数据结构及编码在当今数字化的时代，空间数据的处理和管理变得越来越重要。
空间数据结构及编码作为地理信息系统（GIS）、计算机图形学等领域的基础，对于有效地存储、组织和检索空间数据起着关键作用。
首先，让我们来理解一下什么是空间数据。
简单来说，空间数据就是具有空间位置和几何特征的数据，比如地图上的点、线、面等要素。
这些数据不仅包含了位置信息，还可能包括属性信息，如土地利用类型、建筑物高度等。
空间数据结构则是指空间数据在计算机中的组织方式。
常见的空间数据结构有矢量数据结构和栅格数据结构。
矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等几何对象。
例如，一个点可以用一对坐标（x, y）来表示，一条线可以由一系列有序的坐标对来定义，而一个面则是由一个封闭的线来界定。
矢量数据结构的优点在于数据精度高、存储空间小、便于进行几何变换和拓扑分析。
但它在处理复杂的空间关系和大规模数据时，计算量可能较大。
相比之下，栅格数据结构将空间区域划分为规则的网格单元，每个单元对应一个数值。
这种结构适合表示连续变化的数据，如地形高程、温度分布等。
栅格数据结构的处理相对简单，但数据冗余度较高，精度可能会受到网格大小的限制。
在实际应用中，选择合适的空间数据结构取决于具体的需求和数据特点。
如果需要精确表示地理要素的形状和边界，矢量数据结构可能更合适；而对于大面积的、连续变化的数据，栅格数据结构可能更为有效。
接下来，我们谈谈空间数据编码。
空间数据编码的目的是为了提高数据存储和传输的效率，便于数据的管理和处理。
常见的空间数据编码方法有很多。
比如，对于矢量数据，常见的编码方式有坐标序列编码、多边形编码等。
坐标序列编码直接记录点的坐标，简单直观，但存储空间较大。
多边形编码则通过一些规则来减少数据存储量，提高处理效率。
对于栅格数据，常见的编码方式有直接编码、行程编码、四叉树编码等。
直接编码就是将每个网格单元的值直接存储，简单但效率低。
行程编码通过记录相同值的连续段来压缩数据。
GIS的空间数据结构
GIS的空间数据结构GIS（地理信息系统）中的空间数据结构是指用来存储、组织和管理地理空间数据的方式和方法。
它们是构建GIS系统的基础，对于实现空间数据的高效查询、分析和可视化表示具有重要意义。
本文将介绍常见的空间数据结构，包括矢量数据结构、栅格数据结构和层次数据结构。
一、矢量数据结构（Vector Data Structure）是用点、线和面等几何要素来表示地理现象的空间数据结构。
常见的矢量数据结构包括点、线和面三种类型：1. 点（Point）是空间数据最基本的要素，它由一个坐标对(x, y)表示，常用于表示一个具体的地理位置或地物。
2. 线（Line）是由若干个连接起来的点所组成的线条，它可以用来表示道路、河流等线状地物。
3. 面（Polygon）是由若干个边界相连的线所围成的封闭区域，它可以用来表示国家、城市等面状地物。
矢量数据结构是一种拓扑结构，在存储空间数据时，常采用点-线-面的层次结构，以及节点、弧段和拓扑关系等数据结构来存储和组织地理空间数据。
二、栅格数据结构（Raster Data Structure）将地理空间数据划分为一系列均匀的像素或单元格，用像素值或单元格值来表示地物属性。
栅格数据结构适用于连续分布的地理现象，如温度、降雨等。
常见的栅格数据结构包括：1. 栅格图像（Raster Image）是将地理空间数据以图像的方式呈现，每个像素的灰度值或颜色代表了地物属性的强度或类型。
栅格图像可以通过数字遥感技术获取，并被广泛应用于地貌分析、图像处理等领域。
2. 数值地形模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种栅格数据结构，用于表达地球表面的海拔高度。
DEM常用于地形分析、洪水模拟等应用中。
栅格数据结构的主要优点是简单、易于操作和处理，但由于其离散性，对于空间数据的存储和处理需求较大。
三、层次数据结构（Hierarchical Data Structure）是一种将地理空间数据按层次结构进行组织和管理的数据结构。
第二章 空间数据模型
2.2栅格数据模型-离散化的方法 栅格数据模型规则的格网(常用三角形,方格,六角形) 规则的格网(常用三角形,方格,六角形)，三角形 是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的 不同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角 形可完整地铺满一个平面。 不规则的格网，可当做拓扑多边形处理，如按街 不规则的格网 区划分,社会经济分区等。 。
空间数据模型
本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。 理论中最为核心的内容。 本章描述的是整个 理论中最为核心的内容 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界， 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并 解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。 解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对 于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。 于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。 空间数据模型可以分为三种： 空间数据模型可以分为三种： 场模型：用于描述空间中连续分布的现象； 场模型：用于描述空间中连续分布的现象； 要素模型：用于描述各种空间地物； 要素模型：用于描述各种空间地物； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；
(一)空间结构特征和属性域 一 空间结构特征和属性域 空间” “空间”经常是指可以进行长度和角度 测量的欧几里德空间。 测量的欧几里德空间。空间结构可以是规 则的或不规则的。 则的或不规则的。 属性域的数值可以包含以下几种类型： 属性域的数值可以包含以下几种类型： 名称、序数、间隔和比率。 名称、序数、间隔和比率。属性域的另一 个特征是支持空值， 个特征是支持空值，如果值未知或不确定 则赋予空值。 则赋予空值。
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2.2栅格数据模型 2.2栅格数据模型
栅格模型把空间看作像 元的划分， 元的划分，每个像元都 记录了所在位置的某种 现象，用像元值表示。 现象，用像元值表示。 该值可以表示一个确定 的现象，也可以是一种 模糊的现象。但一个像 元应该只赋一个单一的 值。
GIS培训课件第部分(二)
GIS培训课件第部分(二)
1. GIS培训课件第一部分：GIS基础知识
- 介绍GIS的概念和应用领域
- 讲解GIS数据类型和数据结构
- 介绍GIS软件的种类和功能
2. GIS培训课件第二部分：地图制图技术
- 讲解地图投影和坐标系的概念和应用
- 介绍地图制图的基本要素和设计原则
- 介绍常用的地图制图软件和工具
3. GIS培训课件第三部分：空间分析技术
- 介绍GIS中的空间分析概念和应用
- 讲解空间分析中的空间查询和空间统计方法
- 介绍常用的空间分析软件和工具
4. GIS培训课件第四部分：数据采集和处理技术
- 介绍GIS数据采集的方法和工具
- 讲解GIS数据处理中的数据清理和数据转换技术
- 介绍常用的数据采集和处理软件和工具
5. GIS培训课件第五部分：WebGIS应用技术
- 介绍WebGIS的概念和应用
- 讲解WebGIS的开发方法和技术
- 介绍常用的WebGIS开发平台和工具
6. GIS培训课件第六部分：GIS应用案例分析
- 介绍GIS在不同领域的应用案例，如城市规划、交通管理、环境保
护等
- 分析GIS在实际应用中的优势和局限性- 探讨未来GIS发展的趋势和方向。
第二章 GIS空间数据结构1
二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点：
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次，造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x＝f1（L，B） y＝f2（L，B）
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”， 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点，称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点)，由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信 息，难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的 联系。 （4）不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确，如 无法判断有无不完整的多边形。
第2章 GIS的空间数据结构
矢量数据表达——拓扑数据结构
3、拓扑包含 ： 拓扑包含是指空间图形的 同类 ， 但 不同级 的 、 拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的同类 同类， 不同级的 元素之间的拓扑关系。 元素之间的拓扑关系。
b
（a）简单包含 ）
（b)多层包含 多层包含
（c)等价包含 等价包含
图 (a)中多边形 中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 中多边形P1中包含多边形 ， ）中多边形 包 中多边形 中包含多边形 含在多边形P2中 而多边形P2， 又都包含在多边形 又都包含在多边形P1中 含在多边形 中，而多边形 ，P3又都包含在多边形 中。 都包含在多边形P1中 多边形P2， 图 （c）多边形 ，P3都包含在多边形 中，多边形 ，P3 ）多边形P2， 都包含在多边形 20 对P1而言是等价包含 . 而言是等价包含
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第二章 GIS的空间数据结构 GIS的空间数据结构
第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构
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第1 节
地理实体及其表达
一、地理实体
1. 地理实体与地理目标
地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示
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第2 节
空间数据结构
二、矢量数据结构
(二)矢量数据获取方式
通过外业测量获得，利用测量仪器（全站仪、GPS、常规测量等） 记录测量结果，然后转到地理数据库中 跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据 间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）
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第2 节
特征（ 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 地理实体特征 空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 地理实体的类型 类型（ 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 地理目标的类型 、 、 、 维 的类型（
GIS地理信息系统空间数据结构解析
GIS地理信息系统空间数据结构解析GIS是地理信息系统的英文缩写，即Geographic Information System。
它是一种利用计算机和软件技术来收集、管理、分析和展示地理空间数据的工具。
GIS空间数据结构是指在地理信息系统中用来组织和存储地理空间数据的方式和方法。
GIS空间数据结构的核心是地理空间数据的表示方法。
在GIS中，地理空间数据可以分为两种类型：矢量数据和栅格数据。
矢量数据以几何实体为基本单位，通过点、线、面等几何对象来描述地理现象的空间分布。
而栅格数据以网格为基本单位，通过将地理空间划分为规则的网格单元来表示地理现象的分布。
矢量数据通常由三要素组成：空间位置、属性信息和拓扑关系。
空间位置是指地理现象在地球表面上的位置，可以用点、线、面等几何对象来表示。
属性信息是指地理现象的有关属性和属性值，例如地名、面积、人口等。
拓扑关系是指不同几何对象之间的空间关系，例如点和线之间的相交、包含等关系。
在矢量数据的存储和管理上，常用的数据结构包括点、线和多边形数据结构。
点数据结构采用坐标表示地理位置，通常使用点图层进行存储和管理。
线数据结构由多个点连接而成，可以表示河流、道路等线状地理现象。
多边形数据结构由多条线构成封闭的区域，可以表示湖泊、行政区等面状地理现象。
除了矢量数据外，栅格数据也是GIS中常用的一种数据结构。
栅格数据将地理空间划分为规则的网格单元，每个网格单元包含一个数值或类别信息。
栅格数据适用于连续变化的地理现象，例如地形高程、气候等。
在栅格数据存储和管理上，常用的数据结构包括二维数组和图像数据结构。
在GIS空间数据结构中，数据之间的空间关系是一个重要的概念。
常见的空间关系包括相交、邻接、包含等。
相交是指两个地理现象在地理空间上有交集，邻接是指两个地理现象在地理空间上相连或相邻，包含是指一个地理现象包含另一个地理现象。
GIS空间数据结构的选择取决于具体的应用需求和数据特点。
矢量数据适用于描述点、线、面等离散的地理现象，可以准确表示地理位置和拓扑关系。
第二章 GIS的数据结构—2栅格结构
优 矢 量 数 据 结 构 栅 格 数 据 结 构
点
缺
点
1.便于面向现象的数据表示 1.便于面向现象的数据表示 2.数据结构紧凑 数据结构紧凑、 2.数据结构紧凑、冗余度低 3.有利于网络分析 3.有利于网络分析 4.图形显示质量好 图形显示质量好、 4.图形显示质量好、精度高 1.数据结构简单 1.数据结构简单 2.空间分析和地理现象的模 2.空间分析和地理现象的模 拟均比较容易 3.有利于与遥感数据的匹配 3.有利于与遥感数据的匹配 应用和分析 4.输出方法快速 输出方法快速， 4.输出方法快速，成本比较 低廉
Morton顺序和 顺序和Morton坐标 顺序和 坐标
Morton顺序： 顺序： 顺序
指栅格结构中的一种 扫描顺序， 扫描顺序，它将图像 中的像元按照“ 形 中的像元按照“Z”形 的 轨迹连接起来。 轨迹连接起来。
图2-6
Morton 扫 描 顺 序
Morton坐标：利用Morton顺序对影像中的像元建立索 Morton坐标：利用Morton顺序对影像中的像元建立索 坐标 Morton 引，将原来由行列坐标对表示的空间位置简化为一个简 单数值。 单数值。
0 4 4 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4 4 8 0 0 7 4 4 8 8 8 8 0 8 8 8 7 8 8 8 8 7 4 8 7 7 7
四 叉 树 分 割
7
图 2- 8
编 码：
图2- 9
四叉树编码
根结点：最上面的结点， 根结点：最上面的结点，对应整个图形 叶结点： 叶结点：不能再分的结点 n n 对栅格矩阵的要求： 对栅格矩阵的要求： 2 ×2 n为象限分割次数，n+1为四叉树的最大高度或最大层树 为象限分割次数，n+1为四叉树的最大高度或最大层树
第二章GIS数据结构
第二章GIS数据结构GIS数据结构是指地理信息系统中用来存储和组织地理数据的数据模型和数据格式。
它们用于描述和管理多种类型的地理数据，包括地理位置、属性信息以及与地理实体相关的其他信息。
在GIS中，数据结构的选择对于数据的查询、分析和可视化都起着至关重要的作用。
常见的GIS数据结构主要有三种：基于栅格的数据结构、基于矢量的数据结构和基于数据库的数据结构。
基于栅格的数据结构是一种二维网格结构，将地理空间划分为一系列的像元，每个像元代表一个固定大小的地理空间单元。
栅格数据结构适用于连续变化的地理现象的表达和分析，如地形高程、气候温度等。
栅格数据结构的优点是简单易用，存储和计算效率较高。
然而，由于其固定的像元大小和离散化的特性，栅格数据结构对于精确定位和表达复杂地理对象的能力有限。
基于矢量的数据结构则是通过点、线和面等几何元素来表示地理对象。
矢量数据结构适用于离散型地理现象的表达和分析，如道路、河流等。
它可以准确地表达地理对象的形状、大小和拓扑关系，并支持各种地理操作，如缓冲区分析、叠加分析等。
矢量数据结构的缺点是数据量较大，处理效率相对较低。
此外，矢量数据在处理连续性地理现象时需要进行插值操作，可能会引入一定的误差。
基于数据库的数据结构利用数据库管理系统来存储和组织地理数据。
数据库系统提供了强大的数据管理和查询功能，可以方便地对地理数据进行存储、查询和更新。
同时，数据库系统还支持空间索引和空间查询优化等功能，提高了地理数据的访问效率。
基于数据库的数据结构可以与其他非地理数据进行关联，支持多种数据类型的存储和查询。
然而，数据库系统对硬件和软件资源有较高的需求，需要相应的数据库管理技术和系统维护工作。
综合来看，选择合适的GIS数据结构需要考虑地理数据的类型、规模和应用需求。
对于连续变化的地理现象，可以选择基于栅格的数据结构；对于离散型地理对象，可以选择基于矢量的数据结构；对于大规模地理数据和复杂的分析需求，可以选择基于数据库的数据结构。
GIS三版总复习答案
第一章绪论1、信息（Information）：是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
2、信息的特点1)信息的客观性2)信息的适用性3)信息的传输性4)信息的共享性3、数据：数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
4、数据处理：即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
5、数据与信息关系：信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。
也就是说数据是信息的载体。
6、地理信息：是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
7、地理信息的特点:1）空间分布性2）具有多维结构的特征3）时序特征十分明显8、地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
9、地理信息系统：是由计算机硬、软件和不同方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
10、简述GIS的构成。
它的的基本功能有哪些？硬件系统、软件系统、空间数据库、应用模型、用户基本功：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编辑。
11、GIS与其它系统的区别 GIS有别于DBMS（数据库管理系统），GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，因此，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS，GIS必须包含DBMS。
GIS有别于MIS（管理信息系统），GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS 的软硬件设备要复杂、系统功能要强；MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系。