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GIS 空间数据结构

第 3 章 (3). GIS 空间数据结构. 北京建筑工程学院 王文宇 2006 年 8 月. 授课目录. 第一节 GIS数据结构基础 第二节 栅格数据结构 第三节 矢量数据结构 第四节 高级数据模型. 第三节 矢量数据结构. 定义 矢量数据表达 编码方案 矢量数据结构的特点. 一 矢量数据结构. 矢量数据结构是另一种常见的图形数据结构，它是用一系列有序的 x 、 y 坐标对表示地理实体的空间位置 矢量结构的特点：属性隐含，定位明显 矢量型数据结构按其是否明确表示各地理实体的空间相互关系可分为实体型和拓扑型两大类。. 实体.

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  1. 第3章(3) GIS空间数据结构 北京建筑工程学院 王文宇 2006年8月

  2. 授课目录 第一节 GIS数据结构基础 第二节 栅格数据结构 第三节 矢量数据结构 第四节 高级数据模型

  3. 第三节 矢量数据结构 • 定义 • 矢量数据表达 • 编码方案 • 矢量数据结构的特点

  4. 一 矢量数据结构 • 矢量数据结构是另一种常见的图形数据结构，它是用一系列有序的x、y坐标对表示地理实体的空间位置 • 矢量结构的特点：属性隐含，定位明显 • 矢量型数据结构按其是否明确表示各地理实体的空间相互关系可分为实体型和拓扑型两大类。

  5. 实体 • 实体是指地图的基本元素：点、线、面 P P（x1,y1) L (x2,y2)……(xn,yn) R1 (xn+1,yn+1)…… (xn+1,yn+1) R2 (xm+1,ym+1)…… (xm+1,ym+1) R1 L R2

  6. 二 矢量数据表达 • 实体型(简单的数据结构) • 拓扑型(拓扑数据结构)

  7. 实体型 点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1) , (x2 , y2) , … , ( x1 , y1) 独立编码 数据库 标识码 属性码 存储方法 点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串 空间对象编码 唯一 连接几何和属性数据

  8. 拓扑型 • 表达对象：关联关系 • 表达方式 • 全显式表达 • 部分显式表达 • 采用拓扑关系的原则

  9. 实体型与拓扑型数据结构比较 • 两者都是目前最常用的数据结构模型 实体型代表软件为MapInfo 拓扑型代表软件为ARC/INFO • 它们各具特色 实体型虽然会产生数据冗余和歧异，但易于编辑。 拓扑型消除了数据的冗余和歧异，但操作复杂，甚至会产生新的数据冗余。

  10. Arcview支持的矢量数据 Shape files Arc/Info coverages • Can be directly viewed and used by Arcview • Can convert from and to shape files TINs CAD drawings (must activate CAD Reader extension)

  11. shapefiles • Uses the simple, compact spaghetti model • Supports multipoint, multiline, and multishape features • Hawaii--single feature composed of 7 islands (polygons) • Polygons are stored as enclosed shapes • boundaries of adjacent polys are repeated • Topology must now be generated on-the-fly • Uses spatial indexes to speed processing

  12. Coverages • It is one of the primary vector data storage formats for ArcInfo. • A coverage stores geographic features as primary features (such as arcs, nodes, polygons, and label points) and secondary features (such as tics, map extent, links, and annotation). • Associated feature attribute tables describe and store attributes of the geographic features.

  13. 三 矢量数据编码方案 • 实体式编码 • 索引式 • 双重独立编码 • 链状双重独立式

  14. 实体式编码 • 实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。

  15. 实体型编码的利与弊 • 实体型数据结构的优点 结构简单、直观，编码容易 • 实体型数据结构的缺点 ①数据冗余，相邻多边形的公共边易产生分歧； ②实体互相独立，缺乏联系； ③岛弧处理比较困难

  16. 索引式 • 索引式数据结构是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。 • 树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到。

  17. 双重独立编码 • 这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，简称为DIME(Dual lndependent Map Encoding)系统或双重独立式的地图编码法。它以城市街道为编码的主体。其特点是采用了拓扑编码结构。 • 双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。

  18. 线号 左多边形 右多边形 起点 终点 a O A 1 8 b O A 2 1 c O B 3 2 d O B 4 3 e O B 5 4 f O C 6 5 g O C 7 6 h O C 8 7 i C A 8 9 …… …… …… …… …… DIME编码

  19. 链状双重独立式 • 链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。 • 在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。

  20. 四 矢量数据结构的特点 • 用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含 • 用拓扑关系描述空间对象之间的关系 • 面向目标操作，精度高，数据冗余度小 • 与遥感等图象数据难以结合 • 输出图形质量号，精度高

  21. 栅格数据 矢量数据 • 优点： • 数据结构简单 • 空间数据的叠置和组合方便 • 各类空间分析很易于进行 • 数学模拟方便 • 缺点： • 图形数据量大 • 用大像元减少数据量时，精度和信息量受损 • 地图输出不美观 • 难以建立网络连接关系 • 投影变换比较费时 • 优点： • 表示地理数据的精度较高 • 严密的数据结构，数据量小 • 完整的描述空间关系 • 图形输出精确美观 • 图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现 • 面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息 • 缺点： • 数据结构复杂 • 矢量叠置较为复杂 • 数学模拟比较困难 • 技术复杂，特别是软硬件 矢量栅格数据比较

  22. 数据结构选择原则 • 要素还是位置？ • 可获取的数据 • 定位要素的必要精度 • 需要什么类型的要素 • 需要什么类型的拓扑关联 • 所需空间分析类型 • 生产地图类型

  23. 第四节高级数据结构 高级数据结构

  24. Regions or Multishape features • Regions are made of one or more polygons • Polygons may overlap or be separate • Convenient for representing Hawaii (many islands, one state) • Convenient for representing a process through time

  25. Networks (route systems) • Routes are composed of sections. Each section is a single arc, or piece of an arc. • Allows different attributes to be stored along different sections of the same arcs • Allows attributes to be defined using length measures (such as mileposts) instead of in x-y coordinates. • Useful for utility, transportation, and hydrologic modeling and analysis

  26. TIN summary • Triangular Interpolation Network (TIN) • Collection of triangular facets with 3 endpoints in xyz space • Best suited to surfaces defined from irregular point data • Very efficient and compact: • surfaces can be defined from strategically located important points • fewer points required in flat areas; more can be used in mountains • Excellent for defining ridges and stream lines accurately • Uses: • Generating contour maps • Interpolating values at specific points • Converting irregularly spaced data points to raster surfaces

  27. TINs Triangular interpolation networks composed of triangular facets representing a plane oriented in space

  28. Uses of TINs • Basis for deriving 3-D data from irregularly spaced data • well depths --> depth to water table map • Contouring • Interpolation • estimating values at intermediate locations

  29. Arcview Addins • Spatial Analyst (grid data) • Network Analyst (routes) • 3-D Analyst (TINs and grids)

  30. Spatial Analyst • raster data analysis and modeling:uses grid data

  31. 3D Analyst works with TINS and grids to view and analyze 3-D data

  32. Network Analyst uses route systems for network analysis Analyze streamflow, utilities, traffic patterns, etc.

  33. 作业 • 空间实体可抽象为哪几种基本类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构分别是如何表示的？ • 叙述四种栅格数据存储的压缩编码方法。 • 试写出矢量和栅格数据结构的模式，并列表比较其优缺点。

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