GIS 空间数据结构

1. 第3章 GIS空间数据结构 北京建筑工程学院 王文宇

2. 授课目录 第一节 GIS数据结构基础 第二节 矢量数据结构 第三节 栅格数据结构 第四节 数字高程模型

3. 矢量数据结构 • 概述 • 编码方案 • 代表GIS软件 • 矢量数据结构的特点

4. 一 概述 • 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. 二 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

6. 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。

7. 实体式编码 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. 实体型编码的利与弊 • 优点 结构简单、直观，编码容易 • 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；

9. 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。

10. 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。

11. 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 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。

12. 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。

13. 实体型与拓扑型数据结构比较 • 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。

14. 三 代表GIS软件 • 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,Arcview 拓扑型代表软件为ARC/INFO

15. 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

16. shapefiles • Uses the simple, compact spaghetti model • Supports multipoint, multiline, and multishape features • 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

18. ArcView Shapefile

19. ArcInfo Coverage

24. Shape vs Coverage • Shapefile:一种基于文件方式存储GIS数据的文件格式。至少由.shp,.dbf,.shx三个文件作成，分别存储空间，属性和前两者的关系。是GIS中比较通用的一种数据格式。 • Coverage:一种拓扑数据结构，数据结构复杂，属性缺省存储在Info表中。目前ArcGIS中仍然有一些分析操作只能基于这种数据格式进行操作。

26. 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

27. Choosing a data model • Raster advantages • Simple data model • Efficient for data with high spatial variability • Efficient for low spatial variability when compressed • Vector advantages • Can store data efficiently with high precision • Gives much greater precision and accuracy

28. Choosing a data model Raster is faster but Vector is correcter

29. Choosing a model for analysis • Operations best suited to raster analysis • Overlays and arithmetic, boolean, and map algegra operations • Buffering • Viewshed analysis (what parts of a surface can be seen) • Operations best suited to vector analysis • Connectivity, network modeling • Point-in-polygon and Line-in-polygon overlays

30. 第四节高级数据结构 高级数据结构

31. 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

32. 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.

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

34. 谢谢合作！