【正文】 規(guī)模上來觀測這些地物，就能把它們都歸結為點狀分布的地理現(xiàn)象，因此 能用一個點的坐標(或柵格像元 )來描述其空間位置 。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 8 圖 21：空間數(shù)據(jù)的基本特性 [Jack Dangermond,1984] 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 9 三、地圖數(shù)據(jù)的基本類型 根據(jù)地圖數(shù)據(jù)的特征，可以把地圖數(shù)據(jù)分為 空間數(shù)據(jù)、關系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù) 三類 。 屬性特征通常分定性和定量兩種： （ 1）定性特征 包括名稱、類型等； （ 2）定量特征 包括數(shù)量、等級等。 具有以下特征： 周長； 面積；島或非島；內島或齒狀；重疊性等 內面： 不包括邊界的面 廣義多邊形 （其他多邊形覆蓋面的周邊以外的面，它沒有外環(huán)，有一個或多個內環(huán)） 虛多邊形 （以其他多邊形為界的多邊形） 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 6 二、地圖數(shù)據(jù)的基本特征 地圖數(shù)據(jù)具有空間特征、屬性特征及時間特征。 ?點實體 點實體是有特定的位置、維數(shù)為 0的實體。 城市與環(huán)境科學學院 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 2 第二章 地圖數(shù)據(jù)結構 2． 1 地圖數(shù)據(jù)的描述方法 地圖數(shù)據(jù)： 地圖諸要素的數(shù)字化表示，是以點、線、面等方式采用編碼技術對地理空間物體進行特征描述及在物體間建立相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)集。 實體點： 用來代表一個實體； 如城市 注記點： 用于定位注記； 北 京 內點： 用于記錄多邊形的屬性，存在于多邊形內； 結點： 表示線的終點和起點； 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 4 結點： 表示線的終點和起點； 節(jié)點： 它是兩條或多條連線或鏈的拓撲連結點 拐點： 表示線段和弧段的內部點（特殊的節(jié)點）。 1．空間特征 (1)空間位置 空間位置用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置，又稱幾何特征、定位特征。 3．時間特征 時間特征用以描述地理實體隨著時間而變化的特征。 1．空間數(shù)據(jù) 也稱幾何數(shù)據(jù)，即描述地理現(xiàn)象或地理實體的空間位置、形狀、大小等的數(shù)據(jù)。而如果從較小的空間尺度上來觀察這些地理現(xiàn)象，它們中的多數(shù)將可以用一個面狀特征來描述。它們的 空間位置數(shù)據(jù)是一線狀坐標串 (或柵格像元集合 )。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 11 2． 空間數(shù)據(jù)的表示方法 一般地，表示地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)可以細分為： 類型數(shù)據(jù)： 例如考古地點、道路線和土壤類型的分布等； 面域數(shù)據(jù)： 例如隨機多邊形的中心點、行政區(qū)域界線和行政單元等； 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)： 例如道路交點、街道和街區(qū)等； 樣本數(shù)據(jù)： 例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等； 曲面數(shù)據(jù)： 例如高程點、等高線和等值區(qū)域； 文本數(shù)據(jù)： 例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱； 符號數(shù)據(jù)： 例如點狀符號、線狀符號和面狀符號（暈線）等（如圖 22所示）。 各種地理要素的空間位置數(shù)據(jù)在地圖上的關系，可以概括為點、線、多邊形之間的 9種形式的拓撲關系： 點 — 點、點 — 線、點 — 面； 線 — 點、線 — 線、線 — 面； 面與點、面與線、面與面。 屬性數(shù)據(jù)中的定性 (或定量 )指標通常要經編碼轉換才能被計算機接受。 地圖的數(shù)據(jù)結構 矢量數(shù)據(jù)結構 柵格數(shù)據(jù)結構 一、矢量數(shù)據(jù)結構 矢量數(shù)據(jù)的概念 矢量本身是數(shù)學上的概念運用到地理信息系統(tǒng)中。 如下圖：（一維矢量可能空間關系） a b c d 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 19 矢量數(shù)據(jù)結構的表示 矢量數(shù)據(jù)結構是最早用于表達地圖空間數(shù)據(jù)的一種常見的數(shù)據(jù)結構，在計算機地圖制圖中， 表示矢量數(shù)據(jù)的結構時應考慮以下問題： 方便存儲和處理 與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系 矢量數(shù)據(jù)之間的拓撲關系 表示矢量數(shù)據(jù)的方法有多種，但基本上相似。 ①點數(shù)據(jù)結構形式 標志碼 屬性碼 （ x， y） 標志碼 屬性碼 標志碼 （ x， y） + 或 標志碼具有唯一性， 是按某種原則進行的編碼（如順序） 屬性碼是與點有關的基本屬性的編碼，可有多個。具體形式如下： 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 24 對面狀實體而言，最末一點的坐標與第一點相等。點位字典包含地圖上每一個邊界點的坐標，然后建立點、線、面的邊界表，它們由點位序號構成。 具有拓撲關系的矢量數(shù)據(jù)結構就是拓撲數(shù)據(jù)結構。鄰接關系是借助于不同類型的拓撲元素描述的，如點通過鏈而鄰接；線通過點而鄰接；面通過點線而鄰接 關聯(lián) —— 是不同拓撲元素之間的關系 P1 P2 L1 L2 S1 S2 L1 L2 L3 P1 S1 S2 L1 L2 L3 包含 —— 是面與其它拓撲元素之間的關系 如點、線、面在某面內 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 29 在計算機地圖制圖系統(tǒng)中，也可能用到其他關系，如層次關系即相同元素之間的等級關系。下面介紹一個常用的方法： 節(jié)點、弧段、面塊相互之間的所有 關聯(lián) 拓撲關系都用關系表表達出來。具體算法如下： A、 多邊形連接編輯 例如需要對多邊形 B1進行編輯，其算法過程為： 從（弧 — 點、面文件）中，檢索出與當前編輯的多邊形 B1相關的所有記錄 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 35 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 36 *在檢出的記錄中，檢查當前編輯 的多邊形 B1所處的位置：如果 B1位在左，將之與右相交換，同時也將該記錄的節(jié)點位置作相應的變換，如果B1位在右，則所有數(shù)據(jù)記錄不作改變。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 38 如果首尾不能響應，或有缺損或多余，則表明文件有錯，須改正，才能將其用于節(jié)點文件和多邊形文件的自動生成以及數(shù)據(jù)庫的建立。 屬性特征分為兩種：一種是類別特征，即它是什么；第二種是具體的說明信息，或者說統(tǒng)計信息，以解決兩個同類目標的不同特征問題。如下表： 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 42 ④ 拓撲關系：如前所講用 節(jié)點、弧段、面塊相互之間的關聯(lián)拓撲關系表表達出來。 首先定義以下概念： 由于弧段是有方向的，算法中將弧段 A的起始節(jié)點稱為首節(jié)點 Ns(A)，而終止節(jié)點為尾節(jié)點 NE(A)； 考慮到弧段的方向性，沿弧段前進方向，將其相鄰的多邊形分別定義為左多邊形和右多邊形 PL(A)和 PR(A)。如果右多邊形為空，則創(chuàng)建一個新的多邊形 P，多邊形的第一條弧段為當前弧段，并設置 PR(A)=P，設置搜尋起始節(jié)點 N0=NE(A)，搜尋當前節(jié)點NC=NS(A)。 （ 6）如果 NC=NS(A39。)=P， NC=NS(A)，轉到第四步。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 45 圖24：多邊形拓撲的建立過程 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 46 圖 25：帶“島”的多邊形建立拓撲的結果 多邊形拓撲的建立，要注意多邊形帶“島”的情況，按照上述算法，對于帶“島”的多邊形，或者稱為環(huán)，其包含的弧段構成了多個閉合曲線，并且“島”的弧段排序是順時針的（圖 25）（實際上，從環(huán)狀多邊形內部看，它仍然是逆時針的）。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 53 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 54 二、柵格數(shù)據(jù)結構 柵格數(shù)據(jù)的概念 柵格數(shù)據(jù)：是由二維平面表像對應位置上像元灰度值所組成的陣列形式的數(shù)據(jù)。 因為，在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為規(guī)則排列、相互鄰接的方形地塊，每個地塊與一像元相對應。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 59 柵格數(shù)據(jù)結構 柵格數(shù)據(jù)結構是以規(guī)則的像元陣列來表示地圖上空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結構，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 60 直接柵格編碼方法： A A A A A B B B A A B B A A B B 方法一：逐行從左向右 A A A A A B B B A A B B A A B B A A A A A B B B A A B B A A B B 方法二：奇數(shù)行從左向右，偶數(shù)行從右向左 A A A A B B B A A A B B B B A A 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 61 直接柵格編碼具有簡單、直觀、信息無壓縮和處理方便的特點，但因沒有壓縮，占用了大量的內存空間。前兩個數(shù)字表示起點的行列號，從第三個數(shù)字開始是每個后續(xù)點的單位矢量方向 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 63 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 3,2 7 0 1 2 3 4 5 6 鏈式編碼對多邊形的表示具有很強的壓縮能力，且具有一定的運算功能，如面積和周長計算等，且探測邊界急彎部分容易，適用于存儲圖形數(shù)據(jù)。編碼原則： 行號、列號、邊長、屬性代碼 采用這種結構，如果一個多邊形所能包含的正方形越大，邊界越簡單，效果越好。 四叉樹編碼的基本思想 : 首先把一幅圖像或柵格地圖等分成四部分，逐塊檢查其格網(wǎng)值，如果某個格的所有值相同，則這個格就不再往下分割；否則，把它再分割成四個子區(qū)域，這樣直到每個子塊都只含有相同的屬性值為止。這種方式，速度較快。 為壓縮數(shù)據(jù)人們則多采用線性四叉樹方法。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 79 基于四進制的 Morton碼 (MQ)及四叉樹的建立 第一步：將十進制的行列號（ II， JJ）轉換成二進制數(shù)（ Ib,Jb）表示。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 82 JJ 0 1 2 3 4 5 6 7 Jb 00 01 10 11 100 101 110 111 II Ib 0 00 000 001 010 011 100 101 110 111 1 01 002 003 012 013 102 103 112 113 2 10 020 021 030 031 120 121 130 131 3 11 022 023 032 033 122 123 132 133 4 100 200 201 210 211 300 301 310 311 5 101 202 203 212 213 302 303 312 313 6 110 220 221 230 231 320 321 330 331 7 111 222 223 232 233 322 323 332 333 0 1 MQ 屬性值 000 0 001 0 002 0 003 0 010 0 011 0 012 0 013 0 020 0 021 0 022 0 023 0 030 0 031 0 032 0 033 0 100 0 101 0 102 0 103 0 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 83 基于十進制的線性四叉樹編碼 基于四進制的編碼存在著一個問題。用類似的方法，也可以由 Md碼反求柵格單元的行列號（大家在下面可以自己做一做） JJ 0 1 2 3 4 5 6 7 Jb 0 1 10 11 100 101 110 111 II Ib 0 0 0 1 4 5 16 17 20 21 1 1 2 3 6 7 18 19 22 23 2 10 8 9 12 13 24 25 28 29 3 11 10 11 14 15 26 27 30 31 4 100 32 33 36 37 48 49 52 53 5 101 34 35 38 39 50 51 54 55 6 110 40 41 44 45 56 57 60 61 7 111 42 43 46 47 58 59 62 63 Md碼 行號 列號 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 86 例如： II=5 JJ=5 Ib=1 0 1 Jb=1 0 1 Md= （ 1 1 0 0 1 1） 2 Md=51 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結 構 87 在排好的線性表中，依次檢查每四個相鄰 Md碼對應的屬性值，如果相同則合并為一個大塊，否則將這四個格網(wǎng)記錄下來，內容包括 Md碼、屬性值。這種記錄方法，非常類似于傳統(tǒng)的一維行程編碼，所以也稱為二維游程編碼