【正文】 規(guī)模上來觀測(cè)這些地物，就能把它們都?xì)w結(jié)為點(diǎn)狀分布的地理現(xiàn)象，因此 能用一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(或柵格像元 )來描述其空間位置 。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 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(jié) 構(gòu) 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(guān)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?jī)煞N： （ 1）定性特征 包括名稱、類型等； （ 2）定量特征 包括數(shù)量、等級(jí)等。 具有以下特征： 周長(zhǎng)； 面積；島或非島；內(nèi)島或齒狀；重疊性等 內(nèi)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(gè)或多個(gè)內(nèi)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(jié) 構(gòu) 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(shí)間特征。 ?點(diǎn)實(shí)體 點(diǎn)實(shí)體是有特定的位置、維數(shù)為 0的實(shí)體。 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 2 第二章 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 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(diǎn)、線、面等方式采用編碼技術(shù)對(duì)地理空間物體進(jìn)行特征描述及在物體間建立相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)集。 實(shí)體點(diǎn)： 用來代表一個(gè)實(shí)體； 如城市 注記點(diǎn)： 用于定位注記； 北 京 內(nèi)點(diǎn)： 用于記錄多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)； 結(jié)點(diǎn)： 表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)； 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 4 結(jié)點(diǎn)： 表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)； 節(jié)點(diǎn)： 它是兩條或多條連線或鏈的拓?fù)溥B結(jié)點(diǎn) 拐點(diǎn)： 表示線段和弧段的內(nèi)部點(diǎn)（特殊的節(jié)點(diǎn)）。 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(shí)間特征 時(shí)間特征用以描述地理實(shí)體隨著時(shí)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(shí)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(gè)面狀特征來描述。它們的 空間位置數(shù)據(jù)是一線狀坐標(biāo)串 (或柵格像元集合 )。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 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(xì)分為： 類型數(shù)據(jù)： 例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類型的分布等； 面域數(shù)據(jù)： 例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn)、行政區(qū)域界線和行政單元等； 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)： 例如道路交點(diǎn)、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(diǎn)、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(hào)數(shù)據(jù)： 例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)（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(guān)系，可以概括為點(diǎn)、線、多邊形之間的 9種形式的拓?fù)潢P(guān)系： 點(diǎn) — 點(diǎn)、點(diǎn) — 線、點(diǎn) — 面； 線 — 點(diǎn)、線 — 線、線 — 面； 面與點(diǎn)、面與線、面與面。 屬性數(shù)據(jù)中的定性 (或定量 )指標(biāo)通常要經(jīng)編碼轉(zhuǎn)換才能被計(jì)算機(jī)接受。 地圖的數(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) 一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量數(shù)據(jù)的概念 矢量本身是數(shù)學(xué)上的概念運(yùn)用到地理信息系統(tǒng)中。 如下圖：（一維矢量可能空間關(guān)系） a b c d 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 19 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最早用于表達(dá)地圖空間數(shù)據(jù)的一種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)地圖制圖中， 表示矢量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮以下問題： 方便存儲(chǔ)和處理 與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系 矢量數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系 表示矢量數(shù)據(jù)的方法有多種，但基本上相似。 ①點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式 標(biāo)志碼 屬性碼 （ x， y） 標(biāo)志碼 屬性碼 標(biāo)志碼 （ x， y） + 或 標(biāo)志碼具有唯一性， 是按某種原則進(jìn)行的編碼（如順序） 屬性碼是與點(diǎn)有關(guān)的基本屬性的編碼，可有多個(gè)。具體形式如下： 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 24 對(duì)面狀實(shí)體而言，最末一點(diǎn)的坐標(biāo)與第一點(diǎn)相等。點(diǎn)位字典包含地圖上每一個(gè)邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，然后建立點(diǎn)、線、面的邊界表，它們由點(diǎn)位序號(hào)構(gòu)成。 具有拓?fù)潢P(guān)系的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。鄰接關(guān)系是借助于不同類型的拓?fù)湓孛枋龅?，如點(diǎn)通過鏈而鄰接；線通過點(diǎn)而鄰接；面通過點(diǎn)線而鄰接 關(guān)聯(lián) —— 是不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系 P1 P2 L1 L2 S1 S2 L1 L2 L3 P1 S1 S2 L1 L2 L3 包含 —— 是面與其它拓?fù)湓刂g的關(guān)系 如點(diǎn)、線、面在某面內(nèi) 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 29 在計(jì)算機(jī)地圖制圖系統(tǒng)中，也可能用到其他關(guān)系，如層次關(guān)系即相同元素之間的等級(jí)關(guān)系。下面介紹一個(gè)常用的方法： 節(jié)點(diǎn)、弧段、面塊相互之間的所有 關(guān)聯(lián) 拓?fù)潢P(guān)系都用關(guān)系表表達(dá)出來。具體算法如下： A、 多邊形連接編輯 例如需要對(duì)多邊形 B1進(jìn)行編輯，其算法過程為： 從（弧 — 點(diǎn)、面文件）中，檢索出與當(dāng)前編輯的多邊形 B1相關(guān)的所有記錄 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 35 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 36 *在檢出的記錄中，檢查當(dāng)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(shí)也將該記錄的節(jié)點(diǎn)位置作相應(yīng)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(jié) 構(gòu) 38 如果首尾不能響應(yīng)，或有缺損或多余，則表明文件有錯(cuò)，須改正，才能將其用于節(jié)點(diǎn)文件和多邊形文件的自動(dòng)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(jì)信息，以解決兩個(gè)同類目標(biāo)的不同特征問題。如下表： 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 42 ④ 拓?fù)潢P(guān)系：如前所講用 節(jié)點(diǎn)、弧段、面塊相互之間的關(guān)聯(lián)拓?fù)潢P(guān)系表表達(dá)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(diǎn)稱為首節(jié)點(diǎn) Ns(A)，而終止節(jié)點(diǎn)為尾節(jié)點(diǎn) NE(A)； 考慮到弧段的方向性，沿弧段前進(jìn)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(gè)新的多邊形 P，多邊形的第一條弧段為當(dāng)前弧段，并設(shè)置 PR(A)=P，設(shè)置搜尋起始節(jié)點(diǎn) N0=NE(A)，搜尋當(dāng)前節(jié)點(diǎn)NC=NS(A)。 （ 6）如果 NC=NS(A39。)=P， NC=NS(A)，轉(zhuǎn)到第四步。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 45 圖24：多邊形拓?fù)涞慕⑦^程 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 46 圖 25：帶“島”的多邊形建立拓?fù)涞慕Y(jié)果 多邊形拓?fù)涞慕?，要注意多邊形帶“島”的情況，按照上述算法，對(duì)于帶“島”的多邊形，或者稱為環(huán)，其包含的弧段構(gòu)成了多個(gè)閉合曲線，并且“島”的弧段排序是順時(shí)針的（圖 25）（實(shí)際上，從環(huán)狀多邊形內(nèi)部看，它仍然是逆時(shí)針的）。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 53 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 54 二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)的概念 柵格數(shù)據(jù)：是由二維平面表像對(duì)應(yīng)位置上像元灰度值所組成的陣列形式的數(shù)據(jù)。 因?yàn)?，在柵格?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(gè)地塊與一像元相對(duì)應(yīng)。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 59 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其陣列中的每個(gè)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(jié) 構(gòu) 60 直接?xùn)鸥窬幋a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(jié) 構(gòu) 61 直接?xùn)鸥窬幋a具有簡(jiǎn)單、直觀、信息無壓縮和處理方便的特點(diǎn)，但因沒有壓縮，占用了大量的內(nèi)存空間。前兩個(gè)數(shù)字表示起點(diǎn)的行列號(hào)，從第三個(gè)數(shù)字開始是每個(gè)后續(xù)點(diǎn)的單位矢量方向 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 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?zhǔn)骄幋a對(duì)多邊形的表示具有很強(qiáng)的壓縮能力，且具有一定的運(yùn)算功能，如面積和周長(zhǎng)計(jì)算等，且探測(cè)邊界急彎部分容易，適用于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。編碼原則： 行號(hào)、列號(hào)、邊長(zhǎng)、屬性代碼 采用這種結(jié)構(gòu)，如果一個(gè)多邊形所能包含的正方形越大，邊界越簡(jiǎn)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(gè)格的所有值相同，則這個(gè)格就不再往下分割；否則，把它再分割成四個(gè)子區(qū)域，這樣直到每個(gè)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(jié) 構(gòu) 79 基于四進(jìn)制的 Morton碼 (MQ)及四叉樹的建立 第一步：將十進(jìn)制的行列號(hào)（ II， JJ）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)（ Ib,Jb）表示。 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 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(jié) 構(gòu) 83 基于十進(jìn)制的線性四叉樹編碼 基于四進(jìn)制的編碼存在著一個(gè)問題。用類似的方法，也可以由 Md碼反求柵格單元的行列號(hào)（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(hào) 列號(hào) 第二章 地 圖 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 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(jié) 構(gòu) 87 在排好的線性表中，依次檢查每四個(gè)相鄰 Md碼對(duì)應(yīng)的屬性值，如果相同則合并為一個(gè)大塊，否則將這四個(gè)格網(wǎng)記錄下來，內(nèi)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