第二章地理信息系统的数据结构

v第一节 地理空间及其表达v第二节 地理空间数据及其特征v第三节 空间数据结构的类型v第四节 空间数据结构的建立湖泊河道居民地流路空间现象及其表达现实世界空间数据地图遥感影像特征关系行为观察选择抽象综合测量：位置编码：属性建立关系：表达 空间对象表达：地图空间对象表达：地图点：位置：（x，y）属性：符号线：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)属性：符号形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn)属性：符号变化 等值线 空间对象（实体）的遥感影像表达遥感传感器平台传感器空间对象：类型0空间对象一般按地形维数进行归类划分0点：零维0线：一维0面：二维0体：三维0时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。0空间对象的维数与比例尺是相关的空间对象：点 有位置，无宽度和长度；抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置空间对象：线 有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离香港城市道路网分布空间对象：面 具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）空间对象：面（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。可以用等值线、等高线来表示。等值线的符号一般是细实线加数字注记。等值线的数值间隔一般是常数，这样，就可以根据等值线的疏密，判断制图对象的变化趋势或分布特征。等值线法适合于表示地面或空间呈连续分布、且逐渐变化的地理事物。不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。空间对象：体 有长、宽、高的目标 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线 GIS操作对象为空间数据，空间数据是GIS的核心，其数据来源：l地图数据l影像数据：卫星遥感和航空遥感l地形数据：地形等高线的数字化l属性数据：各类调查报告、实测数据、文献资料、结实数据l元数据：来源于各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据，例如数据来源、数据权属、数据产生的时间等。空间数据：特征v属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。v空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等。v时间特征：描述空间对象随时间的变化空间数据：类型v属性数据属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达v几何数据几何数据：描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达v关系数据关系数据：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。空间拓扑关系表达空间拓扑关系表达关系表关系表ebc41325ABC76Dada:结点号A:多边形号1:弧段号弧段数字化方向表中数字前负号为相反方向弧-面拓扑弧段左面右面起点终点1Aca2BAbc3CAba4Cda5CDdB6BDee7Bdc面-弧拓扑面号弧数弧号A3-1,-2,3B42,-7,5,0,-6C3-3,-5,4D16结点-弧拓扑结点弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e6空间数据结构类型v矢量数据结构v栅格数据结构v矢量栅格一体化数据结构0定义：定义：q矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。表达空间对象的位置。q点：空间的一个坐标点；点：空间的一个坐标点；q线：多个点组成的弧段；线：多个点组成的弧段；q面：多个弧段组成的封闭多边形；面：多个弧段组成的封闭多边形；0获取方法获取方法q定位设备（全站仪、定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）、常规测量等）q地图数字化地图数字化q间接获取间接获取l栅格数据转换栅格数据转换l空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）0矢量数据表达考虑内容矢量数据表达考虑内容q矢量数据自身的存储和管理矢量数据自身的存储和管理q几何数据和属性数据的联系几何数据和属性数据的联系q空间对象的空间关系（拓扑关系）空间对象的空间关系（拓扑关系）0矢量数据表达矢量数据表达q简单数据结构简单数据结构q拓扑数据结构拓扑数据结构q属性数据组织属性数据组织矢量数据结构矢量数据结构矢量数据表达矢量数据表达简单数据结构简单数据结构0只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称面条结构。0存储：q独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；q点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成0特征l无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询l公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性l多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；l处理嵌套多边形比较麻烦0适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析矢量数据结构（续）矢量数据结构（续）标识码标识码属性码属性码空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),(x1,y1)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344n5566存储方法存储方法矢量数据结构（续）矢量数据结构（续）矢量数据表达矢量数据表达拓扑数据结构拓扑数据结构0不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系0表达对象：关联关系0表达方式l点是相互独立的，点连成线，线连成面l每条线始于起始结点(FN)、止于终止结点(TN)，并与左右多边形(LP和RP)相邻接0拓扑编辑功能l多边形连接编辑l结点连接编辑0曲面数据结构 TIN（不规则三角形）数据结构矢量数据结构（续）矢量数据结构（续）矢量数据结构：矢量数据结构：属性数据表达与组织属性数据表达与组织q属性特征类型l 类别特征：是什么l 说明信息：同类目标的不同特征q属性特征表达l 类别特征：类型编码l 说明信息：属性数据结构和表格q属性表的内容取决于用户q图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记 录号实现。点状对象目标标识目标标识地物编码坐 标关联的线目标车站性质车站名称间隔标准所属路局线状对象目标标识目标标识地物编码坐 标串起点、终点、左面、右面运行性质区间名闭塞方式区间长管养单位面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性C4N4C8C6C7N6C10N3C3N1C2N2C1C5N5C9N70 定义 以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。0 对于栅格数据结构l点：为一个像元l线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。l面：聚集在一起的相邻像元集合。0获取方式：l遥感数据l图片扫描数据l矢量数据转换l手工方式0栅格数据坐标系0栅格数据压缩编码方案0栅格数据的分层0栅格数据的组织方法0栅格数据特点栅格数据结构栅格数据结构点线面栅格数据结构：栅格数据结构：坐标系与描述参数坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率格网方向栅格数据结构：栅格数据结构：坐标系与描述参数坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率格网方向栅格数据结构：单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小AB栅格数据结构：栅格数据结构：压缩编码方案压缩编码方案AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,3块状编码正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码v链式编码v链式编码又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码。链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东0，东南l，南2，西南3，西4，西北5，北6，东北7等八个基本方向（如图3-4所示）。v如果对于图3-5 所示的线状地物确定其起始点为像元(1，5)，则其链式编码为：图3-5 链式编码示意图v1，5，3，3，3，3，3，3，3v对于图3-5 所示的面状地物，假设其原起始点定为像元（5，8），则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为：v5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，1v 链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以07的整数代表。v 链式编码对线状和多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，类似矢量数据结构，比较适于存储图形数据。缺点是对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。6701234532233233246676021起始点起始点v游程长度编码（run-length code）v游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法，它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。其编码方案是，只在各行(或列)数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。例如对图3-6(a)所示的栅格数据，可沿行方向进行如下游程长度编码：(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4)v游程长度编码对图3-6(a)只用了40个整数就可以表示，而如果用前述的直接编码却需要64个整数表示，可见游程长度编码压缩数据是十分有效又简便的。事实上，压缩比的大小是与图的复杂程度成反比的，在变化多的部分，游程数就多，变化少的部分游程数就少，图件越简单，压缩效率就越高。v游程长度编码在栅格加密时，数据量没有明显增加，压缩效率较高，且易于检索，叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存贮容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。99990000990900009009770000007700000077770000777700007777000077779999000000099999007070000007777770000000777777770000770070700000v四又树结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值。则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。9999000099090000900977000000770000007777000077770000777700007777999900000009999900707000000777777000000077777777000077007070000007007099 9 9 0 0 9 0 0 9000NWNESWSE栅格数据结构：栅格数据结构：数据组织数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性值像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1 多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n栅格数据结构：栅格数据结构：特点特点l离散的量化栅格值表示空间对象l位置隐含,属性明显l数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大l几何和属性偏差l面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系abc345abcac距离:7/4 (5)面积:7 (6)几何偏差属性偏差矢矢量量栅栅格格数数据据比比较较矢量数据优点：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，特别是软硬件栅格数据优点：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矢量与栅格数据一体化v四库合一图形数据、属性数据、影像数据、数字高程模型v一体化数据结构统一约定1.点状目标：只表示该点的一个位置数据及与节点关联的弧段信息。2.线状目标：使用元子填满整个路径，并表示该弧段相关的拓扑信息。3.面状目标：由元子填满路径的一组边界和边界组成的紧凑空间。第四节 空间数据结构的建立系统功能与数据间的关系(据Jack Dangermond等)信息层示意图 v空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的任务，它可以有多种实现方式包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量等等，其中已有地图的数字化录入，是目前被广泛采用的手段，也是最耗费人力资源的工作。在GIS中，录入的内容包括空间信息和非空间信息，前者是录入的主体。目前，空间信息的录入主要有两种方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化，本章具体介绍了两种方式，以及相关的算法，如曲线近似拟合，栅格图形细化跟踪等。v在图形数据录入完毕后，需要进行各种处理，包括坐标变换、拼接等等，其中最重要的是建立拓扑关系。在拓扑建立过程中，需要先对各种错误修改，本章描述了各种具体的错误情形，最后则介绍了多边形自动拓扑生成算法。v第一节 空间数据的采集v第二节 地图数字化v第三节 空间数据的坐标变换v第四节 图形拼接v第五节 空间数据结构的转换v第六节 拓扑关系的建立数据采集任务将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式。数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性。不同的数据来源要用到不同的设备和方法。数据的转换装载数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成等数据源种类数据源种类 图形图像数据：图形图像数据：l地图 l工程图l规划图l照片l航空与遥感影像等文字数据：文字数据：l调查报告l文件l统计数据l实验数据l野外调查的原始记录等图形图像数据文字数据第一手数据第二手数据非电子数据电子数据全站仪、GPS数据地球物理、地球化学遥感数据地图专题地图统计图表平板测量数据工程测量数据笔记航空、遥感相片人口普查社会经济调查各种统计资料已建各种数据库GIS数据数据源种类数据源种类数据源与相应设备地图地面测量数据统计资料航空、遥感文字数据多媒体坐标几何数字化仪扫描仪摄影测量系统键盘空间数据库编辑处理数据交换空间数据采集空间数据采集属性数据的采集属性数据的采集包括各类调查报告、文件、统计数据、实验数据与野外调查的原始记录等，如人口数据、经济数据、土壤成份、环境数据。对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键入或文件、表格、数据库导入。对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须进行编码输入。空间数据采集空间数据采集属性数据的采集属性数据的采集国家资源与环境信息系统规范在“专业数据分类和数据项目建议总表”中，将数据分为社会环境、自然环境和资源与能源三大类共14小项，并规定了每项数据的内容及基本数据来源。属性数据的编码编码原则 v系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映出同一类型中不同的级别特点。v一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。v标准化和通用性：有国家或行业标准的要按标准进行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。v简捷性：在满足国家标准的前提下、每一种编码应该是以最小的数据量载负最大的信息量。v可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。属性数据的编码编码内容 v登记部分：用来标识属性数据的序号，可以是简单的连续编号，也可划分不同层次进行顺序编码；v分类部分：用来标识属性的地理特征，可采用多位代码反映多种特征；v控制部分：用来通过一定的查错算法，检查在编码、录入和传输中的错误，在属性数据量较大情况下具有重要意义。属性数据的编码编码方法 v层次分类编码法：是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系。耕地71园地 72林地 73牧草地74居民点及公矿用地 75交通用地75水域 76未利用地 77土地利用类型7有林地 731灌木地 732疏林地733迹地 735针叶树疏林地7331阔叶树疏林地7332未成林林地734属性数据的编码编码方法v多源分类编码法：对于一个特定的分类目标，根据诸多不同的分类依据分别进行编码，各位数字代码之间并没有隶属关系。标 志 编 号 分 类123平原河过渡河山地河123常年河时令河消失河12通航河不通航河 123456树状河平行河筛状河辐射河扇形河迷宫河1234567主要河流 一级支 流 二级 三级 四级 五级 六级 七级12345河长：一组 1公里以下 二组 2公里以下 三组 5公里以下 四组10公里以下 五组10公里以上12345678河宽：一组 510 米 二组 1020 米 三组 2030 米 四组 3060 米 五组 60120米 六组120300米 七组300500米 八组500米以上1234567河流间的最短距离50米 50 100 米100 200 米200 400 米400 500 米500 1000米10002000米 12345弯曲度：2.5公里弯曲 深度 宽度 40 50 50 40 50 75 25 50 75 25 50 100 75 150空间数据采集空间数据采集图形数据的采集图形数据的采集采集基本模式有两采集基本模式有两种：种：将地理信息实体以x,y坐标的形式，以顺时针或逆时针方法依次输入。用点、线、多边形和格网邻接的方法表示地理实体。特征数码位置点11x,y（点）线21x1,y1,x2,y2,.,xn,yn(线）面31x1,y1,x2,y2,.,xn,yn（面）空间数据采集空间数据采集图形数据的采集图形数据的采集空间数据采集方法空间数据采集方法：v手扶跟踪数字化仪采集v摄影测量数字化采集v扫描跟踪数字化采集v外业实地数字化采集选择采集方法的依据是如何应用图形数据，图形数据类型，现有设备状况，现有人力，物力，财力状况等。空间数据采集空间数据采集图形数据的采集图形数据的采集通向计算机接口叉丝游标按扭电磁感应板数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特 点：范围大，速度快使 用 范 围：大面积GIS数据采集、资源普查等数字化仪扫描仪数字摄影测量工作站野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特 点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新空间数据采集空间数据采集数据交换数据交换数据交换文件GIS A GIS A GIS B GIS B 内部文件 外部文件 内部文件 外部文件 GIS A数据交换标准Open GISInternet/Intranet空间数据采集空间数据采集方案方案随机采样系统采样系统随机采样可变系统采样蔟聚采样断面采样等高线采样空间数据采集空间数据采集流程流程计划调查编辑处理评价准备收集数字化 数字化仪数字化 v尽管手扶跟踪数字化（Manual Digitising）工作量非常繁重，但是它仍然是目前最为广泛采用的将已有地图数字化的手段。v利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标。其具体的输入方式与地理信息系统软件的实现有关，另外一些GIS系统也支持用数字化仪输入非空间信息，如等高线的高度，地物的编码数值等等。数字化仪数字化v手扶跟踪数字化仪是通过RS-232（串口）接口与计算机进行连接的，为了能够进行正确的数据发送和接收，需要进行通讯参数的设置，包括波特率、数据位、校验位、停止位等等。此外，数字化仪还包括坐标原点、分辨率、采点方式、数据格式等参数。数字化仪的参数通常可以利用数字化板上的开关和菜单确定。为了保证数据录入的正确，必须设置数字化软件的参数与数字化仪的一致。扫描矢量化 v随着计算机软件和硬件更加便宜，并且提供了更多的功能，空间数据获取成本成为GIS项目中最主要的成分。由于手扶跟踪数字化需要大量的人工操作，使得它成为以数字为主体的应用项目瓶颈。扫描技术的出现无疑为空间数据录入提供了有力的工具。v常见的地图扫描处理的过程如图所示。由于扫描仪扫描幅面一般小于地图幅面，因此大的纸地图需先分块扫描，然后进行相邻图对接；当显示终端分辨率及内存有限时，拼接后的数字地图还要裁剪成若干个归一化矩形块，对每个矩形块进行矢量化（Vectorization）处理后生成便于编辑处理的矢量地图，最后把这些矢量化的矩形图块合成为一个完整的矢量电子地图，并进行修改、标注、计算和漫游等编辑处理。扫描矢量化 纸地图扫描转换拼接子图块裁剪地图矢量图编辑矢量图合成图像处理矢量化扫描矢量化 在扫描后处理中，需要进行栅格转矢量的运算，一般称为扫描矢量化过程。扫描矢量化可以自动进行，但是扫描地图中包含多种信息，系统难以自动识别分辨（例如，在一幅地形图中，有等高线、道路、河流等多种线地物，尽管不同地物有不同的线型、颜色，但是对于计算机系统而言，仍然难以对它们进行自动区分），这使得完全自动矢量化的结果不那么“可靠”，所以在实际应用中，常常采用交互跟踪矢量化，或者称为半自动矢量化。坐标变换投影变换：投影A（x，y）投影B（X，Y）正解变换：解析函数关系X=f(x,y)，Y=g(x,y)反解变换：经纬度B=f(x,y),L=g(x,y)X=F(B,L),Y=G(B,L)数值变换：数学方法yxbabaYXnn11(a)(b)(c)例：矢量到栅格转换数据压缩与概化q数据压缩简化数据记录节约存储量q数据概化比例尺变换精度减少矢量：更少的点、线、面栅格：重采样（小格网到大格网）例：地图综合（矢量数据概化）例：栅格数据重采样1MMU=1公顷1MMU=9公顷MMU：最小制图单位 (a)实际地物(b)不及(c)过头 伪节点 (a)正常多边形(b)不正规多边形 123456ABCD A 3 2 1 B 4 6 1 C 2 5 4 D 3 6 5节点表，其中对于每个节点记录了顺时针方向排序的相连的弧段IIIIII245BCA(a)I(b)(c)1 图中共有4个节点，以A、B、C、D表示；6条弧段，用数字表示；以及I、II、III三个多边形（图6-19-a）。首先定义以下概念：由于弧段是有方向的，算法中将弧段A的起始节点称为首节点Ns(A)，而终止节点为尾节点NE(A)；考虑到弧段的方向性，沿弧段前进方向，将其相邻的多边形分别定义为左多边形和右多边形PL(A)和PR(A)。在建立拓扑之前，首先将所有弧段的左右多边形（在实现中，可以用多边形的编码表示）都设置为空；然后对每个节点计算与其相连弧段的在连接处的角度，并进行排序（图6-19-b）（注意，这个排序是循环的）。建立拓扑的算法如下：（1）得到第一条弧段A，并设置为当前弧段；（2）判断PL(A)和PR(A)是否为空。如果都非空，转到第一步，当所有弧段处理完毕后，算法结束；（3）如果左多边形为空，则创建一个新的多边形P，多边形的第一条弧段为当前弧段，并设置PL(A)=P，设置搜寻起始节点为Ns(A)，搜寻当前节点为NE(A)。如果右多边形为空，则创建一个新的多边形P，多边形的第一条弧段为当前弧段，并设置PR(A)=P，设置搜寻起始节点N0=NE(A)，搜寻当前节点NC=NS(A)。（4）判断N0和NC是否相等，如果是，则多边形所有弧段都已经找到，转到第一步。（5）检查与当前节点相连接的、已经排列好的弧段序列，将当前弧段的下一条弧段A作为多边形的第二条弧段。（6）如果NC=NS(A)，设置PL(A)=P，NC=NE(A)；如果NC=NE(A)，设置PR(A)=P，NC=NS(A)，转到第四步。如图6-19-c所示，如果从弧段4开始搜寻，找到节点C后，根据弧段的排序，下一条弧段是2；然后找到节点A，弧段1，整个搜寻结束，建立多边形I，其组成弧段为4、2、1。按照这种算法，生成多边形的弧段从多边形内部看，是逆时针排列的。如果节点弧段排序为顺时针，则算法中用PL(A)代替PR(A)，用PR(A)代替PL(A)，生成的多边形弧段是顺时针排列的。在输入道路、水系、管网、通信线路等信息时，为了进行流量以及连通性分析，需要确定线实体之间的连接关系。网络拓扑关系的建立包括确定节点与连接线之间的关系，这个工作可以由计算机自动完成，但是在一些情况中，如道路交通应用中，一些道路虽然在平面上相交，但是实际上并不连通，如立交桥，这是需要手工修改，将连通的节点删除（图6-21）。第四章第四章 空间数据库空间数据库空间数据管理：空间数据库空间数据管理：空间数据库0 数据库q定义：数据库是为一定目的服务，以特定结构存储的相关联的数据的集合。q特点：l数据独立于应用程序而集中管理l数据之间建立联系，反映了现实世界信息的联系q数据模型l层次模型l网络模型l关系模型什么是空间数据库什么是空间数据库0GIS中的数据大多数都是地理数据，它与通常意义上的数据相比，具有自己的特点：地理数据类型多样，各类型实体之间关系复杂，数据量很大，而且每个线状或面状地物的字节长度都不是等长的等等。地理数据的这些特点决定了利用目前流行的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显的不足，GIS必须发展自己的数据库-空间数据库。q定义：空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征定义：空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合的数据集合0空间数据库系统则是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义上和逻辑上的定义，提供必须的空间数据查询和存取功能，以及能够对空间数据进行有效维护和更新的一套软件系统。空间数据管理：空间数据库（续）空间数据管理：空间数据库（续）0空间数据库q特点：l数据量特别大l属性数据和空间数据联合管理l数据应用范围广泛0空间数据库的数据特征q空间特征q非结构化特征q空间关系特征q分类编码特征q海量数据特征空间数据库与传统数据库空间数据库与传统数据库0空间数据库是一种应用于地理空间数据处理与信息分析领域的具有工程性质的数据库，它所管理的对象主要是地理空间数据(包括空间数据和非空间数据)。传统数据库系统管理地理空间数据有以下几个方面的局限性：0传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。0传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的空间关系；而地理空间数据的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系(如拓扑关系)。0传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的数据；而地理空间数据通常由于不同空间目标的坐标串长度不定，具有变长记录，并且数据项也可能很大，很复杂。0传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如相邻、连通、包含、叠加等。传统数据库与空间数据库的比较传统数据库与空间数据库的比较传统数据库空间数据库数据连续性/相关性不连续相关性小连续较强空间相关性实体类型/空间关系少简单固定多复杂且不固定记录长度结构化等长非结构化不等长查询与操作文字、数字文字数字空间图形关系模型关系模型01、关系模型0关系数据库建立在关系模型基础之上，关系模型是用二维表格来表示实体以及实体之间的联系的模型。与层次和网络模型相比，关系模型是目前商业化的GIS最常用的数据模型。0关系模型的优点是结构灵活，而且具有严密的数据基础，可以满足所有用关系运算和数学运算规则性成的询问要求。另外，关系数据库还能搜索、组合和比较不同类型的数据。但是，用关系模型描述空间数据还存在许多不足之处。现行空间数据库管理方案现行空间数据库管理方案0基于文件与关系式数据库的空间数据混合管理方案0基于关系式数据库的空间数据管理方案0基于对象关系式数据库的空间数据管理方案。全全关关系系式式数数据据库库管管理理方方案案q属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理q空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快q同一DBMS存储空间数据和属性数据。其做法是在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。这种模型的优点是省去了空间数据库和属性数据库之间的繁琐联结，空间数据存取速度较快，但由于是间接存取，在效率上总是低于DBMS中所用的直接操作过程，且查询过程复杂。q属间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作qGIS软件：System9，Small World、Geovision等GIS界面属性数据（定长记录）空间数据（变长记录）DBMS空间数据库关系表二进制块对对象象关关系系数数据据库库管管理理方方案案q这种综合数据模型不是基于标准的RDBMS，而是在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。空间扩展完全包含在DBMS中，用户可以使用自己的基本抽象数据类型(ADT)来扩充DBMS。在核心DBMS中进行数据类型的直接操作很方便、有效，并且用户还可以开发自己的空间存取算法。该模型的缺点是，用户必须在DBMS环境中实施自己的数据类型，对有些应用将相当复杂。q对现有的关系数据库进行扩展，增加空间数据类型q解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高qGIS软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等GIS界面空间数据处理DBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面、圆等）MAPINFO的数据组织的数据组织vMAPINFO以实体型数据结构组织图形数据。在MAPINFO中，点、线、多边形、区域等要素的空间位置和相互关系都是通过坐标来定义。v折线是由一组有序坐标对定义；v多边形是由一组首尾坐标相同的有序坐标对表示。v在MAPINFO中，点、线、多边形、区域等都作为地图对象来处理。每个对象都可以有自己的独立表现特征。如线对象，有自己的线宽、线形、颜色等特征。对于多边形对象，每个对象都有自己的填充方式、前景和背景颜色、边框线形等特征。vMAPINFO也可以表示一些复杂对象。如“岛”和“湖”，在MAPINFO中，这类实体用区域表示，区域是由若干多边形组成的对象。MAPINFO基本表 MAPINFO以表的形式组织信息，每个表是一组MAPINFO文件，这些文件由地图文件和数据库文件组成。vMapInfo采用双数据库存储模式，即空间数据与属性数据是分开来存储的。属性数据存在关系数据库的若干属性表中，而空间数据则以MapInfo的自定义格式保存与若干文件中，二者通过一定的索引机制联系起来。为了提高查询和处理的效率，MapInfo采用层次结构对空间数据进行组织，即根据不同的专题将地图分层（图层还可以分成若干图幅），每个图层存储为若干个基本文件。MAPINFO基本表 1属性数据的表结构文件.TAB属性数据的标结构文件定义了地图属性数据的表结构，包括字段数、字段名称、字段类型和字段宽度、索引字段及相应图层的一些关键空间信息描述。.TAB文件实际上是一个文本文件，可以在写字板中打开。MAPINFO基本表!table!version 300!charset WindowsSimpChineseDefinition Table Type NATIVE Charset WindowsSimpChinese Fields 11 FNODE_ Integer;TNODE_ Integer;LPOLY_ Integer;RPOLY_ Integer;LENGTH Float;CROADD_ Integer;CROADD_ID Integer;ID Integer;长度 Float;CODE Char(8);NAME Char(20);MAPINFO基本表2属性数据文件.DAT属性数据文件中存放完整的地图属性数据。在文件头之后，为表结构描述，其后首尾相接地紧跟着各条具体地属性数据记录。3交叉索引文件.ID交叉索引文件记录了地图中每一个空间对象在空间数据文件（.MAP）中的位置指针。每四个字节构成一个指针。指针排列的顺序与属性数据文件（.DAT）中属性数据记录存放的顺序一致。交叉索引文件实际上是一个空间对象的定位表。4空间数据文件.MAP空间数据文件具体包含了各地图对象的空间数据。空间数据包括空间对象的几何类型、坐标信息和颜色信息等。另外还描述了与该空间对象对应的属性数据记录在属性数据文件（.DAT）中的记录号。这样，当用户从地图上查询某一地图对象时，就能够方便地查到与之相关的属性信息。MAPINFO基本表5索引文件.IND MapInfo中索引文件并不是必须的，只有当用户规定了数据库的索引字段后MapInfo才会自动产生索引文件。索引文件中对应于每个索引字段都有一个索引表。在每个索引表中，先给出总的数据库记录数目，然后按照索引顺序给出每条属性数据记录在对应的索引字段处的具体属性数据和该记录在属性文件（.DAT）及交叉索引文件（.ID）中的记录号