第三讲 GIS数据组织与结构
程承旗
北京大学遥感与 GIS研究所
地理信息系统空间数据
? GIS的主要数据为二维或三维的空间型地图数据,包括
空间位置, 拓扑关系和属性三个方面的内容 。
? 点 （ Point）,又称为元素 （ Element） 或象元 （ Pixel）,
是一个数据点, 具有一对 （ x,y） 坐标和至少一个属
性 。
? 线,（ Line）,是具有相同属性的点的轨迹, 由一个
坐标对序列表示, 坐标对顺序与线的开头有关, 线上
每个点有不多于二个邻点 。
? 面 （ Area）,是年有具相同属性的点的轨迹, 以 （ x、
y） 坐标对的集合表示, 坐标对的排列顺序不影响面的
形态, 具内部点可以有多于三个的邻点, 面内点具有
至少一个相同属性 。
? 区域 （ Region）,空间上相邻或重叠的点, 线, 面要
素可以按一定的地理意义组成区域 。
数据库结构
? 关系模型 （ relationalmodel） 满足一定条件的二维表格
? 层次模型 （ hierarchical model） 以记录类型为节点的有向树
（ tree）, 其主要特征是,（ 1） 除根节点外, 任何节点都有且 只
有一个, 父亲, ； （ 2）, 父, 节点表示的实体与, 子, 节点表示
的实体是一对多的联系 。
? 网状模型 （ networkmodel）
? 特点,1） 可以有一个以上的结点没有, 父, 结点；
? 2） 至少有一个结点有多于一个, 父, 结点；
? 3） 结点之间可以有多种联系；
? 4） 可以存在回路
空间数据组织与结构
? 栅格数据结构
? 矢量数据结构
? 栅格与矢量数据结构的选择与转换
? 空间数据分层组织
栅格与矢量的基本概念
描述地理实体的数据本身的组织方法, 称
为内部数据结构 。
内部数据结构基本上可分为两大类：
即矢量结构和栅格结构 。
栅格模型 矢量模型
优点：
1、数据结构简单
2、叠加操作易实现
3、能有效表达空间可变性
4、栅格图象便于做图象的有效增强
优点：
1、提供更严密的数据结构
2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑
信息的操作更有效，如网络分析
3、图形输出美观，接近于手绘
缺点：
1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术
解决这个问题
2、难以表达拓扑关系
3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加
栅格数量来克服，但会增加数据量
缺点：
1、比栅格数据结构复杂
2、叠加操作没有栅格有效
3、表达空间变化性能力差
4、不能象数字图形那样做增强处理
矢量数据模型与栅格数据模型比较
一、栅格数据结构
? 栅格数据的应用模型
栅格数据的组织方法
一、变长编码
二, 四叉树编码
四叉树编码法有许多有趣的优点：
1） 容易而有效地计算多边形的数量特征；
2） 阵列各部分的分辩率是可变的, 边界复杂部分四叉树较高
即分级多, 分辩率也高, 而不需表示许多细节的部分则分级
少, 分辩率低, 因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；
3） 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的比其它压缩方法
容易；
4） 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便 。
矢量数据结构
? 点实体
? 线实体
? 面实体
栅格与矢量数据结构的选择与转换
? 一, 矢量到栅格
? 栅格化过程包括以下操作：
? 1） 将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩
率和已知位置值的矩阵中；
? 2） 利用单根扫描线或一组相连的扫描线去测试线性要
素与单元边界的交叉点, 并记录有多少个栅格单元穿
过交叉点；
? 3） 对多边形而言, 测试过角点后, 剩下线段处理, 这
时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边
界, 度记录其位置与属性值 。
从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化, 矢量化过程要保
证以下两点：
1） 拓扑转换, 即保持栅格表示出的连通性与邻接性；
2） 转换物体正确的外形 。
二、栅格到矢量
矢量格式向栅格格式的相互转换
? 矢量格式向栅格格式的转换
? ① 内部点扩散法
? ② 复数积分算法
? ③ 射线算法
? ④ 扫描算法
? ⑤ 边界代数算法
? 栅格格式向矢量格式的转换
? 多边形边界提取
? 边界线追踪
? 拓扑关系生成
? 去除多余点及曲线圆滑
空间数据分层组织
空间数据分层的方法
? 按专题分层
? 按时间序列分层
? 以地面垂直高度分层
空间数据的组织
? 由专题和分块组织
? 面向对象的组织
程承旗
北京大学遥感与 GIS研究所
地理信息系统空间数据
? GIS的主要数据为二维或三维的空间型地图数据,包括
空间位置, 拓扑关系和属性三个方面的内容 。
? 点 （ Point）,又称为元素 （ Element） 或象元 （ Pixel）,
是一个数据点, 具有一对 （ x,y） 坐标和至少一个属
性 。
? 线,（ Line）,是具有相同属性的点的轨迹, 由一个
坐标对序列表示, 坐标对顺序与线的开头有关, 线上
每个点有不多于二个邻点 。
? 面 （ Area）,是年有具相同属性的点的轨迹, 以 （ x、
y） 坐标对的集合表示, 坐标对的排列顺序不影响面的
形态, 具内部点可以有多于三个的邻点, 面内点具有
至少一个相同属性 。
? 区域 （ Region）,空间上相邻或重叠的点, 线, 面要
素可以按一定的地理意义组成区域 。
数据库结构
? 关系模型 （ relationalmodel） 满足一定条件的二维表格
? 层次模型 （ hierarchical model） 以记录类型为节点的有向树
（ tree）, 其主要特征是,（ 1） 除根节点外, 任何节点都有且 只
有一个, 父亲, ； （ 2）, 父, 节点表示的实体与, 子, 节点表示
的实体是一对多的联系 。
? 网状模型 （ networkmodel）
? 特点,1） 可以有一个以上的结点没有, 父, 结点；
? 2） 至少有一个结点有多于一个, 父, 结点；
? 3） 结点之间可以有多种联系；
? 4） 可以存在回路
空间数据组织与结构
? 栅格数据结构
? 矢量数据结构
? 栅格与矢量数据结构的选择与转换
? 空间数据分层组织
栅格与矢量的基本概念
描述地理实体的数据本身的组织方法, 称
为内部数据结构 。
内部数据结构基本上可分为两大类：
即矢量结构和栅格结构 。
栅格模型 矢量模型
优点：
1、数据结构简单
2、叠加操作易实现
3、能有效表达空间可变性
4、栅格图象便于做图象的有效增强
优点：
1、提供更严密的数据结构
2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑
信息的操作更有效，如网络分析
3、图形输出美观，接近于手绘
缺点：
1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术
解决这个问题
2、难以表达拓扑关系
3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加
栅格数量来克服，但会增加数据量
缺点：
1、比栅格数据结构复杂
2、叠加操作没有栅格有效
3、表达空间变化性能力差
4、不能象数字图形那样做增强处理
矢量数据模型与栅格数据模型比较
一、栅格数据结构
? 栅格数据的应用模型
栅格数据的组织方法
一、变长编码
二, 四叉树编码
四叉树编码法有许多有趣的优点：
1） 容易而有效地计算多边形的数量特征；
2） 阵列各部分的分辩率是可变的, 边界复杂部分四叉树较高
即分级多, 分辩率也高, 而不需表示许多细节的部分则分级
少, 分辩率低, 因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；
3） 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的比其它压缩方法
容易；
4） 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便 。
矢量数据结构
? 点实体
? 线实体
? 面实体
栅格与矢量数据结构的选择与转换
? 一, 矢量到栅格
? 栅格化过程包括以下操作：
? 1） 将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩
率和已知位置值的矩阵中；
? 2） 利用单根扫描线或一组相连的扫描线去测试线性要
素与单元边界的交叉点, 并记录有多少个栅格单元穿
过交叉点；
? 3） 对多边形而言, 测试过角点后, 剩下线段处理, 这
时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边
界, 度记录其位置与属性值 。
从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化, 矢量化过程要保
证以下两点：
1） 拓扑转换, 即保持栅格表示出的连通性与邻接性；
2） 转换物体正确的外形 。
二、栅格到矢量
矢量格式向栅格格式的相互转换
? 矢量格式向栅格格式的转换
? ① 内部点扩散法
? ② 复数积分算法
? ③ 射线算法
? ④ 扫描算法
? ⑤ 边界代数算法
? 栅格格式向矢量格式的转换
? 多边形边界提取
? 边界线追踪
? 拓扑关系生成
? 去除多余点及曲线圆滑
空间数据分层组织
空间数据分层的方法
? 按专题分层
? 按时间序列分层
? 以地面垂直高度分层
空间数据的组织
? 由专题和分块组织
? 面向对象的组织
