多边形原始数据
10 1 2
11 30 31
12 29
13 14 28 27 26 17 7 20 18 19 16 15 23 22 21
24 25 9 8 6
3
5 4
多边形数据文件
多边形 A B C D E 数据项
(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1) (x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1) (x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24) (x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19) (x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5)
#
1
2
#
N1
结点文件
3
3
7
N7 N2 #
结点号 结点坐标 N2 N3 N7 …
10
弧 3,4,7 4,5,6 2
1
4
2
4
#
6
#
x2,y2 x3,y3 x7,y7
N6 #
5
N3
N4
5
9
8
6
#
N5
多边形文件 多边形 弧
弧段坐标文件 弧 起点 中间点 终点 1 2 3 4 5 6 … N5 N7 N2 N3 N5 N3 N1 N7 N1 N2 N3 N4
拓扑数据结构编码
• 拓扑型数据结构由弧段坐标文件、节点文 件、弧段文件和多边形文件等一系列含拓 扑关系的数据文件组成。
– 节点文件由节点记录组成，存储每个节点的节 点号、节点坐标及与该节点连接的弧段等； – 弧段坐标文件存储组成弧段的点的坐标； 弧段文件由弧记录组成，存储弧段的起止节点 号和左右多边形号； – 多边形文件由多边形记录组成，存储多边形号、 组成多边形的弧段号以及多边形的周长、面积 和中心点的坐标。
弧段文件 弧 左多边形 右多边形 1 2 3 4 5 6 … 1 2 2 2 2 6 2 4 3 6 5 5
2 3 4 5
…
1,3,4,5 3,7,8,10 2 5,6,8,9
不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系 表达对象：关联关系 表达方式
全显式表达 部分显式表达
拓扑关系物理实现
直接存储 串行指针
• 空间实体的数据建模过程分为3个步骤：
– 首先，选择一种数据模型来表达现实世界的信 息（获得数据）； – 其次，选择一种数据结构来组织该数据模型 （组织数据）； – 最后，选择一种适合于记录该数据结构的文件 格式（记录数据）。
• GIS中，最常用的数据表达方式为矢量方式 和栅格方式。
3.1 矢量数据结构及其编码
特征 空间数据以基本的空间对象（点、线、面）为单 元进行独立组织。 点实体用一对x、y坐标表示；线实体用两对以上 的x、y坐标表示；面实体（多边形）用首尾相接 的多对x、y坐标来表示其边界。 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 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。 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦。
P2 P1 P1 Ф P2 P3 P3 Ф P4 P4
P1 P4 Ф P2 P4 P2 P4 P3 P5 Ф
(1)多边形连接编辑 设对多边形P1进行编辑
①从弧段文件中检出与P1相关的所有弧段 弧段号 C1 C2 C3 起点号 N1 N3 N1 终点号 N2 N2 N3 左多边形 P2 P1 P1 右多边形 P1 P4 Ф
数据库
独立编码
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , „ , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
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
点号 X Y
定义： 矢量数据结构通过记录空间对象坐标的 方式，表示点、线、面各种地理实体及 空间关系来表达空间对象的位置。 点：空间的一个坐标点； 线：多个点组成的弧段； 面：多个弧段组成的封闭多边形；
获取方法 定位设备（全站仪、GPS、常规测量等） 地图数字化 间接获取
栅格数据转换 空间分析（空间操作产生的新的矢量数据）
矢量数据表达考虑内容 矢量数据自身的存储和管理 几何数据和属性数据的联系 空间对象的空间关系（拓扑关系） 矢量数据表达 简单数据结构 拓扑数据结构 曲面数据结构（TIN）
编码方法
矢量结构的编码形式，按照其功能和方法分为： 实体式坐标序列编码 ：面条结构——独立编码。 索引编码。 拓扑型编码
1
2 „ n
11
33 „ 55
22
44 „ 66
空间对象编码 唯一 连接几何和属性数据
Point Table
Pt. ID X Y
Line Table
Ln. ID Pt. 1 Pt. 2
Poly. Table
Attrib. Table
Pol. ID Ln. ID Pol. ID Attrib.
1 2 3 4 5 ...
拓扑结构：拓扑关系与数据共享
维护数据的一致性
拓扑结构：是否需要拓扑结构?
应用目的
制图或一般查询，可不要拓扑结构 空间分析，则应建立拓扑关系
服务对象和系统数据结构
面状目标：面-弧、弧-面 网络目标：点-弧、弧-点
P106拓扑编辑：
N1
C1
C4 N4
P2
C6 P3 N5 C7 N7
1.双重独立式DIME, (Dual Independent Map Encoding ) 2.链状双重独立式POLYVRT,(Polygon-Converter)。
3.TIGER(地理编码和参照系统的拓扑集成)
简单数据结构编码
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（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号 组成。
适用范围： • 这种编码的优点是结构简单，易于以实 体为单位进行操作；缺点是没有表示实 体的拓扑关系，不适合复杂的空间分析； 数据冗余度大。因此这种编码主要用于 功能简单的系统中，如制图系统及一般 查询。
索引编码
• 索引编码是对坐标序列编码结构改标按顺序建立点坐标文件， 再建立多边形—弧段索引文件、弧段—点 索引文件。
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 N1 N2 N3 N4 N5
拓扑结构：部分显式表达
用上述部分表格表示空间目标的拓扑关系
System：面-弧 、弧-点
DIME：弧-点、弧-面
目前商用GIS还没有超出上述四个表格的拓扑 关系
拓扑结构：物理实现
• 串行指针 面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储 POLYVRT（美国计算机图形及空间分析实 验室） TIGER（美国人口调查局） • 直接存储 Arc/Info、GeoStar
关系连结
• 这种数据编码虽然比坐标序列编码结构增 加了两个索引文件，但所有点的坐标只需 存储一次，索引文件中的弧段序号和点序 号以定长或不定长的二进制的字符串存储， 这样就可以用随机方式按字节进行存储和 检索，从而减少了数据的冗余，并且提高 了对数据文件的访问速度。 • 但是，这种数据结构的拓扑关系仍不明显， 不能处理“岛”或“湖”结构的多边形数 据。
24.5 24.8 27.8 30.1 14.2 ...
27.4 24.1 22.5 29.9 30.1 ...
35 36 37 38 39 ...
1 4 6 2 8 ...
3 2 8 10 11 ...
74 75 ...
38 35 29 38 42 28...
74 75 76 77 78 ...
104.2 100.1 105.7 102.7 106.1 ...
第二章 GIS的数据结构
§3 空间数据结构类型
从现实世界到计算机世界
• 地球表面是由各种地理实体所组成的。各 种地理实体的空间分布形式是多种多样的， 但可以将其抽象为点、线、面三种基本实 体。
• 任何一个地理实体它所具有的信息可以从 三个方面来描述：
– 空间坐标：用几何坐标标识地理实体的空间位 置，如经纬度、平面直角坐标。 – 属性数据：与地理实体相联系的地理变量。 – 空间拓扑（Topology)关系：点、线、面实体间 的空间联系。
②检查P1当前位置,调换P1为右多边形,同时调换弧段结点号 弧段号 C1 C2 C3 起点号 N1 N2 N3 终点号 N2 N3 N1 左多边形 P2 P4 Ф 右多边形 P1 P1 P1
③任取一点为起点,顺序连接结点
弧段号 C1 C2 C3 起点号 N1 N2 N3 终点号 N2 N3 N1 左多边形 P2 P4 Ф 右多边形 P1 P1 P1
C8
P1
C3 C2
N2
C5
C9
N3
P5
P4 N6 C10
拓扑数据举例： P51 矢量数据图形
拓扑数据结构的弧段文件构成
弧段号 起点号 终点号 左多边形 右多边形