淺談地理信息系統中的數據結構

蔣瑞祥

（安徽省合肥市新華學院國際教育學院，安徽 合肥 230088）

作為一類計算機系統，地理信息系統具有諸多功能，例如采集并存儲地理信息，并通過篩選和歸類信息實現地理信息的精準化應用［1］。現階段，該技術已經廣泛應用于國民經濟的各個領域，包括國防建設、災害放開以及通訊物流等。地理信息數據規模龐大，所以需要對目前的數據結構進行持續優化，這樣才能提高地理信息數據的應用質量，并拓展其應用范圍。

一、地理信息數據結構

一般情況下，通常將數據組織形式稱作數據結構，這意味著數據結局能夠描述數據集合結點之間的聯系［2］。因此，數據結構在本質上屬于非數值運算，主要涵蓋隊列、樹木、線性表以及棧等內容。由此可見，地理信息數據結構主要指的是在計算機環境下顯示地理信息數據的有效組織方式。

無論是地理數據模型還是地理信息數據結構都具有一定相似性，前者能夠詳細描述地理空間以及地理實體的本質情況，并將其信息轉化為數據形態，在計算機作用下實現存儲和處理。數據模型一旦形成，就需要相應的數據結構進行匹配［3］。按照計算及處理以及識別方式的差異，可將地理數據模型轉化為兩大數據模型，即矢量數據模型以及柵格數據模型。所以地理信息數據結構也具有以上兩種數據模型形態。

二、基于表面表示的數據結構

基于表面表示的數據結構主要有四大類型，分別是格網結構(grids)、形狀結構(shape)、面片結構(facets)以及邊界表示(BR)

（一）格網結構

格網結構(grids)的應用較為普遍。地形表明通常有規則的mXn格網來展示，如圖1所示。單個格網點對應一個高程值，格網點元素作為一個點，其常見于DEM中等高線的2.5D

圖1

圖2

（二）形狀結構

形狀結構主要借助對象表面點的斜率來顯示，基本元素與表面上各單元的法線向量相匹配（如圖2所示）。

該數據結構主要應用場景為3D重建，其邏輯在于單個像素明暗變化意味著地形坡度的起伏，因此可利用坡度變化波動來分析像素間的高差變化，進而確定精確的3D表面。

（三）面片結構

面片結構是借助不同形態的面片來描述特定對象的表面情況，面片主要有多種形態，例如正方形、不規則三角形以及泰森多邊形等。不規則三角形的應用場景最為豐富，這是因為不規則三角形具有諸多優勢，例如有效規避了等高線繪制過程中的“鞍部點問題”；計算坡度等相關參數的難度較小；此外，不規則點發布與樣本實際情況相符，同時結束表面復雜性聊調節三角形的形態，通過這種方式能夠保持良好的近似值。在面片結構中，將高程值整合三角形的頂點，則可以獲得2.5D表示，如圖3所示。

圖3

（四）邊界表示

邊界標識是一種分級表示方法。在特定空間的事物均由四大元素構成，分別為點線面以及體，并且單個元素都可以借助幾何數據、分類標志以及元素之間的關系進行描述。所以在實際場景中，需要首先確定元素之間的關系，這樣才能將觀測數據進行轉化。由于地學研究對象通常以未知形態存在，因此元素關系的確定難度較大，甚至無法具備觀測條件。因此邊界表明在CAD/CAM系統以及工程等方面的應用極為少見。

（五）非均勻有理B樣條(NURBS>函數

利用函數法來描述地學表明具有諸多優點，例如計算處理流程少，存儲空間占有不高，還能保持空間唯一性。具體而言，非均勻有理B樣條函數具有以下特征：

1、B樣條的優勢得以延續

2、竿視不變性—控制點透視前后的完全一致并且等價的。

3、蚯面等的精確表示只能實現近似描述，相對于NURBS而言，除了能夠自由表示自由曲面，還能表示球迷。

4、多的形狀控制自由度—NURBS給出更多的控制形狀的自由度，通常可應用于多種形狀的生成。

以上特征與3D GIS中有關面地表示需要保持一致，所以，在應用環節，NURBS的應用價值表現得更加突出，以上五類結構中其中邊界描述可用來描述規則形狀的對象，而其他四種則在描述不規則形狀時更具優勢，這說明不同結構具有相應的適用范圍，需要結合實際情況具體應用。