淺談地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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(tǒng)，地理信息系統(tǒng)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(xiàn)地理信息的精準化應(yīng)用［1］?，F(xiàn)階段，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，包括國防建設(shè)、災(zāi)害放開以及通訊物流等。地理信息數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，所以需要對目前的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行持續(xù)優(yōu)化，這樣才能提高地理信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用質(zhì)量，并拓展其應(yīng)用范圍。

一、地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

一般情況下，通常將數(shù)據(jù)組織形式稱作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這意味著數(shù)據(jù)結(jié)局能夠描述數(shù)據(jù)集合結(jié)點之間的聯(lián)系［2］。因此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上屬于非數(shù)值運算，主要涵蓋隊列、樹木、線性表以及棧等內(nèi)容。由此可見，地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要指的是在計算機環(huán)境下顯示地理信息數(shù)據(jù)的有效組織方式。

無論是地理數(shù)據(jù)模型還是地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(zhì)情況，并將其信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形態(tài)，在計算機作用下實現(xiàn)存儲和處理。數(shù)據(jù)模型一旦形成，就需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為兩大數(shù)據(jù)模型，即矢量數(shù)據(jù)模型以及柵格數(shù)據(jù)模型。所以地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也具有以上兩種數(shù)據(jù)模型形態(tài)。

二、基于表面表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

基于表面表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有四大類型，分別是格網(wǎng)結(jié)構(gòu)(grids)、形狀結(jié)構(gòu)(shape)、面片結(jié)構(gòu)(facets)以及邊界表示(BR)

（一）格網(wǎng)結(jié)構(gòu)

格網(wǎng)結(jié)構(gòu)(grids)的應(yīng)用較為普遍。地形表明通常有規(guī)則的mXn格網(wǎng)來展示，如圖1所示。單個格網(wǎng)點對應(yīng)一個高程值，格網(wǎng)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(jié)構(gòu)

形狀結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)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(jié)構(gòu)

面片結(jié)構(gòu)是借助不同形態(tài)的面片來描述特定對象的表面情況，面片主要有多種形態(tài)，例如正方形、不規(guī)則三角形以及泰森多邊形等。不規(guī)則三角形的應(yīng)用場景最為豐富，這是因為不規(guī)則三角形具有諸多優(yōu)勢，例如有效規(guī)避了等高線繪制過程中的“鞍部點問題”；計算坡度等相關(guān)參數(shù)的難度較?。淮送?，不規(guī)則點發(fā)布與樣本實際情況相符，同時結(jié)束表面復(fù)雜性聊調(diào)節(jié)三角形的形態(tài)，通過這種方式能夠保持良好的近似值。在面片結(jié)構(gòu)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(gòu)成，分別為點線面以及體，并且單個元素都可以借助幾何數(shù)據(jù)、分類標志以及元素之間的關(guān)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(guān)系，這樣才能將觀測數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化。由于地學研究對象通常以未知形態(tài)存在，因此元素關(guān)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(tǒng)以及工程等方面的應(yīng)用極為少見。

（五）非均勻有理B樣條(NURBS>函數(shù)

利用函數(shù)法來描述地學表明具有諸多優(yōu)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(shù)具有以下特征：

1、B樣條的優(yōu)勢得以延續(xù)

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(xiàn)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(yīng)用于多種形狀的生成。

以上特征與3D GIS中有關(guān)面地表示需要保持一致，所以，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，NURBS的應(yīng)用價值表現(xiàn)得更加突出，以上五類結(jié)構(gòu)中其中邊界描述可用來描述規(guī)則形狀的對象，而其他四種則在描述不規(guī)則形狀時更具優(yōu)勢，這說明不同結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的適用范圍，需要結(jié)合實際情況具體應(yīng)用。