3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。
      4、 图形显示质量好，精度高。
1  1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。
     2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。
     3、不能像数字图像那样做增强处理    4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。
栅 格
    1、 结构简单，易数据交换。
    2、叠置分析和地理（能有效表达空可  变性）现象模拟较易。
    3、利于与感遥数据的匹配应用和分析，便于图像处理。
    4、 输出快速，成本低廉。  
    1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。
    2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。
    3、投影转换困难。
4 4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。
矢量、栅格数据结构的选择
在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。
栅格结构:大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。
矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。
二、矢栅一体化概念
将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来，具体采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。
线状地物：除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格。
面状地物：除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。
一方面，它保留了矢量的全部性质，以目标为单元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓扑关系；
另一方面，它建立了栅格与地物的关系，即路径上的任一点都直接与目标建立了联系。
从原理上说，这是一种以矢量的方式来组织栅格数据的数据结构。
三、三个约定和细分格网法
为便于组织数据，首先作如下约定：
a. 地面上的点状地物是地球表面上的点，它仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。
b. 地面上的线状地物是地球表面的空间曲线，它有形状但没有面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线或曲线，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。
c. 地面上的面状地物是地球表面的空间曲面，并具有形状和面积，它在平面上的投影是由边界包围的紧致空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。              
为提高栅格表示精度，采用细分格网法：
将一对X,Y坐标用两个Morton码代替：
前一M1表示该点（采样点或附加的交叉点）所在基本格网的地址码，后者M2 表示该点对应的细分格网的Morton码，既顾全整体定位，又保证精度。
四、一体化数据结构设计
线性四叉树(Morton)是基本数据格式，三个约定设计点、线、面数据结构的基本依据，细分格网法保证足够精度。
1、点状地物和结点的数据结构
约定1，点仅有位置、没有形状和面积，只要将点的坐标转化为地址码M1 和M2 ,结构简单灵活，便于点的插入和删除，还能处理一个栅格内包含多个点状目标的情况。
2、线状地物的数据结构
约定（2），线状地物有形状但没有面积，没有面积意味着只要用一串数据表达每个线状地物的路径即可，将该线状地物经过的所有栅格的地址全部记录下来。仿照矢量数据组织的链状双重独立式编码，以弧段为记录单位。
弧段的数据结构:
3、面状地物的数据结构
3）面文件
这种数据结构是面向地物的，具有矢量的特点。通过面状地物的标识号可以找到它的边界弧段并顺着指针提取所有的中间面块。同时它又具有栅格的全部特性，二维行程本身就是面向位置的结构，带指针的二维行程码中的Morton码表达了位置的相互关系，前后M码之差隐含了该子块的大小。给出任意一点的位置都可顺着指针找到面状地物的标识号确定是哪一个地物。
4、复杂地物的数据结构
由几个或几种点、线、面状简单地物组成的地物称为复杂地物。例如将一条公路上的中心线、交通灯、立交桥等组合为一个复杂地物，用一个标识号表示。复杂地物的数据结构如表7所示。
§2-5 三维数据结构
一、概述
目前GIS主要还停留在处理地球表面的数据，若数据是地表以下或以上，则先将它投影到地表，再进行处理，其实质是以二维的形式来模拟、处理任何数据，在有些领域可行，但涉及到三维问题的处理时，往往力不从心。
      二维V=f(x,y)，在不同的层V的含义不同，当V表示的是高程时，就是DEM。由于地形三维视图的原因，人们常把DEM误认为是三维模型。但从本质上讲，DEM是二维的，因为它只能表示地表的信息，不能对地表内部进行有效的表示。目前，人们常把DEM称为2.5维的数据模型。
      真三维模型V=f(x,y,z)，z是一自变量，不受x,y的影响。三维GIS的要求与二维GIS相似，但在数据采集，系统维护和界面设计等方面比二维GIS复杂得多，如三维数据的组织与重
建，三维变换、查询、运算、分析、维护等方面。下面主要介绍三维数据结构。同样，三维结构存在栅格和矢量两种形式。
栅格：将地理实体的三维空间分成细小单元---体元。普遍用八叉树
矢量：x,y,z，抽象为点、线、面、体，面构成体。方法多种，常用三维边界表示法。
二、八叉树结构
1、思想：
四叉树在三维空间的推广。
   将要表示的形体V放在一个充分大的正方体C内，C的边长为2n，不断用两个与XOY、XOZ的平面均分C为8个子体，并判断属性单一性。
当子体部分为V---灰结点  需再1分为8。
   子体中无V---白结点    停止分割，叶结点。
   子体全为V—黑结点
2、存贮结构
1）规则八叉树
      与常规四叉树类似，用10项字段来记录每个结点（8个子结点指针， 1个父结点指针，1个结点属性）。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指针占总存储量的94%，空间使用率低。
2）线性八叉树—  Motorn码
   用某一预先确定的次序将八叉树转换成一个线性表，表中的每个元素与一个结点相对应。每个结点用固定的字节描述，其中某些位专门用来说明它是否为叶结点。
特点：节省存贮空间，便于某些运算，但丧失一定的灵活性，不便于其它遍历方式对树的结点进行存取，应用效果不佳。
3）一对八式的八叉树
每个结点均1分为8，并标记为  0，1，2，3，4，5，6，7。隐含地假定了这些子结点记录存放的次序 –---便于检索
浪费存储，除非完全八叉树，即所有叶结点均在同一层次出现，上层均为非叶结点。
三、三维边界表示法
1、顶点表：用来表示多面体各顶点的坐标
２、边表：指出构成多面体某边的两个顶点；
３、面表：给出围成多面体某个面的各条边。
可避免重复表示某些点、边、面，节约存储，便于图形显示，如公共边不重复。
４、当有若干个多面体时，还必须有一个对象表。
5、扩充后的边表
为表达拓扑还可将其它一些有关的内容结合到所使用的表中，如将边所属的多边形信息结合进边表中以后的形式：
6、拓扑检查
数据存储后，必须检查数据的一致性、完全性，即进行拓扑检查。具体可检查下列几项：
(1)  顶点表中的每个顶点至少是两条边的端点；
(2)  每条边至少是一个多边形的边；
(3)  每个多边形是封闭的；
(4)  每个多边形至少有一条边是和另一个多边形共用的；
(5)   若边表中包含了指向它所属多边形的指针，那么指向该边的指针必在相应的多边形中出现。
7、应用
三维边界法一般用于表示规则形体，如建筑物，对于自然界中的复杂形体如岩石的外表，理论上可找到一在误差范围内逼近的适合平面多面体，但这种逼近受多因素的制约。
    对于不规则形体，可在形体的外表面s，可测一组点p1,p2…pn坐标，再建这些点的关系，即结构图，决定顶点连接的不同方式。同样数据点，由于连接方式不同，构成的平面多面体也不同。其中最重要的一种方法就是每个面均是三角形的平面多面体，类似TIN结构。但即使这样，同一组点仍可得到不同的平面多面体。因此，需要研究拥有了哪些特征之后，才能更确切地逼近原来的三维形体?
    这种逼近有两种形式：
    表面S0的逼近：以确定后的平面多面体的表面作为对原三维形体的表面S0的逼近，着眼于形体的边界表示。
   三维形体的逼近：给出一系列的四面体，这些四面体的集合就是对原三维形体的逼近。着眼于形体的分解表示。
第三章 空间数据库
§3-1 空间数据库的概念
空间数据库是空间数据库系统的简称。
一、空间数据库
1、定义：
  是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。
                        书刊
数据
逻辑划分   词 句 段 目 节 章
数据项、记录、文件和数据库
物理划分   字 行 页 期 卷
比特、字节、字、块、桶和卷
2、空间数据特征:
1）空间特征：一般需要建立空间索引。
2）非结构化特征：
  结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，且数据项是原子数据.而空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。
3）空间关系特征： 拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。
4）分类编码特征：
一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。
5）海量数据特征。
3、空间数据库的特点
1）数据量特别大；
2）数据种类多，复杂；
3）数据应用面相当广。
在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应用通用的数据库的原理和方法；另一方面又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。
二、空间数据库管理系统
是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义；
  提供必须的空间数据查询、检索和存取功能；
  能够空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。
三、空间数据库应用系统
提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面，是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的应用软件。 一般需要进行二次开发。
§3-2 空间数据模型
数据结构：是指数据的组织形式，在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。
   数据模型：是描述实体及其相互关系的数学描述，是空间数据库建立的逻辑模型。
    两者之间的关系：混合的交叉关系，并不一一对应，世界多样性，确定数据模型，确保实用性，（便于模型化、存储、检查和分析），它并不基于空间数据结构。
一、传统数据模型
自学：用三种模型（层次、网络、关系）组织图：
二、传统模型存储空间数据的局限：
1、层次模型用于GIS地理数据库的局限性
    层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解，并在一定程度上支持数据的重构。