第三章地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、1,第三章GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2,第三章GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),3.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型,3,3.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型、,1柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點三、柵格數(shù)據(jù)的獲取方法四、柵格數(shù)據(jù)單元值的確定方法五、減少柵格數(shù)據(jù)存儲量的編碼方法,4,柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是以行、列表示的像元陣列，像元點上的值即對應(yīng)著地理實體的屬性或?qū)傩跃幋a。,一、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念,5,02：草地03：耕地05：林地06：水域

2、10：居民點,一、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念,6,,一、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念,7,二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點,特點:由于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是按一定規(guī)則排列的，所以,其所表示的實體位置就很容易隱含在柵格數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)之中;柵格的行列坐標可以方便地轉(zhuǎn)換為其它坐標系下的坐標值;柵格文件的中的每個代碼本身即明確地表明了實體的屬性或?qū)傩跃幋a;,8,,柵格數(shù)據(jù)特別適合與計算機處理，特別是存儲和顯示;柵格數(shù)據(jù)表示的地表上的線或者面是不連續(xù)的，其表示地理實體的精度

3、與柵格尺寸有關(guān);相對于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)量大,9,三、柵格數(shù)據(jù)的獲取方法,直接獲取法:將均勻的透明格網(wǎng)蒙在要進行處理的專題地圖上,按行列讀取專題內(nèi)容的編碼值;,10,三、柵格數(shù)據(jù)的獲取方法,11,三、柵格數(shù)據(jù)的獲取方法,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換法:由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到柵格數(shù)據(jù).,12,三、柵格數(shù)據(jù)的獲取方法,掃描法:通過掃描設(shè)備(包括遙感平臺)掃描得到柵格數(shù)據(jù),掃描儀,,,,,,,,,航空航天遙感,13,四、柵格數(shù)據(jù)單元值的確定方法,中心點法(網(wǎng)格

4、交點歸屬法)：用處于柵格中心處的實體屬性作為該柵格單元的屬性;,14,,面積占優(yōu)法: 以占柵格面積最大的地物屬性作為該柵格單元的屬性;,15,長度占優(yōu)法:以占柵格行中心線長度最大的地物屬性作為該柵格單元的屬性;,A,B,C,A,B,C,16,重要性法:,以柵格單元內(nèi)是否含有重要地物來確定該柵格單元的屬性;,,有無重要地物?,以該重要地物的屬性作為柵格單元的屬性,以其他取值方法確定柵格單元的屬性,不能單獨作一種取值方法用,四、

5、柵格數(shù)據(jù)單元值的確定方法,17,分別在什么情況下適合使用何種方法：　中心點法：適用于對位置精度要求高的地方，強調(diào)一個地物位置重要性時．譬如連續(xù)分布地理要素，分類較細地物．　面積占優(yōu)法：強調(diào)面積時用該方法，譬如計算土地利用面積時．　長度占優(yōu)法：強調(diào)一個地物長度時用．　重要性法：強調(diào)地物重要性時，譬如具有特殊意義的較小地物．,18,五、減少柵格數(shù)據(jù)存儲量的編碼方法,柵格數(shù)據(jù)壓縮的必要性:直接的柵格數(shù)據(jù)簡單，但數(shù)據(jù)量大.這對于計算機

6、有限的儲存器來講是不易接受的.所以，采用各種方法對柵格數(shù)據(jù)進行壓縮是十分必要的。有損壓縮：數(shù)據(jù)壓縮的同時，或多或少丟失了部分原信息；無損壓縮：數(shù)據(jù)壓縮不會減少原信息量，原數(shù)據(jù)可完全恢復(fù)。,19,五、柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法,鏈式編碼(弗里曼鏈碼、邊界鏈碼)將多邊形的邊界，表示為由某一原點開始，并按某些方向確定的單位矢量鏈。,主要對面狀數(shù)據(jù)進行,20,0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,9,5,6,7,8,2,3,4,0,1,2,3

7、,4,5,6,7,8,9,,,,,,,,21,優(yōu)缺點：對多邊形的表示有很強的壓縮能力；有一定的計算功能——如多邊形周長；可探測邊界的走向；適用于存儲多邊形數(shù)據(jù)。疊置運算難于進行，如組合、相交等；相鄰邊界重復(fù)存儲，存在數(shù)據(jù)冗余,22,游程編碼從第一行開始，從左到右將若干個屬性值相同的柵格視為一個游程，每個游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示（A，P），其中A為游程長度(所延續(xù)的列數(shù))，P為該游程像元的屬性值。這樣，就可以將每行柵格映射為K個游

8、程，當K遠遠小于列數(shù)時,原柵格數(shù)據(jù)就得以壓縮.,23,24,優(yōu)點：是多種壓縮算法的實現(xiàn)基礎(chǔ)；易于實現(xiàn)檢索、疊加、合并等常用操作；當圖形不復(fù)雜，柵格尺寸較小時，可實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的較大壓縮。,25,四叉樹編碼: 四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念:又稱為四分樹或四元樹編碼。就是將2n×2n（n〉=1）的空間區(qū)域按照四個像限進行遞歸分割，直到子像限的值單調(diào)為止。,,26,每個均值方塊分解為四個方位即（西北、東北、西南和東南）四叉樹頂部

9、時根結(jié)點，內(nèi)部結(jié)點用圓圈表示，葉結(jié)點用方框表示,,,,00,01,11,10,分解順序編碼,27,四叉樹編碼示例：,28,四叉樹的建立方法:,自上而下法：首先檢查全區(qū)域，不單調(diào)時進行四分割，再逐層檢查各級子像限，不單調(diào)時再進行四分割，直到劃分到的各級子像限都單調(diào)為止。自下而上法：按照四個像限的順序，逐個掃描各柵格點，并在各級像限劃分的末位置審查、記錄該像限的單調(diào)情況。,29,四叉樹編碼:,四叉樹結(jié)構(gòu)按其編碼方式的不同又分為“常規(guī)四叉樹

10、”（CQT）和“線性四叉樹”（LQT）常規(guī)四叉樹除了記錄葉結(jié)點之外，還要記錄中間結(jié)點，結(jié)點之間借助于指針相聯(lián)系。每個結(jié)點用4個葉結(jié)點指針、1個父結(jié)點指針和一個屬性碼共6個數(shù)據(jù)項來表達。線性四叉樹只記錄葉結(jié)點信息，每個結(jié)點用位置、深度和屬性碼4個數(shù)據(jù)項表達。,30,3.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型,2 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標的方式，盡可能地將點、線、面地理實體表現(xiàn)得精確無誤。其坐標空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進行量化

11、處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長度和大小。    除數(shù)學(xué)上的精確坐標假設(shè)外，矢量數(shù)據(jù)存儲是以隱式關(guān)系以最小的存儲空間存儲復(fù)雜的數(shù)據(jù)。,www.hytc.edu.cn,課后思考與閱讀,仔細研究閱讀柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼方式,32,矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容,矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄空間對象的坐標及空間關(guān)系來表達空間對象的位置。點：空間的一個坐標點；線：多個點組成的弧段；面：多個弧段組成的封閉多邊形；,

12、33,矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容,標識碼,屬性碼,空間對象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù),,數(shù)據(jù)庫,獨立編碼,點: ( x ,y )線: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn )面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 ),點位字典,點: 點號文件,線: 點號串,面: 點號串,存儲方法,,,,,,,,34,點實體,35,線實體,面實體,多邊形矢

13、量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達區(qū)域的拓撲特征，如形狀、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進行顯示和操作。,36,簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關(guān)系。存儲：獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成特征無拓撲關(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢公共邊重復(fù)存儲，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨立

14、性和一致性多邊形分解和合并不易進行，鄰域處理較復(fù)雜；處理嵌套多邊形比較麻煩適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析,37,簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實體式）,,多邊形 數(shù)據(jù)項A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B(x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x

15、17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(

16、x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16) ,(x19,y19)E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5),38,索引式,,線與多邊形之間的樹狀索引,,點與多邊形之間的樹狀索引,39,雙重獨立式DIME(Dual lndependent Map Encoding),,這種數(shù)據(jù)結(jié)

17、構(gòu)除了通過線文件生成面文件外，還需要點文件,40,鏈狀雙重獨立式,鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種改進。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個弧段（或鏈段），每個弧段可以有許多中間點。在鏈狀雙重獨立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標文件、結(jié)點文件。,41,弧段文件弧段號起始點終結(jié)點左多邊形右多邊形a51OAb

18、85EAc168EBd195OEe1519ODf1516DBg115OBh81ABi1619DEj3131BC弧段坐標文件弧段號點 號a5,4,3,2,1b8,7,6,5c16,17,8d19,18,5e15,23,22,21,20,19f15,16,g1,10,11,12,13,14,15h

19、8,9,1i16,19j31,30,29,28,27,26,25,24,31,鏈狀雙重獨立式,多邊形文件多邊形號弧段號周長 面積 中心點坐標Ah,b,aBg,f,c,h,-jCjDe,i,fEe,i,d,b,42,矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點,用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓撲關(guān)系描述空間對象之間的關(guān)系面向目標操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余

20、度小與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合輸出圖形質(zhì)量號，精度高,43,3.3兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)換,44,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換,由于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各具有不同的優(yōu)缺點，一般他們的應(yīng)用原則是：數(shù)據(jù)采集采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于保證空間實體的幾何精度和拓撲特性的描述；而空間分析則主要采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有利于加快系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運行速度和分析應(yīng)用的進程，因而在數(shù)據(jù)處理階段，經(jīng)常要進行兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換。,由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換,矢量數(shù)據(jù)的基本要素是點、

21、線、面，因而只要實現(xiàn)點、線、面的轉(zhuǎn)換，各種圖形的相互轉(zhuǎn)換問題就得以解決。,研究的區(qū)域如右圖，坐標方向如圖中箭頭所示，區(qū)域的最大最小坐標分別為xmax，xmin，ymax，ymin。網(wǎng)格大小為 ?x ? ?y。 ?x = (xmax－xmin)/J ?y = ( ymax－ymin)/I 一般情況下，取?x =?y。,0,1,2,3,j,ymax,ymin,xmax,xmin,?x,?y,0,1,2,3,i,,,x

22、,y,點的變換,點的變換十分簡單，只要這個點落在哪個網(wǎng)格中就屬于哪個網(wǎng)格元素，行列坐標（i，j）可由下式計算：,i=1+Int[(ymax-y)/Δy] j=1+Int[(x-xmin)/Δx],0,1,2,ymin,xmax,xmin,0,1,2,3,i,,,x,3,j,ymax,?x,?y,,y,www.hytc.edu.cn,基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法,圖像數(shù)據(jù)可來源于掃描、遙感分類圖象等。二值化：應(yīng)注意選取合適的閾值，對于一幅特

23、定的圖象，甚至需嘗試不同的閾值。 細化：消除線劃橫斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保留代表其橫軸線的單個柵格的寬度。 “剝皮法”跟蹤：跟蹤整理為以起始點（或稱結(jié)點）開始的線段或閉合的線條。,www.hytc.edu.cn,剝皮法,“剝皮法”的實質(zhì)是從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由單個柵格點組成的圖形。這一方法的最關(guān)鍵的技術(shù)是在剝皮過程中，不允許剝?nèi)?dǎo)致曲線不連通的柵格。,www.hytc.