矢柵一體化數(shù)據(jù)結構

1、第4章 空間數(shù)據(jù)結構1主要內容4.1矢量數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構4.2 柵格數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)結構4.3 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構矢柵一體化數(shù)據(jù)結構 4.4 鑲嵌數(shù)據(jù)結構鑲嵌數(shù)據(jù)結構4.5 柵格與矢量數(shù)據(jù)的相互轉換柵格與矢量數(shù)據(jù)的相互轉換 24.3 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構 34.3 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構 4.3.1 柵格結構與矢量數(shù)據(jù)結構的比較4.3.2 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構44.3.1 柵格結構與矢量數(shù)據(jù)結構的比較1. 柵格數(shù)據(jù)結構p柵格結構是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。p柵格結構的顯著特點：屬性明顯，定位隱含，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針

2、或數(shù)據(jù)本身，而所在位置則根據(jù)行列號轉換為相應的坐標。p柵格數(shù)據(jù)的編碼方法：柵格編碼，就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼；編碼，包括鏈碼（弗里曼鏈碼）比較適合存儲圖形數(shù)據(jù)；長度編碼通過記錄行或列上相鄰若干屬性相同點的代碼來實現(xiàn)；編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一，還能提高圖形操作效率，具有可變的分辨率。52. 矢量數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構是通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示點、線和多邊形等地理實體，坐標空間設為連續(xù)，允許任意位置、長度和面積的精確定義。矢量結構的顯著特點：定位明顯，屬性隱含。矢量數(shù)據(jù)的編碼方法：p對于點實體和線實體，直接記錄空間信息和屬性信息；p對于多邊形

3、地物，有坐標序列法、樹狀索引編碼法和拓撲結構編碼法n坐標序列法（實體式），是由多邊形邊界的x,y坐標對集合及說明信息組成，是最簡單的一種多邊 形矢量編碼法，文件結構簡單，但多邊形邊界被存儲兩次產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，而且缺少鄰域信息；n樹狀索引編碼法（索引式），是將所有邊界點進行數(shù)字化，順序存儲坐標對，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結構，消除了相鄰多邊形邊界數(shù)據(jù)冗余問題；n拓撲結構編碼法（鏈狀雙重獨立式），是通過建立一個完整的拓撲關系結構，徹底解決鄰域和島狀信息處理問題的方法，但增加了算法的復雜性和數(shù)據(jù)庫的大小。63. 矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構比較7優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點矢

4、矢量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結結構構1. 數(shù)據(jù)結構嚴密，冗余度小，數(shù)據(jù)量??；數(shù)據(jù)結構嚴密，冗余度小，數(shù)據(jù)量小；2. 空間拓撲關系清晰，易于網(wǎng)絡分析；空間拓撲關系清晰，易于網(wǎng)絡分析；3. 面向對象目標的，不僅能表達屬性編面向對象目標的，不僅能表達屬性編碼，而且能方便地記錄每個目標的具碼，而且能方便地記錄每個目標的具體的屬性描述信息；體的屬性描述信息；4. 能夠實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復、更新和綜能夠實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復、更新和綜合；合；5. 圖形顯示質量好、精度高。圖形顯示質量好、精度高。1. 數(shù)據(jù)結構處理算法復雜數(shù)據(jù)結構處理算法復雜2. 疊置分析與柵格組合比較難；疊置分析與柵格組合比較難；3. 數(shù)學模擬比較困難；數(shù)學

5、模擬比較困難；4. 空間分析技術上比較復雜，需空間分析技術上比較復雜，需要更復雜的軟、硬件條件；要更復雜的軟、硬件條件；5. 顯示與繪圖成本比較高。顯示與繪圖成本比較高。柵柵格格數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結結構構1. 數(shù)據(jù)結構簡單，易于算法實現(xiàn)；數(shù)據(jù)結構簡單，易于算法實現(xiàn)；2. 空間數(shù)據(jù)的疊置和組合容易，有利于空間數(shù)據(jù)的疊置和組合容易，有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應用和分析；與遙感數(shù)據(jù)的匹配應用和分析；3. 各類空間分析，地理現(xiàn)象模擬均較為各類空間分析，地理現(xiàn)象模擬均較為容易；容易；4. 輸出方法快速建議，成本低廉。輸出方法快速建議，成本低廉。1. 圖形數(shù)據(jù)量大，用大像元減小圖形數(shù)據(jù)量大，用大像元減小數(shù)據(jù)量時，精度和

6、信息量受損數(shù)據(jù)量時，精度和信息量受損失；失；2. 難以建立空間網(wǎng)絡連接關系；難以建立空間網(wǎng)絡連接關系；3. 投影變化實現(xiàn)困難；投影變化實現(xiàn)困難；4. 圖形數(shù)據(jù)質量低，地圖輸出不圖形數(shù)據(jù)質量低，地圖輸出不精美。精美。3. 矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構比較p矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點：n優(yōu)點為數(shù)據(jù)結構緊湊、冗余度低，有利于網(wǎng)絡和檢索分析，圖形顯示質量好、精度高n缺點為數(shù)據(jù)結構復雜，多邊形疊加分析比較困難。p柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點：n優(yōu)點為數(shù)據(jù)結構簡單，便于空間分析和地表模擬，現(xiàn)勢性較強；n缺點為數(shù)據(jù)量大，投影轉換比較復雜。83. 矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構比較p兩者比較：n柵格數(shù)據(jù)操作總的來說容易實現(xiàn)，矢量數(shù)據(jù)操作

7、則比較復雜；n柵格結構是矢量結構在某種程度上的一種近似，對于同一地物達到于矢量數(shù)據(jù)；在坐標位置搜索、計算多邊形形狀面積等方面柵格結構更為有效，而且易于遙感相結合，易于信息共享；n矢量結構對于拓撲關系的搜索則更為高效，網(wǎng)絡信息只有用矢量才能完全描述，而且精度較高。94. 數(shù)據(jù)結構選擇原則p要素還是位置？p可獲取的數(shù)據(jù)p定位要素的必要精度p需要什么類型的要素p需要什么類型的拓撲關聯(lián)p所需空間分析類型p生產(chǎn)地圖類型105. 柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的綜合p使用柵格影像作為顯示背景e.g. DOQs, DRGs, grapgic files p二值掃描文件可以作為數(shù)字化線或多邊性要素的輸入數(shù)據(jù)p數(shù)字高程模型

8、用作提取等高線p衛(wèi)星影像在數(shù)據(jù)綜合中發(fā)揮著重要作用p矢量數(shù)據(jù)作為處理衛(wèi)星影像的輔助信息114.3.2 矢柵一體化數(shù)據(jù)結構1基本概念基本概念p將矢量面向對象的方法和柵格像元充填的方法結合起來，具體采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結構的基礎。n線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。n面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。p一方面，它保留了矢量的全部性質，以目標為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關系；p另一方面，它建立了柵格與地物的關系，即路徑上的任一點都直接與目標建立了聯(lián)系。p從原理上說，這是一種以矢量的方式來組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)

9、結構。p其理論基礎是：多級格網(wǎng)方法、三個基本約定和線性四叉樹編碼。122 三個約定p為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：a. 地面上的點狀地物是地球表面上的點，它僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內部僅有一個位置數(shù)據(jù)。b. 地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀但沒有面積，它在平面上的投影是一連續(xù)不間斷的直線或曲線，在計算機內部需要用一組元子填滿整個路徑。c. 地面上的面狀地物是地球表面的空間曲面，并具有形狀和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達的邊界組成。133. 細分格網(wǎng)法p由于一體化數(shù)據(jù)結構是基于柵格的，表達目標的精度必然受柵格尺寸的限制?？衫眉?/p>

10、分格網(wǎng)法提高點、線（包括面狀地物邊界）數(shù)據(jù)的表達精度，使一體化數(shù)據(jù)結構的精度達到或接近矢量表達精度。p基本格網(wǎng)和細格網(wǎng)均采用十進制線性四叉樹編碼，亦即將一對X,Y坐標用兩個Morton碼代替。前一M1表示該點（采樣點或附加的交叉點）所在基本格網(wǎng)的地址碼，后者M2表示該點對應的細分格網(wǎng)的Morton碼。例如X=210.00，Y=172.32，可轉換為M1=275,M2=2690。p這種方法可將柵格數(shù)據(jù)的表達精度提高256倍，而存貯量僅在有點、線通過的格網(wǎng)上增加兩個字節(jié)（當細分為1616格網(wǎng)時，存貯量僅增加一個字節(jié)，精度提高16倍）。 14x,yM1 M24. 一體化數(shù)據(jù)結構設計p線性四叉樹(Mo

11、rton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定設計點、線、面數(shù)據(jù)結構的基本依據(jù)，細分格網(wǎng)法保證足夠精度。（1）點狀地物和結點的數(shù)據(jù)結構約定1：點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標轉化為地址碼M1和M2,結構簡單靈活，便于點的插入和刪除，還能處理一個柵格內包含多個點狀目標的情況。15點標識號點標識號 M1 M2高程高程Z10025434084432100261057725463（2）線狀地物的數(shù)據(jù)結構p約定2，線狀地物有形狀但沒有面積，沒有面積意味著只要用一串數(shù)據(jù)表達每個線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位。p弧段的數(shù)

12、據(jù)結構:p線狀地物的數(shù)據(jù)結構: 16弧標識號弧標識號起結點號起結點號終結點號終結點號中間點串（中間點串（M1,M2,Z） 20078100251002658,7749,435,92,4377,439線標識號線標識號弧段標識號弧段標識號3003120078，200793003220092，20098，20099（3）面狀地物的數(shù)據(jù)結構1) 弧段文件邊界弧段-形狀2) 帶指針的四叉樹二維行程碼-面域p葉結點的屬性值改為指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針p循環(huán)指針指向該地物下一個子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身17二維行程二維行程M碼碼屬性值屬性值0054801643083143203784004

13、48460478二維行程二維行程M碼碼循環(huán)指針屬性值循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）（屬性值）3240374440464447460（屬性值）（屬性值）478（屬性值）（屬性值）用循環(huán)指針將同屬于一個目標的葉結點鏈接起來p只要進入第一塊就可以順著指針直接提取該地物的所有子塊，從而避免像柵格數(shù)據(jù)那樣為查詢某一個目標需遍歷整個矩陣，大大提高了查詢速度1808324046二維行程二維行程M碼碼循環(huán)指針屬性值循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）（屬性值）3240374440464447460（屬性值）（屬性值）478（屬性值）（屬性值）3）面文件

14、p這種數(shù)據(jù)結構是面向地物的，具有矢量的特點。通過面狀地物的標識號可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。p同時它又具有柵格的全部特性，二維行程本身就是面向位置的結構，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達了位置的相互關系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。p給出任意一點的位置都可順著指針找到面狀地物的標識號確定是哪一個地物。19面標識號面標識號弧標識號串弧標識號串面塊頭指針面塊頭指針4000140001（屬性值為（屬性值為0 0）2000120001，2000220002，20003200030 04000240002（屬性值為（屬性值為4 4）2000220002，20004200

15、0416164000340003（屬性值為（屬性值為8 8）200020003737（4）復雜地物的數(shù)據(jù)結構p由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復雜地物。例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個復雜地物，用一個標識號表示。復雜地物的數(shù)據(jù)結構如表所示。20復雜地物標識號復雜地物標識號簡單地物標識號簡單地物標識號50008500081002510025，3000530005，300253002550009500093000630006，3000730007，4003240032 4.4 鑲嵌數(shù)據(jù)結構鑲嵌數(shù)據(jù)結構 pTIN數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構p在數(shù)據(jù)結構上，TIN可以采用類似于多

16、邊形的矢量拓撲結構，但不必要描述一般多邊形中的“島嶼”或“洞”的拓撲關系。p以三角形作為基本的空間對象進行數(shù)據(jù)組織時需要兩個文件：（1）點文件：每個點對應一個記錄，給出該點的x,y坐標，以及屬性值；（2）三角形拓撲文件：組織三角形與樣點以及三角形與相鄰三角形的鄰接關系，每個記錄依順時針方向列出三個頂點號及三個相鄰的三角形號，其中相鄰三角形的順序按每個頂點對邊給定的鄰接三角形。p這種數(shù)據(jù)結構能夠很好地描述了三角形及其鄰接關系，非常適合于需要面相鄰關系的操作和分析。21不規(guī)則三角網(wǎng)22X-Y Coordinatesnode# coordinates12311. . .x1, y1x2, y2x3, y3. . .x11, y11Z Coordinatesnode# z_value12311. . .z1. . .z2z3z111236587911104ABCDEFGHIJKLMNEDGESadjacentABCDEFGHIJKLMNB, KA, C, LB, DC, E, LD, FE, GF, H, MG, IH, J, NI, KA, J, NB, D, MG, L,