地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)_圖文

1、第二章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1地理空間數(shù)據(jù)及其特征【學(xué)時(shí)安排】1學(xué)時(shí)【目的要求】1、掌握地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型;2、理解地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源;3、掌握空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型與特征。【教學(xué)方法與手段】示例式教學(xué)方法,多媒體教學(xué)手段。一、GIS空間數(shù)據(jù)的來(lái)源與類型空間數(shù)據(jù)是GIS的核心,也有人稱它是GIS的血液,因?yàn)镚IS的操作對(duì)象是空間數(shù)據(jù),因此設(shè)計(jì)和使用GIS的第一步工作就是根據(jù)系統(tǒng)的功能,獲取所需要的空間數(shù)據(jù),并創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫(kù)。1、地理數(shù)據(jù)的來(lái)源GIS中的數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)類型繁多,概括起來(lái)主要有以下幾種來(lái)源:地圖數(shù)據(jù)。來(lái)源于各種類型的普通地圖和專題地圖,這些

2、地圖的內(nèi)容豐富,圖上實(shí)體間的空間關(guān)系直觀,實(shí)體的類別或?qū)傩郧逦?實(shí)測(cè)地形圖還具有很高的精度,是地理信息的主要載體,同時(shí)也是地理信息系統(tǒng)最重要的信息源。影像數(shù)據(jù)。主要來(lái)源于衛(wèi)星遙感和航空遙感,包括多平臺(tái)、多層面、多種傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數(shù)據(jù),構(gòu)成多源海量數(shù)據(jù),也是GIS的最有效的數(shù)據(jù)源之一。地形數(shù)據(jù)。來(lái)源于地形等高線圖的數(shù)字化,已建立的數(shù)字高程模型(DEM和其他實(shí)測(cè)的地形數(shù)據(jù)等。屬性數(shù)據(jù)。來(lái)源于各類調(diào)查報(bào)告、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)資料、解譯信息等。元數(shù)據(jù)。來(lái)源于由各類純數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)查、推理、分析和總結(jié)得到的有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),例如數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)

3、據(jù)分辨率、源數(shù)據(jù)比例尺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等。2、空間數(shù)據(jù)的類型空間數(shù)據(jù)根據(jù)表示對(duì)象的不同,又具體分為七種類型(圖2-1,它們各表示的具體內(nèi)容如下:(1類型數(shù)據(jù)。例如考古地點(diǎn)、道路線、土壤類型的分布等。(2面域數(shù)據(jù)。例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn),行政區(qū)域界線、行政單元等。(3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。例如道路交點(diǎn)、街道、街區(qū)等。(4樣本數(shù)據(jù)。例如氣象站、航線、野外樣方分布區(qū)等。(5曲面數(shù)據(jù)。例如高程點(diǎn)、等高線、等值區(qū)域等。(6文本數(shù)據(jù)。例如地名、河流名稱、區(qū)域名稱等。(7符號(hào)數(shù)據(jù)。例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)、面狀符號(hào)(暈線等。所有這些不同類型的數(shù)據(jù)都可以分為點(diǎn)、線、面三種不同的圖形,并可以分別采用x、y平面坐標(biāo),地理經(jīng)緯度、

4、,或者格網(wǎng)法表示。二、空間數(shù)據(jù)的基本特征要完整地描述空間實(shí)體或現(xiàn)象的狀態(tài),一般需要同時(shí)有空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。如果要描述空間實(shí)體或的變化,則還需記錄空間實(shí)體或現(xiàn)象在某一個(gè)時(shí)間的狀態(tài)。所以,一般認(rèn)為空間數(shù)據(jù)具有三個(gè)基本特征(圖2-2:1、空間特征表示現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置。空間特征又稱為幾何特征或定位特征,一般以坐標(biāo)數(shù)據(jù)表示。 圖2-1 空間數(shù)據(jù)的類型和表示方法(據(jù)Jack Dangermond,19842、屬性特征 表示現(xiàn)象的特征,例如變量、分類、數(shù)量特征和名稱等等。 3、時(shí)間特征 指現(xiàn)象或物體隨時(shí)間的變化。位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相對(duì)于時(shí)間來(lái)說(shuō),常常呈相互獨(dú)立的變化,即在不同的時(shí)間,空間

5、位置不變,但是屬性類型可能已經(jīng)發(fā)生變化,或者相反。因此,空間數(shù)據(jù)的管理是十分復(fù)雜的。有效的空間數(shù)據(jù)管理要求位置數(shù)據(jù)和非位置數(shù)據(jù)互相作為單獨(dú)的變量存放,并分別采用不同的軟件來(lái)處理這兩類數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)組織方法,對(duì)于隨時(shí)間而變化的數(shù)據(jù),具有更大的靈活性。2.2空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型【學(xué)時(shí)安排】9學(xué)時(shí)【目的要求】1、掌握拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu);2、掌握拓?fù)潢P(guān)系的類型;3、理解拓?fù)潢P(guān)系的意義;4、掌握柵格數(shù)據(jù)的表示及壓縮方法;5、理解柵格模型與矢量模型的優(yōu)缺點(diǎn)。【重點(diǎn)難點(diǎn)】柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及壓縮方法;拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)方法與手段】示例式、啟發(fā)式教學(xué)方法,多媒體教學(xué)手段。對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)表達(dá)可以采用矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)

6、模型。那么,一旦數(shù)據(jù)模型確定,必須選擇和該模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織實(shí)體的數(shù)據(jù),最后是選擇適合于記錄該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文件模式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般分為基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于柵格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如圖2-3。按照傳統(tǒng)的觀念,矢量和柵格似乎是兩類完全不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)是面向地物的結(jié)構(gòu),即對(duì)于每一個(gè)具體的目標(biāo)都直接賦有位置和屬性信息以及目標(biāo)之間的拓?fù)潢P(guān)系說(shuō)明。但是矢量數(shù)據(jù)僅有一些離數(shù)點(diǎn)的坐標(biāo),在空間表達(dá)方面它沒(méi)有直接建立位置與地物的關(guān)系,如多邊形的中間區(qū)域是“洞”或“島”,其間的任何一點(diǎn)并沒(méi)有與某個(gè)地物發(fā)生聯(lián)系。與此相反,柵格數(shù)據(jù)是面向位置圖2-3 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu),平面空間上的任何

7、一點(diǎn)都直接聯(lián)系到某一個(gè)或某一類地物。但對(duì)于某一個(gè)具體的目標(biāo)又沒(méi)有直接聚集所有信息,只能通過(guò)遍歷柵格矩陣逐一尋找,它也不能完整地建立地物之間的拓?fù)潢P(guān)系。因而,從概念上形成了基于矢量和基于柵格兩種類型的系統(tǒng),分別用于不同的目的。目前,為了設(shè)計(jì)一種系統(tǒng)能用于多種目的,正在研制一種一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有矢量和柵格兩種結(jié)構(gòu)的特性,稱為矢量柵格一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下分別介紹上述三種不同類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量也叫向量,數(shù)學(xué)上稱“具有大小和方向的量”為向量。在計(jì)算機(jī)圖形中,相鄰兩結(jié)點(diǎn)間的弧段長(zhǎng)度表示大小,弧段兩端點(diǎn)的順序表示方向,因此弧段也是一

8、個(gè)直觀的矢量。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式來(lái)表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式。這種數(shù)據(jù)組織方式定位明顯,屬性隱含,能最好地逼近地理實(shí)體的空間分布特征,數(shù)據(jù)精度高,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余度低,便于進(jìn)行地理實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)分析,但對(duì)于多層空間數(shù)據(jù)的疊合分析比較困難。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的獲取方法主要有:手工數(shù)字化法、手扶跟蹤數(shù)字化法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為以下幾種主要類型: 一簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,空間數(shù)據(jù)按照以基本的空間對(duì)象(點(diǎn)、線或多邊形為單元進(jìn)行單獨(dú)組織,不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù),最典型的是面條(Spaghetti結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是:(1數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線或多邊形為單元進(jìn)行

9、組織,數(shù)據(jù)編排直觀,數(shù)字化操作簡(jiǎn)單。(2每個(gè)多邊形都以閉合線段存儲(chǔ),多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲(chǔ)兩次,造成數(shù)據(jù)冗余和不一致。(3點(diǎn)、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù),但沒(méi)有拓?fù)鋽?shù)據(jù),互相之間不關(guān)聯(lián)。(4島只作為一個(gè)單個(gè)圖形,沒(méi)有與外界多邊形的聯(lián)系。二拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、拓?fù)涞幕靖拍钔負(fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括DIME(對(duì)偶獨(dú)立地圖編碼法、POLYVRT(多邊形轉(zhuǎn)換器、TICER(地理編碼和參照系統(tǒng)的拓?fù)浼傻?。它們共同的特點(diǎn)是:點(diǎn)是相互獨(dú)立的,點(diǎn)連成線,線構(gòu)成面。每條線始于起始結(jié)點(diǎn)(FN,止于終止結(jié)點(diǎn)(TN,并與左右多邊形(LP和RP相鄰接。構(gòu)成多邊形的線又稱為鏈段或弧段,兩條以上的弧段相交的點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn),由

10、一條弧段組成的多邊形稱為島,多邊形圖中不含島的多邊形稱為簡(jiǎn)單多邊形,表示單連通區(qū)域;含島區(qū)的多邊形稱為復(fù)合多邊形,表示復(fù)連通區(qū)域。在復(fù)連通區(qū)域中,包括有外邊界和內(nèi)邊界,島區(qū)多邊形看作是復(fù)連通區(qū)域的內(nèi)邊界,復(fù)連通區(qū)域的內(nèi)邊界多邊形對(duì)應(yīng)的區(qū)域含有平面上的無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)。一幅地圖要傳輸?shù)乩硪氐挠嘘P(guān)區(qū)域信息,包括位置信息、屬性信息和空間信息。表示要素之間的臨接關(guān)系和包含關(guān)系,在地圖上借助圖形來(lái)識(shí)別和解釋,在計(jì)算機(jī)中按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以定義。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法;在GIS中,用于空間數(shù)據(jù)的組織、分析和應(yīng)用在GIS中。為了真實(shí)反映地物,不僅包括實(shí)體的大小、形狀及屬性,而且要反映出實(shí)體之間的相

11、互關(guān)系。例如:自然與行政的分區(qū),各種空間類型的分布及交通網(wǎng)等,都存在結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本元素如圖2-4所示:N1,N2,N 3,N4,N5為結(jié)點(diǎn);a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7為弧段(鏈段; P1,P2,P3,P4為面(多邊形。在這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,弧段或鏈段是數(shù)據(jù)組織的基本對(duì)象。弧段文件由弧段記錄組成,每個(gè)弧段記錄包括弧段標(biāo)識(shí)碼、FN、TN、LP和RP。結(jié)點(diǎn)文件由結(jié)點(diǎn)記錄組成,包括每個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)號(hào)、結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及與該結(jié)點(diǎn)連接的弧段標(biāo)識(shí)碼等。多邊形文件由多邊形記錄組成,包括多邊形標(biāo)識(shí)碼、組成該多邊形的弧段標(biāo)識(shí)碼以及相關(guān)屬性等。2、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)

12、系的表示方法主要有下述幾種:表2-1 多邊形與弧段的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)表拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性。表示空間圖形中不同類元素之間的拓?fù)?所示的圖形,具有多邊形和弧段之間的關(guān)聯(lián)性:P1/ a1,a5,a6 ;P2/ a2,a4,a6等,也有弧段和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性:N1/a1,a3,a5;N2/ a1,a6,a2等。即從圖形的關(guān)聯(lián)性出發(fā),圖2-4可用表2-1,表2-2,所示的關(guān)聯(lián)表來(lái)表示。用關(guān)聯(lián)表來(lái)表示圖的優(yōu)點(diǎn)是每條弧段所包含的坐標(biāo)點(diǎn)只需存儲(chǔ)一次,如果不考慮它們之間的關(guān)聯(lián)性而以每個(gè)多邊形的全部封閉弧段的坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),不僅數(shù)據(jù)量大,還無(wú)法反應(yīng)空間關(guān)系。(2拓?fù)溧徑有浴Ｍ負(fù)溧徑有员硎緢D形中同 類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。如多邊形

13、之間的鄰接性、弧段之間的鄰接性以及結(jié)點(diǎn)之間的鄰接性(連通性。由于弧段的走向是有方向的,因此,通常用弧段的左右多邊形來(lái)表示并求出多邊形的鄰接性,如圖2-4用弧段的左右多邊形表示時(shí),得到表2-3a。顯然,同一弧段的左右多邊形必然鄰接,從而得到如表2-3b所示的鄰接矩陣表,表中值為1處,所對(duì)應(yīng)多邊形鄰接。根據(jù)表2-3b整理得到多邊形鄰接性表,如表2-3c。 3圖2-4 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表2-3 多邊形之間的鄰接性 同理,從圖2-4可以得到如表2-4所示的弧段和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系表。由于同一弧段上兩個(gè)結(jié)點(diǎn)必相通,同一結(jié)點(diǎn)上的各弧段必相鄰,所以分別得弧段之間鄰接矩陣和結(jié)點(diǎn)之間連通性矩陣如表2-5,表2-6所示。

14、 表2-4 弧段和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系表 表2-5 弧段之間的鄰接性ab c (3拓?fù)浒?。拓?fù)浒允潜硎究臻g圖形中,面狀實(shí)體所包含的其他面狀實(shí)體或線狀、點(diǎn)狀實(shí)體的關(guān)系。面狀實(shí)體中包含面狀實(shí)體的情況又分三種,即:簡(jiǎn)單包含、多層包含和等價(jià)包含。如圖2-5所示。 圖2-5 面狀實(shí)體之間的包含關(guān)系圖2-5a 中多邊形P 1包含多邊形P 2;圖2-5b 中多邊形P 3包含在多邊形P 2中,而多邊形P 2、 P 3又包含在多邊形P 1中;圖2-5c 中多邊形P 2、 P 3都包含在多邊形P 1中,多邊形P 2、 P 3對(duì)P 1而言是等價(jià)包含。 3、拓?fù)潢P(guān)系的意義空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系,對(duì)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

15、和空間分析,具有重要的意義,因?yàn)? (1根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系,不需要利用坐標(biāo)或距離,可以確定一種地理實(shí)體相對(duì)于另一種地理實(shí)體的空間位置關(guān)系。因?yàn)橥負(fù)鋽?shù)據(jù)已經(jīng)清楚地反映出地理實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系,而且這種拓?fù)鋽?shù)據(jù)較之幾何數(shù)據(jù)有更大的穩(wěn)定性,即它不隨地圖投影而變化。 (2利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢。例如應(yīng)答像某區(qū)域與哪些區(qū)域鄰接;某條河流能為哪些政區(qū)的居民提供水源;與某一湖泊鄰接的土地利用類型有哪些;特別是野生生物學(xué)家可能想確定一塊與湖泊相鄰的土地覆蓋區(qū),用于對(duì)生物棲息環(huán)境作出評(píng)價(jià)等等,都需要利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)。(3可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具,重建地理實(shí)體。例如建立封閉多邊形,實(shí)現(xiàn)道路的選取,進(jìn)行最佳路徑

16、的計(jì)算等等。三矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方法1、點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)實(shí)體包括由單獨(dú)一對(duì)x ,y 坐標(biāo)定位的一切地理或制圖實(shí)體。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,除點(diǎn)實(shí)體的x ,y 坐標(biāo)外還應(yīng)存儲(chǔ)其它一些與點(diǎn)實(shí)體有關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)描述點(diǎn)實(shí)體的類型、制圖符號(hào)和顯示要求等。點(diǎn)是空間上不可再分的地理實(shí)體,可以是具體的也可以是抽象的,如地物點(diǎn)、文本位置點(diǎn)或線段網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)等,如果點(diǎn)是一個(gè)與其它信息無(wú)關(guān)的符號(hào),則記錄時(shí)應(yīng)包括符號(hào)類型、大小、方向等有關(guān)信息;如果點(diǎn)是文本實(shí)體,記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)包括字符大小、字體、排列方式、比例、方向以及與其它非圖形屬性的聯(lián)系方式等信息。對(duì)其它類型的點(diǎn)實(shí)體也應(yīng)做相應(yīng)的處理。圖26說(shuō)明了點(diǎn)實(shí)體的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種組織方式。 2

17、、線實(shí)體線實(shí)體可以定義為直線元素組成的各種線性要素,直線元素由兩對(duì)以上的x ,y 坐標(biāo)定義。最簡(jiǎn)單的線實(shí)體只存儲(chǔ)它的起止點(diǎn)坐標(biāo)、屬性、顯示符等有關(guān)數(shù)據(jù)。例如,線實(shí)體輸出時(shí)可能用實(shí)線或虛線描繪,這類信息屬符號(hào)信息,它說(shuō)明線實(shí)體的輸出方式。雖然線實(shí)體并不是以虛線存儲(chǔ),仍可用虛線輸出?；　㈡?zhǔn)莕 個(gè)坐標(biāo)對(duì)的集合,這些坐標(biāo)可以描述任何連續(xù)而又復(fù)雜的曲線。組成曲線的線元素越短,x ,y 坐標(biāo)數(shù)量越多,就越逼近于一條復(fù)雜曲線,既要節(jié)省存儲(chǔ)空間,又要求較為精確地描繪曲線,唯一的辦法是增加數(shù)據(jù)處理工作量。亦即在線實(shí)體的紀(jì)錄中加入一個(gè)指示字,當(dāng)起動(dòng)顯示程序時(shí),這個(gè)指示字告訴程序:需要數(shù)學(xué)內(nèi)插函數(shù)(例如樣條函數(shù)加

18、密數(shù)據(jù)點(diǎn)且與原來(lái)的點(diǎn)匹配。于是能在輸出設(shè)備上得到較精確的曲線。不過(guò),數(shù)據(jù)內(nèi)插工作卻增加了。弧和鏈的存儲(chǔ)記錄中也要加入線的符號(hào)類型等信息。線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的線或鏈攜帶彼此互相連接的空間信息,而這種連接信息又是供排 水網(wǎng)和道路網(wǎng)分析中必不可少的信息。因此要在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中建立指針系統(tǒng)才能讓計(jì)算機(jī)在復(fù)雜的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)中逐線跟蹤每一條線。指針的建立要以結(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)。如建立水網(wǎng)中每條支流之間連接關(guān)系時(shí)必須使用這種指針系統(tǒng)。指針系統(tǒng)包括結(jié)點(diǎn)指向線的指針。每條從結(jié)點(diǎn)出發(fā)的線匯于結(jié)點(diǎn)處的角度等,從而完整地定義線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系。如上所述,線實(shí)體主要用來(lái)表示線狀地物(公路、水系、山脊線、符號(hào)線和多邊形邊界,有時(shí)也稱為“弧

19、”、“鏈”、“串”等,其矢量編碼包括的內(nèi)容如圖2-7所示。其中唯一標(biāo)識(shí)是系統(tǒng)排列序號(hào):線標(biāo)識(shí)碼可以標(biāo)識(shí)線的類型;起始點(diǎn)和終止點(diǎn)可以用點(diǎn)號(hào)或直接用坐標(biāo)表示;顯示信息是顯示線的文本或符號(hào)等;與線相聯(lián)的非幾何屬性可以直接存儲(chǔ)于線文件中,也可單獨(dú)存儲(chǔ),而由標(biāo)識(shí)碼聯(lián)接查找。3、面實(shí)體多邊形(有時(shí)稱為區(qū)域數(shù)據(jù)是描述地理空間信息的最重要的一類數(shù)據(jù)。在區(qū)域?qū)嶓w中,具有名稱屬性和分類屬性的,多用多邊形表示,如行政區(qū)、土地類型、植被分布等;具有標(biāo)量屬性的有時(shí)也用等值線描述(如地形、降雨量等。多邊形矢量編碼,不但要表示位置和屬性,更重要的是能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)涮卣?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

20、作為專題圖的資料進(jìn)行顯示和操作,由于要表達(dá)的信息十分豐富,基于多邊形的運(yùn)算多而復(fù)雜,因此多邊形矢量編碼比點(diǎn)和線實(shí)體的矢量編碼要復(fù)雜得多,也更為重要。 面實(shí)體編碼主要有多邊形環(huán)路法、樹(shù)狀索引法、雙重獨(dú)立式、鏈狀雙重獨(dú)立式。 1、多邊形環(huán)路法由多邊形邊界的x,y 坐標(biāo)隊(duì)集合及說(shuō)明信息組成。如圖2-8編碼為:圖2-7 線實(shí)體矢量編碼的基本內(nèi)容 12 3 4 5678910 1112131415P 1 P 2P 3圖2-8 面實(shí)體矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)P1:x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;P2:x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11;x5,y5

21、;x6,y6P3:x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y152、樹(shù)狀索引法樹(shù)狀索引法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用樹(shù)狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息,具體方法是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化,將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ),由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系,以線索引與各多邊形相聯(lián)系,形成樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)。樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)消除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問(wèn)題,在簡(jiǎn)化過(guò)于復(fù)雜的邊界線或合并多邊形時(shí)可不必改造索引表,鄰域信息和島狀信息可以通過(guò)對(duì)多邊形文件的線索引處理得到,但是比較繁瑣,因而給鄰域函數(shù)運(yùn)算、消除無(wú)用邊、處理島狀信息以及檢查拓?fù)潢P(guān)系等帶來(lái)一定的困難,而且兩個(gè)編碼表都要以人工方式建立,工作量大且容易出錯(cuò)。

22、此外,這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過(guò)線文件生成面文件外,還需要點(diǎn)文件,這里不在列出。 圖2-10、2-11分別為圖2-9的多邊形文件和線文件樹(shù)狀索引圖。 圖2-11 點(diǎn)與線之間的樹(shù)狀索引3、雙重獨(dú)立式 這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最早是由美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)局研制來(lái)進(jìn)行人口普查分析和制圖的,簡(jiǎn)稱為DIME(Dual lndependent Map Encoding系統(tǒng)或雙重獨(dú)立式的地圖編碼法。它以城市街道為編碼的主體。其特點(diǎn)是采用了拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段,用其兩端的節(jié)點(diǎn)及相鄰面域來(lái)予以定義。例如對(duì)圖2-12所示的多邊形數(shù)據(jù),用雙重獨(dú)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示如表2-8所示:表中的第一行表示線段

23、a 的方向是從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)8,其左側(cè)面域?yàn)镺 ,右側(cè)面域?yàn)锳 。在雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)或者面域與面域之間為鄰接關(guān)系,節(jié)點(diǎn)與線段或者面域與線段之間為關(guān)聯(lián)關(guān)系。這種鄰接和關(guān)聯(lián)的關(guān)系稱為拓樸關(guān)系。利用這種拓樸關(guān)系來(lái)組織數(shù)據(jù),可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)正確性檢查,同時(shí)便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和檢索。因?yàn)樵谶@種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,當(dāng)編碼數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)編輯處理以后,面域單元的第一個(gè)始節(jié)點(diǎn)表2-8雙重獨(dú)立式(DIME 編碼 應(yīng)當(dāng)和最后一個(gè)終節(jié)點(diǎn)相一致,而且當(dāng)按照左側(cè)面域或右側(cè)面域來(lái)自動(dòng)建立一個(gè)指定的區(qū)域單元時(shí),其空間點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)當(dāng)自行閉合。如果不能自行閉合,或者出現(xiàn)多余的線段,則表示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或編碼有錯(cuò),這樣就達(dá)到數(shù)

24、據(jù)自動(dòng)編輯的目的。例如,從上表中尋找右多邊形為A 的記錄,則可以得到組成A多邊形的線及結(jié)點(diǎn)如表2-9,通過(guò)這種方法可以自動(dòng)形成面文件,并可以檢查線文件數(shù)據(jù)的正確性。 4、鏈狀雙重獨(dú)立式鏈狀雙重獨(dú)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(jìn)。在DIME中,一條邊只能用直線兩端點(diǎn)的序號(hào)及相鄰的面域來(lái)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(gè)弧段(或鏈段,每個(gè)弧段可以有許多中間點(diǎn)。在鏈狀雙重獨(dú)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,主要有四個(gè)文件:多邊形文件、弧段文件、弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點(diǎn)文件。多邊形文件主要由多邊形記錄組成,包括多邊形號(hào)、組成多邊形的弧段號(hào)以及周長(zhǎng)、面積、中心點(diǎn)坐標(biāo)及有關(guān)“洞”的信息等,多邊形文件也可以通過(guò)軟

25、件自動(dòng)檢索各有關(guān)弧段生成,并同時(shí)計(jì)算出多邊形的周長(zhǎng)和面積以及中心點(diǎn)的坐標(biāo),當(dāng)多邊形中含有“洞”時(shí)則此“洞”的面積為負(fù),并在總面積中減去,其組成的弧段號(hào)前也冠以負(fù)號(hào);弧段文件主要有弧記錄組成,存儲(chǔ)弧段的起止結(jié)點(diǎn)號(hào)和弧段左右多邊形號(hào);弧段坐標(biāo)文件由一系列點(diǎn)的位置坐標(biāo)組成,一般從數(shù)字化過(guò)程獲取,數(shù)字化的順序確定了這條鏈段的方向。結(jié)點(diǎn)文件由結(jié)點(diǎn)記錄組成,存儲(chǔ)每個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)號(hào)、結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及與該結(jié)點(diǎn)連接的弧段。結(jié)點(diǎn)文件一般通過(guò)軟件自動(dòng)生成,因?yàn)樵跀?shù)字化的過(guò)程中,由于數(shù)字化操作的誤差,各弧段在同一結(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)不可能完全一致,需要進(jìn)行匹配處理。當(dāng)其偏差在允許范圍內(nèi)時(shí),可取同名結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)平均值。如果偏差過(guò)大,則弧

26、段需要重新數(shù)字化。對(duì)如圖2-13所示的矢量數(shù)據(jù),其鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多邊形文件、弧段文件、 二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(一簡(jiǎn)單柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單最直觀的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),又稱為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(raster或grid cell或象元結(jié)構(gòu)(pixel,是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列,每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素,由行、列號(hào)定義,并包含一個(gè)代碼,表示該象素的屬性類型或量值,或僅僅包含指向其屬性記錄的指針。因此,柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)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(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。如圖2-3所示,在柵格結(jié)構(gòu)中,點(diǎn)用一個(gè)柵格單元表示;線狀地物則用沿線走向的一

27、組相鄰柵格單元表示,每個(gè)柵格單元最多只有兩個(gè)相鄰單元在線上;面或區(qū)域用記有區(qū)域?qū)傩缘南噜彇鸥駟卧募媳硎?每個(gè)柵格單元可有多于兩個(gè)的相鄰單元同屬一個(gè)區(qū)域。任何以面狀分布的對(duì)象(土地利用、土壤類型、地勢(shì)起伏、環(huán)境污染等,都可以用柵格數(shù)據(jù)逼近。遙感影像就屬于典型的柵格結(jié)構(gòu),每個(gè)象元的數(shù)字表示影像的灰度等級(jí)。柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是:屬性明顯,定位隱含,即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針或?qū)傩员旧?而所在位置則根據(jù)行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)給出,也就是說(shuō)定位是根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)集中的位置得到的。由于柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的,所表示的實(shí)體的位置很容易隱含在網(wǎng)格文件的存貯結(jié)構(gòu)中,在后面講述柵格結(jié)構(gòu)編碼時(shí)可以看到,每個(gè)存

28、貯單元的行列位置可以方便地根據(jù)其在文件中的記錄位置得到,且行列坐標(biāo)可以很容易地轉(zhuǎn)為其他坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在網(wǎng)格文件中每個(gè)代碼本身明確地代表了實(shí)體的屬性或?qū)傩缘木幋a,如果為屬性的編碼,則該編碼可作為指向?qū)嶓w屬性表的指針。由于柵格行列陣列容易為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、操作和顯示,因此這種結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn),算法簡(jiǎn)單,且易于擴(kuò)充、修改,也很直觀,特別是易于同遙感影像結(jié)合處理,給地理空間數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的方便,受到普遍歡迎,許多系統(tǒng)都部分和全部采取了柵格結(jié)構(gòu),柵格結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,特別適合于FORTRAN、BASIC等高級(jí)語(yǔ)言作文件或矩陣處理,這也是柵格結(jié)構(gòu)易于為多數(shù)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)者接受的原因之一。柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要

29、可由四個(gè)途徑得到,即目讀法:在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格,逐個(gè)網(wǎng)格地決定其代碼,最后形成柵格數(shù)字地圖文件;數(shù)字化儀手扶或自動(dòng)跟蹤數(shù)字化地圖,得到矢量結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)后,再轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu);掃描數(shù)字化:逐點(diǎn)掃描專題地圖,將掃描數(shù)據(jù)重采樣和再編碼得到柵格數(shù)據(jù)文件;分類影像輸入:將經(jīng)過(guò)分類解譯的遙感影像數(shù)據(jù)直接或重采樣后輸入系統(tǒng),作為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的專題地圖。逼近原始精度的方法是縮小單個(gè)柵格單元的面積,即增加?xùn)鸥駟卧目倲?shù),行列數(shù)也相應(yīng)地增加。這樣,每個(gè)柵格單元可代表更為精細(xì)的地面矩形單元,混合單元減少?；旌项悇e和混合的面積都大大減小,可以大大提高量算的精度;接近真實(shí)的形態(tài),表現(xiàn)更細(xì)小的地物類型。然而增加?xùn)鸥駛€(gè)數(shù)、提

30、高數(shù)據(jù)精度的同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題,那就是數(shù)據(jù)量的大幅度增加,數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重。為了解決這個(gè)難題,已發(fā)展了一系列柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法,如游程長(zhǎng)度編碼、塊碼和四叉樹(shù)碼等。 (二柵格數(shù)據(jù)的編碼方法為減小柵格數(shù)據(jù)的存貯量,主要有以下幾種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼方法:1、直接?xùn)鸥窬幋a直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩圖2-6 直接?xùn)鸥窬幋a(a陣,逐行(或逐列逐個(gè)記錄代碼,可以每行從左到右逐像元記錄(如圖2-6,圖2-7所示,也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄,為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。 2、鏈?zhǔn)骄幋a(Chain Codes鏈?zhǔn)骄幋a又稱為弗里曼鏈碼(Freeman ,1961或邊界鏈碼。鏈

31、式編碼主要是記錄線狀地物和面狀地物的邊界。它把線狀地物和面狀地物的邊界表示為:由某一起始點(diǎn)開(kāi)始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。基本方向可定義為:東=0,東南=l ,南=2,西南=3,西=4,西北=5,北=6,東北=7等八個(gè)基本方向(如圖2-8所示。鏈?zhǔn)骄幋a的前兩個(gè)數(shù)字表示起點(diǎn)的行、列數(shù),從第三個(gè)數(shù)字開(kāi)始的每個(gè)數(shù)字表示單位矢量的方向,八個(gè)方向以07的整數(shù)代表。如圖2-6 所示的線狀地物,其鏈?zhǔn)骄幋a為: 1,1,1,3,1,鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)線狀和多邊形的表示具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力,且具有一定的運(yùn)算功能,如面積和周長(zhǎng)計(jì)算等,探測(cè)邊界急彎和凹進(jìn)部分等都比較容易,類似矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)

32、是對(duì)疊置運(yùn)算如組合、相交等則很難實(shí)施,對(duì)局部修改將改變整體結(jié)構(gòu),效率較低,而且由于鏈碼以每個(gè)區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯?chǔ)邊界,相鄰區(qū)域的邊界則被重復(fù)存儲(chǔ)而產(chǎn)生冗余。 3、游程長(zhǎng)度編碼(run-length code 游程長(zhǎng)度編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法,它的基本思路是:對(duì)于一幅柵格圖像,7 65 4 312圖2-8 鏈?zhǔn)骄幋a基本方向圖2-7 直接?xùn)鸥窬幋a(b 圖2-9 需要柵格化的多邊形 常常有行(或列方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼,因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。其編碼方案是,只在各行(或列數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù),或逐個(gè)記錄各行(或列代碼發(fā)生變化的位置

33、和相應(yīng)代碼,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。例如對(duì)圖2-7所示的柵格數(shù)據(jù),可按第一種方式沿行方向進(jìn)行如下游程長(zhǎng)度編碼:( 0,1,(2,2,(5,5;(2,5,(5,3;(2,4,(3,2,(5,2;(0,2,(2,1,(3,3,(5,2;(0,2,(3,4,(5,1,(3,1;(0,3,(3,5;(0,4,(3,4;(0,5,(3,3?？砂吹诙N方式沿列方向進(jìn)行如下編碼:( 1,0,(2,2,(4,0;(1, 2,(4,0;(1,2,(5,3,(6,0;(1,5,(2,2,(4,3,(7,0;(1,5,(2,2,(3,3,(8,0;(1,5,(3,3;(1,5,(6,3;(1,5,(5,3。 游程長(zhǎng)度編

34、碼對(duì)圖2-7只用了44個(gè)整數(shù)就可以表示,而如果用前述的直接編碼卻需要64個(gè)整數(shù)表示,可見(jiàn)游程長(zhǎng)度編碼壓縮數(shù)據(jù)是十分有效又簡(jiǎn)便的。事實(shí)上,壓縮比的大小是與圖的復(fù)雜程度成反比的,在變化多的部分,游程數(shù)就多,變化少的部分游程數(shù)就少,圖件越簡(jiǎn)單,壓縮效率就越高。游程長(zhǎng)度編碼在柵格加密時(shí),數(shù)據(jù)量沒(méi)有明顯增加,壓縮效率較高,且易于檢索,疊加合并等操作,運(yùn)算簡(jiǎn)單,適用于機(jī)器存貯容量小,數(shù)據(jù)需大量壓縮,而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時(shí)間的情況。對(duì)于面狀數(shù)據(jù),游程長(zhǎng)度編碼還可以進(jìn)行變長(zhǎng)編碼或值點(diǎn)編碼。如圖 2-9所示的多邊形,其直接?xùn)鸥窬幋a、游程長(zhǎng)度編碼及值點(diǎn)編碼可分別如圖2-10、圖2-11所示。

35、4、塊狀編碼(block code塊碼是游程長(zhǎng)度編碼擴(kuò)展到二維的情況,采用方形區(qū)域作為記錄單元,每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置(行、列號(hào)和半徑,再加上記錄單元的代碼組成。根據(jù)塊狀編碼的原則,圖2-10 對(duì)圖2-9的直接?xùn)鸥窬幋a變長(zhǎng)編碼 值點(diǎn)編碼 圖2-11 對(duì)圖2-9的變長(zhǎng)編碼及值點(diǎn)編碼對(duì)圖2-7所示圖像可以具體編碼如下(記錄單元見(jiàn)表2-12:(1,1,1,0,(1,2,2,2,(1,4,1,5,(1,5,1,5,(1,6,2,5,(1,8,1,5;(2,1,1,2,(2,4,1,2,(2,5,1,2,(2,8,1,5;(3,3,1,2,(3,4,1,2,(3,5,2,3,

36、(3,7,2,5;(4,1,2,0,(4,3,1,2,(4,4,1,3;(5,3,1,3,(5,4,2,3,(5,6,1,3,(5,7,1,5,(5,8,1,3;(6,1,3,0,(6,6,3,3;(7,4,1,0,(7,5,1,3;(8,4,1,0,(8,5,1,0。一個(gè)多邊形所包含的正方形越大,多邊形的邊界越簡(jiǎn)單,塊狀編碼的效率就越好。塊狀編碼對(duì)大而簡(jiǎn)單的多邊形更為有效,而對(duì)那些碎部較多的復(fù)雜多邊形效果并不好。塊狀編碼在合并、插入、檢查延伸性、計(jì)算面積等操作時(shí)有明顯的優(yōu)越性。然而對(duì)某些運(yùn)算不適應(yīng),必須在轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)形式才能順利進(jìn)行。5、四叉樹(shù)編碼(quad-tree code四又樹(shù)結(jié)構(gòu)的

37、基本思想是將一幅柵格地圖或圖像等分為四部分。逐塊檢查其格網(wǎng)屬性值(或灰度。如果某個(gè)子區(qū)的所有格網(wǎng)值都具有相同的值。則這個(gè)子區(qū)就不再繼續(xù)分割,否則還要把這個(gè)子區(qū)再分割成四個(gè)子區(qū)。這樣依次地分割,直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。也就是根據(jù)柵格數(shù)據(jù)二維空間分布的特點(diǎn),將空間區(qū)域按照4個(gè)象限進(jìn)行遞歸分割(2n ×2 n ,且n>1,直到子象限的數(shù)值單調(diào)為止,最后得到一棵四分叉的倒向樹(shù)。四叉樹(shù)分解,各子象限大小不完全一樣,但都是同代碼柵格單元組成的子塊,其中最上面的一個(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn),它對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn),可能落在不同的層上,該結(jié)點(diǎn)5 0 2 2 2

38、2 5 5 5 53 3 3 353533 0 332 2 2 222 22 5 5 5 5 0 0 0 03 3 3 30 0 0 0 0 0 0 0 03 3 3 3 3 3 3 3 35 5 圖2-12 對(duì)圖2-7進(jìn)行塊碼編碼的記錄單元代表子象限單一的代碼,所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下,從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào),最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹(shù)分解能不斷的進(jìn)行下去,要求圖形必須為2n ×2 n 的柵格陣列。n 為極限分割次數(shù),n +1是四叉樹(shù)最大層數(shù)或最大高度(如圖2-13、圖2-14所示 四叉樹(shù)編碼法有許多有趣的優(yōu)點(diǎn):容易而有效地計(jì)算多邊

39、形的數(shù)量特征;陣列各部分的分辨率是可變的,邊界復(fù)雜部分四叉樹(shù)較高即分級(jí)多,分辨率也高,而不需表示許多細(xì)節(jié)的部分則分級(jí)少,分辨率低,因而既可精確表示圖形結(jié)構(gòu)又可減少存貯量;柵格到四叉樹(shù)及四叉樹(shù)到簡(jiǎn)單柵格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換比其它壓縮方法容易;多邊形中嵌套異類小多邊形的表示較方便。圖2-13四叉樹(shù)編碼的最大缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換的不定性,用同一形狀和大小的多邊形可能得出多種不同的四叉樹(shù)結(jié)構(gòu),故不利于形狀分析和模式識(shí)別。但因它允許多邊形中嵌套多邊形即所謂“洞”這種結(jié)構(gòu)存在,使越來(lái)越多的地理信息系統(tǒng)工作者都對(duì)四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)很感興趣。上述這些壓縮數(shù)據(jù)的方法應(yīng)視圖形的復(fù)雜情況合理選用,同時(shí)應(yīng)在系統(tǒng)中備有相應(yīng)的程序。另外,用戶的分析

40、目的和分析方法也決定著壓縮方法的選取。四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)按其編碼的方法不同又分為常規(guī)四叉樹(shù)和線性四叉樹(shù)。常規(guī)四叉樹(shù)除了記錄葉結(jié)點(diǎn)之外,還要記錄中間結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)之間借助指針聯(lián)系,每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要用六個(gè)量表達(dá):四個(gè)葉結(jié)點(diǎn)指針,一個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針和一個(gè)結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。這些指針不僅增加了數(shù)據(jù)貯存量,而且增加了操作的復(fù)雜性。常規(guī)四叉樹(shù)主要在數(shù)據(jù)索引和圖幅索引等方面應(yīng)用。線性四叉樹(shù)則只存貯最后葉結(jié)點(diǎn)的信息。包括葉結(jié)點(diǎn)的位置、深度和本結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。所謂深度是指處于四叉樹(shù)的第幾層上。由深度可推知子區(qū)的大小。線性四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)的編號(hào)需要遵循一定的規(guī)則,這種編號(hào)稱為地址碼,它隱含了葉結(jié)點(diǎn)的位置和深度信息。最常用的地址碼是四

41、進(jìn)制或十進(jìn)制的Morton碼。6、幾種編碼方法比較分析(見(jiàn)表2-7 三、柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)比較分析柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)是兩種表示地理信息的方法,前者屬性明顯,位置隱含,而后者位置明顯,屬性隱含。它們都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),都是有效地表示地理信息的方法。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)如下:(一柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):1、優(yōu)點(diǎn)(1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;(2空間數(shù)據(jù)的疊置與組合十分方便;(3空間分析易于進(jìn)行;(4數(shù)學(xué)模擬方便(5技術(shù)開(kāi)發(fā)費(fèi)用低。2、缺點(diǎn)(1圖形數(shù)據(jù)量大;(2難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系;(3地圖輸出不精美。(二矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):1、優(yōu)點(diǎn)(1結(jié)構(gòu)嚴(yán)密,數(shù)據(jù)量小;(2能完整地描述拓?fù)潢P(guān)系;(3圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新

42、和綜合都能實(shí)現(xiàn);(4圖形輸出精確美觀。2、缺點(diǎn)(1結(jié)構(gòu)復(fù)雜,處理技術(shù)也復(fù)雜;(2圖形疊置與圖形組合很困難;(3繪圖費(fèi)用高,尤其高質(zhì)量繪圖;(4數(shù)學(xué)模擬和空間分析極困難。由上述比較可知,柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)在表示地理信息方面是同等有效的,它們各具特色,互為補(bǔ)充,所以有些大型數(shù)據(jù)庫(kù)既存貯柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),又存貯矢量結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),根據(jù)需要來(lái)調(diào)用某種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù),以獲取最強(qiáng)的分析能力并提高效率。四、矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)前面已講述了矢量結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二者都各有優(yōu)缺點(diǎn)。因此,我們希望找到一種能夠具有矢量和柵格兩種結(jié)構(gòu)特征性的一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。設(shè)在對(duì)一個(gè)線目標(biāo)數(shù)字化采樣時(shí),恰好在所經(jīng)過(guò)的柵格內(nèi)都獲取了樣點(diǎn),這樣的

43、取樣數(shù)據(jù)就具有矢量和柵格雙重性質(zhì)。一方面,它保留了矢量數(shù)據(jù)的全部特性,一個(gè)目標(biāo)跟隨了所有位量信息,并能建立拓?fù)潢P(guān)系;另一方面,它建立了路徑柵格與地物的關(guān)系,即路徑上的任意一點(diǎn)都與目標(biāo)直接建立了聯(lián)系。這樣,用填滿線目標(biāo)路徑和充滿面狀目標(biāo)空間的表達(dá)方法作為矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。每個(gè)線目標(biāo)除記錄原始取樣點(diǎn)外,還包括所通過(guò)的柵格,每個(gè)面狀地物除記錄它的多邊形周邊以外,還包括中間的面柵格。無(wú)論是點(diǎn)狀地物、線狀地物,還是面狀地物,均采用面向目標(biāo)的描述方法,即直接跟隨位置描述信息并進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系說(shuō)明,因而它可以完全保持矢量的特征,建立了位置與地物的聯(lián)系,使之具有柵格的性質(zhì)。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是矢量柵格一

44、體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.3屬性數(shù)據(jù)的編碼方法【學(xué)時(shí)安排】2學(xué)時(shí)【目的要求】1、掌握編碼的概念;2、掌握碼位、碼段的概念及其與編碼的關(guān)系;3、理解編碼的方法、意義、原則、應(yīng)注意的問(wèn)題?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】編碼的有關(guān)概念,編碼方法?！窘虒W(xué)方法與手段】示例式、啟發(fā)式教學(xué)方法,多媒體教學(xué)手段。一、分類把數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)之前,必須先按使用要求進(jìn)行分類,這是項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作。如國(guó)家資源和環(huán)境信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)范在“專業(yè)數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)項(xiàng)目建議總表”中,將數(shù)據(jù)分為社會(huì)環(huán)境、自然環(huán)境和資源與能源三大類共14小項(xiàng),并規(guī)定了每項(xiàng)數(shù)據(jù)的內(nèi)容及基本數(shù)據(jù)來(lái)源。首先把社會(huì)環(huán)境、自然環(huán)境和資源與能源作為三大類放在第一層;其次根據(jù)環(huán)境因素和資源類別的主要特征和基本差異,劃分為14個(gè)二級(jí)類,為第二層;再按一個(gè)二級(jí)類包括的最主要內(nèi)容排列出第三級(jí)類別。其中關(guān)于資源與能源類的劃分為： 地貌類型 土地資源 土地利用類型 資源與能源 氣候和水熱資源 生物資源 比如土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和農(nóng)村地籍調(diào)查中土地類型劃分如表 2