第二講：GIS數(shù)據(jù)與特征

1、矢量模式矢量模式 柵格模式柵格模式 真實世界真實世界所謂柵格數(shù)據(jù)是: 將制圖區(qū)域的平面表象按一定的分解力作行和列的規(guī)則劃分,就形成了一個陣列,其中每個柵格也稱”像元”或”像素”.根據(jù)所表示的表像信息,各個像元可用不同的”灰度值”來表示,但每個像元被認(rèn)為是內(nèi)部一致的基本單元.換句話說:由平面表像對應(yīng)位置上像元灰度值所組成的矩陣形式的數(shù)據(jù)就是柵格數(shù)據(jù).1其它柵格圖像的基本運(yùn)算(1)柵格灰度值乘上或加上一個常數(shù);(2)柵格灰度值求其正弦,余弦等,方根,對數(shù),指數(shù)等;(3)將某些柵格灰度值置成常數(shù)等;(4)求一個柵格圖像中元素灰度值之和;(5)找出一個柵格圖像中元素灰度值最大和最小等;(6)求出兩個柵

2、格圖像對應(yīng)灰度值的數(shù)量積;(7)將兩層?xùn)鸥駡D像對應(yīng)灰度值比較,并把一個較大 的元素記錄到結(jié)果柵格圖像中;(8)進(jìn)行”二值圖像”處理等等.上海東方明珠電視塔上海東方明珠電視塔故宮故宮 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 1 定義：定義： 矢量結(jié)構(gòu)是通過矢量結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)記錄坐標(biāo)的方式來表示點、線的方式來表示點、線、面等地理實體。、面等地理實體。 2 2 特點：定位明顯，屬性隱含。特點：定位明顯，屬性隱含。 3 3 獲取方法：獲取方法： (1) (1) 手工數(shù)字化法；手工數(shù)字化法； (2) (2) 手扶跟蹤數(shù)字化法；手扶跟蹤數(shù)字化法； (3) (3) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。例如：道路作為單

3、一的柵格是不存在的，例如：道路作為單一的柵格是不存在的，柵格的值表達(dá)了路是一個實體。道路是被柵格的值表達(dá)了路是一個實體。道路是被具有道路屬性值的一組柵格表達(dá)的。具有道路屬性值的一組柵格表達(dá)的。數(shù)據(jù)文件像元1I坐標(biāo)J坐標(biāo)層1屬性值層2屬性值層N屬性值像元2像元N數(shù)據(jù)文件層1像元1I坐標(biāo)J坐標(biāo)屬性值層2層N像元2數(shù)據(jù)文件層1多邊形1屬性值像元1坐標(biāo)像元N坐標(biāo)層2層N多邊形N節(jié)省空間節(jié)省空間形式簡單形式簡單方便制圖方便制圖 容易而有效地計算多邊形的數(shù)量特征； 陣列各部分的分辨率是可變的，邊界復(fù)雜部分四叉樹分級多，分辨率也高，而不需要表示的 細(xì)節(jié)部分則分級少，分辨率低。因而既可精確表示圖形結(jié)構(gòu)，又可減

4、少存儲量。 直接?xùn)鸥窬幋a到四叉樹編碼及四叉樹到簡單柵格編碼的轉(zhuǎn)換比塊式編碼等其它壓縮方法容易。 多邊形中嵌套不同類型小多邊形的表示較方便。 四叉樹編碼的優(yōu)點四叉樹編碼的優(yōu)點 四叉樹編碼的最大缺點是轉(zhuǎn)換的不確定性，用同一形狀和大小的多邊形可能得出多種不同的四叉樹結(jié)構(gòu)，故不利于形狀分析和模式識別。但因它允許多邊形中嵌套多邊形即所謂“空洞”這種結(jié)構(gòu)存在，故越來越多的GIS工作者對四叉樹結(jié)構(gòu)很感興趣。四叉樹編碼的缺點四叉樹編碼的缺點唯一標(biāo)示碼唯一標(biāo)示碼線標(biāo)示碼線標(biāo)示碼起始點起始點終止點終止點坐標(biāo)對序列坐標(biāo)對序列顯示信息顯示信息非幾何屬性非幾何屬性多邊形環(huán)路法多邊形環(huán)路法樹狀索引編碼法樹狀索引編碼法拓?fù)?/p>

5、結(jié)構(gòu)編碼法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法由多邊形邊界的由多邊形邊界的x,y坐標(biāo)隊集合及說明坐標(biāo)隊集合及說明信息組成信息組成對所有邊界點數(shù)字化，將坐對所有邊界點數(shù)字化，將坐標(biāo)對以順序方式存儲，由點標(biāo)對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系線索引與各多邊形相聯(lián)系形成完整的形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 多邊形P1和P2 , P1和P3 在空間上相鄰接； 弧段L2，L3，和L5在空間上相鄰接； 節(jié)點V1與V9, V9與V4等在空間上相鄰接。 節(jié)點V9與弧段L3，L5，L6關(guān)聯(lián)； 多邊形P1與弧段L1，L2，L3，L6關(guān)聯(lián) 多邊形P1包含多邊形P4 XY（0，0）JIx

6、minxmaxyminymaxXY 柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換（2 2）點的柵格化點的柵格化 點的變換只要這個點落在某一個柵格中，就屬于那個柵格單元，其行、列號I、J可由下式求出：I=1+INT（Ymax-Y）/YJ=1+INT（X-Xmin）/X式中INT表示取整函數(shù)。柵格點的值用點的屬性表示。（3）線的柵格化如圖所示， 設(shè)兩個端點的行、列號已經(jīng)求出，其行號為3和7，則中間網(wǎng)格的行號必為4、5、6。其網(wǎng)格中心線的Y坐標(biāo)應(yīng)為：Yi=Ymax-Y(I-1/2) 而與直線段交點的X坐標(biāo)為： Xi=(X2-X1)/(Y2-Y1)(Yi-Y1)+X1 YX34567（X1，Y

7、1）（X2，Y2）柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換（4）多邊形（面域）柵格化左碼記錄法：要完成面域的柵格化，其首要前提是實現(xiàn)以多邊形線段反映其周圍面域的屬性特征。目前一般采用的是左碼記錄法。其原理如圖所示，有一閉合多邊形，它將整個矩形面域分割成屬性為1和0的兩部分。轉(zhuǎn)換的第一步工作即是要實現(xiàn)這個目標(biāo)。ABCDEF01柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換 第一步，從數(shù)字化數(shù)據(jù)的第一點開始依次記錄每一點左邊面域的屬性值（面域外為0，面域內(nèi)為1）。記錄方法可由計算機(jī)自動完成，這樣，每一個多邊形數(shù)字化點便實現(xiàn)了“三值化”，即坐標(biāo)值、線段自身屬性值及左側(cè)面域?qū)傩灾怠?

8、第二步，對多邊形每一條邊，按以上所述的線段柵格化的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到如圖所示的數(shù)據(jù)組成。 柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換第三步，節(jié)點處理，使節(jié)點的柵格值惟一而準(zhǔn)確。第四步，排序，從第一行起逐行按列的先后順序排序，這時，所得到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全等同于柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。 最后，展開為全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，完成由矢量數(shù)據(jù)系統(tǒng)向柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換如圖所示。柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換 柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通常包括以下四個基本步驟：多邊形邊界提取采用高通濾波將柵格圖像二值化，并經(jīng)過細(xì)化標(biāo)識邊界點，如圖所示二值化。線劃圖形掃描后產(chǎn)生柵格數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是按從

9、0-255的灰度值量度的，設(shè)以G（i，j）表示，為了將這種256或128級不同的灰階壓縮到2兩個灰階，即0和1兩級，首先要在最大和最小灰階之間定義一個闕值，設(shè)闕值為T，則如果G（i，j）大于等于T，則記此柵格的值為1。如果G（i，j）小于T則記此柵格的值為0，得到一幅二值圖，如圖下圖（a）。(a)(b)(c)(d)柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量模式的選擇與轉(zhuǎn)換細(xì)化。細(xì)化是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軸線或周圍輪廓線（對面狀符號而言）位置的單個柵格的寬度，對于柵格線劃的“細(xì)化”方法，可分為“剝皮法”和“骨架法”兩大類。剝皮法的實質(zhì)是從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個

10、柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由柵格點組成的圖形。因為一條線在不同位置可能有不同的寬度，故在剝皮過程中必須注意一個條件，即不允許剝?nèi)?dǎo)致曲線不連通的柵格。這是這一方法的關(guān)鍵所在。其解決方法是，借助一個在計算機(jī)中存儲的，由待剝柵格為中心的33柵格組合圖（下圖）來決定。通過研究，其中只有格式2，3，4，5，10，11，12，16，21，24，28，33，34，35，38，42，43，46和50，可以將中心點剝?nèi)?。這樣，通過最多核查2568個柵格，便可確定中間柵格點保留或刪除，直到最后得到經(jīng)細(xì)化處理后應(yīng)予保留的柵格系列 邊界線追蹤 邊界線跟蹤的目的就是將寫入數(shù)據(jù)文件的細(xì)化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從結(jié)點出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲于特征柵格點中心的坐標(biāo)如圖所示。跟蹤時，從圖幅西北角開始，按順時針或逆時針方向，從起始點開始，根據(jù)八個鄰域進(jìn)行搜索，依次跟蹤相鄰點。并記錄結(jié)點坐標(biāo)，然后搜索閉曲線，直到完成全部柵格數(shù)據(jù)的矢量化，寫入矢量數(shù)據(jù)庫。拓?fù)潢P(guān)系生成對于矢量表示的邊界弧段，判斷其與原圖上各多邊形空間關(guān)系，形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。去除多余點及曲線圓滑居民地：包括單棟房屋、樓房和街區(qū)分層：居民地分層：居民地露天體育場、露天體育場、球場：球場：居民地旁邊的文娛活動場地分層：露天體育場、球場分層：