北師大地理信息系統(tǒng)課件04空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1第四章

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)22008-10空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間實體的表達現(xiàn)實空間世界空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫組織與管理計算機存儲認知與抽象空間數(shù)據(jù)模型：不同的模型下有不同的空間要素認知、抽象和表達方式以及不同的空間關(guān)系定義?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：不同空間數(shù)據(jù)模型在計算機內(nèi)的存儲和表達方式?？臻g數(shù)據(jù)組織：大量計算機化的空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理方式。32008-10空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指對空間數(shù)據(jù)邏輯模型描述的數(shù)據(jù)組織關(guān)系和編排方式，對地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲、查詢檢索和應(yīng)用分析等操作處理的效率有著至關(guān)重要的影響。同一空間數(shù)據(jù)邏輯模型往往采用多種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。較常用的有柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，除此之外還有混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和超圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇取決于數(shù)據(jù)的類型、性質(zhì)和使用的方式，應(yīng)根據(jù)不同的任務(wù)目標，選擇最有效和最合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)42008-10矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量：數(shù)學(xué)上稱有大小和方向的量為矢量；在計算機圖形學(xué)中：相鄰相結(jié)點間的弧段長度表示大小，弧段兩端點的順序表示方向，此即是矢量．N1N2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：GIS中的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對矢量數(shù)據(jù)模型進行數(shù)據(jù)的組織。它通過記錄實體坐標及其關(guān)系，盡可能精確地表示點、線、多邊形等地理實體，坐標空間設(shè)為連續(xù)，允許任意位置、長度和面積的精確定義。

52008-10矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)的獲取方式：1)由外業(yè)測量獲得可利用測量儀器自動記錄測量成果(常稱為電子手薄)，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫中。2)由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。3)掃描跟蹤數(shù)字化用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。62008-10矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接以幾何空間坐標為基礎(chǔ)，記錄取樣點坐標。按照這種數(shù)據(jù)組織方式，可以得到精美的地圖。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還可以對復(fù)雜數(shù)據(jù)以最小的數(shù)據(jù)冗余進行存貯，它還具有數(shù)據(jù)精度高，存儲空間小等特點，是一種高效的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

72008-10矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點：坐標對（x,y）

+識別符線：坐標對系列(x1,y1)..(xn,yn)及有關(guān)屬性、其它屬性面：首尾相同的坐標串關(guān)系表幾何位置坐標文件連接采用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示時應(yīng)考慮以下問題：1）矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。2）與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。3）矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系(有無拓撲關(guān)系)。82008-10矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按其是否明確表示地理實體間的空間關(guān)系分為實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩大類

：簡單（實體）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：ESRI/Shapefile,Mapinfo等拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：ArcInfo/Coverage92008-10實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（spaghetti，又稱為面條結(jié)構(gòu)）：是指構(gòu)成多邊形邊界的各個線段，以多邊形為單元進行組織。按照這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，邊界坐標數(shù)據(jù)和多邊形單元實體一一對應(yīng)，各個多邊形邊界點都單獨編碼并記錄坐標。

缺點：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形—數(shù)據(jù)不一致，浪費空間，導(dǎo)致雙重邊界不能精確匹配。2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓撲關(guān)系，難以進行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形等，空間關(guān)系查詢代價太高。3、島作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢查拓撲錯誤。所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、編碼容易、數(shù)字化操作簡單、數(shù)據(jù)編排直觀、易實現(xiàn)以實體為單位的運算和顯示等。102008-10實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1234567AB多邊形編碼坐標At1231，23，4…Bt1245,6點號坐標123451，23，45，67，8…多邊形編碼點號串ABT123t1241,2,3,4,7,6,11,6,7,4,5,1112008-10實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標識碼屬性空間對象編碼唯一連接幾何和屬性數(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:點號串點號XY1112223344………n5566幾何位置122008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅表達幾何位置和屬性，還表示拓撲空間關(guān)系。拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有固定的格式，還沒有形成標準，但基本原理相同的。它們的共同的特點是：點是相互獨立的，點連成線，線構(gòu)成面。每條線始于起始結(jié)點，止于終止結(jié)點，并與左右多邊形相鄰接。拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的特征是具有拓撲編輯功能；這種拓撲編輯功能，不但保證數(shù)字化原始數(shù)據(jù)的自動差錯編輯，而且可以自動形成封閉的多邊形邊界，為由各個單獨存儲的弧段組成所需要的各類多邊形及建立空間數(shù)據(jù)庫奠定基礎(chǔ)。拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括索引式、雙重獨立編碼結(jié)構(gòu)、鏈狀雙重獨立編碼結(jié)構(gòu)等。132008-10拓撲結(jié)構(gòu)編碼索引式（樹狀）：對所有點的坐標按順序建坐標文件，再建點與邊（線）、線與多邊形的索引文件。1234567891011

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1415PPP1、點文件：點號坐標1x1,y1索引文件：面號弧段號P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件：弧段號起點終點點號A527,8,9,10優(yōu)點：用建樹狀索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號的方式查詢。缺點：表達拓撲關(guān)系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓撲關(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。142008-10拓撲結(jié)構(gòu)編碼雙重獨立式編碼：簡稱DIME(DualIndependentMapEncoding)，是美國人口統(tǒng)計系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓撲編碼結(jié)構(gòu)。它是以城市街道為編碼主體，最適合于城市信息系統(tǒng)。

1、點文件：點號坐標1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位

線號左多邊形右多邊形起點終點L210P1P22101234567891011

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1415PPP3、面文件面號線號P1L210,L109…關(guān)聯(lián)鄰接關(guān)聯(lián)連通拓撲關(guān)系明確在DIME中做如下改進：將以線段為記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨立式編碼152008-10拓撲結(jié)構(gòu)編碼在雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，結(jié)點與結(jié)點或者多邊形與多邊形之間為鄰接關(guān)系，結(jié)點與線段或者多邊形與線段之間為關(guān)聯(lián)關(guān)系。利用這種拓撲關(guān)系可以來組織數(shù)據(jù)，可以有效地進行數(shù)據(jù)存儲正確性檢查（如多邊形是否封閉），同時便于對數(shù)據(jù)進行更新和檢索。因為通過這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式繪制圖形，當多邊形的起始結(jié)點與終止結(jié)點相一致，并且按照左側(cè)面域或右側(cè)面域自動建立一個指定的區(qū)域單元時，則空間點的左邊應(yīng)當自行閉合。如果不閉合，或者出現(xiàn)多余線段，則表示數(shù)據(jù)存儲或編碼有誤，這樣就可以達到數(shù)據(jù)自動編輯的目的。同樣利用該結(jié)構(gòu)可以自動形成多邊形，并可以檢查線文件數(shù)據(jù)的正確性。DIME編碼結(jié)構(gòu)尤其適用于城市地籍宗地的管理，在宗地管理中，界址點對應(yīng)于點、界址邊對應(yīng)于線段，面對應(yīng)于多邊形，各種要素都有惟一的標識符。162008-10拓撲結(jié)構(gòu)編碼鏈狀雙重獨立式編碼--拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、弧段坐標文件：弧段號坐標系列（串)Ax2,y2,X10,y10…2、弧段文件：鏈—面，鏈—結(jié)點關(guān)系

弧段號左多邊形右多邊形起點終點AP1P2251234567891011

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1415PPP3、面文件：面號弧段號P1A,B,-C4、點拓撲文件：結(jié)點—鏈關(guān)系點號弧段號2A,B,D在拓撲結(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結(jié)點）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。172008-10拓撲結(jié)構(gòu)編碼鏈狀雙重獨立式編碼特點：拓撲關(guān)系明確，也能表達島信息，而且以弧段為記錄單位，滿足實際應(yīng)用需要。因為一般數(shù)字化一條街道時，必然有許多中間點，但我們在做空間分析是卻沒有必要以這些中間點所組成的折線為研究對象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對象。該編碼被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件中的coverage文件結(jié)構(gòu)。例：ARC文件：二進制文件:弧段號點數(shù)坐標串在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓撲是指給圖形數(shù)據(jù)（點、線、面）增加拓撲結(jié)構(gòu)，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓撲，具體生成許多文件，如AAT，PAT等.INFO：屬性表如AAT（ArcAttributeTable）：用戶標識碼：表明地物類型當圖形數(shù)據(jù)修改、刪除、增加點、線、面要素后，其拓撲關(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓撲?；《翁朥SER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性:（名稱)182008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)：全顯式表達N1B2N2N4N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面弧點面-弧拓撲面弧段弧-點拓撲弧起點弧-面拓撲弧左面點-弧拓撲點弧段終點右面192008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)：部分顯式表達用上述部分表格表示空間目標的拓撲關(guān)系

System9：面-弧、弧-點

DIME：弧-點、弧-面目前商用GIS還沒有超出上述四個表格的拓撲關(guān)系202008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)：物理實現(xiàn)串行指針面-弧、點-?。鹤冮L記錄，不方便直接存儲POLYVRT（美國計算機圖形及空間分析實驗室）TIGER（美國人口調(diào)查局）直接存儲Arc/Info、GeoStar212008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)：拓撲關(guān)系與數(shù)據(jù)共享

維護數(shù)據(jù)的一致性拓撲:移動結(jié)點無拓撲:移動結(jié)點222008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓樸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點：數(shù)據(jù)存儲冗余較?。粩?shù)據(jù)中保存了空間實體的拓樸關(guān)系；方便了空間關(guān)系的查詢；能確保空間數(shù)據(jù)的一致性(通過拓樸編輯）；但數(shù)據(jù)更新時，要重新計算空間數(shù)據(jù)的拓樸關(guān)系。232008-10拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)：是否需要拓撲結(jié)構(gòu)?應(yīng)用目的制圖或一般查詢，可不要拓撲結(jié)構(gòu)空間分析，則應(yīng)建立拓撲關(guān)系服務(wù)對象和系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)面狀目標：面-弧、弧-面網(wǎng)絡(luò)目標：點-弧、弧-點242008-10252008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)RealworldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnRASTER柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即以規(guī)則像元陣列表示空間對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，陣列中每個數(shù)據(jù)表示空間對象的屬性特征?；蛘哒f，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，每個像元的行列號確定位置，用像元值表示空間對象的類型、等級等特征。且每個柵格單元只能存在一個值。262008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：點：為一個像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。

點線面272008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率格網(wǎng)方向282008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)的分辨率（尺寸）：柵格數(shù)據(jù)中柵格尺寸越小，分辨率越高。原則：應(yīng)能有效地逼近空間對象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，造成信息丟失。一般實體特征愈復(fù)雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然而柵格數(shù)據(jù)量愈大（按分辨率的平方指數(shù)增加），計算成本就越高，處理速度越慢。292008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細、地物斑塊較小AB柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：單元值確定302008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組織柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)分層土壤地貌森林建筑物ZYX312008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組織柵格數(shù)據(jù)文件像元1X坐標Y坐標層2屬性值層1屬性值…層n屬性值…像元2像元n柵格數(shù)據(jù)文件層1像元1層2…X,Y,屬性值像元2X,Y,屬性值……像元nX,Y,屬性值層n柵格數(shù)據(jù)文件層1多邊形1層2…屬性值像元1坐標…多邊形N像元n坐標層n322008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組織方法c：以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序，記錄多邊形的屬性值和多邊形內(nèi)各象元的坐標。節(jié)約用于存儲屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個象元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。

方法a：以象元為記錄序列，不同層上同一象元位置上的各屬性值表示為一個列數(shù)組。N層中只記錄一層的象元位置，節(jié)約大量存儲空間，柵格個數(shù)很多。方法b：每層每個象元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡單，但浪費存儲。332008-10柵格數(shù)據(jù)的建立手工獲?。涸趯ｎ}圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個決定其網(wǎng)格代碼。掃描儀掃描：掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù){行、列、顏色（灰度）}，定義顏色與屬性對應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到（行、列、屬性）再進行柵格編碼、存貯，即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。遙感影像數(shù)據(jù)：對地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來的象素值序列。格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)：當屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM，通過DEM內(nèi)插得到。由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來。342008-10352008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼柵格數(shù)據(jù)編碼方法：1、直接?xùn)鸥窬幋a：將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。A、每行都從左到右記錄；2255275577755555B、奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；特點：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)，沒有進行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。2574×42225555555557777計算：假設(shè)柵格數(shù)據(jù)分辨率為1m，需要表達的范圍是100km2每柵格占2字節(jié)，則該柵格數(shù)據(jù)的大小是？200M362008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼柵格數(shù)據(jù)量大，格網(wǎng)數(shù)多，由于地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關(guān)性，即相鄰象元的值往往是相同的。所以，出現(xiàn)了各種柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法。數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一項技術(shù)。分為：無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復(fù)原有的信息--信息保持編碼。有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認為不太重要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復(fù)--信息不保持編碼。

372008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼游程編碼（RunLengthEncoding,簡稱RLE）由于柵格數(shù)據(jù)相鄰單元之間存在著相以性，因此可以逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并，并記錄合并后網(wǎng)格的值及網(wǎng)格的長度，從而實現(xiàn)消除冗余，壓縮數(shù)據(jù)的作用。將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對：1）屬性碼，長度，行號（可不要）——長度：連續(xù)相同碼值的柵格個數(shù)。2）屬性碼，點位特點：對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強，則壓縮越大，適用于類型區(qū)域面積較大的專題圖，而不適合于類型連續(xù)變化或類別區(qū)域分散的分類圖（壓縮比與圖的復(fù)雜程度成反比），同時，游程編碼每次操作一行，對記錄二維要素（區(qū)域）的效果不好。這種編碼在柵格加密時，數(shù)據(jù)量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運算簡單，且易于檢索，疊加，合并等操作，這種編碼應(yīng)用廣泛。382008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼游程編碼：4×42225555555557777序號二元組1(2,2)2(5,2)3(2,1)4(7,1)5(5,2)6(7,3)7(5,5)392008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼塊碼：游程編碼向二維擴展塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格。也由數(shù)據(jù)對組成：（初始行、列，半徑，屬性值）特點：具有可變分辨率，即當屬性變化小時圖塊大，對于大塊圖斑記錄單元大，分辨率低，壓縮比高。小塊圖斑記錄單元小，分辨率高，壓縮比低。所以，與游程編碼類似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分辯率。依次掃描，編過的不重復(fù)。

12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888如：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…402008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼鏈式編碼（Freeman鏈碼、邊界鏈碼）1）首先定義一個3x3窗口，中間柵格的走向有8種可能，并將這8種可能0-7進行編碼。2）記下地物屬性碼和起點行、列后，進行追蹤，得到矢量鏈.將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄鏈式編碼表aaaaaaab屬性碼起點行起點列鏈碼a14556656b37576654323…優(yōu)點：鏈碼可有效地存貯壓縮柵格數(shù)據(jù)，便于面積、長度、轉(zhuǎn)折方向和邊界、線段凹凸度的計算。缺點：不易做邊界合并，插入操作、編輯較困難（對局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)）。區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復(fù)存儲。

412008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼1、

基本思想：將2n×2n象元組成的圖像(不足的用背景補上)按四個象限進行遞歸分割，直到子象限的數(shù)值為單調(diào)為止，并判斷屬性是否單一。單一：不分；不單一：遞歸分割。最后得到一顆四分叉的倒向樹。2、

四叉樹的樹形表示：用一倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。根：整個區(qū)域高：深度、分幾級，幾次分割葉：不能再分割的塊樹叉：還需分割的塊，每個樹叉均有4個分叉，叫四叉樹。四叉樹編碼：一種可變分率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)，是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一。

AAABABBBAABBAABB0123422008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼1）常規(guī)四叉樹（CQT）除了記錄這棵樹的葉結(jié)點外，中間結(jié)點，結(jié)點之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系。每個結(jié)點需要6個變量：父結(jié)點指針、四個子結(jié)點的指針和本結(jié)點的屬性值。指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲量，還增加了操作的復(fù)雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點移到根結(jié)點的次數(shù)來確定，結(jié)點所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點開始逐步推算下來。所以，常規(guī)四叉樹并不廣泛用于存儲數(shù)據(jù)，其價值在于建立索引文件，進行數(shù)據(jù)檢索。datap1p2p3p4parent432008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼2）線性四叉樹（LQT）只記錄葉結(jié)點的位置，深度（節(jié)點所在層數(shù)）和屬性。地址碼（定位碼、Morton碼）四進制、十進制優(yōu)點：存貯量小，只對葉結(jié)點編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點的存儲，地址碼隱含著結(jié)點的分割路徑和分割次數(shù)。線性四叉樹可直接尋址，通過其坐標值直接計算其Morton碼，而不用建立四叉樹。定位碼容易存儲和執(zhí)行實現(xiàn)集合相加等組合操作。442008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼四進制Morton碼:四叉樹從上而下形成,由葉結(jié)點找Morton碼。每分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。每一個位均是不大于3的四進制數(shù)，表達位置。由Morton碼找出四叉樹葉結(jié)點的具體位置。0123象限編碼0層1層2層3層4層根0123202122232202212222232220222122222223十進制Morton碼（MD）：四進制Morton碼直觀上切合四叉樹分割，但許多語言不支持四進制變量，需用十進制表示Morton碼。452008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼把一幅2n×2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程1、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。2、相鄰的四個象元比較，一致的合并，只記錄第一個象元的Morton碼。循環(huán)比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。

3、進一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時只記錄第一個象元的Morton碼。A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15右圖的壓縮處理過程為：1、按Morton碼讀入一維數(shù)組：Morton碼：0123456789101112131415象元值：AAAB

AABB

AAAA

BBBB2、四相鄰象元合并，只記錄第一個象元的Morton碼。Morton碼：01234567812象元值：AAABAABBAB3、由于不能進一步合并，則用游程長度編碼壓縮。

0346812ABABAB

A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15462008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼四叉樹優(yōu)缺點：優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)絡(luò)法要少得多，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。2）四叉樹具有可變率或多重分辯率的特點使得它有很好的應(yīng)用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數(shù)據(jù)，特別適用于處理分布不均勻的塊狀空間數(shù)據(jù)，但不適用于連續(xù)表面（如地形）或線狀地物。此外，目前應(yīng)用四叉樹還存下列問題：1)矢/柵正反變換還不理想。2)建立四叉樹耗費機時很多。3)四叉樹雖可修改，但很費事。472008-10柵格數(shù)據(jù)的編碼4)四叉樹未能直接表示物體間的拓撲關(guān)系。5)與非樹表示法比較，四叉樹表示法的缺點在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定性或叫滑動變異。例如，兩個圖像的差異僅由于平移，就會構(gòu)成極為不同的四叉樹，因而很難根據(jù)四叉樹來判斷這兩個圖像是否全同，故不利于做形狀分析和模式識別。

A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15AAAAABBBAABBAABB6)

一個物體的圖像在構(gòu)成四叉樹時會被分割到若干個象限中，使它失去了內(nèi)在的相關(guān)性。AAAAABBBAABBAABB482008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS軟件包采用不同的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：GRASS\IDRISI采用直接或游程編碼；SPANS采用四叉樹結(jié)構(gòu)；ArcGIS采用分等級的片-塊-單元，每塊用直接或游程編碼。GRASS:地理學(xué)資源分析支持系統(tǒng)IDRISI:ClarkUniversity的GIS及遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Spans:加拿大PCI公司產(chǎn)品492008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點離散的量化柵格值表示空間對象位置隱含,屬性明顯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,易與遙感數(shù)據(jù)結(jié)合,但數(shù)據(jù)量大幾何和屬性偏差面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),難以建立空間對象之間的關(guān)系502008-10柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點abc345abcac距離:7/4(5)面積:7(6)屬性偏差幾何偏差512008-10矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對比優(yōu)點缺點矢量1、便于面向現(xiàn)象應(yīng)用（土壤類，土地利用單元等）2、結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。3、利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作更有效。4、

圖形顯示輸出質(zhì)量好，精度高。1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標準化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。2、多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達空間變化性能力差。3、不能像數(shù)字圖像那樣做增強處理4、軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖成本較高。柵格1、結(jié)構(gòu)簡單，易數(shù)據(jù)交換。2、疊置分析和地理（能有效表達空可變性）現(xiàn)象模擬較易。3、利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理。4、輸出快速，成本低廉。1、現(xiàn)象識別效果不如矢量方法，難以表達拓撲。2、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴密不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問題。3、投影轉(zhuǎn)換困難。4、圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)文件。522008-10空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇：在GIS建立過程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的特點、可能獲得的數(shù)據(jù)精度以及GIS軟件和硬件的配置情況，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一般來說：柵格結(jié)構(gòu)：大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問題的研究。矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。通常在選擇時需考慮以下因素：空間要素或位置關(guān)注的焦點是什么？（連續(xù)or離散）什么數(shù)據(jù)較容易獲??？對于空間要素定位要求的精度如何？（矢量定位精度較高，柵格較低）需要的什么類型的拓撲關(guān)系？所要求的空間分析類型是什么？要求生成什么類型的地圖？532008-10矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢柵一體化概念：

將矢量面向?qū)ο蟮姆椒ê蜄鸥駟卧畛涞姆椒ńY(jié)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。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。一方面，它保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關(guān)系；另一方面，它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點都直接與目標建立了聯(lián)系。334334423344423344234422212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)結(jié)構(gòu)。542008-10552008-10鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，重點介紹TIN（Triangulatedirregularnetworks）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即采用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬合連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面。TIN的定義：562008-10矢量數(shù)據(jù)編碼572008-10鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)582008-10矢量數(shù)據(jù)編碼592008-10矢量數(shù)據(jù)編碼602008-10三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)請參考電子版講義！612008-10622008-10主流GIS軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Shapefile格式是ESRI公司Arcview軟件中存貯空間數(shù)據(jù)的內(nèi)部缺省文件格式。它是一種簡單、非拓撲的格式，實現(xiàn)了地理要素屬性信息與幾何位置的統(tǒng)一貯存。Shape文件實際上只是ArcView進行GIS數(shù)據(jù)管理的5種核心文件類型之一。這5種文件作為項目工作組的內(nèi)容被貯存于同一個工作目錄中，相互以不同的擴展名相區(qū)別：.shp——貯存地理要素的幾何關(guān)系的文件；.shx——貯存圖形要素的幾何索引的文件；.dbf——貯存要素屬性信息的dBASE文件。當Shape文件作為一個主題被加入到視圖之后，該.dbf文件將會作為一個要素表格來顯示。

632008-10主流GIS軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Shapefile格式特點：基于其非拓撲性，可以使文件迅速在視圖中顯示出來。其開放性的文件格式不僅與