(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。主要內(nèi)容4.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.3矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4.4鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.5柵格與矢量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換

2(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。4.3矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。4.3矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.3.1柵格結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較4.3.2矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。4.3.1柵格結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)：屬性明顯，定位隱含，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針或數(shù)據(jù)本身，而所在位置則根據(jù)行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)。柵格數(shù)據(jù)的編碼方法：直接?xùn)鸥窬幋a，就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼；壓縮編碼，包括鏈碼（弗里曼鏈碼）比較適合存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)；游程長(zhǎng)度編碼通過(guò)記錄行或列上相鄰若干屬性相同點(diǎn)的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)；四叉樹(shù)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。5(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式盡可能精確地表示點(diǎn)、線和多邊形等地理實(shí)體，坐標(biāo)空間設(shè)為連續(xù)，允許任意位置、長(zhǎng)度和面積的精確定義。矢量結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)：定位明顯，屬性隱含。矢量數(shù)據(jù)的編碼方法：對(duì)于點(diǎn)實(shí)體和線實(shí)體，直接記錄空間信息和屬性信息；對(duì)于多邊形地物，有坐標(biāo)序列法、樹(shù)狀索引編碼法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法坐標(biāo)序列法（實(shí)體式），是由多邊形邊界的x,y坐標(biāo)對(duì)集合及說(shuō)明信息組成，是最簡(jiǎn)單的一種多邊形矢量編碼法，文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但多邊形邊界被存儲(chǔ)兩次產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，而且缺少鄰域信息；樹(shù)狀索引編碼法（索引式），是將所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，順序存儲(chǔ)坐標(biāo)對(duì)，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)，消除了相鄰多邊形邊界數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法（鏈狀雙重獨(dú)立式），是通過(guò)建立一個(gè)完整的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)，徹底解決鄰域和島狀信息處理問(wèn)題的方法，但增加了算法的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)庫(kù)的大小。6(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。3.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較7優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，冗余度小，數(shù)據(jù)量??；空間拓?fù)潢P(guān)系清晰，易于網(wǎng)絡(luò)分析；面向?qū)ο竽繕?biāo)的，不僅能表達(dá)屬性編碼，而且能方便地記錄每個(gè)目標(biāo)的具體的屬性描述信息；能夠?qū)崿F(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新和綜合；圖形顯示質(zhì)量好、精度高。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理算法復(fù)雜疊置分析與柵格組合比較難；數(shù)學(xué)模擬比較困難；空間分析技術(shù)上比較復(fù)雜，需要更復(fù)雜的軟、硬件條件；顯示與繪圖成本比較高。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于算法實(shí)現(xiàn)；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(yīng)用和分析；各類空間分析，地理現(xiàn)象模擬均較為容易；輸出方法快速建議，成本低廉。圖形數(shù)據(jù)量大，用大像元減小數(shù)據(jù)量時(shí)，精度和信息量受損失；難以建立空間網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；投影變化實(shí)現(xiàn)困難；圖形數(shù)據(jù)質(zhì)量低，地圖輸出不精美。(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。3.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低，有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析，圖形顯示質(zhì)量好、精度高缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多邊形疊加分析比較困難。柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于空間分析和地表模擬，現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)；缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)量大，投影轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜。兩者比較：柵格數(shù)據(jù)操作總的來(lái)說(shuō)容易實(shí)現(xiàn)，矢量數(shù)據(jù)操作則比較復(fù)雜；柵格結(jié)構(gòu)是矢量結(jié)構(gòu)在某種程度上的一種近似，對(duì)于同一地物達(dá)到于矢量數(shù)據(jù)相同的精度需要更大量的數(shù)據(jù)；在坐標(biāo)位置搜索、計(jì)算多邊形形狀面積等方面柵格結(jié)構(gòu)更為有效，而且易于遙感相結(jié)合，易于信息共享；矢量結(jié)構(gòu)對(duì)于拓?fù)潢P(guān)系的搜索則更為高效，網(wǎng)絡(luò)信息只有用矢量才能完全描述，而且精度較高。8(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。4.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇原則要素還是位置？可獲取的數(shù)據(jù)定位要素的必要精度需要什么類型的要素需要什么類型的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)所需空間分析類型生產(chǎn)地圖類型9(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。5.柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的綜合使用柵格影像作為顯示背景e.g.DOQs,DRGs,grapgicfiles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)數(shù)字高程模型用作提取等高線衛(wèi)星影像在數(shù)據(jù)綜合中發(fā)揮著重要作用矢量數(shù)據(jù)作為處理衛(wèi)星影像的輔助信息10(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。4.3.2矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1基本概念將矢量面向?qū)ο蟮姆椒ê蜄鸥裣裨涮畹姆椒ńY(jié)合起來(lái)，具體采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)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(diǎn)外，還記錄路徑所通過(guò)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(biāo)為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(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(diǎn)都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。從原理上說(shuō)，這是一種以矢量的方式來(lái)組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其理論基礎(chǔ)是：多級(jí)格網(wǎng)方法、三個(gè)基本約定和線性四叉樹(shù)編碼。11(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。2三個(gè)約定為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：a.地面上的點(diǎn)狀地物是地球表面上的點(diǎn)，它僅有空間位置，沒(méi)有形狀和面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部?jī)H有一個(gè)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(méi)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(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個(gè)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(dá)的邊界組成。12(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。3.細(xì)分格網(wǎng)法由于一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是基于柵格的，表達(dá)目標(biāo)的精度必然受柵格尺寸的限制?？衫眉?xì)分格網(wǎng)法提高點(diǎn)、線（包括面狀地物邊界）數(shù)據(jù)的表達(dá)精度，使一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的精度達(dá)到或接近矢量表達(dá)精度?；靖窬W(wǎng)和細(xì)格網(wǎng)均采用十進(jìn)制線性四叉樹(shù)編碼，亦即將一對(duì)X,Y坐標(biāo)用兩個(gè)Morton碼代替。前一M1表示該點(diǎn)（采樣點(diǎn)或附加的交叉點(diǎn)）所在基本格網(wǎng)的地址碼，后者M(jìn)2表示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼。例如X=210.00，Y=172.32，可轉(zhuǎn)換為M1=275,M2=2690。這種方法可將柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)精度提高256倍，而存貯量?jī)H在有點(diǎn)、線通過(guò)的格網(wǎng)上增加兩個(gè)字節(jié)（當(dāng)細(xì)分為16×16格網(wǎng)時(shí)，存貯量?jī)H增加一個(gè)字節(jié)，精度提高16倍）。

13x,yM1M2(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。4.一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)線性四叉樹(shù)(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個(gè)約定設(shè)計(jì)點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，細(xì)分格網(wǎng)法保證足夠精度。（1）點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)約定1：點(diǎn)僅有位置、沒(méi)有形狀和面積，只要將點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼M1和M2,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，便于點(diǎn)的插入和刪除，還能處理一個(gè)柵格內(nèi)包含多個(gè)點(diǎn)狀目標(biāo)的情況。14點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)M1M2高程Z……………………10025434084432100261057725463……………………(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。（2）線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)約定2，線狀地物有形狀但沒(méi)有面積，沒(méi)有面積意味著只要用一串?dāng)?shù)據(jù)表達(dá)每個(gè)線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過(guò)的所有柵格的地址全部記錄下來(lái)。仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈狀雙重獨(dú)立式編碼，以弧段為記錄單位?；《蔚臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu):線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

15弧標(biāo)識(shí)號(hào)起結(jié)點(diǎn)號(hào)終結(jié)點(diǎn)號(hào)中間點(diǎn)串（M1,M2,Z）

20078100251002658,7749,435,92,4377,439…線標(biāo)識(shí)號(hào)弧段標(biāo)識(shí)號(hào)…………3003120078，200793003220092，20098，20099…………(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。（3）面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1)弧段文件邊界弧段-----形狀2)帶指針的四叉樹(shù)二維行程碼-------面域葉結(jié)點(diǎn)的屬性值改為指向該地物的下一個(gè)子塊的循環(huán)指針循環(huán)指針指向該地物下一個(gè)子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身16二維行程M碼屬性值005480164308314320378400448460478二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。用循環(huán)指針將同屬于一個(gè)目標(biāo)的葉結(jié)點(diǎn)鏈接起來(lái)只要進(jìn)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(gè)目標(biāo)需遍歷整個(gè)矩陣，大大提高了查詢速度1708324046二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。3）面文件這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點(diǎn)。通過(guò)面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。同時(shí)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(jié)構(gòu)，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達(dá)了位置的相互關(guān)系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。給出任意一點(diǎn)的位置都可順著指針找到面狀地物的標(biāo)識(shí)號(hào)確定是哪一個(gè)地物。18面標(biāo)識(shí)號(hào)弧標(biāo)識(shí)號(hào)串面塊頭指針40001（屬性值為0）20001，20002，20003040002（屬性值為4）20002，200041640003（屬性值為8）200037………………(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。（4）復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由幾個(gè)或幾種點(diǎn)、線、面狀簡(jiǎn)單地物組成的地物稱為復(fù)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(gè)復(fù)雜地物，用一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)表示。復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表所示。19復(fù)雜地物標(biāo)識(shí)號(hào)簡(jiǎn)單地物標(biāo)識(shí)號(hào)…………5000810025，30005，300255000930006，30007，40032…………(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。

4.4鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，TIN可以采用類似于多邊形的矢量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但不必要描述一般多邊形中的“島嶼”或“洞”的拓?fù)潢P(guān)系。以三角形作為基本的空間對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)組織時(shí)需要兩個(gè)文件：（1）點(diǎn)文件：每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)記錄，給出該點(diǎn)的x,y坐標(biāo)，以及屬性值；（2）三角形拓?fù)湮募航M織三角形與樣點(diǎn)以及三角形與相鄰三角形的鄰接關(guān)系，每個(gè)記錄依順時(shí)針?lè)较蛄谐鋈齻€(gè)頂點(diǎn)號(hào)及三個(gè)相鄰的三角形號(hào)，其中相鄰三角形的順序按每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)邊給定的鄰接三角形。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠很好地描述了三角形及其鄰接關(guān)系，非常適合于需要面相鄰關(guān)系的操作和分析。20(完整版)08矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。不規(guī)則三角網(wǎng)21X-YCoordinatesnode#coordinates12311...x1,y1x2,y2x3,y3...x11,y11ZCoordinatesnode#z_value12311...z1...z2z3z111236587911104ABCDEFGHIJKLMNEDGESadjacentABCDEFGHIJK