第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構

2023/6/9第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第1頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構內容提綱柵格數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構柵格與矢量數(shù)據(jù)結構的選擇與轉換空間數(shù)據(jù)分層組織第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第2頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.1地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)GIS的主要數(shù)據(jù)為一維、二維或三維的空間型地圖數(shù)據(jù),包括空間位置、拓撲關系和屬性三個方面的內容。點（Point）：又稱為元素（Element）或象元（Pixel），是一個數(shù)據(jù)點，具有一對（x、y）坐標和至少一個屬性。線：（Line）：是具有相同屬性的點的軌跡，由一個坐標對序列表示，坐標對順序與線的開頭有關，線上每個點有不多于二個鄰點。面（Area）：是具有相同屬性的點的軌跡，以（x、y）坐標對的集合表示，坐標對的排列順序不影響面的形態(tài)，具內部點可以有多于三個的鄰點，面內點具有至少一個相同屬性。區(qū)域（Region）：空間上相鄰或重疊的點、線、面要素可以按一定的地理意義組成區(qū)域。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第3頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.1.1數(shù)據(jù)庫結構關系模型（relationalmodel）滿足一定條件的二維表格層次模型（hierarchicalmodel）以記錄類型為節(jié)點的有向樹（tree），其主要特征是：（1）除根節(jié)點外，任何節(jié)點都有且只有一個“父親”；（2）“父”節(jié)點表示的實體與“子”節(jié)點表示的實體是一對多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型（networkmodel）特點：1）可以有一個以上的結點沒有“父”結點；

2）至少有一個結點有多于一個“父”結點；

3）結點之間可以有多種聯(lián)系；

4）可以存在回路第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第4頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第5頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.2空間數(shù)據(jù)組織與結構

柵格數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構柵格與矢量數(shù)據(jù)結構的選擇與轉換空間數(shù)據(jù)分層組織第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第6頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.2.1柵格與矢量的基本概念描述地理實體的數(shù)據(jù)本身的組織方法，稱為內部數(shù)據(jù)結構。內部數(shù)據(jù)結構基本上可分為兩大類：即矢量結構和柵格結構。

GIS的內部數(shù)據(jù)結構如圖3-1所示。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第7頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構圖3-1矢量結構和柵格結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第8頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構柵格模型矢量模型優(yōu)點：1、數(shù)據(jù)結構簡單2、疊加操作易實現(xiàn)3、能有效表達空間可變性4、柵格圖象便于做圖象的有效增強優(yōu)點：1、提供更嚴密的數(shù)據(jù)結構2、提供更有效的拓撲編碼，因而對需要拓撲信息的操作更有效，如網(wǎng)絡分析3、圖形輸出美觀，接近于手繪缺點：1、數(shù)據(jù)結構不嚴密不緊湊，需要用壓縮技術解決這個問題2、難以表達拓撲關系3、圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需要增加柵格數(shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)量缺點：1、比柵格數(shù)據(jù)結構復雜2、疊加操作沒有柵格有效3、表達空間變化性能力差4、不能象數(shù)字圖形那樣做增強處理3.2.2矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第9頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.2.3柵格數(shù)據(jù)結構及其編碼1柵格數(shù)據(jù)的應用模型第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第10頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構2柵格數(shù)據(jù)結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第11頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第12頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3柵格數(shù)據(jù)的組織方法第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第13頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構4決定柵格單元代碼的方式1）中心點法中心點法常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度圖等。2）面積占優(yōu)法面積占優(yōu)法常用于分類較細，地物類別斑塊較小的情況。3）重要性法重要性法常用于具有特殊意義而面積較小的地理要素，特別是點、線狀地理要素，在柵格中代碼應盡量表示這些重要第五。4）百分比法根據(jù)矩形區(qū)域內地理要素所占面積的百分比確定柵格單元的代碼。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第14頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構5柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第15頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第16頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第17頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第18頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第19頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構四叉樹編碼法有許多有趣的優(yōu)點：1）容易而有效地計算多邊形的數(shù)量特征；2）陣列各部分的分辯率是可變的，邊界復雜部分四叉樹較高即分級多，分辯率也高，而不需表示許多細節(jié)的部分則分級少，分辯率低，因而既可精確表示圖形結構又可減少存貯量；3）柵格到四叉樹及四叉樹到簡單柵格結構的比其它壓縮方法容易；4）多邊形中嵌套異類小多邊形的表示較方便。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第20頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構線性四叉樹第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第21頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第22頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構龔健雅第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第23頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第24頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構基于按位彩操作的運算法第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第25頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第26頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第27頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第28頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.2.4矢量數(shù)據(jù)結構點實體線實體面實體第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第29頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第30頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第31頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第32頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第33頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構1柵格到矢量從柵格單元轉換到幾何圖形的過程稱為矢量化。1)柵格格式向矢量格式轉換的目的（1）將柵格數(shù)據(jù)分析的結果，通過矢量繪圖設備輸出；（2）數(shù)據(jù)壓縮的需要，將大量的面狀柵格數(shù)據(jù)轉換為由小量數(shù)據(jù)表示的多邊形的邊界；（3）將自動掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。2）矢量化過程要保證以下兩點1）拓撲轉換，即保持柵格表示出的連通性與鄰接性；2）轉換物體正確的外形。3）多邊形柵格格式向矢量格式轉換3.2.5柵格與矢量數(shù)據(jù)結構的選擇與轉換第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第34頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構多邊形柵格格式向矢量格式轉換，就是提取以相同編碼的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓撲關系，并表示成多個小直線短的矢量格式邊界線的過程。多邊形柵格格式向矢量格式轉換的步驟（1）多邊形邊界提取采用高通濾波將柵格圖像二值化或異特殊值表示邊界點。（2）邊界跟蹤對每個邊界弧段由一個節(jié)點向另一個節(jié)點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段。（3）拓撲關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的空間關系，形成完整的拓撲結構，并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。（4）去除多余點及曲線圓滑曲線光滑處理的承用算法有線性疊代法、分段三次多項視插值法、樣條函數(shù)插值法、正軸拋物等線平均加權法、斜軸拋物等線平均加權法等。柵格格式向矢量格式轉換最為困難的是邊界線搜索、拓撲結構生成和多余點去除。任伏虎博士發(fā)展了一種DoubleBoundaryDirectFinding較好地解決上述問題。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第35頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第36頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構2矢量格式向柵格格式的轉換矢量格式向柵格格式的轉換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形內部的所有柵格賦予相應的多邊形編號，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。矢量格式向柵格格式的轉換的常用算法①內部點擴散法②復數(shù)積分算法③射線算法④掃描算法⑤邊界代數(shù)算法（BoundaryAlgebraFilling)[任伏虎博士]第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第37頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構3.3空間數(shù)據(jù)分層組織空間數(shù)據(jù)分層的方法1）按專題分層2）按時間序列分層3）以地面垂直高度分層第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全文共42頁，當前為第38頁。第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構第3講gis數(shù)據(jù)組織與結構全