第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

地理信息系統(tǒng)

GeographicInformationSystem徐斌長(zhǎng)安大學(xué)第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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)4.5三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)空間邏輯數(shù)據(jù)模型描述的數(shù)據(jù)組織關(guān)系和編排方式，是空間數(shù)據(jù)模型的具體實(shí)現(xiàn)，對(duì)地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、檢索和分析應(yīng)用等操作處理有至關(guān)重要的影響。掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)，是合理的空間建模與數(shù)據(jù)組織的基礎(chǔ)。要點(diǎn)：矢量數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。表達(dá)真實(shí)的世界EEERHRRRRRRRRRPRPPPPPEEEHEE56100065550005810006575000HouseRiverPineForestEucalyptsEPEHHRealWorld柵格模型矢量模型第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。4.1

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.矢量數(shù)據(jù)的概念2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示（1）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼（2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。1.矢量數(shù)據(jù)的概念

矢量：具有長(zhǎng)度和方向的量。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：通過(guò)記錄坐標(biāo)值的方式盡可能精確地表示點(diǎn)、線或面狀分布的地理實(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。 在一般情況下，其精度比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)高得多。其精度僅受數(shù)字化設(shè)備的精度和數(shù)值記錄字長(zhǎng)的限制。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示

計(jì)算機(jī)地圖制圖中，研究表示矢量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮的問題：

①矢量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理； ②與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)； ③矢量數(shù)據(jù)之間拓?fù)潢P(guān)系的表示。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。（1）簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼

簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也稱為面條數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系。 常見方法： 獨(dú)立實(shí)體法和點(diǎn)位字典法。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。獨(dú)立實(shí)體法

使用點(diǎn)、線、面對(duì)象分別記錄其坐標(biāo)對(duì)，即每個(gè)實(shí)體的坐標(biāo)都獨(dú)立存儲(chǔ)，并不關(guān)心相鄰的多邊形或線狀和點(diǎn)狀地物。具體形式和公式如下： 點(diǎn)對(duì)象：[對(duì)象標(biāo)識(shí),(x,y),屬性數(shù)據(jù);]

線對(duì)象：[對(duì)象標(biāo)識(shí),(x1,y1),(x2,y2)…(xn,yn),屬性數(shù)據(jù);]

面對(duì)象：[對(duì)象標(biāo)識(shí),(x1,y1),(x2,y2)…(xn,yn),(x1,y1), 屬性數(shù)據(jù);]

對(duì)面狀實(shí)體，最末一點(diǎn)坐標(biāo)與第一點(diǎn)坐標(biāo)相等。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。地圖要素的矢量數(shù)據(jù)表示例：圖4.1，表4.1標(biāo)識(shí)(ID)坐標(biāo)位置屬性點(diǎn)10X,Y線12X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6面35X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6,…,X11,Y11,X1,Y1第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)： 編碼容易，數(shù)字化操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)編碼直觀，顯示速度快。缺點(diǎn)： 除了外輪廓線以外，多邊形的邊界數(shù)據(jù)均獲取和存儲(chǔ)兩次，這樣會(huì)產(chǎn)生裂縫或重疊，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余。為了消除裂縫，一般要編輯。 缺少拓?fù)潢P(guān)系，空間分析困難。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。點(diǎn)位字典法

使用坐標(biāo)文件記錄所有點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)，并使用點(diǎn)號(hào)惟一標(biāo)示每一個(gè)坐標(biāo)對(duì)，點(diǎn)、線、面對(duì)象都由點(diǎn)號(hào)組成。 點(diǎn)位字典：點(diǎn)號(hào),(x,y);

點(diǎn)對(duì)象：惟一標(biāo)志碼,點(diǎn)號(hào),屬性數(shù)據(jù);

線對(duì)象：惟一標(biāo)志碼,(點(diǎn)號(hào)1，…，點(diǎn)號(hào)n),屬性數(shù)據(jù);

面對(duì)象：惟一標(biāo)志碼,(點(diǎn)號(hào)1，…，點(diǎn)號(hào)n，點(diǎn)號(hào)1),屬性數(shù)據(jù);

例：圖4.1，表4.2，表4.3第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。（2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼索引式結(jié)構(gòu)（略）雙重獨(dú)立地圖編碼鏈狀雙重獨(dú)立式編碼

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

記錄空間實(shí)體的位置、標(biāo)志及屬性信息，同時(shí)記錄拓?fù)潢P(guān)系。雙重獨(dú)立地圖編碼 雙重獨(dú)立地圖編碼（DualIndependentMapEncoding，DIME

），是美國(guó)人口調(diào)查局在人口調(diào)查的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它通過(guò)有向編碼建立了多邊形、邊界、結(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，DIME編碼成為其它拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 例：圖4.4，表4.7第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。雙重獨(dú)立式DIME(DuallndependentMapEncoding)

線號(hào)左多邊形右多邊形起點(diǎn)終點(diǎn)aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92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

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。鏈狀雙重獨(dú)立式編碼

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、點(diǎn)文件。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。

點(diǎn)文件：標(biāo)志碼，（x,y）;

弧段坐標(biāo)文件：標(biāo)志碼，弧段中間點(diǎn)； 弧段文件：標(biāo)志碼，起始結(jié)點(diǎn)，終止結(jié)點(diǎn)，左多邊形，右多邊形； 多邊形文件：標(biāo)志碼，組成多邊形的弧段號(hào)，屬性（面積、周長(zhǎng)）及中心點(diǎn)坐標(biāo)等。 例：圖4.4，表4.8，表4.9，表4.10，表4.11第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。弧段文件弧段號(hào) 起始點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn) 左多邊形 右多邊形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐標(biāo)文件弧段號(hào) 點(diǎn)號(hào) a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31

鏈狀雙重獨(dú)立式

多邊形文件多邊形號(hào) 弧段號(hào) 周長(zhǎng)面積A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)冗余??；拓?fù)潢P(guān)系明晰，拓?fù)洳樵?、分析效率高。缺點(diǎn)： 對(duì)單個(gè)地理實(shí)體的操作效率低，難以表達(dá)復(fù)雜的地理實(shí)體，查詢效率低，局部更新困難。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。實(shí)體型與拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較兩者都是目前最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型 實(shí)體型代表軟件為MapInfo

拓?fù)湫痛碥浖锳RC/INFO它們各具特色實(shí)體型雖然會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余和歧異，但易于編輯。拓?fù)湫拖藬?shù)據(jù)的冗余和歧異，但操作復(fù)雜，甚至?xí)a(chǎn)生新的數(shù)據(jù)冗余。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。4.2

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念

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)柵格數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。在一定尺度范圍和特定分辨率的情況下，柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？RealworldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTER第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必須如此。其單元格形狀可以隨應(yīng)用的需要進(jìn)行具體設(shè)定，比如設(shè)置為三角形。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大。柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問題引申思考：柵格數(shù)據(jù)的投影與變形問題？第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是柵格陣列，每個(gè)柵格單元的行列號(hào)確定位置，用柵格單元的數(shù)值表示空間對(duì)象的類型、等級(jí)等屬性特征。每個(gè)柵格單元只能存在一個(gè)屬性值。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。

柵格單元——像元遙感影像：MSS79×79米

SPOT10×10米

TM30×30米

QuickBird0.61×0.61米影像分辨率掃描圖象：150DPI、300DPI、600DPI計(jì)算機(jī)屏幕分辨率：640×780800×6001024×768第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。IKONOS衛(wèi)星多光譜影像（4米）（排隊(duì)參觀毛主席紀(jì)念堂的隊(duì)伍隱約可見，花壇信息沒有，背景草坪不清晰）IKONOS衛(wèi)星融合影像（1米）（排隊(duì)參觀毛主席紀(jì)念堂的隊(duì)伍清晰可見，花壇和背景草坪顯示出來(lái)，色調(diào)自然逼真，連紀(jì)念堂柱子的陰影都很清楚）第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。西班牙馬德里體育場(chǎng)（0.61m）第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。點(diǎn)線面

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)柵格單元（像元）線：在一定方向上連接成串的相鄰柵格單元集合面：聚集在一起的相鄰柵格單元集合。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。表示點(diǎn)

點(diǎn)使用離散分布的單個(gè)柵格單元來(lái)表示，單元格的值表示某個(gè)地理現(xiàn)象的屬性，不同的值表示不同的地理對(duì)象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)。表示線

單條線通過(guò)一系列有序相連的具有相同值柵格單元來(lái)表示，不同的值表示不同的地理對(duì)象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第31頁(yè)。表示多邊形

單個(gè)面表示為一簇具有相同值的單元格，不同的值表示不同的地理對(duì)象或同一地理現(xiàn)象的不同屬性第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第32頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例（a）點(diǎn)（b）線（c）面第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第33頁(yè)。由于柵格結(jié)構(gòu)對(duì)地表的離散，在計(jì)算面積、長(zhǎng)度、距離、形狀等空間指標(biāo)時(shí)，若柵格尺寸較大，則造成較大的誤差（過(guò)度概化、不連續(xù)）。由于柵格單元中存在多種地物，而數(shù)據(jù)中常常只記錄一個(gè)屬性值，這會(huì)導(dǎo)致屬性誤差。比如，遙感數(shù)據(jù)中的“混合像元”問題。柵格數(shù)據(jù)的相關(guān)問題第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第34頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)單元值確定——混合像元CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)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(xì)、地物斑塊較小AB為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個(gè)柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第35頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)單元值確定問題：每一個(gè)單元可能對(duì)應(yīng)多個(gè)地物種類或多個(gè)屬性值?；驹瓌t：在決定柵格代碼時(shí)盡量保持地表的真實(shí)性，保證最大的信息容量。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第36頁(yè)。決定柵格單元代碼的方式

中心點(diǎn)法處理方法：用處于柵格中心處的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度圖等。例如：中心點(diǎn)O落在代碼為C的地物范圍內(nèi)，按中心點(diǎn)法的規(guī)則，該矩形區(qū)域相應(yīng)的柵格單元代碼為C第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第37頁(yè)。2.面積占優(yōu)法處理方法：以占柵格區(qū)域面積比例最大的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼面積占優(yōu)法常用于分類較細(xì)，地物類別斑塊較小的情況例如：所示的例子中，顯見B類地物所占面積最大，故相應(yīng)柵格代碼定為B第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第38頁(yè)。3.重要性法處理方法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類型決定相應(yīng)的柵格單元代碼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(diǎn)、線狀地理要素，如城鎮(zhèn)、交通樞紐、交通線、河流水系等，在柵格中代碼應(yīng)盡量表示這些重要地物例如：假設(shè)A類最重要的地物類型，即A比B和C類更為重要，則柵格單元的代碼應(yīng)為A第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第39頁(yè)。4.百分比法

處理方法：根據(jù)柵格區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定柵格單元的代碼適用于地物面積具有重要意義的分類體系

例如：可記面積最大的兩類BA，也可以根據(jù)B類和A類所占面積百分比數(shù)在代碼中加入數(shù)字第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第40頁(yè)。5.其他方法根據(jù)具體的應(yīng)用內(nèi)容，柵格單元的代碼確定方式還可以采用其他方法，如插值方法（平均值就是其中之一），或使用特定的計(jì)算函數(shù)等。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第41頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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的結(jié)合處理，給地理空間數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的方便屬性明顯數(shù)據(jù)中直接記錄了數(shù)據(jù)屬性或指向數(shù)據(jù)屬性的指針，因而我們可以直接得到地物的屬性代碼定位隱含所在位置則根據(jù)行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)，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。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格網(wǎng)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第42頁(yè)。2.柵格數(shù)據(jù)編碼柵格數(shù)據(jù)編碼方法分為兩大類：直接?xùn)鸥窬幋a（完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）壓縮編碼方法鏈碼游程長(zhǎng)度編碼塊碼四叉樹

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第43頁(yè)。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)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行都從左到右逐個(gè)象元進(jìn)行記錄，也可以奇數(shù)行地從左到右而偶數(shù)行地從右向左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的順序第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第44頁(yè)。一些常用的柵格排列順序第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第45頁(yè)。柵格矩陣（RasterMatrix)

數(shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值，每一層的值組成像元陣列（即二維數(shù)組），其中行、列號(hào)表示它的位置。

例如影像：AAAA

ABBB

AABB

AAAB

在計(jì)算機(jī)內(nèi)是一個(gè)4*4階的矩陣。但在外部設(shè)備上，通常是以左上角開始逐行逐行存貯。如上例存貯順序?yàn)椋?/p>

AAAAABBBAABBAAAB

當(dāng)每個(gè)像元都有唯一一個(gè)屬性值時(shí)，一層內(nèi)的編碼就需要m行×n列×3(x,y和屬性編碼值)個(gè)存儲(chǔ)單元。數(shù)字地面模型就屬此種情況。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第46頁(yè)。壓縮編碼方式

壓縮編碼目的：

用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息。 基本思路： 對(duì)于一個(gè)柵格圖形，常常有行（列）方向上若干柵格單元具有相同的屬性代碼，因此可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的內(nèi)容。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第47頁(yè)。壓縮編碼方式類型分為：信息無(wú)損編碼 編碼過(guò)程中沒有任何信息損失，通過(guò)解碼操作可以完全恢復(fù)原來(lái)的信息 信息有損編碼 為了提高編碼效率，最大限度地壓縮數(shù)據(jù)，在壓縮過(guò)程中損失一部分相對(duì)不太重要的信息，解碼時(shí)這部分難以恢復(fù)

在地理信息系統(tǒng)中的壓縮編碼多采用信息無(wú)損編碼，而對(duì)原始遙感影像進(jìn)行壓縮時(shí)也可以采取有損壓縮編碼方法。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第48頁(yè)。常見的柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)的編碼方法

AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點(diǎn)行列號(hào)，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈?zhǔn)骄幋a游程長(zhǎng)度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):行號(hào),屬性,重復(fù)次數(shù)1,A,4,R,1,A,3塊狀編碼正方形區(qū)域?yàn)橛涗泦卧獢?shù)據(jù)結(jié)構(gòu):初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第49頁(yè)。壓縮編碼方式1鏈碼（ChainEncoding） 鏈?zhǔn)骄幋a又稱為弗里曼鏈碼（Freeman，1961）或邊界鏈碼。該編碼方法將數(shù)據(jù)表示為由某一原點(diǎn)開始進(jìn)行循跡并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。

基本方向定義為：東＝0，東南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個(gè)基本方向。 注意：圖4.15方向定義第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第50頁(yè)。例如，確定原點(diǎn)為像元（10，1），則某個(gè)多邊形邊界按順時(shí)針方向的鏈?zhǔn)骄幋a為：

10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。 其中前兩個(gè)數(shù)字10和1表示起點(diǎn)為第十行第一列，從第三個(gè)數(shù)字開始每個(gè)數(shù)字表示單位矢量的方向，八個(gè)方向以0—7的整數(shù)代表。

另例：圖4.15，圖4.16，表4.12，注意圖4.15方向定義和循跡方式。鏈碼（ChainEncoding）第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第51頁(yè)。鏈碼（ChainEncoding）優(yōu)點(diǎn)： 鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)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，比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)： 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)域的公共邊界被重復(fù)存儲(chǔ)會(huì)產(chǎn)生冗余。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第52頁(yè)。2游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）所謂游程（行程）是指按行（列）的順序連續(xù)且屬性值相同的若干柵格。游程長(zhǎng)度的記錄方式有兩種①記錄每個(gè)游程象元數(shù) ②記錄每個(gè)游程起（迄）列號(hào)

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第53頁(yè)。游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）

其實(shí)現(xiàn)方法有兩種一種編碼方案是，只在各行（或列）數(shù)據(jù)的屬性代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。

格式：（代碼，重復(fù)個(gè)數(shù)）另一種游程長(zhǎng)度編碼方案就是逐個(gè)記錄各行（或列）屬性代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼 格式：（代碼變化位置，代碼）

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第54頁(yè)。游程長(zhǎng)度編碼示例按第一種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長(zhǎng)度編碼：（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；

(0，3)，(8，5)；

(0，4)，(8，4)；

(0，5)，(8，3)。用44個(gè)整數(shù)表達(dá)了原始數(shù)據(jù)中的64個(gè)柵格。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第55頁(yè)。游程長(zhǎng)度編碼示例按第二種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長(zhǎng)度編碼（沿列方向）：（1，0），（2，4），（4，0）；（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第56頁(yè)。游程長(zhǎng)度編碼優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 壓縮效率較高，且易于進(jìn)行檢索，疊加合并等操作，運(yùn)算簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器存儲(chǔ)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)間的情況缺點(diǎn) 對(duì)于圖斑破碎，屬性和邊界多變的數(shù)據(jù)壓縮效率較低，甚至壓縮后的數(shù)據(jù)量比原始數(shù)據(jù)還大。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第57頁(yè)。3塊碼（BlockEncoding） 塊碼（二維行程編碼）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，再加上記錄單位的代碼組成。

格式：（行號(hào)，列號(hào)，方塊半徑，代碼）

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第58頁(yè)。塊碼編碼示例其塊碼編碼為：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第59頁(yè)。塊碼編碼示例MMRMMMMM1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMMRRMMMMMRRRRRM第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第60頁(yè)。塊碼編碼示例1，1，2，M；1，3，1，R；1，4，1，M；1，5，1，M；1，6，1，M；1，7，2，M；2，3，2，R；2，5，1，M；2，6，1，R；3，1，1，M；3，2，1，R；3，5，3，R；3，8，1，M；4，1，1，M；4，2，3，R;4，8，1，M；5，1，1，M；5，8，1，M……MMRMMMMM1234567812345678MMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMMRRMMMMMRRRRRM第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第61頁(yè)。4四叉樹編碼(QuadtreeEncoding)

四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更有效地壓編數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列連續(xù)進(jìn)行4等分，一直分到正方形的大小正好與象元的大小相等為止（如下圖），而塊狀結(jié)構(gòu)則用四叉樹描述，習(xí)慣上稱為四叉樹編碼。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第62頁(yè)。四叉樹編碼

采用四叉樹編碼時(shí)，為了保證四叉樹分解能不斷地進(jìn)行下去，要求圖像必須為2n×2n的柵格陣列，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圖像需首先通過(guò)增加背景的方法將圖像擴(kuò)充為2n×2n的圖像。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第63頁(yè)。四叉樹編碼

四叉樹編碼將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列僅包含單一屬性類型的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格單元（象元）。

其基本分割方法：將一幅柵格地圖或圖像等分為四部分。逐塊檢查其柵格屬性值(或灰度)。如果某個(gè)子區(qū)的所有柵格值都具有相同的值。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。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第64頁(yè)。四叉樹編碼MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM1234567812345678

區(qū)域分割方法MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第65頁(yè)。四叉樹編碼在四叉樹中，不能再分的結(jié)點(diǎn)稱為葉結(jié)點(diǎn)，可再分的結(jié)點(diǎn)稱為樹杈結(jié)點(diǎn)樹杈結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第66頁(yè)。四叉樹編碼四叉樹編碼方法NW（0）NE（1）NW（2）SE（3）0層1層2層3層自上而下，記錄每個(gè)葉結(jié)點(diǎn)的地址和屬性012320212223200201202203230231232233第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第67頁(yè)。四叉樹編碼

由上而下的方法運(yùn)算量大，耗時(shí)較長(zhǎng)。因而實(shí)踐中可以采用從下而上的方法建立四叉樹編碼。對(duì)柵格數(shù)據(jù)按如下的順序進(jìn)行檢測(cè)：如果每相鄰四個(gè)柵格值相同則進(jìn)行合并，逐次往上遞歸合并，直到符合四叉樹的原則為止。這種方法重復(fù)計(jì)算較少，運(yùn)算速度較快。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第68頁(yè)。四叉樹的結(jié)構(gòu)方式

四叉樹結(jié)構(gòu)按其編碼的方法不同分為常規(guī)四叉樹和線性四叉樹：常規(guī)四叉樹：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)四叉樹主要在數(shù)據(jù)索引和圖幅索引等方面應(yīng)用。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第69頁(yè)。線性四叉樹：只存貯最后葉結(jié)點(diǎn)的信息。包括葉結(jié)點(diǎn)的位置、深度和結(jié)點(diǎn)的屬性值。所謂深度是指處于四叉樹的第幾層上。由深度可推知子區(qū)的大小。線性四叉樹葉結(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進(jìn)制或十進(jìn)制的Morton碼。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第70頁(yè)。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第71頁(yè)。2031第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第72頁(yè)。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第73頁(yè)。2031第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第74頁(yè)。81110903211215141347652031第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第75頁(yè)。四叉樹編碼示例

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第76頁(yè)。四叉樹編碼的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：四叉樹編碼具有可變的分辨率，樹的深度隨數(shù)據(jù)的破碎程度而變化，并且有區(qū)域性質(zhì)，壓縮數(shù)據(jù)靈活，許多數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換運(yùn)算可以在編碼數(shù)據(jù)上直接實(shí)現(xiàn)，大大地提高了運(yùn)算效率，并支持拓?fù)洹岸础保ㄇ短锥噙呅危┑谋磉_(dá)，是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一。缺點(diǎn)：其最大不足是其不穩(wěn)定性，即同樣的原始數(shù)據(jù)應(yīng)用不同的算法進(jìn)行編碼可能會(huì)得到不同的編碼結(jié)果。不利于數(shù)據(jù)分析。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第77頁(yè)。5其他編碼

還有很多編碼方法，如傅立葉變換、小波變換、余弦變換等，常常用于遙感原始數(shù)據(jù)的壓縮。由于它們多數(shù)是有損壓縮，一般不用于需要進(jìn)行分析的柵格數(shù)據(jù)。在四叉樹基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的八叉樹目前也是研究熱點(diǎn)之一。第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第78頁(yè)。壓縮編碼的相關(guān)問題同所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題一樣，壓縮編碼過(guò)程的主要矛盾也是數(shù)據(jù)量壓縮和運(yùn)算時(shí)間之間的矛盾：為了更有效地利用空間資源，減少數(shù)據(jù)冗余，不得不花費(fèi)更多的運(yùn)算時(shí)間進(jìn)行編碼。好的壓縮編碼方法就是要在盡可能減少運(yùn)算時(shí)間的基礎(chǔ)上達(dá)到最大的數(shù)據(jù)壓縮效率，并且是算法適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第79頁(yè)。常見柵格壓縮編碼方法總結(jié)：鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算困難。游程長(zhǎng)度編碼既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易。但對(duì)破碎數(shù)據(jù)處理效果不好。塊碼和四叉樹編碼具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，但運(yùn)算效率是其瓶頸。其中四叉樹編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖像運(yùn)算，效率較高，是很有前途的方法。

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第80頁(yè)。柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例遙感圖像處理數(shù)字高程模型DEM與數(shù)字地形模型DTMDigitalElevationModelDigitalTerrainModel空間分析第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第81頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)表示類型——數(shù)字柵格圖

數(shù)字柵格圖ThisisaDigitialRasterGraphic(DRG)ofYorkPennsylvaniaNE.ADigitalRasterGraphic(DRG)isarasterimageofascannedUSGStopographicorplanimetricmapthatisgeoreferencedtoareal-worldcoordinatesystem.第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第82頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)表示類型——數(shù)字正射影像圖

數(shù)字正射影像圖ThisisDigitalOrthoQuarterQuaddrangle(DOQQ)ofYorkPennsylvania.Orthophotoscombinetheimagecharacteristicsofaphotograph(aerialphotos)withthegeometricqualitiesofamap.第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第83頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)表示類型——衛(wèi)星影像圖

衛(wèi)星影像圖ThisrasterisSPOTsatelliteImageryofStateCollege,PA.Thisdataisata10-meterresolutioninthenaturalcolorscheme.第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)全文共91頁(yè)，當(dāng)前為第84頁(yè)。柵格數(shù)據(jù)表示類型——數(shù)字高程模型

數(shù)字高程模型ThisisanexampleofaDigitalElevationModel(DEM).TheU.S.GeologicalSurveyhasdevelopedaNationalElevationDataset(NED).The