空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)地理科學(xué)學(xué)院張玉紅1空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第1頁。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機(jī)存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。對空間數(shù)據(jù)則是地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。描述地理實體的數(shù)據(jù)本身的組織方法，稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本上可分為兩大類：即矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)。

2空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第2頁。矢量圖

柵格圖

采用一個沒有大小的點（坐標(biāo)）來基本點元素時，稱為矢量表示法。

采用一個有固定大小的點（面元）來表達(dá)基本點元素時，稱為柵格表示法。3空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第3頁。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與選擇4空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第4頁。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的獲取柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的壓縮5空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第5頁。一、定義柵格結(jié)構(gòu)是最簡單最直觀的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(raster或gridcell)或象元結(jié)構(gòu)(pixel)，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個象元或象素,由行、列號定義，并包含一個代碼,表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包含指向其屬性記錄的指針。

6空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第6頁。0000090000900000009070070090700760097777900077079000770709000000yx(a)點、線、面數(shù)據(jù)(b)柵格表示圖3-1點、線、面數(shù)據(jù)的柵格結(jié)構(gòu)表示7空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第7頁。二、特點柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點是：屬性明顯，定位隱含。00000900009000000090700700907007600977779000770790007707090000008空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第8頁。圖3-2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的幾種其它形式9空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第9頁。三、獲取途徑

柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要可由四個途徑得到，即①目讀法：在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格，逐個網(wǎng)格地決定其代碼，最后形成柵格數(shù)字地圖文件；②數(shù)字化儀手扶或自動跟蹤數(shù)字化地圖，得到矢量結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)后，再轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)；③掃描數(shù)字化：逐點掃描專題地圖，將掃描數(shù)據(jù)重采樣和再編碼得到柵格數(shù)據(jù)文件；④分類影像輸入：將經(jīng)過分類解譯的遙感影像數(shù)據(jù)直接或重采樣后輸入系統(tǒng)，作為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的專題地圖。10空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第10頁。四、組織方法1.直接?xùn)鸥窬幋a（柵格矩陣結(jié)構(gòu)）ABCD

AACCBACCBBDCBDDD11空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第11頁。2.確定柵格代碼

ABCD12空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第12頁。ABCD

AACCBACCBBDCBDDC

中心點法是將柵格中心點的值作為本柵格元素的值。

（1）中心點法13空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第13頁。ABCD

AACCBACCBBDCBDDD面積占優(yōu)法是把柵格中占有最大面積的屬性值定為本柵格元素的值。（2）面積占優(yōu)法14空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第14頁。ABCD

AACCBACCBBDCBDDC

長度占優(yōu)法是將網(wǎng)格中心畫一橫線,然后用橫線所占最長部分的屬性值作為本柵格元素的值。（3）長度占優(yōu)法15空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第15頁。ABCD

AACCBACCBBCCBDDC

重要性法往往突出某些主要屬性，對于這些屬性，只要在柵格中出現(xiàn)，就把該屬性作為本柵格元素的值。（4）重要性法16空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第16頁。④百分比法：根據(jù)矩形區(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參與。無論如何取值，在計算機(jī)中，如果矩陣的每個元素用一個雙字節(jié)表示，則一個圖層的全柵格數(shù)據(jù)所需要的存儲空間為m（行）×n（列）×2（字節(jié)）。如：一個面積為100km2的區(qū)域，如果網(wǎng)格邊長取為1m，每個網(wǎng)格用一個雙字節(jié)表示，則一個圖層的要素就用？兆字節(jié)的存儲空間。20017空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第17頁。鏈?zhǔn)骄幋a游程編碼塊狀編碼四叉樹編碼五、壓縮編碼方式18空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第18頁。鏈?zhǔn)骄幋a又稱為弗里曼鏈碼(Freeman，1961)或邊界鏈碼。鏈?zhǔn)骄幋a主要是記錄線狀地物和面狀地物的邊界。它把線狀地物和面狀地物的邊界表示為：由某一起始點開始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。

鏈?zhǔn)骄幋a19空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第19頁。鏈?zhǔn)骄幋a的方向代碼20空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第20頁。

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴(yán)重?fù)p害的，全身性疾病，而且不少患者同時伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時感覺兩腿費力；舉手梳理頭發(fā)時，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第21頁。鏈?zhǔn)骄幋a示意圖線狀地物確定其起始點為像元(1，5)，則其鏈?zhǔn)骄幋a為：1，5，3，2，2，3，3，2，3

面狀地物，假設(shè)其原起始點定為像元（5，8），則該多邊形邊界按順時針方向的鏈?zhǔn)骄幋a為：5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，122空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第22頁。鏈?zhǔn)骄幋a的前兩個數(shù)字表示起點的行、列數(shù)，從第三個數(shù)字開始的每個數(shù)字表示單位矢量的方向，八個方向以0-7的整數(shù)代表。

23空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第23頁。

是將原始柵格陣列中屬性值相同的連續(xù)若干個柵格單元映射為一個游程，每個游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為（A，P）整數(shù)對。其中，A代表屬性值，P代表該游程最右端柵格的列號。

AACCBACCBBDCBDDD行游程1234A，2，C，4B，1，A，2，C，4B，2，D，3，C，4B，1，D，4游程編碼文件

游程編碼24空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第24頁。行游程12345678(9，4)，(0，8)(9，3)，(0，8)(0，1)，(9，3)，(0，4)，(7，6)，(0，8)(0，4)，(7，6)，(0，8)(0，4)，(7，8)(0，4)，(7，8)(0，4)，(7，8)(0，4)，(7，8)游程編碼文件25空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第25頁。四叉樹編碼(quad-treecode)

四叉樹結(jié)構(gòu)的基本思想是將一幅柵格地圖或圖像等分為四部分,逐塊檢查其格網(wǎng)屬性值(或灰度)。如果某個子區(qū)的所有格網(wǎng)值都具有相同的值,則這個子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則還要把這個子區(qū)再分割成四個子區(qū)。這樣依次地分割，直到每個子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。

26空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第26頁。9900999900000707000999900009909000090097700000077000000777700007777000077770000777727空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第27頁。四叉樹的樹狀表示

28空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第28頁。29空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第29頁。30空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第30頁。練習(xí):33333111111133333111111133331114444133311144444433222211444132221111141122222211111122222211111122222211111122222211111131空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第31頁。333111103133311141131144133222144410321114112221112222111021000000000032空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第32頁。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(fù)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(xì)節(jié)的部分則分級少，分辯率低，因而既可精確表示圖形結(jié)構(gòu)又可減少存貯量；3）柵格到四叉樹及四叉樹到簡單柵格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換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。33空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第33頁。塊狀編碼塊碼是游程長度編碼擴(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)和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。

34空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第34頁。9999000099090000900977000000770000007777000077770000777700007777(1,1,2,9),(1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0),(2,3,1,9),(2,4,1,0),(3,1,1,0),(3,2,1,9),(3,3,1,9),(3,4,1,0),(3,5,2,7),(3,7,2,0)(4,4,1,0),(4,2,1,0),(4,3,1,0),(4,4,1,0),(5,1,4,0),(5,5,4,7)

35空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第35頁。一個多邊形所包含的正方形越大，多邊形的邊界越簡單，塊狀編碼的效率就越好。塊狀編碼對大而簡單的多邊形更為有效，而對那些碎部較多的復(fù)雜多邊形效果并不好。塊狀編碼在合并、插入、檢查延伸性、計算面積等操作時有明顯的優(yōu)越性。然而對某些運算不適應(yīng)，必須在轉(zhuǎn)換成簡單數(shù)據(jù)形式才能順利進(jìn)行。

36空間數(shù)據(jù)的組織與結(jié)構(gòu)全文共42頁，當(dāng)前為第36頁。綜合練習(xí):

有一柵格數(shù)據(jù)文件按行方向由左到右、自上而下直接?xùn)鸥窬幋a表示為：1，2，2，2；0，1，2，2；1，3，2，2；0，1，2，2。分析并回答下列問題。①表示面狀地物的代碼是幾？②假設(shè)方向代碼分別表示為：東=0，東北=1，北=2，西北=3，西=4，西南=5，南=6，東南=7。寫出線狀地物的鏈?zhǔn)骄幋a。③按列方向?qū)懗鲆环N游程編碼方案。④塊狀編碼中最大正方形的半徑是多少？⑤按四叉樹分解最多能分解幾次？最大層數(shù)為多少？37空間數(shù)據(jù)的組織