第講數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)

第三講GIS數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)中南大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土管理工程系本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分內(nèi)容提綱柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)分層組織本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分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?fù)潢P(guān)系和屬性三個(gè)方面的內(nèi)容。點(diǎn)（Point）：又稱為元素（Element）或象元（Pixel），是一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，具有一對(duì)（x、y）坐標(biāo)和至少一個(gè)屬性。線：（Line）：是具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，由一個(gè)坐標(biāo)對(duì)序列表示，坐標(biāo)對(duì)順序與線的開(kāi)頭有關(guān)，線上每個(gè)點(diǎn)有不多于二個(gè)鄰點(diǎn)。面（Area）：是具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，以（x、y）坐標(biāo)對(duì)的集合表示，坐標(biāo)對(duì)的排列順序不影響面的形態(tài)，具內(nèi)部點(diǎn)可以有多于三個(gè)的鄰點(diǎn)，面內(nèi)點(diǎn)具有至少一個(gè)相同屬性。區(qū)域（Region）：空間上相鄰或重疊的點(diǎn)、線、面要素可以按一定的地理意義組成區(qū)域。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分3.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)關(guān)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(diǎn)的有向樹(shù)（tree），其主要特征是：（1）除根節(jié)點(diǎn)外，任何節(jié)點(diǎn)都有且只有一個(gè)“父親”；（2）“父”節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體與“子”節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體是一對(duì)多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型（networkmodel）特點(diǎn)：1）可以有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒(méi)有“父”結(jié)點(diǎn)； 2）至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)“父”結(jié)點(diǎn)； 3）結(jié)點(diǎn)之間可以有多種聯(lián)系； 4）可以存在回路本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分3.2空間數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)分層組織本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分3.2.1柵格與矢量的基本概念描述地理實(shí)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)。GIS的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分圖3-1矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分柵格模型矢量模型優(yōu)點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2、疊加操作易實(shí)現(xiàn)3、能有效表達(dá)空間可變性4、柵格圖象便于做圖象的有效增強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)：1、提供更嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、提供更有效的拓?fù)渚幋a，因而對(duì)需要拓?fù)湫畔⒌牟僮鞲行?，如網(wǎng)絡(luò)分析3、圖形輸出美觀，接近于手繪缺點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需要用壓縮技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題2、難以表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系3、圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需要增加?xùn)鸥駭?shù)量來(lái)克服，但會(huì)增加數(shù)據(jù)量缺點(diǎn)：1、比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2、疊加操作沒(méi)有柵格有效3、表達(dá)空間變化性能力差4、不能象數(shù)字圖形那樣做增強(qiáng)處理3.2.2矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分3.2.3柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼1柵格數(shù)據(jù)的應(yīng)用模型本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分3柵格數(shù)據(jù)的組織方法本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分4決定柵格單元代碼的方式1）中心點(diǎn)法中心點(diǎn)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(xì)，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(diǎn)、線狀地理要素，在柵格中代碼應(yīng)盡量表示這些重要第五。4）百分比法根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)地理要素所占面積的百分比確定柵格單元的代碼。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分5柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分四叉樹(shù)編碼法有許多有趣的優(yōu)點(diǎn)：1）容易而有效地計(jì)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(shù)較高即分級(jí)多，分辯率也高，而不需表示許多細(xì)節(jié)的部分則分級(jí)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(shù)及四叉樹(shù)到簡(jiǎn)單柵格結(jié)構(gòu)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。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分線性四叉樹(shù)本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分龔健雅本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分基于按位彩操作的運(yùn)算法本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分3.2.4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)實(shí)體線實(shí)體面實(shí)體本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分1柵格到矢量從柵格單元轉(zhuǎn)換到幾何圖形的過(guò)程稱為矢量化。1)柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的目的（1）將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過(guò)矢量繪圖設(shè)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(zhuǎn)換為由小量數(shù)據(jù)表示的多邊形的邊界；（3）將自動(dòng)掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫(kù)。2）矢量化過(guò)程要保證以下兩點(diǎn)1）拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持柵格表示出的連通性與鄰接性；2）轉(zhuǎn)換物體正確的外形。3）多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換3.2.5柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)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?fù)潢P(guān)系，并表示成多個(gè)小直線短的矢量格式邊界線的過(guò)程。多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)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(diǎn)。（2）邊界跟蹤對(duì)每個(gè)邊界弧段由一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)搜索，通常對(duì)每個(gè)已知邊界點(diǎn)需沿除進(jìn)入方向的其他7個(gè)方向搜索下一個(gè)邊界點(diǎn)，直到連成邊界弧段。（3）拓?fù)潢P(guān)系生成對(duì)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(guān)系，形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。（4）去除多余點(diǎn)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(xiàng)視插值法、樣條函數(shù)插值法、正軸拋物等線平均加權(quán)法、斜軸拋物等線平均加權(quán)法等。柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換最為困難的是邊界線搜索、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成和多余點(diǎn)去除。任伏虎博士發(fā)展了一種DoubleBoundaryDirectFinding較好地解決上述問(wèn)題。本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分2矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形內(nèi)部的所有柵格賦予相應(yīng)的多邊形編號(hào)，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換的常用算法①內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法②復(fù)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]本文檔共42頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期六\13點(diǎn)45分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(shí)間序