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)測繪與國土管理工程系本文檔共42頁；當前第1頁；編輯于星期六\13點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；當前第2頁；編輯于星期六\13點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、拓撲關(guān)系和屬性三個方面的內(nèi)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(guān)，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(nèi)部點可以有多于三個的鄰點，面內(nèi)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。本文檔共42頁；當前第3頁；編輯于星期六\13點45分3.1.1數(shù)據(jù)庫結(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(jié)點沒有“父”結(jié)點； 2）至少有一個結(jié)點有多于一個“父”結(jié)點； 3）結(jié)點之間可以有多種聯(lián)系； 4）可以存在回路本文檔共42頁；當前第4頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第5頁；編輯于星期六\13點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；當前第6頁；編輯于星期六\13點45分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(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；當前第7頁；編輯于星期六\13點45分圖3-1矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)本文檔共42頁；當前第8頁；編輯于星期六\13點45分柵格模型矢量模型優(yōu)點：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(luò)分析3、圖形輸出美觀，接近于手繪缺點：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴密不緊湊，需要用壓縮技術(shù)解決這個問題2、難以表達拓撲關(guān)系3、圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需要增加?xùn)鸥駭?shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)量缺點：1、比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)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)模型比較本文檔共42頁；當前第9頁；編輯于星期六\13點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；當前第10頁；編輯于星期六\13點45分2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本文檔共42頁；當前第11頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第12頁；編輯于星期六\13點45分3柵格數(shù)據(jù)的組織方法本文檔共42頁；當前第13頁；編輯于星期六\13點45分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(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；當前第14頁；編輯于星期六\13點45分5柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼方法本文檔共42頁；當前第15頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第16頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第17頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第18頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第19頁；編輯于星期六\13點45分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；當前第20頁；編輯于星期六\13點45分線性四叉樹本文檔共42頁；當前第21頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第22頁；編輯于星期六\13點45分龔健雅本文檔共42頁；當前第23頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第24頁；編輯于星期六\13點45分基于按位彩操作的運算法本文檔共42頁；當前第25頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第26頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第27頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第28頁；編輯于星期六\13點45分3.2.4矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點實體線實體面實體本文檔共42頁；當前第29頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第30頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第31頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第32頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第33頁；編輯于星期六\13點45分1柵格到矢量從柵格單元轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的目的（1）將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過矢量繪圖設(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(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；當前第34頁；編輯于星期六\13點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撲關(guān)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(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。（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(guān)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(guān)系，形成完整的拓撲結(jié)構(gòu)，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(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、拓撲結(jié)構(gòu)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。本文檔共42頁；當前第35頁；編輯于星期六\13點45分本文檔共42頁；當前第36頁；編輯于星期六\13點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，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)部點擴散法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；當前第37頁；編輯于星期六\13點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）按時間序