第三次第四次空間數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結構

第三次第四次空間數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結構第1頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月概念：空間數(shù)據(jù)模型是關于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互間聯(lián)系的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組織和設計空間數(shù)據(jù)庫模式提供著基本方法。類型：基于對象（要素）（Feature）的模型場（Field）模型網(wǎng)絡（Network）模型空間數(shù)據(jù)模型第2頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.場模型：空間內連續(xù)分布，如污染物的集中程度、地表溫度、土壤濕度?？臻g結構特征和屬性域連續(xù)的、可微的、離散的各向同性和各向異性空間自相關在各向同性與各向異性場中的旅行時間面

強空間正負自相關模式

空間數(shù)據(jù)模型第3頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)鋪蓋的，它是用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個連續(xù)空間；鋪蓋可以分為規(guī)則的和不規(guī)則的，后者可當做拓撲多邊形處理。三角形、方格和六角形劃分

空間數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型

矢量數(shù)據(jù)模型

第4頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月2.要素模型

基于要素的空間模型強調了個體現(xiàn)象，該現(xiàn)象以獨立的方式或者以與其他現(xiàn)象之間的關系的方式來研究?；谝氐目臻g信息模型把信息空間分解為對象或實體。一個實體必須符合三個條件：可被識別重要（與問題相關）可被描述（有特征）

對于基于要素的模型，采用面向對象的描述是合適的。空間數(shù)據(jù)模型第5頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間對象二維對象一維對象零維對象點延伸對象域單位對象面域對象面對象環(huán)弧簡單弧簡單環(huán)歐氏平面的空間對象類型空間數(shù)據(jù)模型第6頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月選擇要素選擇一個位置它在哪里那里怎么樣數(shù)據(jù)現(xiàn)實世界要素模型場模型要素模型和場模型的比較空間數(shù)據(jù)模型第7頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1矢量數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型

矢量數(shù)據(jù)模型

第8頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月地理實體地理實體及其描述地理實體的描述地理實體實體的空間特征實體間空間關系第9頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月1、定義：

指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有概括性，復雜性，相對意義的概念。2、理解：地理實體類別及實體內容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，中國海洋大學就是一個點，這個點不能再分割，可以把中國海洋大學定為一個空間實體，而在大比例尺的青島市地圖上，中國海洋大學的許多樓房，道路都要表達出來，所以中國海洋大學必須再分割，不能作為一個空間實體，應將樓房，道路等作為研究的地理實體，由此可見，GIS中的空間實體是一個概括，復雜，相對的概念。地理實體—GIS處理的對象第10頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月3、空間實體的表達地理空間實體必須進行數(shù)據(jù)表達，計算機才能進行處理對空間實體表達時，點是構成地理空間實體的基本元素，所以關鍵是對點元素的表達。如果采用一個沒有大小的點（坐標）來表達基本點元素，稱為矢量表示法；如果采用一個有固定大小的點（面元）來表達基本點元素，稱為柵格表示法，它們分別對應矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型兩種數(shù)據(jù)模型代表著從信息世界觀點對現(xiàn)實世界空間目標的兩種不同的數(shù)據(jù)表達方法，它們在功能、使用方法和應用對象上都有一定的差異。地理實體—GIS處理的對象第11頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月地理實體及其描述地理實體實體的空間特征實體間空間關系地理實體的描述地理實體—GIS處理的對象第12頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月二、地理實體的描述——空間數(shù)據(jù)

1、描述的內容

反映了實體的三個特征

3、數(shù)據(jù)類型

4、數(shù)據(jù)結構以什么形式存儲和處理幾何數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)關系—實體間的鄰接、關聯(lián)包含等相互關系屬性數(shù)據(jù)—各種屬性特征和時間元數(shù)據(jù)

矢量、柵格、TIN（專用于地表或特殊造型）

RDBMS屬性表----采用MIS較成熟

同物理、化學等學科使用的數(shù)據(jù)類型相比，空間數(shù)據(jù)是一種較復雜的數(shù)據(jù)類型，涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關系的描述空間元數(shù)據(jù)位置、形狀、尺寸、識別碼（名稱）實體的角色、功能、行為、實體的衍生信息時間測量方法、編碼方法、空間參考系等空間特征：地理位置和空間關系屬性特征—名稱、等級、類別等時間特征2、基本特征第13頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月地理實體及其描述地理實體的描述地理實體實體的空間特征實體間空間關系地理實體—GIS處理的對象第14頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）空間維數(shù)：有0，1，2，3維之分，點、線、面、體。（二）空間特征類型：（三）實體類型組合1、點狀實體2、線狀實體3、面狀實體4、體狀實體地理實體的空間特征第15頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月地理實體及其描述地理實體的描述地理實體實體的空間特征實體間空間關系地理實體—GIS處理的對象第16頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月1、拓撲空間關系：

2、順序空間關系：（方向空間關系）用上下左右、前后、東南西北等方向性名稱來描述空間實體的順序關系，算法復雜。3、度量空間關系：主要指實體間的距離關系，遠近。1）在地理空間中兩點間的距離有兩種度量方法。a、沿真實的地球表面進行,除與兩點的地理坐標有關外，還與所通過路徑的地形起伏有關，復雜,引入第二種。b、沿地球旋轉橢球體的距離量算。2）

距離類別：歐氏距離（笛卡爾坐標系）、曼哈頓（出租車）距離、時間距離、大地測量距離（大地線）（沿地球大圓經(jīng)過兩個城市中心的距離）。

實體間空間關系空間關系類型第17頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月拓撲空間關系第18頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月拓撲空間關系1、定義：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關系不變的性質。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉或折疊。拓撲變換（橡皮變換）

非拓撲屬性（幾何）拓撲屬性（沒發(fā)生變化的屬性）兩點間距離一點指向另一點的方向弧段長度、區(qū)域周長、面積等一個點在一條弧段的端點一條弧是一簡單弧段（自身不相交）一個點在一個區(qū)域的邊界上一個點在一個區(qū)域的內部/外部一個點在一個環(huán)的內/外部一個面是一個簡單面一個面的連通性面內任兩點從一點可在面的內部走向另一點1、定義2、種類3、拓撲關系的表達4、意義第19頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月2、種類

1）關聯(lián)性：（不同類要素之間）結點與弧段：如V9與L5,L6,L3多邊形與弧段：P2與L3,L5,L22）鄰接性：(同類元素之間)多邊形之間、結點之間。鄰接矩陣

重疊：--鄰接：1不鄰接：0拓撲空間關系P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--第21頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月3）連通性：與鄰接性相類似，指對弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡分析中確定路徑、街道是否相通。連通矩陣：重疊：--連通：1不連通：0V1V2V3…V1--10V21--1V301--4）包含關系：空間圖形中不同類或同類但不同級元素之間的拓撲關系。第22頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月拓撲關系具體可由4個關系表來表示：（1）

面--鏈關系：面構成面的弧段（2）

鏈--結點關系：鏈鏈兩端的結點（3）

結點--鏈關系：結點通過該結點的鏈\（4）鏈—面關系：鏈左面右面3、拓撲關系的表達對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義，因為：1）拓撲關系能清楚地反映實體之間的邏輯結構關系，它比幾何關系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。2）有助于空間要素的查詢，利用拓撲關系可以解決許多實際問題。如某縣的鄰接縣，面面相鄰問題。又如供水管網(wǎng)系統(tǒng)中某段水管破裂找關閉它的閥門，就需要查詢該線（管道）與哪些點（閥門）關聯(lián)。3）根據(jù)拓撲關系可重建地理實體。4、拓撲關系的意義：第23頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)結構

數(shù)據(jù)結構一般分為基于矢量模型的數(shù)據(jù)結構和基于柵格模型的數(shù)據(jù)結構。矢量（Vector）數(shù)據(jù)是面向地物的結構，即對于每一個具體的目標都直接賦有位置和屬性信息以及目標之間的拓撲關系說明。柵格（Raster）數(shù)據(jù)結構是面向位置的結構，平面空間上的任何一點都直接聯(lián)系到某一個或某一類地物。但對于某一個具體的目標又沒有直接聚集所有信息，只能通過遍歷柵格矩陣逐一尋找，它也不能完整地建立地物之間的拓撲關系。第24頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)組織圖形表示柵格結構的建立柵格數(shù)據(jù)編碼定義第26頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月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，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。柵格結構表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。每一個單元格對應一個相應的地塊?？臻g數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)第27頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(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用的需要進行具體設定，比如設置為三角形。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?？臻g數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)第28頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月SPOTXS20m*20m牡丹水庫bandG,R,IR柵格數(shù)據(jù)結構第29頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)組織圖形表示柵格結構的建立柵格數(shù)據(jù)編碼定義空間數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)第30頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月RealworldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTER圖形表示第31頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月

柵格結構用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格陣列。位置由行，列號定義，屬性為柵格單元的值。圖形表示22122332333233323332點：由單個柵格表達。線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表達。面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(象元)的大小與地表相應單元的大小之比，當象元所表示的面積較大時，對長度、面積等的量測有較大影響。每個象元的屬性是地表相應區(qū)域內地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差。333第32頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月屬性明顯數(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)行列號轉換為相應的坐標，也就是說定位是根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)集中的位置得到的。柵格數(shù)據(jù)結構結構容易實現(xiàn)，算法簡單，且易于擴充、修改，也很直觀，特別是易于同遙感影像的結合處理，給地理空間數(shù)據(jù)處理帶來了極大的方便。圖形表示—柵格數(shù)據(jù)特點第33頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)結構圖形表示柵格結構的建立柵格數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)組織定義空間數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)第34頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)組織——針對一個柵格單元對應多個屬性值的多層柵格文件?？臻g數(shù)據(jù)庫22222aaaaa22土壤植被組織方法第35頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)結構圖形表示柵格結構的建立柵格數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)組織定義空間數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)第37頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格結構的建立1、手工獲取，專題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個決定其網(wǎng)格代碼。2、掃描儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù){行、列、顏色（灰度）}，定義顏色與屬性對應表，用相應屬性代替相應顏色，得到（行、列、屬性）再進行柵格編碼、存貯，即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。3、由矢量數(shù)據(jù)轉換而來。4、遙感影像數(shù)據(jù)，對地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來的象素值序列。5、格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，當屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM，通過DEM內插得到。（一）數(shù)據(jù)獲取（二）柵格系統(tǒng)的確定(三)柵格代碼的確定第38頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)結構圖形表示柵格結構的建立柵格數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)組織定義空間數(shù)據(jù)結構—柵格數(shù)據(jù)第39頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間實體

數(shù)據(jù)結構

圖形數(shù)據(jù)編碼

數(shù)據(jù)組織結果

屬性數(shù)據(jù)

存入計算機

數(shù)據(jù)編碼第40頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)編碼無論如何取值，在計算機中，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占用兆字節(jié)的存儲空間。200

？第41頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)編碼方法直接柵格編碼行程編碼（變長編碼）塊碼—游程編碼向二維的擴展鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼四叉樹編碼第42頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。1）每行都從左到右記錄；AAAA；ABBB；AABB；AABB2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；特點：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結構，沒有進行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。柵格數(shù)據(jù)量大，格網(wǎng)數(shù)多，由于地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關性，即相鄰象元的值往往是相同的。所以，出現(xiàn)了各種柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一項技術。分為：無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復原有的信息—信息保持編碼。有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認為不太重要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復?！畔⒉槐３志幋a。

直接柵格編碼AAAAABBBAABBAABB

第43頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月一些常用的柵格排列順序第44頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)編碼方法直接柵格編碼行程編碼（變長編碼）塊碼—游程編碼向二維的擴展鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼四叉樹編碼第45頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月行程編碼（變長編碼）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)結構為（A，P）整數(shù)對。其中，A代表屬性值，P代表該游程長度。記錄每個游程起（迄）列號游程長度的記錄方式有兩種：記錄每個游程象元數(shù)第46頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月逐行記錄每個游程的迄點列號5，5A，2，B，5A，1，C，4，A，5D，1，C，3，A，5D，2，C，3，A，5D，2，A，5游程長度編碼方法一第47頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月②記錄每個游程象元數(shù)5，5A，2，B，3A，1，C，3，A，1D，1，C，2，A，2D，2，C，1，A，2D，2，A，35，52，A3，B1，A3，C1，A1，D2，C2，A……或游程長度編碼方法二第48頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)編碼方法直接柵格編碼行程編碼（變長編碼）塊碼—游程編碼向二維的擴展鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼四叉樹編碼第49頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月塊碼(游程編碼向二維擴展)

塊式編碼是將游程擴大到兩維情況，把多邊形范圍劃分成若干具有同一屬性的正方形，然后對各個正方形進行編碼。

塊式編碼的數(shù)據(jù)結構由初始位置（行列號）、半徑和屬性代碼組成。第50頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月MMRMMMMMMMMRRMMM1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMMMMRRRRRMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRM塊碼示意圖第51頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月1，1，2，M；1，3，1，R；1，4，1，M；1，5，1，M；1，6，1，M；1，7，2，M2，3，2，R；2，5，1，M；2，6，1，R3，1，1，M；3，2，1，R；3，5，3，R；3，8，1，M4，1，1，M；4，2，2，R;4，4，1，R；4，8，1，M5，1，1，M；5，4，1，R；5，8，1，M……MMRMMMMMMMMRRMMM1234567812345678MMRRRRRMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRM塊碼編碼示例第52頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)劃分越細，數(shù)據(jù)冗余多的多，才能顯示出塊碼的優(yōu)越性具有可變分辨率，即當屬性變化小時圖塊大，對于大塊圖斑記錄單元大，分辨率低，壓縮比高。小塊圖斑記錄單元小，分辨率高，壓縮比低，所以，與行程編碼類似，隨圖形復雜程度的提高而降低分辯率。塊碼編碼特點第53頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)編碼方法直接柵格編碼行程編碼（變長編碼）塊碼—游程編碼向二維的擴展鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼四叉樹編碼第54頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼1）首先定義一個3x3窗口，中間柵格的走向有8種可能，并將這8種可能0~7進行編碼。2）記下地物屬性碼和起點行、列后，進行追蹤，得到矢量鏈.將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄鏈式編碼表aaaaaaab屬性碼起點行起點列鏈碼a14556656b37576654323…第55頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈式編碼優(yōu)點：

鏈式編碼對多邊形的表示具有很強的數(shù)據(jù)壓縮能力，且具有一定的運算功能，如面積和周長計算等，探測邊界急彎和凹進部分等都比較容易，比較適于存儲圖形數(shù)據(jù)。缺點：

對疊置運算如組合、相交等則很難實施，對局部修改將改變整體結構，效率較低，而且由于鏈碼以每個區(qū)域為單位存儲邊界，相鄰區(qū)域的公共邊界被重復存儲會產(chǎn)生冗余。第56頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)編碼方法直接柵格編碼行程編碼（變長編碼）塊碼—游程編碼向二維的擴展鏈式編碼、Freeman鏈碼、邊界鏈碼四叉樹編碼第57頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月 其基本分割方法是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)。如果某個子區(qū)的所有柵格值都具有相同的值。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。

采用四叉樹編碼時，為了保證四叉樹分解能不斷地進行下去，要求圖像必須為2n×2n的柵格陣列，對于非標準尺寸的圖像需首先通過增加背景的方法將圖像擴充為2n×2n的圖像。

四叉樹編碼第58頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月四叉樹編碼1、

基本思想：將2n×2n象元組成的圖像(不足的用背景補上)按四個象限進行遞歸分割，并判斷屬性是否單一，單一：不分。不單一：遞歸分割。最后得到一顆四分叉的倒向樹。2、

四叉樹的樹形表示：用一倒立樹表示這種分割和分割結果。根：整個區(qū)域高：深度、分幾級，幾次分割葉：不能再分割的塊樹叉：還需分割的塊每個樹叉均有4個分叉，叫四叉樹。（一）四叉樹概述：最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一AAAAABBBAABBAABB第59頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月3、

編碼方法：四叉樹結構按其編碼的方法不同分為常規(guī)四叉樹和線性四叉樹：1）常規(guī)四叉樹

記錄這棵樹的葉結點外，中間結點，結點之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個結點需要6個變量：父結點指針、四個子結點的指針和本結點的屬性值。指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲量，還增加了操作的復雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結點移到根結點的次數(shù)來確定，結點所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點開始逐步推算下來。所以，常規(guī)四叉樹并不廣泛用于存儲數(shù)據(jù)，其價值在于建立索引文件，進行數(shù)據(jù)檢索。四叉樹編碼第60頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月2）線性四叉樹線性四叉樹：只存貯最后葉結點的信息。包括葉結點的位置、深度和本結點的屬性或灰度值。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。線性四叉樹葉結點的編號需要遵循一定的規(guī)則，這種編號稱為地址碼，它隱含了葉結點的位置和深度信息。最常用的地址碼是四進制或十進制的Morton碼。優(yōu)點：存貯量小，只對葉結點編碼，節(jié)省了大量中間結點的存儲，地址碼隱含著結點的分割路徑和分割次數(shù)。線性四叉樹可直接尋址，通過其坐標值直接計算其Morton碼，而不用建立四叉樹。四叉樹編碼第61頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月 由上而下的方法運算量大，耗時較長。因而實踐中可以采用從下而上的方法建立四叉樹編碼。對柵格數(shù)據(jù)按如下的順序進行檢測：如果每相鄰四個柵格值相同則進行合并，逐次往上遞歸合并，直到符合四叉樹的原則為止。這種方法重復計算較少，運算速度較快。四叉樹編碼第62頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月2、把一幅2n×2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程

1°、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。

2°、相鄰的四個象元比較，一致的合并，只記錄第一個象元的Morton碼。循環(huán)比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。

3°、進一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時只記錄第一個象元的Morton碼。A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15右圖的壓縮處理過程為：1°、按Morton碼讀入一維數(shù)組。Morton碼：0123456789101112131415象元值：AAAB

ABBB

AAAA

BBBB2°、四相鄰象元合并，只記錄第一個象元的Morton碼。01234567812AAABAABBAB3°、由于不能進一步合并，則用游程長度編碼壓縮。0346812ABABABA0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15四叉樹編碼第63頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月四叉樹優(yōu)缺點優(yōu)點：1）對于團塊圖像，四叉樹表示法占用空間比網(wǎng)絡法要少得多，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。2）四叉樹具有可變率或多重分辯率的特點使得它有很好的應用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數(shù)據(jù)，特別適用于處理分布不均勻的塊狀空間數(shù)據(jù)，但不適用于連續(xù)表面（如地形）或線狀地物。此外，目前應用四叉樹還存下列問題：1)建立四叉樹耗費機時很多2)四叉樹雖可修改，但很費事四叉樹編碼第64頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月3)

四叉樹未能直接表示物體間的拓撲關系。4)

與非樹表示法比較，四叉樹表示法的缺點在于轉換的不穩(wěn)定性或叫滑動變異例如，兩個圖像的差異僅由于平移，就會構成極為不同的四叉樹，因而很難根據(jù)四叉樹來判斷這兩個圖像是否全同，故不利于做形狀分析和模式識別

A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15AAAAABBBAABBAABB5)一個物體的圖像在構成四叉樹時會被分割到若干個象限中，使它失去了內在的相關性。AAAAABBBAABBAABB四叉樹編碼第65頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月常見柵格壓縮編碼方法總結：鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結構，對邊界的運算比較方便，但不具有區(qū)域的性質，區(qū)域運算困難。游程長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構，編碼解碼十分容易。但對破碎數(shù)據(jù)處理效果不好。塊碼和四叉樹編碼具有區(qū)域性質，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，但運算效率是其瓶頸。其中四叉樹編碼可以直接進行大量圖形圖像運算，效率較高，是很有前途的方法。第66頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量數(shù)據(jù)結構獲取方式定義及圖形表示矢量數(shù)據(jù)組織編碼方式空間數(shù)據(jù)結構—矢量數(shù)據(jù)第67頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量數(shù)據(jù)結構定義及圖形顯示

矢量數(shù)據(jù)用一系列有序的x、y坐標對表示地理實體的空間位置。矢量數(shù)據(jù)結構的優(yōu)點是:數(shù)據(jù)占存貯空間小,空間位置精度高,空間關系描述全面,容易建立拓撲關系,空間和屬性數(shù)據(jù)綜合查詢更新方便。 矢量數(shù)據(jù)結構的主要缺點是:數(shù)據(jù)結構復雜,處理位置關系(包括相交、通過、包含等)費時,地圖疊加分析較困難,邊界復雜模糊的事物難以描述,不能直接處理圖像信息,與DTM和RS結合困難等。第68頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量數(shù)據(jù)結構定義及圖形顯示定位明顯屬性隱含第69頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構獲取方式定義及圖形表示矢量數(shù)據(jù)組織編碼方式第70頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量數(shù)據(jù)獲取方式1)由外業(yè)測量獲得

可利用測量儀器自動記錄測量成果(常稱為電子手薄)，然后轉到地理數(shù)據(jù)庫中。2)由柵格數(shù)據(jù)轉換獲得

利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術，把柵格數(shù)據(jù)轉換為矢量數(shù)據(jù)。3)跟蹤數(shù)字化

用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。第71頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構獲取方式定義及圖形表示矢量數(shù)據(jù)組織編碼方式第72頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量數(shù)據(jù)組織點：坐標對（x,y）+識別符線：坐標對系列(x1,y1)..(xn,yn)及有關屬性、其它屬性面：首尾相同的坐標串關系表幾何位置坐標文件連接矢量數(shù)據(jù)表示時應考慮以下問題：矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。矢量數(shù)據(jù)之間的空間關系(拓撲關系)。第73頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構獲取方式定義及圖形表示矢量數(shù)據(jù)組織編碼方式第74頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月編碼方法：點實體線實體多邊形坐標序列法

樹狀索引編碼法

拓撲結構編碼法

(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)矢量數(shù)據(jù)編碼方式第75頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月點實體

點是空間上不能再分的地理實體，可以是具體的或抽象的，如地物點、文本位置點或線段網(wǎng)絡的結點等，由一對x、y坐標表示。 對于點實體，矢量結構中只記錄其在特定坐標系下的坐標和屬性代碼矢量數(shù)據(jù)編碼方式——點實體第76頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月線實體

對于線實體，在數(shù)字化時即進行量化，就是用一系列足夠短的直線首尾相接表示一條曲線，當曲線被分割成多而短的線段后，這些小線段可以近似地看成直線段，而這條曲線也可以足夠精確地由這些小直線段序列表示，矢量結構中只記錄這些小線段的端點坐標，將曲線表示為一個坐標序列，坐標之間認為是以直線段相連，在一定精度范圍內可以逼真地表示各種形狀的線狀地物矢量數(shù)據(jù)編碼方式——線實體第77頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月唯一標識碼是系統(tǒng)排列序號；線標識碼可以標識線的類型；起始點和終止點號可直接用坐標表示；顯示信息是顯示時的文本或符號等；與線相聯(lián)系的非幾何屬性可以直接存儲于線文件中，也可單獨存儲，而由標識碼聯(lián)接查找。矢量數(shù)據(jù)編碼方式——線實體第78頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月

多邊形實體編碼

“多邊形”在地理信息系統(tǒng)中是指一個任意形狀、邊界完全閉合的空間區(qū)域。其邊界將整個空間劃分為外部和內部。多邊形矢量編碼不但要表示位置和屬性，更為重要的是要能表達區(qū)域的拓撲性質，如鄰接、關聯(lián)和包含等，。多邊形矢量編碼除有存儲效率的要求外，一般還要求所表示的各多邊形有各自獨立的形狀，可以計算各自的周長和面積等幾何指標；各多邊形拓撲關系的記錄方式要一致，以便進行空間分析；要明確表示區(qū)域的層次，如島-湖-島的關系等。矢量數(shù)據(jù)編碼方式——多邊形實體第79頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形實體編碼方式（spaghetti）—面條模型：以實體為單位記錄其坐標缺點：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形—數(shù)據(jù)不一致，浪費空間，導致雙重邊界不能精確匹配。2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓撲關系。3、島作為一個單個圖形，沒有建立與外界多邊形聯(lián)系。不易檢查拓撲錯誤。所以，這種結構只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。（一）實體式優(yōu)點：結構簡單、直觀、易實現(xiàn)以實體為單位的運算和顯示。多邊形坐標串P1…P2…123456789101112131415PPP第80頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）索引式（樹狀）多邊形實體編碼方式采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，方法是對所有邊界點進行數(shù)字化，將坐標對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結構。第81頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形實體編碼方式樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ123456789101112131415ⅠⅡⅢⅣ第82頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）索引式（樹狀）ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3點文件點號坐標1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……第83頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）索引式（樹狀）ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3線號起點終點點號

Ⅰ141,2,3,4Ⅱ56

5,6

Ⅲ

7

117,8,9,10,11

Ⅳ121312,15,14,13123456789101112131415ⅠⅡⅢⅣ線文件：第84頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）索引式（樹狀）ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3多邊形文件多邊形號邊界線號

1Ⅰ，Ⅱ2Ⅱ，Ⅲ

3ⅣⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ第85頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月與實體式相比：優(yōu)點：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號的方式查詢。缺點：表達拓撲關系較繁瑣，給相鄰運算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓撲關系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。（二）索引式（樹狀）第86頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）雙重獨立式編碼簡稱DIME(DualIndependentMapEncoding)，是美國人口統(tǒng)計系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓撲編碼結構。

1、點文件點號坐標1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位線號左多邊形

右多邊形

起點終點L210P1P2210123456789101112131415PPP3、面文件面號線號P1L210,L109…關聯(lián)鄰接關聯(lián)連通拓撲關系明確在DIME中做如下改進：將以線段為記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨立式編碼多邊形實體編碼方式第87頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）鏈狀雙重獨立式編碼—拓撲數(shù)據(jù)結構1、弧段坐標文件：弧段號坐標系列（串)A2，10，9，8，7，52、弧段文件：鏈—面，鏈—結點關系弧段號

左多邊形

右多邊形

起點終點AP1P225123456789101112131415PPP3、面文件面號弧段號

P1A,B,-C4、點拓撲文件：結點—鏈關系點號

點坐標弧段號2X2,y2A,B,D在拓撲結構中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結點）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復。多邊形實體編碼方式第88頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月Arc-nodedatastructure（弧段和結點數(shù)據(jù)結構）nodesarecreatedwherethelinesintersect,arcsarecreatedbetweenthenodes,withverticesprovidingshape,andpolygonsareconstructedfromthearcsThearc-nodedatastructuresupportsthreemajortopologicalconcepts:Connectivity:Arcsconnecttoeachotheratnodes

Areadefinition:Arcsthatconnecttosurroundanareadefineapolygon

Contiguity:Arcshavedirectionandleftandrightsides矢量數(shù)據(jù)結構ARC/INFO中的拓撲結構第89頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月ARC/INFO中的拓撲關系：Connectivity:連通性Connectivity：Arcsconnecttoeachotheratnodes,allowsyoutoidentifyaroutetotheairportorconnectstreamstoriversorfollowapathfromthewatertreatmentplanttoahouse.

網(wǎng)絡分析的基礎矢量數(shù)據(jù)結構ARC/INFO中的拓撲結構第90頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月Arc-nodetopologyissupportedthroughanarc-nodelist.Thelistidentifiesthefromandtonodesforeacharc.Connectedarcsaredeterminedbysearchingthroughthelistforcommonnodenumbers.Inthefollowingexample,itispossibletodeterminethatarcs1,2,and3allintersectbecausetheysharenode11.Thecomputercandeterminethatitispossibletotravelalongarc1andturnontoarc3becausetheyshareacommonnode(11),butit’snotpossibletoturndirectlyfromarc1ontoarc5becausetheydon’t.第91頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月Areadefinition:Arcsthatconnecttosurroundanareadefineapolygon（多邊形-弧段拓撲結構）矢量數(shù)據(jù)結構ARC/INFO中的拓撲結構ARC/INFO中的拓撲關系：多邊形定義（Areadefinition）ARC/INFO使用多邊形—弧線拓撲結構定義多邊形。多邊形不直接存貯坐標信息，而是在PAL文件中由組成多邊形的弧來定義多邊形。一個多邊形由一系列組成它的邊界的弧規(guī)定，包括那些在里面的“島”。在多邊形弧線表中，一條弧的順序號為負，則說明在完成多邊形循環(huán)時，是按從終止結點到起始結點的方向通過的；島前加0來標記。第92頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月Recallthatthearc-nodestructurerepresentspolygonsasanorderedlistofarcsratherthanaclosedloopofx,ycoordinates.Thisiscalledpolygon-arctopology.Intheillustrationabove,polygonFismadeupofarcs8,9,10and7(the0beforethe7indicatesthatthisarccreatesanislandinthepolygon)第93頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月Twogeographicfeatureswhichshareaboundaryarecalledadjacent.ContiguityisthetopologicalconceptwhichallowsthevectordatamodeltodetermineadjacencyARC/INFO中的拓撲關系：鄰接性(Contiguity)鄰接性（左右多邊形拓撲結構）在建立多邊形時，ARC/INFO將每條弧的左右多邊形的內部順序號添加到ARC文件中。左右多邊形定義了鄰接性。如果兩個多邊形擁有公共邊（?。?，則認為兩個多邊形相互鄰接。

矢量數(shù)據(jù)結構ARC/INFO中的拓撲結構第94頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月Recallthatthefrom-nodeandto-nodedefineanarc.Thisindicatesanarc’sdirection,sothatthepolygonsonitsleftandrightsidescanbedetermined.Left-righttopologyreferstothepolygonsontheleftandrightsidesofanarc.Intheillustrationabove,polygonBisontheleftofarc6,andpolygonCisontheright.Thus,weknowthatpolygonsBandCareadjacent.第95頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種數(shù)據(jù)結構的比較與轉換一、矢、柵優(yōu)缺點：

優(yōu)點缺點矢量1、數(shù)據(jù)結構緊湊、冗余度低2、有利于網(wǎng)絡和檢索分析3、圖形顯示質量好、精度高1、數(shù)據(jù)結構復雜2、多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效。

柵格1、數(shù)據(jù)結構簡單，易于算法實現(xiàn)。2、便于空間分析和地表模擬3、

現(xiàn)勢性強1、數(shù)據(jù)量大2、投影轉換比較復雜第96頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換首先必須確定柵格元素的大小，即根據(jù)原矢量圖的大小，精度要求及所研究問題的性質，確定柵格的分辨率。如把某一地區(qū)的矢量數(shù)據(jù)結構的地形圖向柵格數(shù)據(jù)轉換時，必須考慮地形的起伏變化，當該地區(qū)的地形起伏變化很大時(如黃土高原丘陵溝壑區(qū))，必須選用高的分辨率，否則無法反映地形變化的真實情況。第97頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換例如：已知某一地區(qū)x方向為15km，y方向為30km，現(xiàn)要把該地區(qū)的地塊圖轉成柵格數(shù)據(jù)，要求柵格分辨率為30m×30m（1，1）第98頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月1.點轉換矢量格式向柵格格式的轉換點的轉換實質上是將點的矢量坐標轉換成柵格數(shù)據(jù)中行列值i和j，從而得到點所在柵格元素的位置。其中：第99頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月2.線轉換矢量格式向柵格格式的轉換線的變換實質上是完成相鄰兩點之間直線的轉換。若已知一直線AB其兩端點坐標分別為A(x1，y1)和B(x2，y2)，則其轉換過程不僅包括坐標點A，B分別從點矢量數(shù)據(jù)轉換成柵格數(shù)據(jù)，還包括求出直線AB所經(jīng)過的中間柵格數(shù)據(jù)。其過程如下：1．利用上述點轉換法，將點A(x1，y1)，B(x2，y2)分別轉換成柵格數(shù)據(jù)，求出相應的柵格的行列值。2．由上述行列值求出直線所在行列值的范圍。3．確定直線經(jīng)過的中間柵格點。若從直線兩端點轉換中，求出該直線經(jīng)過的起始行號為i1，終止行號im，其中間點行號必定為i2，i3……im-1?，F(xiàn)在的問題是求出相應行號相交于直線的列號，其步驟如下：第100頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換（1）求出相應i行中心處同直線相交的y值：（2）用直線方程求出對應y值的點的x值：（2）從x，y值求出相應i行的列值j：第101頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換3.區(qū)域填充矢量數(shù)據(jù)轉成柵格數(shù)據(jù)是通過矢量邊界輪廓的轉換實現(xiàn)的。在柵格數(shù)據(jù)結構中，柵格元素值直接表示屬性值。因此，當矢量邊界線段轉換成柵格數(shù)據(jù)后，還須進行面域的填充。從計算機圖形學的角度看，區(qū)域填充有很多算法，但基本上分兩大類：一類是適合光柵掃描設備的算法，如種子填充法；另一類是還適合畫線式設備的算法，如射線法。不論哪種算法，其關鍵是判斷哪些點或柵格單元在多邊形之內，哪些點在多邊形之外。第102頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換

由每個多邊形一個內部點(種子點)開始，向其八個方向的鄰點擴散，判斷各個新加入點是否在多邊形邊界上，如果是邊界點，則新加入點不作為種子點，否則把非邊界點的鄰點作為新的種子點與原有種子點一起進行新的擴散運算，并將該種子點賦予多邊形的編號。重復上述過程，直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界為止。缺點：程序設計復雜，需要在柵格陣列中搜索，占用內存很大，在內存受限時很難采用。（1）內部點擴散算法的概念

第103頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換（2）射線法第104頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換（3）邊界追蹤法該法從邊界上某一柵格單元開始按順時針方向跟蹤邊界上各柵格，(對多邊形中島則按逆時針方向跟蹤，使島內不被填充)。這里將跟蹤的每個柵格分別賦予字符R，L或N，其中R表示該柵格同相鄰象素的行數(shù)不同，且行數(shù)增加的單元。L表示該柵格同相鄰象素的行數(shù)不同，且行數(shù)減少的單元。N表示該柵格極值單元或相鄰單元行數(shù)相同的單元。最后，逐行掃描根據(jù)填充字符值，填充L→R之間的柵格。第105頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換第106頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換（4）復數(shù)積分法基本概念也稱為檢驗夾角之和，即對全部柵格陣列，逐個柵格單元判斷柵格歸屬的多邊形及編碼。判別方法：由待判點對每個多邊形的封閉邊界計算復數(shù)積分。如果積分值為2π，則該待判點屬于此多邊形，賦予多邊形編號(紀錄屬性)；如果積分值為0，則該待判點在此多邊形外部。第107頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月復數(shù)積分算法的轉換步驟圖（a）圖（b）矢量格式向柵格格式的轉換第108頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量格式向柵格格式的轉換（5）邊界代數(shù)法矢量向柵格轉換的關鍵是對矢量表示的多邊形邊界內的所有柵格賦予多邊形編碼，形成柵格數(shù)據(jù)陣列。為此需要逐點判斷與邊界關系，邊界代數(shù)法不必逐點判斷同邊界關系即可完成矢量向柵格的轉換。這時，面的填充是根據(jù)邊界的拓撲信息，通過簡單的加減運算將邊界位置信息動態(tài)地賦予各柵格的。實現(xiàn)邊界代數(shù)法填充的前提是已知組成多邊形邊界(弧段)的拓撲關系，即沿邊界前進方向的左右多邊形號。第109頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月這里假定沿邊界前進方向y值下降時稱下行，y值上升時稱上行。上行時填充值為左多邊形號減右多邊形號，下行時填充值為右多邊形號減左多邊形號，將每次填充值同該處的原始值作代數(shù)運算得到最終填充屬性值。（1）N1，N2弧上行，左多邊形號減右多邊形號為0-1=-1。在弧段N1，N2左邊柵格值為-1。（2）N2，N3弧下行，右多邊形號減左多邊形號為2-0=2。在弧段N2，N3左邊柵格值加2。（3）N3，N1弧下行，右多邊形號減左多邊形號為3-0=3。在弧段N3，N1左邊柵格值加3（4）N1，N4弧上行，左多邊形號減右多邊形號為1-3=-2。在弧段N1，N4左邊柵格值加-2。222（5）N4，N2弧上行，左多邊形號減右多邊形號為1-2=-1。在弧段N4，N2左邊柵格值加-1。（6）N4，N3弧下行，右多邊形號減左多邊形號為3-2=1。在弧段N4，N3左邊柵格值加1。最后得到如圖所示屬性值。第110頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格格式向矢量格式的轉換柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)轉換的一般過程可描述為：1、二值化由于掃描后的圖像是以不同灰度級存儲的，為了進行柵格數(shù)據(jù)矢量化的轉換，需壓縮為兩級(0和1)，這就稱為二值化。二值化的關鍵是在灰度級的最大和最小值之間選取一個閾值，當灰度級小于閾值時，取值為0，當灰度級大于閾值時，取值為1。2、二值圖像的預處理對于掃描輸入的圖幅，由于原稿不干凈等原因，總是會出現(xiàn)一些飛白、污點、線劃邊緣凹凸不平等。除了依靠圖像編輯功能進行人機交互處理外，還可以通過一些算法來進行處理。3、細化所謂細化就是將二值圖像像元陣列逐步剝除輪廓邊緣的點，使之成為線劃寬度只有一個像元的骨架圖形。細化后的圖形骨架既保留了原圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。細化的基本過程是：(1)確定需細化的像元集合；(2)移去不是骨架的像元；(3)重復，直到僅剩骨架像元。第111頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月柵格格式向矢量格式的轉換細化的算法很多，各有優(yōu)缺點。經(jīng)典的細化算法是通過3×3的像元組來確定如何細化的。其基本原理是，在3×3的像元組中，凡是去掉后不會影響原柵格影像拓撲連通性的像元都應該去掉，反之，則應保留。3×3的像元共有28即256種情況，但經(jīng)過旋轉，去除相同情況，共有51種情況，其中只有一部分是可以將中心點剝去的，如圖(1)、(2)是可剝去的，而(3)、(4)的中心點是不可剝去的。通過對每個像元點經(jīng)過如此反復處理，最后可得到應保留的骨架像元。第112頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間索引

空間索引就是指依據(jù)空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結構，其中包含空間對象的概要信息，如對象的標識、外接矩形及指向空間對象實體的指針。

索引類型

實體范圍索引格網(wǎng)型空間索引四叉樹空間索引R樹和R+樹索引第113頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月實體范圍索引第114頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月格網(wǎng)型空間索引第115頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月四叉樹索引—最小外包矩形第116頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月四叉樹索引大家可以發(fā)現(xiàn)，同樣存在一個圖元標識被多個區(qū)域所關聯(lián)，相應地存儲在多個葉子節(jié)點上，比如“6“所代表的圖元，分別存儲在四個分枝上。這樣，就存在索引的冗余。第117頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月改進四叉樹索引第118頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月我們在地圖上畫一個矩形，判斷地圖上哪些圖元落在這個矩形里或者和這個所畫矩形相交。方法很多，這里介紹一種簡單的檢索步驟，如下：1，首先，從四叉樹的根節(jié)點開始，把根節(jié)點所關聯(lián)的圖元標識都加到一個List里；2，比較此矩形范圍與根節(jié)點的四個子節(jié)點（或者叫子區(qū)域）是否有交集（相交或者包含），如果有，則把相應的區(qū)域所關聯(lián)的圖元標識加到List集合中，如果沒有，則以下這顆子樹都不再考慮。3，以上過程的遞歸，直到樹的葉子節(jié)點終止，返回List。4，從List集合中根據(jù)標識一一取出圖元，先判斷圖元MBR與矩形有無交集，如果有，則進行精確幾何判斷，如果沒有，則不再考慮此圖元。改進四叉樹索引第119頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月R樹R+樹R樹和R+樹索引第120頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間信息查詢查詢步驟：借助空間索引，在空間數(shù)據(jù)庫中快速檢索出被選空間實體；根據(jù)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接即可得到該空間實體的屬性列表第121頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月A:在某條鐵路的東側B:距離該鐵路不超過30kmC:城市人口大于70萬D:城市在特定的選擇區(qū)域內Select……from……where……空間信息查詢第122頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月空間數(shù)據(jù)概念模型有哪幾部分組成？各有何特點？什么是拓撲關系？請舉例說明？拓撲關系對數(shù)據(jù)處理和空間分析有何重要意義？矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型的原理？什么是柵格數(shù)據(jù)的空間分辨率？矢量數(shù)據(jù)編碼方法有哪些？各有何特點？柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼有哪些？各有何特點？何為空間索引？常用空間索引方法有哪些？思考題第123頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月點狀實體點或節(jié)點、點狀實體。點：有特定位置，維數(shù)為0的物體。4）角點、節(jié)點Vertex：表示線段和弧段上的連接點。

1）實體點：用來代表一個實體。2）注記點：用于定位注記。3）內點：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內。第124頁，課件共139頁，創(chuàng)作于2023年2月1）實體長度：

從起點到終點的總長。2）彎曲度：

用于表示像道路拐彎時彎曲的程度。3）方向性：

如：水流方向，上游—下游，公路，單、雙向之分。具有相同屬性的點的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標表示，并有如下特性：