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空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼
1、從現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)世界概念模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件格式四個(gè)層次現(xiàn)實(shí)世界用戶認(rèn)識(shí)局部抽象概念模型----面向用戶數(shù)據(jù)模型---面向機(jī)器按照著名數(shù)據(jù)庫(kù)專家E.F.Codd的理論認(rèn)為數(shù)據(jù)模型實(shí)質(zhì)上是一組為用戶服務(wù)的規(guī)則,這些規(guī)則規(guī)定其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何組織以及應(yīng)當(dāng)允許進(jìn)行何種操作。一基本概念2.Gis中地理空間數(shù)據(jù)組織的主要對(duì)象從地理空間現(xiàn)象或事物到計(jì)算機(jī)世界,一般也要有概念模型,數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和文件格式幾個(gè)層次.這個(gè)過程有時(shí)統(tǒng)稱為地理空間數(shù)據(jù)建模Gis怎樣組織數(shù)據(jù)以模擬地理事物和現(xiàn)象的呢?舉例我們將gis所抽象,表達(dá)的地理事物和現(xiàn)象,稱為空間對(duì)象;空間對(duì)象的位置相互關(guān)系,稱為空間關(guān)系a空間對(duì)象點(diǎn)狀空間對(duì)象(0維對(duì)象)線狀空間對(duì)象面狀空間對(duì)象體狀空間對(duì)象除空間維數(shù)特性外,空間對(duì)象還可以從其復(fù)雜性,規(guī)則性,人為性等角度認(rèn)識(shí)和區(qū)分b空間關(guān)系通常分為3類度量空間關(guān)系順序空間關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系
-------連接性
-------包含
-------鄰接性3.空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)模型兩個(gè)概念之間的關(guān)系空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)模型研究地理空間數(shù)據(jù)組織和管理.兩者之間的關(guān)系,與一般的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型的關(guān)系有兩點(diǎn)相似之處.其一,空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所作的數(shù)據(jù)組織工作,比空間數(shù)據(jù)模型更基層些,它偏重?cái)?shù)據(jù)表達(dá)的物理實(shí)現(xiàn),而空間數(shù)據(jù)模型涉及到空間數(shù)據(jù)管理的層次.其二,同普通數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型一樣,空間數(shù)據(jù)模型的命名通常與相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同.4.空間分析與非空間分析5.空間數(shù)據(jù)定義特點(diǎn):數(shù)據(jù)的空間性數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)的時(shí)間性6.空間數(shù)據(jù)的編碼7.空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系地理要素之間的空間區(qū)位關(guān)系可抽象為點(diǎn)、線(或弧)、多邊形(區(qū)域)之間的空間幾何關(guān)系,其關(guān)系如下
歐氏平面上實(shí)體對(duì)象所具有的拓?fù)浜头峭負(fù)鋵傩酝負(fù)鋵傩砸粋€(gè)點(diǎn)在一個(gè)弧段的端點(diǎn)一個(gè)弧段是一個(gè)簡(jiǎn)單弧段(弧段自身不相交)一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的外部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)部一個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單面(面上沒有“島”)一個(gè)面的連續(xù)性(給定面上任意兩點(diǎn),從一點(diǎn)可以完全在面的內(nèi)部沿任意路徑走向另一點(diǎn))非拓?fù)鋵傩詢牲c(diǎn)之間的距離一個(gè)點(diǎn)指向另一個(gè)點(diǎn)的方向弧段的長(zhǎng)度一個(gè)區(qū)域的周長(zhǎng)一個(gè)區(qū)域的面積弧屬性表(AAT)多邊形屬性表(PAT)#-id多邊形標(biāo)識(shí)碼周長(zhǎng)面積108.418-4.50621048.5962.07831024.2961.14441012.2330.30151034.3250.983#-id弧標(biāo)識(shí)碼起始結(jié)點(diǎn)終到結(jié)點(diǎn)弧左多邊形弧右多變形弧長(zhǎng)13831321.51523343351.04033541132.10643722242.23353615124.12063953521.09373445512.1931.本圖有多少個(gè)多邊形和???2.哪個(gè)多邊形是包含于另一個(gè)中?3.哪個(gè)多邊形和多邊形102相鄰?4.手工建立一個(gè)簡(jiǎn)單示意圖表明本圖的空間格局二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
定義:又稱為網(wǎng)格結(jié)構(gòu),它是將地表劃分成為緊密相鄰的網(wǎng)格陣列。每個(gè)網(wǎng)格的位置由行列號(hào)定義。它包含一個(gè)代碼,以表示該網(wǎng)格的屬性或指向?qū)傩杂涗浀闹羔?。注意:柵格?shù)據(jù)模型是將連續(xù)空間離散化,即用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空間,這種鋪蓋可以分為規(guī)則的和不規(guī)則的1.概念三角形、方格和六角形劃分
柵格數(shù)據(jù)模型2.圖形柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示00002000000200000102033000023333002033330020033002000000線面點(diǎn)3.決定柵格單元代碼的方式
面積占優(yōu)法
中心點(diǎn)法
重要性法
4.柵格結(jié)構(gòu)編碼方式直接?xùn)鸥窬幋a行程編碼塊碼鏈?zhǔn)骄幋a四叉樹結(jié)構(gòu)二維行程編碼基本思路:對(duì)于一幅柵格圖像,常常有行(或列)方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼,因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。游程長(zhǎng)度編碼(Run-LengthCodes)1)只在各行(或列)數(shù)據(jù)的代碼發(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。兩種方案(屬性值,長(zhǎng)度)
例如
(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)。0744444477774777444487780840877808800800887888880000888800000888壓縮比的大小是與圖的復(fù)雜程度成反比的,在變化多的部分,游程數(shù)就多,變化少的部分游程數(shù)就少,圖件越簡(jiǎn)單,壓縮效率就越高44:642)逐個(gè)記錄各行(或列)代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼編碼如下(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)。(屬性值,屬性發(fā)生變化的位置)0744444477774777444487780840877808800800887888880000888800000888特點(diǎn):屬性的變化愈少,行程愈長(zhǎng),則壓縮的比例越大,壓縮比與圖的復(fù)雜程度成反比。
塊碼是游程長(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。塊碼對(duì)圖所示圖像的塊碼編碼如下:
(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)。0744444477774777444487780840877808800800887888880000888800000888該例中塊碼用了120個(gè)整數(shù),比直接編碼還多,這是因?yàn)槔袨槊枋龇奖?,柵格劃分很粗糙,在?shí)際應(yīng)用中,柵格劃分細(xì),數(shù)據(jù)冗余多的多,才能顯出壓縮編碼的效果,而且還可以作一些技術(shù)處理,如行號(hào)可以通過行間標(biāo)記而省去記錄,行號(hào)和半徑等也不必用雙字節(jié)整數(shù)來記錄,可進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)冗余。塊碼具有可變的分辨率,即當(dāng)代碼變化小時(shí)圖塊大,就是說在區(qū)域圖斑內(nèi)部分辨率低;反之,分辨率高。塊碼與游程長(zhǎng)度編碼相似,隨著圖形復(fù)雜程度的提高而降低效率,就是說圖斑越大,壓縮比越高;圖斑越碎,壓縮比越低。塊碼在合并、插入、檢查延伸性、計(jì)算面積等操作時(shí)有明顯的優(yōu)越性。然而在某些操作時(shí),則必須把游程長(zhǎng)度編碼和塊碼解碼,轉(zhuǎn)換為基本柵格結(jié)構(gòu)進(jìn)行。鏈碼(ChainCodes)
鏈碼又稱為弗里曼鏈碼[Freeman]或邊界鏈碼,鏈碼可以有效地壓縮柵格數(shù)據(jù),而且對(duì)于估算面積、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)折方向的凹凸度等運(yùn)算十分方便,比較適合于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是對(duì)邊界進(jìn)行合并和插入等修改編輯工作比較困難,對(duì)局部的修改將改變整體結(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)域的邊界將被重復(fù)存儲(chǔ)而產(chǎn)生冗余。
基本思想: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(gè)子區(qū)的所有格網(wǎng)值都相同,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,直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。
四叉樹結(jié)構(gòu)四叉樹編碼具有可變的分辨率,并且有區(qū)域性質(zhì),壓縮數(shù)據(jù)靈活,許多運(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,是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一1)從四叉樹的特點(diǎn)可知,一幅2n*2n
柵格陣列圖,具有的最大深度數(shù)為n,可能具有的層次為0,1,2,……..n注意2)每一層的柵格寬度,即每層邊上包含的最大柵格數(shù),反映了所在葉結(jié)點(diǎn)表示的正方形集合的大小,其值為:2(最大深度-當(dāng)前層次)例如:一幅23×23
的柵格陣列,它具有的最大深度為3,可能層次分別為0,1,2,3。其中:第0層邊長(zhǎng)上的最大柵格數(shù)為2(3-0)=8
第1層邊長(zhǎng)上的最大柵格數(shù)為2(3-1)=4
第2層邊長(zhǎng)上的最大柵格數(shù)為2(3-2)=2
第3層邊長(zhǎng)上的最大柵格數(shù)為2(3-3)=1111100001111000011100000111000003344400033444000334400003344000011011010344004034000層1層2層3層(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)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),即四個(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)儲(chǔ)存量,而且增加了操作的復(fù)雜性。常規(guī)四叉樹與線性四叉樹線性四叉樹只存儲(chǔ)最后葉結(jié)點(diǎn)的信息。包括葉結(jié)點(diǎn)的位置、深度和本結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值線性四叉樹葉結(jié)點(diǎn)的編號(hào)需要遵循一定的規(guī)則,這種編號(hào)成為地址碼,它隱含了葉結(jié)點(diǎn)的位置和深度信息。a.基于深度和層次碼的線性四叉樹的編碼它是通過記錄葉結(jié)點(diǎn)的深度碼和層次碼來描述葉結(jié)點(diǎn)的位置碼幾種線性四叉樹的編碼111100001111000011100000111000003344400033444000334400003344000011011010344004034000層1層2層3層(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)
該地址碼的十進(jìn)制為:?層次碼深度碼第一層第二層第三層00111100110層1層2層3層(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)b.基于四進(jìn)制的線性四叉樹編碼0層1層2層3層(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)第一層第二層第三層033思考請(qǐng)為23×23
柵格陣列中的每個(gè)柵格建立基于四進(jìn)制的四叉樹編碼方式的地址碼?你能找出何種規(guī)律?000001010011100101110111000000001010011100101110111001002003012013102103112113010020021030031120121130131011022023032033122123132133100200201210211300301310311101202203212213302303312313110220221230231320321330331111222223232233322323332333
先將柵格的行列號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制,得二進(jìn)制行號(hào)Iyb,列號(hào)Ixb,則M=2×Iyb+I(xiàn)xb
如結(jié)點(diǎn)7:
M=2*011+011=033如果知道基于四進(jìn)制四叉樹編碼方式的地址碼,你能知道它的行列號(hào)碼嗎?思考若該位的編碼值為0,1,則行號(hào)Iyb值為0;若該位的編碼值為2,3,則行號(hào)Iyb值為1;若該位的編碼值為0,2,則列號(hào)Ixb值為0;若該位的編碼值為1,3,則列號(hào)Ixb值為1;
如:M碼為:103
二進(jìn)制行值Iyb為:001
二進(jìn)制列值Ixb為:101000001010011100101110111000000001010011100101110111001002003012013102103112113010020021030031120121130131011022023032033122123132133100200201210211300301310311101202203212213302303312313110220221230231320321330331111222223232233322323332333000001010011100101110111000000110010100203003101103203310020213003013110130230311022233233111規(guī)則:首先將二維柵格數(shù)據(jù)的行列號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制,然后交叉放入Morton碼中,即為線性四叉樹的地址碼:行號(hào)=5(101);列號(hào)=7(111)
Morton=110111=55c.基于十進(jìn)制的線性四叉樹編碼
請(qǐng)快速建立8*8柵格陣列中的每個(gè)柵格的Morton思考0000010100111001011101110000145161720210012367181922230108912132425282901110111415262730311003233363748495253101343538395051545511040414445565760611114243464758596263M碼屬性值004050607480124……….….….…..…..….…..二維行程編碼二維行程編碼再議游程編碼a.定義游程編碼結(jié)構(gòu)游程指相鄰?fù)稻W(wǎng)格的數(shù)量,游程編碼結(jié)構(gòu)是逐行將相鄰?fù)档木W(wǎng)格合并,并記錄合并后網(wǎng)格的值及合并網(wǎng)格的長(zhǎng)度,其目的是壓縮柵格數(shù)據(jù)量,消除數(shù)據(jù)間的冗余。游程編碼結(jié)構(gòu)的建立方法是:將柵格矩陣的數(shù)據(jù)序列X1,X2,X3…..XN,映射為相應(yīng)的二元序列(Ai,Pi),i=1,k,且k<=n.其中,A為屬性值,P為游程,k為游程序號(hào)2255275577755555序號(hào)二元組序列1(2,2)2(5,2)3(2,1)4(7,1)5(5,2)6(7,3)7(5,5)二元映射這種結(jié)構(gòu)特別適合于二值圖數(shù)據(jù)的表示,如圖1111111000001111100001111序號(hào)二元組序號(hào)1(1,7)2(0,5)3(1,5)4(0,4)5(1,4)二元映射b.游程編碼能否壓縮數(shù)據(jù)量,主要決定于柵格數(shù)據(jù)的性質(zhì),通??赏ㄟ^事先測(cè)試,估算圖層的數(shù)據(jù)冗余度Re:Re=1-Q/(M×N)Q:圖層內(nèi)相鄰屬性值變化次數(shù)的累加和M:為圖層網(wǎng)格的行數(shù)N:為圖層網(wǎng)格的列數(shù)當(dāng)?shù)闹荡笥?/5的情況下,表明柵格數(shù)據(jù)的壓縮可取得明顯的效果c.當(dāng)柵格數(shù)據(jù)位數(shù)字高程時(shí)當(dāng)柵格數(shù)據(jù)為規(guī)則的數(shù)字地形高程即DEM時(shí),由于這種類型數(shù)據(jù)的相鄰的數(shù)據(jù)具有高度的相關(guān)性,可通過差分映射進(jìn)行預(yù)處理,然后在采用游程長(zhǎng)度壓縮編碼法。例如2468357824682581122223221222223332321223差分d.基于游程編碼結(jié)構(gòu)的柵格數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)組織方式為了提高系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)的訪問效率,通常采用索引順序文件的方法來組織數(shù)據(jù)。當(dāng)由位置參數(shù)訪問其屬性特征時(shí),利用邏輯順序和邏輯地址的關(guān)系,很快在索引文件中找到指向數(shù)據(jù)文件欲訪柵格的指針,并求出其邏輯地址,就能找到該柵格的屬性。柵格行序號(hào)逐行游程累計(jì)數(shù)0102..10037..572游程序號(hào)編碼值0001000200030004.0007..0572R1R2R3R4.R7.R572索引文件數(shù)據(jù)文件5.多重屬性下的柵格數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)文件像元1X坐標(biāo)Y坐標(biāo)層1屬性層2屬性層3屬性層n屬性像元2像元n以像元為記錄的序列。優(yōu)點(diǎn):因?yàn)閚層中每個(gè)像元實(shí)際是只存儲(chǔ)了一層的像元坐標(biāo),節(jié)約存儲(chǔ)空間;每個(gè)網(wǎng)格單元的多主題或多層之間比較相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。不足之處在于不能完全各主題的空間關(guān)系,即由于每個(gè)網(wǎng)格單元位置單獨(dú)編碼,要比較不同層的網(wǎng)格單元組是很困難的以層為基礎(chǔ),每一層又以像元順序記錄它的坐標(biāo)和屬性值,一層記錄完后再記錄第二層。這種方法較為簡(jiǎn)單,但需要的存貯空間最大。數(shù)據(jù)文件層1x坐標(biāo)Y坐標(biāo)屬性值像元2像元n像元1層2層n
以層為基礎(chǔ),但每一層內(nèi)則以多邊形(也稱制圖單元)為序記錄多邊形的屬性值和充滿多邊形的各像元的坐標(biāo)。
數(shù)據(jù)文件層1屬性值多邊形2多邊形n多邊形1層2層n像元1坐標(biāo)像元2坐標(biāo)像元n坐標(biāo)圖形文件如:TIFF、GIF、JPEG文件可用各種圖像壓縮算法作均稱壓縮,TIFF和GIF文件用無損壓縮,使原圖被精確重構(gòu),而JPEG采用有損壓縮,它可達(dá)到很大的壓縮比,但不能完整重構(gòu)原圖像。課內(nèi)作業(yè)一、右圖
1.以第3行,第5列為例說明如何將二維刪格數(shù)據(jù)的行列號(hào)轉(zhuǎn)換為Morton碼
2.就下列刪格數(shù)據(jù)建立十進(jìn)制線性四叉樹表和二維行程編碼表二、舉例說明:與塊碼相比,四叉樹在表示柵格結(jié)構(gòu)時(shí)有何不足?0044004454404400
三、編寫程序,實(shí)現(xiàn)以下功能
1)將直接?xùn)鸥窬幋a文件轉(zhuǎn)換為RLE格式文件
2)將RLE柵格數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為線性四叉樹編碼文件(基于十進(jìn)制的線性四叉樹編碼)課外作業(yè)(a)塊碼分割(b)四叉樹分割小知識(shí)點(diǎn)
——柵格數(shù)據(jù)類型衛(wèi)星影像數(shù)字高程模型數(shù)字正射影像二進(jìn)制掃描文件數(shù)字柵格圖形圖形文件特定地理信息系統(tǒng)軟件的柵格數(shù)據(jù)小知識(shí)點(diǎn)
——柵格數(shù)據(jù)文件為導(dǎo)入要用的柵格數(shù)據(jù),GIS軟件包必須有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和壓縮方法的信息。此類信息通常包含在頭文件中,頭文件的功能類似于元數(shù)據(jù)。例如:衛(wèi)星影像的頭文件(常以.hdr為擴(kuò)展名)包含了有關(guān)影像數(shù)據(jù)的信息,如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法,行列數(shù),光譜波段數(shù),每個(gè)波段每一像元的比特?cái)?shù)。三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.概念
矢量結(jié)構(gòu):即通過記錄坐標(biāo)的方式盡可能精確地表示點(diǎn)、線、多邊形等地理實(shí)體.注意:由于坐標(biāo)空間設(shè)為連續(xù),所以允許任意位置、長(zhǎng)度和面積的精確定義。但是,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,在一般情況下,比柵格結(jié)構(gòu)精度高得多。矢量數(shù)據(jù)模型對(duì)于點(diǎn)實(shí)體(0維對(duì)象),沒有長(zhǎng)度和寬度
只記錄其在特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和屬性代碼;線實(shí)體(1維對(duì)象),只有長(zhǎng)度沒有寬度:用一系列足夠短的直線首尾相接表示一條曲線。
矢量結(jié)構(gòu)中只記錄這些小線段的端點(diǎn)坐標(biāo),將曲線表示為一個(gè)坐標(biāo)序列,坐標(biāo)之間認(rèn)為是以直線段相連,在一定精度范圍內(nèi)可以逼真地表示各種形狀的線狀地物。“多邊形”在地理信息系統(tǒng)中是指一個(gè)任意形狀、邊界完全閉合的空間區(qū)域。
其邊界將整個(gè)空間劃分為兩個(gè)部分:包含無窮遠(yuǎn)點(diǎn)的部分稱為外部,另一部分稱為多邊形內(nèi)部。
多邊形的邊界線同線實(shí)體一樣,可以被看作是由一系列多而短的直線段組成。2.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為以下幾種主要類型簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
a.面條(Spaghetti方式)在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,空間數(shù)據(jù)按照以基本的空間對(duì)象(點(diǎn)、線、多邊形)為單位進(jìn)行單獨(dú)組織,不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù),最典型的是面條(Spaghetti方式)
由多邊形邊界的x、y坐標(biāo)對(duì)集合及說明信息組成,是最簡(jiǎn)單的一種多邊形矢量編碼,如上圖記為以下坐標(biāo)文件:10:x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11;x1,y1;20:x1,y1;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x18,y18;x19,y19;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11;x1,y1;30:x33,y33;x34,y34;x35,y35;x36,y36;x37,y37;x38,y38;x39,y39;x40,y40;x33,y33;40:x19,y19;x20,y20;x21,y21;x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;x32,y32;x19,y19;50:x21,y21;x22,y22;x23,y23;x8,y8;x7,y7;x6,y6;x24,y24;x25,y25;x26,y26;x27,y27;x28,y28;x21,y21;
坐標(biāo)序列法文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)以多邊形為單位的運(yùn)算和顯示。特點(diǎn):
1.數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線或多邊形為單元組織,數(shù)據(jù)編排直觀,數(shù)字化操作簡(jiǎn)單
2.多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲(chǔ)兩次,由此產(chǎn)生冗余和碎屑多邊形;
3.每個(gè)多邊形自成體系而缺少鄰域信息,難以進(jìn)行鄰域處理,如消除某兩個(gè)多邊形之間的共同邊界;
4.島只作為一個(gè)單個(gè)的圖形建造,沒有與外包多邊形的聯(lián)系;
5.不易檢查拓?fù)溴e(cuò)誤。這種方法可用于簡(jiǎn)單的粗精度制圖系統(tǒng)中
該法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(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化,將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ),由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系,以線索引與各多邊形相聯(lián)系,形成樹狀索引結(jié)構(gòu)
b.樹狀索引編碼法
以下分別為右圖的多邊形文件和線文件樹狀索引示意圖。其文件結(jié)構(gòu)如下:線與多邊形之間的樹狀索引點(diǎn)與邊界線之間的樹狀索引采用上述的樹狀結(jié)構(gòu),前圖的多邊形數(shù)據(jù)記錄如下:1)點(diǎn)文件點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)1x1,y12x2,y2……40x40,y402)線文件線號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)I161,2,3,4,5,6II686,7,8…………X333333,34,35,36,37,38,39,40,333)多邊形文件多邊形編號(hào)多邊形邊界10I,II,IX20III,VII,VIII,IX,X30X40IV,VI,VII50II,III,IV,V樹狀索引編碼消除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問題,在簡(jiǎn)化過于復(fù)雜的邊界線或合并相鄰多邊形時(shí)可不必改造索引表,鄰域信息和島狀信息可以通過對(duì)多邊形文件的線索引處理得到
但是比較繁瑣,因而給相鄰函數(shù)運(yùn)算,消除無用邊,處理島狀信息以及檢查拓?fù)潢P(guān)系帶來一定的困難,而且兩個(gè)編碼表都需要以人工方式建立,工作量大且容易出錯(cuò)
2)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點(diǎn)文件和多邊形文件等一系列含拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)文件組成。結(jié)點(diǎn)文件由結(jié)點(diǎn)記錄組成,存貯每個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)號(hào)、結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及與該結(jié)點(diǎn)連接的弧段等弧段坐標(biāo)文件存貯組成弧段的點(diǎn)的坐標(biāo)弧段文件由弧記錄組成,存貯弧段的起止結(jié)點(diǎn)號(hào)和左右多邊形號(hào);多邊形文件由多邊形記錄組成,存貯多邊形號(hào)、組成多邊形的弧段號(hào)以及多邊形的周長(zhǎng)、面積、中心點(diǎn)坐標(biāo)。DIME(雙重獨(dú)立坐標(biāo)地圖編碼,DualIndependentMapEncoding)編碼系統(tǒng)
DIME是美國(guó)人口調(diào)查局在人口調(diào)查的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它通過有向編碼建立了多邊形、邊界、節(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)拓?fù)湔系牡乩砭幋a和參考系統(tǒng)(TIGER)多邊形轉(zhuǎn)換器(POLYVRT)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)特征和貢獻(xiàn)是具有拓?fù)渚庉嫻δ?。這種拓?fù)渚庉嫻δ埽坏WC數(shù)字化原始數(shù)據(jù)的自動(dòng)差錯(cuò)編輯,而且可以自動(dòng)形成封閉多邊形邊界,為由各個(gè)單獨(dú)存儲(chǔ)的弧段組成所需要的各類多邊形及建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)奠定基礎(chǔ)。拓?fù)渚庉嫻δ馨ǘ噙呅尉庉嫼徒Y(jié)點(diǎn)編輯a.多邊形編輯弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)左多邊形右多邊形a2N2N40p4a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)左多邊形右多邊形a2N4N2p40a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)左多邊形右多邊形a2N4N2p40a8N2N3p4p2a7N3N4p4p3N1N3N5N2N4P2P1P4P3b.結(jié)點(diǎn)編輯N1N3N5N2N4P2P1P4P3弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)左多邊形右多邊形a8N2N3p4p2a6N3N5p3p1a7N3N4p4p3a5N1N3p2p1弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)左多邊形右多邊形a8N2N3p4p2a6N5N3p1p3a7N4N3p3p4a5N1N3p2p1弧段號(hào)起點(diǎn)終點(diǎn)左多邊形右多邊形a5N1N3p2p1a6N5N3p1p3a7N4N3p3p4a8N2N3p4p23)曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曲面是指連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面,具有這種覆蓋表面的要素有地形、降水量、溫度、磁場(chǎng)等。表示和存儲(chǔ)這些要素的基本要求是必須便于連續(xù)現(xiàn)象在任一點(diǎn)的內(nèi)插計(jì)算,因此經(jīng)常采用不規(guī)則三角網(wǎng)來擬合連續(xù)分布現(xiàn)象的覆蓋表面,稱為TIN(TriangulatedIrregularNetwork)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這種基于TIN的曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通常用于數(shù)字地形的表示,或者按照曲面要素的實(shí)測(cè)點(diǎn)分布,將它們連成三角網(wǎng),三角網(wǎng)中每個(gè)三角形要求盡量接近等邊形狀,并保證由最鄰近的點(diǎn)構(gòu)成的三角形,即三角形的邊長(zhǎng)之和最小。在所有可能的三角網(wǎng)中,狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng)在地形擬合方面表現(xiàn)最為出色。狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng):為相互鄰接且互相不重疊的三角形的集合,每一個(gè)三角形的外接圓內(nèi)不不含其他的點(diǎn)。狄洛尼三角形外接圓不包含其他點(diǎn)的特性被用作從一系列不重合的平面點(diǎn)建立狄洛尼三角網(wǎng)的基本法則,可以稱為狄洛尼法則34271865三角形的標(biāo)識(shí)碼相鄰三角形三角形頂點(diǎn)頂點(diǎn)坐標(biāo)和特征值?1?2?31st2st3stX1,y1,z1X2,y2,z2X3,y3,z3ABCD127ABCD四、矢柵結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.矢柵混合模式有多種形式,最簡(jiǎn)單也最實(shí)用的是不對(duì)矢量結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)做任何特殊處理,直接將他們分別存儲(chǔ)在同一個(gè)GIS的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中,并通過共同的ID號(hào)將各空間對(duì)象的矢量數(shù)據(jù),柵格數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起。實(shí)體ID矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)缺點(diǎn):矢量和柵格兩套數(shù)據(jù)均要無遺漏的在系統(tǒng)中存儲(chǔ),會(huì)給系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間帶來壓力2.矢柵一體化模式
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