空间数据结构.ppt.ppt

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1、地理信息系统及应用研究空间数据结构的目的是为了将从现实世界中抽象出来的地理对象的空间特征以数字化的形式反映到计算机系统中去。空间数据结构就是如何组织空间数据的方法。常用的空间数据的结构有两类：矢量数据结构和栅格数据结构。第二章第二章 空间数据的表达空间数据的表达什么是空间数据结构？什么是空间数据结构？地理信息系统及应用第三节：矢量数据结构及其编码一、矢量数据结构编码的基本内容第二章第二章 空间数据的表达空间数据的表达点实体点实体唯一标识码唯一标识码(x, y)坐标坐标相关属性相关属性线实体线实体唯一标识码唯一标识码起始点、终止点、起始点、终止点、坐标对序列坐标对序列相关属性相关属性地理信息系统

2、及应用二、矢量数据的组织 关系表关系表几何位置坐标文件几何位置坐标文件连连接接矢量数据表示时矢量数据表示时应考虑以下问题应考虑以下问题： 矢量数据自身的组织矢量数据自身的组织 矢量数据之间的空间关系矢量数据之间的空间关系(拓扑关系拓扑关系)表达表达 与属性数据的联系与属性数据的联系唯一标识码唯一标识码第三节：矢量数据结构及其编码点：坐标对（点：坐标对（x,y） 线：坐标对系列线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn) 有关属性、其它属性有关属性、其它属性面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的坐标串地理信息系统及应用三、矢量数据三、矢量数据编码方式编码方式（spaghetti）- 面条模型面条模型

3、:以实体为单位记录其坐标以实体为单位记录其坐标（一）实体式数据结构（一）实体式数据结构多边形坐标串P1x2 y2 x3 y3 x10 y10 x2 y2P2x1 y1 x2 y2 x10 y10 x6 y6 x1 y11234567891011 1213 1415P PP PP P线段坐标串Ax2 y2 x10 y10 .x7 y7 x5 y5B x2 y2 x3 y3 x4 y4 x5 y5第三节：矢量数据结构及其编码点坐标1x1 y12 x2 y2地理信息系统及应用实体式数据结构的特点实体式数据结构的特点数据冗余容易产生匹配错误不能表达多边形嵌套问题不能表达实体间的拓扑关系地理信息系统及应

4、用（二）索引式（二）索引式对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与线、线与多边形的对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与线、线与多边形的索引文件。索引文件。1234567891011 1213 1415P PP PP P1、点文件：、点文件：点号点号坐标坐标1x1,y12X2,y2.,面号面号弧段号弧段号P1A, B, CP2A, D3、面文件：、面文件：2、弧段文件、弧段文件:弧段号弧段号起点起点终点终点节点号节点号A257,8,9,10B253,4三、矢量数据三、矢量数据编码方式编码方式地理信息系统及应用（三）链状（三）链状双重独立地图编码双重独立地图编码( (DIME)是一种拓扑编码方

5、法是一种拓扑编码方法 1、点坐标文件、点坐标文件：点号点号坐标坐标1x1,y12x2,y22 2、弧段文件：弧、弧段文件：弧面面结点关系结点关系 弧段号弧段号 左多边形左多边形 右多边形右多边形 起点起点终点终点AP1P2251234567891011 1213 1415P PP PP P3、面文件、面文件面号面号弧段号弧段号 面内任意面内任意点坐标点坐标P1A,B,-C x , yDIME: Dual Independent Map Encoding 三、矢量数据三、矢量数据编码方式编码方式相关的线段相关的线段 D A, B, D地理信息系统及应用结点编号结点编号坐标坐标相关的线段相关的线段

6、 N1N2.N6x1 y1x2 y2.x6 y6 C1 C4 C3C1 C2 C5.C7 C8 C10弧段弧段编号编号起结点起结点终结点终结点左多左多边形边形右多右多边形边形C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10N1N3N1N1N2N4N5N4N7N3N2N2N3N4N5N5N6N6N7N6P2P1P1 P2P3P3P4P4P1P4P2P4P2P4P3P51、点坐标文件、点坐标文件：2 2、弧段文件、弧段文件地理信息系统及应用拓扑编码具有拓扑编辑功能拓扑编码具有拓扑编辑功能! !拓扑编辑功能拓扑编辑功能多边形连接编辑 目的：检验组成多边形的弧段能否形成封闭多边形 方法：检查各弧段是否首尾相

7、连 作用：用于判断多条弧段是否可以构成封闭多边形结点连接编辑 目的：检验被多边形环绕的结点是否为多边形公用边的交点 方法：检查以该结点为共同顶点的各多边形是否两两相邻地理信息系统及应用检出需编辑多边形 P1相关的弧段检查各弧段相关的多边形 P1所处的位置是否是右多边形？若否，交换起终点，重新确定多边形位置顺序连接各弧段的起终点，若连接的结点能自行封闭，表明弧段文件正确。弧段弧段编号编号起结点起结点终结点终结点左多左多边形边形右多右多边形边形C1C2C3N1N3N1N2N2N3P2P1P1 P1P4弧段弧段编号编号起结点起结点终结点终结点左多左多边形边形右多右多边形边形C1C2C3N1N2N3N

8、2N3N1P2P4P1P1P1弧段弧段编号编号起结点起结点终结点终结点左多左多边形边形右多右多边形边形C1C2C3N1N2N3N2N3N1P2P4P1P1P1多边形连接编辑多边形连接编辑地理信息系统及应用第二节第二节 栅格数据结构栅格数据结构及其编码及其编码 第二章第二章 空间数据的表达空间数据的表达 栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域将地理区域划分划分为网格阵列。为网格阵列。 实体的位置由行、列号定义实体的位置由行、列号定义 不同的实体由栅格单元的不同属性值表示不同的实体由栅格单元的不同属性值表示一、网格图形表示一、网格图形表示2212

9、2332333233323332点点：由：由单个栅格单个栅格表达。表达。线线：由具有相同属性取值的：由具有相同属性取值的一组相邻栅格一组相邻栅格表达。表达。面面：由具有相同属性取值的：由具有相同属性取值的一片栅格一片栅格表达。表达。 333地理信息系统及应用二、二、栅格数据栅格数据层的概念层的概念针对针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。组织方法组织方法第二节第二节 栅格数据结构栅格数据结构及其编码及其编码 第二章第二章 空间数据的表达空间数据的表达地理信息系统及应用数据文件数据文件像元像元1像元像元n像元像元2.x坐标坐标y坐标坐标层层1属性值

10、属性值层层2属性值属性值层层n属性属性值值数据文件数据文件层层1层层n层层2.x坐标坐标y坐标坐标属性值属性值像元像元1像元像元3像元像元2三、三、栅格数据栅格数据结构的编码内容和组织方法结构的编码内容和组织方法第二节第二节 栅格数据结构栅格数据结构及其编码及其编码 第二章第二章 空间数据的表达空间数据的表达地理信息系统及应用1 1、 栅格坐标系的确定栅格坐标系的确定 在实际处理栅格数据时，通常采用栅格行、列的矩阵坐标，在实际处理栅格数据时，通常采用栅格行、列的矩阵坐标，其原点在栅格图的左上角，横向为行、纵向为列。其原点在栅格图的左上角，横向为行、纵向为列。221223323332333233

11、32( I , J ) ( 4 , 3 )四、四、栅格栅格属性属性数据数据的取值方法的取值方法第二节第二节 栅格数据结构栅格数据结构及其编码及其编码 第二章第二章 空间数据的表达空间数据的表达IJ地理信息系统及应用2 2、栅格单元尺寸的确定栅格单元尺寸的确定1）原则）原则：应能：应能有效地逼近空间对象的分有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平

12、方指数增加）计算机成本就分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。越高，处理速度越慢。2）方法）方法：用保证最小多边形的精度标准：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：来确定尺寸经验公式： H 为栅格单元边长为栅格单元边长 AiAi为区域所有多边形的面积。为区域所有多边形的面积。21)(min21iAH 1 110011001H地理信息系统及应用 3.栅格单元代码（属性值）的确定 当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。定方法来确定栅格属性值。1、中心点法、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格：取位于栅格中

13、心的属性值为该栅格的属性值。的属性值。 2、面积占优法、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。常用于分类较细，地理类别图斑较小时。3、重要性法重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。较小的要素，特别是点、线地理要素。 4、长度占优法长度占优法每个栅格单元的值由该栅格中每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。线段最长的实体的属性来确定。ab baa a b bba

14、b地理信息系统及应用五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成） 1、直接栅格编码、直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；）每行都从左到右记录；2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理数据处理。栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象

15、元的值往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。8，80,0,0,0,1,0,0,00,5,0,0,1,0,0,0.实例：实例：直接栅格编码.grd0000100005001000000110000001003000110330001033300100330010000300直接栅格编码数据文件地理信息系统及应用2、游程长度压缩编码（变长编码）、游程长度压缩编码（变长编码）：将原图表示的数据矩阵变为将原图表示的数据矩阵变为数据对数据对： ( 属性码，长度属性码，长度 ) 长度：连续相同码值的栅格个数。长度：连续相同码值的栅格个数。00001

16、00005001000000110000001003000110330001033300100330010000300游程序号二元组序列1（0，4）2（1，1）3（0，4）4（5，1）5（0，2）6（1，1）.游程长度编码数据文件五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）地理信息系统及应用3、链式编码、链式编码、Freeman 链码、边界链码链码、边界链码1）首先定义一个）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这种可能，并将这8种可能种可能07进行编码。进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链得到矢量链.将栅格数据（线状地物面域边界）表示为将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链矢量链的记录的记录链式编码表链式编码表aaaaaaab属性码起点行起点列链码链码a14556656b37576654323五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）地理信息系统及应用4. 4. 四叉树编码四叉树编码1) 基本