交通地理信息系统(GIS)第三章课件

第三章 空间数据结构,2020/9/17,1,西北大学城市与资源学系,数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。 在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括空间位置、拓朴关系和属性三个方面的内容。,2020/9/17,2,西北大学城市与资源学系,栅格数据结构,栅格数据:栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网络文件的存储结构中，且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网络文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。 栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。 每个栅格单元只能存在一个值。,2020/9/17,3,西北大学城市与资源学系,点,线,面,对于栅格数据结构 点：为一个像元 线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。 面：聚集在一起的相邻像元集合。,2020/9/17,4,西北大学城市与资源学系,栅格数据结构：坐标系与描述参数,Y：列,X：行,西南角格网坐标 （XWS，YWS）,格网分辨率,2020/9/17,5,西北大学城市与资源学系,栅格数据压缩存储的编码方法,起点行列号，单位矢量 R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3,链式编码,游程长度编码,逐行编码 数据结构: 行号, 属性, 重复次数 1, A, 4, R, 1, A, 3,块状编码,正方形区域为记录单元 数据结构: 初始位置, 半径, 属性 (1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),四叉树编码,两种方法,2020/9/17,6,西北大学城市与资源学系,链式编码(ChainCodes),又称为弗里曼链码(Freeman)或边界链码。 基本方向可定义为：东0，东南l，南二2，西南3，西4，西北5，北6，东北7等八个基本方向。 多边形的编码则为多边形的边界顺序链式进行,起点行列号，单位矢量 R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3 A: (1,1),0,0,0,3,2,2,3,3,6,6 6,6,6,6,2020/9/17,7,西北大学城市与资源学系,游程长度编码(RunLengthCodes),游程长度编码是按行帧序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。 问：对左图的进行游程长度编码 。,逐行编码 数据结构: 行号, 属性, 最右端列号 1，A, 4, R, 5, A, 8 2， A, 3, R, 4, A, 8 3， A, 3, R, 4, A, 5，G,7,A,8,2020/9/17,8,西北大学城市与资源学系,栅格数据结构特点,离散的量化栅格值表示空间对象 位置隐含,属性明显 数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大 几何和属性偏差 面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系,2020/9/17,9,西北大学城市与资源学系,矢量数据结构,矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。,2020/9/17,10,西北大学城市与资源学系,矢量数据结构的基本内容,矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。 点：空间的一个坐标点； 线：多个点组成的弧段； 面：多个弧段组成的封闭多边形；,2020/9/17,11,西北大学城市与资源学系,点实体,2020/9/17,12,西北大学城市与资源学系,线实体,面实体,多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作。,2020/9/17,13,西北大学城市与资源学系,矢量数据结构编码方法,标识码,属性码,空间对象编码 唯一 连接空间和属性数据,数据库,独立编码,点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 ),点位字典,点: 点号文件,线: 点号串,面: 点号串,存储方法,2020/9/17,14,西北大学城市与资源学系,实体编码 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析,2020/9/17,15,西北大学城市与资源学系,链状双重独立编码,链状双重独立式数据结构，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。 在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。,2020/9/17,16,西北大学城市与资源学系,弧段文件 弧段号起始点终结点左多边形右多边形 a51OA b85EA c168EB d195OE e1519OD f1516DB g115OB h81AB i1619DE j3131BC 弧段坐标文件 弧段号点 号 a5,4,3,2,1 b8,7,6,5 c16,17,8 d19,18,5 e15,23,22,21,20,19 f15,16, g1,10,11,12,13,14,15 h8,9,1 i16,19 j31,30,29,28,27,26,25,24,31,链状双重独立式,多边形文件 多边形号弧段号周长 面积 中心点坐标 Ah,b,a Bg,f,c,h,-j Cj De,i,f Ee,i,d,b,2020/9/17,17,西北大学城市与资源学系,矢量数据结构的属性数据表达,2020/9/17,18,西北大学城市与资源学系,矢量数据结构的特点,用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含 用拓扑关系描述空间对象之间的关系 面向目标操作，精度高，数据冗余度小 与遥感等图象数据难以结合 输出图形质量号，精度高,2020/9/17,19,西北大学城市与资源学系,第三节 两种数据结构的比较与转换,2020/9/17,20,西北大学城市与资源学系,数据结构选择原则,要素还是位置？ 可获取的数据 定位要素的必要精度 需要什么类型的要素 需要什么类型的拓扑关联 所需空间分析类型 生产地图类型,2020/9/17,21,西北大学城市与资源学系,矢量数据向栅格数据转换,多边形数据的转换 (边界代数算法、内部点扩散法、射线算法）,2020/9/17,22,西北大学城市与资源学系,栅格数据向矢量数据转换,二值化,2020/9/17,23,西北大学城市与资源学系,