
地理信息系统第三章.ppt
54页2024/7/252024/7/251 1第三章第三章第三章第三章 空间数据结构空间数据结构空间数据结构空间数据结构 2024/7/252024/7/252 2 数据结构即指数据组织的形式,是适合于计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算机存储、管理和处理的数据逻辑结构对空间空间数据数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述抽象描述不说明数据结构的数据是毫无用处的不说明数据结构的数据是毫无用处的,,不仅用户无法理解,计算机程序也不能正确的处不仅用户无法理解,计算机程序也不能正确的处理,对同样一组数据,理,对同样一组数据,按不同的数据结构去处理,按不同的数据结构去处理,得到的可能是截然不同的内容得到的可能是截然不同的内容空间数据结构是空间数据结构是地理信息系统沟通信息的桥梁,只有充分理解地地理信息系统沟通信息的桥梁,只有充分理解地理信息系统所采用的特定数据结构,才能正确有理信息系统所采用的特定数据结构,才能正确有效地使用系统效地使用系统 地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构。
和矢量结构2024/7/252024/7/253 3栅格数据结构栅格数据结构 栅格结构是最简单最直观的空间数据结构,又称为网格结构或象元结构,是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列,每个网格作为一个象元或象素,由行、列号定义,并包含一个代码,表示该象素的属性类型或量值,或仅仅包含指向其属性记录的指针因此,栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织,组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征 2024/7/252024/7/254 4点线面对于栅格数据结构对于栅格数据结构• •点:为一个像元点:为一个像元• •线:在一定方向上线:在一定方向上连接成串的相邻像连接成串的相邻像元集合• •每个栅格单元最多每个栅格单元最多只有两个只有两个相邻单元相邻单元上;上;• •面:聚集在一起的面:聚集在一起的相邻像元集合相邻像元集合每个栅格单元可有每个栅格单元可有多于两个的多于两个的相邻单相邻单元元同属一个区域同属一个区域任何以面状分布的任何以面状分布的对象对象( (土地利用、土土地利用、土壤类型等壤类型等) ),都可以,都可以用栅格数据逼近用栅格数据逼近2024/7/252024/7/255 5(a)三角形(b) 菱形(c) 六边形2024/7/252024/7/256 6栅格结构的显著特点uu属性明显,定位隐含属性明显,定位隐含uu在网格文件中每个代码本身明确地代表了在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性实体的属性或或属属性的编码性的编码,如果为属性的,如果为属性的编码编码,则该编码可作为指向实体,则该编码可作为指向实体属性表的指针。
属性表的指针 uu由于栅格行列阵列容由于栅格行列阵列容易为计算机存储易为计算机存储、操作和显示,因此、操作和显示,因此这种结构容易实现,算法简单,且易于扩充、修改,也很这种结构容易实现,算法简单,且易于扩充、修改,也很直观,特别是易于同遥感影像结合处理,给地理空间数据直观,特别是易于同遥感影像结合处理,给地理空间数据处理带来了极大的方便,特别适合于处理带来了极大的方便,特别适合于FORTRANFORTRAN、、BASICBASIC等高级语言作文件或等高级语言作文件或矩阵矩阵处理处理uu 栅格结构栅格结构表示的地表是不连续的表示的地表是不连续的,是量化和近似离散的数,是量化和近似离散的数据 但是在许多栅格数据处理时,常但是在许多栅格数据处理时,常假设栅格所表示的量假设栅格所表示的量化表面是连续的化表面是连续的,以便使用某些连续函数以便使用某些连续函数 若栅格尺寸较大若栅格尺寸较大……误差误差…… 若栅格中存在多个地物若栅格中存在多个地物, ,却只能给一个属性值却只能给一个属性值……, ,误差误差……2024/7/252024/7/257 7栅格结构数据的获取uu ①①目读法目读法:在专题图上均匀划分网格,逐个网:在专题图上均匀划分网格,逐个网格地决定其代码,最后形成栅格数字地图文件;格地决定其代码,最后形成栅格数字地图文件;uu ②②数字化地图,得到数字化地图,得到矢量矢量结构数据后,再结构数据后,再转换转换为栅格结构为栅格结构;;uu ③③扫描数字化扫描数字化:逐点扫描专题地图,将扫描数:逐点扫描专题地图,将扫描数据重采样和再编码得到栅格数据文件;据重采样和再编码得到栅格数据文件;uu ④④分类影像输入:将经过分类解译的遥感影像分类影像输入:将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统,作为栅格数据结数据直接或重采样后输入系统,作为栅格数据结构的专题地图。
构的专题地图2024/7/252024/7/258 8提高栅格数据精度的方法(1)(1)在决定栅格代码时尽量保持地表的真在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性,保证最大的信息容量实性,保证最大的信息容量①①中心点法中心点法 : :用处于栅格中心处的地物用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码类型或现象特性决定栅格代码. .相应的相应的栅格单元代码应为栅格单元代码应为C C ②②面积占优法面积占优法: :以占矩形区域面积最大以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码相应栅格代码定为的代码相应栅格代码定为B B ③③重要性法重要性法 : :根据栅格内不同地物的重根据栅格内不同地物的重要性,选取最重要的地物类型决定相要性,选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码应的栅格单元代码 ④④百分比法百分比法 : :根据矩形区域内各地理要根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与的代码参与 . .可记面积最大的两类可记面积最大的两类BABA,也可根据,也可根据B B类类和和A A类所占面积百分比数在代码中加类所占面积百分比数在代码中加入数字入数字, ,如如A5B3,A5B3,意思为意思为A A占占50%,B50%,B占占30%.30%.2024/7/252024/7/259 9(2)缩小单个栅格单元的面积,即增加栅格单元的总数,行列数也相应地增加。
这样,每个栅格单元可代表更为精细的地面矩形单元,混合单元减少混合类别和混合的面积都大大减小,可以大大提高量算的精度;接近真实的形态,表现更细小的地物类型但是有许多弊端…2024/7/252024/7/251010abc345abc几何偏差属性偏差误差分析2024/7/252024/7/251111栅格数据的压缩编码方法1、链式编码2、游程长度编码 3、块状编码 4、四叉树编码 5、八叉树2024/7/252024/7/251212链式编码uu链式编码链式编码主要是记主要是记录线状地物和面状录线状地物和面状地物的边界它把地物的边界它把线状地物和面状地线状地物和面状地物的边界表示为:物的边界表示为:由某一起始点开始由某一起始点开始( (起点以起点的行起点以起点的行列号表示列号表示) )uu然后按某些然后按某些基本方基本方向向( (单位矢量的方单位矢量的方向编码表示向编码表示) )确定确定的的单位矢量链单位矢量链 线状地物确定其起始点为像元(1,5),链式编码为:1,5,3,2,2,3,3,2,3 面状地物,设其原起始点定为像元(5,8),则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为:5,8,3,2,4,4,6,6,7,6,0,2,1 2024/7/252024/7/251313链式编码(ChainCodes)2024/7/252024/7/251414链式编码(ChainCodes)确定原点为像元确定原点为像元(10(10,,1)1),则该多边形,则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为:边界按顺时针方向的链式编码为:1010,,l l,,7 7,,0 0,,1 1,,0 0,,7 7,,1 1,,7 7,,0 0,,0 0,,2 2,,3 3,,2 2,,2 2,,1 1,,0 0,,7 7,,0 0,,0 0,,0 0,,0 0,,2 2,,4 4,,3 3,,4 4,,4 4,,3 3,,4 4,,4 4,,5 5,,4 4,,5 5,,4 4,,5 5,,4 4,,5 5,,4 4,,6 6,,6 6。
2024/7/252024/7/251515链式编码特点uu 链式编码对线状和多边形的表示具有很强的数据压缩能力,且具有一定的运算功能,如面积和周长计算等,探测边界急弯和凹进部分等都比较容易,类似矢量数据结构,比较适于存储图形数据缺点是对叠置运算如组合、相交等则很难实施,对局部修改将改变整体结构,效率较低,而且由于链码以每个区域为单位存储边界,相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余2024/7/252024/7/251616游程长度编码 uu游程长度编码的基本思路是:游程长度编码的基本思路是:对于一幅栅格图像,常常有对于一幅栅格图像,常常有行行( (或列或列) )方向上相邻的若干方向上相邻的若干点具有相同的属性代码,因点具有相同的属性代码,因而可采取某种方法压缩那些而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容其编码方重复的记录内容其编码方案是,案是,只在各行只在各行( (或列或列) )数据数据的代码发生变化时的代码发生变化时依次记录依次记录该代码该代码以及以及相同代码重复的相同代码重复的个数个数,从而实现数据的压缩从而实现数据的压缩 可可沿行沿行方向进行如下游程长度编码:方向进行如下游程长度编码:(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4) ,(0,4),(7,4) ,(0,4),(7,4)4),(0,4),(7,4) ,(0,4),(7,4) ,(0,4),(7,4)2024/7/252024/7/251717游程长度编码特点uu游程长度编码压缩比的大小是与图的复杂程度成游程长度编码压缩比的大小是与图的复杂程度成反比的,在变化多的部分,游程数就多,变化少反比的,在变化多的部分,游程数就多,变化少的部分游程数就少,图件越简单,压缩效率就越的部分游程数就少,图件越简单,压缩效率就越高。
高 uu游程长度编码在游程长度编码在栅格加密时,数据量没有明显增栅格加密时,数据量没有明显增加加,压缩效率较高,且,压缩效率较高,且易于检索,叠加合并易于检索,叠加合并等操等操作,运算简单,适用于机器存贮容量小,数据需作,运算简单,适用于机器存贮容量小,数据需大量压缩,而又要避免复杂的编码解码运算增加大量压缩,而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况处理和操作时间的情况 2024/7/252024/7/251818块状编码 uu块码是游程长度编码扩展到二维的块码是游程长度编码扩展到二维的情况,情况,采用方形区域作为记录单元,采用方形区域作为记录单元,每个记录单元包括相邻的若干栅格,每个记录单元包括相邻的若干栅格,数据结构由数据结构由初始位置初始位置( (行、列号行、列号) )和和半径半径,再加上,再加上记录单元的代码记录单元的代码组成组成 具体编码如下:(1,1,2,9),(1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0), (第一行及第二行部分数据)(2,3,1,9),(2,4,1,0), (第二行未被编码部分)(3,1,1,0),(3,2,1,9),(3,3,1,9),(3,4,1,0), (3,5,2,7), (3,7,2,0), (第三行) (4,4,1,0),(4,2,1,0), (4,3,1,0), (4,4,1,0), (第四行未被编码部分)(5,1,4,0), (5,5,4,7) (其余四行)2024/7/252024/7/251919块状编码特点uu一个多边形所包含的正方形越大,多边形的边界越简单,块状编码的效率就越好。
块状编码对大而简单的多边形更为有效,而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性2024/7/252024/7/2520202024/7/252024/7/252121四叉树编码(Quadtree Encoding) 四叉树编码又称为四分树、四元四叉树编码又称为四分树、四元四叉树编码又称为四分树、四元四叉树编码又称为四分树、四元树编码基本思想是基本思想是基本思想是将一幅栅格将一幅栅格将一幅栅格地图或图像等分为四部分地图或图像等分为四部分地图或图像等分为四部分逐块检查其格网属性值如果某个子检查其格网属性值如果某个子检查其格网属性值如果某个子区的所有格网值都具有相同的值区的所有格网值都具有相同的值区的所有格网值都具有相同的值则这个子区就不再继续分割,否则这个子区就不再继续分割,否则这个子区就不再继续分割,否则继续分割,直到每个子块都只则继续分割,直到每个子块都只则继续分割,直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止含有相同的属性值或灰度为止含有相同的属性值或灰度为止另一种是采用从下而上的方法建另一种是采用从下而上的方法建另一种是采用从下而上的方法建另一种是采用从下而上的方法建立。
对栅格数据按如下的顺序进立对栅格数据按如下的顺序进立对栅格数据按如下的顺序进立对栅格数据按如下的顺序进行检测如果每相邻四个网格值行检测如果每相邻四个网格值行检测如果每相邻四个网格值行检测如果每相邻四个网格值相同则进行合并,逐次往上递归相同则进行合并,逐次往上递归相同则进行合并,逐次往上递归相同则进行合并,逐次往上递归合并,直到符合四叉树的原则为合并,直到符合四叉树的原则为合并,直到符合四叉树的原则为合并,直到符合四叉树的原则为止这种方法重复计算较少,运止这种方法重复计算较少,运止这种方法重复计算较少,运止这种方法重复计算较少,运算速度较快算速度较快算速度较快算速度较快2024/7/252024/7/2522222024/7/252024/7/252323u为了保证四叉树能不断的分解下去,要求图象必须为为了保证四叉树能不断的分解下去,要求图象必须为2n*2n的栅格阵列,的栅格阵列,n为极限分割次数,为极限分割次数,n+1是四叉树的最大高度是四叉树的最大高度或最大层数对于非标准尺寸的图象需首先通过增加背景或最大层数对于非标准尺寸的图象需首先通过增加背景的方法将图象扩充为的方法将图象扩充为2n*2n的图象,也就是说的图象,也就是说在程序设计时,在程序设计时,对不足的部分以对不足的部分以0补足补足 uu四叉树编码法有许多有趣的四叉树编码法有许多有趣的优点优点::①①容易而有效地计算多容易而有效地计算多边形的数量特征;边形的数量特征;②②阵列各部分的分辨率是可变的,边界阵列各部分的分辨率是可变的,边界复杂部分四叉树较高即分级多,分辨率也高,而不需表示复杂部分四叉树较高即分级多,分辨率也高,而不需表示许多细节的部分则分级少,分辨率低,因而既可精确表示许多细节的部分则分级少,分辨率低,因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量;图形结构又可减少存贮量;②②栅格到四叉树及四叉树到简栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容易;单栅格结构的转换比其它压缩方法容易;④④多边形中嵌套多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。
异类小多边形的表示较方便uu四叉树编码的四叉树编码的最大缺点最大缺点是转换的不定性,用同一形状和大是转换的不定性,用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构,故不利于形小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构,故不利于形状分析和模式识别状分析和模式识别2024/7/252024/7/252424八叉树编码八叉树结构就是将空间八叉树结构就是将空间区域不断地分解为八区域不断地分解为八个同样大小的子区域个同样大小的子区域( (即将即将一个六面的立方一个六面的立方体再分解为八个相同体再分解为八个相同大小的小立方体大小的小立方体) ),同,同——区域的属性相同区域的属性相同八叉树主要用来解决八叉树主要用来解决地理信息系统中的三地理信息系统中的三维问题 2024/7/252024/7/252525栅格数据组织栅格数据组织2024/7/252024/7/252626栅格数据组织栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值…层n属性值…像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2…X,Y,属性值像元2X,Y,属性值……像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1 多边形1层2…属性值像元1坐标…多边形N像元n坐标层n2024/7/252024/7/2527272024/7/252024/7/252828栅格数据结构特点栅格数据结构特点l ll离散的量化栅格值表示空间对象离散的量化栅格值表示空间对象l ll位置隐含位置隐含, ,属性明显属性明显l ll数据结构简单数据结构简单, ,易与遥感数据结合易与遥感数据结合, ,但但数据量大数据量大l ll几何和属性偏差几何和属性偏差l ll面向位置的数据结构面向位置的数据结构, ,难以建立空间难以建立空间对象之间的关系对象之间的关系2024/7/252024/7/252929矢量数据结构矢量数据结构uu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uu 除数学上的精确坐标假设外,矢量数据存储是以隐式关系隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据2024/7/252024/7/253030矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构编码的基本内容 矢量数据结构矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关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系来表达空间对象的位置q点:空间的一个坐标点;点:空间的一个坐标点;q线:多个点组成的弧段;线:多个点组成的弧段;q面:多个弧段组成的封闭多边形;面:多个弧段组成的封闭多边形;多边形矢量编码多边形矢量编码,不但要表示,不但要表示位置和属性位置和属性,,更重要的是能表达区域的更重要的是能表达区域的拓扑特征拓扑特征,如形,如形状、邻域和层次结构等,以便使这些基本状、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的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作示和操作 2024/7/252024/7/253131面实体 多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多,也更为重要。
多,也更为重要 在讨论多边形数据结构编码的时候,首先对多边形网提在讨论多边形数据结构编码的时候,首先对多边形网提出如下的要求:出如下的要求: (1)(1)组成地图的每个多边形应有组成地图的每个多边形应有唯一的形状、周长和面积唯一的形状、周长和面积它们它们不象栅格结构不象栅格结构那样具有简单而标准的那样具有简单而标准的基本单元基本单元 (2)(2)地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻地理分析要求的数据结构应能够记录每个多边形的邻域关系域关系 (3)(3)专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形专题地图上的多边形并不都是同一等级的多边形,而,而可能是多边形内嵌套小的多边形可能是多边形内嵌套小的多边形( (次一级次一级) )例如,湖泊例如,湖泊的水涯线在土地利用图上可算是个岛状多边形,而湖中的水涯线在土地利用图上可算是个岛状多边形,而湖中的岛屿为的岛屿为“ “岛中之岛岛中之岛” ”这种所谓这种所谓“ “岛岛” ”或或“ “洞洞” ”的结的结构是多边形关系中较难处理的问题构是多边形关系中较难处理的问题 面实体常用编码形式有:面实体常用编码形式有:实体式,索引式,双重独实体式,索引式,双重独立式,链状双重独立式等立式,链状双重独立式等。
2024/7/252024/7/253232 简单的矢量数据结构简单的矢量数据结构—面条结构(实体式)面条结构(实体式)多边形多边形 数据项数据项AA(x(x11,y,y11),(x),(x22,y,y22),(x),(x33,y,y33),(x),(x44,y,y44),(x),(x55,y,y55),(x),(x66,y,y66),(x),(x77,y,y77),(x),(x88,y,y88),(x),(x99,y,y99),(x),(x11,y,y11))BB(x(x11,y,y11), (x), (x99,y,y99), (x), (x88,y,y88), (x), (x1717,y,y1717), ), (x(x1616,y,y1616), (x), (x1515,y,y1515),(x),(x1414,y,y1414) ,(x) ,(x1313,y,y1313), ), (x(x1212,y,y1212), (x), (x1111,y,y1111),(x),(x1010,y,y1010),(x),(x11,y,y11))CC(x(x2424,y,y2424),(x),(x2525,y,y2525),(x),(x2626,y,y2626),(x),(x2727,y,y2727),(x),(x2828,y,y2828),(x),(x2929,y,y2929),(x),(x3030,y,y3030) ,(x) ,(x3131,y,y3131), ), (x(x2424,y,y2424))DD(x(x1919,y,y1919),(x),(x2020,y,y2020),(x),(x2121,y,y2121),(x),(x2222,y,y2222),(x),(x2323,y,y2323),(x),(x1515,y,y1515),(x),(x1616,y,y1616) ,(x) ,(x1919,y,y1919))EE(x(x55,y,y55),(x),(x1818,y,y1818),(x),(x1919,y,y1919),(x),(x1616,y,y1616),),(x(x1717,y,y1717),(x),(x88,y,y88),(x),(x77,y,y77) ,(x) ,(x66,y,y66), (x), (x55,y,y55)) 实体式数据结构是指构成多边形边界的各个线段,以多边形为单元进行组织。
按照这种数据结构,边界坐标数据和多边形单元实体一一对应,各个多边形边界都单独编码和数 字化 2024/7/252024/7/253333简单的矢量数据结构简单的矢量数据结构—面条结构(实体式)面条结构(实体式)00特征特征l l只记录空间对象的位置坐标和属性信息,只记录空间对象的位置坐标和属性信息,不记录拓扑关系不记录拓扑关系,,主要用于显示、输出及一般查询主要用于显示、输出及一般查询l l公共边重复存储公共边重复存储,存在数据冗余,难以保证数据独立性和一,存在数据冗余,难以保证数据独立性和一致性致性l l多边形分解和合并不易进行,邻域处理较复杂;多边形分解和合并不易进行,邻域处理较复杂;l l处理嵌套多边形比较麻烦处理嵌套多边形比较麻烦00适用范围:适用范围:制图及一般查询,制图及一般查询,不适合复杂的空间分析不适合复杂的空间分析2024/7/252024/7/253434索索引引式式 线与多边形之间的树状索引线与多边形之间的树状索引 点与多边形之间的树状索引点与多边形之间的树状索引 对所有边界点进行数字化,对所有边界点进行数字化,将坐标对以顺序方式存储将坐标对以顺序方式存储,,由由点索引点索引与边界线号相联系,与边界线号相联系,以以线索引线索引与各多边形相联系,与各多边形相联系,形成树状索引结构。
形成树状索引结构2024/7/252024/7/2535352024/7/252024/7/253636索引式uu树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题,在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表,邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到,但是比较繁琐,因而给邻域函数运算、消除无用边、处理岛状信息以及检查拓扑关系等带来一定的困难,而且两个编码表都要以人工方式建立,工作量大且容易出错2024/7/252024/7/253737双重独立式双重独立式双重独立式线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92uu双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线任何一条线段段,用其,用其两端的节点及相邻面域两端的节点及相邻面域来予以定义来予以定义 2024/7/252024/7/253838双重独立式uu双重独立式建立了拓扑关系,利用这种拓朴关系来组织数据,可以有效地进行数据存储正确性检查,同时便于对数据进行更新和检索。
uu在双重独立式中,除了通过线文件生成面文件外,还需要点文件一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示2024/7/252024/7/253939链状双重独立式uu多边形文件主要由多边形文件主要由多边形记录组成,包括多边形号、组成多边形记录组成,包括多边形号、组成多边形的弧段号以及周长、面积、中心点坐标及有关多边形的弧段号以及周长、面积、中心点坐标及有关“ “洞洞” ”的信息等,多边形文件的信息等,多边形文件也可以通过也可以通过软件自动检索各有关软件自动检索各有关弧段生成弧段生成. .uu弧段文件主要由弧段文件主要由弧记录组成,存储弧段的起止结点号和弧弧记录组成,存储弧段的起止结点号和弧段左右多边形号;段左右多边形号;uu弧段坐标文件弧段坐标文件由一系列点的位置坐标组成,由一系列点的位置坐标组成,一般从一般从数字化数字化过程获取,过程获取,数字化的顺序确定了这条链段的方向数字化的顺序确定了这条链段的方向 uu结点文件结点文件由结点记录组成,存储每个结点的结点号、结点由结点记录组成,存储每个结点的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段结点文件坐标及与该结点连接的弧段结点文件一般通过软件自动一般通过软件自动生成生成,因为在数字化的过程中,由于数字化操作的误差,,因为在数字化的过程中,由于数字化操作的误差,各弧段在同一结点处的坐标不可能完全一致,需要进行匹各弧段在同一结点处的坐标不可能完全一致,需要进行匹配处理。
配处理 在链状数据结构中,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数据结构主要包含四个文件:多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件 2024/7/252024/7/254040弧段文件弧段文件弧段号弧段号起始点起始点终结点终结点左多边形左多边形右多边形右多边形aa5511OOAAbb8855EEAAcc161688EEBBdd191955OOEEee15151919OODDff15151616DDBBgg111515OOBBhh8811AABBii16161919DDEEjj31313131BBCC弧段坐标文件弧段坐标文件弧段号弧段号点点 号号aa5,4,3,2,15,4,3,2,1bb8,7,6,58,7,6,5cc16,17,816,17,8dd19,18,519,18,5ee15,23,22,21,20,1915,23,22,21,20,19ff15,16,15,16,gg1,10,11,12,13,14,151,10,11,12,13,14,15hh8,9,18,9,1ii16,1916,19jj31,30,29,28,27,26,25,24,3131,30,29,28,27,26,25,24,31链状双重独立式 多边形文件多边形文件多边形号多边形号弧段号弧段号周长周长 面积面积 中心点坐中心点坐标标AAh,b,ah,b,aBBg,f,c,hg,f,c,h,-j,-jCCjjDDe,i,fe,i,fEEe,i,d,be,i,d,b2024/7/252024/7/254141矢量数据结构的特点矢量数据结构的特点l l定位明显,属性隐含定位明显,属性隐含l l用拓扑关系描述空间对象之间的关系用拓扑关系描述空间对象之间的关系l l面向目标操作,精度高,数据冗余度小面向目标操作,精度高,数据冗余度小l l与遥感等图象数据难以结合与遥感等图象数据难以结合l l输出图形质量高,精度高输出图形质量高,精度高2024/7/252024/7/254242第三节 两种数据结构的比较与转换矢量数据优点优点::••表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高••严密的数据结构,数据量小严密的数据结构,数据量小••完整的描述空间关系完整的描述空间关系••图形输出精确美观图形输出精确美观••图形数据和属性数据的恢复、图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现更新、综合都能实现••面向目标,不仅能表达属性,面向目标,不仅能表达属性,而且能方便的记录每个目标而且能方便的记录每个目标的具体属性信息的具体属性信息缺点:缺点:••数据结构复杂数据结构复杂••矢量叠置较为复杂矢量叠置较为复杂••数学模拟比较困难数学模拟比较困难••技术复杂,特别是软硬件技术复杂,特别是软硬件栅格数据优点优点::••数据结构简单数据结构简单••空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便••各类空间分析易于进行各类空间分析易于进行••数学模拟方便数学模拟方便缺点:缺点:••图形数据量大图形数据量大••用大像元减少数据量时,精用大像元减少数据量时,精度和信息量受损度和信息量受损••地图输出不美观地图输出不美观••难以建立网络连接关系难以建立网络连接关系••投影变换比较费时投影变换比较费时2024/7/252024/7/254343矢量数据与栅格数据坐标区别uu矢量数据的基本坐标是直角坐标X、Y,其坐标原点一般取图的左下角。
栅格数据的基本坐标是行和列(i,j),其坐标原点一般取图的左上角两种数据变换时,令直角坐标X和Y分别与行与列平行由于矢量数据的基本要素是点、线、面,因而只要实现点、线、面的转换,矢量数据向栅格数据的变换问题基本上都可以得到解决 2024/7/252024/7/254444矢量数据向栅格数据转换矢量数据向栅格数据转换uu点的变换点的变换 2024/7/252024/7/254545uu例题例题: :uu如若如若X,YX,Y为为(1,1),Xmin, Ymin(1,1),Xmin, Ymin为为(0,0),Xmax,Ymax(0,0),Xmax,Ymax为为(10,10),(10,10),将其将其栅格化后栅格化后, ,网格形式为网格形式为10x1010x10uu则则i, j?i, j?其中其中X X,,Y Y为矢量点位坐标;为矢量点位坐标;ΔXΔX,,ΔYΔY分别表示网格的二分别表示网格的二个边长个边长;;XminXmin,,XmaxXmax表示全图表示全图X X坐标的最小值和最大坐标的最小值和最大值;值;YminYmin,,YmaxYmax表示全图表示全图Y Y坐标的最小值和最大值;坐标的最小值和最大值;I I,,J J分别表示全图网格的行数和列数分别表示全图网格的行数和列数 2024/7/252024/7/254646uu例题例题: :uu如若如若X,YX,Y为为(1,1),Xmin, Ymin(1,1),Xmin, Ymin为为(0,0),Xmax,Ymax(0,0),Xmax,Ymax为为(10,10),(10,10),将其将其栅格化后栅格化后, ,网格形式为网格形式为10x1010x10uu则则i, j?i, j?首先借助首先借助 求得求得△△X, X, △△Y Y均为均为1, 1,意为意为……再将已知参数代入再将已知参数代入 得得i,ji,j为为(10(10,,2)2)2024/7/252024/7/254747矢量数据向栅格数据转换矢量数据向栅格数据转换uu矢量线段的变换假定一线段,两端点 (X1,Y1),(X2,Y2),要先确定中间那一行的中心坐标Y.先按照点转换计算公式算出两端点的行数i为3和6,那么需要知道直线经过的4,5两行哪个网格与直线相交,因为行数已知主要计算列数。
计算时.先找到4行(I=4)中心的Y值是多少,再可以由ΔY和Ymax求出这一点的J值同样方法可以计算第5行(I=5)的J值2024/7/252024/7/254848矢量数据向栅格数据转换矢量数据向栅格数据转换uu多边形数据的转换多边形数据的转换 虽然可以用特征码的形式来定义任何一条多边形线段的属虽然可以用特征码的形式来定义任何一条多边形线段的属性,但是,这种属性只是线段的属性,而并不是面域的属性,要性,但是,这种属性只是线段的属性,而并不是面域的属性,要完成面域的栅格化,其首要前提是实现以多边形线段反映其周围完成面域的栅格化,其首要前提是实现以多边形线段反映其周围面域的属性待征目前一般采用的是面域的属性待征目前一般采用的是左码记录法左码记录法uu首先,从数字化数据的第一点开始依次记录首先,从数字化数据的第一点开始依次记录每一点左边面域的属每一点左边面域的属性值性值( (面域外为面域外为O O,面域内为,面域内为1)1)每一个多边形数字化点便实现了每一个多边形数字化点便实现了“ “三值化三值化” ”,即坐标值、线段自身属性值及左侧面域属性值。
即坐标值、线段自身属性值及左侧面域属性值 uu 第二步,对多边形的第二步,对多边形的每一条边每一条边,按以上所述的线段栅格化的方法,按以上所述的线段栅格化的方法进行转换进行转换uu 第三步,第三步,节点处理节点处理,使节点的栅格值唯一而准确使节点的栅格值唯一而准确 uu 第四步,第四步,排序排序,从第一行起逐行按列的先后顺序排序,这时,所,从第一行起逐行按列的先后顺序排序,这时,所得到的数据结构完全等同于栅格数据压缩编码的数据结构形式得到的数据结构完全等同于栅格数据压缩编码的数据结构形式 uu 最后展开为最后展开为全栅格数据结构全栅格数据结构,完成由矢量数据系统向栅格数据系,完成由矢量数据系统向栅格数据系统的转换统的转换 2024/7/252024/7/254949矢量数据向栅格数据转换矢量数据向栅格数据转换uu多边形数据的转换多边形数据的转换 矢量数据变成栅格数据的原理与方法并不困难,但由于矢量数据的记录方式各不相同,也会产生一些问题如多边形之间公共边原来只有一条交界线转变成网格后成为有一定宽度的界线产生了一定的近似性特别是几条线交叉处.一个网格元素中包括了相邻的几种类别,转换时只能用其中的一种类别作为交叉点所在元素的类别,这种误差应在允许的范围以内。
而减小网格尺寸,虽提高了精度.但大大提高了数据的冗余量,这是一对明显的矛盾除此转换方法以外,矢量数据向栅格数据转换的方法还有内部点扩散法,复数积分算法,射线算法和扫描线算法2024/7/252024/7/255050栅格数据向矢量数据转换栅格数据向矢量数据转换uu栅格向矢量转换处理的栅格向矢量转换处理的目的目的,是为了将栅格数据,是为了将栅格数据分析的结果,通过矢量绘图装置输出,或者为了分析的结果,通过矢量绘图装置输出,或者为了数据压缩的需要,将大量的面状栅格数据转换为数据压缩的需要,将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界,但是主要目的是由少量数据表示的多边形边界,但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库式的数据库 uu目前扫描仪的分辨率可达目前扫描仪的分辨率可达0 0..0125mm0125mm,因此对一,因此对一般粗度般粗度( (例如例如0.1mm)0.1mm)的线条,其横断面扫描后平均的线条,其横断面扫描后平均也有也有8 8个像元个像元,而矢量化的要求只能允许横断面保,而矢量化的要求只能允许横断面保持一个栅格的宽度持一个栅格的宽度,因此需要进行从栅格向矢量,因此需要进行从栅格向矢量数据的转换数据的转换. .2024/7/252024/7/255151栅格数据向矢量数据转换栅格数据向矢量数据转换uu二值化二值化 : : 线划图形扫描后产生栅格数据,这些数据是按从线划图形扫描后产生栅格数据,这些数据是按从0 0——255255的不同灰度值的不同灰度值 , ,为了将这种为了将这种256256或或128128级不同的灰阶级不同的灰阶压缩到压缩到2 2个灰阶,即个灰阶,即0 0和和1 1两级,首先要在最大与最小灰阶两级,首先要在最大与最小灰阶之间定义一个阈值,设阈值为之间定义一个阈值,设阈值为T T,则如果,则如果G(iG(i,,j) j)大于等于大于等于T T,则记此栅格的值为,则记此栅格的值为1 1,如果,如果G(iG(i,,j) j)小于小于T T,则记此栅格的,则记此栅格的值为值为0 0,得到,得到二值图二值图 2024/7/252024/7/255252栅格数据向矢量数据转换栅格数据向矢量数据转换uu细化(包括剥皮法、骨架法)细化(包括剥皮法、骨架法)细化是细化是消除线划横断面栅格数的差异消除线划横断面栅格数的差异,,使得每一条线只保留使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线代表其轴线或周围轮廓线. . 剥皮法的实质是从曲线的边缘开始,每次剥掉等于一个栅格剥皮法的实质是从曲线的边缘开始,每次剥掉等于一个栅格宽的一层,直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的宽的一层,直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。
因为一条线在不同位置可能有不同的宽度,故在剥图形因为一条线在不同位置可能有不同的宽度,故在剥皮过程中必须注意一个条件,即皮过程中必须注意一个条件,即不允许剥去会导致曲线不不允许剥去会导致曲线不连通的栅格连通的栅格2024/7/252024/7/255353栅格数据向矢量数据转换栅格数据向矢量数据转换uu跟踪跟踪 : :目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据,目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据,整理为从结点出发的线段或闭合的线条,并以矢量形式存整理为从结点出发的线段或闭合的线条,并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标储于特征栅格点中心的坐标 2024/7/252024/7/255454思考与练习uu空间实体可抽象为哪几种基本类型?它们在矢量数据结构和栅格数据结构分别是如何表示的?uu叙述四种栅格数据存储的压缩编码方法uu试写出矢量和栅格数据结构的模式,并列表比较其优缺点uu叙述由矢量数据向栅格数据的转换的方法uu叙述由栅格数据向矢量数据的转换的方法。












