第三讲空间数据的结构与组织导论.ppt

第3讲 GIS的空间数据结构与组织 中山大学地理科学与规划学院 刘小平 2009-3-5 内容 3.1 空间数据的拓扑关系 3.2 空间数据结构 3.3 栅格结构 3.4 矢量结构 3.5 数据变换 3.6 空间数据的分层组织 拓扑型数据结构Topological Data Structure 通过拓扑关系，识别地图中的空间数据关系。 不仅记录空间位置和几何特性，还记录空间关系 3.1 空间数据结构 数据结构概念： 数据结构即指数据组织的形式，是适于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。 对空间数据而言，数据结构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、拓扑关系和属性三个方面的内容。 GIS的数据(空间信息) 空间数据（图）：表示要素的空间位置、几何特征 属性数据（文）：表示要素的非几何特性，包括文字属性、表格、其他非几何数据（声音、动画、影像等等） 空间对象（实体）的地图表达 空间对象（实体）的遥感影像表达 空间对象（实体）的GIS数字化表达 GIS的数据结构 栅格数据结构(Raster ): 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，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征 矢量数据结构(Vector):利用欧里几得（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示实体空间分布的一种数据组织方式。 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和形状。 栅格数据-遥感数据 栅格数据-数字高程模型 矢量数据 矢量+栅格 3.2 栅格结构 栅格结构的特征 栅格数据的坐标系及描述参数 栅格数据的获取 栅格数据的基本运算 栅格数据的宏运算 栅格数据的应用 栅格数据的组织与存储 栅格数据的压缩编码 栅格数据模型 栅格数据中的点线面 点：表示为单个像元。 线：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合。 面：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。 栅格数据模型中，如何将属性数据赋予空间数据？ 方法一： 每一个网格单元都赋予一个数值。（简单，但无法有多重属性） 需要表达多重属性就必须建立多个栅格图层 栅格数据模型中，如何将属性数据赋予空间数据？ 方法二： 网格单元与DBMS相连接，一个网格单元就可以有多重属性。 多重属性的局限 栅格数据的获取 遥感方法获取(航天与航空); 图片扫描获取(纸介质的地图等扫描) 矢量数据转换而来 由平面上行距、列距固定的点抽样而来 网格单元的取值方法： 中心归属法 长度占优法 面积占优法 重要性法 缩小单个栅格单元的面积 其他 栅格数据的基本运算 1. 栅格图像的平移(向左一格,再向上一格) 2. 两个栅格图像的算术组合 将两个栅格图像叠加,使它们对应像元的灰度值相加,相减,相乘,相除,开方和,平方和等等. 3.两个栅格图像的布尔逻辑组合 4.其它栅格图像的基本运算(1)栅格灰度值乘上或加上一个常数;(2)栅格灰度值求其正弦,余弦等,方根,对数,指数等;(3)将某些栅格灰度值置成常数等;(4)求一个栅格图像中元素灰度值之和;(5)找出一个栅格图像中元素灰度值最大和最小等;(6)求出两个栅格图像对应灰度值的数量积;(7)将两层栅格图像对应灰度值比较,并把一个较大 的元素记录到结果栅格图像中;(8)进行”二值图像”处理等等. 5. 栅格图像的叠置分析 计算机实现流程图： 栅格数据的组织 栅格数据的存储 Raster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的pixel值组成像元阵列（即二维数组），其中行、列号表示它的位置。例如影像： A A A A????????? A B B B?????? A A B B??????? A A A B在计算机内是一个4*4阶的矩阵。但在外部设备上，通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为：A A A A A B B B A A B B A A A B 当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×n列×3(x,y和属性编码值)个存储单元。数字地面模型就属此种情况。  栅格数据的压缩编码技术 链式编码(Chain Codes) 游程长度编码(Run-Length Codes) 块式编码(Block Codes) 四叉树编码(Quadtree Encoding) 链式编码(ChainCodes) 游程长度编码 游程长度编码是按行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。 对右图的进行游程长度编码 (格A,空B)。 块式编码 块式编码是将游程长度编码扩大