城市GIS_空间数据结构与管理精要.ppt

4、栅格数据的编码方法 A.直接栅格编码 B.行程编码 C.四叉树编码 A.直接栅格编码 表示空间信息的栅格数据实际上是空间数据二维的离散量化值，每一层的像元值组成二维信息数组的像元阵列，行、列表示它的位置。故此，栅格数据可以表示为一个二维矩阵。例如右图的影像：当扫描输入时，一般从左上角开始，逐行逐列进行。 每个像元可能是占一个字节的整型数。如果图像比较大，这种逐点存储的方式，所占的空间是十分巨大的。所以在实际存储时，多采用压缩存储的方式。最简单的是行程编码方式，另外，还有四叉树编码方式，二维行程编码方式等压缩倍数更多的方法。但数据压缩所获得的空间节省与数据处理的时间花费往往是成正比例，即所节省的空间越多，数据压缩与解压所需的时间往往也多，因此所采取的方法要根据实际的情况而定。 B.行程编码 空间实体空间数据一般具有相关性，相邻像元的值往往相同，于是就可采用某种编码方法进行压缩和合并。按行扫描，将相邻等值的像元合并，记录行程长度及它的值，这就叫行程编码。 C.四叉树编码 根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2n，且n1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做根结点，它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。 为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n 为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度 为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便完成各种图形操作，专家们已提出多种编码方式。下面介绍美国马里兰大学地理信息系统中采用的编码方式。该方法记录每个或叶子结点的地址和值，值就是子区的代码，其中地址包括两个部分，共占有32位（二进制），最右边四位记录该叶子结点的深度，即处于四叉树的第几层上，有了深度可以推知子区的大小；地址由从根结点到该叶子结点的路径表示。0，1，2，3分别表示NW、NE、SW、SE，从右边第五位开始2n字节记录这些方向。 容易而有效地计算多边形的数量特征； 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； 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； 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。 Ⅲ 双重独立地图编码 拓扑关系类型 a 拓扑邻接：指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4，N1/N2…等；多边形邻接关系有P1/P3，P2/P3 …等。 b 拓扑关联：拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1、C3、C6，N2/C1、C2、C5 …等。多边形与线段的关联关系有P1/C1、C5、C6，P2/C2、C4、C5、C7等。 c 拓扑包含：拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，P2包含P4。 拓扑概念 ????拓扑学是研究图形在保持连续状态下变形时的那些不变的性质，也称“橡皮板几何学”。在拓扑空间中对距离或方向参数不予考虑。拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系。 双重独立地图编码简称DIME结构（Dual Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。 DIME文件的基本元素：线段、线段始结点和终结点标识符、区域代码（左区号和右区号）。 方法：对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。结点坐标文件包括结点标识符和结点坐标，拓扑结构文件包括结点、线段、多边形间的拓扑关系。 DIME结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系。 ?双重独立地图编码优点 ⑴通过有向编码建立了多边形、边界、节点之间的拓扑关系，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。这种数据结构在自动区域单元时，空间点的坐标是自行闭合。否则数据存储或编码有错，区域不能自行闭合，或者出现多余的线段，达不到数据自动编辑的目的。 ⑵DIME编码成为其它拓扑编码结构的基础。它采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息。