第三章空间数据的组织与结构一.ppt

空间数据的组织与结构 地理科学学院 张玉红 数据结构 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。 描述地理实体的数据本身的组织方法，称为内部数据结构。 内部数据结构基本上可分为两大类： 即矢量结构和栅格结构。 矢量数据结构 栅格数据结构 两种数据结构的比较与选择 栅格数据结构 栅格数据结构的定义 栅格数据结构的特点 栅格数据结构的获取 栅格数据结构的组织 栅格数据结构的压缩 一、定义 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(raster或grid cell)或象元结构(pixel)，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。 二、特点 栅格结构的显著特点是： 属性明显， 定位隐含。 三、获取途径 栅格结构数据主要可由四个途径得到，即 ①目读法：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； ②数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢量结构数据后，再转换为栅格结构； ③扫描数字化：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； ④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，作为栅格数据结构的专题地图。 四、组织方法 1.直接栅格编码（栅格矩阵结构） 2.确定栅格代码 ④百分比法：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的代码参与。 链式编码 游程编码 块状编码 四叉树编码 链式编码又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码。 链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。 链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以0-7的整数代表。 四叉树编码(quad-tree code) 四叉树结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分,逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子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，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。 练习: 块状编码 块码是游程长度编码扩展到二维的情况，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，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。 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。然而对某些运算不适应，必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。 综合练习: 有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接 栅格编码表示为： 1，2，2，2；0，1，2，2；1，3，2，2；0，1，2，2。分析并回答下列问题。 ①表示面状地物的代码是几？ ②假设方向代码分别表示为：东=0，东北=1，北=2，西北=3，西=4，西南=5，南=6，东南=7。写出线状地物的链式编码。 ③按列方向写出一种游程编码方案。 ④块状编码中最大正方形的半径是多少？ ⑤按四叉树分解最多能分解几次？最大层数为多少？ 矢量数据结构 基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量数据结构是利用殴几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。 一、矢量数据结构编码的基本内容 1、点实体 点实体包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体。 在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。 2、线实体 线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x，y坐标定义。最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。 四叉树编码法有许多有趣的优点： 1）容易而有效地计算多边形的数量特征； 2）阵列各部分的分辩率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辩率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辩率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量； 3）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； 4）多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。 9 9 9 9 0 0 0 0 9 9 0 9 0