GIS的空间数据结构与组织

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,GIS,的空间数据结构与组织,在矢量模式中，,关,关于点、线和多,边,边形的信息被编,码,码并以,x、y,坐标形式储存。,栅格模式是连续,特,特征的模式，栅,格,格图象包含有网,格,格单元,(,像元灰度值,),，扫描的地图或,图,图像照片等。,空间数据,矢量和栅格模式,数据的组织方法,矢量模式,栅格模式,真实世界,栅格数据概念,(P65),所谓栅格数据是,:,将制图区域的平,面,面表象按一定的,分,分解力作行和列,的,的规则划分,就形成了一个阵,列,列,其中每个栅格也,称,称,”,像元,”,或,”,像素,”.,栅格,数,数据,概,概念,如果,一,一个,图,图像,的,的灰,度,度值,只,只有,两,两种,通常,用,用,”1,”,”,表示,前,前景,元,元素,栅格,数,数据,中,中的,点,点线,面,面,点：表,示,示为,单,单个,像,像元,。,。,线：在,一,一定,方,方向,上,上连,接,接成,串,串的,相,相邻,像,像元,的,的集,合,合。,面：由,聚,聚集,在,在一,起,起的,相,相邻,像,像元,的,的集,合,合。,栅格,数,数据,概,概念,四方,向,向相,邻,邻和,八,八方,向,向相,邻,邻,栅格,数,数据,的,的获,取,取,1.,遥感,方,方法,获,获取,(,航天,与,与航,空,空,);2.,图片,扫,扫描,获,获取,(,纸介,质,质的,地,地图,等,等扫,描,描,);3.,矢量,数,数据,转,转换,而,而来,;4.,由平,面,面上,行,行距,列距,固,固定,的,的点,抽,抽样,而,而来,主,主,要,要包,括,括,:(1),中心,归,归属,法,法,;(2),长度,占,占优,法,法,;(3),面积,占,占优,法,法,.,栅格,数,数据,的,的基,本,本运,算,算,1.,栅格,图,图像,的,的平,移,移,(,向左,一,一格,再向,上,上一,格,格,),栅格,数,数据,的,的基,本,本运,算,算,2.,两个,栅,栅格,图,图像,的,的算,数,数组,合,合,将两,个,个栅,格,格图,像,像叠,加,加,使它,们,们对,应,应像,元,元的,灰,灰度,值,值相,加,加,相减,相乘,相除,开方,和,和,平方和等等,.,栅格数据的,基,基本运算,3.,两个栅格图,像,像的布尔逻,辑,辑组合,栅格数据的,基,基本运算,4.,其它栅格图,像,像的基本运,算,算,(1),栅格灰度值,乘,乘上或加上,一,一个常数,;(2),栅格灰度值,求,求其正弦,余弦等,方根,对数,指数等,;(3),将某些栅格,灰,灰度值置成,常,常数等,;(4),求一个栅格,图,图像中元素,灰,灰度值之和,;(5),找出一个栅,格,格图像中元,素,素灰度值最,大,大和最小等,;(6),求出两个栅,格,格图像对应,灰,灰度值的数,量,量积,;(7),将两层栅格,图,图像对应灰,度,度值比较,并把一个较,大,大,的,的元素记,录,录到结果栅,格,格图像中,;(8),进行,”,二值图像,”,处理等等,.,栅格数据的,宏,宏运算,1.,扩张,栅格数据的,宏,宏运算,计算机的具,体,体实现方法,:(1),开辟一个数,组,组,IA,存放原始图,像,像；（,2,）为存放中,间,间结果及最,后,后结果，另,开,开辟一个数,组,组,IB,；（,3,）将,IA,中的原图拷,贝,贝到,IB,中；（,4,）对,IA,中的每一个,灰,灰度值为“,1”,的像元，在,IB,中相应位置,右,右侧一列及,二,二列处分别,置,置“,1”,。,栅格数据的,宏,宏运算,2.,侵蚀,栅格数据的,宏,宏运算,3.,加粗,栅格数据的,宏,宏运算,4.,减细减细,的,的原理和过,程,程与加粗几,乎,乎一样，因,为,为加粗“,0”,像元就是减,细,细“,1”,像元。但一,定,定要注意：,在,在减细的批,处,处理中，若,不,不附加一些,必,必要的限制,条,条件，就可,能,能导致线划,的,的断裂或要,素,素的消失等,。,。,栅格数据的,宏,宏运算,5.,填充,(,带有边界条,件,件的逐步加,粗,粗法,),栅格数据运,算,算的具体应,用,用,（,1,）两要素之,间,间有粘连现,象,象,栅格数据运,算,算的具体应,用,用,（,2,）三线公路,的,的绘制（两,次,次加粗，异,或,或运算，或,运,运算）,栅格数据运,算,算的具体应,用,用,（,3,）各种面积,量,量算,栅格数据运,算,算的具体应,用,用,（,4,）指定范围,内,内填充规定,的,的图案,栅格数据运,算,算的具体应,用,用,（,5,）栅格图像,的,的叠置分析,栅格数据运,算,算的具体应,用,用,计算机实现,流,流程图：,栅格数据（1）,栅格数据（2）,栅格数,据,据（3,）,）,上海东,方,方明珠,电,电视塔,故宫,栅格数,据,据（4,）,）,栅格数,据,据（5,）,）,矢量数,据,据概念,矢量数,据,据（1,）,）,矢量数,据,据（2,）,）,矢量数,据,据（3,）,）,矢量+,栅,栅格（1）,矢量+,栅,栅格（2）,栅格结,构,构特征,图,像,像,空间被,划,划分为,规,规则的,栅,栅格。,地理实,体,体的位,置,置用它,们,们占据,的,的行列,号,号(,I,J),表示,每,每一格,称,称为一,个,个像元,，,，像元,是,是用灰,度,度值来,表,表示的,（,（025,5,）。,每个栅,格,格与它,表,表达的,真,真实世,界,界的空,间,间实体,没,没有直,接,接的联,系,系。,例如：,道,道路作,为,为单一,的,的栅格,式,式不存,在,在的，,栅,栅格的,值,值才表,达,达了路,是,是一个,实,实体。,道,道路是,被,被具有,道,道路属,性,性值的,一,一组栅,格,格表达,的,的。,矢量结,构,构特征,图,形,形,用点线,面,面表示,现,现实世,界,界的物,体,体，每,一,一个实,体,体的位,置,置用它,们,们在坐,标,标参考,系,系统中,的,的空间,位,位置定,义,义；用,属,属性表,示,示物体,的,的数量,和,和质量,特,特征。,例如，,用,用一条,线,线表达,一,一条道,路,路；一,个,个多边,形,形表示,一,一个湖,泊,泊。,矢量模,式,式与栅,格,格模式,比,比较,栅格模式,矢量模式,优点：,1、数据结构简单,2、叠加操作更易实现、更有效,3、能有效表达空间可变性,4、便于做图像的有效增强,优点：,1、数据结构更严密。,2、提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作。,3、图形输出美观。,缺点：,1、数据量大，需要压缩。,2、难以表达拓扑关系。,3、图形输出不美观，有锯齿。,缺点：,1、数据结构复杂。,2、叠加操作不方便。,3、表达空间变化性能力差。,4、不能做增强处理。,栅格数,据,据的组,织,织,数据文件,像元1,I,坐标,J,坐标,层1属性值,层2属性值,层,N,属性值,像元2,像元,N,数据文件,层,1,像元1,I,坐标,J,坐标,属性值,层2,层,N,像元2,数据文件,层,1,多边形1,属性值,像元1坐标,像元,N,坐标,层2,层,N,多边形,N,节省空,间,间,形式简,单,单,方便制,图,图,栅格数,据,据的压,缩,缩技术(,p67),长度(,变,变长),编,编码法,（,（Length Codes),改变扫,描,描顺序,法,法（Exchange Orders),链式编,码,码(Chain Codes),游程长,度,度编码(Run-LengthCodes),块式编,码,码(Block Codes),四叉树,编,编码(QuadtreeEncoding),变长编,码,码,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,A,A,A,B,B,B,B,B,B,B,D,D,D,D,B,B,B,B,B,B,D,D,D,D,D,B,B,B,B,B,D,D,D,D,D,C,C,C,C,C,D,D,D,D,D,C,C,C,C,C,D,D,D,D,D,C,C,C,C,C,D,D,D,D,D,C,C,C,C,C,D,D,D,D,D,C,C,C,C,C,D,D,D,D,D,C,C,C,C,C,全栅格,编,编码,A,10,0,A,10,1,A,4,2,B,6,2,A,3,3,B,7,3,D,4,4,D,5,5,B,5,5,B,6,4,D,5,6,C,5,6,D,5,7,C,5,7,D,5,8,C,5,9,D,5,9,C,5,9,变长编,码,码,四叉树,编,编码,222,0,11,13,32110,0,1,2,3,10,11,12,13,110,111,112,113,四叉树,分,分解过,程,程,0,1,2,3,20,21,22,23,210,211,212,213,根,容易而,有,有效地,计,计算多,边,边形的,数,数量特,征,征；,阵列各,部,部分的,分,分辨率,是,是可变,的,的，边,界,界复杂,部,部分,四,四叉树,分,分级多,，,，分辨,率,率也高,，,，而不,需,需要表,示,示的,细,细节,部,部分则,分,分级少,，,，分辨,率,率低。,因,因而既,可,可精确,表,表示,图,图形结,构,构，又,可,可减少,存,存储量,。,。,直接栅,格,格编码,到,到四叉,树,树编码,及,及四叉,树,树到简,单,单栅格,编,编码,的,的转换,比,比块式,编,编码等,其,其它压,缩,缩方法,容,容易。,多边形,中,中嵌套,不,不同类,型,型小多,边,边形的,表,表示较,方,方便。,四叉树,编,编码的,优,优点,四叉树,编,编码的,最,最大缺,点,点是转,换,换的不,确,确定性,，,，用同,一,一形状,和,和大小,的,的多边,形,形可能,得,得出多,种,种不同,的,的四叉,树,树结构,，,，故不,利,利于形,状,状分析,和,和模式,识,识别。,但,但因它,允,允许多,边,边形中,嵌,嵌套多,边,边形即,所,所谓“,空,空洞”,这,这种结,构,构存在,，,，故越,来,来越多,的,的,GIS,工作者,都,都对四,叉,叉树结,构,构很感,兴,兴趣。,四叉树,编,编码的,缺,缺点,矢量数,据,据的组,织,织,无拓扑,关,关系矢,量,量结构,点实体,线实体,面实体,标示符,X、y,坐标,属性值,标示符,X、y,坐标对,属性值,标示符,边线标示符,属性值,点实体,点实体,唯一标示符,类型,简单点,文字说明,结点,序列号,X、y,坐标,有关的属性,其它有关的属性,如果是简单点,符号,比例尺,方向,如果是文字说明,如果是结点,字符大小,方向,字体,排列,符号,指针,与线相交的角度,矢量数,据,据拓扑,结,结构,矢量数,据,据拓扑,结,结构，,即,即基本,要,要素点,线,线面和,实,实体之,间,间具有,邻,邻接、,关,关联和,包,包含的,拓,拓扑关,系,系,与,长,长度面,积,积无关,。,。,什么叫,拓,拓扑？,Topology,一词来,自,自希腊,文,文，它,的,的原意,是,是“形,状,状的研,究,究”。,拓,拓扑学,是,是几何,学,学的一,个,个分支,，,，它研,究,究在拓,扑,扑变换,下,下能保,持,持不变,的,的几何,属,属性,拓扑,属,属性。,“点的内置”,是,是拓扑属性；,面积则不是拓,扑,扑属性；,欧几里德平面,上,上实体对象所,具,具有的拓扑和,非,非拓扑属性,拓扑属性,一个点在一个弧段的端点,一个弧段是一个简单弧段（自身不相交）,一个点在一个区域的边界上（内部、外部）,一个面是简单面（面上没有“岛”）,一个面的连接性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）,非拓扑属性,两点之间的距离,弧段的长度,一个区域的周长,一个区域的面积,基本拓扑要素,概,概念,(P57),：,线段（,ARC，,弧段,），在线段的,中,中间与其他任,何,何线段不存在,任,任何相关关系,，,，在线段的段,点,点才与其他的,线,线段有关系。,线,线段是有向线,段,段，它的方向,有,有首尾端点确,定,定。,结点(,NODE)，,即线段的两端,点,点，可以分为,首,首结点和尾结,点,点。,多边形(,POLYGON),由数条线段有,序,序的首尾连接,而,而成。,层（,LAYER）,具有相同属性,的,的拓扑要素的,组,组合。,基本拓扑关系,：,拓扑邻接、拓,扑,扑关联、拓扑,包,包含,拓扑邻接（,P58）,存在于空间图,形,形之间同类要素之间的拓扑关,系,系。,多边形,P,1,和,P,2,P,1,和,P,3,在空间上相邻,接,接；,弧段,L,2,，,L,3,，,和,L,5,在空间上相邻,接,接；,节点,V,1,与,V,9,V,9,与,V,4,等在空间上相,邻,邻接。,1,3,5,4,A,D,C,b,c,B,d,a,弧,左多边形,右多边形,a,D,C,b,C,A,c,A,B,d,D,A,拓扑关联,指存在于空间,图,图形中的不同类要素之间的拓扑关,系,系,。,节点,V,9,与弧段,L,3,，,L,5,，,L,6,关联；,多边形,P,1,与弧段,L,1,，,L,2,，,L,3,，,L,6,关联,多边形,弧,p1,L1、L3、L6、L7,p2,L2、L3、L5,p3,L4、L5、L6,p4,L7,拓扑包含,指存在于空间,图,图形中同类但不同级,的,的基本要素之间的拓扑关,系,系,。,多边形,P,1,包含多边形,P,4,矢量数据压缩,技,技术,间隔取点法；,垂距法和偏角,法,法；,道格拉斯,普克（,DouglasPeucker),法；,光栏法。,矢量数据压缩,技,技术,间隔取点法,矢量数据压缩,技,技术,垂距法和偏角,法,法,矢量数据压缩,技,技术,道格拉斯,普克（,DouglasPeucker),法,矢量数据压缩,技,技术,光栏法,矢量数据压缩,技,技术,光栏法编程流,程,程图,矢量数据匹配,顶点匹配与数,字,字接边,矢量数据变换,二维和三维几,何,何图形的变换,；,；,矢量栅格数据,之,之间变换；,数据格式之间,变,变换；,数据结构之间,变,变换；,地图投影之间,变,变换。,矢量数据变换,二维几何图形,的,的变换,矢量数据变换,二维几何图形,的,的变换,矢量数据变换,二维几何图形,的,的变换,矢量数据变换,二维几何图形,的,的变换,矢量数据变换,二维几何图形,的,的变换,矢量数据变换,二维几何图形,的,的变换,栅格与矢量模,式,式的选择与转,换,换,栅格和矢量均,有,有各自的特点,。,。,从点、线、面,实,实体转化为规,则,则单元，这是矢量数据栅格,化,化（,p71)。,从栅格单元转,换,换到几何图形,的,的过程，称为栅格数据矢量,化,化(,p72)。,栅格与矢量数,据,据格式之间的,转,转换,栅格与矢量数,据,据格式之间的,转,转换,栅格与矢量数,据,据格式之间的,转,转换,栅格与矢量数,据,据格式之间的,转,转换,栅格与矢量数,据,据格式之间的,转,转换,栅格与矢量数,据,据格式之间的,转,转换,空间数据的分,层,层组织,层的概念同时,适,适合于栅格数,据,据和矢量数据,。,。,所谓层是指地,理,理特征及其属,性,性在逻辑上的,集,集合。,在栅格数据结,构,构中，每种属,性,性可形成一个,独,独立的层，而,新,新的属性就意,味,味着在数据库,中,中新加一层。,在矢量数据结,构,构中，层是用,来,来区分空间实,体,体的主要类型,，,，目的是为了,制,制图与显示。,因,因独立地物点,与,与多边形标示,符,符不能区分，,因,因而点和多边,形,形不能在同一,层,层。,数据分层的原,则,则,1、特征类型,：,：点线面分别,处,处于不同层。,2、特征的逻,辑,辑分组：相关,的,的地物位于同,一,一层。,3、应使处,理,理更加方便,。,。,数据分层的,方,方法,1、按专题,分,分层,2、按时间,序,序列分层,3、以地面,垂,垂直高度分,层,层,低于地面,第一层,第二层,1870,1900,1910,居民地：,包括单栋房,屋,屋、楼房和,街,街区,分层：居民,地,地,露天体育场,、,、球场：,居民地旁边,的,的文娱活动,场,场地,分层：露天,体,体育场、球,场,场,分层：铁路,等,等相关要素,铁路：,广州市内的,铁,铁路线路,分层：道路,中,中心线,道路中心线,：,：,高速路、城,市,市道路和对,外,外交通道路,的,的中心线,（一般用于,相,相关信息的,查,查询及检索,）,）,苗圃,分层：绿地,及,及绿地注记,绿地：,风景名胜、,城,城市公园、,居,居住区公园,、,、小游园等,绿地注记：,绿地的名称,标,标注,各层叠加后,图,图像,空间数据的,组,组织,1、由专题,和,和分块组成,2、面向对,象,象的组织,(,发展,),