GIS数据组织与结构概论

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,第三讲 GIS数据组织与结构,中南大学测绘与国土管理工程系,内容提,纲,纲,栅格数,据,据结构,矢量数,据,据结构,栅格与,矢,矢量数,据,据结构,的,的选择,与,与转换,空间数,据,据分层,组,组织,3.1,地,地理,信,信息系,统,统空间,数,数据,GIS,的,的主要,数,数据为,一,一维、,二,二维或,三,三维的,空,空间型,地,地图数,据,据,包,括,括空间,位,位置、,拓,拓扑关,系,系和属,性,性三个,方,方面的,内,内容。,点（Point）：,又,又称为,元,元素（Element）或,象,象元（Pixel）,，,，是一,个,个数据,点,点，具,有,有一对,（,（x、y）坐,标,标和至,少,少一个,属,属性。,线：（Line）：,是,是具有,相,相同属,性,性的点,的,的轨迹,，,，由一,个,个坐标,对,对序列,表,表示，,坐,坐标对,顺,顺序与,线,线的开,头,头有关,，,，线上,每,每个点,有,有不多,于,于二个,邻,邻点。,面（Area,）,）：是,具,具有相,同,同属性,的,的点的,轨,轨迹，,以,以（x,、,、y）,坐,坐标对,的,的集合,表,表示，,坐,坐标对,的,的排列,顺,顺序不,影,影响面,的,的形态,，,，具内,部,部点可,以,以有多,于,于三个,的,的邻点,，,，面内,点,点具有,至,至少一,个,个相同,属,属性。,区域（Region,）,）：空,间,间上相,邻,邻或重,叠,叠的点,、,、线、,面,面要素,可,可以按,一,一定的,地,地理意,义,义组成,区,区域。,3.1.1,数,数据库,结,结构,关系模,型,型（relationalmodel,）,）满足一,定,定条件,的,的二维,表,表格,层次模,型,型（hierarchicalmodel）以记录,类,类型为,节,节点的,有,有向树,（,（tree）,，,，其主,要,要特征,是,是：,（,（1）,除,除根节,点,点外，,任,任何节,点,点都有,且,且 只,有,有一个,“,“父亲,”,”；（2）“,父,父”节,点,点表示,的,的实体,与,与“子,”,”节点,表,表示的,实,实体是,一,一对多,的,的联系,。,。,网状模,型,型（networkmodel,）,）,特点：1）可,以,以有一,个,个以上,的,的结点,没,没有“,父,父”结,点,点；,2）至,少,少有一,个,个结点,有,有多于,一,一个“,父,父”结,点,点；,3）结,点,点之间,可,可以有,多,多种联,系,系；,4）可,以,以存在,回,回路,3.2,空,空间,数,数据组,织,织与结,构,构,栅格数,据,据结构,矢量数,据,据结构,栅格与,矢,矢量数,据,据结构,的,的选择,与,与转换,空间数,据,据分层,组,组织,3.2.1栅,格,格与矢,量,量的基,本,本概念,描述地,理,理实体,的,的数据,本,本身的,组,组织方,法,法，称,为,为内部,数,数据结,构,构。,内部数,据,据结构,基,基本上,可,可分为,两,两大类,：,：,即矢量,结,结构和,栅,栅格结,构,构。,GIS,的,的内部,数,数据结,构,构如图3-1,所,所示。,图3-1 矢,量,量结构,和,和栅格,结,结构,栅格模型,矢量模型,优点：,1、数据结构简单,2、叠加操作易实现,3、能有效表达空间可变性,4、栅格图象便于做图象的有效增强,优点：,1、提供更严密的数据结构,2、提供更有效的拓扑编码，因而对,需要拓扑信息的操作更有效，如,网络分析,3、图形输出美观，接近于手绘,缺点：,1、数据结构不严密不紧凑，需要用,压缩技术解决这个问题,2、难以表达拓扑关系,3、图形输出不美观，线条有锯齿，,需要增加栅格数量来克服，但会,增加数据量,缺点：,1、比栅格数据结构复杂,2、叠加操作没有栅格有效,3、表达空间变化性能力差,4、不能象数字图形那样做增强处理,3.2.2,矢,矢量数,据,据模型,与,与栅格,数,数据模,型,型比较,3.2.3,栅,栅格数,据,据结构,及,及其编,码,码,1 栅,格,格数据,的,的应用,模,模型,2 栅,格,格数据,结,结构,3 栅,格,格数据,的,的组织,方,方法,4 决,定,定栅格,单,单元代,码,码的方,式,式,1）中,心,心点法,中心点,法,法常用,于,于具有,连,连续分,布,布特性,的,的地理,要,要素，,如,如降雨,量,量分布,、,、人口,密,密度图,等,等。,2）面,积,积占优,法,法,面积占,优,优法常,用,用于分,类,类较细,，,，地物,类,类别斑,块,块较小,的,的情况,。,。,3）重,要,要性法,重要性,法,法常用,于,于具有,特,特殊意,义,义而面,积,积较小,的,的地理,要,要素，,特,特别是,点,点、线,状,状地理,要,要素，,在,在栅格,中,中代码,应,应尽量,表,表示这,些,些重要,第,第五。,4）百,分,分比法,根据矩,形,形区域,内,内地理,要,要素所,占,占面积,的,的百分,比,比确定,栅,栅格单,元,元的代,码,码。,5 栅,格,格数据,的,的压缩,编,编码方,法,法,四叉树,编,编码法,有,有许多,有,有趣的,优,优点：,1）容,易,易而有,效,效地计,算,算多边,形,形的数,量,量特征,；,；,2）阵,列,列各部,分,分的分,辩,辩率是,可,可变的,，,，边界,复,复杂部,分,分四叉,树,树较高,即,即分级,多,多，分,辩,辩率也,高,高，而,不,不需表,示,示许多,细,细节的,部,部分则,分,分级少,，,，分辩,率,率低，,因,因而既,可,可精确,表,表示图,形,形结构,又,又可减,少,少存贮,量,量；,3）栅,格,格到四,叉,叉树及,四,四叉树,到,到简单,栅,栅格结,构,构的比,其,其它压,缩,缩方法,容,容易；,4）多,边,边形中,嵌,嵌套异,类,类小多,边,边形的,表,表示较,方,方便。,线性四,叉,叉树,龚健雅,基于按,位,位彩操,作,作的运,算,算法,3.2.4,矢,矢量数,据,据结构,点实体,线实体,面实体,1 栅,格,格到矢,量,量,从栅格,单,单元转,换,换到几,何,何图形,的,的过程,称,称为矢,量,量化。,1),栅,栅格格,式,式向矢,量,量格式,转,转换的,目,目的,（1）,将,将栅格,数,数据分,析,析的结,果,果，通,过,过矢量,绘,绘图设,备,备输出,；,；,（2）,数,数据压,缩,缩的需,要,要，将,大,大量的,面,面状栅,格,格数据,转,转换为,由,由小量,数,数据表,示,示的多,边,边形的,边,边界；,（3）,将,将自动,扫,扫描仪,获,获取的,栅,栅格数,据,据加入,矢,矢量形,式,式的数,据,据库。,2）,矢,矢量化,过,过程要,保,保证以,下,下两点,1）拓,扑,扑转换,，,，即保,持,持栅格,表,表示出,的,的连通,性,性与邻,接,接性；,2）转,换,换物体,正,正确的,外,外形。,3）,多,多边形,栅,栅格格,式,式向矢,量,量格式,转,转换,3.2.5,栅,栅格与,矢,矢量数,据,据结构,的,的选择,与,与转换,多边形,栅,栅格格,式,式向矢,量,量格式,转,转换，,就,就是提,取,取以相,同,同编码,的,的栅格,集,集合表,示,示的多,边,边形区,域,域的边,界,界和边,界,界的拓,扑,扑关系,，,，并表,示,示成多,个,个小直,线,线短的,矢,矢量格,式,式边界,线,线的过,程,程。,多边形,栅,栅格格,式,式向矢,量,量格式,转,转换的,步,步骤,（1,）,）多边,形,形边界,提,提取,采用高,通,通滤波,将,将栅格,图,图像二,值,值化或,异,异特殊,值,值表示,边,边界点,。,。,（2）,边,边界跟,踪,踪,对每个,边,边界弧,段,段由一,个,个节点,向,向另一,个,个节点,搜,搜索，,通,通常对,每,每个已,知,知边界,点,点需沿,除,除进入,方,方向的,其,其他7,个,个方向,搜,搜索下,一,一个边,界,界点，,直,直到连,成,成边界,弧,弧段。,（3）,拓,拓扑关,系,系生成,对于矢,量,量表示,的,的边界,弧,弧段，,判,判断其,与,与原图,上,上各多,边,边形的,空,空间关,系,系，形,成,成完整,的,的拓扑,结,结构，,并,并建立,与,与属性,数,数据的,联,联系。,（4）,去,去除多,余,余点及,曲,曲线圆,滑,滑,曲线光,滑,滑处理,的,的承用,算,算法有,线,线性叠,代,代法、,分,分段三,次,次多项,视,视插值,法,法、样,条,条函数,插,插值法,、,、正轴,抛,抛物等,线,线平均,加,加权法,、,、斜轴,抛,抛物等,线,线平均,加,加权法,等,等。,栅格格,式,式向矢,量,量格式,转,转换最,为,为困难,的,的是边,界,界线搜,索,索、拓,扑,扑结构,生,生成和,多,多余点,去,去除。,任,任伏虎,博,博士发,展,展了一,种,种Double Boundary DirectFinding较好,地,地解决,上,上述问,题,题。,2 矢,量,量格式,向,向栅格,格,格式的,转,转换,矢量格,式,式向栅,格,格格式,的,的转换,又,又称为,多,多边形,填,填充，,就,就是在,矢,矢量表,示,示的多,边,边形内,部,部的所,有,有栅格,赋,赋予相,应,应的多,边,边形编,号,号，从,而,而形成,栅,栅格数,据,据阵列,。,。,矢量格,式,式向栅,格,格格式,的,的转换,的,的常用,算,算法,内部,点,点扩散,法,法,复数,积,积分算,法,法,射线,算,算法,扫描,算,算法,边界,代,代数算,法,法（Boundary AlgebraFilling),任伏虎,博,博士,3.3,空,空间,数,数据分,层,层组织,空间数,据,据分层,的,的方法,1）按,专,专题分,层,层,2）按,时,时间序,列,列分层,3）以,地,地面垂,直,直高度,分,分层,空间数,据,据的组,织,织,由专题,和,和分块,组,组织,面向对,象,象的组,织,织,