第3讲gis数据组织与结构.ppt

第三讲GIS数据组织与结构,内容提纲,栅格数据结构矢量数据结构栅格与矢量数据结构的选择与转换空间数据分层组织,3.1地理信息系统空间数据,GIS的主要数据为一维、二维或三维的空间型地图数据,包括空间位置、拓扑关系和属性三个方面的内容。点（Point）：又称为元素（Element）或象元（Pixel），是一个数据点，具有一对（x、y）坐标和至少一个属性。线：（Line）：是具有相同属性的点的轨迹，由一个坐标对序列表示，坐标对顺序与线的开头有关，线上每个点有不多于二个邻点。面（Area）：是具有相同属性的点的轨迹，以（x、y）坐标对的集合表示，坐标对的排列顺序不影响面的形态，具内部点可以有多于三个的邻点，面内点具有至少一个相同属性。区域（Region）：空间上相邻或重叠的点、线、面要素可以按一定的地理意义组成区域。,3.1.1数据库结构,关系模型（relationalmodel）满足一定条件的二维表格层次模型（hierarchicalmodel）以记录类型为节点的有向树（tree），其主要特征是：（1）除根节点外，任何节点都有且只有一个“父亲”；（2）“父”节点表示的实体与“子”节点表示的实体是一对多的联系。网状模型（networkmodel）特点：1）可以有一个以上的结点没有“父”结点；2）至少有一个结点有多于一个“父”结点；3）结点之间可以有多种联系；4）可以存在回路,3.2空间数据组织与结构,栅格数据结构矢量数据结构栅格与矢量数据结构的选择与转换空间数据分层组织,3.2.1栅格与矢量的基本概念,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。GIS的内部数据结构如图3-1所示。,图3-1矢量结构和栅格结构,3.2.2矢量数据模型与栅格数据模型比较,3.2.3栅格数据结构及其编码,1栅格数据的应用模型,2栅格数据结构,3栅格数据的组织方法,4决定栅格单元代码的方式,1）中心点法中心点法常用于具有连续分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度图等。2）面积占优法面积占优法常用于分类较细，地物类别斑块较小的情况。3）重要性法重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是点、线状地理要素，在栅格中代码应尽量表示这些重要第五。4）百分比法根据矩形区域内地理要素所占面积的百分比确定栅格单元的代码。,5栅格数据的压缩编码方法,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。,线性四叉树,龚健雅,基于按位彩操作的运算法,3.2.4矢量数据结构,点实体线实体面实体,1栅格到矢量从栅格单元转换到几何图形的过程称为矢量化。1)栅格格式向矢量格式转换的目的（1）将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图设备输出；（2）数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由小量数据表示的多边形的边界；（3）将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。2）矢量化过程要保证以下两点1）拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性与邻接性；2）转换物体正确的外形。3）多边形栅格格式向矢量格式转换,3.2.5栅格与矢量数据结构的选择与转换,多边形栅格格式向矢量格式转换，就是提取以相同编码的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示成多个小直线短的矢量格式边界线的过程。多边形栅格格式向矢量格式转换的步骤（1）多边形边界提取采用高通滤波将栅格图像二值化或异特殊值表示边界点。（2）边界跟踪对每个边界弧段由一个节点向另一个节点搜索，通常对每个已知边界点需沿除进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段。（3）拓扑关系生成对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形的空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。（4）去除多余点及曲线圆滑曲线光滑处理的承用算法有线性叠代法、分段三次多项视插值法、样条函数插值法、正轴抛物等线平均加权法、斜轴抛物等线平均加权法等。栅格格式向矢量格式转换最为困难的是边界线搜索、拓扑结构生成和多余点去除。任伏虎博士发展了一种DoubleBoundaryDirectFinding较好地解决上述问题。,2矢量格式向栅格格式的转换,矢量格式向栅格格式的转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形内部的所有栅格赋予相应的多边形编号，从而形成栅格数据阵列。矢量格式向栅格格式的转换的常用算法内部点扩散法复数积分算法射线算法扫描算法边界代数算