地理信息系统第二章

1、第二章第二章 空间数据组织与计算机空间数据组织与计算机表达表达2.1.从地理空间现象到计算机世界从地理空间现象到计算机世界 2.2. 矢量空间数据模型及结构矢量空间数据模型及结构2.3. 栅格空间数据模型及结构栅格空间数据模型及结构2.4. 两种模型和结构的进一步讨论两种模型和结构的进一步讨论 2.5. 本章小结本章小结本章目标本章目标掌握空间数据的类型、数据来源掌握空间数据的类型、数据来源理解空间数据的特征及空间关系理解空间数据的特征及空间关系理解和掌握地理空间数据的拓扑关系理解和掌握地理空间数据的拓扑关系掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法掌握栅格和矢量数据结构及其编码方法了解栅格与矢量数据

2、之间的转化方法了解栅格与矢量数据之间的转化方法重点重点 : 地理空间数据的定义，类型，地理空间数据地理空间数据的定义，类型，地理空间数据的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编的拓扑关系、两种空间数据结构的特点及其编码方法码方法难点：难点： 拓扑关系的建立，编码方法，两种数据拓扑关系的建立，编码方法，两种数据结构的转换方法，结构的转换方法，TIN数据结构数据结构2.1 从地理空间现象到从地理空间现象到计算机世界计算机世界 模型：对现实世界的抽象和简化表达模型：对现实世界的抽象和简化表达建立模型的过程：概念模型、数据模型、数据建立模型的过程：概念模型、数据模型、数据结构和文件格式结构和文件格式概

3、念模型：给出所研究事物的概念及其相互关系的框架。概念模型：给出所研究事物的概念及其相互关系的框架。数据模型：一组为用户服务的规则规定其数据结构数据模型：一组为用户服务的规则规定其数据结构如何组织以及如何组织以及 允许对其进行何种操作。允许对其进行何种操作。 数据结构：同一类数据元素中各元素之间的相互关系。数据结构：同一类数据元素中各元素之间的相互关系。 文件格式：具体组织、存储数据的形式。文件格式：具体组织、存储数据的形式。2.1.1 现实世界到计算机世界现实世界到计算机世界2.1.2地理空间数据描述的对象地理空间数据描述的对象 数值计算领域数值计算领域 GIS代表非数值计算领域的地理空间数代

4、表非数值计算领域的地理空间数据研究据研究 GIS所抽象表达的地理事物和现象所抽象表达的地理事物和现象GIS数据的基本特征数据的基本特征空间特征空间特征 表示实体的空间位置或现在所处的表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。或几何特征，一般用坐标数据表示。属性特征属性特征 表示实体的特征。如名称、分类、表示实体的特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。质量特征和数量特征等。时间特征时间特征 描述实体随时间的变化，其变化的描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期周期有超短周期的、短期的、中期的和

5、长期的。的和长期的。属性属性特征是指空间对象的专题属性特征是指空间对象的专题属性空间数据的来源空间数据的来源地图数据地图数据 地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源重要得信息源 遥感数据遥感数据 各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据很强的数据 统计数据、实测数据及各种

6、文字报告统计数据、实测数据及各种文字报告 各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等报告等 地理空间数据的类型地理空间数据的类型1. 类型数据类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等。：居民点、交通线、土地类型分布等。2. 面域数据面域数据：多边形中心点、行政区域界限和行：多边形中心点、行政区域界限和行政单元政单元3. 网络数据网络数据：道路交叉点、街道和街区等。：道路交叉点、街道和街区等。4. 样本数据样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区：气象站、航线和野外样方的分布区等。等。5. 曲面数据曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域。

7、：高程点、等高线和等值区域。6. 文本数据文本数据：如地名、河流名和区域名称。：如地名、河流名和区域名称。7. 符号数据符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等：点状符号、线状符号和面状符号等2.1.3 空间对象和空间关系空间对象和空间关系1. 空间对象空间对象空间对象：空间对象：GIS所表达、抽象的地理事物和现象。所表达、抽象的地理事物和现象。空间对象一般按地形维数进行归类划分空间对象一般按地形维数进行归类划分点：零维点：零维线：一维线：一维面：二维面：二维体：三维体：三维时间：通常以第四维表达，但目前时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理还很难处理时间属性。时间属性。点状实体点状实

8、体有位置，无宽度和长度；有位置，无宽度和长度； 抽象的点抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站美国佛罗里达洲地震监测站2002年年9月该洲可能的月该洲可能的500个地震位置个地震位置线状实体线状实体有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离度量实体距离香港城市道路香港城市道路网分布网分布面状实体面状实体具有长和宽的目标具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不中国土地利用分布图（不连续

9、面）连续面）不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。率变化连续。体状对象体状对象有长、宽、高的目标有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标维目标2.空间关系空间关系空间关系：空间对象间的位置相互关系空间关系：空间对象间的位置相互关系空间数据的拓扑空间关系空间数据的拓扑空间关系空间

10、信息的方向空间关系空间信息的方向空间关系空间信息的度量空间关系空间信息的度量空间关系度量空间关系度量空间关系度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离，如距离，如A实体距离实体距离B实体实体100m。也可以应用与。也可以应用与距离概念相关的术语，如远近等进行定性的描述。距离概念相关的术语，如远近等进行定性的描述。距离类别距离类别： 欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地

11、距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。顺序空间关系（方向空间关系）顺序空间关系（方向空间关系）实体在空间中的相互方位和排列顺序。实体在空间中的相互方位和排列顺序。 三类：上下顺序关系、前后顺序关系、三类：上下顺序关系、前后顺序关系、地理方向顺序关系地理方向顺序关系拓扑空间关系拓扑空间关系定义：在拓扑变换（任意伸缩和变形，但不扭结定义：在拓扑变换（任意伸缩和变形，但不扭结或折叠）下，能够保持不变的几何属性。或折叠）下，能够保持不变的几何属性。基本拓扑关系基本拓扑关系q 连接：不同拓扑元素之间的关系连接：不同

12、拓扑元素之间的关系q 邻接：相同拓扑元素之间的关系邻接：相同拓扑元素之间的关系q 包含：面与其他元素之间的关系包含：面与其他元素之间的关系 拓扑变换拓扑变换（橡皮变换）（橡皮变换）起点起点终点终点中间点中间点弧段弧段1弧段弧段3弧段弧段2弧段弧段4点点:面面:弧弧:拓扑空间关系拓扑空间关系如图所示如图所示abcdefgACBDEP4P0P1P2P3拓扑空间关系表达拓扑空间关系表达表表1 1 面域与弧段的拓扑面域与弧段的拓扑关系关系面域面域弧段弧段P P1 1a, b, c, -ga, b, c, -gP P2 2b, d, fb, d, fP P3 3c, f, ec, f, eP P4 4g

13、 g表表3 弧段与结点的拓扑关系弧段与结点的拓扑关系弧段弧段结点结点a aA , BA , Bb bB , DB , Dc cD , AD , Ad dB , CB , Ce eC , AC , Af fC , DC , Dg gE , EE , E表表4 弧段与面域的拓扑关系弧段与面域的拓扑关系弧段弧段 左邻面左邻面 右邻面右邻面a aP P0 0P P1 1b bP P2 2P P1 1c cP P3 3P P1 1d dP P0 0P P2 2e eP P0 0P P3 3f fP P3 3P P2 2g gP P1 1表表2 结点与弧段的拓扑结点与弧段的拓扑关系关系结点结点弧段弧段A

14、Aa, c, ea, c, eB Ba, d, ba, d, bC Cd, e, fd, e, fD Db, f, cb, f, cE Eg g 空间拓扑关系的意义空间拓扑关系的意义 确定一种实体相对于另一种实体的位置确定一种实体相对于另一种实体的位置关系关系 有利于空间要素的查询有利于空间要素的查询 重建地理实体重建地理实体本课小结本课小结 空间对象和空间数据的特征空间对象和空间数据的特征。 空间数据的来源和分类。空间数据的来源和分类。 空间关系空间关系 拓扑空间关系拓扑空间关系2.2 矢量空间数据模型及结构矢量空间数据模型及结构矢量图形表示矢量图形表示 2.2.1矢量空间数据模型矢量空间数

15、据模型地理坐标系地理坐标系表达空间对象形状和位置的基础表达空间对象形状和位置的基础 普通坐标系和大地坐标系普通坐标系和大地坐标系 地面上物体地图投影地理坐标系地理坐标地面上物体地图投影地理坐标系地理坐标 54坐标系和坐标系和WGS84坐标系坐标系矢量数据结构矢量数据结构矢量数据结构矢量数据结构通过记录坐标的方式，尽可能地将通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，矢量数据能精确地定义位置、间假定为连续空间，矢量数据能精确地定义位置、长度和大小。长度和大小。矢量数据结构矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空

16、间关通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。系来表达空间对象的位置。q点：空间的一个坐标点；点：空间的一个坐标点；q线：多个点组成的弧段；线：多个点组成的弧段；q面：多个弧段组成的封闭多边形面：多个弧段组成的封闭多边形；位置连续，属性隐含矢量数据结构的表达矢量数据结构的表达 几何数据几何数据+属性数据属性数据+挂联关系挂联关系l 几何数据：点状对象几何数据：点状对象/线状对象线状对象/面状对象面状对象l 属性数据：用关系表的形式来组织。属性数据：用关系表的形式来组织。 基本属性数据基本属性数据 说明数据说明数据 采取数字和文字的形式采取数字和文字的形式l唯一标识符（唯一标识符（I

17、D）：将每一点、线和多边形编号，）：将每一点、线和多边形编号，用之作为唯一的标识符。用之作为唯一的标识符。矢量空间数据模型矢量空间数据模型=二维空间坐标系二维空间坐标系+几何数据几何数据+属性数据属性数据+唯一唯一的标识符的标识符矢量数据组织矢量数据组织矢量数据表示时应考虑以下问题：矢量数据表示时应考虑以下问题：矢量数据自身的存贮和处理。矢量数据自身的存贮和处理。与属性数据的联系。与属性数据的联系。矢量数据之间的空间关系矢量数据之间的空间关系(拓扑关系拓扑关系)。点：坐标对（点：坐标对（x,y） 识别符识别符线：坐标对系列线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn) 有关属性、其它属性有关属性

18、、其它属性面：首尾相同的坐标串面：首尾相同的坐标串关系表关系表几何位置坐标文件几何位置坐标文件连连接接2.2.2矢量结构编码方法1、点实体矢量编码方法、点实体矢量编码方法2、线实体矢量编码方法、线实体矢量编码方法3、多边形矢量编码方法、多边形矢量编码方法地理数据编码的意义地理数据编码，是根据地理数据编码，是根据GIS的目的和任务，的目的和任务，把地图、图像等资料按一定数据结构转换把地图、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算机存贮和处理的数据过程。为适于计算机存贮和处理的数据过程。地理内容的编码要反映出地理实体的几何地理内容的编码要反映出地理实体的几何特征，以及地理实体的属性特征。特征，以及地

19、理实体的属性特征。空间数据的编码是地理信息系统设计中最空间数据的编码是地理信息系统设计中最重要的技术步骤，它表现由现实世界到数重要的技术步骤，它表现由现实世界到数据世界之间的界面，是联结从现实世界到据世界之间的界面，是联结从现实世界到数据世界的纽带。数据世界的纽带。1.点实体编码点实体编码比例比例朝向朝向线指针线指针线交汇编线交汇编比例比例朝向朝向字体字体文句文句x,y 坐标坐标其它非几何属性其它非几何属性建立和显示数据库联系的属性建立和显示数据库联系的属性简单点简单点符号符号文本点文本点字符字符结结 点点符号符号统一标识统一标识类别或系列号类别或系列号点类型点类型简单点简单点文本点文本点结结

20、 点点2.线实体编码线实体编码唯一标示码唯一标示码线标示码线标示码起始点起始点终止点终止点坐标对序列坐标对序列显示信息显示信息非几何属性非几何属性3.多边形矢量编码多边形矢量编码 多边形环路法多边形环路法 拓扑结构编码法拓扑结构编码法由多边形边界的由多边形边界的x,y坐标队集合及说明坐标队集合及说明信息组成信息组成形成完整的形成完整的拓扑结构拓扑结构多边形环路法多边形环路法 规则：面向多边形来组织数据，将多边规则：面向多边形来组织数据，将多边形看作是线的简单闭合，不从属于任何多形看作是线的简单闭合，不从属于任何多边形的线和点另外组织。边形的线和点另外组织。组织顺序：组织顺序：多边形序号；体现多

21、边形边界多边形序号；体现多边形边界的一连串点坐标；属性数据的一连串点坐标；属性数据不属于任何多边形的线和点的组织方法：不属于任何多边形的线和点的组织方法：点或线的序号；坐标或坐标串；属性数据点或线的序号；坐标或坐标串；属性数据多边形环路法多边形环路法（spaghetti）- 面条模型面条模型 123456789101112131415P1P2P3P1 x x1 1，y y1 1；x x2 2，y y2 2； x x3 3，y y3 3；x x4 4，y y4 4； x x5 5，y y5 5；x x6 6，y y6 6；P2 x x7 7，y y7 7；x x8 8，y y8 8； x x9

22、9，y y9 9；x x1010，y y1010； x x1111，y y1111；x x5 5，y y5 5；x x6 6，y y6 6P3 x x1212，y y1212；x x1313，y y1313；x x1414，y y1414；x x1515，y y1515优点：结构简单、直观、易实现以多边形为单位的优点：结构简单、直观、易实现以多边形为单位的运算运算 和显示。和显示。缺点：缺点： 相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形余和碎屑多边形数据不一致，浪费空间，导致双重边界数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精

23、确匹配。不能精确匹配。自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误拓扑错误。这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形拓扑空间数据结构拓扑空间数据结构数据组织要点数据组织要点l 线由结点定义线由结点定义l 每个多边形由一个外环，每个多边形由一个外环，0个或多个内环组成个或多个内环组成l 线是有方向的，按方

24、向列出组成它的节点和中间线是有方向的，按方向列出组成它的节点和中间点点l 多边形数据只纪录围成它的线的序号，而不列出多边形数据只纪录围成它的线的序号，而不列出边界坐标串边界坐标串l 独立点状地物数据单独组织独立点状地物数据单独组织l点，线，面的拓扑关系用若干属性数据来描述点，线，面的拓扑关系用若干属性数据来描述拓扑空间数据结构 拓扑关系及其表达拓扑关系及其表达l线拓扑：线拓扑： 线与结点的联结关系；以其为公共边的两个多边形线与结点的联结关系；以其为公共边的两个多边形的邻接关系的邻接关系弧段坐标文件；弧段文件弧段坐标文件；弧段文件l结点拓扑：结点拓扑： 该点上各线的连接关系（正负号表示该点是起点

25、还该点上各线的连接关系（正负号表示该点是起点还是终点）是终点）点拓扑文件点拓扑文件拓扑空间数据结构l 多边形拓扑：多边形拓扑： 多边形与围成其边界的线的构成关系；多边形之间多边形与围成其边界的线的构成关系；多边形之间的包含关系的包含关系(岛岛) 正负号区分线绕多边形是顺时针还是逆时针正负号区分线绕多边形是顺时针还是逆时针多边形文件多边形文件特点：拓扑关系明确，也能表达岛信息，特点：拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。要。链状双重独立式编码链状双重独立式编码-拓扑数据结构拓扑数据结构 1、弧段坐标文件、弧段坐标文件：弧段号弧段

26、号坐标系列（串坐标系列（串)Ax2,y2,X10,y102 2、弧段文件：链、弧段文件：链面，链面，链结点关系结点关系 弧段号弧段号 左多边形左多边形 右多边形右多边形 起起点点终终点点AP1P2251234567891011 1213 1415P PP PP P3、面文件、面文件面号面号弧段号弧段号 P1A,B,-C4 4、点拓扑文件：、点拓扑文件： 结点结点链关系链关系 点号点号 弧段号弧段号 2A,B,DDLG DLG 拓扑数据表达拓扑数据表达第一部分：文件头第一部分：文件头第二部分：结点和独立的地物点数据第二部分：结点和独立的地物点数据第三部分：多边形数据第三部分：多边形数据第四部分：

27、线数据第四部分：线数据ARCINFO ARCINFO 拓扑数据表达拓扑数据表达 ARCARC文件：二进制文件文件：二进制文件: INFO：属性表：属性表弧段号弧段号 点号点号 坐标序列坐标序列弧段弧段号号USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它属性其它属性:（名称（名称)2.2.4矢量数据的获取方法矢量数据的获取方法 Xx x1 1 y y1 1x x2 2 y y2 2x xi i y yi ix xn n y yn n 获取方法：获取方法： (1) 外业测量外业测量(GPS,PDA)； (2) 手扶跟踪数字化法；手扶跟踪数字化法； (3) 数据结构转换法。数据

28、结构转换法。本课总结本课总结 矢量数据结构定义及特点矢量数据结构定义及特点 几何数据和属性数据的表达方法几何数据和属性数据的表达方法 矢量数据编码方法矢量数据编码方法 两种代表性的矢量数据结构两种代表性的矢量数据结构2.3 栅格空间数据模型及结构栅格空间数据模型及结构2.3.1 栅格数据结构栅格数据结构一、地理空间数据结构一、地理空间数据结构XYijx x1 1 y y1 1x x2 2 y y2 2x xi i y yi ix xn n y yn n矢量结构矢量结构栅格结构栅格结构二、栅格数据结构二、栅格数据结构属性明显，定位隐含属性明显，定位隐含。椅子椅子三、栅格数据的图形表示三、栅格数据

29、的图形表示栅格结构用密集正方形（或三角栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。网格阵列。位置由行，列号定义，属性为栅位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。格单元的值。l 点：由单个栅格表达。点：由单个栅格表达。 线：由沿线走向有相同属性取值线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。的一组相邻栅格表达。 面：由沿线走向有相同属性取值面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。的一片栅格表达。 33322122332333233323332四、构成栅格数据模型的成分四、构成栅格数据模型的成分 规则格网规则格网 栅格坐标系栅格坐标系（a

30、a）三角形）三角形（b b） 菱形菱形（c) c) 六边形六边形格网分辨率格网分辨率西南角格网坐标西南角格网坐标I：行：行J：列：列 将栅格数据转换为地理坐标将栅格数据转换为地理坐标 格网分辨率格网分辨率：单个格网的实际大小单个格网的实际大小 空间分辨率空间分辨率：网格或像元所代表的地面网格或像元所代表的地面 区域的大小区域的大小 属性数据属性数据：网格所代表的地面单元的某方面特网格所代表的地面单元的某方面特性性 矩阵数组矩阵数组：属性数据放置在格网上，栅格数据属性数据放置在格网上，栅格数据模型就转换为排列有序的矩阵数组，方便存储、显模型就转换为排列有序的矩阵数组，方便存储、显示，而且可处理各

31、种线性变换。示，而且可处理各种线性变换。2.3.2 栅格数据编码方法栅格数据编码方法链码链码(chain Encoding)直接栅格编码直接栅格编码游程长编码游程长编码(Run_length Encoding)块块 码码四叉树编码四叉树编码(quarter_tree Encoding)栅格结构编码方法一、直接栅格编码（完全栅格数据编码）一、直接栅格编码（完全栅格数据编码） 直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由

32、右向左记录，为了特定的目的还奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。可采用其他特殊的顺序。 0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 30，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0

33、，0，0，3，3，3。思考思考 数据量问题数据量问题 数据中存在的问题数据中存在的问题解决途径解决途径 压缩的编码方法压缩的编码方法 链码、游程长度编码、四叉树编码链码、游程长度编码、四叉树编码 压缩规则：压缩规则： 由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的续点相对其前继点的可能的8 8个基本方向之一表示。个基本方向之一表示。 8 8个基本方向自个基本方向自0 0开始按逆时针方向代码分别为开始按逆时针方向代码分别为0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。单位

34、矢量的长度默认为一个栅格单元。二、链码二、链码1234507600 10 6 701 1 0链码编码链码编码： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，5，5123450760 5 0 0 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 5 0 0 0 0 0 00 0 5 5 0 0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0链码编码示例链码编码示例起始像元位置（行、列数）、起始像元位置（行、列数）、同条线上像元的方向码、属同条线上像元的方向码、属性值性值三、游程长度编码三、游程长度编码(1)只在各行（或列）数据的代

35、码发生变化时依次记录只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录 该代码以及相同代码重复的个数；该代码以及相同代码重复的个数；0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿行方向进行编码沿行方向进行编码：( 0，1），），（2，2），（），（5，5）；（）；（2，5），），（5，3）；（）；（2，4），（），（3，2），），（5，2）；（）；（0，2），（），（2，1），），（3，3），（），（5，2

36、）；（）；（0，2），），（3，4），（），（5，1），（），（3，1）；）；（0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。编码规则：代码值，游程长度编码规则：代码值，游程长度三、游程长度编码三、游程长度编码（2）逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码）逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3

37、3 3 3沿列方向进行编码沿列方向进行编码：( 1，0），），（2，2），（），（4，0）；（）；（1，2），），（4，0）；（）；（1，2），（），（5，3），），（6，0）；（）；（1，5），（），（2，2），），（4，3），（），（7，0）；（）；（1，5），），（2，2），（），（3，3），（），（8，0）；）；（1，5），（），（3，3）；（）；（1，5），），（6，3）；（）；（1，5），（），（5，3）。）。编码规则：代码发生变化的位置、代码值编码规则：代码发生变化的位置、代码值四、四叉树编码四、四叉树编码 编码规则：编码规则：（1 1）将图象一级级地等分为四个象限（即四个正）将

38、图象一级级地等分为四个象限（即四个正方形）。无论哪一级、哪个象限，如果经检验是均方形）。无论哪一级、哪个象限，如果经检验是均质的（属性相同）就不再分割。直至整个图象被分质的（属性相同）就不再分割。直至整个图象被分为大小不同的若干均匀方块。为大小不同的若干均匀方块。（2 2）分解方位仅四个：西北、东北、西南、东南）分解方位仅四个：西北、东北、西南、东南（3 3）每个方块被分解的级数称为被分解的深度）每个方块被分解的级数称为被分解的深度（4 4）四叉树形似一棵倒栽树。四叉树的顶部是）四叉树形似一棵倒栽树。四叉树的顶部是根根结点，结点，内部结点用圆圈表示是内部结点用圆圈表示是分叉点分叉点，每个树枝终

39、，每个树枝终点用方块表示，称为点用方块表示，称为叶结点叶结点。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 30 0 0 1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400 3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 2 2 3 2 2 2 2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 33 5 5西南西南东南东南西北西北东北

40、东北 按西南、东南、西北、东北四个方向编码按西南、东南、西北、东北四个方向编码直接栅格编码：直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；型（栅格文件）；链码：链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；合于微机

41、地理信息系统采用；四叉树编码：四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。五、几种编码的比较五、几种编码的比较2.3.4 栅格数据的获取方法栅格数据的获取方法 人工方式人工方式 矢量数据转换得来矢量数据转换得来 遥感影像数据遥感影像数据 扫描数字化扫描数字化本课小结本课小结 矢量数据与栅格数据的比较矢量数据与栅格数据的比较 栅格数据模型的形成及其特点栅格数据模型的形成及其特点 压缩

42、编码方法压缩编码方法 一些基本概念一些基本概念2.4 2.4 两种数据结构的进一步探讨两种数据结构的进一步探讨矢量图形矢量图形矢量图形矢量图形栅格图像栅格图像栅格图象栅格图象(IKNOS)2.4.1 2.4.1 两种数据结构的比较分析两种数据结构的比较分析一、总体比较一、总体比较XYx x1 1 y y1 1x x2 2 y y2 2x xi i y yi ix xn n y yn n矢量结构的特点矢量结构的特点矢量结构矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体面等地理实体。 特点：特点：定位明显，属性隐含定位明显，属性隐含。 获取方法：获取方法：

43、 (1) (1) 外业测量外业测量(GPS,PDA)(GPS,PDA)； (2) (2) 手扶跟踪数字化法；手扶跟踪数字化法； (3) (3) 数据结构转换法。数据结构转换法。栅格数据结构的特点栅格数据结构的特点栅格结构是栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。性特征。特点：特点：属性明显，定位隐含属性明显，定位隐含获取方法：获取方法： (1) (1) 手工网格法手工网格法( (专题图上划分网格专题图上划分网格) )； (2) (2) 扫描数字化

44、法；扫描数字化法； (3) (3) 遥感影象数据遥感影象数据; ; (4) (4) 矢量数据转法矢量数据转法; ; (5) (5) 格网格网DEMDEM数据数据二、优缺点比较二、优缺点比较比较内容比较内容矢矢 量量 结结 构构栅栅 格格 结结 构构数据结构数据结构复杂复杂简单简单数据量数据量小小大大图形精度图形精度高高低低图形运算、搜索图形运算、搜索复杂、高效复杂、高效简单、低效简单、低效软件与硬件技术软件与硬件技术不一致不一致一致或接近一致或接近遥感影像格式遥感影像格式要求比较高要求比较高不高不高图形输出图形输出显示质量好、精度高，显示质量好、精度高， 但但 成本比较高成本比较高输出方法快速

45、，质量低，输出方法快速，质量低，成本比较低廉成本比较低廉数据共享数据共享不易实现不易实现容易实现容易实现拓扑和网络分析拓扑和网络分析容易实现容易实现不易实现不易实现2.4.2 2.4.2 两种数据结构的转换两种数据结构的转换1.矢量数据结构向栅格数据结构的转换矢量数据结构向栅格数据结构的转换矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，矢量数据转换成栅格数据后，图形的几何精度必然要降低，所以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过所以选择栅格尺寸的大小要尽量满足精度要求，使之不过多地损失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅多地损失地理信息。为了提高精度，栅格需要细化，但栅格细

46、化，数据量将以平方指数递增，因此，格细化，数据量将以平方指数递增，因此，精度和数据量精度和数据量是确定栅格大小的最重要的影响因素。是确定栅格大小的最重要的影响因素。转换过程转换过程l所选正方形象元边长为所选正方形象元边长为Dx,DyDx,Dyl格网列数地图图幅格网列数地图图幅/Dx/Dx；格网行数地图图幅；格网行数地图图幅/Dy/Dy l确定：确定： Xi X0y/ DX (i=0,1,NX-1) Yj= Y0 x/ DY (j=0,1,NY-1) 点的栅格化点的栅格化xpypDxJDyI/1/1直线栅格化直线栅格化 xpypDxJDyI/1/1面域的栅格化面域的栅格化 00010001000

47、0001000000001000011101110001001101100011100000001110110000100111010001100001111111110栅格数据结构向矢量数据结构的转换栅格数据结构向矢量数据结构的转换多边形边界提取多边形边界提取边界线追踪边界线追踪拓扑关系生成拓扑关系生成去除多余点及曲线圆滑去除多余点及曲线圆滑多边形边界提取多边形边界提取二值化二值化 细化细化其他过程边界线追踪：边界线跟踪的目的就是将写入数据文件的细边界线追踪：边界线跟踪的目的就是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭

48、合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属上各多边形空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。性数据的联系。去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少冗余须去除由此造成的多余点记录，以减少冗余。栅格矢量化举例（栅格数据）栅格矢量化得到的弧段数据弧段数据自动生成多边形2.4.3 其他空间数据结构其他空间数据结构三维真实感三维真实感DEM的生成的生成镶嵌数据结构表达三维空间数据模型表达三维空间数据模