第三章地理信息系统的数据结构

第三章地理信息系统的数据结构第1页，共50页，2023年，2月20日，星期三2第三章GIS的空间数据结构3.1空间数据结构的类型第2页，共50页，2023年，2月20日，星期三33.1空间数据结构的类型、1栅格数据结构一、栅格数据结构的概念二、栅格数据结构的特点三、栅格数据的获取方法四、栅格数据单元值的确定方法五、减少栅格数据存储量的编码方法第3页，共50页，2023年，2月20日，星期三4

栅格数据结构，就是以行、列表示的像元阵列，像元点上的值即对应着地理实体的属性或属性编码。一、栅格数据结构的概念第4页，共50页，2023年，2月20日，星期三502：草地03：耕地05：林地06：水域10：居民点一、栅格数据结构的概念第5页，共50页，2023年，2月20日，星期三6一、栅格数据结构的概念第6页，共50页，2023年，2月20日，星期三7二、栅格数据结构的特点特点:由于栅格数据结构是按一定规则排列的，所以,其所表示的实体位置就很容易隐含在栅格数据文件的结构之中;栅格的行列坐标可以方便地转换为其它坐标系下的坐标值;栅格文件的中的每个代码本身即明确地表明了实体的属性或属性编码;第7页，共50页，2023年，2月20日，星期三8栅格数据特别适合与计算机处理，特别是存储和显示;栅格数据表示的地表上的线或者面是不连续的，其表示地理实体的精度与栅格尺寸有关;相对于矢量数据结构,数据量大第8页，共50页，2023年，2月20日，星期三9三、栅格数据的获取方法直接获取法:将均匀的透明格网蒙在要进行处理的专题地图上,按行列读取专题内容的编码值;第9页，共50页，2023年，2月20日，星期三10三、栅格数据的获取方法第10页，共50页，2023年，2月20日，星期三11三、栅格数据的获取方法数据转换法:由矢量数据转换到栅格数据.通过转换程序第11页，共50页，2023年，2月20日，星期三12三、栅格数据的获取方法扫描法:通过扫描设备(包括遥感平台)扫描得到栅格数据扫描仪航空航天遥感第12页，共50页，2023年，2月20日，星期三13四、栅格数据单元值的确定方法中心点法(网格交点归属法)：用处于栅格中心处的实体属性作为该栅格单元的属性;ABC第13页，共50页，2023年，2月20日，星期三14面积占优法:

以占栅格面积最大的地物属性作为该栅格单元的属性;ABC第14页，共50页，2023年，2月20日，星期三15长度占优法:以占栅格行中心线长度最大的地物属性作为该栅格单元的属性;ABCABC第15页，共50页，2023年，2月20日，星期三16重要性法:以栅格单元内是否含有重要地物来确定该栅格单元的属性;有无重要地物?以该重要地物的属性作为栅格单元的属性以其他取值方法确定栅格单元的属性不能单独作一种取值方法用四、栅格数据单元值的确定方法有无第16页，共50页，2023年，2月20日，星期三17分别在什么情况下适合使用何种方法：

中心点法：适用于对位置精度要求高的地方，强调一个地物位置重要性时．譬如连续分布地理要素，分类较细地物．

面积占优法：强调面积时用该方法，譬如计算土地利用面积时．

长度占优法：强调一个地物长度时用．

重要性法：强调地物重要性时，譬如具有特殊意义的较小地物．第17页，共50页，2023年，2月20日，星期三18五、减少栅格数据存储量的编码方法栅格数据压缩的必要性:直接的栅格数据简单，但数据量大.这对于计算机有限的储存器来讲是不易接受的.所以，采用各种方法对栅格数据进行压缩是十分必要的。有损压缩：数据压缩的同时，或多或少丢失了部分原信息；无损压缩：数据压缩不会减少原信息量，原数据可完全恢复。第18页，共50页，2023年，2月20日，星期三19五、栅格数据压缩编码方法链式编码(弗里曼链码、边界链码)将多边形的边界，表示为由某一原点开始，并按某些方向确定的单位矢量链。01234567主要对面状数据进行第19页，共50页，2023年，2月20日，星期三200123456701956782340123456789(5,3,0,0,2,2,4,5,6)第20页，共50页，2023年，2月20日，星期三21优缺点：对多边形的表示有很强的压缩能力；有一定的计算功能——如多边形周长；可探测边界的走向；适用于存储多边形数据。叠置运算难于进行，如组合、相交等；相邻边界重复存储，存在数据冗余第21页，共50页，2023年，2月20日，星期三22游程编码从第一行开始，从左到右将若干个属性值相同的栅格视为一个游程，每个游程的数据结构表示（A，P），其中A为游程长度(所延续的列数)，P为该游程像元的属性值。这样，就可以将每行栅格映射为K个游程，当K远远小于列数时,原栅格数据就得以压缩.第22页，共50页，2023年，2月20日，星期三23(8,02),(2,05)(8,02),(2,05)(3,02),(6,03),(1,05)(2,02),(8,03)(2,02),(3,03),(1,10),(4,03)(2,02),(1,03),(3,06),(1,10),(3,03)(2,02),(1,03),(3,06),(4,03)(1,02),(3,03),(2,06),(2,03),(2,05)(1,02),(6,03),(3,05)(1,02),(6,03),(3,05)第23页，共50页，2023年，2月20日，星期三24优点：是多种压缩算法的实现基础；易于实现检索、叠加、合并等常用操作；当图形不复杂，栅格尺寸较小时，可实现栅格数据的较大压缩。第24页，共50页，2023年，2月20日，星期三25四叉树编码:四叉树数据结构的概念:又称为四分树或四元树编码。就是将2n×2n（n〉=1）的空间区域按照四个像限进行递归分割，直到子像限的值单调为止。第25页，共50页，2023年，2月20日，星期三26每个均值方块分解为四个方位即（西北、东北、西南和东南）四叉树顶部时根结点，内部结点用圆圈表示，叶结点用方框表示00011110分解顺序编码第26页，共50页，2023年，2月20日，星期三27四叉树编码示例：第27页，共50页，2023年，2月20日，星期三28四叉树的建立方法:自上而下法：首先检查全区域，不单调时进行四分割，再逐层检查各级子像限，不单调时再进行四分割，直到划分到的各级子像限都单调为止。自下而上法：按照四个像限的顺序，逐个扫描各栅格点，并在各级像限划分的末位置审查、记录该像限的单调情况。第28页，共50页，2023年，2月20日，星期三29四叉树编码:四叉树结构按其编码方式的不同又分为“常规四叉树”（CQT）和“线性四叉树”（LQT）常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记录中间结点，结点之间借助于指针相联系。每个结点用4个叶结点指针、1个父结点指针和一个属性码共6个数据项来表达。线性四叉树只记录叶结点信息，每个结点用位置、深度和属性码4个数据项表达。第29页，共50页，2023年，2月20日，星期三303.2数据结构类型2矢量数据结构矢量数据结构是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。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。

除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。第30页，共50页，2023年，2月20日，星期三课后思考与阅读仔细研究阅读栅格数据的压缩编码方式第31页，共50页，2023年，2月20日，星期三32矢量数据结构编码的基本内容

矢量数据结构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。点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；第32页，共50页，2023年，2月20日，星期三33矢量数据结构编码的基本内容

标识码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法第33页，共50页，2023年，2月20日，星期三34点实体第34页，共50页，2023年，2月20日，星期三35线实体面实体多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作。

第35页，共50页，2023年，2月20日，星期三36简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。存储：独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析第36页，共50页，2023年，2月20日，星期三37简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）多边形

数据项

A

(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

B

(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1) C

(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24) D

(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)

E

(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)第37页，共50页，2023年，2月20日，星期三38索引式线与多边形之间的树状索引

点与多边形之间的树状索引

第38页，共50页，2023年，2月20日，星期三39双重独立式DIME(DuallndependentMapEncoding)线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件

第39页，共50页，2023年，2月20日，星期三40链状双重独立式链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。第40页，共50页，2023年，2月20日，星期三41弧段文件弧段号 起始点 终结点 左多边形 右多边形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐标文件弧段号 点号 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31

链状双重独立式多边形文件多边形号 弧段号 周长面积中心点坐标 A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

第41页，共50页，2023年，2月20日，星期三42矢量数据结构的特点用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量号，精度高第42页，共50页，2023年，2月20日，星期三433.3两种数据结构的比较与转换结构简单，易数据交换。叠置分析和地理(能有效表达空可变性)现象模拟较易。利于与感遥数据的匹配应用和分析，便于图像处理。输出快速，成本低廉。便于面向现象(土壤类，土地利用单元等)结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。图形显示质量好，精度高。

优点数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。不能像数字图像那样做增强处理软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。矢量现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。投影转换困难。图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。栅格

缺点第43页，共50页，2023年，2月20日，星期三44数据结构的转换由于矢量数据结构和栅格数据结构各具有不同的优缺点，一般他们的应用原则是：数据采集采用矢量数据结构，有利于保证空间实体的几何精度和拓扑特性的描述；而空间分析则主要采用栅格数据结构，有利于加快系统数据的运行速度和分析应用的进程，因而在数据处理阶段，经常要进行两种数据结构的相互转换。第44页，共50页，2023年，2月20日，星期三由矢量向栅格的转换矢量数据的基本要素是点、线、面，因而只要实现点、线、面的转换，各种图形的相互转换问题就得以解决。研究的区域如右图，坐标方向如图中箭头所示，区域的最大最小坐标分别为xmax，xmin，ymax，ymin。网格大小为x

y。

x=(xmax－xmin)/J

y=(ymax－ymin)/