空间数据结构.ppt.ppt

研究空间数据结构的目的是为了将从现实世界中抽象出来的地理对象的空间特征以数字化的形式反映到计算机系统中去。空间数据结构就是如何组织空间数据的方法。常用的空间数据的结构有两类：矢量数据结构和栅格数据结构。,第二章 空间数据的表达,什么是空间数据结构？,第三节：矢量数据结构及其编码一、矢量数据结构编码的基本内容,第二章 空间数据的表达,点实体,唯一标识码,(x,y)坐标,相关属性,线实体,唯一标识码,起始点、终止点、坐标对序列,相关属性,二、矢量数据的组织,关系表,几何位置坐标文件,连接,矢量数据表示时应考虑以下问题：矢量数据自身的组织 矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)表达 与属性数据的联系,唯一标识码,第三节：矢量数据结构及其编码,点：坐标对（x,y）线：坐标对系列(x1,y1).(xn,yn)有关属性、其它属性面：首尾相同的坐标串,三、矢量数据编码方式,（spaghetti）-面条模型:以实体为单位记录其坐标,（一）实体式数据结构,第三节：矢量数据结构及其编码,实体式数据结构的特点,数据冗余容易产生匹配错误不能表达多边形嵌套问题不能表达实体间的拓扑关系,（二）索引式,对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建点与线、线与多边形的索引文件。,1、点文件：,3、面文件：,2、弧段文件:,三、矢量数据编码方式,（三）链状双重独立地图编码(DIME)是一种拓扑编码方法,1、点坐标文件：,2、弧段文件：弧面结点关系,3、面文件,DIME:Dual Independent Map Encoding,三、矢量数据编码方式,1、点坐标文件：,2、弧段文件,拓扑编码具有拓扑编辑功能!,拓扑编辑功能,多边形连接编辑 目的：检验组成多边形的弧段能否形成封闭多边形 方法：检查各弧段是否首尾相连 作用：用于判断多条弧段是否可以构成封闭多边形结点连接编辑 目的：检验被多边形环绕的结点是否为多边形公用边的交点 方法：检查以该结点为共同顶点的各多边形是否两两相邻,检出需编辑多边形 P1相关的弧段检查各弧段相关的多边形 P1所处的位置是否是右多边形？若否，交换起终点，重新确定多边形位置顺序连接各弧段的起终点，若连接的结点能自行封闭，表明弧段文件正确。,多边形连接编辑,第二节 栅格数据结构及其编码,第二章 空间数据的表达,栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。实体的位置由行、列号定义 不同的实体由栅格单元的不同属性值表示,一、网格图形表示,点：由单个栅格表达。线：由具有相同属性取值的一组相邻栅格表达。面：由具有相同属性取值的一片栅格表达。,二、栅格数据层的概念,针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。,组织方法,第二节 栅格数据结构及其编码,第二章 空间数据的表达,数据文件,层1,层n,层2,.,x坐标,y坐标,属性值,像元1,像元3,像元2,三、栅格数据结构的编码内容和组织方法,第二节 栅格数据结构及其编码,第二章 空间数据的表达,1、栅格坐标系的确定 在实际处理栅格数据时，通常采用栅格行、列的矩阵坐标，其原点在栅格图的左上角，横向为行、纵向为列。,(I,J)(4,3),四、栅格属性数据的取值方法,第二节 栅格数据结构及其编码,第二章 空间数据的表达,I,J,2、栅格单元尺寸的确定,1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大（按分辨率的平方指数增加）计算机成本就越高，处理速度越慢。2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：H 为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。,H,3.栅格单元代码（属性值）的确定,当一个栅格单元内有多个可选属性值时，按一定方法来确定栅格属性值。1、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。2、面积占优法：栅格单元属性值为面积最大者，常用于分类较细，地理类别图斑较小时。3、重要性法：定义属性类型的重要级别，取重要的属性值为栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素，特别是点、线地理要素。4、长度占优法每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。,a,b,b,a,a,b,b,a,b,五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）,1、直接栅格编码：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行记录代码数据。1）每行都从左到右记录；2）奇数行从左到右，偶数行从右到左；特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。,栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。,8，80,0,0,0,1,0,0,00,5,0,0,1,0,0,0.,实例：直接栅格编码.grd,直接栅格编码数据文件,2、游程长度压缩编码（变长编码）：,将原图表示的数据矩阵变为数据对：(属性码，长度)长度：连续相同码值的栅格个数。,游程长度编码数据文件,五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）,3、链式编码、Freeman 链码、边界链码,1）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这8种可能07进行编码。2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链.,将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链的记录,链式编码表,a,a,a,a,a,a,b,五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）,4.四叉树编码,1)基本思想：将 2n2n 象元组成的图像(不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一。单一：不分。不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。2）四叉树的树形表示：用一倒立树表示这种分割和分割结果。根：整个区域层：几次分割，分几层叶：不能再分割的块树叉：还需分割的块 每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。,五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0 11 1,1 11 0,A,D,C,B,A(第0层),B(第1层),C(第2层),D(第3层),(深度),建立四叉树结构的方法Top-Down方法,建立四叉树结构的方法Bottom-Up方法,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0 11 1,1 11 0,1,4,3,2,按规定的顺序规则，合并相同属性的栅格,3)四进制的 Morton码,四叉树从上而下形成，直到不需再划分（全部都是 叶结点）由叶结点确定 Morton 码。A、分割一次，增加一位数字，大分割在前，小分割在后。所以，MQ码的位数表示分割的次数。B、每一个位均是不大于3的四进制数，表达位置。由Morton码可以找出四叉树叶结点的具体位置。,322,a,b,c,五、栅格数据编码方法（栅格数据文件的形成）,MQ码编码数据文件,数据 优点 缺点 1.数据结构紧凑、冗余度低 1.数据结构复杂矢量数据 2.有利于网络和检索分析 2.多边形叠加分析比较困难 3.图形显示质量好、精度高 1.数据结构简单 1.数据量大栅格数据 2.便于空间分析和地表模拟 2.投影转换比较复杂 3.现势性较强,矢量、栅格格式的比较,矢量、栅格数据结构的选择,栅格结构:大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。,矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。,在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。,