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1、空间数据的组织与结构,地理科学学院 张玉红,数据结构,数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。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。,矢量图,栅格图,采用一个没有大小的点（坐标）来基本点元素时，称为矢量表 示法。,采用一个有固定大小的 点（面元）来表达基本 点元素时，称为栅格表 示法。,矢量数据结构栅格数据结构两种数据结构的比较与选择,栅格数据结构,栅格数据结构的定义栅格数据结构的特点栅格数据结构的获取栅格数据结构的组织栅格数据结构的压
2、缩,一、定义栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构(raster或grid cell)或象元结构(pixel)，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素,由行、列号定义，并包含一个代码,表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。,二、特点栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含。,三、获取途径,栅格结构数据主要可由四个途径得到，即 目读法：在专题图上均匀划分网格，逐个网格地决定其代码，最后形成栅格数字地图文件；数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢量结构数据后，再转换为栅格结构；扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样和
3、再编码得到栅格数据文件；分类影像输入：将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统，作为栅格数据结构的专题地图。,四、组织方法,1.直接栅格编码（栅格矩阵结构）,A,B,C,D,A A C C B A C C B B D C B D D D,2.确定栅格代码,A,B,C,D,A,B,C,D,A A C C B A C C B B D C B D D C,中心点法是将栅格中心点的值作为本栅格元素的值。,（1）中心点法,A,B,C,D,A A C C B A C C B B D C B D D D,面积占优法是把栅格中占有最大面积的属性值定为本栅格元素的值。,（2）面积占优法,A,B,C,D
4、,A A C C B A C C B B D C B D D C,长度占优法是将网格中心画一横线,然后用横线所占最长部分的属性值作为本栅格元素的值。,（3）长度占优法,A,B,C,D,A A C C B A C C B B C C B D D C,重要性法往往突出某些主要属性，对于这些属性，只要在栅格中出现，就把该属性作为本栅格元素的值。,（4）重要性法,百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与。,无论如何取值，在计算机中，如果矩阵的每个元素用一个双字节表示，则一个图层的全栅格数据所需要的存储空间为m（行）n（列）2（字节）。如：一个面积为100km2的区域，
5、如果网格边长取为1m，每个网格用一个双字节表示，则一个图层的要素就用？兆字节的存储空间。,200,链式编码游程编码块状编码四叉树编码,五、压缩编码方式,链式编码又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码。链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。,链式编码,链式编码的方向代码,链式编码示意图,线状地物确定其起始点为像元(1，5)，则其链式编码为：1，5，3，2，2，3，3，2，3,面状地物，假设其原起始点定为像元（5，8），则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为：5，8，3，2，4，4，6，6，
6、7，6，0，2，1,链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以0-7的整数代表。,是将原始栅格阵列中属性值相同的连续若干个栅格单元映射为一个游程，每个游程的数据结构为（A，P）整数对。其中，A代表属性值，P代表该游程最右端栅格的列号。,A A C C B A C C B B D C B D D D,游程编码,行,游 程,12345678,(9，4)，(0，8)(9，3)，(0，8)(0，1)，(9，3)，(0，4)，(7，6)，(0，8)(0，4)，(7，6)，(0，8)(0，4)，(7，8)(0，4)，(7，8)(0，4)，(7，8)(0
7、，4)，(7，8),游程编码文件,四叉树编码(quad-tree code),四叉树结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分,逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值,则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。,四叉树的树状表示,练习:,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
8、及四叉树到简单栅格结构的转换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。,块状编码,块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。,9,9,9,9,0,0,0,0,9,9,0,9,0,0,0,0,9,0,0,9,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,(1,1,2,9),(1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(
9、1,7,2,0),(2,3,1,9),(2,4,1,0),(3,1,1,0),(3,2,1,9),(3,3,1,9),(3,4,1,0),(3,5,2,7),(3,7,2,0)(4,4,1,0),(4,2,1,0),(4,3,1,0),(4,4,1,0),(5,1,4,0),(5,5,4,7),一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。然而对某些运算不适应，必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。,综合练习:,有一栅格数据文件
10、按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为：1，2，2，2；0，1，2，2；1，3，2，2；0，1，2，2。分析并回答下列问题。表示面状地物的代码是几？假设方向代码分别表示为：东=0，东北=1，北=2，西北=3，西=4，西南=5，南=6，东南=7。写出线状地物的链式编码。按列方向写出一种游程编码方案。块状编码中最大正方形的半径是多少？按四叉树分解最多能分解几次？最大层数为多少？,矢量数据结构,基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量数据结构是利用殴几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。,一、矢量数据结构编码的基本内容,1、点实体 点实体包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体。在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。,方向,字体,排列,指针,与线相交的角度,如果是简单点,符号,符号,字符大小,简单点,文字说明,结点,唯一识别符,x,，,y,坐标,其它有关的属性,点实体,有关的属性,如果是文字说明,如果是结点,点实体的矢量数据结构,2、线实体,线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x，y坐标定义。最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。,线实体矢量编码的基本内容,
