GIS的空间数据结构与组织
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9、静夜四无邻,荒居旧业贫。。三月-21三月-21Sunday, March 28, 202110、雨中黄叶树,灯下白头人。。10:12:0810:12:0810:123/28/2021 10:12:08 AM11、以我独沈久,愧君相见频。。三月-2110:12:0810:12Mar-2128-Mar-2112、故人江海别,几度隔山川。。10:12:0810:12:0810:12Sunday, March 28, 202113、乍见翻疑梦,相悲各问年。。三月-21三月-2110:12:0810:12:08March 28, 202114、他乡生白发,旧国见青山。。28 三月 202110:12:08 上午10:12:08三月-2115、比不了得就不比,得不到的就不要。。。三月 2110:12 上午三月-2110:12March 28, 202116、行动出成果,工作出财富。。2021/3/28 10:12:0810:12:0828 March 202117、做前,能够环视四周;做时,你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。10:12:08 上午10:12 上午10:12:08三月-219、没有失败,只有暂时停止成功!。三月-21三月-21Sunday, March 28, 202110、很多事情努力了未必有结果,但是不努力却什么改变也没有。。10:12:0810:12:0810:123/28/2021 10:12:08 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。三月-2110:12:0810:12Mar-2128-Mar-2112、世间成事,不求其绝对圆满,留一份不足,可得无限完美。。10:12:0810:12:0810:12Sunday, March 28, 202113、不知香积寺,数里入云峰。。三月-21三月-2110:12:0810:12:08March 28, 202114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。28 三月 202110:12:08 上午10:12:08三月-2115、楚塞三湘接,荆门九派通。。。三月 2110:12 上午三月-2110:12March 28, 202116、少年十五二十时,步行夺得胡马骑。。2021/3/28 10:12:0810:12:0828 March 202117、空山新雨后,天气晚来秋。。10:12:08 上午10:12 上午10:12:08三月-219、杨柳散和风,青山澹吾虑。。三月-21三月-21Sunday, March 28, 202110、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。10:12:0810:12:0810:123/28/2021 10:12:08 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。三月-2110:12:0810:12Mar-2128-Mar-2112、越是无能的人,越喜欢挑剔别人的错儿。10:12:0810:12:0810:12Sunday, March 28, 202113、知人者智,自知者明。胜人者有力,自胜者强。三月-21三月-2110:12:0810:12:08March 28, 202114、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。28 三月 202110:12:08 上午10:12:08三月-2115、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。三月 2110:12 上午三月-2110:12March 28, 202116、业余生活要有意义,不要越轨。2021/3/28 10:12:0810:12:0828 March 202117、一个人即使已登上顶峰,也仍要自强不息。10:12:08 上午10:12 上午10:12:08三月-21
栅格模式
矢量模式
优点:1、数据结构简单2、叠加操作更易实现、更有效3、能有效表达空间可变性4、便于做图像的有效增强
优点:1、数据结构更严密。2、提供有效的拓扑编码,便于拓扑操作。3、图形输出美观。
缺点:1、数据量大,需要压缩。2、难以表达拓扑关系。3、图形输出不美观,有锯齿。
缺点:1、数据结构复杂。2、叠加操作不方便。3、表达空间变化性能力差。4、不能做增强处理。
光栏法编程流程图
矢量数据匹配
顶点匹配与数字接边
矢量数据变换
二维和三维几何图形的变换;矢量栅格数据之间变换;数据格式之间变换;数据结构之间变换;地图投影之间变换。
矢量数据变换
二维几何图形的变换
矢量数据变换
二维几何图形的变换
矢量数据变换
二维几何图形的变换
矢量数据变换
二维几何图形的变换
矢量数据变换
变长编码
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
A
A
A
B
B
B
B
B
B
B
D
D
D
D
B
B
B
B
B
B
D
D
D
D
D
B
B
B
B
B
D
D
D
D
D
C
C
C
C
C
D
D
D
D
D
C
C
C
C
C
D
D
D
D
D
C
C
C
C
C
D
D
D
D
D
C
C
C
C
C
D
D
D
D
D
C
C
C
C
C
D
D
D
D
D
C
C
C
C
C
全栅格编码
A
10
0
A
10
1
A
4
2
B
6
2
A
3
3
B
7
3
栅格数据的宏运算
2.侵蚀
栅格数据的宏运算
3.加粗
栅格数据的宏运算
4.减细
减细的原理和过程与加粗几乎一样,因为加粗“0”像元就是减细“1”像元。但一定要注意:在减细的批处理中,若不附加一些必要的限制条件,就可能导致线划的断裂或要素的消失等。
栅格数据的宏运算
5.填充(带有边界条件的逐步加粗法)
栅格数据运算的具体应用
(1)两要素之间有粘连现象
栅格数据运算的具体应用
(2)三线公路的绘制(两次加粗,异或运算,或运算)
栅格数据运算的具体应用
(3)各种面积量算
栅格数据运算的具体应用
(4)指定范围内填充规定的图案
栅格数据运算的具体应用
(5)栅格图像的叠置分析
栅格数据运算的具体应用
计算机实现流程图:
栅格数据(1)
所谓栅格数据是: 将制图区域的平面表象按一定的分解力作行和列的规则划分,就形成了一个阵列,其中每个栅格也称”像元”或”像素”.根据所表示的表像信息,各个像元可用不同的”灰度值”来表示,但每个像元被认为是内部一致的基本单元.换句话说:由平面表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据就是栅格数据.
栅格数据概念
基本拓扑关系: 拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含
拓扑邻接(P58)
存在于空间图形之间同类要素之间的拓扑关系。
多边形P1和P2 , P1和P3 在空间上相邻接; 弧段L2,L3,和L5在空间上相邻接; 节点V1与V9, V9与V4等在空间上相邻接。
弧
左多边形
右多边形
a
D
C
b
C
A
c
A
B
d
D
四叉树编码的优点
四叉树编码的最大缺点是转换的不确定性,用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构,故不利于形状分析和模式识别。但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓“空洞”这种结构存在,故越来越多的GIS工作者都对四叉树结构很感兴趣。
四叉树编码的缺点
矢量数据的组织
无拓扑关系矢量结构
点实体
3.两个栅格图像的布尔逻辑组合
栅格数据的基本运算
4.其它栅格图像的基本运算
(1)栅格灰度值乘上或加上一个常数;
(2)栅格灰度值求其正弦,余弦等,方根,对数,指数等;
(3)将某些栅格灰度值置成常数等;
(4)求一个栅格图像中元素灰度值之和;
(5)找出一个栅格图像中元素灰度值最大和最小等;
(6)求出两个栅格图像对应灰度值的数量积;
多边形P1包含多边形P4
矢量数据压缩技术
间隔取点法;垂距法和偏角法;道格拉斯—普克(Douglas—Peucker)法;光栏法。
矢量数据压缩技术
间隔取点法
பைடு நூலகம்
矢量数据压缩技术
垂距法和偏角法
矢量数据压缩技术
道格拉斯—普克(Douglas—Peucker)法
矢量数据压缩技术
光栏法
矢量数据压缩技术
栅格数据的组织
节省空间
形式简单
方便制图
栅格数据的压缩技术(p67)
长度(变长)编码法(Length Codes)改变扫描顺序法(Exchange Orders)链式编码(Chain Codes)游程长度编码(Run-Length Codes)块式编码(Block Codes)四叉树编码(Quadtree Encoding)
主要包括: (1)中心归属法;(2)长度占优法;
(3)面积占优法.
栅格数据的基本运算
1.栅格图像的平移(向左一格,再向上一格)
栅格数据的基本运算
2.两个栅格图像的算数组合
将两个栅格图像叠加,使它们对应像元的灰度值相加,相减,相乘,相除,开方和,平方和等等.
栅格数据的基本运算
D
4
4
D
5
5
B
5
5
B
6
4
D
5
6
C
5
6
D
5
7
C
5
7
D
5
8
C
5
9
D
5
9
C
5
9
变长编码
四叉树编码
0
11
13
32110
0
1
2
3
10
11
12
13
110
111
112
113
四叉树分解过程
容易而有效地计算多边形的数量特征; 阵列各部分的分辨率是可变的,边界复杂部分 四叉树分级多,分辨率也高,而不需要表示的 细节部分则分级少,分辨率低。因而既可精确 表示图形结构,又可减少存储量。 直接栅格编码到四叉树编码及四叉树到简单栅格 编码的转换比块式编码等其它压缩方法容易。 多边形中嵌套不同类型小多边形的表示较方便。
非拓扑属性
两点之间的距离弧段的长度一个区域的周长一个区域的面积
基本拓扑要素概念(P57): 线段(ARC,弧段),在线段的中间与其他任何线段不存在任何相关关系,在线段的段点才与其他的线段有关系。线段是有向线段,它的方向有首尾端点确定。 结点(NODE),即线段的两端点,可以分为首结点和尾结点。 多边形(POLYGON), 由数条线段有序的首尾连接而成。 层(LAYER), 具有相同属性的拓扑要素的组合。
GIS的空间数据结构与组织
在矢量模式中,关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。 栅格模式是连续特征的模式,栅格图象包含有网格单元(像元灰度值),扫描的地图或图像照片等。
空间数据——矢量和栅格模式
数据的组织方法
矢量模式
栅格模式
真实世界
栅格数据概念(P65)
栅格数据中的点线面
点:表示为单个像元。线:在一定方向上连接成串的相邻像元的集合。面:由聚集在一起的相邻像元的集合。
栅格数据概念
四方向相邻和八方向相邻
栅格数据的获取
1.遥感方法获取(航天与航空);
2.图片扫描获取(纸介质的地图等扫描);
3.矢量数据转换而来;
4.由平面上行距,列距固定的点抽样而来
A
拓扑关联
指存在于空间图形中的不同类要素之间的拓扑关系 。
节点V9与弧段L3,L5,L6关联; 多边形P1与弧段L1,L2,L3,L6关联
多边形
弧
p1
L1、L3、L6、L7
p2
L2、L3、L5
p3
L4、L5、L6
p4
L7
拓扑包含
指存在于空间图形中同类但不同级的基本要素之间的拓扑关系 。
分层:露天体育场、球场
分层:铁路等相关要素
铁路:广州市内的铁路线路
分层:道路中心线
道路中心线:高速路、城市道路和对外交通道路的中心线(一般用于相关信息的查询及检索)
苗圃
分层:绿地及绿地注记
绿地:风景名胜、城市公园、居住区公园、小游园等绿地注记:绿地的名称标注
各层叠加后图像
空间数据的组织
1、由专题和分块组成2、面向对象的组织(发展)
如果一个图像的灰度值只有两种,通常用”1”表示前景元素,用”0”表示背景元素,则这个图像也称”二值图像”.
在栅格数据中,二值图像的每个像元只能用计算机中的一位”bit”表示.在这种表示法中,数据虽可得到高度压缩,但不适宜表示多种制图要素在同一幅图像上出现的情况.
为了区分制图物体的类型属性,可以使不同制图要素上的像元带有不同的灰度值.因此需要为每个像元开辟计算机中的若干位(通常为一个字节),以便存放不同的灰度值.
栅格与矢量数据格式之间的转换
栅格与矢量数据格式之间的转换
栅格与矢量数据格式之间的转换
空间数据的分层组织
层的概念同时适合于栅格数据和矢量数据。所谓层是指地理特征及其属性在逻辑上的集合。在栅格数据结构中,每种属性可形成一个独立的层,而新的属性就意味着在数据库中新加一层。在矢量数据结构中,层是用来区分空间实体的主要类型,目的是为了制图与显示。因独立地物点与多边形标示符不能区分,因而点和多边形不能在同一层。
二维几何图形的变换
矢量数据变换
二维几何图形的变换
栅格与矢量模式的选择与转换
栅格和矢量均有各自的特点。从点、线、面实体转化为规则单元,这是矢量数据栅格化(p71)。从栅格单元转换到几何图形的过程,称为栅格数据矢量化(p72)。
栅格与矢量数据格式之间的转换
栅格与矢量数据格式之间的转换
栅格与矢量数据格式之间的转换
例如:道路作为单一的栅格式不存在的,栅格的值才表达了路是一个实体。道路是被具有道路属性值的一组栅格表达的。
矢量结构特征——图形
用点线面表示现实世界的物体,每一个实体的位置用它们在坐标参考系统中的空间位置定义;用属性表示物体的数量和质量特征。例如,用一条线表达一条道路;一个多边形表示一个湖泊。
矢量模式与栅格模式比较
线实体
面实体
标示符X、y坐标属性值
标示符X、y坐标对属性值
标示符边线标示符属性值
点实体
矢量数据拓扑结构
矢量数据拓扑结构,即基本要素点线面和实体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系,与长度面积无关。
什么叫拓扑?Topology一词来自希腊文,它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支,它研究在拓扑变换下能保持不变的几何属性——拓扑属性。
栅格数据(2)
栅格数据(3)
上海东方明珠电视塔
故宫
栅格数据(4)
栅格数据(5)
矢量数据概念
矢量数据(1)
矢量数据(2)
矢量数据(3)
矢量+栅格(1)
矢量+栅格(2)
栅格结构特征——图像
空间被划分为规则的栅格。地理实体的位置用它们占据的行列号(I,J)表示,每一格称为一个像元,像元是用灰度值来表示的(0~255)。每个栅格与它表达的真实世界的空间实体没有直接的联系。