二章空间数据结构及编码 ppt课件

4. 手工建立一个简单表示图阐明本 图的空间格局
＃－id
1 2 3 4 5 6 7
弧标识码
38 33 35 37 36 39 34
起始结点 终到结点 弧左多边形 弧右多变形 弧长
3
1
3
2
1.515
4
3
3
5
1.040
4
1
1
3
2.106
2
2
2
4
2.233
1
5
1
2
4.120
5
3
5
2
1.093
4
5
5
1
2.193
文件格式
数据模型---面向机器
2.Gis中地理空间数据组织的主要对象
• 从地理空间景象或事物到计算机世界,普通 也要有概念模型,数据模型,数据构造和文 件格式几个层次.这个过程有时统称为地理 空间数据建模
Gis怎样组织数据以模拟地理事物和景象的呢?
举例
• 我们将gis所笼统,表达的地理事物和景象, 称为空间对象;空间对象的位置相互关系,
#－id 多边形标识码
1
0
2
104
3
102
4
101
5
103
周长 8.418 8.596 4.296 2.233 4.325
面积 -4.506 2.078 1.144 0.301 0.983
多边形属性表〔PAT〕
1. 本图有多少个多边形和弧？
2. 哪个多边形是包含于另一个中？
3. 哪个多边形和多边形102相邻？
面积占优法 中心点法 重要性法
4.栅格构造编码方式
• 直接栅格编码 • 行程编码 • 块码 • 链式编码 • 四叉树构造 • 二维行程编码
游程长度编码〔Run-Length Codes〕
根本思绪：对于一幅栅格图像，经常有行 〔或列〕方向上相邻的假设干点具有一样 的属性代码，因此可采取某种方法紧缩那 些反复的记录内容。
• 块码具有可变的分辨率，即当代码变化小时图块大， 就是说在区域图斑内部分辨率低；反之，分辨率高。
• 块码与游程长度编码类似，随着图形复杂程度的提 高而降低效率，就是说图斑越大，紧缩比越高；图 斑越碎，紧缩比越低。
• 块码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作 时有明显的优越性。
• 然而在某些操作时，那么必需把游程长度编码和块 码解码，转换为根本栅格构造进展。
• 特点：属性的变化愈少，行程愈长，那么 紧缩的比例越大，紧缩比与图的复杂程度 成反比。
块码
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假 设干栅格，数据构造由初始位置〔行、列号〕和半 径，再加上记录单位的代码组成。
对图所示图像的块码编码如下：
(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1 ,7),
• 线性四叉树只存储最后叶结点的信息。 • 包括叶结点的位置、深度和本结点的属性
或灰度值
• 线性四叉树叶结点的编号需求遵照一定的 规那么，这种编号成为地址码，它隐含了 叶结点的位置和深度信息。
几种线性四叉树的编码
a. 基于深度和层次码的线性四叉树的编码 它是经过记录叶结点的深度码和层次码来描画 叶结点的位置码
称为空间关系
a空间对象
• 点状空间对象(0维对象) • 线状空间对象 • 面状空间对象 • 体状空间对象
除空间维数特性外,空间对象还可以从其复杂 性,规那么性,人为性等角度认识和区分
b空间关系通常分为3类 度量空间关系 顺序空间关系 拓扑空间关系
-------衔接性 -------包含 -------邻接性
三角形、方格和六角形划分
栅格数据模型
2.图形栅格数据构造表示
0000200 0 0002000 0 0102033 0 0002333 3 0020333 3 0020033 0 0200000 0
00000000 00000000 00002000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1 ,4),
(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1 ,4),
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
弧属性表〔AAT〕
二、栅格数据构造
1.概念
定义：又称为网格构造，它是将地表划分成为严 密相邻的网格阵列。每个网格的位置由行列号定 义。它包含一个代码，以表示该网格的属性或指 向属性记录的指针。
留意：栅格数据模型是将延续空间离散化，即用 二维铺盖或划分覆盖整个延续空间，这种铺盖可 以分为规那么的和不规那么的
(3该,3例,1中,块4)码,(用3,了4,112,04个),整(3数,5，,2比,直8)接,(编3,码7,还2多，这是由于例中为描画方便， ,7栅),格划分很粗糙，在实践运用中，栅格划分细，数据冗余多的多，才干显
出紧缩编码的效果，而且还可以作一些技术处置，如行号可以经过行间标
(4志数,1而据,2省冗,去 余0)记。,(录4,，3,行1号,4和),(半4径,4等,1也,8不),用(5用,3双,1字节整数来记录，可进一步减少 ,8),
四叉树构造
根本思想：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〕，假设某个子 区的一切格网值都一样，那么这个子区就不再继 续分割，否那么还要把这个子区再分割，直到每 个子块都只含有一样的属性值或灰度为止。
四叉树编码具有可变的分辨率，并且有区域性质， 紧缩数据灵敏，许多运算可以在编码数据上直接实 现，大大地提高了运算效率，是优秀的栅格紧缩编 码之一
00000000 00060000 06606000 00000600 00000600 00000600 00000060 00000000
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
点
线
面
3.决议栅格单元代码的方式
44444777 44448877
〔1，7〕，〔2，4〕，〔4，8〕，〔7，0〕； 0 0 4 8 8 8 7 7
〔1，7〕，〔2，4〕，〔3，8〕，〔8，0〕； 〔1，7〕，〔3，8〕；
0
0
8
8
8
8
7
8
〔1，7〕，〔6，8〕；
00088888
〔1，7〕，〔5，8〕。
00008888
00000888
〔9〕〔10〕〔11〕〔12〕 〔17〕〔18〕〔19〕
〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕
〔13〔〕14〕〔15〕〔16〕
0层 1层 2层 3层
常规四叉树与线性四叉树
• 常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记 录中间结点。结点之间借助指针联络，每 个结点需求用六个量表达，即四个叶结点 指针、一个父结点指针和一个结点的属性 或灰度值。这些指针不仅添加了数据储存 量，而且添加了操作的复杂性。
两种方案
1〕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一样的代码反复的个数，从而实现数据的紧缩。
〔属性值，长度〕
例如
〔0，1〕,〔4，2〕,〔7，5〕；
〔4，5〕,〔7，3〕；
〔4，4〕,〔8，2〕,〔7，2〕；〔0，2〕,
〔4，1〕,〔8，3〕,〔7，2〕;
紧的缩 ，〔4比 在4〔〔：0的 变00，6大 化4，，小多5是的32〕与部〕〕,图分〔,,的，〔〔8复 游8，杂 程8，程 数，3度就4〕5成多〕〕。反，,比变；〔〔70440，04440，1〕44444 〕,〔7448 ,〔87488，8，77881〕47777 〕；7777；
化少的部分游程数就少，图件越简单， 0 0 8 8 8 8 7 8
紧缩效率就越高
00088888
00008888
00000888
2〕逐个记录各行〔或列〕代码发 生变化的位置和相应代码
〔属性值，属性发生变化的位置〕
编码如下〔沿列方向〕
04477777
〔1，0〕，〔2，4〕，〔4，0〕； 〔1，4〕，〔4，0〕； 〔1，4〕，〔5，8〕，〔6，0〕；
一个点在一个弧段的端点 一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交） 一个点在一个区域的边界上 一个点在一个区域的内部 一个点在一个区域的外部 一个点在一个环的内部 一个面是一个简单面（面上没有“岛”） 一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面
的内部沿任意路径走向另一点）
两点之间的距离 一个点指向另一个点的方向 弧段的长度 一个区域的周长 一个区域的面积
11110000 11110000 11100000 11100000 33444000 33444000 33440000 33440000
1
1
0
1
10
10
3
4
400
40
3
4
0
0
〔8〕
〔1〕 〔2〕〔3〕
〔9〕〔10〕〔11〕〔12〕 〔17〕〔18〕〔19〕
〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕
〔13〔〕14〕〔15〕〔16〕
0层 1层 2层 3层
第一层 00
层次码 第二层 11
第三层 11
深度码 0011
0层
1层
〔8〕
2层
〔1〕 〔2〕〔3〕
〔9〕〔10〕〔11〕〔12〕 〔17〕〔18〕〔19〕
3层
〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕
〔13〔〕14〕〔15〕〔16〕
该地址码的十进制
为：？
b. 基于四进制的线性四叉树编码
〔8〕
第二章 空间数据构造及编码
一 根本概念
1、从现实世E界.F按.C照到od著d计名的数实算据际库以机专为家数世据界
模型本质上是一组为用户
效力的规那么,这些规那么 现实世界
概念模型 规定其数据构造如何组用户织认识 部分笼统 以及该当允许进展何种操
四 数据模型 个 层 数据构造 次
作。
概念模型----面向用户
〔1〕 〔2〕〔3〕
〔9〕〔10〕〔11〕〔12〕 〔17〕〔18〕〔19〕
〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕
〔13〔〕14〕〔15〕〔16〕
0层 1层 2层 3层
第一层 0
第二层 3
第三层 3
思考
• 请为23 ×23 栅格阵列中的每个栅格建 立基于四进制的四叉树编码方式的地址 码？
• 他能找出何种规律？
000 001 010 011 100 101 110 111 000 000 001 010 011 100 101 110 111 001 002 003 012 013 102 103 112 113 010 020 021 030 031 120 121 130 131 011 022 023 032 033 122 123 132 133 100 200 201 210 211 300 301 310 311 101 202 203 212 213 302 303 312 313 110 220 221 230 231 320 321 330 331 111 222 223 232 233 322 323 332 333
3.空间数据构造和空间数据模型两个概念之间的关 系
• 空间数据构造和空间数据模型研讨地理空 间数据组织和管理.两者之间的关系,与普通 的数据构造和数据模型的关系有两点类似 之处.其一,空间数据构造所作的数据组织任 务,比空间数据模型更基层些,它偏重数据表 达的物理实现,而空间数据模型涉及到空间 数据管理的层次.其二，同普通数据的数据 模型一样,空间数据模型的命名通常与相应 的空间数据构造一样.
注意
1〕从四叉树的特点可知，一幅2n *2n 栅格 阵列图，具有的最大深度数为n，能够具有 的层次为0，1，2，……..n
2〕每一层的栅格宽度，即每层边上包含的最 大栅格数，反映了所在叶结点表示的正方形 集合的大小，其值为：2〔最大深度-当前层 次〕
例如：一幅23 × 23 的栅格阵列，它具 有的最大深度为3，能够层次分别为0，1， 2，3。
4.空间分析与非空间分析
5.空间数据 定义 特点： 数据的空间性 数据的属性 数据的时间性
6.空间数据的编码 7.空间数据的拓扑关系
地理要素之间的空间区位关系可笼统为点、线〔或弧〕、多 边形〔区域〕之间的空间几何关系，其关系如下
欧氏平面上实体对象所具有的拓扑 和非拓扑属性
拓扑属性
非拓扑属 性
其中：第0层边长上的最大栅格数为2 〔3-0〕＝8
第1层边长上的最大栅格数为2 〔3-1〕＝4
11110000 11110000 11100000 11100000 33444000 33444000 33440000 33440000
1
1
0
1
10
10
3
4
400
40
3
4
0
0
〔8〕
〔1〕 〔2〕〔3〕
• 链码〔Chain Codes〕 •
链码又称为弗里曼链码[Freeman]或边境 链码，链码可以有效地紧缩栅格数据，而 且对于估算面积、长度、转机方向的凹凸 度等运算非常方便，比较适宜于存储图形 数据。
缺陷是对边境进展合并和插入等修正编辑 任务比较困难，对部分的修正将改动整体 构造，效率较低，而且由于链码以每个区 域为单位存储边境，相邻区域的边境将被 反复存储而产生冗余。