第三章 空间数据结构

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3、栅格数据的特点
（1）用离散的量化栅格值表示空间实体； （2）描述区域属性明显，位置隐含； （3）数据结构简单，易于与遥感数据结合； （4）难于建立地物间拓扑关系 （5）图形质量低且数据量大。
4、栅格结构数据获取途径
栅格结构数据主要可由四个途径得到，即 1、目读法：在专题图上均匀划分网格，逐个网格 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； 2、数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢 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； 3、扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据 扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据 重采样和再编码得到栅格数据文件； 4、分类影像输入：将经过分类解译的遥感影像数 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。
起始点
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Leabharlann Baidu0 6 7 2 1
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链式编码的优缺点
优点：链式编码对线状和多边 缺点：是对叠置运算如组 形的表示具有很强的数据压 合、相交等则很难实施， 缩能力，且具有一定的运算 对局部修改将改变整体 功能，如面积和周长计算等， 结构，效率较低，而且 探测边界急弯和凹进部分等 由于链码以每个区域为 都比较容易，类似矢量数据 结构，比较适于存储图形数 据。 单位存储边界，相邻区 域的边界则被重复存储 而产生冗余。
第三章
空间数据结构
数据结构即指数据组织的形式，是适合 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。 对于空间数据而言，则是地理实体的空间排 列方式和相互关系的抽象描述。 数据结构是对数据的一种理解和解释， 不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅 不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅 用户无法理解，计算机程序也不能正确的处 理，对同样一组数据，按不同的数据结构去 理，对同样一组数据，按不同的数据结构去 处理，得到的可能是截然不同的内容。
2、栅格结构中，点线面的表示
点用一个栅格单元表示； 线状地物则用沿线走向的一组相邻栅格单元表 示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上； 面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集 面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集 合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同 属一个区域。任何以面状分布的对象( 属一个区域。任何以面状分布的对象(土地利用、土 壤类型、地势起伏、环境污染等) 壤类型、地势起伏、环境污染等)，都可以用栅格数 据逼近。
第一节 栅格数据结构
一、简单栅格数据结构 一、简单栅格数据结构 二、栅格数据压缩存储的编码方法 二、栅格数据压缩存储的编码方法
一、简单栅格数据结构
1、定义 2、栅格结构中，点线面的表示 栅格结构中， 3、栅格数据的特点 4、栅格结构数据获取途径 5、保持原图或原始数据精度的方法
1、定义：
栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网 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 格结构(raster或grid cell)或像元结构(pixel)，是 cell)或像元结构(pixel)，是 指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列， 每个网格作为一个像元或像素，由行、列号定义， 并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值， 或仅仅包含指向其属性记录的指针。 因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现 因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现 象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或 现象的非几何属性特征。
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右图表示对左图的分割过程及其关系。这四个等分区 称为四个子象限，按左上(NW)、右上(NE)、左下 (SW)，右下(SE)。用—个树结构表示如下图所示
栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近 似离散的数据。在栅格结构中，地表被分成相互邻 接、规则排列的矩形方块( 接、规则排列的矩形方块(特殊的情况下也可以是 三角形或菱形、六边形等），每个地块与一个栅格 三角形或菱形、六边形等），每个地块与一个栅格 单元相对应。 栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应 单元大小之比。在许多栅格数据处理时，常假设栅 格所表示的量化表面是连续的，以便使用某些连续 函数。
NW NE SW 0 9 9 9 9 00 9 0 0 9 0 0 0 0 0 7 0 SE 7
2）四叉树结构的建立方法 建立四叉树有两种方法，即自上而下方式（top— 建立四叉树有两种方法，即自上而下方式（top— down）自下而上方式（bottom—up） down）自下而上方式（bottom—up） 自上而下方式的分割需要大量的运算，因为大量 数据需要重复检查才能确定划分。当n 数据需要重复检查才能确定划分。当n×n的矩阵比较 大，且区域内容要素又比较复杂时，建立这种四叉树 的速度比较慢。 自下而上方式是对栅格数据按如下的顺序进行检 测：如果每相邻四个网格值相同则进行合并，逐次往 上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。这种方法 重复计算较少，运算速度较快。
一、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。
信息有损编码是指为了提高编码效率，最大 信息有损编码是指为了提高编码效率，最大 限度地压缩数据，在压缩过程中损失一部分 相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢 复。 在地理信息系统中多采用信息无损编码，而 在地理信息系统中多采用信息无损编码，而 对原始遥感影像进行压缩编码时，有时也采 取有损压缩编码方法。
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链式编码的方向代码
链式编码的编码方法 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。 如果对于右图所示的线状地物确定 其起始点为像元(1，5)。 3 则其链式编码为：1，5，3，2，2， 2 3，3，2，3 3 对于右图所示的面状地物，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， 6，7，6，0，2，1
5、保持原图或原始数据精度的方法
在转换和重新采样时，需尽可能保持原图或原 始数据精度，通常有两种办法：
第一，在决定栅格代码时尽量保持地表的 第一，在决定栅格代码时尽量保持地表的 真实性，保证最大的信息容量。 真实性，保证最大的信息容量。
中心点法 面积占优法 重要性法 百分比法
逼近原始精度的第二种方法是缩小单个栅 逼近原始精度的第二种方法是缩小单个栅 格单元的面积，即增加栅格单元的总数。 格单元的面积，即增加栅格单元的总数。
4、四叉树编码(Quad-tree Codes) 、四叉树编码(QuadCodes)
1）定义： 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 等分为四部分。逐块检查其格网属性值(或灰度) 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。 四叉树分割与块式分割的区别
目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如键 码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。 其目的，就是用尽可能少的数据量记录尽可 其目的，就是用尽可能少的数据量记录尽可 能多的信息。 能多的信息。 类型：信息无损编码、信息有损编码 类型：信息无损编码、信息有损编码 信息无损编码是指编码过程中没有任何信息 信息无损编码是指编码过程中没有任何信息 损失，通过解码操作可以完全恢复原来的信 息。
二、栅格数据压缩存储的编码方法 1、链式编码 2、游程长度编码 3、块状编码 4、四叉树编码
1、链式编码（Chain Codes） 、链式编码（Chain Codes）
链式编码又称为弗里曼链码 (Freeman，1961)或边界链码。 (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。 基本方向可定义为：东＝0 基本方向可定义为：东＝0， 东南＝l，南＝2，西南＝3， 东南＝l，南＝2，西南＝3 西＝4，西北＝5，北＝6 西＝4，西北＝5，北＝6，东 北＝7 北＝7等八个基本方向。
3）四叉树编码法的优缺点 四叉树编码法的优点： 四叉树编码法的优点： （1）容易而有效地计算多边形的数量特征； （2）阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分 四叉树较高即分级多，分辨率也高，而不需表示许多 细节的部分则分级少，分辨率低，因而既可精确表示 图形结构又可减少存贮量； （3）栅格到四叉树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。 四叉树编码的最大缺点是转换的不定性。 四叉树编码的最大缺点是转换的不定性。
空间数据结构是地理信息系统沟通信息的 桥梁，只有充分理解地理信息系统所采用的 特定数据结构，才能正确有效地使用系统。 地理信息系统的空间数据结构主要有栅格 地理信息系统的空间数据结构主要有栅格 结构（显式表示） 矢量结构( 结构（显式表示）和矢量结构(隐式表示 ) 。
第三章 空间数据结构
第一节 栅格数据结构 第二节 矢量数据结构 第三节 两种数据结构的比较和转换
2、游程长度编码(Run—Length Codes) 、游程长度编码(Run— Codes) 游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法， 它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有 行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性 代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记 录内容。 其编码方案是，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 相同代码重复的个数，从而实现数据的 压缩。（举两个例子）
四叉树编码又称为四分树、四元树编码。 它是一种更有效地压编数据的方法。它将 2n×2n像元阵列连续进行4等分，一直分到 像元阵列连续进行4 正方形的大小正好与象元的大小相等为止 （如图），而块状结构则用四叉树描述，习 如图），而块状结构则用四叉树描述，习 惯上称为四叉树编码。
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游程长度编码在栅格数据压缩时，数据量没 有明显增加，压缩效率较高，且易于检索、叠加 合并等操作，运算简单，适用于机器存储容量小、 数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运 算增加处理和操作时间的情况。
3、块式编码(Block Codes) 、块式编码( Codes)
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) 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。 根据块状编码的原则，对如图所示的图像进行 根据块状编码的原则，对如图所示的图像进行 块式编码。
第二节 矢量数据结构 矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可 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 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。 式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。