空间数据结构及编码
GIS原理-判断及选择题
二.选择题
8.数据库系统是:____。( ) A.存储在计算机内的有结构的数据集合 B.一个软件,用以维护数据库、接受并完成用户对数据库的一切操作 C.指由硬件设备、软件系统、专业领域的数据体和管理人员构成的一个运行系统 D.数据文件的集合
二.选择题
6.在地理信息系统中,通常使用的三个坐标系是:_____。( ) A.世界坐标系、规范化坐标系和设备坐标系 B.世界坐标系、用户坐标系和设备坐标系 C.世界坐标系、局部坐标系和设备坐标系 D.局部坐标系、用户坐标系和设备坐标系
7.图形数据的编辑功能主要是:________。( ) A.利用已知的理论数据和实际数据建一多项式变换公式,用此公式修改错误数据 B.利用 GIS 软件提供的程序,自动删除图形数据中的错误数据 C.利用开窗口功能和光标定位功能,人机交互的修改图形中的错误数据 D.利用图形变换功能来修改图形中的错误数据
第一章 绪论
一.判断题
1.在通常情况下,对信息和数据可不作严格区分,在不引起误解的情况下可以通用,因此信息和数 据无本质区别。 (对 错 )
2.GIS 与 DBS 的最大差别是前者具有处理图形数据功能,而后者没有。 (对 错 )
3.GIS 与 CAD 系统两者都有空间坐标,都能把目标和参考系统联系起来,都能描述图形拓扑关系,也 能处理属性数据,因而无本质差别。 (对 错 )
3.手扶跟踪数字化输入得到的是矢量数据。 (对 错 )
4.对于一条折线一般选择流方式数字化。 (对 错 )
5.对于不规则曲线图形常选择流方式数字化。 (对 错 )
6.扫描输入最大的缺点是噪声、数据量大。 (对 错 )
空间数据的结构与编码
空间数据的结构与编码在当今数字化的时代,空间数据成为了我们理解和处理地理信息的重要基石。
空间数据不仅在地理科学、城市规划、环境保护等领域发挥着关键作用,也在日常生活中的导航、地图应用等方面为我们提供了极大的便利。
而要有效地处理和利用空间数据,就离不开对其结构和编码的深入理解。
空间数据,简单来说,就是描述地理空间中对象的位置、形状、大小等特征的数据。
它可以是点、线、面等几何对象,也可以是与这些对象相关的属性信息,比如一个城市的人口数量、建筑物的高度等。
为了能够高效地存储、管理和处理这些复杂多样的空间数据,我们需要对其进行合理的结构设计和编码。
空间数据的结构可以分为矢量数据结构和栅格数据结构两大类。
矢量数据结构将空间对象表示为点、线、面等几何元素,并通过坐标来精确描述其位置和形状。
例如,一条河流可以用一系列连接的线段来表示,每个线段的端点都有明确的坐标。
矢量数据结构的优点在于数据精度高、存储空间小,并且能够方便地进行几何变换和空间分析。
比如,我们可以很容易地计算两个矢量对象之间的距离、面积等。
然而,矢量数据结构在处理大面积的连续数据(如地形)时,可能会比较复杂。
栅格数据结构则将地理空间划分为规则的网格单元,每个单元对应一个特定的值。
比如,在一张卫星图像中,每个像素就是一个栅格单元。
栅格数据结构的优点是处理简单、易于与遥感数据结合,适用于对大面积连续现象的模拟和分析。
但它的缺点是数据量较大,精度相对较低,且在进行几何操作时可能会产生锯齿状的边缘。
除了上述两种主要的数据结构,还有一些混合结构,如矢栅一体化结构,结合了矢量和栅格数据结构的优点,以满足不同应用场景的需求。
接下来,让我们谈谈空间数据的编码。
编码是将空间数据转换为计算机能够理解和处理的形式的过程。
常见的编码方式包括拓扑编码、坐标编码、块编码等。
拓扑编码通过记录空间对象之间的拓扑关系(如相邻、包含等),来减少数据的冗余并提高空间分析的效率。
例如,在一个道路网络中,我们只需要记录每个路段的起点和终点以及它们之间的连接关系,而不需要重复存储每个点的坐标。
空间数据结构
空间数据结构数据结构定义:指数据组织的形式,是指适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构,地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述,对数据的一种理解和解释。
空间数据的三大特性:空间,时间,专题属性。
常见的数据结构:矢量结构,栅格结构,数字高程模型,面向对象模型,矢量和栅格的混合数据结构等,网络结构,空间数据编码:1、空间数据结构的实现2将搜集的、经过审核了的地形图、专题地图和遥感影像等资料按特定的数据结构转换为适合于计算机存储和处理的数据的过程3在地理信息系统的空间数据结构中栅格结构的编码方式:直接栅格编码、链码、游程长度编码、块码、四叉树码等矢量结构主要有坐标序列编码、树状索引编码和二元拓扑编码等编码方3.2 栅格数据结构一、概述1、栅格数据结构是基于空间划分或铺盖的空间被划分成大量规则的或不规则的空间单元,称为象素(Cell或Pixel),依行列构成的单元矩阵叫栅格(Grid)三角形方格六角形2、每个单元通过一定的数值表达方式(如颜色、灰度级)表达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象3、对同一现象,也可能有若干不同尺度、不同聚分性的铺盖4、目前常用的是基于正方型分划的栅格,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、列定义包含一个代码表示该象素的属性类型或量值,或仅仅包括指向其属性记录的指针5 、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6 、GIS中栅格数据经常是来自卫星遥感、摄影测量、激光雷达和扫描设备中,以及用于数字化文件的设备中二、栅格数据组织1 、以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织2 、每个数据表示地物或现象的非几何属性特征点状地物用一个栅格单元表示;线状地物沿线走向的一组相邻栅格单元表示面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示3 、遥感影像属于典型的栅格结构,每个象元的数字表示影像的灰度等级三、栅格结构的建立(1)栅格数据的获取途径遥感数据图片的扫描矢量数据转换:手工方法获取: 在专题图上均匀划分网格,逐个网格地确定其属性代码的值,最后形成栅格数据文件(2)栅格系统的确定栅格坐标系的确定:坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定由于栅格编码一般用于区域性GIS,原点的选择常具有局部性质为了便于区域的拼接,栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致,并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。
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主要功能及应用领域
主要功能
包括数据采集与编辑、数据存储 与管理、空间查询与分析、可视 化表达与输出等。
应用领域
广泛应用于城市规划、资源管理 、环境监测、灾害评估、交通运 输、农业、林业、水利等多个领 域。
国内外发展现状与趋势
01 02
国内发展现状
我国地理信息系统起步于20世纪80年代,经过几十年的发展,已经在 理论、技术、应用和产业等方面取得了显著成就,形成了较为完善的产 业体系。
云计算技术能够提供弹性可扩展的计算和存储资源,满足GIS海量数据处理和分析的需 求。
物联网为GIS提供丰富的数据来源
物联网技术能够连接各种传感器和设备,实时采集各种空间信息和非空间信息,为GIS 提供更加丰富、多样的数据来源。
新技术推动GIS向智能化、服务化方向发展
云计算、物联网等新技术的融合应用将推动GIS向更加智能化、服务化的方向发展,为 用户提供更加便捷、高效的服务。
CHAPTER 05
地理信息系统分析方法
缓冲区分析原理及应用实例
缓冲区分析原理
基于点、线、面等地理实体,自动建 立其周围一定宽度范围内的缓冲区多 边形,然后将该缓冲区多边形与需要 进行空间分析的其他图层进行叠加, 进而得到所需结果。
应用实例
城市规划中,根据道路中心线建立缓 冲区,分析道路两侧的建设控制区; 环境保护中,根据污染源建立缓冲区 ,分析污染源对周围环境的影响范围 。
未来GIS行业面临的挑战和机遇
挑战
数据安全与隐私保护问题日益突出;技术创新和人才培养需求迫切;行业标准化和规范 化程度有待提高。
机遇
国家政策支持为GIS行业发展提供有力保障;市场需求不断增长为GIS行业发展提供广 阔空间;技术创新和跨界融合为GIS行业发展注入新动力。
地理信息系统名词解释
1、地理信息系统地理信息系统是一种采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统。
2. 地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称;它属于空间信息,具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
4.地理数据:是以地球表面空间位置为参照,描述自然、社会和人文景观的数据,主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
17.空间数据编码空间数据编码是指将数据分类的结果,用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。
编码的目的空间数据编码是用来提供空间数据的地理分类和特征描述,同时为了便于地理要素的输入、存储、管理,以及系统之间数据交换和共享的需要。
2、空间数据结构空间数据结构是指空间数据在计算机内的组织和编码形式。
它是一种适合于计算机存贮、管理和处理空间数据的逻辑结构,是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述。
它是对数据的一种理解和解释。
8. 四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割(2n×2n,且n≥1),直到子象限的数值单调为止。
凡数值(特征码或类型值)呈单调的单元,不论单元大小,均作为最后的存储单元。
这样,对同一种空间要素,其区域网格的大小,随该要素分布特征而不同。
3、3S 技术:(GIS、RS、GPS)技术的综合或一体化形成的集成系统。
在这种集成系统中,GPS主要用于实时、快速地提供目标、各类传感器和运载平台的空间位置;RS用于实时或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面的各种变化,及时地对GIS的空间数据进行更新;GIS则是对多种来源的时空数据综合处理、动态存储、集成管理、分析加工,作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。
4、DTM/DEMDTM为数字地形模型,是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型(Digital Elevation Model),简称DEM。
地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构
面对象 Class
属性
属性
体 3-Complex
面 2-Complex
线对象 Class
属性
线 1-Complex
点对象 Class
属性
点 0-Complex
三角形 2-simplex
线段 1-simplex
节点 0-simplex
33
空间地物
复杂地物
13 类空间对象
复杂
柱状地物
体状地物
数字立体模型
部分
节点 0-simplex
X,Y,Z
31
三维对象的拓扑数据模型
体状对象
面状对象
线状对象
点状对象
1 BodyID
1 SurfaceID
1
LineID
1 PointID
N
体1
N
4
5
面
1
6
N
3 4
边
1
1
2 结点
ElementID
FaceID
EdgeID
NodeID
X
Y
Z
32
三维复杂实体的逻辑模型
体对象 Class
• 模型:
• 时间作为属性(time stamp)
• 序列快照模型( Sequent Snap shots) • 基态修正模型(Base State with Amendments) • 时空复合模型( Space - time Composite) • 时空立方体模型( Space - time Cube)
表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新, 不足之 处是空间分析难以进行。 (2)体模型(Volume model)
空间数据结构与编码-习题
一、在一张土地利用图上Map ,有两个不同属性(P1、P2)的多边形(如图1所示),P1
多边形由a 、e 、g 线段组成,P2多边形由b 、c 、d 、g 线段组成,点的地理坐标分别是1(2.5,2.5),2(4.0,3.0),3(4.0,2.0)4(5.5,3.5),5(5.0,2.5)。
请用层次结构、关系数据库结构分别描述该地图。
图1
二、图2为原始栅格阵列,请完成以下编码:
1)对整个图形采用游程压缩编码;
2)采用链状编码方法对“R ”地物实现编码;
3)给出四叉树编码的树状图和十进制的Morton 编码。
图 2
三、图3为原始栅格阵列,A 、B 代表地物的属性,请采用行程编码和链式编码对B 多边形(空白区域)进行编码。
3 4
Map
P1 P2
a
b
c
e
d 1
2
5
g
图3
四、基于十进制Morton编码方法建立表1的线性四叉树(表1)。
表1。
空间数据结构及编码
多边形编号
多边形边界
10
I,II,IX
20
III,VII,VIII,IX,X
30
X
40
IV,VI,VII
50
II,III,IV,V
• 树状索引结构消除了相邻多边形边界的数 据冗余和不一致的问题,在简化过于复杂
的边界线或合并相邻多边形时可不必改造 索引表,邻域信息和岛状信息可以通过对 多边形文件的线索引处理得到。
• 20:x1,y1;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16; x17,y17;x18,y18;x19,y19;x20,y20;x21,y21;x22,y22; x23,y23;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11; x1,y1;
• 30:x33,y33;x34,y34;x35,y35;x36,y36;x37,y37;x38,y38; x39,y39;x40,y40; x33,y33;
• 链码(Chain Codes)
链码又称为弗里曼链码[Freeman]或边界 链码,链码可以有效地压缩栅格数据,而 且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸 度等运算十分方便,比较适合于存储图形
数据。
缺点是对边界进行合并和插入等修改编辑 工作比较困难,对局部的修改将改变整体 结构,效率较低,而且由于链码以每个区 域为单位存储边界,相邻区域的边界将被 重复存储而产生冗余。
注意:栅格数据模型是将连续空间离散化。
二维空间坐 标网或其局 部
特别方便计算机 运作的数据组织 形式——矩阵数 组
规整栅格:
研究区域划分为规整 格网,空间位置数据 隐含其中
每一网格上放置空 间对象在该位置上 的属性数据
栅格空间数据模型
第四章空间数据结构
基本概念
• 弧段:构成多边形的线称为弧段,每个弧段可以有许 多中间点。
• 节点:两条以上弧段相交的点称为节点 • 岛:由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。 • 简单多边形:多边形图中不含岛的多边形称为简单多
边形。 • 复合多边形:含岛的多边形称为复合多边形,包括为
边界和内边界,岛可以看做复合多边形的内边界。
C1,C5,C4
P3
C6,C7,C8
P4
C5,C7,C10,C2
….
节点 N1 N2 N3 N4 ….
C4
N4 N1
C1 P2 C6
C8
P1 C3
P3 N2 C5 N5
C2
C7
N7
C9 P5 P4
N3
N6
C10
点拓扑
坐标
X1,y1
X2,y2
X3,y3
X4,y4
线
C1,C4,C3 C1,C5,C2 C2,C3,C10 C4,C6,C8
线与多边形之间的树状索引
点与多边形之间的树状索引
树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗 余和不一致的问题,在简化过于复杂的边界线或合并 相邻多边形时可不必改造索引表,邻域信息和岛状信 息可以通过对多边形文件的线索引处理得到,但是比 较繁琐,因而给相邻函数运算,消除无用边,处理岛 状信息以及检查拓扑关系带来一定的困难,而且两个 编码表都需要以人工方式建立,工作量大且容易出错 。
矢量数据结构
矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的 组织,通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、 线、多边形等地理实体,坐标空间设为连续,允 许任意位置、长度和面积的精确定义。
其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字 长的限制。
矢量数据
第五讲数据输入与输出共81页
N1
N5
P1
0
Xn1,yn1…xn5yn5
a5
N1
N3
P2
P1
Xn1,yn1…xn3yn3
a6
N3
M5
P3
P1
Xn3,yn31…xn5yn5
a7
N3
N4
P4
P3
Xn3,yn3…xn4yn4
a8
N2
N3
P4
P2
Xn2,yn2…xn3yn3
4、拓扑关系的意义:
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义,因为: 1)拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系,它比几何关 系具有更大的稳定性,不随地图投影而变化。 2)有助于空间要素的查询,利用拓扑关系可以解决许多实际问题。 如某县的邻接县,--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管 破裂找关闭它的阀门,就需要查询该线(管道)与哪些点(阀门) 关联。 3)根据拓扑关系可重建地理实体。如建立封闭多边形,实现道路 的选取,进行最佳路径的计算等。
§5-1实体间空间 关系
一、实体间空间关系 二、空间数据结构
一、栅格数据结构 二、栅格代码的确定
三、栅格数据编码
§5-2栅格数据结构 及编码
§5-3矢量数据结 构及编码
一、矢、栅比较
二、矢栅一体化概念 三、三个约定和细分 格网法 四、一体化结构设计
§5-4 矢栅一体 化数据结构
一、图形表示 二、获取方式 三、组织 四、编码方式
00000000 00000000 00002000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00060000 06606000 00000600 00000600 00000600 00000060 00000000
空间数据结构
2)双重独立编码结构/DIME(Dual Independent Map Encoding)码
9i
1j
10 线号 左多边形
a
I
h
7
f
Ⅲ5
ed
a
2Ⅰ
k
b c d
I I II
6
b
3
Ⅱ
c
e
II
f
II
g
0
8 g 4 l 11
h i
0 0
j
0
k
0
l
0
线文件
右多边形
II II II III III III II II II II II II
相同; 拓扑空间数据结构的共同的特点是:点是相互独立的,点连成线, 线构成面;每条线始于起始结点,止于终止结点,并与左右多边形相 邻接。 拓扑空间数据结构主要有: ①索引式 ②双重独立编码结构 ③链状双重独立编码结构等。
1)索引式拓扑空间数据结构
11
15
c 10
12 14
16
A
B
C
D
9
B
d 13
桥梁
空间数据结构是数据逻辑模型与数据文件格式间的桥梁
选择一种数据逻辑模型 对空间数据进行描述
一种数据结构 对该模型进行表达
一种适合记录该结构的 文件格式
一、空间数据结构要描述的内容
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。是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描 述。
② 岛只作为一个单图形,没有建立与外界多边形的联系。 ③ 每个多边形自成体系,缺少多边形的邻域信息和图形
的拓扑关系; ④ 难以检查多边形边界的拓扑关系正确与否,如是否存
地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2
第1行第N列亮度值 波段n 波段1 第2行第1列亮度值 波段n
BSQ结构
BIP结构
BIL结构
星蓝海学习网13
以行为记录单位按行存储 地理数据。属性明显,位 置隐含。 缺点:存在大量冗余,精 度提高有限制。
星蓝海学习网14
0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
星蓝海学习网
• 优点:
• 栅格加密时,数据量不会明显 增加,压缩效率高,最大限度 保留原始栅格结构,
• 编码解码运算简单,且易于检 索、叠加、合并等操作,得到 广泛应用。
• 缺点:
• 不适合于类型连续变化或类型 区域分散的数据。
星蓝海学习网
(2)压缩栅格数据结构
块码(二维游程编码)(行,列,半径,属性值)
弧段ID a b c d e
起始点 5 7 1 13 7
终结点 1 1 13 7 5
… … … 左多边形 Q A Q D D
右多边形 A B B B A
f
13
5
Qห้องสมุดไป่ตู้
D
点号 1 2
…… 25
坐标 (x1,y1) (x2,y2)
…… (x25,y25)
g
25
弧段ID
点号
a
5,4,3,2,1
b
7,8,1
c
1,9,10,11,12,13
• 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,再加上记录单元代码组成。特点:
• 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。
第二章-2 空间数据结构的类型
“外壳”; ③没有任何点在三角形的外接圆内部,反之,
如果一个三角网满足此条件,那么它就是 Delaunay三角网;
④如果将三角网中的每个三角形的最小角进行 升序排列,则Delaunay三角网的排列得到的数值 最大,从这个意义上说, Delaunay三角网是 “最接近于规则化”的三角网。(等边三角形)
▪ TIN
它角 连 多从
) 。
被 称 为
形 网 是
形 成 的
边 形 中
左 图 中
狄泰 一 各可
洛森 个 已以
尼多 三 知看
三边 角 点出
角 网 (
形 的 对 偶 图
形 网 , 该 三
)
(
参 考 点
相
来 , 将 泰 森
D-
,
▪ 用迪洛尼三角网构建泰森多边形
▪ 给定一个D-TIN,对于它的所有内边,连接共 有每条内边的两个三角形的外接圆的圆心,即构 成该TIN的平面点集Voronoi图。 (1)首先构建离散平面点集的D-TIN; (2)然后求取各三角形的外接圆心; (3)对每一个离散点,按顺时针或逆时针方 向连接与其关联的三角形的外接圆心,即得到该 离散点的泰森多边形;
▪
②手扶跟踪数字化法;
▪
③数据结构转换法。
2.3.2 矢量数据结构
矢量数据结构分为以下几种主要类型 ▪ 简单数据结构 ▪ 拓扑数据结构 ▪ 曲面数据结构
1)简单数据结构 a.面条(Spaghetti方式)在简单数据结构中,空间数据按 照以基本的空间对象(点、线、多边形)为单位进行单独 组织,不含有拓扑关系数据,最典型的是面条(Spaghetti 方式)
空间数据结构
第五章空间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。
地理信息系统空间数据结构是指空间数据在系统内的组织和编码形式(GIS数据结构也可称为图形数据格式),它是指适合于计算机系统存储、管理和处理地理图形的逻辑结构。
GIS中,空间数据一般有着较为复杂的数据结构,目前,主要有两种数据模型表示空间数据,即矢量数据模型和栅格数据模型。
4.1 栅格数据结构4.1.1概述栅格数据是计算机和其它信息输入输出设备广泛使用的一种数据模型,如电视机、显示器、打印机等的空间寻址。
甚至专门用于矢量图形的输入输出设备,如数字化仪、矢量绘图仪及扫描仪等,其内部结构实质上是栅格的。
遥感数据也是采用特殊扫描平台获得的栅格数据。
栅格数据就是用数字表示的像元阵列,其中,栅格的行和列规定了实体所在的坐标空间,而数字矩阵本身则描述了实体的属性或属性编码。
栅格数据最显著的特点就是存在着最小的、不能再分的栅格单元,在形式上常表现为整齐的数字矩阵,因而便于计算机进行处理,特别是存储和显示。
4.1.2编码方案以图4-1为例,介绍几种编码方法的编码思路、方案和特点。
图4-1 栅格数据结构1. 游程长度编码地理数据往往有较强的相关性,也就是说相邻象元的值往往是相同的。
游程长度编码的基本思想是:按行扫描,将相邻等值的象元合并,并记录代码的重复个数。
游程长度编码的数据结构: 行号,属性,重复次数。
图4-1的游程长度编码为:1,A,4,R,1,A,6…对于游程长度编码,区域越大,数据的相关性越强,则压缩越大。
其特点是,压缩效率较高,叠加、合并等运算简单,编码和解码运算快。
2. 块式编码块式编码是将游程扩大到二维情况,把多边形范围划分成若干具有同一属性的正方形,然后对各个正方形进行编码。
块式编码的基本思想:由初始位置(行列号)、半径和属性代码组成。
图4-1的块状编码为:(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…块状编码对大而简单的多边形更为有效,对一些虽不较多的复杂多边形效果并不好。
第三章 空间数据结构
(三)栅格数据的组织
数据文件 像元1
像元2 … 像元n
X坐标
数据文件
Y坐标
层1属性
层1
层2属性 ...
层n属性
层2 …
层n
像元1
X坐标
Y坐标 属性值
数据文件 层1
像元2 ...
像元n
多边 形1
属性值 像元1坐标
像元2坐标 … 像元n坐标
多边形2 ... 多边形n
层2 …
层n
(四)栅格结构的建立
一)建立途径
数据存储量大
(2)费尔曼链码 (边界编码)
将线状地物或区域边界表示为:由某一起始点 和某些基本方向上的单位矢量链组成。
前两个字母表示起点的行列号,从第三个数 字开始每个数字表示单位矢量的方向。
单位矢量的长度 为一个栅格单元, 后续点可能位于前 继点8个基本方向上。
7
0
1
6
2
5
4
3
(2)费尔曼链码 (边界编码)
三)栅格属性值的确定
4、重要性法
突出某些主要属性,只要在栅格中出现就把该属性作为 栅格属性
A
B
C
D
AABB AABB CDDB DDDD
三)栅格属性值的确定
5、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单 元的取值。
A
B
C
D
AABB AABB CDDB DDDD
(五)栅格数据编码方式
(3)游程(行程)编码
特点:属性的变化愈少,游程愈长,即压缩比的
大小与图的复杂程度成反比。
优点:数据压缩率高,易于实现叠加,检索和合
并运算。
缺点:适合类型区面积较大的专题图、遥感影像
地理信息系统(空间数据结构)
第二节 矢量数据结构
3)双重独立式 索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并 间接增加邻域信息,具体方法是对所有边界点进 行数字化,将坐标对以顺序方式存储,由点索引 与边界线号相联系,以线索引与各多边形相联系, 形成树状索引结构。
32
11
12 13
30 29
14
10
31
28 27
15
1
24 25
AB
8
决定栅格单元代码的方式
优点:混合单元 减少、量算精度 提高、更接近真
实形态
缺点:数据量增 加、数据冗余严
重
9
栅格数据的压缩编码方式:链式编码
北=6
西北=5
东北=7
西=4
东=0
西南=3
东南=1
南=2
12345678 1 AAAARAAA 2 AAARAAAA 3 A A ARAGGA 4 A A ARAGGA 5 A ARAGGGG 6 ARA AGGGA 7 ARA AGGGA 8RAAAAAAA
26
16
23
2
98
17
22
7
21
6
20
3
5
18
19
4
多边形原始数据
B
C
D
E
ab
c f g hj
e f i bc i
线与多边形之间的树状索引
点与线之间的树状索引
33
小结
本次课首先学习了栅格数据的相关知识,对栅 格结构的特点和表示、数据的获取以及提高数 据的经度进行了介绍,然后对栅格数据的四种 压缩编码方式进行学习,最后介绍了矢量数据 结构的基础知识。
(1,1,2,9), (1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0)图,(2,3,1,9),(2,4,1,0),
空间数据结构与管理
01
03
02
坐标序列法的优缺点
优点:文件结构简单,易于实现以多边形为单位的运算和显示。 缺点:①多边形之间的公共边界被数字化和存储两次,由此产生冗余和碎屑多边形;如重叠陕长多边形及裂缝的产生。 ②每个多边形自成体系而缺少邻域信息,难以进行邻域处理,如消除某两个多边形之间的共同边界; ③不能解决“洞”和“岛”之类的多边形嵌套问题。 ④没有方便方法来检查多边形边界的拓扑关系正确与否,如有无不完整的多边形(死点)或拓扑学上不能接受的环(奇异多边形)。 这种方法可用于简单的粗精度制图系统中。
Ⅱ树状索引编码法
采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息,方法是对所有边界点进行数字化,将坐标对以顺序方式存储,由点索引与边界线号相联系,以线索引与各多边形相联系,形成树状索引结构。
线与多边形之间的树状索引
图形数据
4
二、矢量数据结构
定位明显:其定位是根据坐标直接存储的,无需任何推算。 属性隐含:属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上。 矢量数据结构图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂的多,在叠加运算、邻域搜索等操作时比较困难,有些甚至难以实现, 在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中,矢量结构有很高的效率和精度。
02
03
04
手工获取,专题图上划分均匀网格,逐个决定其网格代码。
由矢量数据转换而来。
扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色(灰度)},定义颜色与属性对应表,用相应属性代替相应颜色,得到(行、列、属性)再进行栅格编码、存贮,即得该专题图的栅格数据。
遥感影像数据,对地面景像的辐射和反射能量的扫描抽样,并按不同的光谱段量化后,以数字形式记录下来的像素值序列。
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3. 岛只作为一个单个的图形建造,没有与外包多边形 的联系;
4.不易检查拓扑错误。这种方法可用于简单的粗精度 制图系统中
2)树状索引结构 该法采用树状索引以减少数据冗余并间接 增加邻域信息,方法是对所有边界点进行 数字化,将坐标对以顺序方式存储,由点 索引与边界线号相联系,以线索引与各多 边形相联系,形成树状索引结构
2.有代表性的矢量空间数据结构
非拓扑数据结构
1)Spaghetti结构 ——坐标序列法
由多边形边界的x、y坐标对集合及说明信息组成,是 最简单的一种多边形矢量编码,如上图记为以下坐标文件:
• 10:x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8; x9,y9;x10,y10;x11,y11; x1,y1;
0 4 4
4 4 4
4 4 4
7 4 4
7 4 8
7 7 8
7 7 7
7 7 7
0
0 0 0
0
0 0 0
4
8 0 0
8
8 8 0
8
8 8 8
8
8 8 8
7
7 8 8
7
8 8 8
0
0
0
0
0
8
8
8
该例中块码用了120个整数,比直接编码还多,这是因为例中为描述方便, 栅格划分很粗糙,在实际应用中,栅格划分细,数据冗余多的多,才能显 出压缩编码的效果,而且还可以作一些技术处理,如行号可以通过行间标 记而省去记录,行号和半径等也不必用双字节整数来记录,可进一步减少 数据冗余。
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相同的代码重复的个 数,从而实现数据的压缩。
(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); (0,2),(8,4),(7,1),(8,1); (0,3), (8,5);(0,4),(8,4);(0,5),(8,3)。
7 4 8 8 8 8 8 0
7 7 8 8 8 8 8 8
7 7 7 7 7 8 8 8
7 7 7 7 8 8 8 8
点
线
面
3.栅格结构编码方式
• 直接栅格编码
• 行程编码 • 块码
• 链式编码
• 四叉树结构 • 二维行程编码
下一页
游程长度编码(Run-Length Codes)
基本思路: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。
以下分别为右 图的多边形文 件和线文件树 状索引示意图。 其文件结构如 下:
线与多边形之间的树状索引
点与边界线之间的树状索引
采用上述的树状结构,前图的多边形数据记录如下:
三、矢量数据结构
1.矢量空间数据模型
空间对象 计算机中的表达 点状 点坐标(x,y) 线状 一串点坐标 面状 一串首尾相连的点坐标
描述对象本身的性质; 描述某些空间关系 其他说明数据
二维空间 坐标
几何数据: 表达空间对象形状、 位置及其位置关系
每一点、线、 面的唯一标识 符
属性数据 (常用关 系表组织)
• 50:x21,y21;x22,y22;x23,y23;x8,y8;x7,y7;x6,y6;x24,y24; x25,y25;x26,y26;x27,y27;x28,y28; x21,y21;
坐标序列法文件结构简单,易于实现以多边形为单位 的运算和显示。 缺点: 1.多边形之间的公共边界被数字化和存储两次,由此 产生冗余和碎屑多边形; 2.每个多边形自成体系而缺少邻域信息,难以进行邻 域处理,如消除某两个多边形之间的共同边界;
1 1 1
1 1 1
1 1 1
1 1 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
1
1
0
1 3 3
1 1 4 4
0 0 4 4 0 0 0 0 0
1
3 3 3 3
1
3 3 3 3
1
4 4 4 4
0
4 4 4 4
0
4 4 0 0
0
0 0 0 0
0
0 0 0 0
0
0 0 0 0
0层 1层 2层 3层
(4)(5) 6) ( (7) (13)14) ( (15) (16)
• 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要遵循一定的 规则,这种编号成为地址码,它隐含了叶 结点的位置和深度信息。
基于十进制的线性四叉树编码
规则:首先将二维栅格数据的行列号转换为 二进制,然后交叉放入Morton码中,即为 线性四叉树的地址码: 行号=5(1 0 1);列号=7(1 1 1) Morton= 1 1 0 1 1 1=55
0
4 4 0 0
4
4 4 0 0
4
4 4 4 8
7
4 4 8 8
7
4 8 8 8
7
7 8 8 8
7
7 7 7 7
7
7 7 7 8
0
0 0
0
0 0
0
0 0
8
0 0
8
8 0
8
8 8
8
8 8
8
8 8
• 特点:属性的变化愈少,行程愈长,则压 缩的比例越大,压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, 再加上记录单位的代码组成。
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 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
非拓扑属 性
• 基本的拓扑关系包括:连接性、包含和邻 接性
二、栅格数据结构Βιβλιοθήκη 1.概念定义:又称为网格结构,它是将地表划分 成为紧密相邻的网格阵列。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。 注意:栅格数据模型是将连续空间离散化。
二维空间坐 标网或其局 部
2.空间数据特点: 数据的空间性 数据的属性 数据的时间性
3.在GIS中,空间数据主要包括 : • 1)某个已知坐标系中的位置 • 2)实体间的空间关系 • 3)与几何位置无关的属性
4.空间数据的拓扑关系
地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线(或弧)、多
边形(区域)之间的空间几何关系,其关系如下
0 4 4 4 0 0 4 4 4 4 8 7 4 4 8 8 7 4 8 8 8 7 7 8 8 8 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8
44:64
压缩比的大小是与图的复杂程度成反比 的,在变化多的部分,游程数就多,变 化少的部分游程数就少,图件越简单, 压缩效率就越高
4 4 0 0
0
0 0
0
0 0
四叉树结构
基本思想: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),如果某个子 区的所有格网值都相同,则这个子区就不再继续 分割,否则还要把这个子区再分割,直到每个子 块都只含有相同的属性值或灰度为止。
四叉树编码具有可变的分辨率,并且有区域性质, 压缩数据灵活,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,是优秀的栅格压缩编 码之一
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 2 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 6 0 0 0 0 0
• 链码(Chain Codes)
链码又称为弗里曼链码[Freeman]或边界 链码,链码可以有效地压缩栅格数据,而 且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸 度等运算十分方便,比较适合于存储图形 数据。
缺点是对边界进行合并和插入等修改编辑 工作比较困难,对局部的修改将改变整体 结构,效率较低,而且由于链码以每个区 域为单位存储边界,相邻区域的边界将被 重复存储而产生冗余。
特别方便计算机 运作的数据组织 形式——矩阵数 组
规整栅格: 研究区域划分为规整 格网,空间位置数据 隐含其中
每一网格上放置空 间对象在该位置上 的属性数据
栅格空间数据模型
三角形、方格和六角形划分
2.图形栅格数据结构表示
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 0 2 2 0 0 2 2 2 0 0 0 2 0 0 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 0 0
• 20:x1,y1;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16; x17,y17;x18,y18;x19,y19;x20,y20;x21,y21;x22,y22; x23,y23;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x11,y11; x1,y1;
• 30:x33,y33;x34,y34;x35,y35;x36,y36;x37,y37;x38,y38; x39,y39;x40,y40; x33,y33; • 40:x19,y19;x20,y20;x21,y21;x28,y28;x29,y29;x30,y30; x31,y31;x32,y32; x19,y19;