第二章-矢量与栅格一体化数据结构

▪ 栅格数据的获取方法比较简单，以透明格 网采集输入为例，具体步骤是，首先准备 一张聚脂薄膜透明格网，格网的尺寸(边长) 依要求而定;然后，将此格网叠置于原图上， 根据单位格网交点归属法(图2-43)、单位格 网面积占优法(图2-44)、单位格网长度占优 法(图2-45)等，可以直接获取相应的栅格数 据。
▪ 现代地理信息系统数据模式的一个重要特征是数 据与功能之间具有密切的联系。
▪ 例如，以城市信息系统为例，一般需要的原始数 据包括十大类:基础底图、环境数据、公用设施、 工程平面图、地块图、街区类型数据、区域统计 数据、交通统汁数据、街道网文件数据和区域境 界线数据。其中每一类数据都包括一系列数据实 体，每种数据实体由许多数据项组成，例如环境 数据包括土壤、地质、植被、地形、水文、坡度 和其他地理实体，而每一种地理实体又包含有空 间坐标、地理分类、面积统计等等。
▪ 栅格数据分为平面栅格数据和曲面栅格数据。
▪ 以上讨论的是平面栅格数据，它对于全国或 区域的土地资源和土地利用的分析、研究， 以及与遥感数据的匹配应用等，都是非常方 便的。
▪ 若要获取按一定格网形式排列的地面点高程 数据，或称为三维数据，则一般要经过数据 取样、数据处理和数据记录三个过程。
▪ 空间数据编辑的目的是为了消除数字化过 程中引入的错误，以及将数字化数据重新 组织以便得到便于进一步处理和使用的格 式。
2.4.4 栅格数据的输入与编辑
▪ 同样，栅格数据的输入过程是产生和栅格 数据结构相适应的GIS空间数据的过程。适 合产生这种空间数据的图形数字化方法包 括:透明格网采集输入、扫描数字化输入及 其他数据传输和转换输入等。
▪ 约定一：点状地物仅有空间位置，而无形状和面 积，在计算机中仅有一个位置数据
▪ 约定二：线状地物有形状，但无面积，在计算机 中需要组织一组元子（即栅格单元）填满的路径 表达；
▪ 约定三：面状地物有形状和面积，在计算机内有 一组元子表达的填满路径的边界线和内部（空洞 出外均填满）的区域组成
举例：
据此，点状地物、线状地物和面状地物的“矢量化” 数据记录方式如下：
循环指针 属性值 8 12 16 20 0 36 48
二维行程 M码
循环指针 属性值
2.3.6 矢量结构与栅格结构的比较
一、栅格结构与矢量结构的比较：
比较内容
矢量结构
数据结构
复杂
数据量
小
图形精度
高
栅 格结构 简单 大 低
图形运算、搜索 软件与硬件技术 遥感影像格式
复杂、高效 不一致 要求比较高
简单、低效 一致或接近 不高
▪ M0表示点所在或线所通过的粗格网的 Morton码，是研究区的整体编码。
▪ M1表示点所在或线通过的基本栅格的 morton码，也是研究区内的整体编码。
▪ M2表示点所在或线所通过的细分栅格的 morton码，是基本栅格内的局部编码
以上编码是基于栅格的，因而据此设计的数据结 构必定具有栅格的性质，为了使之具有矢量的特 点，龚建雅提出了点状地物，线状地物的三个约 定
2.4.2 空间数据的分类和编码
▪ 1．空间数据的分类 ▪ 是指根据系统功能及国家规范和标准，将
具有不同属性或特征的要素区别开来的过 程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同 的信息层，为数据采集、存储、管理、查 询和共享提供依据。
2.4.2 空间数据的分类和编码
▪ 在进行具体分类时，首先根据图形原则， 将空间数据分为点、线、面三种类型;其次 是对象原则，例如河流和道路，虽然它们 同为线状要素，但是属于不同的地理对象， 应当作为不同的数据存储层。 以我国 基础地理信息数据分类为例，分为测量控 制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、 境界、地形与土质和植被八个大类，然后 再依次细分为小类、一级类、二级类等。
2.3.5矢量与栅格一体化数据结构
1.矢栅混合模式
▪ 有多种形式，最简单也最实用的是不对矢 量结构数据和栅格结构数据做任何特殊处 理，直接将他们分别存储在同一个GIS的空 间数据库系统中，并通过共同的ID号将各 空间对象的矢量数据，栅格数据及属性数 据关联在一起。
矢量数据
实
体
栅格数据
ID
属性数据
面域ID
边界ID序列 面域内点指针 ……
面域内点指针位置
面域内点坐标（M1,M2）序列
点状目标及其数据结构
点标识号
M1
….
….
10025
43
10026
105

…..
….
M2
…. 4082 7725 ….
高程z
…. 432 463 …..
结点及其数据结构
结点点标 M1 识号
…….
….
M2 ……
10026 43
图形输出 数据共享
显示质量好、精度高， 输出方法快速，质量低，
但 成本比较高
成本比较低廉
不易实现
容易实现
拓扑和网络分析
容易实现
不易实现
2.4
▪
内统数
容设据 和计结
空
建和构 立系的
间
过统建 数
程实立 如施，
据
图过通 结
所程常 示中是
构
。，融 其合 主在
的 建
要系 立
2.4.1 系统功能与数据间的关系
2.4.3 矢量数据的输入与编辑
▪ 矢量数据的输入过程实际上是产生和矢量 数据结构相适应的GIS空间数据的过程，即 将经分类和编码的地理要素的图形，转换 为一系列x，y坐标，然后将这些坐标记录 按照确定的数据结构格式，加入到线段或 标识点的计算机文件中去。
▪ 例如，当使用手扶跟踪数字化仪输入时，其操作 过程为:
▪ 2．空间数据的编码 ▪ 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。编码的结果 是形成代码。代码由数字或字符组成，或由它们 共同组成的混合码。 ▪ 编码的目的，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。 ▪ 我国基础地理信息数据，其分类代码由六位数宇 组成。代码结构如图
▪ 当区域范围不大，或者栅格单元的尺寸较 大时，手工编码是简便可行的。但是，当
区域范围较大，或者栅格单元的分辨率比 较高，例如一幅400×500mm的图幅，栅 格单元的边长为0.2mm，则总图形数据量 达到5×106，这时靠手工编码非常费时， 甚至不可能，需要采用数据类型转换方法， 即由矢量数据向栅格数据的自动转换。
425
10027 501
141
…..
……… ……..
高程z 关联弧段
….. ……..
141
256
…… ….
101，202， 103
205，201， 301，
……….
弧段及其数据结构
弧段标识 始结点 终结点 左区
…. 20044
….
….
…..
10027 10026 30024
…..
….
….. ……
右区 …. ф
缺点：矢量和栅格两套数据均要无遗漏的在系统中存储，会给系 统的存储空间带来压力
2.矢栅一体化模式
为了解决矢栅混合增加存储空间这一 问题，并更加有效的将矢量、栅格数据结 构结合起来，龚建雅提出了矢栅一体化模 式，其理论基础是多级格网方法，三个基 本约定和线形四叉树编码。
多级格网:
包括粗格网，基本格网和细分格网三个层 次
….
中间点串 （M1,M2,Mz）
…..
58，77，56； 92，55， 777，….
……
面状地物及其数据结构
0 1 4 5 16
20
2367
8 9 12
10 11
多边形标识 号
…….
30018
关联弧段
…… 128，125，126
面块头 指针
……
0
…………. ……
………
二维行程 M码 0 7 8 12 16 20 25
▪ 粗格网建立空间索引。
▪ 基本格网的大小与常规栅格划分要求一致；
▪ 细分格网是在点、线经过的基本栅格上在进 一步划分为16*16或256*256的小格网，以 增加栅格的空间分辨率，从而提高点线表达 精度
256
256
粗格网、基本格网和细分格网均采用线性 四叉树编码，并采用三个Morton码 （M0,M1,M2）表示。其中：
点状地物：用（M1,M2）代替（x，y）
点ID
M1
M2
关联的弧段
线状地物：用（M1,M2）代替（x，y）记录中间点
弧ID 起点ID 终点ID 左域ID 右域ID 中间点坐标（M1,M2）序列
面状地物：除了要用Morton码即（M1,M2）代替 （x，y）记录面状地物边界原始采样点的“拐点” （即中间点）位置，以及它们所穿过的所有基本 格网的交线位置之外，还要用链指针记录多边形 的内部栅格。
▪ (1)原图准备。 ▪ (2)输入初始化参数。 ▪ (3)输入数字化图幅四角点的坐标和经标识的控制
点坐标。
▪ (4)输入数字化图幅内的图形，直到形成一个数字 化信息存储层。
▪ (5)检查和修改数字化错误。 ▪ (6)建立拓扑关系和输入属性。 ▪ (7)检查和修改拓扑错误。 ▪ (8)检查和修改属性表错误。
2.4.1 系统功能与数据间的关系
▪ 确定这些类型的数据是由系统的功能所决 定的。例如利用这些专题图的数据是为了 研究土地的适宜性和承载力，确定潜在的 矿产和森林资源，以及分析可能的自然灾 害，包括洪水、地震、塌方、不宜开发的 区域等。再如交通统计数据指连接结点之 间的道路路线，包括道路通行质量、事故 多发地段、人口、住宅条件、垃圾箱数目 等，主要用来进行城市交通路线的评价， 以及作为城市规划和管理的依据。