第三章地理信息系统的数据结构

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二、栅格数据结构的特点
• 特点: – 由于栅格数据结构是按一定规则排列的， 所以,其所表示的实体位置就很容易隐含 在栅格数据文件的结构之中; – 栅格的行列坐标可以方便地转换为其它 坐标系下的坐标值; – 栅格文件的中的每个代码本身即明确地 表明了实体的属性或属性编码;
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– 栅格数据特别适合与计算机处理，特别 是存储和显示;
第三章GIS的数据结构
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第三章GIS的空间数据结构
3.1空间数据结构的类型
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3.1空间数据结构的类型、
• 1栅格数据结构 • 一、栅格数据结构的概念 • 二、栅格数据结构的特点 • 三、栅格数据的获取方法 • 四、栅格数据单元值的确定方法 • 五、减少栅格数据存储量的编码方法
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一、栅格数据结构的概念
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
点位字典
空间对象编码 唯一 连接空间和属性数据
点: 点号文件 线: 点号串 面: 点号串
点号 X Y 1 11 22 2 33 44 … …… n 55 66
2 02 02 02 03 03 03 03 03 03 05 3 02 02 03 03 03 03 03 03 03 03 4 02 02 03 03 03 10 03 03 03 5 02 02 03 06 06 06 10 03 03 6 02 02 03 06 06 06 03 03 03 03 7 02 03 03 03 06 06 03 03 05 05
0 0 0 0 C CC C C C
0 0 0 0C C C CC C
0 0 0 0 0 C C0 0 0
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三、栅格数据的获取方法
• 扫描法: – 通过扫描设备(包括遥感平台)扫描得到栅 格数据
扫描仪
航空航天遥感
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四、栅格数据单元值的确定方法
• 中心点法(网格交点归属法)： – 用处于栅格中心处的实体属性作为该 栅格单元的属性;
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五、栅格数据压缩编码方法
主要对面状数据进行
• 链式编码(弗里曼链码、边界
链码)
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– 将多边形的边界，表示
为由某一原点开始，并 按某些方向确定的单位
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矢量链。
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7 0
1
19
01 2 3 4 56 7 8 9 0 02 02 02 02 02 02 02 05 05 1 02 02 02 02 02 02 02 02 05 05
不但要表示位置和 属性，更重要的是 能表达区域的拓扑 特征，如形状、邻 域和层次结构等， 以便使这些基本的 空间单元可以作为 专题图的资料进行 显示和操作。
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简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）
只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。 存储：
0 0 0 AA A A AB 0
0 A A AA A A A B B B 0 A A A A C B B BB B
0 A AC C C C BB B
0 0 0 C C C C C BB
000
C
CC C C C
CC
0 0 0 0 C CC C C C
0 0 0 0C C C CC C
0 0 0 0 0 C C0 0 0
(8,02),(2,05)
(8,02),(2,05)
(3,02),(6,03),(1,05)
(2,02),(8,03)
(2,02),(3,03),(1,10),(4, 03) (2,02),(1,03),(3,06),(1, 10),(3,03) (2,02),(1,03),(3,06),(4, 03) (1,02),(3,03),(2,06),(2, 03),(2,05) (1,02),(6,03),(3,05) (1,02),(6,03),(3,05)
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五、减少栅格数据存储量的编码方法
• 栅格数据压缩的必要性: – 直接的栅格数据简单，但数据量大.这对 于计算机有限的储存器来讲是不易接受 的.所以，采用各种方法对栅格数据进行 压缩是十分必要的。
• 有损压缩：数据压缩的同时，或多或少丢 失了部分原信息；
• 无损压缩：数据压缩不会减少原信息量， 原数据可完全恢复。
02：草地 03：耕地 05：林地 06：水域 10：居民点
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一、栅格数据结构的概念
02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 03 03 03 03 03 03 05 02 02 03 03 03 03 03 03 03 03 02 02 03 03 03 10 03 03 03 02 02 03 06 06 06 10 03 03 02 02 03 06 06 06 03 03 03 03 02 03 03 03 06 06 03 03 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05
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点 实 体
点实体
唯一识别符
类型 序列号
简单点 文字说明 结点
x，y 坐标
有关的属性
如果是简单点
符号 如果是文字说明
比例尺 方向
字符大小
如果是结点
方向 字体 排列
符号
指针 与线相交的角度
其它有关的属性 34
线 线实体
实
体
唯一标识码
线标识码
起始点
终止点
坐标对序列
显示信息
非几何属性
面 实 体 多边形矢量编码，
作为栅格单元的属性
无
以其他取值方法确定 栅格单元的属性
不能单独作一种取值方法用
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• 分别在什么情况下适合使用何种方法： 中心点法：适用于对位置精度要求高的地 方，强调一个地物位置重要性时．譬如连 续分布地理要素，分类较细地物． 面积占优法：强调面积时用该方法，譬如 计算土地利用面积时． 长度占优法：强调一个地物长度时用． 重要性法：强调地物重要性时，譬如具有 特殊意义的较小地物．
– 栅格数据表示的地表上的线或者面是不 连续的百度文库其表示地理实体的精度与栅格 尺寸有关;
– 相对于矢量数据结构,数据量大
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三、栅格数据的获取方法
• 直接获取法:
– 将均匀的透明格 网蒙在要进行处 理的专题地图上, 按行列读取专题 内容的编码值;
A B
C
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三、栅格数据的获取方法
0 0 0 0 00 0 0 0 0
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课后思考与阅读
• 仔细研究阅读栅格数据的压缩编码方式
www.hy
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；
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矢量数据结构编码的基本内容
数据库
独立编码
标识码 属性码 存储方法
02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 03 03 03 03 03 03 05 02 02 03 03 03 03 03 03 03 03 02 02 03 03 03 10 03 03 03 03 02 02 03 06 06 06 10 03 03 03 02 02 03 06 06 06 03 03 03 03 02 03 03 03 06 06 03 03 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05
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• 游程编码 – 从第一行开始，从左到右将若干个属 性值相同的栅格视为一个游程，每个 游程的数据结构表示（A，P），其中 A为游程长度(所延续的列数)，P为该 游程像元的属性值。这样，就可以将 每行栅格映射为K个游程，当K远远小 于列数时,原栅格数据就得以压缩.
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02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 03 03 03 03 03 03 05 02 02 03 03 03 03 03 03 03 03 02 02 03 03 03 10 03 03 03 02 02 03 06 06 06 10 03 03 02 02 03 06 06 06 03 03 03 03 02 03 03 03 06 06 03 03 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05
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• 优点： – 是多种压缩算法的实现基础； – 易于实现检索、叠加、合并等常用操作； – 当图形不复杂，栅格尺寸较小时，可实 现栅格数据的较大压缩。
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• 四叉树编码: 四叉树数据结构的概念:又称为四分树或四 元树编码。就是将2n×2n（n〉=1）的空 间区域按照四个像限进行递归分割，直到 子像限的值单调为止。
• 线性四叉树只记录叶结点信息，每个结点用 位置、深度和属性码4个数据项表达。
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3.2数据结构类型
• 2 矢量数据结构 • 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 储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂 的数据。
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三、栅格数据的获取方法
• 数据转换法: – 由矢量数据转换到栅格数据.
A C
0 0 0 0 00 0 0 0 0
0 0 0 AA A A AB 0
0AAAAAABB B
B
通过转换程序 0 A A A A C B B B B
0 A AC C C C BB B
0 0 0 C C C C C BB
0 0 0 CC C C C C C
栅格数据结构，就是以行、列表 示的像元阵列，像元点上的值即对应 着地理实体的属性或属性编码。
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一、栅格数据结构的概念
02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 02 02 02 02 02 05 05 02 02 02 03 03 03 03 03 03 05 02 02 03 03 03 03 03 03 03 03 02 02 03 03 03 10 03 03 03 02 02 03 06 06 06 10 03 03 02 02 03 06 06 06 03 03 03 03 02 03 03 03 06 06 03 03 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05
A
B
C
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面积占优法:
以占栅格面积最大的地物属性作为该栅格单 元的属性;
A
B
C
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• 长度占优法:
– 以占栅格行中心线长度最大的地物属性 作为该栅格单元的属性;
AA
B
B
CC
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四、栅格数据单元值的确定方法
• 重要性法:
以栅格单元内是否含有重要地物来确定 该栅格单元的属性;
有
有无重要
地物?
以该重要地物的属性
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• 每个均值方块分解为四个方位即（西北、 东北、西南和东南）
• 四叉树顶部时根结点，内部结点用圆圈表 示，叶结点用方框表示
00 01 10 11
分解顺序编码
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• 四叉树编码示例：
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四叉树的建立方法:
• 自上而下法：首先检查全区域，不单调时 进行四分割，再逐层检查各级子像限，不 单调时再进行四分割，直到划分到的各级 子像限都单调为止。
• 自下而上法：按照四个像限的顺序，逐个 扫描各栅格点，并在各级像限划分的末位 置审查、记录该像限的单调情况。
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四叉树编码:
• 四叉树结构按其编码方式的不同又分为“常 规四叉树”（CQT）和“线性四叉树” （LQT）
• 常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记录 中间结点，结点之间借助于指针相联系。每 个结点用4个叶结点指针、1个父结点指针和 一个属性码共6个数据项来表达。
8 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05
9 02 03 03 03 03 03 03 05 05 05
56 7
4
0
32 1
(5,3,0,0,2,2,4,5,6)
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• 优缺点： – 对多边形的表示有很强的压缩能力； – 有一定的计算功能——如多边形周长； – 可探测边界的走向； – 适用于存储多边形数据。 – 叠置运算难于进行，如组合、相交等； – 相邻边界重复存储，存在数据冗余