第三章空间数据结构与管理
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⑵信息有损编码：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。
在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而对原始遥感影像 进行压缩时也可以采取有损压缩编码方法。但数据压缩所获得的空间节省与 数据处理的时间花费往往是成正比例，即所节省的空间越多，数据压缩与解 压所需的时间往往也多，因此所采取的方法要根据实际情况而定。
GIS支持的空间数据结构： ☆ 矢量数据结构 ☆ 栅格数据结构 ☆ 矢量—栅格混合数据结构
一、栅格数据结构
栅格数据结构是指将地球表面
格网分辨率
划分为大小均匀紧密相邻的网格阵
X：行
列，每个网格作为一个像元或像素
由行、列定义，并包含一个代码表
示该像素的属性类型或量值，或仅
仅包括指向其属性记录的指针，表 示地物或现象的非几何属性特征。
行程和块式编码都对大而简单的多 边形更有效，块式编码对多边形之间 求并和求交较方便。
Ⅲ 、四叉树编码
根据栅格数据二维空间分布特点，将空间区域按照4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，最后得到一棵四分叉的倒向树。
四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其 中最上面的一个结点叫做根结点，对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点， 可能落在不同层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域 覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子 区的代码。
⑴中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。
⑵长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。
⑶面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。
⑷重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n 为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度。
为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便地完成各 种图形操作，专家们已提出多种编码方式。
3、栅格数据获取途径
⑴手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。 ⑵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。 ⑶由矢量数据转换而来。
⑷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。
⑴属性明显：数据直接记录了属性或指向属性的指针，可以直接得到地物的属 性代码。
⑵定位隐含：栅格结构是按一定的规则排列的，实体位置隐含在格网文件的存 储结构中。
⑶栅格数据结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是 易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。
2、栅格数据取值方法
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
Y：列
栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但可以随应用的需要进行具体Leabharlann Baidu设定，比如设置为三角形。
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。栅格尺寸越小，其分 辨率越高，数据量也越大。
栅格单元中存在多种地物，导致属性误差，“混合像元”问题。
1、栅格数据结构特点
3.2.1 空间数据结构
地理信息系统空间数据结构是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据 编码是空间数据结构的实现，目的是将图形数据、影像数据、统计数据等资料， 按一定的数据结构转换为适用于计算机存储和处理的形式。
一种高效率的数据结构应具: （1）能够正确表示要素之间的层次关系，便于不同数据联接和覆盖。 （2）正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间相互关系。 （3）便于存取和检索。 （4）节省存贮空间，减少数据冗余。 （5）存取速度快，在运算速度较慢的微机上要达到快速响应。 （6）足够灵活性，数据组织具有插入新数据、删除或修改部分数据的基本功能。
行程编码优缺点
⑴优点：压缩效率较高，且易于进行检索，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。
⑵缺点：对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩 后的数据量比原始数据还大。
Ⅱ 、 块式编码
把多边形范围划分成由像元组成 的正方形，然后对各个正方形进行编 码。块式编码数据结构中包括3个数字： 块的初始位置（行、列号）和块的大 小（块包括的像元数），再加上记录 单元的代码组成。
⑸格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。
4、简单栅格数据排列方式
常用栅格排列顺序
遥感图像数据排列方式
（1）BSQ方式：各波段的二维图像数据按波段顺 序排列。
（2）BIL方式： 对每一行中代表一个波段的光 谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行。
（3）BIP方式：在一行中，每个像元按光谱波段 次序进行排列。
每个像元可能是占一个字节的整型数。如果图像比较大，这种逐点存储的方 式，所占的空间是十分巨大的。所以在实际存储时，多采用压缩存储的方式。
5、栅格数据存储的压缩编码
压缩编码的目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，类型分为：
⑴信息无损编码：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。
Ⅰ 、 行程编码
①行程编码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 及相同代码重复的个数。
②行程编码2
逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代码，下图可沿列方 向进行行程编码：
1列：（1，3），（3，1）； 2列：（1，3），（4，1）； 3列：（1，3），（5，1）； 4列：（1，4），（2，3），（5，1）； 5列：（1，4），（4，3），（6，2），（7，1）； 6列：（1，4），（4，2）； 7列：（1，4），（4，2）； 8列：（1，4），（3，2）。
在地理信息系统中的压缩编码多采用信息无损编码，而对原始遥感影像 进行压缩时也可以采取有损压缩编码方法。但数据压缩所获得的空间节省与 数据处理的时间花费往往是成正比例，即所节省的空间越多，数据压缩与解 压所需的时间往往也多，因此所采取的方法要根据实际情况而定。
GIS支持的空间数据结构： ☆ 矢量数据结构 ☆ 栅格数据结构 ☆ 矢量—栅格混合数据结构
一、栅格数据结构
栅格数据结构是指将地球表面
格网分辨率
划分为大小均匀紧密相邻的网格阵
X：行
列，每个网格作为一个像元或像素
由行、列定义，并包含一个代码表
示该像素的属性类型或量值，或仅
仅包括指向其属性记录的指针，表 示地物或现象的非几何属性特征。
行程和块式编码都对大而简单的多 边形更有效，块式编码对多边形之间 求并和求交较方便。
Ⅲ 、四叉树编码
根据栅格数据二维空间分布特点，将空间区域按照4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，最后得到一棵四分叉的倒向树。
四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其 中最上面的一个结点叫做根结点，对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点， 可能落在不同层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域 覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子 区的代码。
⑴中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。
⑵长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。
⑶面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。
⑷重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n 为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度。
为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便地完成各 种图形操作，专家们已提出多种编码方式。
3、栅格数据获取途径
⑴手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。 ⑵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。 ⑶由矢量数据转换而来。
⑷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。
⑴属性明显：数据直接记录了属性或指向属性的指针，可以直接得到地物的属 性代码。
⑵定位隐含：栅格结构是按一定的规则排列的，实体位置隐含在格网文件的存 储结构中。
⑶栅格数据结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是 易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。
2、栅格数据取值方法
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
Y：列
栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的，但可以随应用的需要进行具体Leabharlann Baidu设定，比如设置为三角形。
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。栅格尺寸越小，其分 辨率越高，数据量也越大。
栅格单元中存在多种地物，导致属性误差，“混合像元”问题。
1、栅格数据结构特点
3.2.1 空间数据结构
地理信息系统空间数据结构是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据 编码是空间数据结构的实现，目的是将图形数据、影像数据、统计数据等资料， 按一定的数据结构转换为适用于计算机存储和处理的形式。
一种高效率的数据结构应具: （1）能够正确表示要素之间的层次关系，便于不同数据联接和覆盖。 （2）正确反映地理实体的空间排列方式和各实体间相互关系。 （3）便于存取和检索。 （4）节省存贮空间，减少数据冗余。 （5）存取速度快，在运算速度较慢的微机上要达到快速响应。 （6）足够灵活性，数据组织具有插入新数据、删除或修改部分数据的基本功能。
行程编码优缺点
⑴优点：压缩效率较高，且易于进行检索，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。
⑵缺点：对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低，甚至压缩 后的数据量比原始数据还大。
Ⅱ 、 块式编码
把多边形范围划分成由像元组成 的正方形，然后对各个正方形进行编 码。块式编码数据结构中包括3个数字： 块的初始位置（行、列号）和块的大 小（块包括的像元数），再加上记录 单元的代码组成。
⑸格网DEM数据，当属性值为地面高程，则为格网DEM，通过DEM内插得到。
4、简单栅格数据排列方式
常用栅格排列顺序
遥感图像数据排列方式
（1）BSQ方式：各波段的二维图像数据按波段顺 序排列。
（2）BIL方式： 对每一行中代表一个波段的光 谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行。
（3）BIP方式：在一行中，每个像元按光谱波段 次序进行排列。
每个像元可能是占一个字节的整型数。如果图像比较大，这种逐点存储的方 式，所占的空间是十分巨大的。所以在实际存储时，多采用压缩存储的方式。
5、栅格数据存储的压缩编码
压缩编码的目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，类型分为：
⑴信息无损编码：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。
Ⅰ 、 行程编码
①行程编码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 及相同代码重复的个数。
②行程编码2
逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代码，下图可沿列方 向进行行程编码：
1列：（1，3），（3，1）； 2列：（1，3），（4，1）； 3列：（1，3），（5，1）； 4列：（1，4），（2，3），（5，1）； 5列：（1，4），（4，3），（6，2），（7，1）； 6列：（1，4），（4，2）； 7列：（1，4），（4，2）； 8列：（1，4），（3，2）。