第3講 gis數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)

1、中南大學測繪與國土管理工程系 l柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) l矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) l柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換 l空間數(shù)據(jù)分層組織 lGIS的主要數(shù)據(jù)為一維、二維或三維的空間型地圖數(shù)據(jù), 包括空間位置、拓撲關(guān)系和屬性三個方面的內(nèi)容。 l點（Point）：又稱為元素（Element）或象元（Pixel）， 是一個數(shù)據(jù)點，具有一對（x、y）坐標和至少一個屬 性。 l線：（Line）：是具有相同屬性的點的軌跡，由一個 坐標對序列表示，坐標對順序與線的開頭有關(guān)，線上 每個點有不多于二個鄰點。 l面（Area）：是具有相同屬性的點的軌跡，以（x、y） 坐標對的集合表示，坐標對的排列順序不影響面的形 態(tài)，具內(nèi)部點可以有多

2、于三個的鄰點，面內(nèi)點具有至 少一個相同屬性。 l區(qū)域（Region）：空間上相鄰或重疊的點、線、面要 素可以按一定的地理意義組成區(qū)域。 l關(guān)系模型（relational model）滿足一定條件的二維表格 l層次模型（hierarchical model）以記錄類型為節(jié)點的有 向樹（tree），其主要特征是： （1）除根節(jié)點外，任 何節(jié)點都有且 只有一個“父親”；（2）“父”節(jié)點表 示的實體與“子”節(jié)點表示的實體是一對多的聯(lián)系。 l網(wǎng)狀模型（network model） l特點：1）可以有一個以上的結(jié)點沒有“父”結(jié)點； l 2）至少有一個結(jié)點有多于一個“父”結(jié)點； l 3）結(jié)點之間可以有多種聯(lián)

3、系； l 4）可以存在回路 l柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) l矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) l柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換 l空間數(shù)據(jù)分層組織 描述地理實體的數(shù)據(jù)本身的組織方法， 稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本上可分為兩大類： 即矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)。 GIS的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu) 柵格模型矢量模型 優(yōu)點： 1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單 2、疊加操作易實現(xiàn) 3、能有效表達空間可變性 4、柵格圖象便于做圖象的有效增強 優(yōu)點： 1、提供更嚴密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2、提供更有效的拓撲編碼，因而對 需要拓撲信息的操作更有效，如 網(wǎng)絡(luò)分析 3、圖形輸出美觀，接近于手繪 缺點： 1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴密不緊湊，需要用

4、壓縮技術(shù)解決這個問題 2、難以表達拓撲關(guān)系 3、圖形輸出不美觀，線條有鋸齒， 需要增加柵格數(shù)量來克服，但會 增加數(shù)據(jù)量 缺點： 1、比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜 2、疊加操作沒有柵格有效 3、表達空間變化性能力差 4、不能象數(shù)字圖形那樣做增強處理 3.2.2 矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較 l1 柵格數(shù)據(jù)的應用模型柵格數(shù)據(jù)的應用模型 3 柵格數(shù)據(jù)的組織方法柵格數(shù)據(jù)的組織方法 l1）中心點法）中心點法 l中心點法常用于具有連續(xù)分布特性的地 理要素，如降雨量分布、人口密度圖等。 l2）面積占優(yōu)法）面積占優(yōu)法 l面積占優(yōu)法常用于分類較細，地物類別 斑塊較小的情況。 l3）重要性法

5、）重要性法 l重要性法常用于具有特殊意義而面積較 小的地理要素，特別是點、線狀地理要 素，在柵格中代碼應盡量表示這些重要 第五。 l4）百分比法）百分比法 l根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)地理要素所占面積的百 分比確定柵格單元的代碼。 四叉樹編碼法有許多有趣的優(yōu)點： 1）容易而有效地計算多邊形的數(shù)量特征； 2）陣列各部分的分辯率是可變的，邊界復雜部分四 叉樹較高即分級多，分辯率也高，而不需表示許多細 節(jié)的部分則分級少，分辯率低，因而既可精確表示圖 形結(jié)構(gòu)又可減少存貯量； 3）柵格到四叉樹及四叉樹到簡單柵格結(jié)構(gòu)的比其它 壓縮方法容易； 4）多邊形中嵌套異類小多邊形的表示較方便。 龔健雅 基于按位彩操作的運算法

6、l點實體 l線實體 l面實體 1 柵格到矢量柵格到矢量 從柵格單元轉(zhuǎn)換到幾何圖形的過程稱為矢量化。 1) 柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的目的柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的目的 （1）將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過矢量繪圖設(shè)備輸出； （2）數(shù)據(jù)壓縮的需要，將大量的面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由小量 數(shù)據(jù)表示的多邊形的邊界； （3）將自動掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。 2） 矢量化過程要保證以下兩點矢量化過程要保證以下兩點 1）拓撲轉(zhuǎn)換，即保持柵格表示出的連通性與鄰接性； 2）轉(zhuǎn)換物體正確的外形。 3 ）多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換）多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換 多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換，就是提取以相同編碼

7、的柵格集合表示 的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓撲關(guān)系，并表示成多個小直線短的矢量 格式邊界線的過程。 多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的步驟多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的步驟 （ 1）多邊形邊界提取 采用高通濾波將柵格圖像二值化或異特殊值表示邊界點。 （2）邊界跟蹤 對每個邊界弧段由一個節(jié)點向另一個節(jié)點搜索，通常對每個已知邊界點 需沿除進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段。 （3）拓撲關(guān)系生成 對于矢量表示的邊界弧段，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，形成 完整的拓撲結(jié)構(gòu)，并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。 （4）去除多余點及曲線圓滑 曲線光滑處理的承用算法有線性疊代法、分段三次多項視插值法、樣條 函數(shù)插值法、正軸拋物等線平均加權(quán)法、斜軸拋物等線平均加權(quán)法等。 柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換最為困難的是邊界線搜索、拓撲結(jié)構(gòu)生成和多 余點去除。任伏虎博士發(fā)展了一種Double Boundary Direct Finding較好地 解決上述問題。 l矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充， 就是在矢量表示的多邊形內(nèi)部的所有柵格賦予相 應的多邊形編號，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。 l矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換的常用算法 l內(nèi)部點擴散法 l復數(shù)積分算