GIS數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)教學(xué)課程

1、 本章內(nèi)容：主要介紹GIS中兩種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以及具體的存儲(chǔ)方式，并簡(jiǎn)單介紹了相互轉(zhuǎn)換的算法。 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型l通俗地講，數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。通俗地講，數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。l數(shù)據(jù)模型可分成兩個(gè)不同的層次數(shù)據(jù)模型可分成兩個(gè)不同的層次: （1）概念模型：）概念模型：也稱信息模型，是按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)也稱信息模型，是按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，是一種獨(dú)立于任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，如實(shí)體聯(lián)系模和信息建模，是一種獨(dú)立于任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，如實(shí)體聯(lián)系模型，這類模型完全不涉及信息在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的表示，只是用來(lái)描型，這類模型完全不涉及信息在計(jì)算

2、機(jī)系統(tǒng)中的表示，只是用來(lái)描述某個(gè)特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)，被稱作述某個(gè)特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)，被稱作“概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型”。 （2）數(shù)據(jù)模型：）數(shù)據(jù)模型：主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，是直接面向數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)等，是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，是直接面向數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的，涉及到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般又稱為邏輯結(jié)構(gòu)的，涉及到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般又稱為“基本數(shù)據(jù)模型基本數(shù)據(jù)模型”或或“結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型”。（1）概念模型）概念模型l基本內(nèi)容：基本內(nèi)容： （1）兩類）兩類實(shí)體實(shí)體：對(duì)象與：對(duì)象與屬性屬性； （2）實(shí)

3、體的兩級(jí)：個(gè)體與總體；）實(shí)體的兩級(jí)：個(gè)體與總體； （3）個(gè)體與總體之間的）個(gè)體與總體之間的聯(lián)系聯(lián)系。l用用ER圖來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。圖來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。l步驟：步驟： （1）標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體；）標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體； （2）實(shí)體的屬性、標(biāo)識(shí)實(shí)體的碼；）實(shí)體的屬性、標(biāo)識(shí)實(shí)體的碼； （3）確定實(shí)體之間的聯(lián)系及其類型）確定實(shí)體之間的聯(lián)系及其類型（1：1、1：n、m：n）lE-R圖提供了表示圖提供了表示實(shí)體、屬性和聯(lián)系實(shí)體、屬性和聯(lián)系的方法的方法（基（基本要素）。本要素）。l實(shí)體：實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中一組具有某些共同特性和行為現(xiàn)實(shí)世界中一組具有某些共同特性和行為的對(duì)象可抽象為一個(gè)實(shí)體。如

4、，在學(xué)校環(huán)境中，的對(duì)象可抽象為一個(gè)實(shí)體。如，在學(xué)校環(huán)境中，可把張三、李四等對(duì)象抽象為學(xué)生實(shí)體。對(duì)象與可把張三、李四等對(duì)象抽象為學(xué)生實(shí)體。對(duì)象與實(shí)體是實(shí)體是“member of”的關(guān)系。的關(guān)系。 注：注：對(duì)象類型的組成部分可抽象為實(shí)體的屬性。對(duì)象類型的組成部分可抽象為實(shí)體的屬性。l實(shí)體與屬性是相對(duì)而言的。實(shí)體與屬性是相對(duì)而言的。一般來(lái)說(shuō)，屬性不能一般來(lái)說(shuō)，屬性不能再具有需要描述的性質(zhì)，即屬性必須不可分的數(shù)再具有需要描述的性質(zhì)，即屬性必須不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)；屬性不能和其他實(shí)體具有聯(lián)系，即聯(lián)系只據(jù)項(xiàng)；屬性不能和其他實(shí)體具有聯(lián)系，即聯(lián)系只能發(fā)生在實(shí)體之間。能發(fā)生在實(shí)體之間。l根據(jù)需求分析，要考察實(shí)體之間是

5、否存在聯(lián)系，根據(jù)需求分析，要考察實(shí)體之間是否存在聯(lián)系，有無(wú)多余聯(lián)系。有無(wú)多余聯(lián)系。ER圖基礎(chǔ)知識(shí)圖基礎(chǔ)知識(shí)ER圖舉例：圖舉例： 實(shí)體：班主任、學(xué)生、班級(jí)、宿舍。實(shí)體：班主任、學(xué)生、班級(jí)、宿舍。班主任班主任班級(jí)班級(jí) 教室教室學(xué)生學(xué)生宿舍宿舍管理管理上課上課管理管理住宿住宿指導(dǎo)指導(dǎo)性別性別職工號(hào)職工號(hào)姓名姓名班級(jí)號(hào)班級(jí)號(hào)學(xué)生人數(shù)學(xué)生人數(shù)教室編號(hào)教室編號(hào)地址地址容量容量宿舍號(hào)宿舍號(hào)地址地址人數(shù)人數(shù)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)姓名姓名出生日期出生日期1n1n1n1n1n上課上課mn第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據(jù)與文件組織數(shù)據(jù)與文件組織 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界中信息的載體，是信息的具是現(xiàn)實(shí)世界中信息的載體，是信息的具體表達(dá)形式，為了表達(dá)有

6、意義的信息內(nèi)容，數(shù)據(jù)體表達(dá)形式，為了表達(dá)有意義的信息內(nèi)容，數(shù)據(jù)必須按照一定的方式進(jìn)行組織和存儲(chǔ)。必須按照一定的方式進(jìn)行組織和存儲(chǔ)。 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是為一定目的服務(wù)，以特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是為一定目的服務(wù)，以特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，是數(shù)據(jù)按照一定的格式存的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，是數(shù)據(jù)按照一定的格式存放的倉(cāng)庫(kù)。放的倉(cāng)庫(kù)。 GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合。特征的數(shù)據(jù)集合。l空間數(shù)據(jù)庫(kù)與一般數(shù)據(jù)庫(kù)相比，具有：空間數(shù)據(jù)庫(kù)與一般數(shù)據(jù)庫(kù)相比，具有：l數(shù)據(jù)量特別大；數(shù)據(jù)量特別大；l不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，還有大量的空間數(shù)據(jù)；不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)

7、，還有大量的空間數(shù)據(jù)；l數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛。數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛。1. 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織一般可分為四級(jí)：數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織一般可分為四級(jí)：數(shù)據(jù)項(xiàng)、記數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫(kù)。錄、文件和數(shù)據(jù)庫(kù)。2. 數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系：數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系：一對(duì)一的聯(lián)系；一對(duì)多的一對(duì)一的聯(lián)系；一對(duì)多的聯(lián)系；多對(duì)多的聯(lián)系。聯(lián)系；多對(duì)多的聯(lián)系。3. 常用的數(shù)據(jù)文件：常用的數(shù)據(jù)文件：順序文件、索引文件、直接順序文件、索引文件、直接文件和倒排文件。文件和倒排文件。l數(shù)據(jù)項(xiàng)：數(shù)據(jù)項(xiàng)：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項(xiàng)、字段等，數(shù)據(jù)項(xiàng)與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體的素、基本項(xiàng)、字段等，數(shù)據(jù)項(xiàng)與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體的屬性相對(duì)

8、應(yīng)，數(shù)據(jù)項(xiàng)有一定的取值范圍，稱為域。屬性相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)項(xiàng)有一定的取值范圍，稱為域。l記錄：記錄：是由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，是處理是由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，是處理和存儲(chǔ)信息的基本單位，是關(guān)于一個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)信息的基本單位，是關(guān)于一個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)總和，構(gòu)成該記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)表示實(shí)體的若干屬性。總和，構(gòu)成該記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)表示實(shí)體的若干屬性。為了標(biāo)識(shí)每條記錄，都必須有記錄的標(biāo)識(shí)符，也為了標(biāo)識(shí)每條記錄，都必須有記錄的標(biāo)識(shí)符，也叫叫“關(guān)鍵字關(guān)鍵字”。 l文件：文件：是一給定類型記錄的全部具體值的集合，是一給定類型記錄的全部具體值的集合，文件用文件名稱標(biāo)識(shí)。文件用文件名稱標(biāo)識(shí)。l數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)l順序文件：順序文

9、件：是最簡(jiǎn)單的文件組織形式，對(duì)記錄按照主關(guān)鍵字的順是最簡(jiǎn)單的文件組織形式，對(duì)記錄按照主關(guān)鍵字的順序進(jìn)行組織。當(dāng)主關(guān)鍵字是數(shù)字型時(shí)，以其數(shù)值的大小為序；若序進(jìn)行組織。當(dāng)主關(guān)鍵字是數(shù)字型時(shí)，以其數(shù)值的大小為序；若主關(guān)鍵字是文字型的，則以字母的排列為序。主關(guān)鍵字是文字型的，則以字母的排列為序。l索引文件：索引文件：除了存儲(chǔ)記錄本身（主文件）以外，還建立了若干索除了存儲(chǔ)記錄本身（主文件）以外，還建立了若干索引表，這種帶有索引表的文件叫索引文件。索引表中列出記錄關(guān)引表，這種帶有索引表的文件叫索引文件。索引表中列出記錄關(guān)鍵字和記錄在文件中的位置（地址）。讀取記錄時(shí)，只要提供記鍵字和記錄在文件中的位置（地址

10、）。讀取記錄時(shí)，只要提供記錄的關(guān)鍵字值，系統(tǒng)通過(guò)查找索引表獲得記錄的位置，然后取出錄的關(guān)鍵字值，系統(tǒng)通過(guò)查找索引表獲得記錄的位置，然后取出該記錄。該記錄。 l直接文件：直接文件：又稱隨機(jī)文件，其存儲(chǔ)是根據(jù)記錄關(guān)鍵字的值，通過(guò)又稱隨機(jī)文件，其存儲(chǔ)是根據(jù)記錄關(guān)鍵字的值，通過(guò)某種轉(zhuǎn)換方法得到一個(gè)物理存儲(chǔ)位置，然后把記錄存儲(chǔ)在該位置某種轉(zhuǎn)換方法得到一個(gè)物理存儲(chǔ)位置，然后把記錄存儲(chǔ)在該位置上。查找時(shí)，通過(guò)同樣的轉(zhuǎn)換方法，可以直接得到所需要的記錄。上。查找時(shí)，通過(guò)同樣的轉(zhuǎn)換方法，可以直接得到所需要的記錄。l倒排文件：倒排文件：是帶有輔索引的文件，其中輔索引是按照一些輔關(guān)鍵是帶有輔索引的文件，其中輔索引是按

11、照一些輔關(guān)鍵字來(lái)組織索引的。倒排文件是一種多關(guān)鍵字的索引文件，其中的字來(lái)組織索引的。倒排文件是一種多關(guān)鍵字的索引文件，其中的索引不能唯一標(biāo)識(shí)記錄，往往同一索引指向若干記錄。因而，索索引不能唯一標(biāo)識(shí)記錄，往往同一索引指向若干記錄。因而，索引往往帶有一個(gè)指針表，指向所有該索引標(biāo)識(shí)的記錄。通過(guò)輔索引往往帶有一個(gè)指針表，指向所有該索引標(biāo)識(shí)的記錄。通過(guò)輔索引不能直接讀取記錄，而要通過(guò)主關(guān)鍵字才能查到記錄的位置。引不能直接讀取記錄，而要通過(guò)主關(guān)鍵字才能查到記錄的位置。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)l 關(guān)系模型（關(guān)系模型（relational modelrelational model）滿足一定條件滿足一定條件的二維

12、表格。的二維表格。l 層次模型（層次模型（hierarchical modelhierarchical model）以記錄類型以記錄類型為節(jié)點(diǎn)的有向樹(shù)（為節(jié)點(diǎn)的有向樹(shù)（treetree）。其主要特征是：（）。其主要特征是：（1 1）除根節(jié)）除根節(jié)點(diǎn)外，任何節(jié)點(diǎn)都有且點(diǎn)外，任何節(jié)點(diǎn)都有且 只有一個(gè)只有一個(gè)“父親父親”；（；（2 2）“父父”節(jié)節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體與點(diǎn)表示的實(shí)體與“子子”節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體是一對(duì)多的聯(lián)系。節(jié)點(diǎn)表示的實(shí)體是一對(duì)多的聯(lián)系。l 網(wǎng)狀模型（網(wǎng)狀模型（network modelnetwork model） （1 1）可以有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒(méi)有）可以有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒(méi)有“父父”結(jié)點(diǎn)；結(jié)點(diǎn)；

13、 （2 2）至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)）至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)“父父”結(jié)點(diǎn)；結(jié)點(diǎn)； （3 3）結(jié)點(diǎn)之間可以有多種聯(lián)系；）結(jié)點(diǎn)之間可以有多種聯(lián)系； （4 4）可以存在回路。）可以存在回路。（a）關(guān)系結(jié)構(gòu)表（b）層次模型示例-林地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（c）網(wǎng)狀模型示例第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)組織與結(jié)構(gòu) 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 兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)比較l數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：指的是數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，指的是數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，即數(shù)據(jù)的組織形式。即數(shù)據(jù)的組織形式。l數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，也稱數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，也稱數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)，是從邏

14、輯關(guān)系上描述數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)無(wú)，是從邏輯關(guān)系上描述數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)無(wú)關(guān)，關(guān)， 是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)可看是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)可看作是從具體問(wèn)題抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)模型。作是從具體問(wèn)題抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)模型。l數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器上的表示，稱數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器上的表示，稱為為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（物理結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（物理結(jié)構(gòu)），是邏輯是邏輯結(jié)構(gòu)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)，它依賴于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)，它依賴于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。對(duì)機(jī)器語(yǔ)言而言，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是具體的。對(duì)機(jī)器語(yǔ)言而言，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是具體的。 描述地理實(shí)體的數(shù)據(jù)本身的組織方法，稱為內(nèi)描述地理實(shí)體的數(shù)據(jù)本身

15、的組織方法，稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織的形式，是即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則是地理實(shí)體的空間排列方式和相則是地理實(shí)體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述?；リP(guān)系的抽象描述。 GISGIS的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本上可分為兩大類：的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本上可分為兩大類： 矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)。兩類結(jié)構(gòu)都可用來(lái)描述。兩類結(jié)構(gòu)都可用來(lái)描述地理實(shí)體的點(diǎn)、線、面三種基本地理實(shí)體的點(diǎn)、線、面三種基本類型。類型。一、數(shù)據(jù)模型一、數(shù)據(jù)模型l矢量模型矢量模型 在矢量模型中，每

16、一個(gè)實(shí)體的在矢量模型中，每一個(gè)實(shí)體的位置用它們位置用它們?cè)谧鴺?biāo)參考系統(tǒng)中的空間位置定義在坐標(biāo)參考系統(tǒng)中的空間位置定義。地圖空間。地圖空間中的每一位置都有唯一的坐標(biāo)值。點(diǎn)、線和多中的每一位置都有唯一的坐標(biāo)值。點(diǎn)、線和多邊形用于表達(dá)不規(guī)則的地理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)世界的邊形用于表達(dá)不規(guī)則的地理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)世界的狀態(tài)。狀態(tài)。矢量模型中的空間實(shí)體與所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)矢量模型中的空間實(shí)體與所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界中的空間實(shí)體具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。世界中的空間實(shí)體具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一、數(shù)據(jù)模型一、數(shù)據(jù)模型l柵格模型柵格模型 在柵格模型中，空間被規(guī)則地劃分為柵格。地理實(shí)體在柵格模型中，空間被規(guī)則地劃分為柵格。地理實(shí)體的的位置和狀態(tài)用

17、其占據(jù)的柵格的行、列定義位置和狀態(tài)用其占據(jù)的柵格的行、列定義。柵格的。柵格的值表值表達(dá)這個(gè)位置上物體的類型或狀態(tài)達(dá)這個(gè)位置上物體的類型或狀態(tài)。每個(gè)柵格的大小代表了。每個(gè)柵格的大小代表了定義的空間分辨率。定義的空間分辨率。 柵格模型最小單元與它表達(dá)的真實(shí)世界空間實(shí)體沒(méi)有柵格模型最小單元與它表達(dá)的真實(shí)世界空間實(shí)體沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如，道路是被具有道路屬性值的一組柵直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如，道路是被具有道路屬性值的一組柵格表達(dá)的，而不是通過(guò)某一柵格單元識(shí)別的。格表達(dá)的，而不是通過(guò)某一柵格單元識(shí)別的。 一、數(shù)據(jù)模型一、數(shù)據(jù)模型 在柵格和矢量數(shù)據(jù)模型中，空間信息都是用統(tǒng)在柵格和矢量數(shù)據(jù)模型中，空間信息都是用

18、統(tǒng)一的單位表達(dá)。一的單位表達(dá)。 在柵格模型中，在柵格模型中，統(tǒng)一的單位是柵格統(tǒng)一的單位是柵格，表達(dá)一個(gè)區(qū)域所用，表達(dá)一個(gè)區(qū)域所用柵格的數(shù)量很大，但其柵格單元的大小一樣，每個(gè)柵格的位柵格的數(shù)量很大，但其柵格單元的大小一樣，每個(gè)柵格的位置都被嚴(yán)格定義。置都被嚴(yán)格定義。 矢量方法中，矢量方法中，統(tǒng)一的單元是點(diǎn)、線和多邊形統(tǒng)一的單元是點(diǎn)、線和多邊形，與柵格方，與柵格方法相比，在數(shù)量上所用的表達(dá)單元較少，但大小可變。同一法相比，在數(shù)量上所用的表達(dá)單元較少，但大小可變。同一類型的矢量單元的位置是用連續(xù)坐標(biāo)值定義。矢量數(shù)據(jù)提供類型的矢量單元的位置是用連續(xù)坐標(biāo)值定義。矢量數(shù)據(jù)提供的坐標(biāo)位置比柵格數(shù)據(jù)用行、列號(hào)

19、所表達(dá)位置更精確。的坐標(biāo)位置比柵格數(shù)據(jù)用行、列號(hào)所表達(dá)位置更精確。 柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)1. 定定 義義二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼000000000000000000002000000000000000000000000000000000000000000000000600000000000066600000000006000000000006000600000060000000000744444477774777444487780840877808800800887888880000888800000888特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬性明顯、定位隱含。屬性明顯、定位隱

20、含。 柵格結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最直接的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。柵格結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最直接的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。像元由像元由行列確定位置。數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。行列確定位置。數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。（a）點(diǎn) （b）線 (c) 面 柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)的是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。小之比。對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：l 點(diǎn)：點(diǎn)：為一個(gè)像元；為一個(gè)像元；l 線：線：在一定方向上連接成串的相鄰在一定方向上連接成串的相鄰像元集；像元集；l 面

21、：面：聚集在一起的相鄰像元集合；聚集在一起的相鄰像元集合；點(diǎn)線面二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼柵格數(shù)據(jù)的應(yīng)用模型：柵格數(shù)據(jù)的應(yīng)用模型：2. 2. 決定柵格單元代碼的方式?jīng)Q定柵格單元代碼的方式q 中心點(diǎn)法中心點(diǎn)法 ：用處于柵格中心處的地物類用處于柵格中心處的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼。常用于具有連續(xù)型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼。常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素。分布特性的地理要素。q 面積占優(yōu)法：面積占優(yōu)法：以占矩形區(qū)域面積最大的以占矩形區(qū)域面積最大的地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼。常地物類型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼。常用于分類較細(xì)，地物類別斑塊較小的情況。用于分類較

22、細(xì)，地物類別斑塊較小的情況。 在決定柵格代碼時(shí)盡量保持地表的真實(shí)性，保證在決定柵格代碼時(shí)盡量保持地表的真實(shí)性，保證最大的信息容量。最大的信息容量。 柵格單元代碼的確定 q 重要性法：重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類型決定相應(yīng)的柵格單元代碼。常用于具有特殊意義而面積較小物類型決定相應(yīng)的柵格單元代碼。常用于具有特殊意義而面積較小的地理要素。的地理要素。q 百分比法：百分比法：根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定柵格單元的代碼。確定柵格單元的代碼。 柵格數(shù)據(jù)的組織方法主要有以下三種：

23、柵格數(shù)據(jù)的組織方法主要有以下三種： （1 1）以柵格單元為記錄的序列，不同層上同一像）以柵格單元為記錄的序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值表示為一個(gè)列數(shù)組元位置上的各屬性值表示為一個(gè)列數(shù)組（圖（圖 (a) (a)）； （2 2）以層為基礎(chǔ)，每一層又以像元順序記錄它的）以層為基礎(chǔ)，每一層又以像元順序記錄它的坐標(biāo)和屬性值，一層記錄完后再記錄第二層坐標(biāo)和屬性值，一層記錄完后再記錄第二層（圖（圖 (b) (b)）這種方法較為簡(jiǎn)單，但需要的存貯空間最大；這種方法較為簡(jiǎn)單，但需要的存貯空間最大； （3 3）以層為基礎(chǔ)，但每一層內(nèi)則以多邊形為序記）以層為基礎(chǔ)，但每一層內(nèi)則以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和

24、充滿多邊形的各柵格單元的坐標(biāo)錄多邊形的屬性值和充滿多邊形的各柵格單元的坐標(biāo)（圖（圖（c c）。）。3. 3. 柵格數(shù)據(jù)的組織方法柵格數(shù)據(jù)的組織方法 方法方法(a)(a)比比(b)(b)占用的存儲(chǔ)空間少，因?yàn)檎加玫拇鎯?chǔ)空間少，因?yàn)镹 N層中實(shí)際只存貯了層中實(shí)際只存貯了一層的像元坐標(biāo)，而方法一層的像元坐標(biāo)，而方法(b)(b)則要存儲(chǔ)多次（與屬性個(gè)數(shù)相則要存儲(chǔ)多次（與屬性個(gè)數(shù)相同）。方法同）。方法(c)(c)則節(jié)省了許多用于存貯屬性的空間，則節(jié)省了許多用于存貯屬性的空間，因?yàn)橥粚僖驗(yàn)橥粚傩缘闹茍D單元中幾個(gè)柵格單元只記錄一次屬性值。性的制圖單元中幾個(gè)柵格單元只記錄一次屬性值。4. 4. 柵格結(jié)構(gòu)編

25、碼方法柵格結(jié)構(gòu)編碼方法q 直接?xùn)鸥窬幋a：直接?xùn)鸥窬幋a： 是一種簡(jiǎn)單而直觀的柵格結(jié)構(gòu)編碼方法，是一種簡(jiǎn)單而直觀的柵格結(jié)構(gòu)編碼方法，通常稱這種編碼的圖像文件為網(wǎng)格文件或柵格文件。直接編碼就是將通常稱這種編碼的圖像文件為網(wǎng)格文件或柵格文件。直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行都從左到右逐個(gè)像元記錄，也可以奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行從右到行都從左到右逐個(gè)像元記錄，也可以奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行從右到左記錄。左記錄。 一些常用的柵格排列順序 q 壓縮數(shù)據(jù)編碼：壓縮數(shù)據(jù)編碼：分辨率與存儲(chǔ)單元示意圖 ( a ) (

26、 b ) 柵格文件一般都很大，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，就必須柵格文件一般都很大，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，就必須對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。 （1 1）鏈碼（鏈碼（Chain CodesChain Codes） （2 2）游程長(zhǎng)度編碼游程長(zhǎng)度編碼 （3 3）常規(guī)四叉樹(shù)編碼常規(guī)四叉樹(shù)編碼 （4 4）線性四叉樹(shù)編碼線性四叉樹(shù)編碼壓縮數(shù)據(jù)編碼壓縮數(shù)據(jù)編碼（1 1）鏈碼（）鏈碼（Chain CodesChain Codes）鏈?zhǔn)骄幋a又稱為弗里曼鏈碼鏈?zhǔn)骄幋a又稱為弗里曼鏈碼(Freeman)(Freeman)或邊界鏈碼。或邊界鏈碼。任意一條線都可用鏈碼串序列表示為：任意一條線都可用鏈碼串序列表示為：（i，

27、j）a a1 1 a a2 2 a a3 3 a an n 0a 0ai i77鏈碼的例子，鏈碼表示為：鏈碼的例子，鏈碼表示為： A（i，j）07655700110765570011 壓縮數(shù)據(jù)編碼壓縮數(shù)據(jù)編碼（2）游程長(zhǎng)度編碼（）游程長(zhǎng)度編碼（Run-Length Codes) 游程編碼示意圖 把具有相同屬性值的鄰近柵格單元合并在一起，合并一次稱把具有相同屬性值的鄰近柵格單元合并在一起，合并一次稱為為一個(gè)一個(gè)游程游程。游程用一對(duì)數(shù)字表達(dá)，第一個(gè)值表示游程長(zhǎng)度，第。游程用一對(duì)數(shù)字表達(dá)，第一個(gè)值表示游程長(zhǎng)度，第二個(gè)值表示游程屬性值。每一個(gè)新行都以一個(gè)新的游程開(kāi)始。表二個(gè)值表示游程屬性值。每一個(gè)新行

28、都以一個(gè)新的游程開(kāi)始。表達(dá)游程長(zhǎng)度的位數(shù)取決于柵格區(qū)域的列數(shù)，游程屬性值則取決于達(dá)游程長(zhǎng)度的位數(shù)取決于柵格區(qū)域的列數(shù)，游程屬性值則取決于柵格區(qū)域?qū)傩缘淖畲箢悇e數(shù)（分類的級(jí)別數(shù)）。柵格區(qū)域?qū)傩缘淖畲箢悇e數(shù)（分類的級(jí)別數(shù)）。 （3）常規(guī)四叉樹(shù)編碼）常規(guī)四叉樹(shù)編碼壓縮數(shù)據(jù)編碼壓縮數(shù)據(jù)編碼四叉樹(shù)分割 基本思想：基本思想：四叉樹(shù)將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一四叉樹(shù)將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格象元。類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格象元。四叉樹(shù)編碼 在常規(guī)四叉樹(shù)中，為了保證四叉樹(shù)能不斷地進(jìn)行下去，在常規(guī)四叉樹(shù)中，為了保證四叉樹(shù)能不斷地

29、進(jìn)行下去，要求圖像必須為要求圖像必須為2 2n n 2 2n n 的柵格陣列，的柵格陣列，n n為極限分割數(shù)，為極限分割數(shù)，n+1n+1為四叉樹(shù)最大高度或最大層數(shù)。上圖為為四叉樹(shù)最大高度或最大層數(shù)。上圖為為為2323的的柵格，因此最多劃分三次，最大層數(shù)為柵格，因此最多劃分三次，最大層數(shù)為4 。 常規(guī)四叉樹(shù)的特點(diǎn)：常規(guī)四叉樹(shù)的特點(diǎn)： （1 1） 運(yùn)算量較大。運(yùn)算量較大。 （2 2） 占用的存儲(chǔ)空間較大。占用的存儲(chǔ)空間較大。 鏈碼鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算困難；較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域

30、運(yùn)算困難； 游程長(zhǎng)度編碼游程長(zhǎng)度編碼既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易；地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易； 四叉樹(shù)碼四叉樹(shù)碼具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率。壓縮效率。 壓縮數(shù)據(jù)編碼壓縮數(shù)據(jù)編碼三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼1. 定義定義 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式，是通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確盡可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確無(wú)誤。其坐標(biāo)空間假定為連續(xù)空間，不必像無(wú)誤。其坐標(biāo)空

31、間假定為連續(xù)空間，不必像柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行量化處理。因此矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長(zhǎng)度和大小。數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長(zhǎng)度和大小。 矢量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：矢量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：定位明顯、屬性隱含。定位明顯、屬性隱含。 點(diǎn)實(shí)體點(diǎn)實(shí)體，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄其在特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和屬性矢量結(jié)構(gòu)中只記錄其在特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和屬性代碼；代碼； 線實(shí)體線實(shí)體，就是用一系列足夠短的直線首尾相接表示一條曲就是用一系列足夠短的直線首尾相接表示一條曲線，當(dāng)曲線被分割成多而短的線段后，這些小線段可以近似地看線，當(dāng)曲線被分割成多而短的線段后，這些小線段可以近似地看成直線段，而這條曲線也可以

32、足夠精確地由這些小直線段序列表成直線段，而這條曲線也可以足夠精確地由這些小直線段序列表示，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄這些小線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，將曲線表示為一示，矢量結(jié)構(gòu)中只記錄這些小線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，將曲線表示為一個(gè)坐標(biāo)序列，坐標(biāo)之間認(rèn)為是以直線段相連，在一定精度范圍內(nèi)個(gè)坐標(biāo)序列，坐標(biāo)之間認(rèn)為是以直線段相連，在一定精度范圍內(nèi)可以逼真地表示各種形狀的線狀地物；可以逼真地表示各種形狀的線狀地物； “多邊形多邊形”在地理信息系統(tǒng)中是指一個(gè)任意形狀、邊界完全閉在地理信息系統(tǒng)中是指一個(gè)任意形狀、邊界完全閉合的空間區(qū)域。其邊界將整個(gè)空間劃分為兩個(gè)部分：包含無(wú)窮遠(yuǎn)合的空間區(qū)域。其邊界將整個(gè)空間劃分為兩個(gè)部分：包含無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)的

33、部分稱為外部，另一部分稱為多邊形內(nèi)部。區(qū)域的邊界線，點(diǎn)的部分稱為外部，另一部分稱為多邊形內(nèi)部。區(qū)域的邊界線，可被看作是由一系列多而短的直線段組成，每個(gè)小線段作為這個(gè)可被看作是由一系列多而短的直線段組成，每個(gè)小線段作為這個(gè)區(qū)域的一條邊，因此這種區(qū)域就可以看作是由這些邊組成的多邊區(qū)域的一條邊，因此這種區(qū)域就可以看作是由這些邊組成的多邊形了。形了。2. 2. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編碼方法矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編碼方法點(diǎn)點(diǎn)實(shí)實(shí)體體 對(duì)于點(diǎn)實(shí)體和線實(shí)體的矢量編對(duì)于點(diǎn)實(shí)體和線實(shí)體的矢量編碼比較直接，只要能將空間信息和碼比較直接，只要能將空間信息和屬性信息記錄完全就可以了。屬性信息記錄完全就可以了。 線實(shí)體 唯一標(biāo)識(shí)碼唯

34、一標(biāo)識(shí)碼線標(biāo)識(shí)碼線標(biāo)識(shí)碼起始點(diǎn)起始點(diǎn)終止點(diǎn)終止點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)序列坐標(biāo)對(duì)序列顯示信息顯示信息非幾何屬性非幾何屬性線實(shí)體線實(shí)體 多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達(dá)區(qū)域的重要的是能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)涮卣魍負(fù)涮卣?，如形狀、鄰域和，如形狀、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進(jìn)行顯示和操作。專題圖的資料進(jìn)行顯示和操作。 （1 1）坐標(biāo)序列法）坐標(biāo)序列法（2 2）樹(shù)狀索引編碼法）樹(shù)狀索引編碼法多多邊邊形形 （1）坐標(biāo)序列法：坐標(biāo)序列法：由由多邊形邊界的多邊形邊界的x、y坐標(biāo)對(duì)集合坐標(biāo)對(duì)集

35、合及說(shuō)明信息組成，是最簡(jiǎn)單的及說(shuō)明信息組成，是最簡(jiǎn)單的一種多邊形矢量編碼一種多邊形矢量編碼 。坐標(biāo)序列法表示的多邊形 1 10 0：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；x7,y7；x8,y8；x9,y9；x10,y10； x11,y11； 2 20 0：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； 3 30 0：x33,y33；x34,y34；x

36、35,y35；x36,y36；x37,y37；x38,y38；x39,y39；x40,y40； 4 40 0：x19,y19；x20,y20；x21,y21；x28,y28；x29,y29；x30,y30；x31,y31；x32,y32； 5 50 0：x21,y21；x22,y22；x23,y23；x8,y8；x7,y7；x6,y6；x24,y24；x25,y25；x26,y26；x27,y27；x28,y28； 多多邊邊形形 坐標(biāo)序列法文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)：坐標(biāo)序列法文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)： （1 1） 多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲(chǔ)兩多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲(chǔ)兩次，由此產(chǎn)生冗余和碎

37、屑多邊形；次，由此產(chǎn)生冗余和碎屑多邊形； （2 2）每個(gè)多邊形自成體系而缺少鄰域信息，難以）每個(gè)多邊形自成體系而缺少鄰域信息，難以進(jìn)行鄰域處理，如消除某兩個(gè)多邊形之間的共同邊界；進(jìn)行鄰域處理，如消除某兩個(gè)多邊形之間的共同邊界； （3 3）島只作為一個(gè)單個(gè)的圖形建造，沒(méi)有與外包）島只作為一個(gè)單個(gè)的圖形建造，沒(méi)有與外包多邊形的聯(lián)系；多邊形的聯(lián)系； （4 4）不易檢查拓?fù)溴e(cuò)誤。這種方法可用于簡(jiǎn)單的）不易檢查拓?fù)溴e(cuò)誤。這種方法可用于簡(jiǎn)單的粗精度制圖系統(tǒng)中。粗精度制圖系統(tǒng)中。 （2）樹(shù)狀索引編碼法樹(shù)狀索引編碼法：減少數(shù)據(jù)冗余并減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，方法是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)間接增加鄰域信息，方法

38、是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)。成樹(shù)狀索引結(jié)構(gòu)。線與多邊形之間的樹(shù)狀索引點(diǎn)與邊界線之間的樹(shù)狀索引 多多邊邊形形 線線 號(hào)號(hào) 起起 點(diǎn)點(diǎn) 終終 點(diǎn)點(diǎn) 點(diǎn)點(diǎn) 號(hào)號(hào) I 1 61,2,3,4,5,6 II 6 86,7,8 X33 33 33,34,35,36,37,38,39,40,33 多邊形文件：多邊形文件： 點(diǎn)文件：點(diǎn)文件：點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)x1，y1x2，y240 x40，y40 線文件：線文件：多邊形編號(hào)多邊形編號(hào) 多邊

39、形邊界多邊形邊界 10 I,II,IX 20 III,VII,VIII,IX,X 30 X 40 IV,VI,VII 50 II,III,IV,V 樹(shù)狀索引編碼消樹(shù)狀索引編碼消除了相鄰多邊形邊界除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問(wèn)題的問(wèn)題。圖形實(shí)體A圖形目標(biāo)范圍示意圖 首先對(duì)圖形區(qū)域網(wǎng)格化，然后分別計(jì)算包圍首先對(duì)圖形區(qū)域網(wǎng)格化，然后分別計(jì)算包圍圖形實(shí)體的矩形區(qū)域左下角、右上角所在網(wǎng)格圖形實(shí)體的矩形區(qū)域左下角、右上角所在網(wǎng)格的標(biāo)識(shí)。對(duì)圖形實(shí)體的標(biāo)識(shí)。對(duì)圖形實(shí)體A A而言，它的標(biāo)識(shí)為（而言，它的標(biāo)識(shí)為（6 6，3 3）、（）、（1111，7 7）。）。 （3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法：

40、）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法：要徹底解決鄰域和島狀信息要徹底解決鄰域和島狀信息處理問(wèn)題必須建立一個(gè)完整的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)處理問(wèn)題必須建立一個(gè)完整的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu) 。 在下面將要介紹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，用在下面將要介紹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，用(LX,LY)(LX,LY)，(RX,RY)(RX,RY)分別表示矩形區(qū)域左下角、右上角的網(wǎng)格標(biāo)識(shí)。分別表示矩形區(qū)域左下角、右上角的網(wǎng)格標(biāo)識(shí)。(1) 特殊點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特殊點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在在GISGIS中，特殊點(diǎn)指鉆孔、井下實(shí)測(cè)點(diǎn)、注記分隔線端點(diǎn)中，特殊點(diǎn)指鉆孔、井下實(shí)測(cè)點(diǎn)、注記分隔線端點(diǎn)等點(diǎn)狀圖形目標(biāo)，它們一般不與線狀目標(biāo)發(fā)生聯(lián)系，但可能等點(diǎn)狀圖形目標(biāo)，它們一般不與線狀目標(biāo)發(fā)生聯(lián)系，但可能

41、被某一多邊形所包圍。被某一多邊形所包圍。 IDOPOLPOINT_IDXYZ內(nèi)部碼點(diǎn)標(biāo)識(shí)三維坐標(biāo)外多邊形LXLYRXRY表1 特殊點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (2) 結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) IDXYZ內(nèi)部碼三維坐標(biāo)結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)相關(guān)的弧段數(shù)弧段標(biāo)識(shí)NODE_IDARC_NOARC_ID表2 特殊點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 由于與結(jié)點(diǎn)相關(guān)的弧由于與結(jié)點(diǎn)相關(guān)的弧段數(shù)是不確定的，所以，在段數(shù)是不確定的，所以，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中加入了標(biāo)識(shí)弧段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中加入了標(biāo)識(shí)弧段數(shù)的字段。數(shù)的字段。 (3) 一般線段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般線段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部碼LXLYRXRY線段標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)SPOINT特殊點(diǎn)LINE_IDPOINT_NOID表3 一般線段的

42、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 一般線段為一般線段為“特特殊點(diǎn)殊點(diǎn)”的簡(jiǎn)單連接，的簡(jiǎn)單連接，所以無(wú)需表達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)所以無(wú)需表達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)及線段間的相關(guān)關(guān)系，及線段間的相關(guān)關(guān)系，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。 (4) 弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 內(nèi)部碼BNODEENODELPOLRPOLX,Y,Z,.LXLY RXRY弧段標(biāo)識(shí)起結(jié)點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形中間點(diǎn)數(shù)中間點(diǎn)坐標(biāo)ARC_IDIDMP_NO表4 弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(5) 多邊形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多邊形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部碼LXLY RXRY多邊形標(biāo)識(shí)總弧數(shù)弧段標(biāo)識(shí)TARC_NOOPOL_IDIPOL_ID外多邊形標(biāo)識(shí)內(nèi)多邊形標(biāo)識(shí)ID POL_IDARC_ID,.表5 多邊形的

43、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (6) 剖面線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)剖面線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 內(nèi)部碼BNODE ENODEX,Y,Z,.LXLY RXRY起結(jié)點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn)中間點(diǎn)數(shù)中間點(diǎn)坐標(biāo)IDMP_NOSECT_ID剖面線標(biāo)識(shí)左側(cè)相交圖形右側(cè)相交圖形LSECRSEC表6 剖面線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 剖面線任意點(diǎn)都有剖面線任意點(diǎn)都有(x,y)(x,y)和地和地層的厚度。另外，由于剖面線不層的厚度。另外，由于剖面線不可能無(wú)限地延長(zhǎng)，所以，它的兩可能無(wú)限地延長(zhǎng)，所以，它的兩端都將被其它圖形實(shí)體所限制。端都將被其它圖形實(shí)體所限制。這些圖形實(shí)體可能有：斷層，沖這些圖形實(shí)體可能有：斷層，沖刷帶，火成巖，圖形邊界等。刷帶，火成巖，圖形邊界等。 斷層1斷層2楔形

44、 剖面線示意圖 第四節(jié) 兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較與轉(zhuǎn)換1. 比比較較 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn) 缺缺 點(diǎn)點(diǎn)矢矢 量量數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)1表示地理數(shù)據(jù)的精度較高表示地理數(shù)據(jù)的精度較高2. 嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小3有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析4圖形顯示質(zhì)量好、精度高圖形顯示質(zhì)量好、精度高5. 圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)6.面向目標(biāo)，不僅能表達(dá)屬性，而面向目標(biāo)，不僅能表達(dá)屬性，而且能方便的記錄每個(gè)目標(biāo)的具體屬且能方便的記錄每個(gè)目標(biāo)的具體屬性信息。性信息。1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2. 多邊形疊加分析比較困多邊形疊加分析比較困

45、3. 數(shù)學(xué)模擬比較困難數(shù)學(xué)模擬比較困難4. 技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件 柵柵格格數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2便于空間分析和地表模擬便于空間分析和地表模擬3現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)4. 數(shù)學(xué)模擬方便數(shù)學(xué)模擬方便1數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大2投影轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜投影轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜3. 用大像元減少數(shù)據(jù)量時(shí)，用大像元減少數(shù)據(jù)量時(shí)，精度和信息量受損精度和信息量受損4. 地圖輸出不美觀地圖輸出不美觀5. 難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系 （1） 矢量向柵格的轉(zhuǎn)換矢量向柵格的轉(zhuǎn)換 矢量向柵格的轉(zhuǎn)換過(guò)程叫矢量向柵格的轉(zhuǎn)換過(guò)程叫“柵格化柵格化”。從矢量向。從矢量向柵格轉(zhuǎn)換過(guò)程中，應(yīng)盡量保持矢量圖

46、形的精度。柵格轉(zhuǎn)換過(guò)程中，應(yīng)盡量保持矢量圖形的精度。矢矢量向柵格格式轉(zhuǎn)換的幾種主要算法：量向柵格格式轉(zhuǎn)換的幾種主要算法： 內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法 復(fù)數(shù)積分算法復(fù)數(shù)積分算法 射線算法射線算法 掃描算法掃描算法 邊界代數(shù)算法邊界代數(shù)算法 2. 柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換柵格與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與轉(zhuǎn)換 內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法 該算法由每個(gè)多邊形一個(gè)內(nèi)部點(diǎn)（種子該算法由每個(gè)多邊形一個(gè)內(nèi)部點(diǎn)（種子點(diǎn)）開(kāi)始，向其八個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷點(diǎn)）開(kāi)始，向其八個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷各個(gè)新加入點(diǎn)是否在多邊形邊界上，如果是各個(gè)新加入點(diǎn)是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點(diǎn)不作為種子點(diǎn)，否則邊界上，則該

47、新加入點(diǎn)不作為種子點(diǎn)，否則把非邊界點(diǎn)的鄰點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)與原有種把非邊界點(diǎn)的鄰點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)與原有種子點(diǎn)一起進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，并將該種子點(diǎn)子點(diǎn)一起進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，并將該種子點(diǎn)賦以該多邊形的編號(hào)。重復(fù)上述過(guò)程直到所賦以該多邊形的編號(hào)。重復(fù)上述過(guò)程直到所有種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。有種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。 （1） 矢量向柵格的轉(zhuǎn)換矢量向柵格的轉(zhuǎn)換 復(fù)數(shù)積分算法復(fù)數(shù)積分算法 對(duì)全部柵格陣列逐個(gè)柵格單元地對(duì)全部柵格陣列逐個(gè)柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點(diǎn)對(duì)每個(gè)多邊形的封閉邊界法是由待判點(diǎn)對(duì)每個(gè)多邊形的封閉邊界計(jì)算

48、復(fù)數(shù)積分，對(duì)某個(gè)多邊形，如果積計(jì)算復(fù)數(shù)積分，對(duì)某個(gè)多邊形，如果積分值為分值為2 r，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，賦以多邊形編號(hào)，否則在此多邊形外部，賦以多邊形編號(hào)，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。不屬于該多邊形。 （1） 矢量向柵格的轉(zhuǎn)換矢量向柵格的轉(zhuǎn)換 射線算法射線算法 射線算法可逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊射線算法可逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)，由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引形之外或在多邊形內(nèi)，由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)

49、在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。 射線算法射線算法 射線算法的特殊情況射線算法的特殊情況 掃描算法掃描算法 掃描算法是射線算法的改進(jìn)，將射線掃描算法是射線算法的改進(jìn)，將射線改為沿柵格陣列列或行方向掃描線，判斷改為沿柵格陣列列或行方向掃描線，判斷與射線算法相似。掃描算法省去了計(jì)算射與射線算法相似。掃描算法省去了計(jì)算射線與多邊形邊界交點(diǎn)的大量運(yùn)算，大大提線與多邊形邊界交點(diǎn)的大量運(yùn)算，大大提高了效率。高了效率。 邊界代數(shù)算法邊界代數(shù)算法 適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。

50、單個(gè)多邊形的轉(zhuǎn)換 多個(gè)多邊形的轉(zhuǎn)換柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的基本步驟：柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換的基本步驟： （1） 二值化：二值化：為了簡(jiǎn)化追蹤算法，需把為了簡(jiǎn)化追蹤算法，需把256256個(gè)灰階壓縮為個(gè)灰階壓縮為2 2個(gè)灰階，即個(gè)灰階，即0 0和和1 1兩級(jí)。兩級(jí)。 （2） 細(xì)化：細(xì)化：細(xì)化是消除線劃?rùn)M斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線細(xì)化是消除線劃?rùn)M斷面柵格數(shù)的差異，使得每一條線只保只保留代表其軸線或周圍輪廓線（對(duì)多邊形而言）位置的單個(gè)柵格的寬度。留代表其軸線或周圍輪廓線（對(duì)多邊形而言）位置的單個(gè)柵格的寬度。 （3） 跟蹤：跟蹤：跟蹤的目的是把細(xì)化后的柵格數(shù)據(jù)整理為從結(jié)點(diǎn)出發(fā)跟蹤的目的是把細(xì)化后的柵格數(shù)據(jù)整理為從結(jié)點(diǎn)出發(fā)的線的線段或閉合的線條，并以矢量形式加以存儲(chǔ)。段或閉合的線條，并以矢量形式加以存儲(chǔ)。 （4）去除多余點(diǎn)及曲線圓滑：）去除多余點(diǎn)及曲線圓滑：由于搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，必須去除由于搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，必須去除由此造成的多余點(diǎn)記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余由此造成的多余點(diǎn)記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余 。 （5）拓