矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、第4章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1主要內(nèi)容4.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.3 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 4.4 鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.5 柵格與矢量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換柵格與矢量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換 24.3 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 34.3 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 4.3.1 柵格結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較4.3.2 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)44.3.1 柵格結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較1. 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)p柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。p柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點：屬性明顯，定位隱含，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針

2、或數(shù)據(jù)本身，而所在位置則根據(jù)行列號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)。p柵格數(shù)據(jù)的編碼方法：柵格編碼，就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼；編碼，包括鏈碼（弗里曼鏈碼）比較適合存儲圖形數(shù)據(jù)；長度編碼通過記錄行或列上相鄰若干屬性相同點的代碼來實現(xiàn)；編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一，還能提高圖形操作效率，具有可變的分辨率。52. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式盡可能精確地表示點、線和多邊形等地理實體，坐標(biāo)空間設(shè)為連續(xù)，允許任意位置、長度和面積的精確定義。矢量結(jié)構(gòu)的顯著特點：定位明顯，屬性隱含。矢量數(shù)據(jù)的編碼方法：p對于點實體和線實體，直接記錄空間信息和屬性信息；p對于多邊形

3、地物，有坐標(biāo)序列法、樹狀索引編碼法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法n坐標(biāo)序列法（實體式），是由多邊形邊界的x,y坐標(biāo)對集合及說明信息組成，是最簡單的一種多邊 形矢量編碼法，文件結(jié)構(gòu)簡單，但多邊形邊界被存儲兩次產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，而且缺少鄰域信息；n樹狀索引編碼法（索引式），是將所有邊界點進(jìn)行數(shù)字化，順序存儲坐標(biāo)對，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)，消除了相鄰多邊形邊界數(shù)據(jù)冗余問題；n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼法（鏈狀雙重獨立式），是通過建立一個完整的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)，徹底解決鄰域和島狀信息處理問題的方法，但增加了算法的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)庫的大小。63. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較7優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點矢

4、矢量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，冗余度小，數(shù)據(jù)量??；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，冗余度小，數(shù)據(jù)量??；2. 空間拓?fù)潢P(guān)系清晰，易于網(wǎng)絡(luò)分析；空間拓?fù)潢P(guān)系清晰，易于網(wǎng)絡(luò)分析；3. 面向?qū)ο竽繕?biāo)的，不僅能表達(dá)屬性編面向?qū)ο竽繕?biāo)的，不僅能表達(dá)屬性編碼，而且能方便地記錄每個目標(biāo)的具碼，而且能方便地記錄每個目標(biāo)的具體的屬性描述信息；體的屬性描述信息；4. 能夠?qū)崿F(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新和綜能夠?qū)崿F(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新和綜合；合；5. 圖形顯示質(zhì)量好、精度高。圖形顯示質(zhì)量好、精度高。1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理算法復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理算法復(fù)雜2. 疊置分析與柵格組合比較難；疊置分析與柵格組合比較難；3. 數(shù)學(xué)模擬比較困難；數(shù)學(xué)

5、模擬比較困難；4. 空間分析技術(shù)上比較復(fù)雜，需空間分析技術(shù)上比較復(fù)雜，需要更復(fù)雜的軟、硬件條件；要更復(fù)雜的軟、硬件條件；5. 顯示與繪圖成本比較高。顯示與繪圖成本比較高。柵柵格格數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易于算法實現(xiàn)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易于算法實現(xiàn)；2. 空間數(shù)據(jù)的疊置和組合容易，有利于空間數(shù)據(jù)的疊置和組合容易，有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；3. 各類空間分析，地理現(xiàn)象模擬均較為各類空間分析，地理現(xiàn)象模擬均較為容易；容易；4. 輸出方法快速建議，成本低廉。輸出方法快速建議，成本低廉。1. 圖形數(shù)據(jù)量大，用大像元減小圖形數(shù)據(jù)量大，用大像元減小數(shù)據(jù)量時，精度和

6、信息量受損數(shù)據(jù)量時，精度和信息量受損失；失；2. 難以建立空間網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；難以建立空間網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系；3. 投影變化實現(xiàn)困難；投影變化實現(xiàn)困難；4. 圖形數(shù)據(jù)質(zhì)量低，地圖輸出不圖形數(shù)據(jù)質(zhì)量低，地圖輸出不精美。精美。3. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較p矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點：n優(yōu)點為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、冗余度低，有利于網(wǎng)絡(luò)和檢索分析，圖形顯示質(zhì)量好、精度高n缺點為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多邊形疊加分析比較困難。p柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點：n優(yōu)點為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，便于空間分析和地表模擬，現(xiàn)勢性較強(qiáng)；n缺點為數(shù)據(jù)量大，投影轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜。83. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較p兩者比較：n柵格數(shù)據(jù)操作總的來說容易實現(xiàn)，矢量數(shù)據(jù)操作

7、則比較復(fù)雜；n柵格結(jié)構(gòu)是矢量結(jié)構(gòu)在某種程度上的一種近似，對于同一地物達(dá)到于矢量數(shù)據(jù)；在坐標(biāo)位置搜索、計算多邊形形狀面積等方面柵格結(jié)構(gòu)更為有效，而且易于遙感相結(jié)合，易于信息共享；n矢量結(jié)構(gòu)對于拓?fù)潢P(guān)系的搜索則更為高效，網(wǎng)絡(luò)信息只有用矢量才能完全描述，而且精度較高。94. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇原則p要素還是位置？p可獲取的數(shù)據(jù)p定位要素的必要精度p需要什么類型的要素p需要什么類型的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)p所需空間分析類型p生產(chǎn)地圖類型105. 柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的綜合p使用柵格影像作為顯示背景e.g. DOQs, DRGs, grapgic files p二值掃描文件可以作為數(shù)字化線或多邊性要素的輸入數(shù)據(jù)p數(shù)字高程模型

8、用作提取等高線p衛(wèi)星影像在數(shù)據(jù)綜合中發(fā)揮著重要作用p矢量數(shù)據(jù)作為處理衛(wèi)星影像的輔助信息114.3.2 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1基本概念基本概念p將矢量面向?qū)ο蟮姆椒ê蜄鸥裣裨涮畹姆椒ńY(jié)合起來，具體采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。n線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。n面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。p一方面，它保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(guān)系；p另一方面，它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。p從原理上說，這是一種以矢量的方式來組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)

9、結(jié)構(gòu)。p其理論基礎(chǔ)是：多級格網(wǎng)方法、三個基本約定和線性四叉樹編碼。122 三個約定p為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：a. 地面上的點狀地物是地球表面上的點，它僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機(jī)內(nèi)部僅有一個位置數(shù)據(jù)。b. 地面上的線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀但沒有面積，它在平面上的投影是一連續(xù)不間斷的直線或曲線，在計算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個路徑。c. 地面上的面狀地物是地球表面的空間曲面，并具有形狀和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達(dá)的邊界組成。133. 細(xì)分格網(wǎng)法p由于一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是基于柵格的，表達(dá)目標(biāo)的精度必然受柵格尺寸的限制?？衫眉?xì)

10、分格網(wǎng)法提高點、線（包括面狀地物邊界）數(shù)據(jù)的表達(dá)精度，使一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的精度達(dá)到或接近矢量表達(dá)精度。p基本格網(wǎng)和細(xì)格網(wǎng)均采用十進(jìn)制線性四叉樹編碼，亦即將一對X,Y坐標(biāo)用兩個Morton碼代替。前一M1表示該點（采樣點或附加的交叉點）所在基本格網(wǎng)的地址碼，后者M(jìn)2表示該點對應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼。例如X=210.00，Y=172.32，可轉(zhuǎn)換為M1=275,M2=2690。p這種方法可將柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)精度提高256倍，而存貯量僅在有點、線通過的格網(wǎng)上增加兩個字節(jié)（當(dāng)細(xì)分為1616格網(wǎng)時，存貯量僅增加一個字節(jié)，精度提高16倍）。 14x,yM1 M24. 一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計p線性四叉樹(Mo

11、rton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定設(shè)計點、線、面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)，細(xì)分格網(wǎng)法保證足夠精度。（1）點狀地物和結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)約定1：點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地址碼M1和M2,結(jié)構(gòu)簡單靈活，便于點的插入和刪除，還能處理一個柵格內(nèi)包含多個點狀目標(biāo)的情況。15點標(biāo)識號點標(biāo)識號 M1 M2高程高程Z10025434084432100261057725463（2）線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)p約定2，線狀地物有形狀但沒有面積，沒有面積意味著只要用一串?dāng)?shù)據(jù)表達(dá)每個線狀地物的路徑即可，將該線狀地物經(jīng)過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量數(shù)據(jù)組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位。p弧段的數(shù)

12、據(jù)結(jié)構(gòu):p線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu): 16弧標(biāo)識號弧標(biāo)識號起結(jié)點號起結(jié)點號終結(jié)點號終結(jié)點號中間點串（中間點串（M1,M2,Z） 20078100251002658,7749,435,92,4377,439線標(biāo)識號線標(biāo)識號弧段標(biāo)識號弧段標(biāo)識號3003120078，200793003220092，20098，20099（3）面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1) 弧段文件邊界弧段-形狀2) 帶指針的四叉樹二維行程碼-面域p葉結(jié)點的屬性值改為指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針p循環(huán)指針指向該地物下一個子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身17二維行程二維行程M碼碼屬性值屬性值0054801643083143203784004

13、48460478二維行程二維行程M碼碼循環(huán)指針屬性值循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）（屬性值）3240374440464447460（屬性值）（屬性值）478（屬性值）（屬性值）用循環(huán)指針將同屬于一個目標(biāo)的葉結(jié)點鏈接起來p只要進(jìn)入第一塊就可以順著指針直接提取該地物的所有子塊，從而避免像柵格數(shù)據(jù)那樣為查詢某一個目標(biāo)需遍歷整個矩陣，大大提高了查詢速度1808324046二維行程二維行程M碼碼循環(huán)指針屬性值循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）（屬性值）3240374440464447460（屬性值）（屬性值）478（屬性值）（屬性值）3）面文件

14、p這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是面向地物的，具有矢量的特點。通過面狀地物的標(biāo)識號可以找到它的邊界弧段并順著指針提取所有的中間面塊。p同時它又具有柵格的全部特性，二維行程本身就是面向位置的結(jié)構(gòu)，帶指針的二維行程碼中的Morton碼表達(dá)了位置的相互關(guān)系，前后M碼之差隱含了該子塊的大小。p給出任意一點的位置都可順著指針找到面狀地物的標(biāo)識號確定是哪一個地物。19面標(biāo)識號面標(biāo)識號弧標(biāo)識號串弧標(biāo)識號串面塊頭指針面塊頭指針4000140001（屬性值為（屬性值為0 0）2000120001，2000220002，20003200030 04000240002（屬性值為（屬性值為4 4）2000220002，20004200

15、0416164000340003（屬性值為（屬性值為8 8）200020003737（4）復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)p由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復(fù)雜地物。例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個復(fù)雜地物，用一個標(biāo)識號表示。復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表所示。20復(fù)雜地物標(biāo)識號復(fù)雜地物標(biāo)識號簡單地物標(biāo)識號簡單地物標(biāo)識號50008500081002510025，3000530005，300253002550009500093000630006，3000730007，4003240032 4.4 鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) pTIN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)p在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，TIN可以采用類似于多

16、邊形的矢量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但不必要描述一般多邊形中的“島嶼”或“洞”的拓?fù)潢P(guān)系。p以三角形作為基本的空間對象進(jìn)行數(shù)據(jù)組織時需要兩個文件：（1）點文件：每個點對應(yīng)一個記錄，給出該點的x,y坐標(biāo)，以及屬性值；（2）三角形拓?fù)湮募航M織三角形與樣點以及三角形與相鄰三角形的鄰接關(guān)系，每個記錄依順時針方向列出三個頂點號及三個相鄰的三角形號，其中相鄰三角形的順序按每個頂點對邊給定的鄰接三角形。p這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠很好地描述了三角形及其鄰接關(guān)系，非常適合于需要面相鄰關(guān)系的操作和分析。21不規(guī)則三角網(wǎng)22X-Y Coordinatesnode# coordinates12311. . .x1, y1x2, y2x3, y3. . .x11, y11Z Coordinatesnode# z_value12311. . .z1. . .z2z3z111236587911104ABCDEFGHIJKLMNEDGESadjacentABCDEFGHIJKLMNB, KA, C, LB, DC, E, LD, FE, GF, H, MG, IH, J, NI, KA, J, NB, D, MG, L,