第三章 計算機(jī)地圖制圖數(shù)據(jù)模型

第三章計算機(jī)地圖制圖數(shù)據(jù)模型3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換3.5三維數(shù)據(jù)模型3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型3.1矢量數(shù)據(jù)模型1.矢量數(shù)據(jù)的概念xy0(3,3)ML(1,7)(3,5)(6,5)(6,3)(9,1)xy0(3,7)(7,5)(9,5)(9,3)(7,1)(3,1)(2,3)(2,5)P點(diǎn)、線、面的矢量表示矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過坐標(biāo)值來精確地表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體的。3.1矢量數(shù)據(jù)模型2.矢量數(shù)據(jù)的獲取

2.1幾何數(shù)據(jù)的獲取由外業(yè)測量獲得由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得跟蹤數(shù)字化3.1矢量數(shù)據(jù)模型2.矢量數(shù)據(jù)的獲取

2.2屬性數(shù)據(jù)的獲取

對地圖要素進(jìn)行分類編碼要遵循以下原則：

①科學(xué)性和系統(tǒng)性，即以適合計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用和管理為目標(biāo)，按國土基礎(chǔ)信息的屬性或特征進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)分類，形成系統(tǒng)的分類體系；

②穩(wěn)定性和唯一性，即分類體系以各種地圖要素最穩(wěn)定的屬性或特征為基礎(chǔ)，能在較長時間里不發(fā)生重大變更；同時要考慮所編代碼的唯一性，以利于查詢檢索等操作。

③標(biāo)準(zhǔn)性和通用性，即所編代碼在大的分類分級時應(yīng)遵循國家和行業(yè)已頒布的有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使所編代碼具有較好的通用性。

④完整性和可擴(kuò)展性，即要素的分類既要反映其屬性，又要反映其相互關(guān)系，具有完整性；代碼結(jié)構(gòu)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)目蓴U(kuò)充的余地，具有可擴(kuò)充性；3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.1矢量數(shù)據(jù)的組織方式

點(diǎn)：坐標(biāo)對（x,y）+識別符線：坐標(biāo)對系列(x1,y1)..(xn,yn)

及有關(guān)屬性、其它屬性面：首尾相同的坐標(biāo)串關(guān)系表幾何位置坐標(biāo)文件連接矢量數(shù)據(jù)表示時應(yīng)考慮以下問題：矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系(拓?fù)潢P(guān)系)。點(diǎn)實(shí)體線實(shí)體面實(shí)體

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)域的拓?fù)涮卣?，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專題圖的資料進(jìn)行顯示和操作。

3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

1)實(shí)體式（spaghetti）--面條模型:以實(shí)體為單位記錄其坐標(biāo)多邊形坐標(biāo)串P1…P2…1234567891011

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1415PPP優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、直觀、易實(shí)現(xiàn)以實(shí)體為單位的運(yùn)算和顯示。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

1)實(shí)體式缺點(diǎn)：1、相鄰多邊形的公共邊界被數(shù)字化并存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和碎屑多邊形—數(shù)據(jù)不一致，浪費(fèi)空間，導(dǎo)致雙重邊界不能精確匹配。2、自成體系，缺少多邊形的鄰接信息，無拓?fù)潢P(guān)系，難以進(jìn)行鄰域處理，如消除多邊形公共邊界，合并多邊形。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

1)實(shí)體式缺點(diǎn)：3、島作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形聯(lián)系。不易檢查拓?fù)溴e誤。4、難以檢查多邊形邊界的拓?fù)潢P(guān)系正確與否，如是否存在間隙、重疊、不完整的多邊形（死點(diǎn)）或拓?fù)鋵W(xué)上不能接受的環(huán)（奇異多邊形）等問題。所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

1)實(shí)體式3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

2)索引式（樹狀）對所有點(diǎn)的坐標(biāo)按順序建坐標(biāo)文件，再建點(diǎn)與邊（線）、線與多邊形的索引文件。1234567891011

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1415PPP3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

2)索引式（樹狀）

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1415PPPMap1、點(diǎn)文件：點(diǎn)號坐標(biāo)1x1,y1面號弧段號P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件:弧段號起點(diǎn)終點(diǎn)點(diǎn)號A527,8,9,103.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

2)索引式（樹狀）Map3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

2)索引式（樹狀）

Map3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

2)索引式（樹狀）

Map與實(shí)體式相比：優(yōu)點(diǎn)：用建索引的方法消除多邊形數(shù)據(jù)的冗余和不一致，鄰接信息、島信息可在多邊形文件中通過是否公共弧段號的方式查詢。缺點(diǎn)：表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系較繁瑣，給相鄰運(yùn)算、消除無用邊、處理島信息、檢索拓?fù)潢P(guān)系等帶來困難，以人工方式建立編碼表，工作量大，易出錯。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

3)雙重獨(dú)立式編碼Map簡稱DIME(DualIndependentMapEncoding)，是美國人口統(tǒng)計系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。

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1415PPP3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

3)雙重獨(dú)立式編碼Map1、點(diǎn)文件點(diǎn)號坐標(biāo)1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位線號左多邊形

右多邊形

起點(diǎn)終點(diǎn)L210P1P2210關(guān)聯(lián)鄰接關(guān)聯(lián)連通拓?fù)潢P(guān)系明確3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

3)雙重獨(dú)立式編碼Map3、面文件面號線號P1L210,L109…在DIME中做如下改進(jìn)：將以線段為記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨(dú)立式編碼3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

4)鏈狀雙重獨(dú)立式編碼--拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Map1234567891011

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1415PPP在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)）等拓?fù)湟?，點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復(fù)。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

4)鏈狀雙重獨(dú)立式編碼--拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Map1、弧段坐標(biāo)文件：弧段號坐標(biāo)系列（串)Ax2,y2,X10,y10…2、弧段文件：鏈—面，鏈—結(jié)點(diǎn)關(guān)系弧段號

左多邊形

右多邊形

起點(diǎn)終點(diǎn)AP1P2253.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.2矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的方式

4)鏈狀雙重獨(dú)立式編碼--拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Map3、面文件面號弧段號

P1A,B,-C4、點(diǎn)拓?fù)湮募航Y(jié)點(diǎn)—鏈關(guān)系

點(diǎn)號

弧段號

2A,B,D3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map

對線狀矢量數(shù)據(jù)壓縮時，首先要根據(jù)需求和對制圖比例尺精度的要求，給定控制數(shù)據(jù)壓縮的限差ε。ε表示被舍棄的結(jié)點(diǎn)偏離特征點(diǎn)連線之間的垂直距離，一般取值為0.2mm(若比例尺為1：10000，則實(shí)際距離為2m)。目前，使用較為廣泛的曲線矢量數(shù)據(jù)壓縮算法主要有道格拉斯－普克法（Douglas-PeuckerAlgorithm，簡稱D-P算法）、垂距限值法和光欄法，另外還有間隔取點(diǎn)法、合并法等。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map①道格拉斯——普克法

道格拉斯—普克法，又稱分裂法。該算法實(shí)現(xiàn)的基本思路是：對每一條曲線的首末點(diǎn)虛連一條直線，求其它所有點(diǎn)與該直線的距離，并找出其中的最大距離值dmax，用dmax與限差ε相比：

若dmax＜ε，這條曲線上的中間點(diǎn)全部舍去；

若dmax≥ε，保留dmax對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并以該點(diǎn)為界，把曲線分為兩部分，對這兩部分曲線重復(fù)上述操作，直至整條曲線處理結(jié)束。 ε表示被舍棄的結(jié)點(diǎn)偏離特征點(diǎn)連線之間的垂直距離，一般取值為0.2mm(若比例尺為1：10000，則實(shí)際距離為2m)3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map①道格拉斯——普克法

壓縮效果好，但必須在對整條曲線數(shù)字化完成后才能進(jìn)行，且計算量較大。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map②垂距(限值)法垂距法的基本思路是：每次順序取曲線上的三個點(diǎn)，計算中間點(diǎn)與其它兩點(diǎn)連線的垂線距離di，并與限差ε比較。若di＜ε，則中間點(diǎn)去掉；若di≥ε，則中間點(diǎn)保留。然后順序取下三個點(diǎn)繼續(xù)處理，直到這條線結(jié)束。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map②垂距(限值)法壓縮算法好，可在數(shù)字化時實(shí)時處理，每次判斷下一個數(shù)字化的點(diǎn)，且計算量較小。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map③間隔取點(diǎn)法

間隔取點(diǎn)法的基本思路是：每隔n個點(diǎn)取一點(diǎn)，或每隔一規(guī)定的距離取一點(diǎn)，但首末點(diǎn)一定要保留。例如對一曲線每隔一個點(diǎn)（n=1）取一點(diǎn)進(jìn)行壓縮，其過程和結(jié)果如圖所示。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map③間隔取點(diǎn)法(1)(2)(3)從該壓縮方式可看出，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，可以大量壓縮數(shù)字化時用連續(xù)方法獲取的點(diǎn)和通過柵格數(shù)據(jù)矢量化得到的點(diǎn)，其缺點(diǎn)是不一定能恰當(dāng)?shù)乇Ａ舴较蛏锨曙@著變化的點(diǎn)。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

1)曲線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map④光欄法

光欄法的基本思想：定義一個扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點(diǎn)在扇形外還是在扇形內(nèi)，確定保留還是舍去。光欄邊界點(diǎn)扇邊新光欄口徑算法簡單，速度快，但有時會將曲線的彎曲極值點(diǎn)p值去掉而失真。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

2)多邊形的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map

多邊形矢量數(shù)據(jù)的壓縮過程可以看成是組成其邊界的曲線段的分別壓縮，但為了不破壞多邊形矢量數(shù)據(jù)的封閉性和拓?fù)潢P(guān)系，在數(shù)據(jù)壓縮過程中，應(yīng)注意兩個問題。3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

2)多邊形的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map①多邊形封閉邊界的數(shù)據(jù)壓縮原節(jié)點(diǎn)是分割點(diǎn)之一；

離原節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的下一節(jié)點(diǎn)是分割點(diǎn)之二。

3.1矢量數(shù)據(jù)模型3.矢量數(shù)據(jù)的組織和存儲

3.3矢量數(shù)據(jù)的壓縮方法

2)多邊形的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法Map②公共節(jié)點(diǎn)的取舍問題

對多邊形的邊界曲線分段壓縮時，各段曲線的起點(diǎn)必然作為特征點(diǎn)提取出來，由此可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余。3.1矢量數(shù)據(jù)模型4.矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

4.1拓?fù)潢P(guān)系的概念

拓?fù)潢P(guān)系是一種對空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法，是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。

點(diǎn)(結(jié)點(diǎn))、線(鏈、弧段、邊)、面(多邊形)是表示空間拓?fù)潢P(guān)系最基本的拓?fù)湓亍⑾鹌と我饫?，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）3.1矢量數(shù)據(jù)模型4.矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

4.1拓?fù)潢P(guān)系的概念非拓?fù)鋵傩裕◣缀危┩負(fù)鋵傩裕]發(fā)生變化的屬性）兩點(diǎn)間距離一點(diǎn)指向另一點(diǎn)的方向弧段長度、區(qū)域周長、面積等一個點(diǎn)在一條弧段的端點(diǎn)一條弧是一簡單弧段（自身不相交）一個點(diǎn)在一個區(qū)域的邊界上一個點(diǎn)在一個區(qū)域的內(nèi)部/外部一個點(diǎn)在一個環(huán)的內(nèi)/外部一個面是一個簡單面一個面的連通性

面內(nèi)任兩點(diǎn)從一點(diǎn)可在面的內(nèi)部走向另一點(diǎn)3.1矢量數(shù)據(jù)模型4.矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

4.2拓?fù)潢P(guān)系分類3.1矢量數(shù)據(jù)模型4.矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

4.2拓?fù)潢P(guān)系分類拓?fù)潢P(guān)聯(lián)和鄰接3.1矢量數(shù)據(jù)模型4.矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

4.2拓?fù)潢P(guān)系分類拓?fù)浒?.1矢量數(shù)據(jù)模型4.矢量數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

4.3建立拓?fù)潢P(guān)系的意義

①拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映制圖要素之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何關(guān)系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化；②有助于空間要素的查詢、檢索，并可利用拓?fù)潢P(guān)系來解決許多實(shí)際問題，如鄰接多邊形的研究和供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)對故障閥門的查詢等。③根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地圖要素，如根據(jù)弧段構(gòu)建多邊形，實(shí)現(xiàn)面域的選取；根據(jù)弧段與結(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系重建道路網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行最佳路徑選擇等。

3.2柵格數(shù)據(jù)模型1.柵格數(shù)據(jù)的概念

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最簡單、直觀的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或像元結(jié)構(gòu)，是指將二維平面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個像元或像素，每個像元由行列號確定它的位置，且具有表示實(shí)體屬性類型或值的編碼值。

3.2柵格數(shù)據(jù)模型1.柵格數(shù)據(jù)的概念柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用的網(wǎng)格類型3.2柵格數(shù)據(jù)模型1.柵格數(shù)據(jù)的概念1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。一般講實(shí)體特征愈復(fù)雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然而柵格數(shù)據(jù)量愈大（按分辨率的平方指數(shù)增加）計算機(jī)成本就越高，處理速度越慢。柵格單元尺寸的確定3.2柵格數(shù)據(jù)模型1.柵格數(shù)據(jù)的概念2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來確定尺寸經(jīng)驗(yàn)公式：

h為柵格單元邊長

Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。柵格單元尺寸的確定3.2柵格數(shù)據(jù)模型1.柵格數(shù)據(jù)的概念當(dāng)一個柵格單元內(nèi)有多個可選屬性值時，按一定方法來確定柵格屬性值。1、中心點(diǎn)法：取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。2、面積占優(yōu)法：柵格單元屬性值為面積最大者，常用于分類較細(xì)，地理類別圖斑較小時。3、重要性法：定義屬性類型的重要級別，取重要的屬性值為柵格屬性值，常用于有重要意義而面積較小的要素，特別是點(diǎn)、線地理要素。

4、長度占優(yōu)法——每個柵格單元的值由該柵格中線段最長的實(shí)體的屬性來確定。AB

ba2

13.2柵格數(shù)據(jù)模型2.柵格數(shù)據(jù)的組織3.2柵格數(shù)據(jù)模型2.柵格數(shù)據(jù)的組織2.1柵格數(shù)據(jù)的組織方式3.2柵格數(shù)據(jù)模型2.柵格數(shù)據(jù)的組織2.2柵格數(shù)據(jù)組織順序

3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.1直接?xùn)鸥窬幋a將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。1）每行都從左到右記錄；

AAAAABBBAABBAABB2）奇數(shù)行從左到右，偶數(shù)行從右到左；特點(diǎn)：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)，沒有進(jìn)行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.1直接?xùn)鸥窬幋a柵格數(shù)據(jù)量大，格網(wǎng)數(shù)多，由于地理數(shù)據(jù)往往有較強(qiáng)的相關(guān)性，即相鄰像元的值往往是相同的。所以，出現(xiàn)了各種柵格數(shù)據(jù)壓縮方法。數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一項(xiàng)技術(shù)。分為：無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復(fù)原有的信息---信息保持編碼。有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認(rèn)為不太重要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復(fù)。--信息不保持編碼。

3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.2行程編碼（變長編碼）將原圖表示的數(shù)據(jù)矩陣變?yōu)閿?shù)據(jù)對：1）屬性碼，長度，行號（可不要）長度：連續(xù)相同碼值的柵格個數(shù)。2）屬性碼，點(diǎn)位3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.2行程編碼（變長編碼）特點(diǎn)：

對于行程編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，則壓縮越大，適用于類型區(qū)域面積較大的專題圖，而不適合于類型連續(xù)變化或類別區(qū)域分散的分類圖（壓縮比與圖的復(fù)雜程度成反比）。

這種編碼在柵格加密時，數(shù)據(jù)量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡單，且易于檢索，疊加，合并等操作，這種編碼應(yīng)用廣泛。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.2行程編碼（變長編碼）特點(diǎn)：

對于行程編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，則壓縮越大，適用于類型區(qū)域面積較大的專題圖，而不適合于類型連續(xù)變化或類別區(qū)域分散的分類圖（壓縮比與圖的復(fù)雜程度成反比）。

這種編碼在柵格加密時，數(shù)據(jù)量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡單，且易于檢索，疊加，合并等操作，這種編碼應(yīng)用廣泛。行程編碼程序示例1、Qbasic簡介QBASIC是一種簡單實(shí)用、功能較強(qiáng)的解釋型計算機(jī)高級語言，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)使用。關(guān)鍵語句：（1）數(shù)組的建立DIM<數(shù)組名>(上界1，上界2)如：DIMa(10，10)（2）讀寫文件OPEN<文件名>FOR<讀寫方式>AS#<文件號><讀寫方式>：OUTPUT：寫數(shù)據(jù)，向文件輸出；INPUT：讀數(shù)據(jù)，從文件讀入；行程編碼程序示例（2）讀寫文件如：OPEN“yy.txt"FORINPUTAS#1（3）輸出語句

PRINT[<表達(dá)式>]表達(dá)式—常量、變量、函數(shù)如:PRINT

2，4，6

PRINT"X=";X（4）條件語句

IF

<條件>

THEN

<語句組1>

ELSE

<語句組2>

ENDIF

行程編碼程序示例（5）循環(huán)語句DO循環(huán)：DOWHILE<條件>

<循環(huán)體>

LOOP

WHILE循環(huán)：WHILE<條件>

<循環(huán)體>

WENDFOR循環(huán)：FOR<變量>=<初值>TO<終值>STEP<增量>循環(huán)體

NEXT<變量>如：fori=1to10step2

printi,

nexti

行程編碼程序示例2、全柵格數(shù)據(jù)文件qs.txt

9999111199911111199177111111771111117777111177771111777711117777行程編碼程序示例3、行程編碼程序

CLSDIMw(8,8)OPEN“qs.txt"FORINPUTAS#1DOUNTILEOF(1)

FORi=1TO8FORj=1TO8

INPUT#1,w(i,j)PRINTw(i,j);

NEXTj

PRINT

NEXTiLOOP

行程編碼程序示例3、行程編碼程序n=1OPEN"000.txt"FOROUTPUTAS#2

FORi=1TO8

FORj=1TO7IFw(i,j)=w(i,j+1)THENn=n+1ELSEPRINTw(i,j),n,i:PRINT#2,w(i,j),n,i:n=1ENDIF

NEXTjPRINTw(i,j),n,i:PRINT#2,w(i,j),n,i:n=1NEXTiEND如（1,1,1,0)(1,2,2,4)(1,4,1,7)(1,5,1,7)

…3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.3塊碼——行程編碼向二維擴(kuò)展采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格。數(shù)據(jù)對組成：（初始行、列，半徑，屬性值）依次掃描，編過的不重復(fù)。

123456781044777772444447773444488774004888775008888786000888887000088888000008883.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.3塊碼——行程編碼向二維擴(kuò)展

12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888特點(diǎn)：

具有可變分辨率，即當(dāng)屬性變化小時圖塊大，對于大塊圖斑記錄單元大，分辨率低，壓縮比高。小塊圖斑記錄單元小，分辨率高，壓縮比低所以，與行程編碼類似，隨圖形復(fù)雜程度的提高而降低分辯率。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.4鏈?zhǔn)骄幋a將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄。1）首先定義一個3x3窗口，中間柵格的走向有8種可能，并將這8種可能0~7進(jìn)行編碼。2）記下地物屬性碼和起點(diǎn)行、列后，進(jìn)行追蹤，得到矢量鏈。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.4鏈?zhǔn)骄幋aaaaaaaab鏈?zhǔn)骄幋a表屬性碼起點(diǎn)行起點(diǎn)列鏈碼a14556656b37576654323…

優(yōu)點(diǎn)：鏈碼可有效地存貯壓縮柵格數(shù)據(jù)，便于面積、長度、轉(zhuǎn)折方向和邊界、線段凹凸度的計算。缺點(diǎn)：不易做邊界合并，插入操作、編輯較困難（對局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)）。區(qū)域空間分析困難，相鄰區(qū)域邊界被重復(fù)存儲。

3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（一）四叉樹概述：

一種可變分率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之。1）

基本思想：將2n×2n像元組成的圖像(不足的用背景補(bǔ)上)

按四個象限進(jìn)行遞歸分割，并判斷屬性是否單一，單一：不分。不單一：遞歸分割。最后得到一顆四分叉的倒向樹。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（一）四叉樹概述：2）

四叉樹的樹形表示：

用一倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。根：整個區(qū)域高：深度、分幾級，幾次分割葉：不能再分割的塊樹叉：還需分割的塊每個樹叉均有4個分叉，叫四叉樹。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（一）四叉樹概述：AAAAABBBAABBAABB3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（一）四叉樹概述：3）

編碼方法①常規(guī)四叉樹

記錄這棵樹的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個結(jié)點(diǎn)需要6個變量：父結(jié)點(diǎn)指針、四個子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲量，還增加了操作的復(fù)雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點(diǎn)移到根結(jié)點(diǎn)的次數(shù)來確定，結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點(diǎn)開始逐步推算下來。所以，常規(guī)四叉樹并不廣泛用于存儲數(shù)據(jù)，其價值在于建立索引文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（一）四叉樹概述：3）

編碼方法②線性四叉樹記錄葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾次分割）和屬性。地址碼（定位碼、Morton碼）四進(jìn)制、十進(jìn)制3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（一）四叉樹概述：3）

編碼方法②線性四叉樹優(yōu)點(diǎn)：存貯量小，只對葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存儲，地址碼隱含著結(jié)點(diǎn)的分割路徑和分割次數(shù)。線性四叉樹可直接尋址，通過其坐標(biāo)值直接計算其Morton碼，而不用建立四叉樹。定位碼容易存儲和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)集合相加等組合操作。

3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）十進(jìn)制的Morton碼1）一種按位操作的方法：如行為2、列為3的柵格的MD步驟：(1)行、列號為二進(jìn)制Ib=10Jb=11(2)I行J列交叉

1101=13(3)再化為十進(jìn)制.實(shí)質(zhì)上是按左上、右上、左下、右下的順序，從零開始對每個柵格進(jìn)行自然編碼。

A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B153.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）十進(jìn)制的Morton碼行列012345670014516172021123671819222328912132425282931011141526273031432333637484952535343538395051545564041444556576061742434647585962633.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）十進(jìn)制的Morton碼2）把一幅2n×2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程

1°、按Morton碼把圖象讀入一維數(shù)組。

2°、相鄰的四個像元比較，一致的合并，只記錄第一個像元的Morton碼。循環(huán)比較所形成的大塊，相同的再合并，直到不能合并為止。

3°、進(jìn)一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時只記錄第一個像元的Morton碼。A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B153.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）十進(jìn)制的Morton碼2）把一幅2n×2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B151°、按Morton碼讀入一維數(shù)組。

Morton碼：0123456789101112131415象元值：

AAAB

AABB

AAAA

BBBB2°、四相鄰像元合并，只記錄第一個像元的Morton碼。

01234567812AAABAABBAB3°、由于不能進(jìn)一步合并，則用游程長度編碼壓縮。

0346812ABABAB

3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）四叉樹優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

對于團(tuán)塊圖像，四叉樹表示法占用空間較少，四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法。

四叉樹具有可變率或多重分辯率的特點(diǎn)使得它有很好的應(yīng)用前景，適用于處理凝聚性或呈塊狀分布的空間數(shù)據(jù)，特別適用于處理分布不均勻的塊狀空間數(shù)據(jù)，但不適用于連續(xù)表面（如地形）或線狀地物。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）四叉樹優(yōu)缺點(diǎn)此外，目前應(yīng)用四叉樹還存下列問題：1)

矢/柵正反變換還不理想。2)

建立四叉樹耗費(fèi)機(jī)時很多。3)

四叉樹雖可修改，但很費(fèi)事。4)

四叉樹未能直接表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。5)

與非樹表示法比較，四叉樹表示法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定性或叫滑動變異。6)

一個物體的圖像在構(gòu)成四叉樹時會被分割到若干個象限中，使它失去了內(nèi)在的相關(guān)性。3.2柵格數(shù)據(jù)模型3.柵格數(shù)據(jù)的存儲和壓縮3.5四叉樹編碼（二）四叉樹優(yōu)缺點(diǎn)AAAAABBBAABBAABBAAAAABBBAABBAABB例如，兩個圖像的差異僅由于平移，就會構(gòu)成極為不同的四叉樹，因而很難根據(jù)四叉樹來判斷這兩個圖像是否全同，故不利于做形狀分析和模式識別。3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

1.矢、柵優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)矢量1、便于面向現(xiàn)象（土壤類，土地利用單元等）2、結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。3、利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效的拓?fù)渚幋a，對需要拓?fù)湫畔⒌牟僮鞲行А?、

圖形顯示質(zhì)量好，精度高。1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。2、多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達(dá)空間變化性能力差。3、不能像數(shù)字圖像那樣做增強(qiáng)處理4、軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖成本較高。

柵格1、結(jié)構(gòu)簡單，易數(shù)據(jù)交換。2、疊置分析和地理（能有效表達(dá)空可變性）現(xiàn)象模擬較易。3、利于與感遙數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析，便于圖像處理。4、輸出快速，成本低廉。1、現(xiàn)象識別效果不如矢量方法，難以表達(dá)拓?fù)洹?、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問題。3、投影轉(zhuǎn)換困難。4、圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)文件。3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

1.矢、柵優(yōu)缺點(diǎn)：

矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇柵格結(jié)構(gòu):大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問題的研究。矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。應(yīng)根據(jù)應(yīng)用目的和應(yīng)用特點(diǎn)、可能獲得的數(shù)據(jù)精度以及地理信息系統(tǒng)軟件和硬件配置情況，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

將矢量面對目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(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)。線狀地物：除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄路徑所通過的柵格。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。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；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(diǎn)都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。3343344233444233442344222122.矢柵一體化概念3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

3.三個約定和細(xì)分格網(wǎng)法3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定：a.地面上的點(diǎn)狀地物是地球表面上的點(diǎn)，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。3.三個約定和細(xì)分格網(wǎng)法3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

為提高柵格表示精度，采用細(xì)分格網(wǎng)法：將一對X,Y坐標(biāo)用兩個Morton碼代替：前一M1表示該點(diǎn)（采樣點(diǎn)或附加的交叉點(diǎn)）所在基本格網(wǎng)的地址碼，后者M(jìn)2表示該點(diǎn)對應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼，既顧全整體定位，又保證精度。

x,yM1M24.一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

線性四叉樹(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定設(shè)計點(diǎn)、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。

約定1，點(diǎn)僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點(diǎn)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(diǎn)的插入和刪除，還能處理一個柵格內(nèi)包含多個點(diǎn)狀目標(biāo)的情況。4.1點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)標(biāo)識號

M1

M2高程Z……………………10025434084432100261057725463……………………4.一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

4.2線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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(dú)立式編碼，以弧段為記錄單位?；?biāo)識號起結(jié)點(diǎn)號終結(jié)點(diǎn)號中間點(diǎn)串（M1,M2,Z）

20078100251002658,7749,435,92,4377,439…弧段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):線標(biāo)識號弧段標(biāo)識號…………3003120078，200793003220092，20098，20099…………線狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):4.一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

4.3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）帶指針的二維行程碼面域二維行程M碼

屬性值005480164308314320378400448460478葉結(jié)點(diǎn)的屬性值改為指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）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。二維行程M碼循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）3240374440464447460（屬性值）478（屬性值）

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。08324046用循環(huán)指針將同屬于一個目標(biāo)的葉結(jié)點(diǎn)鏈接起來4.一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

4.3面狀地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3）面文件面標(biāo)識號弧標(biāo)識號串面塊頭指針40001（屬性值為0）20001，20002，20003040002（屬性值為4）20002，200041640003（屬性值為8）200037………………4.一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型

4.4復(fù)雜地物的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由幾個或幾種點(diǎn)、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。復(fù)雜地物標(biāo)識號簡單地物標(biāo)識號…………5000810025，30005，300255000930006，30007，40032…………1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

點(diǎn)：簡單的坐標(biāo)變換線：線的柵格化面：線的柵格化+面填充1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化

在矢量數(shù)據(jù)中，曲線在數(shù)字化時輸入多個點(diǎn)，形成折線，由于點(diǎn)多而密集，折線在視覺上就形成曲線，也就是說曲線是由折線逼近形成的。因?yàn)橄噜弮牲c(diǎn)之間是直線，因此只要說明了一條直線段如何被柵格化，對任何線段的柵格化過程也就清楚了。

線段柵格化的三種不同方法：即八方向柵格化、全路徑柵格化及恒密度柵格化。

1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化①八方向柵格化

八方向柵格化是指根據(jù)矢量的傾角情況，在每行或每列上,只有一個像元被“涂黑”（賦予不同于背景的灰度值）。其特點(diǎn)是在保持八方向連通的前提下，柵格影像看起來最細(xì)，不同線劃間最不易“粘連”。八方向是指每一個像元都有8個鄰元，即東西南北4個正方向上的鄰元和東南、東北、西南及西北4個對角線方向上的鄰元，與此對應(yīng)的8個方向即為八方向。1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化①八方向柵格化

首先，按照點(diǎn)的柵格化的方法，確定每相鄰兩個結(jié)點(diǎn)1和2所在的一組柵格的行、列值，并將它們“涂黑”。然后求出這兩個結(jié)點(diǎn)位置的行數(shù)差和列數(shù)差。若行差大于列差，則逐行進(jìn)行，否則逐列求出本行中心線與過這兩個結(jié)點(diǎn)的直線交點(diǎn)。1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化①八方向柵格化

一條線段的八方向柵格化1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化②全路徑柵格化

全路徑柵格化是指依據(jù)“分帶法”，按行計算起始列號和終止列號。當(dāng)行差大于列差時，計算列值；當(dāng)行差小于列差時，計算行值。1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化②全路徑柵格化①計算傾角a

②起始列值

③終止列值

1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.1線的柵格化③恒密度柵格化

恒密度柵格化的實(shí)質(zhì)是在八方向柵格化的基礎(chǔ)上，在矢量所通過的路徑上，適當(dāng)增加“涂黑”的像元，使得在任何方向上，柵格化結(jié)果的視覺密度基本保持恒定。1.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

1.2面域的柵格化對多邊形進(jìn)行特征編碼時，由于記錄的是組成多邊形邊界線段的屬性而非多邊形本身的屬性，因此針對面域的柵格化，必須實(shí)現(xiàn)以多邊形線段反映多邊形及其鄰域的屬性特征。

目前一般采用的是左碼記錄法。一閉合多邊形將整個矩形面域分割成屬性為1和為0的兩部分。如果在矢量數(shù)字化取數(shù)時沒有在數(shù)字化點(diǎn)的屬性碼中反映面域?qū)傩苑之悹顩r，轉(zhuǎn)換的第一步工作即是要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

從柵格單元轉(zhuǎn)換為幾何圖形的過程為矢量化；（一）要求（矢量化過程應(yīng)保持）：1）

柵->矢轉(zhuǎn)換為拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持實(shí)體原有的連通性、鄰接性等；2）

轉(zhuǎn)換實(shí)體保持正確的外形。（二）方法方法一，實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用人工矢量化法，如掃描矢量化，該法工作量大，成為GIS數(shù)據(jù)輸入、更新的瓶頸問題之一。方法二，程序轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)換（全自動或半自動）2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

過程為：遙感影象圖柵格分類圖邊界提取二值化編輯矢量跟蹤數(shù)據(jù)壓縮原始線劃圖二值化細(xì)化分類圖掃描預(yù)處理拓?fù)浠?、邊界提取2、二值化3、二值圖像的預(yù)處理

4、細(xì)化5、跟蹤6、拓?fù)浠?.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

①邊界提?。?）如果窗口內(nèi)的四個網(wǎng)格點(diǎn)值相同，它們就屬于一個等值區(qū)，而無邊界通過，否則就存在多邊形的邊界或邊界的結(jié)點(diǎn)。（2）如果窗口內(nèi)有兩種柵格值，這四個柵格則均標(biāo)識為邊界點(diǎn)，同時保留原柵格的值。（3）如果窗口內(nèi)有三個以上不同的值，則標(biāo)識為結(jié)點(diǎn)。邊界提取是遙感圖像處理中的一個專門問題。另一種情況通常是從原來的線劃圖掃描得到的柵格圖。用一個2x2柵格的窗口，按順序沿行列方向?qū)鸥駡D像進(jìn)行掃描。

2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

②二值化二值圖像中的圖形用1表示，背景用0表示。所謂二值化就是將圖像中的灰度取一個閾值，凡高于閾值的灰度取1，低于閾值的灰度取0。設(shè)閾值為，則二值化后的像元灰度值為2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

③二值圖像的預(yù)處理對于掃描輸入的圖幅，由于原稿不干凈等原因，總是會出現(xiàn)一些飛白、污點(diǎn)、線劃邊緣凹凸不平等。除了依靠圖像編輯功能進(jìn)行人機(jī)交互處理外，還可以通過一些算法來進(jìn)行處理。

還可用其它許多方法。例如，對于飛白和污點(diǎn)，給定其最小尺寸，不足的消除；對于斷線，采取先加粗后減細(xì)的方法進(jìn)行斷線相連；用低通型濾波進(jìn)行破碎地物的合并，用高通濾波提取區(qū)域范圍等等。2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

④細(xì)化所謂細(xì)化就是將二值圖像像元陣列逐步剝除輪廓邊緣的點(diǎn)，使之成為線劃寬度只有一個像元的骨架圖形。細(xì)化后的圖形骨架既保留了原圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。

2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

④細(xì)化基本原理是在3×3的像元矩陣中，凡是去掉后不會影響原柵格影像拓?fù)溥B通性的像元都應(yīng)該去掉，反之，則應(yīng)保留。3×3的像元共有256種情況，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，去除相同情況，最終共有51種情況，其中只有一部分是可以將中心點(diǎn)剝?nèi)サ?。通過對每個像元點(diǎn)經(jīng)過如此反復(fù)處理，最后可得到應(yīng)保留的骨架圖，并保留了其拓?fù)潢P(guān)系。2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

④細(xì)化細(xì)化的基本過程是：

第一步，確定需細(xì)化的像元集合；第二步，移去不是骨架的像元；第三步，重復(fù)第二步，直到僅剩骨架像元。

2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

④細(xì)化細(xì)化的常用方法：距離變換搜尋中軸線法

2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

④細(xì)化細(xì)化的常用方法：剝皮法

剝皮法的基本思想是：先尋找到一個位于曲線邊緣上的像元，接著以此像元為中心，按一定的順序檢測其相鄰八個鄰域的灰度值。剝皮法的實(shí)質(zhì)是：從曲線的邊緣開始，每次剝掉等于一個柵格寬的一層，直到最后留下彼此連通的由單個柵格點(diǎn)組成的圖形。因?yàn)橐粭l線在不同位置可能有不同的寬度，故在剝皮過程中必須注意一個條件，即不允許剝?nèi)?dǎo)致曲線不連通的柵格，這是這一方法的技術(shù)關(guān)鍵所在。

2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

⑤跟蹤細(xì)化后的二值圖像形成了骨架圖，跟蹤就是把骨架轉(zhuǎn)換為矢量圖形的坐標(biāo)序列。其基本步驟為：

1°、從左向右，從上向下搜索線劃起始點(diǎn)，并記下坐標(biāo)。

2°、朝該點(diǎn)的8個方向追蹤點(diǎn)，若沒有，則本條線的追蹤結(jié)束，轉(zhuǎn)1°進(jìn)行下條線的追蹤；否則記下坐標(biāo)。

3°、把搜索點(diǎn)移到新取的點(diǎn)上，轉(zhuǎn)2°。

注意的是，已追蹤點(diǎn)應(yīng)作標(biāo)記，防止重復(fù)追蹤。2.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)

3.4矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

⑥拓?fù)浠?/p>

為了進(jìn)行拓?fù)浠?，需找出線的端點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)，以及孤立點(diǎn)。

1°、孤立點(diǎn)：8鄰城中沒有為1的像元。如圖(1)。

2°、端點(diǎn)：8鄰城中只有一個為1的像元。如圖(2)。

3°、結(jié)點(diǎn)：8鄰城中有三個或三個以上為1的像元。如圖(3)。

在追蹤時加上這些信息后，就可形成結(jié)點(diǎn)和孤段，就可用矢量數(shù)據(jù)的自動拓?fù)浞椒ㄟM(jìn)行拓?fù)浠恕?.概述3.5三維數(shù)據(jù)模型

目前GIS主要還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)是地表以下或以上，則先將它投影到地表，再進(jìn)行處理，其實(shí)質(zhì)是以二維的形式來模擬、處理任何數(shù)據(jù)，在有些領(lǐng)域可行，但涉及到三維問題的處理時，往往力不從心。二維V=f(x,y)，在不同的層V的含義不同，當(dāng)V表示的是高程時，就是DEM。由于地形三維視圖的原因，人們常把DEM誤認(rèn)為是三維模型。但從本質(zhì)上講，DEM是二維的，因?yàn)樗荒鼙硎镜乇淼男畔?，不能對地表?nèi)部進(jìn)行有效的表示。目前，人們常把DEM稱為2.5維的數(shù)據(jù)模型。真三維模型V=f(x,y,z)，z是一自變量，不受x,y的影響。三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)維護(hù)和界面設(shè)計等方面比二維GIS復(fù)雜得多，如三維數(shù)據(jù)的組織與重建，三維變換、查詢、運(yùn)算、分析、維護(hù)等方面。下面主要介紹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同樣，三維結(jié)構(gòu)存在柵格和矢量兩種形式。柵格：將地理實(shí)體的三維空間分成細(xì)小單元---體元。普遍用八叉樹。矢量：x,y,z，抽象為點(diǎn)、線、面、體，面構(gòu)成體。方法多種，常用三維邊界表示法。

2.八叉樹結(jié)構(gòu)3.5三維數(shù)據(jù)模型

2.1思想：四叉樹在三維空間的推廣。將要表示的形體V放在一個充分大的正方體C內(nèi)，C的邊長為2n，不斷用兩個與XOY、XOZ的平面均分C為8個子體，并判斷屬性單一性。當(dāng)子體部分為V---灰結(jié)點(diǎn)

需再1分為8。

子體中無V---白結(jié)點(diǎn)

停止分割，葉結(jié)點(diǎn)。

子體全為V

—

黑結(jié)點(diǎn)01234572.八叉樹結(jié)構(gòu)3.5三維數(shù)據(jù)模型

2.2存貯結(jié)構(gòu)1）規(guī)則八叉樹

與常規(guī)四叉樹類似，用10項(xiàng)字段來記錄每個結(jié)點(diǎn)（8個子結(jié)點(diǎn)指針，1個父結(jié)點(diǎn)指針，1個結(jié)點(diǎn)屬性）。最普遍的形式，方式自然，易掌握。但指針占總存儲量的94%，空間使用率低。2）線性八叉樹—Motorn碼

用某一預(yù)先確定的次序?qū)瞬鏄滢D(zhuǎn)換成一個線性表，表中的每個元素與一個結(jié)點(diǎn)相對應(yīng)。每個結(jié)點(diǎn)用固定的字節(jié)描述，其中某些位專門用來說明它是否為葉結(jié)點(diǎn)。特點(diǎn)：節(jié)省存貯空間，便于某些運(yùn)算，但喪失一定的靈活性，不便于其它遍歷方式對樹的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存取，應(yīng)用效果不佳。2.八叉樹結(jié)構(gòu)3.5三維數(shù)據(jù)模型

2.2存貯結(jié)構(gòu)3）一對八式的八叉樹每個結(jié)點(diǎn)均1分為8，并標(biāo)記為0，1，2，3，4，5，6，7。隱含地假定了這些子結(jié)點(diǎn)記錄存放的次序

–---便于檢索浪費(fèi)存儲，除非完全八叉樹，即所有葉結(jié)點(diǎn)均在同一層次出現(xiàn)，上層均為非葉結(jié)點(diǎn)。0123…70123…73.三維邊界表示法3.5三維數(shù)據(jù)模型

v1v2v3v4l1l2l3l4l5l6v1x1y1z1v2x2y2z2v3x3y3z3v4x4y4z41）頂點(diǎn)表：用來表示多面體各頂點(diǎn)的坐標(biāo)l1v1v2l2v2v3l3v3v1l4v2v4l5v4v3l6v1v4２）邊表：指出構(gòu)成多面體某邊的兩個頂點(diǎn)3.三維邊界表示法3.5三維數(shù)據(jù)模型

5）擴(kuò)充后的邊表為表達(dá)拓?fù)溥€可將其它一些有關(guān)的內(nèi)容結(jié)合到所使用的表中，如將邊所屬的多邊形信息結(jié)合進(jìn)邊表中以后的形式：l1v1v2s1s4l2v2v3s1s2l3v3v1s1s3l4v2v4s2s4l5v4v3s2s3l6v1v4s3s4l1v1v2l2v2v3l3v3v1l4v2v4l5v4v3l6v1v4s1l1l2l3s2l2l4l5s3l5l3l6s4l3l1l4包含s1,s4公共邊為l1的信息3.三維邊界表示法3.5三維數(shù)據(jù)模型

6）拓?fù)錂z查包含s1,s4公共邊為l1的信息

數(shù)據(jù)存儲后，必須檢查數(shù)據(jù)的一致性、完全性，即進(jìn)行拓?fù)錂z查。具體可檢查下列幾項(xiàng)：(1)頂點(diǎn)表中的每個頂點(diǎn)至少是兩條邊的端點(diǎn)；(2)每條邊至少是一個多邊形的邊；(3)每個多邊形是封閉的；(4)每個多邊形至少有一條邊是和另一個多邊形共用的；(5)若邊表中包含了指向它所屬多邊形的指針，那么指向該邊的指針必在相應(yīng)的多邊形中出現(xiàn)。3.三維邊界表示法3.5三維數(shù)據(jù)模型

7）應(yīng)用包含s1,s4公共邊為l1的信息

三維邊界法一般用于表示規(guī)則形體，如建筑物，對于自然界中的復(fù)雜形體如巖石的外表，理論上可找到一在誤差范圍內(nèi)逼近的適合平面多面體，但這種逼近受多因素的制約。對于不規(guī)則形體，可在形體的外表面s，可測一組點(diǎn)p1,p2…pn坐標(biāo)，再建這些點(diǎn)的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)圖，決定頂點(diǎn)連接的不同方式。同樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，由于連接方式不同，構(gòu)成的平面多面體也不同。其中最重要的一種方法就是每個面均是三角形的平面多面體，類似TIN結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型是按照面向?qū)ο蟮乃枷耄鶕?jù)數(shù)字地圖空間結(jié)構(gòu)化的需要，在對現(xiàn)實(shí)世界地理空間和認(rèn)知的基礎(chǔ)上，利用面向?qū)ο蟮姆椒梢越⒌囊粋€通用的數(shù)字地圖模型，它為研制相關(guān)的基礎(chǔ)軟件提供數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)，并且該數(shù)據(jù)模型獨(dú)立于物理實(shí)現(xiàn)，即具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以是關(guān)系型，也可以是純面向?qū)ο笮汀?.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.1基本概念

①對象：

含有數(shù)據(jù)和操作方法的獨(dú)立模塊，可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。如一個城市、一棵樹均可作為地理對象。具有一個唯一的標(biāo)識，以表明其存在的獨(dú)立性；具有一組描述特征的屬性，以表明其在某一時刻的狀態(tài)——靜態(tài)屬性—數(shù)據(jù)；具有一組表示行為的操作方法，用以改變對象的狀態(tài)。--作用、功能—函數(shù)、方法。

對象的劃分：根據(jù)對象的共性，及對它的研究目的來劃分，與具體的目的、性質(zhì)相聯(lián)系，不同的目的就會有不同劃分。地理對象屬性—數(shù)據(jù)行為—方法劃分原則：找共同點(diǎn)，所有具有共性的系統(tǒng)成份就可為一種對象。3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.1基本概念

②類

共享同一屬性和方法集的所有對象的集合構(gòu)成類。如河流均具有共性，如名稱、長度、流域面積等，以及相同的操作方法，如查詢、計算長度、求流域面積等，因而可抽象為河流類。③實(shí)例

被抽象的對象，類的一個具體對象，稱為實(shí)例

，如長江、黃河等。真正抽象的河流不存在，只存在河流的例子。類是抽象的對象，是實(shí)例的組合，類、實(shí)例是相對的，類和實(shí)例的關(guān)系為上下層關(guān)系。類---申請實(shí)例---成為具體對象。類實(shí)例1實(shí)例23.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.1基本概念

④消息：

對象之間的請求和協(xié)作。（并不獨(dú)立存在）對象之間的關(guān)系，如鼠標(biāo)點(diǎn)，就是消息，點(diǎn)某按紐，就是對按紐提出請求。對象1對象2請求和協(xié)作消息3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.2基本概念

④消息：

對象之間的請求和協(xié)作。（并不獨(dú)立存在）對象之間的關(guān)系，如鼠標(biāo)點(diǎn)，就是消息，點(diǎn)某按紐，就是對按紐提出請求。對象1對象2請求和協(xié)作消息3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.2面向?qū)ο蟮奶匦寓俪橄螅菏菍ΜF(xiàn)實(shí)世界的簡明表示。形成對象的關(guān)鍵是抽象，對象是抽象思維的結(jié)果。②封裝：一般講，包起來，將方法與數(shù)據(jù)放于一對象中，以使對數(shù)據(jù)的操作只可通過該對象本身的方法來進(jìn)行。在這，指把對象的狀態(tài)及其操作集成化，使之不受外界影響?，F(xiàn)實(shí)世界抽象對象1對象n對象23.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.2面向?qū)ο蟮奶匦寓鄱鄳B(tài)：是指同一消息被不同對象接收時，可解釋為不同的含義。同一消息，對不同對象，功能不同。3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.3四種核心技術(shù)①分類分類是把一組具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的對象歸納或映射為一個公共類的過程。如城鎮(zhèn)建筑可分為行政區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、文化區(qū)等若干個類。②概括將相同特征和操作的類再抽象為一個更高層次、更具一般性的超類的過程。子類是超類的一個特例。一個類可能是超類的子類，也可是幾個子類的超類。所以，概括可能有任意多層次。概括技術(shù)避免了說明和存儲上的大量冗余。這需要一種能自動地從超類的屬性和操作中獲取子類對象的屬性和操作的機(jī)制，即繼承機(jī)制。3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.3四種核心技術(shù)③聚集聚集是把幾個不同性質(zhì)類的對象組合成一個更高級的復(fù)合對象的過程。④聯(lián)合相似對象抽象組合為集合對象。其操作是成員對象的操作集合。

3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.4面向?qū)ο竽Ｐ偷暮诵墓ぞ撷倮^承：一類對象可繼承另一類對象的特性和能力，子類繼承父類的共性，繼承不僅可以把父類的特征傳給中間子類，還可以向下傳給中間子類的子類。

它服務(wù)于概括。繼承機(jī)制減少代碼冗余，減少相互間的接口和界面。單重繼承、多重繼承；全部繼承、部分繼承；3.6面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

包含s1,s4公共邊為l1的信息1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介1.4面向?qū)ο竽Ｐ偷暮?/p>