1、GIS的空間數據構造與組織 在矢量方式中，關于點、線和多邊形的信息被編碼并以x、y坐標方式儲存。 柵格方式是延續特征的方式，柵格圖象包含有網格單元(像元灰度值)，掃描的地圖或圖像照片等。空間數據矢量和柵格方式數據的組織方法矢量方式 柵格方式 真實世界柵格數據概念(P65)所謂柵格數據是: 將制圖區域的平面表象按一定的分解力作行和列的規那么劃分,就構成了一個陣列,其中每個柵格也稱像元或像素.根據所表示的表像信息,各個像元可用不同的灰度值來表示,但每個像元被以為是內部一致的根本單元.換句話說:由平面表像對應位置上像元灰度值所組成的矩陣方式的數據就是柵格數據.柵格數據概念假設一個圖像的灰度值只需兩種

2、,通常用1表示前景元素,用0表示背景元素,那么這個圖像也稱二值圖像.在柵格數據中,二值圖像的每個像元只能用計算機中的一位bit表示.在這種表示法中,數據雖可得到高度緊縮,但不適宜表示多種制圖要素在同一幅圖像上出現的情況.為了區分制圖物體的類型屬性,可以使不同制圖要素上的像元帶有不同的灰度值.因此需求為每個像元開辟計算機中的假設干位(通常為一個字節),以便存放不同的灰度值.柵格數據中的點線面點：表示為單個像元。線：在一定方向上銜接成串的相鄰像元的集合。面：由聚集在一同的相鄰像元的集合。柵格數據概念四方向相鄰和八方向相鄰柵格數據的獲取1.遙感方法獲取(航天與航空);2.圖片掃描獲取(紙介質的地圖等

3、掃描);3.矢量數據轉換而來;4.由平面上行距,列距固定的點抽樣而來主要包括: (1)中心歸屬法;(2)長度占優法; (3)面積占優法.柵格數據的根本運算1.柵格圖像的平移(向左一格,再向上一格)柵格數據的根本運算2.兩個柵格圖像的算數組合將兩個柵格圖像疊加,使它們對應像元的灰度值相加,相減,相乘,相除,開方和,平方和等等.柵格數據的根本運算3.兩個柵格圖像的布爾邏輯組合柵格數據的根本運算4.其它柵格圖像的根本運算(1)柵格灰度值乘上或加上一個常數;(2)柵格灰度值求其正弦,余弦等,方根,對數,指數等;(3)將某些柵格灰度值置成常數等;(4)求一個柵格圖像中元素灰度值之和;(5)找出一個柵格圖

4、像中元素灰度值最大和最小等;(6)求出兩個柵格圖像對應灰度值的數量積;(7)將兩層柵格圖像對應灰度值比較,并把一個較大 的元素記錄到結果柵格圖像中;(8)進展二值圖像處置等等.柵格數據的宏運算1.擴張柵格數據的宏運算計算機的詳細實現方法: (1) 開辟一個數組IA存放原始圖像；2為存放中間結果及最后結果，另開辟一個數組IB；3將IA中的原圖拷貝到IB中；4對IA中的每一個灰度值為“1的像元，在IB中相應位置右側一列及二列處分別置“1。柵格數據的宏運算2.侵蝕柵格數據的宏運算3.加粗柵格數據的宏運算4.減細減細的原理和過程與加粗幾乎一樣，由于加粗“0像元就是減細“1像元。但一定要留意：在減細的批

5、處置中，假設不附加一些必要的限制條件，就能夠導致線劃的斷裂或要素的消逝等。柵格數據的宏運算5.填充(帶有邊境條件的逐漸加粗法)柵格數據運算的詳細運用1兩要素之間有粘連景象柵格數據運算的詳細運用2三線公路的繪制兩次加粗，異或運算，或運算柵格數據運算的詳細運用3各種面積量算柵格數據運算的詳細運用4指定范圍內填充規定的圖案柵格數據運算的詳細運用5柵格圖像的疊置分析柵格數據運算的詳細運用計算機實現流程圖：柵格數據1柵格數據2柵格數據3上海東方明珠電視塔故宮柵格數據4柵格數據5矢量數據概念矢量數據1矢量數據2矢量數據3矢量+柵格1矢量+柵格2柵格構造特征圖像空間被劃分為規那么的柵格。地理實體的位置用它們

6、占據的行列號(I,J)表示,每一格稱為一個像元，像元是用灰度值來表示的0255。每個柵格與它表達的真實世界的空間實體沒有直接的聯絡。例如：道路作為單一的柵格式不存在的，柵格的值才表達了路是一個實體。道路是被具有道路屬性值的一組柵格表達的。矢量構造特征圖形用點線面表示現實世界的物體，每一個實體的位置用它們在坐標參考系統中的空間位置定義；用屬性表示物體的數量和質量特征。例如，用一條線表達一條道路；一個多邊形表示一個湖泊。矢量方式與柵格方式比較柵格模式矢量模式優點：1、數據結構簡單2、疊加操作更易實現、更有效3、能有效表達空間可變性4、便于做圖像的有效增強優點：1、數據結構更嚴密。2、提供有效的拓撲

7、編碼，便于拓撲操作。3、圖形輸出美觀。缺點：1、數據量大，需要壓縮。2、難以表達拓撲關系。3、圖形輸出不美觀，有鋸齒。缺點：1、數據結構復雜。2、疊加操作不方便。3、表達空間變化性能力差。4、不能做增強處理。柵格數據的組織數據文件像元1I坐標J坐標層1屬性值層2屬性值層N屬性值像元2像元N數據文件層1像元1I坐標J坐標屬性值層2層N像元2數據文件層1多邊形1屬性值像元1坐標像元N坐標層2層N多邊形N節省空間方式簡單方便制圖柵格數據的緊縮技術(p67)長度(變長)編碼法Length Codes)改動掃描順序法Exchange Orders)鏈式編碼(Chain Codes)游程長度編碼(Run-

8、Length Codes)塊式編碼(Block Codes)四叉樹編碼(Quadtree Encoding)變長編碼AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABBBBBBAAABBBBBBBDDDDBBBBBBDDDDDBBBBBDDDDDCCCCCDDDDDCCCCCDDDDDCCCCCDDDDDCCCCCDDDDDCCCCCDDDDDCCCCC全柵格編碼A100A101A42B62A33B73D44D55B55B64D56C56D57C57D58C59D59C59變長編碼四叉樹編碼2220111332110012310111213110111112113四叉樹分解過程01232021

9、2223210211212213根 容易而有效地計算多邊形的數量特征； 陣列各部分的分辨率是可變的，邊境復雜部分四叉樹分級多，分辨率也高，而不需求表示的 細節部分那么分級少，分辨率低。因此既可準確表示圖形構造，又可減少存儲量。 直接柵格編碼到四叉樹編碼及四叉樹到簡單柵格編碼的轉換比塊式編碼等其它緊縮方法容易。 多邊形中嵌套不同類型小多邊形的表示較方便。 四叉樹編碼的優點 四叉樹編碼的最大缺陷是轉換的不確定性，用同一外形和大小的多邊形能夠得出多種不同的四叉樹構造，故不利于外形分析和方式識別。但因它允許多邊形中嵌套多邊形即所謂“空洞這種構造存在，故越來越多的GIS任務者都對四叉樹構造很感興趣。四叉

10、樹編碼的缺陷矢量數據的組織無拓撲關系矢量構造點實體線實體面實體標示符X、y坐標屬性值標示符X、y坐標對屬性值標示符邊線標示符屬性值點實體點實體獨一標示符類型簡單點文字闡明結點序列號X、y坐標有關的屬性其它有關的屬性假設是簡單點符號比例尺方向假設是文字闡明假設是結點字符大小方向字體陳列符號指針與線相交的角度矢量數據拓撲構造矢量數據拓撲構造，即根本要素點線面和實體之間具有鄰接、關聯和包含的拓撲關系,與長度面積無關。什么叫拓撲？Topology一詞來自希臘文，它的原意是“外形的研討。拓撲學是幾何學的一個分支，它研討在拓撲變換下能堅持不變的幾何屬性拓撲屬性。“點的內置是拓撲屬性；面積那么不是拓撲屬性；

11、歐幾里德平面上實體對象所具有的拓撲和非拓撲屬性拓撲屬性一個點在一個弧段的端點一個弧段是一個簡單弧段（自身不相交）一個點在一個區域的邊界上（內部、外部）一個面是簡單面（面上沒有“島”）一個面的連接性（給定面上任意兩點，從一點可以完全在面的內部沿任意路徑走向另一點）非拓撲屬性兩點之間的距離弧段的長度一個區域的周長一個區域的面積根本拓撲要素概念(P57)： 線段ARC，弧段，在線段的中間與其他任何線段不存在任何相關關系，在線段的段點才與其他的線段有關系。線段是有向線段，它的方向有首尾端點確定。 結點(NODE)，即線段的兩端點，可以分為首結點和尾結點。 多邊形(POLYGON), 由數條線段有序的首

12、尾銜接而成。 層LAYER, 具有一樣屬性的拓撲要素的組合。根本拓撲關系： 拓撲鄰接、拓撲關聯、拓撲包含拓撲鄰接P58存在于空間圖形之間同類要素之間的拓撲關系。 多邊形P1和P2 , P1和P3 在空間上相鄰接； 弧段L2，L3，和L5在空間上相鄰接； 節點V1與V9, V9與V4等在空間上相鄰接。1354ADCbcBda弧左多邊形右多邊形aDCbCAcABdDA拓撲關聯指存在于空間圖形中的不同類要素之間的拓撲關系 。 節點V9與弧段L3，L5，L6關聯； 多邊形P1與弧段L1，L2，L3，L6關聯 多邊形 弧p1L1、L3、L6、L7p2L2、L3、L5p3L4、L5、L6p4L7拓撲包含指

13、存在于空間圖形中同類但不同級的根本要素之間的拓撲關系 。多邊形P1包含多邊形P4 矢量數據緊縮技術間隔取點法；垂距法和偏角法；道格拉斯普克DouglasPeucker)法；光欄法。矢量數據緊縮技術間隔取點法矢量數據緊縮技術垂距法和偏角法矢量數據緊縮技術道格拉斯普克DouglasPeucker)法矢量數據緊縮技術光欄法矢量數據緊縮技術光欄法編程流程圖矢量數據匹配頂點匹配與數字接邊矢量數據變換二維和三維幾何圖形的變換；矢量柵格數據之間變換；數據格式之間變換；數據構造之間變換；地圖投影之間變換。矢量數據變換二維幾何圖形的變換矢量數據變換二維幾何圖形的變換矢量數據變換二維幾何圖形的變換矢量數據變換二維

14、幾何圖形的變換矢量數據變換二維幾何圖形的變換矢量數據變換二維幾何圖形的變換柵格與矢量方式的選擇與轉換柵格和矢量均有各自的特點。從點、線、面實體轉化為規那么單元，這是矢量數據柵格化p71)。從柵格單元轉換到幾何圖形的過程，稱為柵格數據矢量化(p72)。柵格與矢量數據格式之間的轉換柵格與矢量數據格式之間的轉換柵格與矢量數據格式之間的轉換柵格與矢量數據格式之間的轉換柵格與矢量數據格式之間的轉換柵格與矢量數據格式之間的轉換空間數據的分層組織層的概念同時適宜于柵格數據和矢量數據。所謂層是指地理特征及其屬性在邏輯上的集合。在柵格數據構造中，每種屬性可構成一個獨立的層，而新的屬性就意味著在數據庫中新加一層。在矢量數據構造中，層是用來區分空間實體的主要類型，目的是為了制圖與顯示。因獨立地物點與多邊形標示符不能區分，因此點和多邊形不能在同一層。數據分層的原那么1、特征類型：點線面分別處于不同層。2、特征的邏輯分組：相關的地物位于同一層。3、應使處置更加方便。數據分層的方法1、按專題分層2、按時間序列分層3、以地面垂直高度分層