1、第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是指空間數(shù)據(jù)的編排方式和組織關(guān)系，是指空間數(shù)據(jù)適合于計(jì)算機(jī)存儲、管理、處理的邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說，是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計(jì)算機(jī)中存儲和處理。 空間數(shù)據(jù)編碼是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，目的是將不同的空間實(shí)體按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適用于計(jì)算機(jī)存儲和處理的過程，不同的對象，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相差很大，同一對象，也可以用許多方式來組織數(shù)據(jù)，按不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去處理，會得到截然不同的內(nèi)容。2一種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備幾方面的要求：1、組織的數(shù)據(jù)能夠表示要素之間的層次關(guān)系，便于不同數(shù)據(jù)聯(lián)接和覆蓋；2、正確反映地理實(shí)體的空間排列方式和各實(shí)體間相互關(guān)系；3、便于存取和檢

2、索；4、節(jié)省存儲空間，減少數(shù)據(jù)冗余；5、存取速度快，在運(yùn)算速度較慢的微機(jī)上要達(dá)到快速響應(yīng)；6、具有足夠的靈活性，數(shù)據(jù)組織應(yīng)具有插入新的數(shù)據(jù)、刪除或修改部分?jǐn)?shù)據(jù)的基本功能。第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)31、現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知過程一、空間認(rèn)知模型現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字世界觀察、抽象綜合取舍定義、編碼模型化概念世界以實(shí)體表達(dá)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)42、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的概念一、空間認(rèn)知模型 指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它是一個具體的、有概括性，復(fù)雜性，相對意義的概念。是一種在現(xiàn)實(shí)世界中不能再劃分為同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。 如：城市、湖泊、道路，甚至是某種現(xiàn)象的度量結(jié)果，如高溫區(qū)，干旱區(qū)等。（1）定義第二章 空

3、間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)52、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的概念一、空間認(rèn)知模型 地理實(shí)體類別及實(shí)體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，武漢就是一個點(diǎn)，這個點(diǎn)不能再分割，可以把武漢定為一個空間實(shí)體，而在大比例尺的武漢市地圖上，武漢的許多房屋，街道都要表達(dá)出來，所以武漢必須再分割，不能作為一個空間實(shí)體，應(yīng)將房屋，街道等作為研究的地理實(shí)體，由此可見，GIS中的空間實(shí)體是一個概括，復(fù)雜，相對的概念。（2）理解第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)63、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型 屬性特征（非定位數(shù)據(jù)）：用以描述事物或現(xiàn)象的特性，即用來說明“是什么”，如事物或現(xiàn)象的類別、等級、數(shù)量、名稱等

4、。屬性數(shù)據(jù)（非幾何數(shù)據(jù)）（1）基本特征第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)73、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型 空間特征（定位數(shù)據(jù)）：用以描述事物或現(xiàn)象的地理位置以及空間相互關(guān)系，又稱為幾何特征和拓?fù)涮卣鳎罢呷缃鐦兜慕?jīng)緯度，后者如中國、印度接壤。位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)（幾何數(shù)據(jù)），如用X,Y坐標(biāo)來表示。 關(guān)系數(shù)據(jù)，如空間實(shí)體的鄰接、關(guān)聯(lián)、包含等，主要是指拓?fù)潢P(guān)系。（1）基本特征第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)83、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型 時間特征（時間尺度）：用以描述事物或現(xiàn)象隨時間的變化，例如人口數(shù)的逐年變化。時態(tài)數(shù)據(jù)（1）基本特征第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)93、空間實(shí)體（地理實(shí)

5、體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型5、復(fù)雜實(shí)體1、點(diǎn)狀實(shí)體2、線狀實(shí)體3、面狀實(shí)體4、體狀實(shí)體第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)103、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型4）角點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Vertex：表示線段和弧段上的連接點(diǎn)。 1）實(shí)體點(diǎn)：用來代表一個實(shí)體。2）注記點(diǎn)：用于定位注記。3）內(nèi)點(diǎn)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。點(diǎn)實(shí)體 表示有特定位置的0維空間實(shí)體。第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)11線狀實(shí)體包括：線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。3、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型線實(shí)體 表示1維空間實(shí)體，具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，線或折線，由一系

6、列的有序坐標(biāo)表示，并有如下特性：1）實(shí)體長度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長2）彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游下游， 公路，單、雙向之分。第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)123、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型面實(shí)體 表示2維空間實(shí)體，表示平面區(qū)域大范圍連續(xù)分布的特征，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示。特征：1）面積范圍 2）周長3）獨(dú)立性或與其它地物相鄰如中國及其周邊國家4）內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形：如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域。5）重疊性與非重疊性：如學(xué)校的分區(qū)，菜市場的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，

7、而一個城市的各個城區(qū)一般說來不會出現(xiàn)重疊。 第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)133、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型體實(shí)體 立體狀實(shí)體用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長度、寬度及高度等屬性，立體狀實(shí)體一般具有以下一些空間特征：1）體積，如工程開控和填充的土方量。2）每個二維平面的面積。3）周長。4）內(nèi)島。5）含有弧立塊或相鄰塊。6）斷面圖與剖面圖。第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)143、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型維數(shù)實(shí)體類型代表地物零維點(diǎn)水井、污染源等。一維線、弧、鏈道路、公共設(shè)施網(wǎng)等。二維面、多邊形土壤、植被、巖石分類區(qū)、行政區(qū)劃等。三維體

8、地形，溫度第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)153、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型實(shí)體類型組合 線-面：1、區(qū)域包含線：計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度，某省的水系分布情況。2、線通過區(qū)域：公路上否通過某縣。3、線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱，中國與哪些國家接壤。4、線與區(qū)域分離：距離。 第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)163、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（2）實(shí)體類型實(shí)體類型組合 面-面：1、 包含：島,某省的湖泊分布。2、 相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場服務(wù)范圍重疊區(qū)。3、 相交：劃分子區(qū)。4、 相鄰：計(jì)算相鄰邊界性質(zhì)和長度，公共連接邊界。分離：計(jì)算距離。 FeCu

9、第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)173、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 空間關(guān)系的類型1）拓?fù)淇臻g關(guān)系： 2）順序空間關(guān)系： （方向空間關(guān)系） 用上下左右、前后、東南西北等方向性名稱來描述空間實(shí)體的順序關(guān)系，算法復(fù)雜，至今沒有很好的解決方法。第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)183、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 空間關(guān)系的類型3）度量空間關(guān)系，主要指實(shí)體間的距離關(guān)系，遠(yuǎn)近。 在地理空間中兩點(diǎn)間的距離有兩種度量方法。a、沿真實(shí)的地球表面進(jìn)行,除與兩點(diǎn)的地理坐標(biāo)有關(guān)外，還與所通過路徑的地形起伏有關(guān)，復(fù)雜,引入第二種。b、沿地球旋轉(zhuǎn)橢球體的距離量算。 距離

10、類別：歐氏距離（笛卡爾坐標(biāo)系）、曼哈頓（出租車）距離、時間距離（緯度差）、大地測量距離（大地線）（沿地球大圓經(jīng)過兩個城市中心的距離）。 第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)193、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系1）定義：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。 拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)203、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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

11、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)213、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系2）種類：第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)a）關(guān)聯(lián)性： （不同類要素之間）結(jié)點(diǎn)與弧段：如V9與L5,L6,L3多邊形與弧段：P2與L3,L5,L2b）鄰接性： (同類元素之間)多邊形之間、結(jié)點(diǎn)之間。鄰接矩陣 重疊：- 鄰接：1 不鄰接：0223、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系2）種類：第二章 空間數(shù)

12、據(jù)結(jié)構(gòu)c）連通性：與鄰接性相類似，指對弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、 街道是否相通。連通矩陣：重疊：- 連通：1不連通：0 233、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系2）種類：第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)d）方向性：一條弧段的起點(diǎn)、終點(diǎn)確定了弧段的方向。用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。e）包含性：指面狀實(shí)體包含了哪些線、點(diǎn)或面狀實(shí)體。f）區(qū)域定義：多邊形由一組封閉的線來定義。g）層次關(guān)系：相同元素之間的等級關(guān)系，武漢市有各個區(qū)組成。主要的拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián)、拓?fù)浒?43、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間

13、認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系3）表達(dá)：第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系具體可由4個關(guān)系表來表示：（1）面-鏈關(guān)系： 面 構(gòu)成面的弧段（2）鏈-結(jié)點(diǎn)關(guān)系：鏈 鏈兩端的結(jié)點(diǎn)（3）結(jié)點(diǎn)-鏈關(guān)系：結(jié)點(diǎn) 通過該結(jié)點(diǎn)的鏈（4）鏈面關(guān)系：鏈 左面 右面253、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型（3）空間關(guān)系 拓?fù)潢P(guān)系4）意義：第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義，因?yàn)椋?）拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(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，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實(shí)際問題。如某縣的鄰接縣，-面面相鄰問題。又如供水管

14、網(wǎng)系統(tǒng)中某段水管破裂找關(guān)閉它的閥門，就需要查詢該線（管道）與哪些點(diǎn)（閥門）關(guān)聯(lián)。3）根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。263、空間實(shí)體（地理實(shí)體）的描述空間數(shù)據(jù)一、空間認(rèn)知模型第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、描述的內(nèi)容 3、數(shù)據(jù)類型 4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)） 關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)體間的鄰接、關(guān)聯(lián)包含等相互關(guān)系 屬性數(shù)據(jù)各種屬性特征和時間元數(shù)據(jù) 矢量、柵格、TIN（專用于地表或特殊造型） RDBMS屬性表-采用MIS較成熟 空間元數(shù)據(jù)位置、形狀、尺寸 、關(guān)系識別碼（名稱）實(shí)體的角色、功能、行為、實(shí)體的衍生信息時間測量方法、編碼方法、空間參考系等 空間特征：地理位置和空間關(guān)系屬性特征名稱、等級、類別等時

15、間特征2、基本特征 274、空間認(rèn)知三層模型一、空間認(rèn)知模型第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間概念模型空間邏輯模型物理模型現(xiàn)實(shí)世界矢量數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型矢-柵一體化數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)絡(luò)模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ臀锢肀硎窘M織空間數(shù)據(jù)存取關(guān)于實(shí)體和實(shí)體間聯(lián)系的抽象概念集。表達(dá)概念模型中數(shù)據(jù)實(shí)體（或記錄）及其間的關(guān)系。描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的物理組織、存儲路徑和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。281、柵格數(shù)據(jù)的基本概念二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)用密集正方形（或三角形，多邊形）將地理區(qū)域劃分為網(wǎng)格陣列（像元陣列）。位置由行，列號定義，屬性為柵格單元的值。點(diǎn)：由單個柵格表達(dá)。線：由沿線走向有相同屬性取值的一組相鄰柵格表

16、達(dá)。面：由沿線走向有相同屬性取值的一片柵格表達(dá)。 柵格數(shù)據(jù)表示的是二維表面上的地理數(shù)據(jù)的離散化數(shù)值。在柵格數(shù)據(jù)中，地表被分割為相互鄰接、規(guī)則排列的地塊，每個地塊與一個象元相對應(yīng)。因此，柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格(象元)的大小與地表相應(yīng)單元的大小之比，當(dāng)象元所表示的面積較大時，對長度、面積等的量測有較大影響。每個象元的屬性是地表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似值，因而有可能產(chǎn)生屬性方面的偏差。291、柵格數(shù)據(jù)的基本概念二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將工作區(qū)域的平面表象按一定分解力作行和列的規(guī)則劃分，形成許多格網(wǎng)，每個網(wǎng)格單元稱為象素(pixel)。根據(jù)所表示實(shí)體的表象信息差異，各象元可用不同的“灰度

17、值”來表示 。若每個象元規(guī)定N比特，則其灰度值范圍可在0到2N1之間；把白灰色黑的連續(xù)變化量化成8比特（bit），其灰度值范圍就允許在0255之間；若每個象元只規(guī)定1比特，則灰度值僅為0和1，這就是所謂二值圖像。點(diǎn)實(shí)體在柵格數(shù)據(jù)中表示為一個像元；線實(shí)體則表示為在一定方向上連接成串的相鄰像元集合；面實(shí)體由聚集在一起的相鄰像元集合表示。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是象元陣列，即象元按矩陣形式的集合(二維數(shù)組），柵格中的每個象元是柵格數(shù)據(jù)中最基本的信息存儲單元，其坐標(biāo)位置可以用行號和列號確定。301、柵格數(shù)據(jù)的基本概念二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)實(shí)體面實(shí)體線實(shí)體點(diǎn)實(shí)體線實(shí)體線實(shí)體面實(shí)體面實(shí)體312

18、、柵格數(shù)據(jù)層的概念二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，物體的空間位置就用其在笛卡爾平面網(wǎng)格中的行號和列號坐標(biāo)表示，物體的屬性用像元的取值表示，每個像元在一個網(wǎng)格中只能取值一次，同一像元要表示多重屬性的事物就要用多個笛卡爾平面網(wǎng)格，每個笛卡爾平面網(wǎng)格表示一種屬性或同一屬性的不同特征。要表示多種專題屬性，必須分層存儲屬性數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)層323、柵格數(shù)據(jù)的組織方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法c：以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和多邊形內(nèi)各象元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲屬性的空間。將同一屬性的制圖單元的n個象元的屬性只記錄一次，便于地圖分析和制圖處理。 方法a：以

19、象元為記錄序列，不同層上同一象元位置上的各屬性值表示為一個列數(shù)組。N層中只記錄一層的象元位置，節(jié)約大量存儲空間，柵格個數(shù)很多。方法b：每層每個象元的位置、屬性一一記錄，結(jié)構(gòu)最簡單，但浪費(fèi)存儲。假設(shè)：每層的每個像元在數(shù)據(jù)庫中都是獨(dú)立單元，即數(shù)據(jù)值、像元和位置之間存在一對一的關(guān)系。334、柵格數(shù)據(jù)的獲取二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）獲取方式1、手工獲取，專題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個決定其網(wǎng)格代碼。2、掃描儀掃描專題圖的圖像數(shù)據(jù)行、列、顏色（灰度），定義顏色與屬性對應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到（行、列、屬性）再進(jìn)行柵格編碼、存貯，即得該專題圖的柵格數(shù)據(jù)。3、由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來。4、遙

20、感影像數(shù)據(jù)，對地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來的象素值序列。5、格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，當(dāng)屬性值為地面高程，則為格網(wǎng)DEM，通過DEM內(nèi)插得到。344、柵格數(shù)據(jù)的獲取二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）柵格系統(tǒng)的確定 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定 表示具有空間分布特征的地理要素，不論采用什么編碼系統(tǒng)，什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(矢、柵)都應(yīng)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，而坐標(biāo)系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確定。 由于柵格編碼一般用于區(qū)域性GIS，原點(diǎn)的選擇常具有局部性質(zhì)，但為了便于區(qū)域的拼接，柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)與國家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，并分別采用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作

21、為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。354、柵格數(shù)據(jù)的獲取二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）柵格系統(tǒng)的確定 柵格單元的尺寸分辯率（resolution）Resolution is dependent on the grid cell size. Changing the resolution affects classification, area, perimeter, accuracy , etc. 12331122112311333332Real world Very Fine gridMedium grid Coarse grid364、柵格數(shù)據(jù)的獲取二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）

22、柵格系統(tǒng)的確定 柵格單元的尺寸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(jì)算機(jī)成本就越高，處理速度越慢。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。374、柵格數(shù)據(jù)的獲取二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）柵格代碼（屬性值）的確定中心歸屬法：每個柵格單元的值以網(wǎng)格中心點(diǎn)對應(yīng)的面域?qū)傩灾荡_定。面積占優(yōu)法：每個柵格單元的值以在該網(wǎng)格單元中占據(jù)最大面積的屬性384、柵格數(shù)據(jù)的獲取二、柵格數(shù)

23、據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）柵格代碼（屬性值）的確定長度占優(yōu)法：每個柵格單元的值以網(wǎng)格中線的大部分長度所對應(yīng)的面域的屬性值來確定。重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性程度，選取特別重要的空間實(shí)體決定對應(yīng)的柵格單元值。395、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）直接?xùn)鸥窬幋a直接?xùn)鸥窬幋a是最簡單最直觀而又非常重要的一種柵格結(jié)構(gòu)編碼方法，通常稱這種編碼為圖像文件或柵格文件。直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼。11112221113111222211331122222233312224444333122244443331222244443311

24、11224443311112221113111222211331122222233312224444333122244443331222244443311112244433405、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）直接?xùn)鸥窬幋a 直接?xùn)鸥窬幋a也可以奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定目的還可以采用其他特殊的順序。 特點(diǎn)：（1）最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲簡單，沒有進(jìn)行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。（2）數(shù)據(jù)存儲量大，如果每個像元用一個字節(jié)表示，存儲空間為：m(行) n(列) 1(字節(jié))。 415、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）直接?xùn)鸥窬幋a

25、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，即相鄰象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。 無壓縮編碼425、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼鏈?zhǔn)骄幋a行程編碼塊式編碼四叉樹編碼壓縮編碼435、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 鏈?zhǔn)骄幋a弗里曼鏈碼（

26、Freeman鏈碼）、邊界鏈碼將柵格數(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.445、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 鏈?zhǔn)骄幋a弗里曼鏈碼（Freeman鏈碼）、邊界鏈碼將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄。aaaaaaba鏈?zhǔn)骄幋a表屬性碼起點(diǎn)行起點(diǎn)列鏈碼a14556656b37576654323455、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 鏈?zhǔn)骄幋a弗里曼鏈碼（Freeman鏈碼

27、）、邊界鏈碼將柵格數(shù)據(jù)（線狀地物面域邊界）表示為矢量鏈的記錄。 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(jì)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。 465、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 行程編碼有相同屬性值的鄰近像元被合并在一起稱為一個行程，行程用一對數(shù)字表達(dá)：1）屬性碼，長度 (A,5),(B,3),(A,2),(B,2),(A,2),(B,2)2）屬性碼，點(diǎn)位 (A,1,1),(B,2,2),(A,3,1),(B,3,3),(A,4,

28、1),(B,4,3) A A A A A B B B A A B B A A B B 475、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 行程編碼按行（或列）記錄相同代碼的始末象元的列號（或行號）和相應(yīng)的代碼，即按（起位、止位、屬性值）編碼，下圖可沿行方向進(jìn)行行程編碼：156485、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 行程編碼只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重重的個數(shù)。即按（屬性值和重復(fù)個數(shù)）編碼。53495、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 行程編碼逐個記錄各行（或列）代碼

29、發(fā)生變化的位置和相應(yīng)的代碼，即按（位置，屬性值）編碼。505、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 行程編碼特點(diǎn)： 對于行程長度編碼，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。515、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 塊式編碼行程編碼向二維擴(kuò)展把多邊形范圍劃分成由象元組成的正方形

30、，然后對各個正方形進(jìn)行編碼。塊式編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括3個數(shù)字：塊的初始位置（行、列號）和塊的大小（塊包括的象元數(shù)），再加上記錄單元的代碼組成。 采用正方形區(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/大小，屬性值）525、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 塊式編碼行程編碼向二維擴(kuò)展 1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 4 4 7 7 7 7 72 4 4 4 4 4 7 7 73 4 4 4 4 8 8 7 7 4 0 0 4 8 8 8 7 75 0 0 8 8 8 8 7 86 0 0 0 8 8 8 8 87 0

31、0 0 0 8 8 8 88 0 0 0 0 0 8 8 8如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)依次掃描，編過的不重復(fù)。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)雜程度的提高而提高分辨率。535、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼一種可變分辨率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一 。1）基本思想：將2n2n象元組成的圖像(不足的用背景補(bǔ)上) 按四個象限進(jìn)行遞歸分割，并判

32、斷屬性是否單一，單一：不分。 不單一：遞歸分割。AAABABBBAABBAABB0123545、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼2）四叉樹的樹形表示：用一棵倒立樹表示這種分割和分割結(jié)果。樹根結(jié)點(diǎn)：代表整個區(qū)域；葉結(jié)點(diǎn)（葉）：樹的每個結(jié)點(diǎn)有四棵子樹，為空的結(jié)點(diǎn)為葉結(jié)點(diǎn)，對應(yīng)于區(qū)域分割時數(shù)值單調(diào)的子象限，即不能再分割的塊，圖斑大小取決于它在樹中的層數(shù)；結(jié)點(diǎn)（樹叉）：對應(yīng)于區(qū)域分割時數(shù)值不單調(diào)的子象限。 每個樹叉均有4個分叉，叫四叉樹。555、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼16234511121378910

33、162345111312781097第3層第2層第1層第0層根結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)（a）順序分解表示（b）樹形結(jié)構(gòu)表示565、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼3）建立四叉樹結(jié)構(gòu)的方式 自上而下方式(top-down) 從頂層開始，即先檢測全區(qū)域，其值不單一時再四劃分，直到數(shù)值或內(nèi)容單一為止。 自下而上方式(bottom-up) 從底層開始，即以像元大小為結(jié)點(diǎn)，每記錄四個結(jié)點(diǎn)時，即生成父結(jié)點(diǎn)。575、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼4）四叉樹結(jié)構(gòu)類型根據(jù)四叉樹存儲結(jié)構(gòu)的不同，可以將四叉樹結(jié)構(gòu)類型分為: 指針?biāo)牟?/p>

34、樹 線性四叉樹585、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：a、常規(guī)四叉樹（指針?biāo)牟鏄洌┯涗涍@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。595、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法a、常規(guī)四叉樹（指針?biāo)牟鏄洌㏒W2SE3NE1NW0根結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)012310111213120121122123指針?biāo)牟鏄涞姆纸膺^程及編碼88023112110111213605、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)

35、構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：a、常規(guī)四叉樹（指針?biāo)牟鏄洌┨攸c(diǎn)：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。615、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹線性四叉樹編碼為美國馬里蘭大學(xué)地理信息系統(tǒng)中采用的編碼方式，具有四叉樹的形式，用指針?biāo)牟鏄浞绞浇M織數(shù)據(jù)，但不用指針?biāo)牟鏄浞绞酱鎯?shù)據(jù)。基本思想：它不記錄中間節(jié)點(diǎn)和使用指針，僅記

36、錄葉節(jié)點(diǎn)，并用地址碼表示葉節(jié)點(diǎn)的位置。因此，其編碼包括葉節(jié)點(diǎn)的地址碼和本節(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值，并且地址碼隱含了葉節(jié)點(diǎn)的位置和深度信息。625、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹最常見的地址碼是四進(jìn)制或十進(jìn)制的Morton碼。基于深度和層次的線性四叉樹編碼：記錄每個葉節(jié)點(diǎn)的地址和屬性值。其中地址包括兩部分，以32位二進(jìn)制數(shù)表示： 0 0 0 00 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1深度（4位）路徑（28位）從葉節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的路徑0231路徑：011SE 000SW 102NW深度：00113第三層635、柵格數(shù)據(jù)編碼方

37、法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹四進(jìn)制地址碼(MQ碼) MQ碼是一串?dāng)?shù)字組成，每分割一次增加一位數(shù)，其中每位數(shù)字都是不大于3的四進(jìn)制數(shù)。 A、分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。 B、每一個位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)，表達(dá)位置。0123AAAAA BBBAABBA AABB03BA645、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹四進(jìn)制地址碼(MQ碼)320？1320自上而下655、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)

38、構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹四進(jìn)制地址碼(MQ碼)MQ碼計(jì)算公式：MQ = 2Ib+Jb 公式中Ib、Jb分別為柵格單元行列號的二進(jìn)制數(shù)， Ib、Jb位數(shù)看即編碼的位數(shù)，要看分割的次數(shù)，不足的前面補(bǔ)0.66(a)區(qū)域柵格表示5、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹四進(jìn)制地址碼(MQ碼)MQ編碼過程：圖(a)所示為88列圖，即柵格單元2323，其位置碼的最長位數(shù)是3位（即分割三次）。現(xiàn)對圖 (a)按MQ碼的計(jì)算公式進(jìn)行編碼，得到圖 (b)所示編碼表，最后進(jìn)行排序歸并得到圖 (c) MQ碼。(b)編碼

39、表(c)MQ碼自下而上675、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹十進(jìn)制地址碼(MD碼) 四進(jìn)制Morton碼直觀上切合四叉樹分割，但許多語言不支持四進(jìn)制變量，需用十進(jìn)制表示Morton碼。線性四叉樹的十進(jìn)制編碼簡稱MD編碼，它同線性四叉樹的四進(jìn)制編碼主要不同在于編碼值是十進(jìn)制自然數(shù)，其合并過程可直接按自然數(shù)順序進(jìn)行。685、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼5）編碼方法：b、線性四叉樹十進(jìn)制地址碼(MD碼)A 0A 1A 4A 5A 2 B 3B 6B 7A 8A 9B 12B

40、13A 10A 11B 14B 15如行為2、列為3的柵格的MD步驟：(1)行、列號為二進(jìn)制 Ib= 1 0 Jb= 1 1(2)I行J列交叉 1 1 0 1 = 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。 695、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼(a)區(qū)域柵格表示705、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼MQ編碼例證1：第一行、第五列的柵格單元，求它的MQ碼首先將十進(jìn)制第一行、第五列轉(zhuǎn)成二進(jìn)制形式，得到 行Ib =(001) 列Jb =(101)其

41、地址碼為: MQ = 2Ib+Jb = 21+101 = 103？提示：MQ = 2Ib+Jb715、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼MQ編碼例證2：求四叉樹中四進(jìn)制位置碼的解碼，即已知MQ碼為103，求其行列號。算法如下：？ 若該位編碼值為0，1，對行號貢獻(xiàn)值為0 若該位編碼值為2，3，對行號貢獻(xiàn)值為1 若該位編碼值為0，2，對列號貢獻(xiàn)值為0 若該位編碼值為1，3，對列號貢獻(xiàn)值為l MQ 1 0 3 表示MQ碼為103的單元 二進(jìn)制行值 0 0 1 表示第一行 二進(jìn)制列值 1 0 1 表示第五列725、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間

42、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼 MQ 1 0 3 表示MQ碼為103的單元 二進(jìn)制行值 0 0 1 表示第一行 二進(jìn)制列值 1 0 1 表示第五列 這表示MQ碼為103的單元處于第一行、第五列。最后，線性四叉樹的每個葉接點(diǎn)可用三元組的線性表來表示。 三元組結(jié)構(gòu)為 (M，D，V) 其中M為葉結(jié)點(diǎn)的地址碼；D為葉結(jié)點(diǎn)的深度；V為葉結(jié)點(diǎn)的格網(wǎng)屬性.735、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼MD編碼例證：把一幅2n2n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相鄰的四個象元比較，一致的合并，只記錄第一個象元的Morton碼。

43、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象元的Morton碼。745、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼MD編碼例證：把一幅2n2n的圖像壓縮成線性四叉樹的過程A 0A 1A 4A 5A 2 B 3B 6B 7A 8A 9B 12B 13A 10A 11B 14B 15處理過程為：1按Morton碼讀入一維數(shù)組。 Morton碼：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 象 元 值：A A A B A B B B A A A A B B B B2四相鄰象元

44、合并，只記錄第一個象元的Morton碼。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 12 A A A B A A B B A B3由于不能進(jìn)一步合并，可用行程長度編碼壓縮。 0 3 4 6 8 12 A B A B A B 755、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼優(yōu)缺點(diǎn)（1）易于計(jì)算多邊形的數(shù)量特征；（2）四叉樹表示法基本上是一種非冗余表示法，可用較少的存儲量精確的表示復(fù)雜的圖形；（3）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

45、狀地物。（3）柵格到四叉樹及四叉樹到簡單柵格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換比其他壓縮方法容易 。（4）便于在多邊形中嵌套多邊形，如表示“島” 。優(yōu)點(diǎn)765、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼優(yōu)缺點(diǎn)（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（具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中會提到）。（4）未能表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。（5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)同時提供多種四叉樹結(jié)構(gòu)時，不利于分析。缺點(diǎn)775、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼優(yōu)缺點(diǎn)（6）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。

46、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。缺點(diǎn)785、柵格數(shù)據(jù)編碼方法二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）壓縮編碼 四叉樹編碼優(yōu)缺點(diǎn)（7）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。缺點(diǎn)A 0A 1A 4A 5A 2 B 3B 6B 7A 8A 9B 12B 13A 10A 11B 14B 15796、柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn) 地理要素表達(dá)比較直觀，直接記錄空間實(shí)體的屬性值，數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)簡單，并容易實(shí)現(xiàn)疊加分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等操作

47、柵格數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)數(shù)據(jù)冗余度大，造成存儲空間的浪費(fèi)像元大小的變化，對長度、面積等的度量有較大影響不宜進(jìn)行某些空間查詢和網(wǎng)絡(luò)分析？80三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量是具有一定大小和方向的量。 線段長度表示大小，線段端點(diǎn)的順序表示方向。 有向線段用一系列有序特征點(diǎn)表示，矢量數(shù)據(jù)就是代表地圖圖形的各離散點(diǎn)平面坐標(biāo)（x,y）的有序集合。 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要用于表示地圖圖形元素幾何數(shù)據(jù)之間及其與屬性數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系。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。81三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、圖形表示822、矢量數(shù)據(jù)的獲取方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1) 由

48、外業(yè)測量獲得 可利用測量儀器自動記錄測量成果(常稱為電子手薄)，然后轉(zhuǎn)到地理數(shù)據(jù)庫中。2) 由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得 利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。3) 跟蹤數(shù)字化 用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。833、矢量數(shù)據(jù)組織三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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)：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84第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)識碼屬性碼空間對象編碼唯一連接空間和屬性

49、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫獨(dú)立編碼點(diǎn): ( x ,y )線: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( xn , yn )面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , , ( x1 , y1 )點(diǎn)位字典點(diǎn): 點(diǎn)號文件線: 點(diǎn)號串面: 點(diǎn)號串點(diǎn)號XY1112223344n5566存儲方法854、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）實(shí)體式（spaghetti）- 面條模型:以實(shí)體為單位記錄其坐標(biāo)。 點(diǎn)實(shí)體 線實(shí)體 面實(shí)體86方向字體排列指針與線相交的角度如果是簡單點(diǎn)符號符號字符大小簡單點(diǎn)文字說明結(jié)點(diǎn)唯一識別符比例尺方向x，y 坐標(biāo)其它有關(guān)的屬性點(diǎn)實(shí)體類型序列

50、號有關(guān)的屬性如果是文字說明如果是結(jié)點(diǎn)點(diǎn)實(shí)體87線實(shí)體唯一標(biāo)識碼線標(biāo)識碼起始點(diǎn)終止點(diǎn)坐標(biāo)對序列顯示信息非幾何屬性線實(shí)體 與線表非常相似，但它的最后一個結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值與第一個結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值相同。 對于多邊形中的“島”，處理方法是在每個多邊形頭記錄中增加一條“島”的屬性來表示優(yōu)先級，低優(yōu)先級的多邊形先繪置先充填，高優(yōu)先級的多邊形后繪置，這樣島多邊形就覆蓋了原先的多邊形。面實(shí)體884、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）實(shí)體式 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。 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

51、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、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。 所以，這種結(jié)構(gòu)只用于簡單的制圖系統(tǒng)中，顯示圖形。894、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）索引式對所有點(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 1213 1415PPPMap1）點(diǎn)文件：點(diǎn)號坐標(biāo)1x1,y1索引文件：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A527,8,9,10904、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量

52、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）索引式與實(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。914、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）雙重獨(dú)立式編碼1234567891011 1213 1415PPPMap簡稱DIME(Dual Independent Map Encoding)，是美國人口統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。1）點(diǎn)文件：點(diǎn)號坐標(biāo)1x1,y12）

53、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924、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）雙重獨(dú)立式編碼1234567891011 1213 1415PPPMap簡稱DIME(Dual Independent Map Encoding)，是美國人口統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)采用的一種編碼方式，是一種拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。3）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934、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（4）鏈?zhǔn)诫p重獨(dú)立式編碼拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)

54、構(gòu)1234567891011 1213 1415PPPMap1）弧段坐標(biāo)文件：弧段號坐標(biāo)系列（串)Ax2,y2,X10,y102）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）面文件面號弧段號 P1A,B,-C944、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（4）鏈?zhǔn)诫p重獨(dú)立式編碼拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1234567891011 1213 1415PPPMap4）點(diǎn)拓?fù)湮募?結(jié)點(diǎn)鏈關(guān)系 點(diǎn)號 弧段號 2A,B,D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兀c(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)

55、。 954、矢量數(shù)據(jù)編碼方式三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（4）鏈?zhǔn)诫p重獨(dú)立式編碼拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：拓?fù)潢P(guān)系明確，也能表達(dá)島信息，而且以弧段為記錄單位，滿足實(shí)際應(yīng)用需要。因?yàn)橐话銛?shù)字化一條街道時，必然有許多中間點(diǎn)，但我們在做空間分析是卻沒有必要以這些中間點(diǎn)所組成的折線為研究對象，而應(yīng)以整條弧段（某條街道）為研究對象. 被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。例：ARC文件：二進(jìn)制文件: 弧段號 點(diǎn)數(shù) 坐標(biāo)串 在GIS數(shù)據(jù)輸入中，建拓?fù)涫侵附o圖形數(shù)據(jù)（點(diǎn)、線、面）增加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， INFO：屬性表如AAT（Arc Attribute Table）用戶標(biāo)識碼，表明地物類型當(dāng)圖形數(shù)據(jù)

56、修改、刪除、增加點(diǎn)、線、面要素后，其拓?fù)潢P(guān)系也發(fā)生改變，所以，需重新建拓?fù)洹；《翁朥SER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性:（名稱)96三、矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)97第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)98第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)99第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)100四、矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在GIS建立過程中，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)。 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。是一種影像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適用于遙感圖像的處理。 矢量結(jié)構(gòu)：城市分區(qū)或詳

57、細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用，便于網(wǎng)絡(luò)分析、制圖應(yīng)用。101五、矢量、柵格數(shù)據(jù)一體化第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、基本概念 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。102五、矢量、柵格數(shù)據(jù)一體化第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、基本概念 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。

58、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)結(jié)構(gòu)。103五、矢量、柵格數(shù)據(jù)一體化第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、三個約定為了便于組織數(shù)據(jù)，首先作如下約定；（1）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(jì)算機(jī)內(nèi)部只需要表示該點(diǎn)的一個位置數(shù)據(jù)及與結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的弧段信息。（2）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(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個路徑，并表示該弧段相關(guān)的拓?fù)湫畔ⅰ?（3）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

59、成。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需表示由元子填滿路徑的一組邊界和由邊界組成的空間。104五、矢量、柵格數(shù)據(jù)一體化第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3、細(xì)分格網(wǎng)法 由于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的精度低,通常用細(xì)分格網(wǎng)的方法來提高點(diǎn)、線、面狀目標(biāo)邊界線數(shù)據(jù)的表達(dá)精度，即在有點(diǎn)、線目標(biāo)通過的基本格網(wǎng)內(nèi)，再細(xì)分成16 16或256 256 個細(xì)格網(wǎng)，以提高精度。 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,yM1 M2105五、矢量、柵格數(shù)據(jù)一體化第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4、一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 線性四叉樹

60、(Morton)是基本數(shù)據(jù)格式，三個約定設(shè)計(jì)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。（1）點(diǎn)狀地物和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。點(diǎn)狀目標(biāo)及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)點(diǎn)的地址碼106五、矢量、柵格數(shù)據(jù)一體化第二章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4、一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）線狀地物和弧段的數(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