第三章 空间数据结构
合集下载
第三章空间数据结构
第三章空间数据结构空间数据结构是计算机科学中的一个重要概念，它是用于存储和组织数据的一种方法。
在现实生活中，我们会遇到各种各样的数据，并且需要对这些数据进行处理和存储。
空间数据结构为我们提供了一种有效的方式，可以帮助我们存储和组织这些数据。
空间数据结构的主要目的是为了解决数据存储和访问的问题。
它将数据分成不同的组块，并为每个组块分配了一个独立的存储空间。
这样一来，我们可以通过索引或者其他方式，来访问和操作这些数据，而不必考虑整个数据集的规模。
常见的空间数据结构包括数组、链表、树等。
这些结构都有自己特定的特点和应用场景。
比如说，数组适用于随机访问，链表适用于插入和删除操作频繁的情况，而树则可以用来表示层次关系。
除了常见的数据结构之外，还有一些特殊的空间数据结构，比如哈希表、堆等。
哈希表是一种根据键值对进行存储和访问的数据结构，它可以实现高效的插入、删除和查找操作。
堆是一种特殊的树形结构，它常用于实现优先队列等需要按优先级进行操作的情况。
空间数据结构在计算机科学和软件工程中有广泛的应用。
它们可以用来处理大规模数据集，提高数据存储和访问的效率，同时也可以用来实现各种算法和数据处理工具。
例如，图像处理、地理信息系统、数据库管理系统等领域都需要用到空间数据结构。
在现实生活中，我们经常会遇到需要处理和存储大量数据的情况。
比如说，地理信息系统需要存储和操作大规模的地理数据，而社交网络需要存储和查询大量用户信息。
在这些情况下，空间数据结构可以帮助我们高效地存储和处理这些数据。
总的来说，空间数据结构是计算机科学中的一个重要概念，它为我们提供了一种有效的方式，来存储和组织各种类型的数据。
通过合理选择和使用空间数据结构，我们可以提高数据存储和访问的效率，实现各种算法和数据处理工具。
因此，学习和理解空间数据结构是非常有必要的。
03第三章 空间数据结构 地理系统教学课件
Wednesday, June 17, 2020
5
§3-1 空间实体及其描述
一. 空间实体
1、定义：
又称地理实体，空间对象，要素，地物等，是GIS处理的对象，最小的 处理单元。
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概 括性，复杂性，相对意义的概念。
2、理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实 体是一个概括，复杂，相对的概念。
元数据
空间元数据
11
§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
1）依据数据来源的不同分为：
A）地图数据 B）地形数据 C）属性数据 D）影象数据
………..
Wednesday, June 17, 2020
12
§3-1 空间实体及其描述
3、空间数据类型
2）依据表示对象的不同分为：
Wednesday, June 17, 2020
2、基本特征
3、数据类型
位置、形状、尺 寸、
空间特征：地理 位置和空间关系
几何数据（空间 数据、图形数据）
关系数据—实体 间的邻接、关联 包含等相互关系
识别码（名称）、 实体的角色、功能、 行为、实体的衍生 信息
时间
属性特征—名称、 等级、类别等
时间特征
属性数据—各种 属性特征和时间
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
地理信息系统
Geographic Information System
北京林业大学信息学院
§3-1 空间实体及其描述
▪ 空间实体 ▪ 空间实体的描述 ▪ 实体的空间特征 ▪ 实体的空间关系表达
第三章2-空间数据结构与管理
(X,Y) Polygon (X5,Y5) (X4,Y4)
(X2,Y2)
(X3,Y3)
3、矢量数据获取途径
1) 由外业测量获得 利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
4、Hale Waihona Puke 量数据编码⑪点实体数据编码
对于点实体矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码。
⑫线实体矢量数据编码
唯一标识码是系统排列序号； 线标识码可以标识线的类型； 起始点和终止点号可直接用坐标表示；
显示信息是显示时的文本或符号等； 与线相联系的非几何属性可以直接存储于线文件中， 也可单独存储，而由标识码联接查找。
四叉树编码优点
容易而有效地计算多边形的数量特征； 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级 多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率 低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量； 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容 易； 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。
2、栅格数据取值方法
⑪中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。 ⑫长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。 ⑬面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。 ⑭重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
第三章_测绘师空间数据结构综述
起始点
3 2 2 3 6 6 4
5 6 7
0 6 7 2 1
起始点
3 2
4
0
3
2
1
链式编码的优缺点
优点：链式编码对线状和多边 缺点：是对叠置运算如组 形的表示具有很强的数据压 合、相交等则很难实施， 缩能力，且具有一定的运算 对局部修改将改变整体 功能，如面积和周长计算等， 结构，效率较低，而且 探测边界急弯和凹进部分等 由于链码以每个区域为 都比较容易，类似矢量数据 单位存储边界，相邻区
简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）
特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数 据独立性和一致性； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦。
2、索引式
索引式数据结构采用树状索引以减少数 据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对 所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方 式存储，由点索引与边界线号相联系，以线 索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列， 每个网格作为一个像元或像素，由行、列号定义， 并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值， 或仅仅包含指向其属性记录的指针。 因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现 象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或 现象的非几何量化和近
2）四叉树结构的建立方法 建立四叉树有两种方法，即自上而下方式（top— down）自下而上方式（bottom—up）
自上而下方式的分割需要大量的运算，因为大量 数据需要重复检查才能确定划分。当n×n的矩阵比较 大，且区域内容要素又比较复杂时，建立这种四叉树 的速度比较慢。 自下而上方式是对栅格数据按如下的顺序进行检 测：如果每相邻四个网格值相同则进行合并，逐次往 上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。这种方法 重复计算较少，运算速度较快。
3空间数据结构
3空间数据结构在当今数字化的时代，空间数据的处理和分析变得越来越重要。
无论是地理信息系统（GIS）、计算机辅助设计（CAD）、虚拟现实（VR）还是卫星导航等领域，都离不开对空间数据的有效组织和管理。
而空间数据结构就是实现这一目标的关键技术之一。
那么，什么是空间数据结构呢？简单来说，空间数据结构就是用于表示和存储空间对象的一种数据组织方式。
它决定了如何在计算机中有效地存储、检索和操作空间数据，以满足各种应用的需求。
常见的空间数据结构有很多种，比如栅格数据结构和矢量数据结构。
栅格数据结构就像是一个由小方格组成的大棋盘。
每个小方格都有一个特定的值，代表着相应位置的某种属性，比如海拔高度、土地利用类型等。
栅格数据结构的优点是简单直观，容易进行各种数学运算和分析。
但是，它也有缺点，比如数据量大，精度相对较低。
想象一下，如果我们要表示一个城市的地图，用栅格数据结构的话，可能需要大量的小方格来精确表示各种细节，这就导致了数据量的急剧增加。
相比之下，矢量数据结构则是通过点、线、面等几何元素来表示空间对象。
比如，一条河流可以用一系列的点连成的线来表示，一个湖泊可以用一个封闭的多边形来表示。
矢量数据结构的优点是数据量小，精度高，能够准确地表示空间对象的形状和位置。
但是，它的处理和分析相对复杂，需要更多的计算资源。
除了栅格和矢量数据结构，还有一种常见的是八叉树数据结构。
八叉树就像是一个不断细分的正方体盒子。
我们从一个大的正方体开始，根据空间对象的分布情况，将其不断细分成八个小的正方体，直到达到一定的精度要求。
这种数据结构在三维空间的表示和处理中非常有用，比如在三维游戏、医学成像等领域。
另外，还有 R 树和 R+树等空间索引数据结构。
它们主要用于加快空间数据的检索速度。
当我们需要在大量的空间数据中快速找到符合特定条件的对象时，空间索引就发挥了重要作用。
不同的空间数据结构适用于不同的应用场景。
比如，在进行大面积的地形分析时，栅格数据结构可能更合适；而在进行城市规划、地图制图等需要高精度的应用中，矢量数据结构则更为常用。
GIS地理信息系统空间数据结构
场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变 化的数据。
网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通 流。
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象， 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都 可以被确定为一个对象（Object），假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
场模型可以表示为如下的数学公式：
z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
指图形保持连续状态下变形，但图形关系
不变的性质。
拓扑变换
（橡皮变换）
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
非拓扑属性（几何） 两点间距离
拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交）
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
网络模型表示了特殊对象之间的交互，如水或者交通 流。
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象， 该现象以独立的方式或者以与其它现象之间的 关系的方式来研究。任何现象，无论大小，都 可以被确定为一个对象（Object），假设它可 以从概念上与其邻域现象相分离。一个实体必 须符合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
场模型可以表示为如下的数学公式：
z : s z ( s ) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
此该式表示了从空间域（甚至包括时间坐标）到某个 值域的映射。
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界
对象模型 选择实体 它在哪里 数据
场模型 选择一个位置
指图形保持连续状态下变形，但图形关系
不变的性质。
拓扑变换
（橡皮变换）
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
非拓扑属性（几何） 两点间距离
拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交）
弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上
面积 等
一个点在一个区域的内部/外部
(x8,y8), (x17,y17), (x16,y16),
22 (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13),
21
(x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)
6
20
C
3
5
18
19
4
(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26), (x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30)
第3章-空间数据结构
4、体、立体状实体
立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体， 它具有长度、宽度及高度等属性，立体状实体一般具有 以下一些空间特征： · 体积，如工程开控和填充的土方量。 · 每个二维平面的面积。 · 周长。 · 内岛。 · 含有弧立块或相邻块。 · 断面图与剖面图。
三、实体间空间关系
（一）空间关系类型
拓扑变换 （橡皮变换）
一个点在一个区域的内部/外部
一个点在一个环的内/外部 一个面是一个简单面 一个面的连通性 面内任两点从一点
可在面的内部走向另一点
2、种类
1）关联性： （不同类要素之间）结 点与弧段：如V9与L5,L6,L3 多边形与弧段：P2与L3,L5,L2 2）邻接性： (同类元素之间) 多边形之间、结点之间。 邻接矩阵 重叠：-- 邻接：1 不邻接：0
空间数据模型与结构—对象模型与场模型比较
对象模型和场模型的比较
现实世界 对象模型 选择实体 它在哪里 数据 场模型 选择一个位臵 那里怎么样 两种模型相互之 间并不排斥，各有 特点，各有应用长 处。通常需要有机 地综合应用这两种
方法来建模。
§3-2
一、图形表示
矢量数据结构
摘自 张超
二、矢量数据的获取方式
屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的空间实体是一个概括，
复杂，相对的概念。
二、地理实体的描述——空间数据
1、描述的内容
位臵、形状、尺 寸 、 识别码（名称） 实体的角色、功 能、行为、实体 的衍生信息 时间 测量方法、编码 方法、空间参考 系等
反映了实体的三个特征
以什么形式存储和处理
要素（对象）模型
基于要素的空间模型强调了个体现象，该现 象以独立的方式或者以与其它现象之间的关系 的方式来研究。任何现象，无论大小，都可以 被确定为一个对象（Object），假设它可以从 概念上与其邻域现象相分离。一个实体必须符 合三个条件： 可被识别； 重要（与问题相关）； 可被描述（有特征）。
GIS原理 总复习 总结 试题
（一）四叉树基本思想：
将2n×2n像元组成的图像(不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分；不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。
1）从四叉树的特点可知，一幅2n *2n栅格阵列图，具有的最大深度数为n，可能具有的层次为0，1，2，……..n、
2）每一层的栅格宽度，即每层边上包含的最大栅格数，反映了所在叶结点表示的正方形集合的大小，其值为：2（最大深度-当前层次）
百分比法
根据矩形区域内各要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与，如可记面积最大的两类BA也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。
其它方法
10完全栅格数据结构
特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。
A
A
A
A
A
B
B
B
A
A
B
B
A
A
B
B
1）每行都从左到右记录；
AAAAABBBAABBAABB
在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
链状双重独立式编码特点：
1.拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
2、当图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，需重新建拓扑。
5)曲面数据结构
拓扑关系的类型（点线面之间关系）
第三章空间数据结构
1.空间数据结构概念
空间数据结构指对空间数据进行合理组织，以便于进行计算机处理，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是数据模型和文件格式之间的中间媒介。
2.从现实世界到计算机世界四个层次（地理空间数据建模）
将2n×2n像元组成的图像(不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分；不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。
1）从四叉树的特点可知，一幅2n *2n栅格阵列图，具有的最大深度数为n，可能具有的层次为0，1，2，……..n、
2）每一层的栅格宽度，即每层边上包含的最大栅格数，反映了所在叶结点表示的正方形集合的大小，其值为：2（最大深度-当前层次）
百分比法
根据矩形区域内各要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与，如可记面积最大的两类BA也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。
其它方法
10完全栅格数据结构
特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。
A
A
A
A
A
B
B
B
A
A
B
B
A
A
B
B
1）每行都从左到右记录；
AAAAABBBAABBAABB
在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
链状双重独立式编码特点：
1.拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
2、当图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，需重新建拓扑。
5)曲面数据结构
拓扑关系的类型（点线面之间关系）
第三章空间数据结构
1.空间数据结构概念
空间数据结构指对空间数据进行合理组织，以便于进行计算机处理，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是数据模型和文件格式之间的中间媒介。
2.从现实世界到计算机世界四个层次（地理空间数据建模）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
– 比例尺是刻画数据精度的量 – （如最小线宽为地图的空间 – 分辨率）；
空间分辨率示例
1 Pixel
1 pixel = 10mX10m 分辨率 = 10m
10M 10M
栅格数据的形状、尺寸及相关问题
由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度 、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大， 则造成较大的误差 。 由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只 记录一个属性值，这会导致属性误差。比如，遥 感数据中的“混合像元”问题。
……此数据游程长度编码：
（0，1），（4，2），（7，5）； 4，5），（7，3）；
（4，4），（8，2），（7，2）； （0，2），（4，1），（8，3），（7，2）； （0，2），（8，4），（7，1），（8，1）； (0，3)， (8，5)； (0，4)， (8，4)； (0，5)， (8，3)。
– 另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行 （或列）代码发生变化的位置和相应代码。 即记录代码及变化的位置（列数）。
游程长度编码示例
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
按第一种编码方法，代码,个数，代码,个数
栅格数据结构 矢量数据结构 矢栅一体化数据结构 镶嵌数据结构 三维数据结构
矢量结构和栅格结构
第一节 栅格数据结构
基本概念 数据表达形式 特点 数据获取途径 决定栅格单元代码的方式 压缩编码方式
1、 栅格数据结构基本概念
栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，又 称网格（grid cell)结构或像元（pixel）结构， 是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的 网格阵列，每个网格作为一个像元或像素由行 号、列号定义，并包含一个代码表示该像素的 属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录 的指针。
(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。
特点：
具有可变分辨率，即当属性变化小时图块大 ，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压 缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高， 压缩比低,所以，与游程长度编码类似，随 图形复杂程度的提高而分辩率降低。
在地理信息系统中的压缩编码多采用信 息无损编码，而对原始遥感影像进行压 缩时也可以采取有损压缩编码方法。
压缩编码方式
1 链式编码（Chain Codes）
链式编码又称为弗里曼链码（Freeman，1961 ）或边界链码。主要记录线状地物或面状地物 的边界,忽略空白区域。它把线状地物或面状 地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某 些基本方向确定的单位矢量链。前两个数字表 示起点的行列号，从第三个数字开始的每个数 字表示单位矢量的方向。
游程长度编码的特点及优缺点
属性的变化愈少，行程愈长，压缩比例越大，即压缩 比的大小与图的复杂程度成反比。 优点 压缩效率较高（保证原始数据不丢失），易于检索， 叠加、合并等操作，运算简单。 缺点 只顾及单行单列，没有考虑周围的其他方向的代码值 是否相同。 对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低 ，甚至压缩后的数据量比原始数据还大。
Real world Grid
Point Column
Row
RASTER
Line
Value
=0 =1 =2 =3
Area
Triangles
Hexagons
栅格数据结构示例
00000000 00000000 00002000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
例如：假设A类最重要的 地物类型，即A比B和C类 更为重要，则栅格单元的 代码应为A
（4）百分比法
– 处理方法：根据栅格区域内各地理要素所 占面积的百分比数确定栅格单元的代码。
– 适用于地物面积具有重要意义的分类体系
例如：可记面积最大的两 类BA，也可以根据B类和 A类所占面积百分比数在 代码中加入数字
3、栅格数据结构的特点
栅格数据结构容易实现，算法简单，且 易于扩充、修改，也很直观，特别是易 于同遥感影像的结合处理，给地理空间 数据处理带来了极大的方便。
4、栅格数据的获取途径
目读法 矢量数据转化 扫描数字化 分类影像输入
5、决定栅格单元代码的方式
基本原则：在决定栅格代码时尽量保持 地表的真实性，保证最大的信息容量 。 注意：每一个单元可能对应多个地物种 类或多个属性值。比如遥感图像中的 “混合像元”。
压缩编码方式
3、块码（Chain Codes）
块码是游程长度编码扩展到二维的情况， 采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包 括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行 、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成 。 即：（初始行、列，半径，属性值）
块码编码示例
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
基本方向可定义为：东＝0，东南＝1， 南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北 ＝6，东北＝7 等八个基本方向。
链码（Chain Codes）
例如，确定原点为像元（10，1），则某 个多边形边界按顺时针方向的链式编码 为：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0， 0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0 ，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5， 4，5，4，5，4，6，6。其中前两个数字 10 和1 表示起点为第十行第一列，从第 三个数字开始每个数字表示单位矢量的 方向，八个方向以0—7 的整数代表。
– 面积占优法常用于分类较细，地物类别斑 块较小的情况。
例如：所示的例子中，显 见B类地物所占面积最大 ，故相应栅格代码定为B 。
（3） 重要性法
– 处理方法：根据栅格内不同地物的重要性 ，选取最重要的地物类型决定相应的栅格 单元代码
– 重要性法常用于具有特殊意义而面积较小 的地理要素，特别是点、线状地理要素， 如城镇、交通枢纽、交通线、河流水系等 ，在栅格中代码应尽量表示这些重要地物
3、栅格数据结构的特点
属性明显
– 数据中直接记录了数据属性或指向数据属性 的指针，因而我们可以直接得到地物的属性 代码。
定位隐含
– 所在位置则根据行列号转换为相应的坐标， 也就是说定位是根据数据在数据集中的位置 得到的。栅格结构是按一定的规则排列的， 所表示的实体的位置很容易隐含在格网文件
的存储结构中。
（1）中心点法
– 处理方法： 用处于栅格中心处的地物类型 或现象特性决定栅格代码。
– 常用于具有连续分布特性的地理要素，如 降雨量分布、人口密度图等。
例如：中心点O落在代码为 C的地物范围内，按中心点 法的规则，该矩形区域相应 的栅格单元代码为C
（2）面积占优法
– 处理方法：以占栅格区域面积比例最大的 地物类型或现象特性决定栅格单元的代码
用44个整数表达了原始数据中的64个栅格。
游程长度编码示例
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
按第二种编码方法，代码,（终止）位置，代码
, （终止）位置……此数据游程长度编码
（沿列方向）：
（0，1），（4，3），（7，8） （4，5），（7，8）； （4，4），（8，6），（7，8 ）； （0，2），（4, 3）（8，6），（7，8） （0，2），（8，6），（7，7），（8，8）； （0，3），（8，8）； （0，4，（8，8）； （0，5），（8，8）
栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现 象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地 物或现象的非几何属性特征。 栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近 似离散的数据。每一个单元格对应一个相应的 地块。
2、栅格数据表达形式
点：一个栅格单元表示 线：沿线走向的一组相邻栅格单元表示 面：有区域属性的相邻栅格单元的集合 表示
压缩编码方式
2、 游程长度编码（Run-Length Codes）
基本思路：对于一幅栅格图像，常常有行（或 列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码 ，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内 容。
游程长度编码（Run-Length Codes）
其实现方法有两种：
– 一种编码方案是，只在各行（或列）数据的 代码发生变化时依次记录该代码以及相同的 代码重复的个数，从而实现数据的压缩。即 记录该代码以及相同代码重复的个数。
优点：
链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能 力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等， 类似于矢量数据结构，比较适合于存储线和面图形数 据。探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，比较适 于存储图形数据。
缺点：
对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部 修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每 个区域为单位存储边界，相邻区域的公共边界被重复 存储会产生冗余。
栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的 ，但并不是必须如此。其单元格形状可以随应用 的需要进行具体设定，比如设置为三角形。
栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元 大小之比。 栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大。
– 如右图中，这幅地图的比例尺 =10cm:1000m=1:10000
（5）其他方法
– 根据具体的应用内容，栅格单元的代码确 定方式还可以采用其他方法，如插值方法 （平均值就是其中之一），或使用特定的 计算函数等。
6、栅格数据编码
栅格数据编码方法分为两大类：
– 直接栅格编码
– 压缩编码方法
»链码 »游程长度编码 »块码 »四叉树
直接栅格编码
直接编码就是将栅格数据看作一个数据 矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码， 可以每行都从左到右逐个像元进行记录 ，也可以奇数行的从左到右而偶数行的 从右向左记录，为了特定目的还可采用 其他特殊的顺序 。 优点：编码简单，信息无压缩、无丢失 缺点: 数据量大
空间分辨率示例
1 Pixel
1 pixel = 10mX10m 分辨率 = 10m
10M 10M
栅格数据的形状、尺寸及相关问题
由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度 、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大， 则造成较大的误差 。 由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只 记录一个属性值，这会导致属性误差。比如，遥 感数据中的“混合像元”问题。
……此数据游程长度编码：
（0，1），（4，2），（7，5）； 4，5），（7，3）；
（4，4），（8，2），（7，2）； （0，2），（4，1），（8，3），（7，2）； （0，2），（8，4），（7，1），（8，1）； (0，3)， (8，5)； (0，4)， (8，4)； (0，5)， (8，3)。
– 另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行 （或列）代码发生变化的位置和相应代码。 即记录代码及变化的位置（列数）。
游程长度编码示例
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
按第一种编码方法，代码,个数，代码,个数
栅格数据结构 矢量数据结构 矢栅一体化数据结构 镶嵌数据结构 三维数据结构
矢量结构和栅格结构
第一节 栅格数据结构
基本概念 数据表达形式 特点 数据获取途径 决定栅格单元代码的方式 压缩编码方式
1、 栅格数据结构基本概念
栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，又 称网格（grid cell)结构或像元（pixel）结构， 是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的 网格阵列，每个网格作为一个像元或像素由行 号、列号定义，并包含一个代码表示该像素的 属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录 的指针。
(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。
特点：
具有可变分辨率，即当属性变化小时图块大 ，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压 缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高， 压缩比低,所以，与游程长度编码类似，随 图形复杂程度的提高而分辩率降低。
在地理信息系统中的压缩编码多采用信 息无损编码，而对原始遥感影像进行压 缩时也可以采取有损压缩编码方法。
压缩编码方式
1 链式编码（Chain Codes）
链式编码又称为弗里曼链码（Freeman，1961 ）或边界链码。主要记录线状地物或面状地物 的边界,忽略空白区域。它把线状地物或面状 地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某 些基本方向确定的单位矢量链。前两个数字表 示起点的行列号，从第三个数字开始的每个数 字表示单位矢量的方向。
游程长度编码的特点及优缺点
属性的变化愈少，行程愈长，压缩比例越大，即压缩 比的大小与图的复杂程度成反比。 优点 压缩效率较高（保证原始数据不丢失），易于检索， 叠加、合并等操作，运算简单。 缺点 只顾及单行单列，没有考虑周围的其他方向的代码值 是否相同。 对于图斑破碎，属性和边界多变的数据压缩效率较低 ，甚至压缩后的数据量比原始数据还大。
Real world Grid
Point Column
Row
RASTER
Line
Value
=0 =1 =2 =3
Area
Triangles
Hexagons
栅格数据结构示例
00000000 00000000 00002000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
例如：假设A类最重要的 地物类型，即A比B和C类 更为重要，则栅格单元的 代码应为A
（4）百分比法
– 处理方法：根据栅格区域内各地理要素所 占面积的百分比数确定栅格单元的代码。
– 适用于地物面积具有重要意义的分类体系
例如：可记面积最大的两 类BA，也可以根据B类和 A类所占面积百分比数在 代码中加入数字
3、栅格数据结构的特点
栅格数据结构容易实现，算法简单，且 易于扩充、修改，也很直观，特别是易 于同遥感影像的结合处理，给地理空间 数据处理带来了极大的方便。
4、栅格数据的获取途径
目读法 矢量数据转化 扫描数字化 分类影像输入
5、决定栅格单元代码的方式
基本原则：在决定栅格代码时尽量保持 地表的真实性，保证最大的信息容量 。 注意：每一个单元可能对应多个地物种 类或多个属性值。比如遥感图像中的 “混合像元”。
压缩编码方式
3、块码（Chain Codes）
块码是游程长度编码扩展到二维的情况， 采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包 括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行 、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成 。 即：（初始行、列，半径，属性值）
块码编码示例
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
基本方向可定义为：东＝0，东南＝1， 南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北 ＝6，东北＝7 等八个基本方向。
链码（Chain Codes）
例如，确定原点为像元（10，1），则某 个多边形边界按顺时针方向的链式编码 为：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0， 0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0 ，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5， 4，5，4，5，4，6，6。其中前两个数字 10 和1 表示起点为第十行第一列，从第 三个数字开始每个数字表示单位矢量的 方向，八个方向以0—7 的整数代表。
– 面积占优法常用于分类较细，地物类别斑 块较小的情况。
例如：所示的例子中，显 见B类地物所占面积最大 ，故相应栅格代码定为B 。
（3） 重要性法
– 处理方法：根据栅格内不同地物的重要性 ，选取最重要的地物类型决定相应的栅格 单元代码
– 重要性法常用于具有特殊意义而面积较小 的地理要素，特别是点、线状地理要素， 如城镇、交通枢纽、交通线、河流水系等 ，在栅格中代码应尽量表示这些重要地物
3、栅格数据结构的特点
属性明显
– 数据中直接记录了数据属性或指向数据属性 的指针，因而我们可以直接得到地物的属性 代码。
定位隐含
– 所在位置则根据行列号转换为相应的坐标， 也就是说定位是根据数据在数据集中的位置 得到的。栅格结构是按一定的规则排列的， 所表示的实体的位置很容易隐含在格网文件
的存储结构中。
（1）中心点法
– 处理方法： 用处于栅格中心处的地物类型 或现象特性决定栅格代码。
– 常用于具有连续分布特性的地理要素，如 降雨量分布、人口密度图等。
例如：中心点O落在代码为 C的地物范围内，按中心点 法的规则，该矩形区域相应 的栅格单元代码为C
（2）面积占优法
– 处理方法：以占栅格区域面积比例最大的 地物类型或现象特性决定栅格单元的代码
用44个整数表达了原始数据中的64个栅格。
游程长度编码示例
04477777 44444777 44448877 00488877 00888878 00088888 00008888 00000888
按第二种编码方法，代码,（终止）位置，代码
, （终止）位置……此数据游程长度编码
（沿列方向）：
（0，1），（4，3），（7，8） （4，5），（7，8）； （4，4），（8，6），（7，8 ）； （0，2），（4, 3）（8，6），（7，8） （0，2），（8，6），（7，7），（8，8）； （0，3），（8，8）； （0，4，（8，8）； （0，5），（8，8）
栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现 象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地 物或现象的非几何属性特征。 栅格结构表示的地表是不连续的，是量化和近 似离散的数据。每一个单元格对应一个相应的 地块。
2、栅格数据表达形式
点：一个栅格单元表示 线：沿线走向的一组相邻栅格单元表示 面：有区域属性的相邻栅格单元的集合 表示
压缩编码方式
2、 游程长度编码（Run-Length Codes）
基本思路：对于一幅栅格图像，常常有行（或 列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码 ，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内 容。
游程长度编码（Run-Length Codes）
其实现方法有两种：
– 一种编码方案是，只在各行（或列）数据的 代码发生变化时依次记录该代码以及相同的 代码重复的个数，从而实现数据的压缩。即 记录该代码以及相同代码重复的个数。
优点：
链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能 力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等， 类似于矢量数据结构，比较适合于存储线和面图形数 据。探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，比较适 于存储图形数据。
缺点：
对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部 修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每 个区域为单位存储边界，相邻区域的公共边界被重复 存储会产生冗余。
栅格数据单元格经常是矩形（主要是正方形）的 ，但并不是必须如此。其单元格形状可以随应用 的需要进行具体设定，比如设置为三角形。
栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元 大小之比。 栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大。
– 如右图中，这幅地图的比例尺 =10cm:1000m=1:10000
（5）其他方法
– 根据具体的应用内容，栅格单元的代码确 定方式还可以采用其他方法，如插值方法 （平均值就是其中之一），或使用特定的 计算函数等。
6、栅格数据编码
栅格数据编码方法分为两大类：
– 直接栅格编码
– 压缩编码方法
»链码 »游程长度编码 »块码 »四叉树
直接栅格编码
直接编码就是将栅格数据看作一个数据 矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码， 可以每行都从左到右逐个像元进行记录 ，也可以奇数行的从左到右而偶数行的 从右向左记录，为了特定目的还可采用 其他特殊的顺序 。 优点：编码简单，信息无压缩、无丢失 缺点: 数据量大