第3章 空间数据结构PPT讲稿.ppt
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1、第第3章章 空间数据结构空间数据结构第1页,共48页,编辑于2022年,星期一 数据结构即指数据组织的形式,是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据,主要包括空间位置、拓朴关系和属性三个方面的内容。第2页,共48页,编辑于2022年,星期一qq空间数据结构l l网格数据结构(显式表示)l l矢量数据结构(隐式表示)第3页,共48页,编辑于2022年,星期一显式描述显式表示:就是栅格中的一系列显式表示:就是栅格中的一系列像元像元(点点),为使计算机认识这,为使计算机认识这些像元描述的是某一
2、物体而不些像元描述的是某一物体而不是其它物体。是其它物体。注:注:“c c”不一定用不一定用c c的形式,而的形式,而可以用颜色、符号、数字、灰可以用颜色、符号、数字、灰度值来显示。度值来显示。则得到椅子的简单数据结构为:则得到椅子的简单数据结构为:椅子的属性椅子的属性符号颜符号颜色色像元像元x x第4页,共48页,编辑于2022年,星期一隐式表示隐式表示:由一系列定义了始点和终点隐式表示:由一系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述,线的的线及某种连接关系来描述,线的始点和终点坐标定义为一条表示椅始点和终点坐标定义为一条表示椅子形式的矢量,线之间的指示字,子形式的矢量,线之间的指示字,告
3、诉计算机怎样把这些矢量连接在告诉计算机怎样把这些矢量连接在一起形成椅子,隐式表示的数据为:一起形成椅子,隐式表示的数据为:椅子的属性椅子的属性一系列矢量一系列矢量连接关系连接关系第5页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据结构 栅格数据栅格数据栅格数据栅格数据:栅格数据结构实际就是像元阵列,每个像元栅格数据结构实际就是像元阵列,每个像元由行列确定它的位置。由于栅格结构是按一定的规由行列确定它的位置。由于栅格结构是按一定的规则排列的,所表示的实体位置很容易隐含在网络文则排列的,所表示的实体位置很容易隐含在网络文件的存储结构中,且行列坐标可以很容易地转为其件的存储结构中,且行列坐标可以很容易
4、地转为其它坐标系下的坐标。在网络文件中每个代码本身明它坐标系下的坐标。在网络文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。确地代表了实体的属性或属性的编码。栅格数据结构就是像元阵列,每个像元的行列号确定栅格数据结构就是像元阵列,每个像元的行列号确定位置,用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。位置,用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。每个栅格单元只能存在一个值。(a)三角形(b)菱形(c)六边形第6页,共48页,编辑于2022年,星期一点线面对于栅格数据结构对于栅格数据结构 点:为一个像元点:为一个像元 线:在一定方向线:在一定方向上连接成串的相上连接成
5、串的相邻像元集合。邻像元集合。面:聚集在一起面:聚集在一起的相邻像元集合。的相邻像元集合。第7页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据结构:坐标系与描述参数YY:列:列XX:行:行西南角格网坐标西南角格网坐标(XXWSWS,YYWSWS)格网分辨率格网分辨率第8页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小AB为了逼近原始数据精度,除了采用这几种取值方法外,还可以采用缩小单个栅格单元的面积,增加栅格单元总数的方法 第9页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据压缩存储的编码
6、方法栅格数据压缩存储的编码方法 AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号,单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,4块状编码正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码第10页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格矩阵(栅格矩阵(Raste
7、r Matrix)Raster Matrix)RasterRasterRaster数据是二维表面上地理数据的离散量化值,每一层数据是二维表面上地理数据的离散量化值,每一层数据是二维表面上地理数据的离散量化值,每一层的的的pixelpixelpixel值组成像元阵列(即二维数组),其中行、列值组成像元阵列(即二维数组),其中行、列值组成像元阵列(即二维数组),其中行、列号表示它的位置。号表示它的位置。号表示它的位置。例如影像:例如影像:例如影像:A A A AA A A AA A A A A B B B A B B B A B B B A A B B A A B B A A B B A A A
8、B A A A B A A A B在计算机内是一个在计算机内是一个在计算机内是一个4*44*44*4阶的矩阵。但在外部设备上,阶的矩阵。但在外部设备上,阶的矩阵。但在外部设备上,通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为:为:为:A A A A A B B B A A B B A A A BA A A A A B B B A A B B A A A BA A A A A B B B A A B B A A A B当每个像元都有唯一一个属性值时,一层内的编码就需要当每个像元都有唯一一个属性值时,一层
9、内的编码就需要当每个像元都有唯一一个属性值时,一层内的编码就需要m m m行行行nnn列列列3(x,y3(x,y3(x,y和属性编码值和属性编码值和属性编码值)个存储单元。数字地面模个存储单元。数字地面模个存储单元。数字地面模型就属此种情况。型就属此种情况。型就属此种情况。第11页,共48页,编辑于2022年,星期一链式编码链式编码(ChainCodes)又称为弗里曼链码又称为弗里曼链码(Freeman)(Freeman)或边或边界链码。界链码。基本方向可定义为:东基本方向可定义为:东0 0,东南,东南l l,南二,南二2 2,西南,西南3 3,西,西4 4,西北西北5 5,北,北6 6,东北
10、,东北7 7等八等八个基本方向。如果再个基本方向。如果再确定原点为像元确定原点为像元(10(10,1)1),则该,则该多边形边界按顺时针方向的链式多边形边界按顺时针方向的链式编码为:编码为:1010,l l,7 7,0 0,1 1,0 0,7 7,1 1,7 7,0 0,0 0,2 2,3 3,2 2,2 2,1 1,0 0,7 7,0 0,0 0,0 0,0 0,2 2,4 4,3 3,4 4,4 4,3 3,4 4,4 4,5 5,4 4,5 5,4 4,5 5,4 4,5 5,4 4,6 6,6 6。第12页,共48页,编辑于2022年,星期一游程长度编码游程长度编码(RunLength
11、Codes)游程长度编码是按行帧序存储多边形内的各个像元的列号,即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。问:对左图的进行游程长度编码。第13页,共48页,编辑于2022年,星期一块式编码块式编码块式编码块式编码(BlockCodes)(BlockCodes)块式编码是将游程长度编码扩大到二维的情况,把多边形范围划分成由像元组成的正方形,然后对各个正方形进行编码。如图:块式编码的数据结构由初始块式编码的数据结构由初始位置位置(行号,列号行号,列号)和半径,和半径,再加上记录单元的代码组成。再加上记录单元的代码组成。根据这一编码原则,上述多根据这一编码原则,上述多边形只需边形只需1717
12、个单位正方形。个单位正方形。9 9个个4 4单位的正方形和单位的正方形和1 1个个1616单单位的正方形就能完整表示,位的正方形就能完整表示,总共要总共要5757个数据,其中个数据,其中2727对对坐标,坐标,3 3个块的半径。个块的半径。第14页,共48页,编辑于2022年,星期一四叉树编码四叉树编码(Quadtree Encoding)四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数据的方法。它将据的方法。它
13、将据的方法。它将据的方法。它将2n2n2n2n像元阵列连续进行像元阵列连续进行像元阵列连续进行像元阵列连续进行4 4等分,一直分到正方形等分,一直分到正方形等分,一直分到正方形等分,一直分到正方形的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状结构则用的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状结构则用的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状结构则用的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状结构则用四叉树描述,习惯上称为四叉树编码四叉树描述,习惯上称为四叉树编码四叉树描述,习惯上称为四叉树编码四叉树描述,习惯上称为四叉树编码。第15页,共48页,编辑于2022年,星期一八叉树
14、编码八叉树编码八叉树结构就是将空间区八叉树结构就是将空间区域不断地分解为八个同域不断地分解为八个同样大小的子区域样大小的子区域(即将一即将一个六面的立方体再分解个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立为八个相同大小的小立方体方体),同,同区域的属区域的属性相同。八叉树主要用性相同。八叉树主要用来解决地理信息系统中来解决地理信息系统中的三维问题。的三维问题。第16页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据组织第17页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性
15、值像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1 多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n第18页,共48页,编辑于2022年,星期一栅格数据结构特点l ll离散的量化栅格值表示空离散的量化栅格值表示空离散的量化栅格值表示空间对象间对象间对象l ll位置隐含位置隐含位置隐含,属性明显属性明显属性明显l ll数据结构简单数据结构简单数据结构简单,易于遥感易于遥感易于遥感数据结合数据结合数据结合,但数据量大但数据量大但数据量大l ll几何和属性偏差几何和属性偏差几何和属性偏差l ll面向位置的数据结构面向位置的数据结构面向位置的数据结构,难以难以难以建立空间对象之间的关系建立空间对象之间的关系
16、建立空间对象之间的关系第19页,共48页,编辑于2022年,星期一abc345abcac距离:7/4(5)面积:7(6)几何偏差属性偏差如以像元边线计算则为如以像元边线计算则为7 7,以像元为单金大会则为,以像元为单金大会则为4 4。三角形的面积为三角形的面积为6 6个平方单位,而右图中则为个平方单位,而右图中则为7 7个平方单位,这种误差个平方单位,这种误差随像元的增大而增加。随像元的增大而增加。第20页,共48页,编辑于2022年,星期一矢量数据结构n n矢量数据结构矢量数据结构是通过记录坐标的方式,尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间,不必象栅格数据结构那
17、样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。n n 除数学上的精确坐标假设外,矢量数据存储是以隐式关系隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。第21页,共48页,编辑于2022年,星期一矢量数据结构编码的基本内容 矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。qq点:空间的一个坐标点;qq线:多个点组成的弧段;qq面:多个弧段组成的封闭多边形;第22页,共48页,编辑于2022年,星期一矢量数据结构编码的基本内容 标识码标识码属性码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)面:(x1
18、,y1),(x2,y2),(x1,y1)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号点号X XY Y1 1111122222 233334444n n55556666存储方法存储方法第23页,共48页,编辑于2022年,星期一点点实实体体 第24页,共48页,编辑于2022年,星期一线线实实体体 面面实实体体 多边形矢量编码,不但多边形矢量编码,不但要表示位置和属性,更要表示位置和属性,更重要的是能表达区域的重要的是能表达区域的拓扑特征拓扑特征,如形状、,如形状、邻域和层次结构等,以邻域和层次结构等,以便使这些基本的空间单便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资元可以作为专题图的资料进行显示和
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