栅格数据结构.ppt
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1、第三章第三章第三章第三章 空间数据结构空间数据结构空间数据结构空间数据结构 3/9/20233/9/20231 1西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼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。3/9/20233/9/20232 2西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼qq空间数据结构l网格数据结构网格数据结构(显式表示显式表示)l矢量数据结构矢量数据结构(隐式表示隐式表示
2、)3/9/20233/9/20233 3西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼显式描述显式描述显式表示: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:注:“c”c”c”不一定用不一定用不一定用c c c的形式,而的形式,而的形式,而可以用颜色、符号、数字、灰可以用颜色、符号、数字、灰可以用颜色、符号、数字、灰度值来显示。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:则得到椅子的简单数据结构为:椅子的属性椅子的
3、属性椅子的属性符号颜符号颜符号颜色色色像元像元像元x x x3/9/20233/9/20234 4西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼隐式表示隐式表示隐式表示:由一系列定义了始点隐式表示:由一系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来和终点的线及某种连接关系来描述,线的始点和终点坐标定描述,线的始点和终点坐标定义为一条表示椅子形式的矢量,义为一条表示椅子形式的矢量,线之间的指示字,告诉计算机线之间的指示字,告诉计算机怎样把这些矢量连接在一起形怎样把这些矢量连接在一起形成椅子,隐式表示的数据为: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一系列矢量量连接关系连接关系
4、3/9/20233/9/20235 5西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格数据结构栅格数据结构 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元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的规则排列的,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网络文件的存储结构中,且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网络文件中每个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确地代表了实体的属性或属性
5、的编码。代码本身明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。定位置,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3/9/20233/9/20236 6西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼点线面对于栅格数据结构对于栅格数据结构 点:为一个像点:为一个像元元 线:在一定方线:在一定方向上连接成串向上连接成串的相邻像元集的相邻像元集合。合。面:聚集在一面:聚集在一起的
6、相邻像元起的相邻像元集合。集合。3/9/20233/9/20237 7西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格数据结构:栅格数据结构:坐标系与描述参数坐标系与描述参数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3/9/20233/9/20238 8西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格数据单元值确定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
7、元的面积,增加栅格单元总数的方法3/9/20233/9/20239 9西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼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
8、 SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码3/9/20233/9/20231010西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格矩阵(栅格矩阵(栅格矩阵(栅格矩阵(Raster Matrix)Raster Matrix)RasterRaster数据是二维表面上地理数据的离散量化值,数据是二维表面上地理数据的离散量化值,每一层的每一层的pixelpixel值组成像元阵列(即二维数组),值组成像元阵列(即二维数组),其中行、列号表示它的位置。其中行、列号表示它的位置。例如影像:例如影像:A A A AA A A A A B B B A B B B A A B B A A B
9、 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4*44*4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。如上例存贮通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为:顺序为: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 B当每个像元都有唯一一个属性值时,一层内的编当每个像元都有唯一一个属性值时,一层内的编码就需要码就需要m m行行n n列列3(3(x,yx,y和属性编码值和属性编码值)个存储个存储单元。数字地面模型就属此种情况。单元。数字地面模型就属此种情况。3
10、/9/20233/9/20231111西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼链式编码(ChainCodes)又称为弗里曼链码又称为弗里曼链码(Freeman)Freeman)或或边界链码。边界链码。基本方向可定义为:东基本方向可定义为:东0 0,东,东南南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,东北7 7等八个基本方向。如果再等八个基本方向。如果再确定原点为像元确定原点为像元(10(10,1)1),则,则该多边形边界按顺时针方向该多边形边界按顺时针方向的链式编码为:的链式编码为:1010,l l,7 7,0 0,1 1,
11、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。3/9/20233/9/20231212西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼游程长度编码(RunLengthCodes)游程长度编码是按行帧游程长度编码是按行帧序存储多边形内的各序存储多边形内的各个像元的列号,即在个像元的列号,即在某行上从左至右存储某行上从左至右存储属该多边形的始末像属该多边形的
12、始末像元的列号。元的列号。问:对左图的进行游程问:对左图的进行游程长度编码长度编码。3/9/20233/9/20231313西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼块式编码块式编码(BlockCodesBlockCodes)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个单位正方形。个单位正方形
13、。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单位的正方形就能完整表示,单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。3/9/20233/9/20231414西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼四叉树编码(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
14、数据的方法。它将数据的方法。它将数据的方法。它将2 2n2nn2n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,一直分到等分,一直分到等分,一直分到等分,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),而块状正方形的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状正方形的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状正方形的大小正好与象元的大小相等为止(如下图),而块状结构则用四叉树描述,习惯上称为四叉树编码结构则用四叉树描述,习惯上称为四叉树编码结构则用四叉树描述,习惯上称为四叉树编码结构则用四叉树描述,习惯上称为四叉树编码。3/9/20233/9/202
15、31515西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼八叉树编码八叉树结构就是将空间八叉树结构就是将空间区域不断地分解为八区域不断地分解为八个同样大小的子区域个同样大小的子区域(即将一个六面的立即将一个六面的立方体再分解为八个相方体再分解为八个相同大小的小立方体同大小的小立方体),同,同区域的属性相区域的属性相同。八叉树主要用来同。八叉树主要用来解决地理信息系统中解决地理信息系统中的三维问题。的三维问题。3/9/20233/9/20231616西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格数据组织栅格数据组织3/9/20233/9/20231717西北大学城市与资
16、源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格数据组织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n3/9/20233/9/20231818西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼栅格数据结构特点栅格数据结构特点l ll离散的量化栅格值表离散的量化栅格值表离散的量化栅格值表示空间对象示空间对象示空间对象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
17、单数据结构简单,易于遥易于遥易于遥感数据结合感数据结合感数据结合,但数据量但数据量但数据量大大大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,难以建立空间对象之难以建立空间对象之难以建立空间对象之间的关系间的关系间的关系3/9/20233/9/20231919西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼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
18、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,这种误个平方单位,这种误差随像元的增大而增加。差随像元的增大而增加。3/9/20233/9/20232020西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼矢量数据结构矢量数据结构uu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。uu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。3/9/20233/9/20232121西北大学城市与资源
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