计算机地图制图数据模型.ppt

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1、第三章第三章 计算机地图制图计算机地图制图数据模型数据模型目录：目录：3.1 3.1 矢量数据模型矢量数据模型3.2 3.2 栅格数据模型栅格数据模型3.3 3.3 矢栅一体化数据模型矢栅一体化数据模型3.4 3.4 超图数据模型超图数据模型3.5 3.5 面向对象的数据模型面向对象的数据模型 3.1 3.1 矢量数据模型矢量数据模型xy0(3,3)ML(1,7)(3,5)(6,5)(6,3)(9,1)xy0(3,7)(7,5)(9,5)(9,3)(7,1)(3,1)(2,3)(2,5)P点、线、面的矢量表示点、线、面的矢量表示1.1.矢量数据的概念矢量数据的概念 2.2.矢量数据的获取矢量数

2、据的获取（1 1）几何数据的获取）几何数据的获取 由外业测量获得由外业测量获得 由栅格数据转换获得由栅格数据转换获得 跟踪数字化跟踪数字化 （2 2）属性数据的获取）属性数据的获取 对地图要素进行分类编码要遵循以下原则：对地图要素进行分类编码要遵循以下原则：科学性和系统性，即以适合计算机、数据库技术应用科学性和系统性，即以适合计算机、数据库技术应用和管理为目标，按国土基础信息的属性或特征进行严格的和管理为目标，按国土基础信息的属性或特征进行严格的科学分类，形成系统的分类体系；科学分类，形成系统的分类体系；稳定性和唯一性，即分类体系以各种地图要素最稳定稳定性和唯一性，即分类体系以各种地图要素最稳

3、定的属性或特征为基础，能在较长时间里不发生重大变更；的属性或特征为基础，能在较长时间里不发生重大变更；同时要考虑所编代码的唯一性，以利于查询检索等操作。同时要考虑所编代码的唯一性，以利于查询检索等操作。标准性和通用性，即所编代码在大的分类分级时应遵标准性和通用性，即所编代码在大的分类分级时应遵循国家和行业已颁布的有关规范和标准，使所编代码具有循国家和行业已颁布的有关规范和标准，使所编代码具有较好的通用性。较好的通用性。完整性和可扩展性，即要素的分类既要反映其属性，完整性和可扩展性，即要素的分类既要反映其属性，又要反映其相互关系，具有完整性；代码结构应留有适当又要反映其相互关系，具有完整性；代码

4、结构应留有适当的可扩充的余地，具有可扩充性；的可扩充的余地，具有可扩充性；3.3.矢量数据的组织和存储矢量数据的组织和存储 （1 1）矢量数据的组织方式）矢量数据的组织方式 标识码标识码属性码属性码空间对象编码空间对象编码唯一唯一连接空间和属性数据连接空间和属性数据数据库数据库独立编码独立编码点点:(x,y)线线:(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)面面:(x1,y1),(x2,y2),(x1,y1)点位字典点位字典点点:点号文件点号文件线线:点号串点号串面面:点号串点号串6655n4433222111YX点号点号存储方法存储方法矢量数据结构编码的基本内容矢量数据结构编码的基本内容点

5、实体 线实体 面实体 多边形矢量编码，多边形矢量编码，不但要表示位置和不但要表示位置和属性，更重要的是属性，更重要的是能表达区域的能表达区域的拓扑拓扑特征特征，如形状、邻，如形状、邻域和层次结构等，域和层次结构等，以便使这些基本的以便使这些基本的空间单元可以作为空间单元可以作为专题图的资料进行专题图的资料进行显示和操作。显示和操作。(2)(2)矢量数据结构编码的方式矢量数据结构编码的方式 1)1)多边形矢量编码多边形矢量编码 多边形多边形 数据项数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9)

6、,(x1,y1)B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)E(x5,y5),(

7、x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)多边形矢量编码的缺点：多边形矢量编码的缺点：相邻多边形的公共边界要被数字化和存储两相邻多边形的公共边界要被数字化和存储两遍，节点在数据库中被多次记录，不仅造成数据遍，节点在数据库中被多次记录，不仅造成数据冗余，还容易造成数据的不一致，引起严重的匹冗余，还容易造成数据的不一致，引起严重的匹配误差，可能导致输出的公共边界出现间隙或重配误差，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；叠；每个多边形自成体系，缺少多边形的邻域信每个多边形自成体系，缺少多边形的邻域信息和

8、图形的拓扑关系；息和图形的拓扑关系；岛只作为一个单图形，没有建立与外界多边岛只作为一个单图形，没有建立与外界多边形的联系。形的联系。难以检查多边形边界的拓扑关系正确与否，难以检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如是否存在间隙、重叠、不完整的多边形（死点）如是否存在间隙、重叠、不完整的多边形（死点）或拓扑学上不能接受的环（奇异多边形）等问题。或拓扑学上不能接受的环（奇异多边形）等问题。图图3-5 3-5 多边形异常多边形异常2)2)索引式矢量编码索引式矢量编码 3)3)双重独立式双重独立式agDC4)4)链状双重独立式链状双重独立式 链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中

9、，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。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。bg(3)矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 对线状矢量数据压缩时，首先要根据需求和对对线状矢量数据压缩时，首先要根据需求和对制图比例尺精度的要求，给定控制数据压缩的限差制图比例尺精度的要求，给定控制数据压缩的限差。表示被舍弃的结点偏离特征点连线之间的垂表示被舍弃的结点偏离特征点连线之间的垂直距离，一般取值为直距离，一般取

10、值为0.20.2mmmm(若比例尺为若比例尺为1 1：1000010000，则实际距离为则实际距离为2 2m m)。目前，使用较为广泛的曲线矢量数据压缩算目前，使用较为广泛的曲线矢量数据压缩算法主要有道格拉斯普克法（法主要有道格拉斯普克法（Douglas-Douglas-PeuckerPeucker AlgorithmAlgorithm，简称，简称D-PD-P算法）、垂距限值法和光算法）、垂距限值法和光栏法，另外还有间隔取点法、合并法等。栏法，另外还有间隔取点法、合并法等。对经过数据采样得到的对经过数据采样得到的曲线曲线MN，由有序点坐标序，由有序点坐标序列列P1(x1,y1)、P2(x2,y

11、2)、P3(x3,y3)Pn(xn,yn)组成。组成。我们可建立曲线始结点我们可建立曲线始结点M和和终结点终结点N的直线方程：的直线方程：道格拉斯道格拉斯普克法普克法 道格拉斯道格拉斯普克法，又称普克法，又称分裂法分裂法。该算法实现的该算法实现的基本思路基本思路是：对每一条曲线的首末点虚连一是：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求其它所有点与该直线的距离，并找出其中的最条直线，求其它所有点与该直线的距离，并找出其中的最大距离值大距离值dmaxdmax，用，用dmaxdmax与与限差限差相比：相比：若若dmaxdmax，这条曲线上的中间点全部舍去；，这条曲线上的中间点全部舍去；若若dmaxdma

12、x，保留，保留dmaxdmax对应的坐标点，并以该点对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分曲线重复上述操作，为界，把曲线分为两部分，对这两部分曲线重复上述操作，直至整条曲线处理结束。直至整条曲线处理结束。表示被舍弃的结点偏离特征点连表示被舍弃的结点偏离特征点连线之间的垂直距离，一般取值为线之间的垂直距离，一般取值为0.2mm(若比例尺为若比例尺为1：10000，则，则实际距离为实际距离为2m)道格拉斯普克法示意图道格拉斯普克法示意图 垂距垂距(限值限值)法法 垂距法的垂距法的基本思路基本思路是：每次是：每次顺序顺序取曲线上的三个点，取曲线上的三个点，计算中间点与其它两点连线的

13、垂线距离计算中间点与其它两点连线的垂线距离di，并与限差，并与限差比较。比较。若若d di i，则中间点去掉；若，则中间点去掉；若di，则中间点保留。然，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。垂距法示意图垂距法示意图 间隔取点法间隔取点法间隔取点法的间隔取点法的基本思路基本思路是：每隔是：每隔n n个点个点取一点，或每隔一规定的距离取一点，但取一点，或每隔一规定的距离取一点，但首末点一定要保留。例如对一曲线每隔一首末点一定要保留。例如对一曲线每隔一个点（个点（n n=1=1）取一点进行压缩，其过程和结）取一点进行压缩，其过程和结果如

14、下图所示。果如下图所示。(1)(2)(3)间隔取点压缩法示意图间隔取点压缩法示意图从该压缩方式可看出，这种方法的优点是算法简单，可以从该压缩方式可看出，这种方法的优点是算法简单，可以大量压缩数字化时用连续方法获取的点和通过栅格数据矢大量压缩数字化时用连续方法获取的点和通过栅格数据矢量化得到的点，其缺点是不一定能恰当地保留方向上曲率量化得到的点，其缺点是不一定能恰当地保留方向上曲率显著变化的点。显著变化的点。光栏法光栏法 光栏法的基本思想：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形光栏法的基本思想：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。外还是在扇形内，确定保

15、留还是舍去。光栏边界点光栏边界点扇边扇边新光栏口径新光栏口径 判断矢量数据压缩算法优劣的关键在于算法要判断矢量数据压缩算法优劣的关键在于算法要既能压缩不必要的点位，又能最大限度保持曲线的既能压缩不必要的点位，又能最大限度保持曲线的空间特征（如转折、延伸等）。通过对比可得出：空间特征（如转折、延伸等）。通过对比可得出：在大多数情况下道格拉斯在大多数情况下道格拉斯普克法的压缩效果较普克法的压缩效果较好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，好，但必须在对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；光栏法较复杂，但可在数字化时实且计算量较大；光栏法较复杂，但可在数字化时实时处理，且计算量较小，因此

16、也是一种较好的压缩时处理，且计算量较小，因此也是一种较好的压缩算法；垂距法和间隔取点法算法的优点是运算简单，算法；垂距法和间隔取点法算法的优点是运算简单，速度快，缺点是可能导致化简后曲线的形状速度快，缺点是可能导致化简后曲线的形状“失真失真”。总结总结2 2）多边形的矢量数据压缩算法）多边形的矢量数据压缩算法 多边形矢量数据的压缩过程可以看成是组成其多边形矢量数据的压缩过程可以看成是组成其边界的边界的曲线段的分别压缩曲线段的分别压缩，但为了不破坏多边形矢，但为了不破坏多边形矢量数据的量数据的封闭性封闭性和和拓扑关系拓扑关系，在数据压缩过程中，在数据压缩过程中，应注意两个问题。应注意两个问题。多

17、边形封闭边界的数据压缩多边形封闭边界的数据压缩 原节点是分割点之一；原节点是分割点之一；离原节点最远的下一离原节点最远的下一节点是分割点之二。节点是分割点之二。公共节点的取舍问题公共节点的取舍问题 对多边形的边界曲线分段压缩时，各段曲线的对多边形的边界曲线分段压缩时，各段曲线的起点起点必然作为必然作为特征点特征点提取出来，由此可能产生数据冗余。提取出来，由此可能产生数据冗余。4.4.无拓扑关系的矢量数据模型无拓扑关系的矢量数据模型 无拓扑关系的矢量数据模型，又称无拓扑关系的矢量数据模型，又称面条数据模面条数据模型型，是指在表达和组织空间数据时，只记录空间对，是指在表达和组织空间数据时，只记录空

18、间对象的象的位置信息和属性信息位置信息和属性信息，而，而不记录其拓扑关系不记录其拓扑关系的的数据组织方式。使用无拓扑关系矢量数据的主要优数据组织方式。使用无拓扑关系矢量数据的主要优点是能比拓扑数据更快速地在计算机屏幕上显示出点是能比拓扑数据更快速地在计算机屏幕上显示出来。来。目前，无拓扑数据格式已经成为目前，无拓扑数据格式已经成为标准格式之一标准格式之一，即即非专有数据格式非专有数据格式，并在一些通用，并在一些通用GISGIS软件软件（MapinfoMapinfo等）中得到实际应用。例如对等高线、等等）中得到实际应用。例如对等高线、等值线、等势线等各种抽象数据的表达和组织。值线、等势线等各种抽

19、象数据的表达和组织。无拓扑关系的矢量数据模型有无拓扑关系的矢量数据模型有两种两种实现方式：实现方式：用点、线、面对象分别记录其坐标对；用点、线、面对象分别记录其坐标对；用一个文件记录点坐标对（称为坐标文件），而线、面由用一个文件记录点坐标对（称为坐标文件），而线、面由点号组成。点号组成。第一种方式第一种方式第二种方式第二种方式5.5.有拓扑关系的矢量数据模型有拓扑关系的矢量数据模型 （1 1）矢量数据的拓扑关系）矢量数据的拓扑关系 1 1）拓扑关系的概念）拓扑关系的概念 拓扑关系拓扑关系是一种对是一种对空间结构关系空间结构关系进行明确定义的进行明确定义的数学方法数学方法，是指图形在保持连续状态

20、下变形，但图形，是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。关系不变的性质。点点(结点结点)、线、线(链、弧段、边链、弧段、边)、面、面(多边形多边形)是表是表示空间拓扑关系最基本的示空间拓扑关系最基本的拓扑元素拓扑元素。能够表达拓扑关系的矢量数据结构就是能够表达拓扑关系的矢量数据结构就是拓扑数据拓扑数据结构结构。拓扑数据结构的表示方式没有固定的格式，但。拓扑数据结构的表示方式没有固定的格式，但基本原理是相同的。基本原理是相同的。2 2）拓拓扑扑关关系系分分类类拓扑关联和邻接拓扑包含3 3）建立拓扑关系的意义）建立拓扑关系的意义 拓扑关系能清楚地反映制图要素之间的逻辑结构关拓扑关系能清

21、楚地反映制图要素之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化；而变化；有助于空间要素的查询、检索，并可利用拓扑关系有助于空间要素的查询、检索，并可利用拓扑关系来解决许多实际问题，如邻接多边形的研究和供水管来解决许多实际问题，如邻接多边形的研究和供水管网监测系统对故障阀门的查询等。网监测系统对故障阀门的查询等。根据拓扑关系可重建地图要素，如根据弧段构建多根据拓扑关系可重建地图要素，如根据弧段构建多边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系重建道路网络，并进行最佳路径选择等。重建

22、道路网络，并进行最佳路径选择等。(2)(2)矢量数据拓扑关系的表示矢量数据拓扑关系的表示 面-链关系、链-结点关系、结点-链关系和链-面拓扑关系。3.2 3.2 栅格数据模型栅格数据模型 1.1.栅格数据的概念栅格数据的概念 栅格数据结构是最简单、直观的空间数据结构，栅格数据结构是最简单、直观的空间数据结构，又称又称网络结构网络结构或或像元结构像元结构，是指将二维平面划分为大，是指将二维平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，每个像元由行列号确定它的位置，且具有表或像素，每个像元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性类型

23、或值的编码值。示实体属性类型或值的编码值。栅格数据结构常用的网格类型栅格数据结构常用的网格类型栅格数据单元值确定栅格数据单元值确定CAB长度占优法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素连续分布地理要素C具有特殊意义具有特殊意义的较小地物的较小地物A分类较细、分类较细、地物斑块较小地物斑块较小AB为了逼近原始数据为了逼近原始数据精度，除了采用这精度，除了采用这几种取值方法外，几种取值方法外，还可以采用缩小单还可以采用缩小单个栅格单元的面积，个栅格单元的面积，增加栅格单元总数增加栅格单元总数的方法的方法 抽样编码方法抽样编码方法（1 1）中心点法）中心点法每每个个栅栅格格单单元元的的值值，根根据

24、据该该栅栅格格中中心心点点所所在在面面域域的的属属性性来来确确定定。中中心心点点O O落落在在代代码码A A的的地地物物范范围围内内，根根据据中中心心点点法法规规则则，该该矩矩形形区区域域相相应应的的栅栅格格代代码码为为A A。中中心心点点法法常常用用于于具具有有连连续续分分布特性的地理要素，如人口密度图、灾害现状图等。布特性的地理要素，如人口密度图、灾害现状图等。（2 2）面积占优法）面积占优法每每个个栅栅格格单单元元的的抽抽样样编编码码，以以占占矩矩形形区区域域面面积积最最大大的的地地物物类类型型来来决决定定，如如上上图图C C类类地地物物所所占占面面积积最最大大，故故相相应应栅栅格格抽抽

25、样样编编码码应应定定为为C C。面面积积占占优优法法常常用用于于分分类类较较细细，地地物物类类别别斑斑块块较小的情况。较小的情况。（3 3）长度占优法）长度占优法每每个个栅栅格格单单元元的的抽抽样样编编码码，根根据据栅栅格格中中线线（水水平平或或垂垂直直）的全部或主要部分所处面域的属性来确定。的全部或主要部分所处面域的属性来确定。（4 4）重要性法）重要性法每每个个栅栅格格单单元元的的抽抽样样编编码码，根根据据栅栅格格内内不不同同地地物物的的重重要要性性，选选取取最最重重要要的的地地物物类类型型来来决决定定相相应应的的栅栅格格单单元元编编码码。如如上上图图所所示示，设设B B类类地地物物为为最

26、最重重要要的的地地物物类类型型，则则栅栅格格单单元元的的编编码码应应为为B B。重重要要性性法法常常用用于于具具有有特特殊殊意意义义且且面面积积相相对对较较小小的的地地理理要要素素，特特别别点点状状、线线状状地地理理要要素素，如如城城镇镇、居居民民点点、交交通通线线、河流等，在栅格编码中应尽量表示这些重要地物类型。河流等，在栅格编码中应尽量表示这些重要地物类型。2.2.栅格数据的组织与存储栅格数据的组织与存储 （1 1）栅格数据组织方式）栅格数据组织方式（2 2）栅格数据组织顺序）栅格数据组织顺序 3、栅格数据的存储和压缩、栅格数据的存储和压缩（1 1）栅格矩阵格式栅格矩阵格式栅格矩阵编码格式

27、是一栅格矩阵编码格式是一种种非压缩性非压缩性的全栅格阵的全栅格阵列的栅格数据组织形式。列的栅格数据组织形式。它它顺序顺序存放每个像元的存放每个像元的灰度值，以构成一个栅灰度值，以构成一个栅格矩阵。格矩阵。栅格矩阵格式栅格矩阵格式 通常是以左上角开始逐行逐列存贮，其编码为：通常是以左上角开始逐行逐列存贮，其编码为：1 1 2 2 1 3 2 2 3 3 3 2 3 2 2 21 1 2 2 1 3 2 2 3 3 3 2 3 2 2 2 游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长邻同值的网格

28、合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据冗余。度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据冗余。游程编码格式的游程编码格式的基本思路基本思路是：对于一幅栅格图像，常常是：对于一幅栅格图像，常常有行有行(或列或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而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。其编码方案是，可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。其编码方案是，只在各行只在各行(或列或列)数据的代码发生变化时依次记录该代码以及数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。，从而实现

29、数据的压缩。（2 2）游程编码格式游程编码格式 游程编码表示栅格矩阵数据游程编码表示栅格矩阵数据 （3 3）四叉树编码格式四叉树编码格式 四叉树又称四元树或四分树四叉树又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。绝大部分图形操作和运算都可以直接在缩编码方法之一。绝大部分图形操作和运算都可以直接在四叉树结构上实现，因此四叉树编码方式既压缩了数据量，四叉树结构上实现，因此四叉树编码方式既压缩了数据量，又能极大地提高图形操作效率。又能极大地提高图形操作效率。四又树编码的四又树编码的基本思想基本思想是是:将一幅栅格地图或图像等将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查

30、其格网属性值分为四部分。逐块检查其格网属性值(或灰度或灰度)。如果某个。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。止。四个子象限四个子象限:左上左上(NW)(NW)、右上、右上(NE)(NE)、左下、左下(SW)(SW)，右下，右下(SE)(SE)(1)规则四叉树规则四叉树是指除了记录叶结点之外，还要记录中间结点，结点之间借助指

31、针联系，且每个结点需要用六个量表达：四个叶结点指针，一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。2）线性四叉树 线性四叉树是指将四叉树转换成一个线性表，表的每个元素与一个结点线性四叉树是指将四叉树转换成一个线性表，表的每个元素与一个结点相对应，节点之间的层次关系在元素中描述。即线性四叉树只存贮最后叶相对应，节点之间的层次关系在元素中描述。即线性四叉树只存贮最后叶节点的信息，包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值，由深度节点的信息，包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值，由深度可推知子区的大小。可推知子区的大小。基于十进制基于十进制MortonMorton码的线性四叉树结构码的线性四叉树

32、结构（4 4）链式编码）链式编码又称为又称为弗里曼链码弗里曼链码(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，南=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。等八个基本方向。如果再确定原点为像元如果再确定原点为像元(5(5，1)1)，则该线按顺时针方向的链式则该线按顺时针方向的链式编码为：编码为：5 5，1 1，3 3，2 2，2 2，3 3，3 3，2 2，3 3如果再确定多边形原点为（如果再确定多边形原点为（8 8，5 5），则该多边形按顺时针方），

33、则该多边形按顺时针方向的链式编码为：向的链式编码为：56732140（5 5）块式编码）块式编码 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：由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。如图：（1 1，1 1，2 2，3 3），（1 1，3 3，1 1，3 3），（1 1，4 4，1 1，4 4），（1 1，5 5，3 3，4 4）；（）；（1 1，8 8，1 1，4 4），（），（2 2，3 3，1 1，3 3），），（2 2，4 4，1 1，3 3），（2 2，

34、8 8，1 1，4 4）；（3 3，1 1，1 1，1 1），（3 3，2 2，1 1，3 3），（），（3 3，3 3，2 2，3 3），（），（3 3，8 8，1 1，2 2）；）；（4 4，1 1，1 1，1 1），（4 4，2 2，1 1，1 1），（4 4，5 5，1 1，3 3），（4 4，6 6，1 1，2 2）；（4 4，7 7，2 2，2 2），（5 5，1 1，4 4，1 1），（5 5，5 5，1 1，3 3），（5 5，6 6，1 1，2 2）；（6 6，5 5，1 1，2 2），（6 6，6 6，3 3，2 2），（），（7 7，5 5，1 1，1 1），（），（8

35、8，5 5，1 1，1 1）。）。块式编码的数据结构由初始位置块式编码的数据结构由初始位置(行号，列号行号，列号)和半径，再加上记录单元的和半径，再加上记录单元的代码组成。根据这一编码原则，左图的编码为：代码组成。根据这一编码原则，左图的编码为：4.4.两种数据结构的比较与转换两种数据结构的比较与转换矢量数据矢量数据优点优点优点优点：表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小严密的数据结构，数据量小严密的数据结构，数据量小严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系完整的描述空间关系完整的描述空间关系完整的描述空间关系图形输出

36、精确美观图形输出精确美观图形输出精确美观图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、图形数据和属性数据的恢复、图形数据和属性数据的恢复、图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现更新、综合都能实现更新、综合都能实现更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，面向目标，不仅能表达属性，面向目标，不仅能表达属性，面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标而且能方便的记录每个目标而且能方便的记录每个目标而且能方便的记录每个目标的具体属性信息的具体属性信息的具体属性信息的具体属性信息缺点：缺点：缺点：缺点：数据结构复杂数据结构复杂数据结构复杂数据结构复杂矢量叠置较为复杂矢量叠置较为复杂矢量叠置

37、较为复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难数学模拟比较困难数学模拟比较困难数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件技术复杂，特别是软硬件技术复杂，特别是软硬件技术复杂，特别是软硬件栅格数据栅格数据优点优点优点优点：数据结构简单数据结构简单数据结构简单数据结构简单空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行各类空间分析很易于进行各类空间分析很易于进行各类空间分析很易于进行数学模拟方便数学模拟方便数学模拟方便数学模拟方便缺点：缺点：缺点：缺点：图形数据量大图形数据量大图形数据量大图形数据量大用大像元减少数据量时，精用大像元减少数

38、据量时，精用大像元减少数据量时，精用大像元减少数据量时，精度和信息量受损度和信息量受损度和信息量受损度和信息量受损地图输出不美观地图输出不美观地图输出不美观地图输出不美观难以建立网络连接关系难以建立网络连接关系难以建立网络连接关系难以建立网络连接关系投影变换比较费时投影变换比较费时投影变换比较费时投影变换比较费时（1 1）矢量数据转换为栅格数据）矢量数据转换为栅格数据 1 1）点的栅格化点的栅格化 转换公式转换公式:只要这个点只要这个点落在那落在那个网格中个网格中就属于那个网就属于那个网格元素。将点的矢量坐格元素。将点的矢量坐标标X X、Y Y换算为栅格行、换算为栅格行、列号即可。列号即可。2

39、 2）线段的栅格化线段的栅格化 在矢量数据中，曲线在数字化时输入多个点，形在矢量数据中，曲线在数字化时输入多个点，形成成折线折线，由于点，由于点多而密集多而密集，折线在视觉上就形成曲线，折线在视觉上就形成曲线，也就是说也就是说曲线是由折线逼近形成的曲线是由折线逼近形成的。因为相邻两点之。因为相邻两点之间是直线，因此只要说明了一条直线段如何被栅格化，间是直线，因此只要说明了一条直线段如何被栅格化，对任何线段的栅格化过程也就清楚了。对任何线段的栅格化过程也就清楚了。线段栅格化的三种不同方法：即线段栅格化的三种不同方法：即八方向栅格化八方向栅格化、全路径栅格化全路径栅格化及及恒密度栅格化恒密度栅格化

40、。八方向栅格化八方向栅格化 八方向八方向栅格化是指根据矢量的倾角情况，在每行栅格化是指根据矢量的倾角情况，在每行或或每列上每列上,只有一个像元被只有一个像元被“涂黑涂黑”（赋予不同于背景的灰度值）。其特（赋予不同于背景的灰度值）。其特点是在保持八方向连通的前提下，栅格影像看起来最细，不同点是在保持八方向连通的前提下，栅格影像看起来最细，不同线划间最不易线划间最不易“粘连粘连”。首先，按照点的栅格化的方法，确定每相邻两个结点首先，按照点的栅格化的方法，确定每相邻两个结点1和和2所在的一组栅格的所在的一组栅格的行、列行、列值，并将它们值，并将它们“涂黑涂黑”。然后。然后求出这两个结点位置的行数差和

41、列数差。求出这两个结点位置的行数差和列数差。若行差大于列差，若行差大于列差，则则逐行进行逐行进行，否则，否则逐列逐列求出本行中心线与过这两个结点的求出本行中心线与过这两个结点的直线交点直线交点 。八方向是指每一个像元都有八方向是指每一个像元都有8 8个邻元，即东个邻元，即东西南北西南北4 4个正方向上的邻元和东南、东北、个正方向上的邻元和东南、东北、西南及西北西南及西北4 4个对角线方向上的邻元，与此个对角线方向上的邻元，与此对应的对应的8 8个方向即为八方向。个方向即为八方向。一条线段的八方向栅格化一条线段的八方向栅格化 全路径栅格化全路径栅格化 计算倾角计算倾角a 起始列值起始列值 终止列

42、值终止列值 全路径栅格化是指依据“分带法”，按行计算起始列号和终止列号。当行差大于列差时，计算列值；当行差小于列差时，当行差大于列差时，计算列值；当行差小于列差时，计算行值。计算行值。恒密度栅格化恒密度栅格化 恒密度栅格化的实质是在八方向栅格化恒密度栅格化的实质是在八方向栅格化的基础上，在矢量所通过的路径上，适当增的基础上，在矢量所通过的路径上，适当增加加“涂黑涂黑”的像元，使得在任何方向上，栅的像元，使得在任何方向上，栅格化结果的视觉密度基本保持恒定。格化结果的视觉密度基本保持恒定。3 3）面域的栅格化）面域的栅格化 对多边形进行特征编码时，由于记录的是组成多边对多边形进行特征编码时，由于记

43、录的是组成多边形边界线段的属性而非多边形本身的属性，因此针对面形边界线段的属性而非多边形本身的属性，因此针对面域的栅格化，必须实现以多边形线段反映多边形及其邻域的栅格化，必须实现以多边形线段反映多边形及其邻域的属性特征。域的属性特征。目前一般采用的是左码记录法。一闭合多边形将整目前一般采用的是左码记录法。一闭合多边形将整个矩形面域分割成属性为个矩形面域分割成属性为1和为和为0的两部分。如果在矢量的两部分。如果在矢量数字化取数时没有在数字化点的属性码中反映面域属性数字化取数时没有在数字化点的属性码中反映面域属性分异状况，转换的第一步工作即是要实现这个目标。分异状况，转换的第一步工作即是要实现这个

44、目标。在对地图、文字的扫描数字化和识别时，通常都是当作在对地图、文字的扫描数字化和识别时，通常都是当作二值图像来处理的。在二值图像中，通常二值图像来处理的。在二值图像中，通常1 1表示图形，表示图形，0 0表示表示背景。背景。图像的二值化图像的二值化 二值化是为了从图像中分离出对象物，即把图形和背二值化是为了从图像中分离出对象物，即把图形和背景作为二值图像对待。图像二值化可以可用下列阈值处理景作为二值图像对待。图像二值化可以可用下列阈值处理方法进行。方法进行。（2 2）栅格数据向矢量数据转换）栅格数据向矢量数据转换 1 1）线状栅格数据的细化）线状栅格数据的细化 在栅格数据向矢量数据转换的过程

45、中，对于点的矢量化，在栅格数据向矢量数据转换的过程中，对于点的矢量化，是很容易实现的，只需将行、列号是很容易实现的，只需将行、列号I I、J J转换为中心点的坐标转换为中心点的坐标X X，Y Y即可。而线状栅格数据的矢量化具有代表性，这是因为多边形即可。而线状栅格数据的矢量化具有代表性，这是因为多边形栅格数据的矢量化是建立在线状栅格数据矢量化的基础上的。栅格数据的矢量化是建立在线状栅格数据矢量化的基础上的。由于线状栅格数据本身具有一定的由于线状栅格数据本身具有一定的粗度和不均匀性粗度和不均匀性，因此线，因此线状栅格数据矢量化的状栅格数据矢量化的关键是细化处理关键是细化处理，以提取中轴线，方便矢

46、，以提取中轴线，方便矢量化的实现。量化的实现。细化细化就是将二值图像像元阵列逐步剥除轮廓边缘的点，使就是将二值图像像元阵列逐步剥除轮廓边缘的点，使之成为线划宽度只有一个像元的骨架图形。细化后的图形骨架之成为线划宽度只有一个像元的骨架图形。细化后的图形骨架既保留了原图形的绝大部分特征，又便于下一步的跟踪处理。既保留了原图形的绝大部分特征，又便于下一步的跟踪处理。二值图像的细化二值图像的细化 基本原理是在基本原理是在3 33 3的像元矩阵中，凡是去掉后不会影的像元矩阵中，凡是去掉后不会影响原栅格影像拓扑连通性的像元都应该去掉，反之，则应响原栅格影像拓扑连通性的像元都应该去掉，反之，则应保留。保留。

47、3 33 3的像元共有的像元共有256256种情况，经过旋转，去除相同情种情况，经过旋转，去除相同情况，最终共有况，最终共有5151种情况，其中只有一部分是可以将中心点种情况，其中只有一部分是可以将中心点剥去的。通过对每个像元点经过如此反复处理，最后可得剥去的。通过对每个像元点经过如此反复处理，最后可得到应保留的骨架图，并保留了其拓扑关系。到应保留的骨架图，并保留了其拓扑关系。细化的基本过程是：细化的基本过程是：第一步，确定需细化的像元集合；第一步，确定需细化的像元集合；第二步，移去不是骨架的像元；第二步，移去不是骨架的像元；第三步，重复第二步，直到仅剩骨第三步，重复第二步，直到仅剩骨架像元。

48、架像元。距离变换搜寻中轴线法距离变换搜寻中轴线法 常用的细化方法常用的细化方法剥皮法剥皮法 剥皮法的剥皮法的基本思想基本思想是：先寻找到一个位于曲是：先寻找到一个位于曲线边缘上的像元，接着以此像元为中心，按一定线边缘上的像元，接着以此像元为中心，按一定的顺序检测其相邻八个邻域的灰度值。的顺序检测其相邻八个邻域的灰度值。剥皮法的剥皮法的实质实质是：从曲线的边缘开始，每次是：从曲线的边缘开始，每次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下彼此剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。因为一条线在连通的由单个栅格点组成的图形。因为一条线在不同位置可能有不同的宽度，故在剥皮过

49、程中必不同位置可能有不同的宽度，故在剥皮过程中必须注意一个条件，即不允许剥去会导致曲线不连须注意一个条件，即不允许剥去会导致曲线不连通的栅格，这是这一方法的技术关键所在。通的栅格，这是这一方法的技术关键所在。轴线栅格数据的矢量化轴线栅格数据的矢量化 对于已经细化的曲线栅格数据，必须进行矢量化处理，对于已经细化的曲线栅格数据，必须进行矢量化处理，常用的方法是常用的方法是跟踪法跟踪法。跟踪的目的是将写入数据文件细化。跟踪的目的是将写入数据文件细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。条，并以矢

50、量形式存储于特征栅格点中心的坐标。跟踪的步骤为：跟踪的步骤为：从第一列开始，寻找起始中心栅格，从第一列开始，寻找起始中心栅格，然后按顺时针或逆时针方向，从起始点开始，根据八个邻然后按顺时针或逆时针方向，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索，把首先搜索到的有域进行搜索，把首先搜索到的有“1 1”值的栅格作为下一值的栅格作为下一个栅格中心，依次跟踪相邻点。同时记录结点坐标，然后个栅格中心，依次跟踪相邻点。同时记录结点坐标，然后搜索闭曲线，直到完成全部栅格数据的矢量化，即所有栅搜索闭曲线，直到完成全部栅格数据的矢量化，即所有栅格的值都变为格的值都变为“0 0”，栅格数据转换矢量数据的过程结束。，栅格数