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1、2020/9/22,第三章 LIS的空间数据结构,2020/9/22,图形表达,人类思维能够从空间对象中抽象出图形，这是非常复杂的。 计算机描述必须解决空间图形和空间关系两方面的问题。 因此计算需要建立一套详细的规划，能够表达各种对象及对象间的各种关系。,2020/9/22,空间数据结构,空间数据结构是指空间数据在计算机内的组织和编码形式。 它是一种适合于计算机存储、管理和处理空间数据的逻辑结构，是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述，是对数据的一种理解和解释。,2020/9/22,第一节空间数据的表示,第一节,2020/9/22,空间数据的表示,在计算机内描述空间实体有两种方式：显式描述和
2、隐式描述。 显式描述就是用颜色、符号、灰度等构成的像元来表示实体的。 隐式描述是用一系列定义了起点和终点的矢量数据及某种连接关系描述实体的。,2020/9/22,2020/9/22,第二节 栅格数据结构,第二节 栅格数据结构,2020/9/22,栅格数据的概念,栅格数据结构实际上就是像元阵列，每个像元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。 点实体在栅格数据结构中表示为一个像元；线实体表示为在一定方向上连接成串的相邻像元集合；面实体则由聚集在一起的相邻像元集合表示。 因此栅格数据涉及一个分辨率的问题。,2020/9/22,2020/9/22,栅格数据的取值方法,栅格数据的获
3、取需尽可能保持原图或原始数据的精度。但常会在同一格子下对应了几种不同的属性值，而每一个单元只能取一个值。 中心点法 面积占优法 长度占优法 重要性法 其他方法,2020/9/22,减少存储量的编码方法,链式编码 游程长度编码 块式编码 四叉树编码,2020/9/22,链式编码,链式编码又称为边界链码。 多边形边界可表示为由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东0，东南l，南2，西南3，西4，西北5，北6，东北7等8个基本方向。 对多边形的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。其缺点是对叠置运算很难实施，对局部修改效率较低，相邻区域的边界因被
4、重复存储而产生冗余。,2020/9/22,游程长度编码,游程长度编码是在某行上从左至右存储属多边形的始末像元的列号。 游程长度编码压缩效率较高，且易于完成检索、叠加、合并等操作。这种编码方法最适合于小型计算机，但计算期间的处理和制图输出处理工作量都有所增加。,2020/9/22,2020/9/22,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由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。 块式编码的数据结构由初始位置(行号、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。,2020/9/22,四叉树编码,它一直是比较热门的一个研究领域，其基本原理是：将空间区域以2K 2K(K
5、1)的像元阵列按照四个象限进行逐步分割，直到子象限的属性值单调为止。属性值为单调的像元，不论其大小，均作为最后存贮单元，形成四叉树图。,2020/9/22,2020/9/22,第三节 矢量数据结构,第三节 矢量数据结构,2020/9/22,编码的基本内容,点实体 线实体 面实体,2020/9/22,点实体,点实体包括由单独一对x、y坐标定位的一切地理或制图实体。 在矢量数据结构中，除点实体的坐标外，还应存储其他一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求。,2020/9/22,线实体,线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x、y坐标定义。 弧、链是n个
6、坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连续而又复杂的曲线。 线的网络结构，线或链携带彼此互相连接的空间信息，而这种连接信息又是供排水和差距分析中不可少的信息，因此要在数据结构中建立指针系统,2020/9/22,线实体,线实体主要用来表示线状地物（公路、水系、山脊）、符号线和多边形边界，有时也称为“弧”、“链”、“串”等。 其矢量编码包括以下内容：唯一标识码；线标识码；起始点；终止点；坐标对序列；显示信息；非几何属性。,2020/9/22,面实体,多边形数据是描述土地空间信息的最重要的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示。 多边形矢量编码，不但要表示区域的属性，更重要的是
7、能表达区域的拓扑特征。,2020/9/22,曲线由折线来模拟，多边形由首尾相连的弧段组成。,2020/9/22,矢量编码方法,x、y坐标法 树状索引编码法 拓扑结构编码法,2020/9/22,x、y坐标法,任何点、线、面实体都可以用直角坐标点x、y来表示。 点是一组(x,y)坐标；对于线和多边形，则是多组(x，y)坐标，但多边形由于是封闭的，因而首尾坐标相同。 坐标法文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。,2020/9/22,2020/9/22,x、y坐标法缺点,邻接多边形的公共边被数字化和存储两次，由此产生冗余和边界不重合的匹配误差； 每个多边形自成体系，而缺少有关邻域关系的信息
8、 ； 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问题； 没有方便的方法来检查多边形边界的拓扑关系正确与否；,2020/9/22,树状索引编码法,该法采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，方法是对所有边界点的坐标按顺序建立点坐标文件，再建立多边形-弧段索引文件、弧段-点索引文件。 它消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题。,2020/9/22,2020/9/22,拓扑结构编码法,拓扑型数据结构由弧段坐标文件、节点文件、弧段文件和多边形文件等一系列含拓扑关系的数据文件组成。,2020/9/22,2020/9/22,2020/9/22,拓扑结构编码法优点,多边形网络完全综合成一个整体，没有
9、重叠和漏洞，也没有过多的冗余数据； 多边形中嵌套多边形没有限制，可以无限地嵌套。,2020/9/22,第四节 混合数据结构,第四节 混合数据结构,2020/9/22,栅格和矢量数据结构的比较,栅格数据优点： 数据结构简单 空间数据的叠加和组合容易实现 易于进行各种空间分析 便于进行图像的有效增强,2020/9/22,栅格和矢量数据结构的比较,栅格数据缺点： 数据结构不严密、不紧凑，数据量大 难以表达拓扑关系和进行需要拓扑信息的操作 图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数据来克服,2020/9/22,栅格和矢量数据结构的比较,矢量数据优点： 提供更严密的数据结构，数据量小 提供更有效的拓扑编
10、码，因而对网络分析等需要拓扑信息的操作更有效 数据精度高，图形输出美观,2020/9/22,栅格和矢量数据结构的比较,矢量数据缺点： 数据结构复杂 叠加操作不如栅格数据有效 多边形内的空间分析不易实现 不能进行图像增强处理,2020/9/22,矢量格式向栅格格式转换,内部点扩散算法 复数积分算法 射线算法 扫描算法,2020/9/22,内部点扩散算法,由每个多边形一个内部点(种子点)开始，向其8个方向的邻点扩散，直到所有种子点填满该多边形并遇到边界为止。,2020/9/22,复数积分算法,对全部栅格阵列逐个栅格单元判断栅格归属的多边形编码，由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为2 i，则该待判点属于此多边形，赋予多边形编号；否则该待判点在此多边形外部，不属于该多边形。,2020/9/22,2020/9/22,射线算法,由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相交为偶数次，则待判点在该多边形的外部；如为奇数次，则待判点在该多边形的内部。,2020/9/22,扫描算法,扫描算法是射线算法的改进，在通常情况下，沿栅格阵列方向扫描，在每两次遇到多边形边界点的两个位置之间的栅格，属于该多边形。,2020/9/22,栅格格式向矢量格式转换,(1)多边形边界提取 (2)边界线追踪 (3)拓扑关系生成 (4)去除多余点及圆滑曲线,
