【正文】 第三章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與編碼 ? 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼 ? 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼 ? 矢柵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換 ? 矢柵一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)編碼 ? 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 指適合于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)、管理和處理的地學(xué)圖形的邏輯結(jié)構(gòu)，是地理實(shí)體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。 ? 空間數(shù)據(jù)編碼： 為實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和管理，將空間實(shí)體的一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)操作的過(guò)程。 圖形數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù) 編碼 (數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ) 空間實(shí)體 數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：應(yīng)用與圖像處理系統(tǒng)和 GIS中。 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：主導(dǎo)了 CAD系統(tǒng)和有著強(qiáng)大制圖功能的 GIS。 一、基于規(guī)則格網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu) (柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ) （一）概念 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單最直觀的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或像元結(jié)構(gòu)。 將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的 網(wǎng)格陣列 ，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)像元或者像素，有 行、列 號(hào)定義，并包含一個(gè) 代碼 ，表示該網(wǎng)格的屬性值或者量值，或者僅僅包含指向其它屬性記錄的指針。 （一）概念 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際就是像元陣列，每個(gè)像元由行列確定它的位置。 由于柵格結(jié)構(gòu)是按照一定的規(guī)則排列的，所表示的 實(shí)體的位置 很容易隱含在文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，且行列坐標(biāo)可以很容易的轉(zhuǎn)為其他坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在文件中每個(gè)代碼本身明確代表實(shí)體的屬性或?qū)傩跃幋a。 ?點(diǎn)用一個(gè)柵格單元表示； ?線狀地物沿線走向的一組相鄰柵格單元表示，每個(gè)柵格單元最多只有兩個(gè)相鄰單元在線上； ?面或區(qū)域用記有區(qū)域?qū)傩缘南噜彇鸥駟卧募媳硎?，每個(gè)柵格單元可有多于兩個(gè)的相鄰單元同屬一個(gè)區(qū)域。 點(diǎn) 線 面 （一）概念 （二）基本特征 ?點(diǎn)有大小、地理空間離散。 大小由行列號(hào)決定， 劃分程度 決定點(diǎn)大小、點(diǎn)數(shù)多少、 表達(dá)內(nèi)容的復(fù)雜程度及精度高低。 ?屬性特征顯性表示。 可以直接看到屬性，并多以顏色、代碼或灰度表示。 ?面向位置、感覺(jué)微觀 位置由行列號(hào)決定，每個(gè)位置都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 （三）柵格數(shù)據(jù)的組織 ? 不同類(lèi)型的地理實(shí)體分層編排， 每層只有單一的類(lèi)型。 ?一個(gè)柵格單元只有一個(gè)屬性代碼。 空間數(shù)據(jù)庫(kù) 2 2 2 2 2 a a a a a 2 2 土壤 植被 組織方法 （三）柵格數(shù)據(jù)的組織 數(shù)據(jù)文件 像元 1 X坐標(biāo) Y坐標(biāo) 層 1屬性 層 2屬性 ... 層 n屬性 像元 2 … 像元 n 數(shù)據(jù)文件 層 1 X坐標(biāo) Y坐標(biāo) 屬性值 像元 2 ... 像元 n 層 2 … 層 n 像元 1 數(shù)據(jù)文件 層 1 屬性值 像元 1坐標(biāo) 像元 2坐標(biāo) … 多邊形 2 ... 多邊形 n 層 2 … 層 n 多邊 形 1 像元 n坐標(biāo) （四）柵格結(jié)構(gòu)的建立 手工獲取 ，專(zhuān)題圖上劃分均勻網(wǎng)格，逐個(gè)決定其網(wǎng)格代碼。 掃描儀掃描 專(zhuān)題圖的圖像數(shù)據(jù) {行、列、顏色（灰度） }，定義顏色與屬性對(duì)應(yīng)表，用相應(yīng)屬性代替相應(yīng)顏色，得到（行、列、屬性）再進(jìn)行柵格編碼、存貯，即得該專(zhuān)題圖的柵格數(shù)據(jù)。 由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來(lái) 。 遙感影像數(shù)據(jù)， 對(duì)地面景象的輻射和反射能量的掃描抽樣，并按不同的光譜段量化后，以數(shù)字形式記錄下來(lái)的象素值序列。 格網(wǎng) DEM數(shù)據(jù) ，當(dāng)屬性值為地面高程，則為格網(wǎng) DEM，通過(guò)DEM內(nèi)插得到。 一）建立途徑 （四）柵格結(jié)構(gòu)的建立 二）柵格系統(tǒng)的建立 柵格坐標(biāo)系的確定 表示具有空間分布特征的地理要素 ， 不論采用什么編碼系統(tǒng) ， 什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都應(yīng)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下 ， 而坐標(biāo)系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確定 。 由于柵格編碼一般用于區(qū)域性 GIS， 原點(diǎn)的選擇常具有局部性質(zhì) ， 但為了便于區(qū)域的拼接 ， 柵格系統(tǒng)的起始坐標(biāo)應(yīng)與國(guó)家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致 ， 并分別采用 公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸 。 （四）柵格結(jié)構(gòu)的建立 二）柵格系統(tǒng)的建立 柵格單元的尺寸 1） 原則 ：應(yīng)能 有效地逼近空間對(duì)象的分布特征 ， 又減少數(shù)據(jù)的冗余度 。 格網(wǎng)太大 ， 忽略較小圖斑 ， 信息丟失 。 2） 方法 ：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定尺寸經(jīng)驗(yàn)公式： h為柵格單元邊長(zhǎng) Ai為區(qū)域所有多邊形的面積 。 每個(gè)柵格元素只能取一個(gè)值，實(shí)際上一個(gè)柵格可能對(duì)應(yīng)于實(shí)體中幾種不同屬性值，存在柵格數(shù)據(jù)取值問(wèn)題 A B C D （四）柵格結(jié)構(gòu)的建立 三）柵格屬性值的確定 中心點(diǎn)法 用處于 柵格中心 處的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼。 中心點(diǎn)法常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度圖等 。 B D D D B B D C B B C C B B A A A B C D 三）柵格屬性值的確定 面積占優(yōu)法 以占矩形區(qū)域面積最大的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼 。 用于分類(lèi)較細(xì)，地物類(lèi)別斑塊較小的情況。 B D D D B B D C B B C C B B A A A B C D 三）柵格屬性值的確定 長(zhǎng)度占優(yōu)法 將網(wǎng)格中心畫(huà)一橫線，用橫線所占最長(zhǎng)部分屬性值作為柵格屬性 B D D D B B D C B B C C B B A A A B C D 三）柵格屬性值的確定 重要性法 突出某些主要屬性，只要在柵格中出現(xiàn)就把該屬性作為柵格屬性 D D D D B D D C B B A A B B A A A B C D 三）柵格屬性值的確定 百分比法 根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定單元的取值。 D D D D B D D C B B A A B B A A A B C D 三）柵格屬性值的確定 （五）柵格數(shù)據(jù)編碼方式 ? 直接?xùn)鸥窬幋a ? 壓縮編碼方法 ? 鏈碼（ Chain Encoding） ? 游程編碼（ Runlength Encoding） ? 塊狀編碼（ Block Encoding） ? 四叉樹(shù)編碼（ Quandtree Encoding） （五）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 （ 1）直接?xùn)鸥窬幋a ? 最簡(jiǎn)單最直觀而又非常重要的一種柵格結(jié)構(gòu)編碼方法。 ? 把規(guī)則格網(wǎng)平面作為一個(gè)二維矩陣進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，每個(gè)柵格是具有行、列位置的矩陣元素，該空間實(shí)體屬性編碼值賦予矩陣元素。 逐行或逐列記錄代碼。 2 2 2 1 1 7 7 7 2 2 2 2 1 7 7 7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 7 7 7 7 （ 1）直接?xùn)鸥窬幋a (1,1,2),(1,2,2),(1,3,2), (1,4,1),(1,5,1),(1,6,7), (1,7,7),(1,8,7), (2,1,2),(2,2,2),(2,3,2), …… 如果行列號(hào)記錄在專(zhuān)門(mén)文件中，則只記錄屬性值： （ 2,2,2,1,1,7,7,7,2,2,2,2,1,7,7,7?? ） 優(yōu)點(diǎn)： 1易于實(shí)現(xiàn)用循環(huán)語(yǔ)句編程，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算 2易于實(shí)現(xiàn)空間屬性的分解與分類(lèi)，易于實(shí)現(xiàn)空間分析中疊加等操作 缺點(diǎn)： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大 基本要素包括：行，列，屬性值（ N， M， Xij） 其中行、列值隱性，屬性值顯性。 （ 1）直接?xùn)鸥窬幋a （ 2）費(fèi)爾曼鏈碼 （邊界編碼） ? 將線狀地物或區(qū)域邊界表示為：由某一起始點(diǎn)和某些基本方向上的單位矢量鏈組成。 前兩個(gè)字母表示起點(diǎn)的行列號(hào)，從第三個(gè)數(shù)字開(kāi)始每個(gè)數(shù)字表示單位矢量的方向。 7 0 1 6 2 5 4 3 ? 單位矢量的長(zhǎng)度為一個(gè)柵格單元，后續(xù)點(diǎn)可能位于前繼點(diǎn) 8個(gè)基本方向上。 （ 2）費(fèi)爾曼鏈碼 （邊界編碼） ? 具體編碼過(guò)程： ?起始點(diǎn)的尋找一般遵守從上到下、從左到右的原則。 ?當(dāng)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有記錄過(guò)的點(diǎn)且數(shù)值也不為零時(shí)，就是這一條線或邊界的起點(diǎn)，記下該地物的特征碼和行列號(hào)；然后按 順時(shí)針 方向?qū)ふ?，找到相鄰的等值點(diǎn)，并按八個(gè)方向編碼。 ?如遇到不能閉合的線段，結(jié)束后可返回到起始點(diǎn)再開(kāi)始尋找下一個(gè)線段。 ?已記錄過(guò)的柵格單元，可將屬性代碼置零，以免重復(fù)編碼。 2 8 5 0 0 0 2 0 0 0 0 0 8 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 5 5 0 2 0 5 5 5 5 5 0 2 0 5 5 5 5 5 2 0 0 0 5 5 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 （ 2）費(fèi)爾曼鏈碼 （邊界編碼） 特征碼 高程 起止行列 鏈 碼 2 100m 1， 4 4,5,4,5,5,4 5 200m 4， 7 2,4,4,6,5,6,7,0,2,2,1 7 0 1 6 2 5 4 3 4 5 4 5 4 5 4 2 4 4 6 5 6 7 0 2 2 1 （ 2）費(fèi)爾曼鏈碼 （邊界編碼） ? 優(yōu)缺點(diǎn)： 數(shù)據(jù)壓縮率強(qiáng)，便于計(jì)算 長(zhǎng)度 ， 面積 ，轉(zhuǎn)折方向的 凸凹度 ，易于儲(chǔ)存。 但難于實(shí)現(xiàn)疊置運(yùn)算，不便于合并插入操作。對(duì)局部改動(dòng)涉及到整體結(jié)構(gòu)。 適于對(duì)曲線和邊界進(jìn)行編碼。 （ 2）費(fèi)爾曼鏈碼 （邊界編碼） （ 3）游程（行程）編碼 基本思路： 對(duì)一個(gè)柵格圖形，常常有行（列）方向上相鄰的若干柵格單元具有相同的屬性代碼，因而可采用某種方法壓縮那些 重復(fù)代碼 內(nèi)容。 編碼方案： 只是在各行（列）柵格單元的代碼發(fā)生變化時(shí)依次 記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù) 或 者記錄代碼發(fā)生變化的位置 。 （ 3）游程（行程）編碼 游程： 柵格數(shù)據(jù)矩陣中相鄰并屬性相同的柵格視為一游程，以游程為單位記錄數(shù)據(jù)。 2 2 2 8 8 0 0 0 5 8 8 8 8 7 7 0 第一行： 4個(gè)游程 第二行： 3個(gè)游程 適于對(duì)塊狀地物的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼 編碼方式： (gk， lk) gk— 柵格屬性值 lk — 游程終止列號(hào)或長(zhǎng)度 K=1,2,3,4… ..m(mn) 分為 游程終止編碼 和 游程長(zhǎng)度編碼 （ 3）游程（行程）編碼 0 4 4 7 7 7 7 7 4 4 4