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GIS 空间数据结构

第 3 章. GIS 空间数据结构. 北京建筑工程学院 王文宇 2006 年 8 月. 计算机中的地理信息. 地理坐标 直角坐标. 栅格结构 矢量结构. 空间信息. 两者通过序号或关键字段连接. 数字 代码. 属性信息或专题信息. 授课目录. 第一节 GIS数据结构基础 第二节 栅格数据结构 第三节 矢量数据结构. 第一节 GIS 数据结构基础. GIS数据结构基础. 数据结构. 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。 空间数据结构是指空间数据适合于计算机存贮、管理、处理的逻辑结构。

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Presentation Transcript

  1. 第3章 GIS空间数据结构 北京建筑工程学院 王文宇 2006年8月

  2. 计算机中的地理信息 地理坐标 直角坐标 栅格结构 矢量结构 • 空间信息 两者通过序号或关键字段连接 数字 代码 • 属性信息或专题信息

  3. 授课目录 第一节 GIS数据结构基础 第二节 栅格数据结构 第三节 矢量数据结构

  4. 第一节GIS数据结构基础 GIS数据结构基础

  5. 数据结构 • 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。 • 空间数据结构是指空间数据适合于计算机存贮、管理、处理的逻辑结构。 • 在GIS中，数据结构是系统完善的一个关键，它不仅决定了数据操作的效率，同时也影响了系统的灵活性和通用性。

  6. 数据、数据元素 • 1、数据 数据是客观事物的符号表示。 • 2、数据元素、数据项 数据元素是数据的基本单位，它也可以再由不可分割的数据项组成。

  7. 数据对象、数据结构 • 3、数据对象 是性质相同的数据元素的集合。如上例：一个班级的成绩表可以看作一个数据对象。 • 4、数据结构 • 定义一、数据元素集合（也可称数据对象）中各元素的关系。 • 定义二、相互之间存在特定关系的数据元素集合。

  8. 数据结构 • 数据结构的形式定义： 数据结构名称=（D，S） 其中D为数据元素的有限集，S是D上关系的有限集

  9. 数据结构的程序实现 • 例：上述成绩表数据用C语言的结构体数组classonestu[50]来存储： • struct stu {int stuno;/*数据项，也称stu位串中的一个子位串，或叫做数据域*/ char name[20];int maths;int language;int c_language;} classonestu[50];

  10. 程序基础--程序设计 #include <iostream.h> void main() { char a[15][4]={“6201001”,”张三”,”85”,”54”} ; char (*p)[4]=a; for(int i=0; i<3;i++) cout<<*p++<<endl; }

  11. 第二节 栅格数据结构 • 概念 • 误差分析 • 栅格数据压缩编码方案 • 栅格数据特点 • 栅格结构数据应用实例

  12. 栅格数据结构 • 栅格结构是将地理空间划分成若干行、若干列，称为一个象元阵列，其最小单元称为象元或象素。 • 每个象元的位置由行列号确定，其属性则以代码表示。 • 每个栅格单元只能存在一个值。 • 以栅格数据结构表示的地理空间关系称为图象(image)或格网(grid)。

  13. Image的表示方法 遥感数字图像是以二维数组来表示的.

  14. Image的表示方法 遥感图像按照波段数量分为: • 单波段数字图像:SPOT 的全色波段. • 多波段数字图像:TM的7个波段数据. 多波段数字图像的三种数据格式 • BSQ格式(Band sequential) • BIP格式(Band interleaved by pixel) • BIL格式(Band interleaved by line)

  15. 土壤类型 植被类型 B B 高程 B B 120 140 A B B B Ⅰ Ⅱ 栅格数据组织 BSQ 波段顺序存储 File 1: 土壤类型: A, B, … File 2: 植被类型:Ⅰ,Ⅱ, … File 3: 高程数据: 120, 140, … BIP 波段间像元交叉存储 Line: Pixel 1: A, I, 120 Pixel 2: B, II, 140 BIL 波段扫描线逐行交替纪录 Line 1: A, B, … I, II, … 120, 140, … Line 2: B, B, …

  16. image theme no symbolsin legend Grid themes VS image themes

  17. fill symbol and cell values are displayed inthe legend Grid themes VS image themes grid theme each cell has a numeric value_

  18. Grid themes • Grid themes are suited for representation of phenomena that vary gradually over space such as elevation, wind speed and direction, or slope

  19. c c ac距离: 7/4 (5) 面积: 7 (6) 5 3 4 a b b a 几何和属性偏差 几何偏差 属性偏差

  20. C A B 栅格数据的取值方法 百分比法 中心点法 面 积 占 优 重 要 性 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

  21. 中心点法 此法常用于具有连续渐变分布特性的要素，如地形 数字高程模型 DEM (Digital Terrain Modal)

  22. 6 7 5 4 0 3 1 1 2 3 4 5 6 7 8 2 1 A A A A R A A A 2 A A A R A A A A 3 A A A R A G G A 4 A A A R A G G A 5 A A R A G G G G NW NE SW SE 6 A R A A G G G A 7 A R A A G G G A 8 R A A A A A A A G G G G A G G A A G A A A 栅格数据结构：压缩编码方案 链式编码 起点行列号，单位矢量 R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3 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),… 四叉树编码

  23. 1.直接编码－无压缩编码 将栅格数据看着是一个数据矩阵，逐行或逐列逐个记录代码 5,5 A,A,B,B,B A,C,C,C,A D,C,C,A,A D,D,C,A,A D,D,A,A,A

  24. 2.链式编码（边界链码） 它是从某一起点开始用沿八个基本方向前进的单位矢量链来表示线状地物或多边形的边界。 N / 6 WN / 5 EN /7 W / 4 E / 0 WS / 3 ES / 1 S / 2 3,1,7,0,1,2,3,4,5,6 4,1,6,7,0,1,2,3,4,5

  25. 3.游程长度编码 • 所谓游程是指按行的顺序连续且属性值相同的若干栅格。 • 游程长度的记录方式有两种 ①记录每个游程起（迄）列号 ②记录每个游程象元数

  26. 3.游程长度编码 5，5 A，2，B，5 A，1，C，4，A，5 D，1，C，3，A，5 D，2，C，3，A，5 D，2，A，5 ① 逐行记录每个游程的迄点列号 ②记录每个游程象元数 5，5 2，A 3，B 1，A 3，C 1，A 1，D 2，C 2，A 5，5 A，2，B，3 A，1，C，3，A，1 D，1，C，2，A，2 D，2，C，1，A，2 D，2，A，3

  27. 4. 块式编码 • 块式编码是将游程扩大到两维情况，把多边形范围划分成若干具有同一属性的正方形，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（行列号）、半径和属性代码组成。

  28. M M R M M M M M M M R R M R M M M R R R R R R M M R R R R R R M M R R R R R R M M R R R R R R M M M R R R R R M M M M R R M M M 4. 块式编码 1，1，2，M；1，3，1，R；1，4，1，M；1，5，1，M；1，6，1，M；1，7，2，M 2，3，2，R；2，5，1，M；2，6，1，R 3，1，1，M；3，2，1，R；3，5，3，R；3，8，1，M 4，1，1，M；4，2，2，R; 4，4，1，R ； 4，8，1，M 5，1，1，M；5，4，1，R；5，8，1，M ……

  29. 5.四叉树编码 • 四叉树又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。 • 四分树将整个图像区域逐步分解为一系列方形区域，且每一个方形区域具有单一的属性。最小区域为一个象元。

  30. M M R M M M M M M M R R M R M M M R R R R R R M M R R R R R R M M R R R R R R M M R R R R R R M M M R R R R R M M M M R R M M M 5.四叉树编码 区域分割方法 1 2 3 4 5 6 7 8 M M R M M M M M 1 2 3 4 5 6 7 8 M M R R M R M M M R R R R R R M M R R R R R R M M R R R R R R M M R R R R R R M M M R R R R R M M M M R R M M M

  31. NW （0） NE （1） 000……001011000011 NW （2） SE （3） 属性编码 22位 路径 2n位 深度 4位 5.四叉树编码 在四叉树中，不能再分的结点称为叶子结点，可再分的结点称为树杈结点,记录每个叶子结点的地址和属性。 美国马里兰大学四叉树编码方法: 0层 3 1层 0 2 1 2层 20 23 21 22 3层 200 201 202 203 230 231 232 233 树杈结点 叶子结点

  32. 栅格编码小结 • 同样的数据可以有不同的编码方式，不影响结果的显示 • 象元越小，分辨率越高，图斑越精细 • 数据压缩编码方式可以自己定义 • 关于数据文件 行列数应正确，不能出现空行、空列 数据应在西文状态下输入，尤其是标点符号

  33. 三 栅格数据结构：特点 • 离散的量化栅格值表示空间对象 • 位置隐含,属性明显 • 几何和属性偏差 • 数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大 • 面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系

  34. 四、栅格结构数据应用实例 • 遥感图象处理 • 数字高程模型DEM与数字地形模型DTM Digital Elevation Model Digital Terrain Model

  35. 遥感图像的计算机分类

  36. 长江口三维地形 长江口三维地形

  37. 杭州湾三维地形

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