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1、精选优质文档-倾情为你奉上第二章 地理信息系统空间数据结构2.1地理空间数据及其特征【学时安排】1学时【目的要求】1、掌握地理信息系统的数据类型；2、理解地理信息系统的数据来源；3、掌握空间数据的特点。【重点难点】地理信息系统的数据类型与特征。【教学方法与手段】示例式教学方法，多媒体教学手段。一、GIS空间数据的来源与类型空间数据是GIS的核心，也有人称它是GIS的血液，因为GIS的操作对象是空间数据，因此设计和使用GIS的第一步工作就是根据系统的功能，获取所需要的空间数据，并创建空间数据库。1、地理数据的来源GIS中的数据来源和数据类型繁多，概括起来主要有以下几种来源:地图数据。来源于各种类
2、型的普通地图和专题地图，这些地图的内容丰富，图上实体间的空间关系直观，实体的类别或属性清晰，实测地形图还具有很高的精度，是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要的信息源。影像数据。主要来源于卫星遥感和航空遥感，包括多平台、多层面、多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据，构成多源海量数据，也是GIS的最有效的数据源之一。地形数据。来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型（DEM）和其他实测的地形数据等。属性数据。来源于各类调查报告、实测数据、文献资料、解译信息等。元数据。来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据，例如数据来源、数据权属
3、、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等。2、空间数据的类型空间数据根据表示对象的不同，又具体分为七种类型(图2-1)，它们各表示的具体内容如下:(1)类型数据。例如考古地点、道路线、土壤类型的分布等。(2)面域数据。例如随机多边形的中心点，行政区域界线、行政单元等。(3)网络数据。例如道路交点、街道、街区等。(4)样本数据。例如气象站、航线、野外样方分布区等。(5)曲面数据。例如高程点、等高线、等值区域等。(6)文本数据。例如地名、河流名称、区域名称等。(7)符号数据。例如点状符号、线状符号、面状符号(晕线)等。所有这些不同类型的数据都可以分为点、线、面三种不同的
4、图形，并可以分别采用x、y平面坐标，地理经纬度、，或者格网法表示。二、空间数据的基本特征要完整地描述空间实体或现象的状态，一般需要同时有空间数据和属性数据。如果要描述空间实体或的变化，则还需记录空间实体或现象在某一个时间的状态。所以，一般认为空间数据具有三个基本特征（图22）： 1、空间特征 表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示。图21 空间数据的类型和表示方法（据Jack Dangermond，1984）图2-2空间数据的基本特征2、属性特征 表示现象的特征，例如变量、分类、数量特征和名称等等。 3、时间特征 指现象或物体随时间的变化。
5、 位置数据和属性数据相对于时间来说，常常呈相互独立的变化，即在不同的时间，空间位置不变，但是属性类型可能已经发生变化，或者相反。因此，空间数据的管理是十分复杂的。有效的空间数据管理要求位置数据和非位置数据互相作为单独的变量存放，并分别采用不同的软件来处理这两类数据。这种数据组织方法，对于随时间而变化的数据，具有更大的灵活性。2.2空间数据结构的类型【学时安排】9学时【目的要求】1、掌握拓扑数据结构；2、掌握拓扑关系的类型；3、理解拓扑关系的意义；4、掌握栅格数据的表示及压缩方法；5、理解栅格模型与矢量模型的优缺点。【重点难点】栅格数据结构及压缩方法；拓扑数据结构。【教学方法与手段】示例式、启发
6、式教学方法，多媒体教学手段。对现实世界的数据表达可以采用矢量数据模型和栅格数据模型。那么，一旦数据模型确定，必须选择和该模型对应的数据结构来组织实体的数据，最后是选择适合于记录该数据结构的文件模式。图23 栅格数据结构与矢量数据结构数据结构一般分为基于矢量模型的数据结构和基于栅格模型的数据结构（如图23）。按照传统的观念，矢量和栅格似乎是两类完全不同性质的数据结构。矢量数据是面向地物的结构，即对于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以及目标之间的拓扑关系说明。但是矢量数据仅有一些离数点的坐标，在空间表达方面它没有直接建立位置与地物的关系，如多边形的中间区域是“洞”或“岛”，其间的任何一点并
7、没有与某个地物发生联系。与此相反，栅格数据是面向位置的结构，平面空间上的任何一点都直接联系到某一个或某一类地物。但对于某一个具体的目标又没有直接聚集所有信息，只能通过遍历栅格矩阵逐一寻找，它也不能完整地建立地物之间的拓扑关系。因而，从概念上形成了基于矢量和基于栅格两种类型的系统，分别用于不同的目的。目前，为了设计一种系统能用于多种目的，正在研制一种一体化的数据结构，该数据结构具有矢量和栅格两种结构的特性，称为矢量栅格一体化的数据结构。以下分别介绍上述三种不同类型的数据结构。一、矢量数据结构 基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。矢量也叫向量，数学上称“具有大小和方向的量”为向量。在计算机图
8、形中，相邻两结点间的弧段长度表示大小，弧段两端点的顺序表示方向，因此弧段也是一个直观的矢量。 矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体空间分布的一种数据组织方式。这种数据组织方式定位明显，属性隐含，能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。矢量数据结构的获取方法主要有：手工数字化法、手扶跟踪数字化法、数据结构转换法。矢量数据结构分为以下几种主要类型: 一）简单数据结构 在简单数据结构中，空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条
9、(Spaghetti)结构。 这种数据结构的主要特点是:(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数据编排直观，数字化操作简单。(2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次，造成数据冗余和不一致。(3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有拓扑数据，互相之间不关联。(4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。二）拓扑数据结构1、拓扑的基本概念拓扑数据结构包括DIME(对偶独立地图编码法)、POLYVRT(多边形转换器)、TICER(地理编码和参照系统的拓扑集成)等。它们共同的特点是:点是相互独立的，点连成线，线构成面。每条线始于起始结点(FN)，止于终止结点
10、(TN)，并与左右多边形(LP和RP)相邻接。构成多边形的线又称为链段或弧段，两条以上的弧段相交的点称为结点，由一条弧段组成的多边形称为岛，多边形图中不含岛的多边形称为简单多边形，表示单连通区域；含岛区的多边形称为复合多边形，表示复连通区域。在复连通区域中，包括有外边界和内边界，岛区多边形看作是复连通区域的内边界，复连通区域的内边界多边形对应的区域含有平面上的无穷远点。一幅地图要传输地理要素的有关区域信息，包括位置信息、属性信息和空间信息。表示要素之间的临接关系和包含关系，在地图上借助图形来识别和解释，在计算机中按拓扑结构加以定义。拓扑结构是明确定义空间结构关系的一种数学方法；在GIS中，用于
11、空间数据的组织、分析和应用在GIS中。为了真实反映地物，不仅包括实体的大小、形状及属性，而且要反映出实体之间的相互关系。例如：自然与行政的分区，各种空间类型的分布及交通网等，都存在结点、弧段和多边形之间的拓扑关系。该数据结构的基本元素如图2-4所示:N1，N2，N3，N4，N5为结点；a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7为弧段（链段）； P1，P2，P3，P4为面(多边形)。在这种数据结构中，弧段或链段是数据组织的基本对象。弧段文件由弧段记录组成，每个弧段记录包括弧段标识码、FN、TN、LP和RP。结点文件由结点记录组成，包括每个结点的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段标识码等。多边形文
12、件由多边形记录组成，包括多边形标识码、组成该多边形的弧段标识码以及相关属性等。2、空间数据的拓扑关系空间数据拓扑关系的表示方法主要有下述几种： 表21 多边形与弧段的拓扑关联表多边形号弧段号P1a1，a5，a6P2a2，a4，a5P3a3，a4，a6P4a7拓扑关联性。表示空间图形中不同类元素之间的拓扑关系。如结点、弧段及多边形之间的拓扑关系。如图24所示的图形，具有多边形和弧段之间的关联性：P1/ a1，a5，a6 ；P2/ a2，a4，a6等，也有弧段和结点之间的关联性： N1/ a1，a3，a5；N2/ a1，a6，a2等。即从图形的关联性出发，图24可用表21，表22，所示的关联表来表
13、示。 用关联表来表示图的优点是每条弧段所包含的坐标点只需存储一次，如果不考虑它们之间的关联性而以每个多边形的全部封闭弧段的坐标点来存储数据，不仅数据量大，还无法反应空间关系。 (2)拓扑邻接性。拓扑邻接性表示图形中同 表22弧段与结点的拓扑关联表弧段号起点终点坐标点a1N2N1a2N3N2a3N1N3a4N4N3a5N4N2a6N1N4a7N5N5类元素之间的拓扑关系。如多边形之间的邻接性、弧段之间的邻接性以及结点之间的邻接性(连通性)。由于弧段的走向是有方向的，因此，通常用弧段的左右多边形来表示并求出多边形的邻接性，如图24用弧段的左右多边形表示时，得到表23a。显然，同一弧段的左右多边形必
14、然邻接，从而得到如表23b所示的邻接矩阵表，表中值为1处，所对应多边形邻接。根据表2-3b整理得到多边形邻接性表，如表2-3c。 N1a1a2a5a6a4a7a3P1P3P2P4N4N3N5N2图24 拓扑数据结构P1P2P3P4P1110P2110P3111P4001表23 多边形之间的邻接性弧段号左多边形右多边形a1P1a2P2a3P3a4P3P2a5P2P1a6P3P1a7P4P3ba邻接多边形P1P2 P3P2P1 P3P3P1 P2 P4P4P3c同理，从图24可以得到如表24所示的弧段和结点之间的关系表。由于同一弧段上两个结点必相通，同一结点上的各弧段必相邻，所以分别得弧段之间邻接
15、矩阵和结点之间连通性矩阵如表25，表26所示。表24 弧段和结点之间的关系表 弧段起点终点a1N2N1a2N3N2a3N1N3a4N4N3a5N4N2a6N1 N4a7N5N5结点弧段N1a1，a3，a6N2a1，a2，a5N3a2，a3，a4N4a4，a5，a6N5a7表25 弧段之间的邻接性弧段a1a2a3a4a5a6a7a1110110a2111100a3111010a4011110a5110110a6101110a7000000表26 结点之间的连通性结点N1N2N3N4N5N11110N21110N31110N41110N50000(3)拓扑包含性。拓扑包含性是表示空间图形中，面状实
16、体所包含的其他面状实体或线状、点状实体的关系。面状实体中包含面状实体的情况又分三种，即:简单包含、多层包含和等价包含。如图25所示。图25 面状实体之间的包含关系图25a中多边形P1包含多边形P2；图25b中多边形P3包含在多边形P2中，而多边形P2、 P3又包含在多边形P1中；图25c中多边形P2、 P3都包含在多边形P1中，多边形P2、 P3对P1而言是等价包含。3、拓扑关系的意义空间数据的拓扑关系，对地理信息系统的数据处理和空间分析，具有重要的意义，因为:(1)根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体
17、之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化。(2)利用拓扑数据有利于空间要素的查询。例如应答像某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些；特别是野生生物学家可能想确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境作出评价等等，都需要利用拓扑数据。(3)可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。例如建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等等。三）矢量数据结构编码的方法1、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x，y坐标外还应存储其它一些与点
18、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等。点是空间上不可再分的地理实体，可以是具体的也可以是抽象的，如地物点、文本位置点或线段网络的结点等，如果点是一个与其它信息无关的符号，则记录时应包括符号类型、大小、方向等有关信息；如果点是文本实体，记录的数据应包括字符大小、字体、排列方式、比例、方向以及与其它非图形属性的联系方式等信息。对其它类型的点实体也应做相应的处理。图26说明了点实体的矢量数据结构的一种组织方式。2、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。最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。例如，线实体输出时可能
19、用实线或虚线描绘，这类信息属符号信息，它说明线实体的输出方式。虽然线实体并不是以虚线存储，仍可用虚线输出。弧、链是n个坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连续而又复杂的曲线。组成曲线的线元素越短，x，y坐标数量越多，就越逼近于一条复杂曲线，既要节省存储空间，又要求较为精确地描绘曲线，唯一的办法是增加数据处理工作量。亦即在线实体的纪录中加入一个指示字，当起动显示程序时，这个指示字告诉程序：需要数学内插函数(例如样条函数)加密数据点且与原来的点匹配。于是能在输出设备上得到较精确的曲线。不过，数据内插工作却图26点实体的矢量数据结构增加了。弧和链的存储记录中也要加入线的符号类型等信息。线的网络结构。简
20、单的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网和道路网分析中必不可少的信息。因此要在数据结构中建立指针系统才能让计算机在复杂的线网结构中逐线跟踪每一条线。指针的建立要以结点为基础。如建立水网中每条支流之间连接关系时必须使用这种指针系统。指针系统包括结点指向线的指针。每条从结点出发的线汇于结点处的角度等，从而完整地定义线网络的拓扑关系。如上所述，线实体主要用来表示线状地物(公路、水系、山脊线)、符号线和多边形边界，有时也称为“弧”、“链”、“串”等，其矢量编码包括的内容如图27所示。其中唯一标识是系统排列序号：线标识码可以标识线的类型；起始点和终止点可以用点号或直接用坐标表示；
21、显示信息是显示线的文本或符号等；与线相联的非几何属性可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找。3、面实体多边形(有时称为区域)数据是描述地理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，如行政区、土地类型、植被分布等；具有标量属性的有时也用等值线描述(如地形、降雨量等)。多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，由于要表达的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。线
22、实体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图27 线实体矢量编码的基本内容面实体编码主要有多边形环路法、树状索引法、双重独立式、链状双重独立式。1、多边形环路法由多边形边界的x,y坐标队集合及说明信息组成。如图28编码为：123456789101112131415P1P2P3图28 面实体矢量数据结构P1：x1，y1；x2，y2；x3，y3；x4，y4；x5，y5；x6，y6；P2：x7，y7；x8，y8；x9，y9；x10，y10；x11，y11；x5，y5；x6，y6P3：x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y152、 树状索引法树状索引法数据结构采
23、用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息，具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。树状索引结构消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比较繁琐，因而给邻域函数运算、消除无用边、处理岛状信息以及检查拓扑关系等带来一定的困难，而且两个编码表都要以人工方式建立，工作量大且容易出错。此外，这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件，这里不在列出。图29 多边形原始数据图210、211分
24、别为图29的多边形文件和线文件树状索引图。图210 线与多边形之间的树状索引图211 点与线之间的树状索引图212 多边形原始数据3、双重独立式这种数据结构最早是由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，简称为DIME(Dual lndependent Map Encoding)系统或双重独立式的地图编码法。它以城市街道为编码的主体。其特点是采用了拓扑编码结构。 双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。例如对图212所示的多边形数据，用双重独立数据结构表示如表28所示：表中的第一行表示线段a的方向是从节点1到节点8，其左侧面域为O，右侧
25、面域为A。在双重独立式数据结构中，节点与节点或者面域与面域之间为邻接关系，节点与线段或者面域与线段之间为关联关系。这种邻接和关联的关系称为拓朴关系。利用这种拓朴关系来组织数据，可以有效地进行数据存储正确性检查，同时便于对数据进行更新和检索。因为在这种数据结构中，当编码数据经过计算机编辑处理以后，面域单元的第一个始节点表28双重独立式（DIME）编码线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92应当和最后一个终节点相一致，而且当按照左侧面域或右侧面域来自动建立一个
26、指定的区域单元时，其空间点的坐标应当自行闭合。如果不能自行闭合，或者出现多余的线段，则表示数据存储或编码有错，这样就达到数据自动编辑的目的。例如，从上表中寻找右多边形为A的记录，则可以得到组成A多边形的线及结点如表29，通过这种方法可以自动形成面文件，并可以检查线文件数据的正确性。表29 自动生成的多边形A的线及结点线号起点终点左多边形右多边形a18OAi89CAn92BAb21OA此外，这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件，这里不在列出。4、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，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
27、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。图213 多边形原始数据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。多边形文件主要由多边形记录组成，包括多边形号、组成多边形的弧段号以及周长、面积、中心点坐标及有关“洞”的信息等，多边形文件也可以通过软件自动检索各有关弧段生成，并同时计算出多边形的周长和面积以及中心点的坐标，当多边形中含 有“洞”时则此“洞”的面积为负，并在总面积中减去，其组成的弧段号前也冠以负号；弧段文件主要有弧记录组成，存储弧段的起止结点号和弧段左右多边形号；弧段坐标文件由一系列点的位置坐标组成，一般从数字
28、化过程获取，数字化的顺序确定了这条链段的方向。结点文件由结点记录组成，存储每个结点的结点号、结点坐标及与该结点连接的弧段。结点文件一般通过软件自动生成，因为在数字化的过程中，由于数字化操作的误差，各弧段在同一结点处的坐标不可能完全一致，需要进行匹配处理。当其偏差在允许范围内时，可取同名结点的坐标平均值。如果偏差过大，则弧段需要重新数字化。对如图213所示的矢量数据，其链状双重独立式数据结构的多边形文件、弧段文件、表210 多边形文件多边形号弧段号周长面积中心点坐标Ah,b,aBg,f,c,h,-jCjDe,i,fEe,i,d,b弧段坐标文件见表210、211和212。表211 弧段文件弧段号起
29、始点终结点左多边形右多边形a51OAb85EAc168EBd195OEe1519ODf1516DBg115OBh81ABi1619DEj3131BC表212 弧段坐标文件弧段号点 号a5,4,3,2,1b8,7,6,5c16,17,8d19,18,5e15,23,22,21,20,19f15,16,g1,10,11,12,13,14,15h8,9,1i16,19j31,30,29,28,27,26,25,24,31二、栅格数据结构（一）简单栅格数据结构栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构(raster或grid cell)或象元结构(pixel)，是指将地球表面划分为大小均匀紧
30、密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。如图23所示，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物则用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。任何以面状分布的对象(土地利用、土壤类型、地势起伏、环境污染等)，都可以用栅格数据逼近。遥感影像就属于典型的栅格结构，每
31、个象元的数字表示影像的灰度等级。栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在网格文件的存贮结构中，在后面讲述栅格结构编码时可以看到，每个存贮单元的行列位置可以方便地根据其在文件中的记录位置得到，且行列坐标可以很容易地转为其他坐标系下的坐标。在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码，如果为属性的编码，则该编码可作为指向实体属性表的指针。由于栅格行列阵列容易为计算机存储、操作和显示，因此这种结构
32、容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎，许多系统都部分和全部采取了栅格结构，栅格结构的另一个优点是，特别适合于FORTRAN、BASIC等高级语言作文件或矩阵处理，这也是栅格结构易于为多数地理信息系统设计者接受的原因之一。 栅格结构数据主要可由四个途径得到，即 目读法：在专题图上均匀划分网格，逐个网格地决定其代码，最后形成栅格数字地图文件； 数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢量结构数据后，再转换为栅格结构； 扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样和再编码得到栅格数据文件； 分类影像输入：将经过
33、分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统，作为栅格数据结构的专题地图。1 2 2 20 1 2 21 3 2 20 1 2 21，2，2，2；0，1，2，2；1，3，2，2；0，1，2，2。 图26 直接栅格编码（a）逼近原始精度的方法是缩小单个栅格单元的面积，即增加栅格单元的总数，行列数也相应地增加。这样，每个栅格单元可代表更为精细的地面矩形单元，混合单元减少。混合类别和混合的面积都大大减小，可以大大提高量算的精度；接近真实的形态，表现更细小的地物类型。然而增加栅格个数、提高数据精度的同时也带来了一个严重的问题，那就是数据量的大幅度增加，数据冗余严重。为了解决这个难题，已发展了一系列栅格
34、数据压缩编码方法，如游程长度编码、块码和四叉树码等。（二）栅格数据的编码方法为减小栅格数据的存贮量，主要有以下几种不同的数据结构和编码方法：1、直接栅格编码直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录（如图26，图27所示），也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。0，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3
35、，3，3。0 2 2 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 5 5 52 2 2 2 3 3 5 5 0 0 2 3 3 3 5 5 0 0 3 3 3 3 5 3 0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0 3 3 3 图27 直接栅格编码（b）2、链式编码(Chain Codes)链式编码又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码。链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始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等八个
36、基本方向（如图28所示）。链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以07的整数代表。如图26 所示的线状地物，其链式编码为：1，1，1，3，1， 链式编码对线状和多边形的表示具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，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，类似矢量数据结构，比较适于存储图形数据。缺点是对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。图29 需要栅格化的多边形76543012图28 链式编码基本方向 3、游程
37、长度编码（run-length code） 游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法，它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行(或列)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，只在各行(或列)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，或逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码，从而实现数据的压缩。例如对图27所示的栅格数据，可按第一种方式沿行方向进行如下游程长度编码：( 0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，
38、2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。可按第二种方式沿列方向进行如下编码：( 1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。码 点A 23B 29A 32B 39D 43B 49D 54B 59D 64C 69D 74C 79D 84C 89D 94C 99码 长度 行A 10 0A 10 1A 4 2B
39、6 2A 3 3B 7 3D 4 4B 6 4D 5 5B 5 5D 5 6C 5 6D 5 7C 5 7D 5 8C 5 8D 5 9C 5 9变长编码值点编码图211 对图29的变长编码及值点编码0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 A A A A A A A A A A1 A A A A A A A A A A2 A A A A B B B B B B3 A A A B B B B B B B4 D D D D B B B B B B5 D D D D D B B B B B6 D D D D D C C C C C7 D D D D D C C C C C8 D D D D D C C C C C9 D D D D D C C C C C图210 对图29的直接栅格编码游程长度编码对图27只用了44个整数就可以表示，而如果用前述的直接编码却需要