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1、1 1、数据结构：、数据结构：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。对空间数据数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。空间数据结构基本上分为两大类：空间数据结构基本上分为两大类：矢量结构（矢量模型）矢量结构（矢量模型）栅格结构（栅格模型）栅格结构（栅格模型）4.54.5空间数据结构空间数据结构第1页/共80页常用的空间数据结构常用的空间数据结构XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn第2页/共80页常用的空间数据结构常用的空
2、间数据结构 矢量结构矢量结构 栅格结构栅格结构 第3页/共80页2 2、空间数据编码：、空间数据编码：是指在空间数据实现中，将空间实体按一定的数据结构，转换为适合于计算机存储是指在空间数据实现中，将空间实体按一定的数据结构，转换为适合于计算机存储和处理的数据的过程。因为空间数据包括矢量结构和栅格结构，所以，有矢量数据编和处理的数据的过程。因为空间数据包括矢量结构和栅格结构，所以，有矢量数据编码和栅格数据编码。码和栅格数据编码。空间实体空间实体抽象描述（点、线、面、体）抽象描述（点、线、面、体）按数据结构进行转换（数据编码）按数据结构进行转换（数据编码）计计算机处理的数据算机处理的数据4.54.
3、5空间数据结构空间数据结构第4页/共80页栅格图、位图栅格图、位图第5页/共80页嘉应学院地理科学与旅游学院嘉应学院地理科学与旅游学院省省ITIT重点实验室重点实验室GISGIS分室分室矢量图矢量图第6页/共80页第7页/共80页3、空间数据、空间数据的来源的来源地图数据地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源。遥感数据各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片），尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供现势性很强的数据。统计数据、实测数据及各种文字报告各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等。第8页/共80页4、空间数据、空间数据的类型的类型
4、1）类型）类型数据数据：居民点、交通线、土地类型分布等。：居民点、交通线、土地类型分布等。2）面）面域数据域数据：多边形中心点、行政区域界限和行政单元：多边形中心点、行政区域界限和行政单元3）网络）网络数据数据：道路交叉点、街道和街区等。：道路交叉点、街道和街区等。4）样本）样本数据数据：气象站、航线和野外样方的分布区等。：气象站、航线和野外样方的分布区等。5）曲面）曲面数据数据：高程点、等高线和等值区域。：高程点、等高线和等值区域。6）文本）文本数据数据：如地名、河流名和区域名称。：如地名、河流名和区域名称。7）符号）符号数据数据：点状符号、线状符号和面状符号等。：点状符号、线状符号和面状符
5、号等。第9页/共80页4.6 矢量数据结构与栅格数据结矢量数据结构与栅格数据结构构1、矢量数据结构矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式；是通过记录坐标的方式精确地表示点、线、面和体的位置。矢量方法强调离散现象的存在，将线离散为一串采样点的坐标串，面状区域由边界线确定。显著特点：定位明显，属性隐含。基本单位：坐标记录点第10页/共80页对几种实体用矢量数据结构表示：对几种实体用矢量数据结构表示：（1 1）点实体：用一对坐标对（）点实体：用一对坐标对（X,YX,Y）表示；）表示；（2 2）线实体：用一串有序的坐标对）线实体：用一串有序的坐
6、标对(X1,Y1(X1,Y1）,(Xn,Yn),(Xn,Yn)表示；表示；（3 3）面实体：由一串或几串有序的且首尾坐标相同的坐标对）面实体：由一串或几串有序的且首尾坐标相同的坐标对（X1,Y1X1,Y1）,(Xn,Yn),(Xn,Yn)及面标识表示。及面标识表示。第11页/共80页2、矢量数据的获取方式矢量数据的获取方式通常有：（1）由外业测量获得，可利用测量仪器自动记录测量成果（常称为电子手薄），然后转到地理数据库中。（2）由栅格数据转换获得，利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。（3）跟踪数字化，用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。由于栅格数据自动矢量化技术还不成熟
7、，人工跟踪数字化是当前获取矢量数据的最主要方法，但存在工作量大，数据获取困难等缺点。第12页/共80页（1 1）实体式（坐标序列法）实体式（坐标序列法）坐标表是与每一个基本的空间对象（点、线、坐标表是与每一个基本的空间对象（点、线、面）相联系的。即面）相联系的。即用坐标（用坐标（x x，y y）来表示每一个）来表示每一个基本空间对象基本空间对象。它不用拓扑属性，因而对地图的。它不用拓扑属性，因而对地图的遍历需要查找所有的空间坐标。遍历需要查找所有的空间坐标。（2 2）索引式）索引式 树状索引方式，其方法是：对所有边界点进行树状索引方式，其方法是：对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，
8、由点索引与数字化，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，边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，开成树状索引结构。开成树状索引结构。3 3、矢量数据结构的编码方式、矢量数据结构的编码方式第13页/共80页（3 3）拓扑结构编码）拓扑结构编码 在地理数据中建立拓扑关系，这种结构应包在地理数据中建立拓扑关系，这种结构应包括：括：惟一标识、多边形标识、外包多边形指针、惟一标识、多边形标识、外包多边形指针、邻接多边形指针、边界链接邻接多边形指针、边界链接等。采用拓扑结构编等。采用拓扑结构编码，可以较好地解决空间关系查询等问题，但增码，可以较好地解决空间关系查询等
9、问题，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。加了算法的复杂性和数据库的大小。首先在地理数据中建立拓扑关系的是美国人首先在地理数据中建立拓扑关系的是美国人口调查局建立的口调查局建立的双重独立地图编码系统双重独立地图编码系统（19801980年人口普查），简称年人口普查），简称DIMEDIME。其次是。其次是19901990年建立年建立的的综合综合拓扑地理编码参考拓扑地理编码参考系统系统（TIGERTIGER）。）。3 3、矢量数据结构的编码方式、矢量数据结构的编码方式第14页/共80页多边形矢量编码多边形环路法多边形环路法树状索引编码法树状索引编码法拓扑结构编码法拓扑结构编码法由多边形边界的x,y
10、坐标队集合及说明信息组成对所有边界点数字化，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完整的拓扑结构第15页/共80页1）多边形环路法123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3；x4，y4；x5，y5；x6，y6；P2x7，y7；x8，y8；x9，y9；x10，y10；x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15第16页/共80页2）树状索引法123456789101112131415P1P2P3P1P3P2561234561213141556789
11、1011第17页/共80页123456789101112131415P1P2P3点文件点号坐标 1 x1，y1 2 x2，y2 15 x15，y152）树状索引法第18页/共80页123456789101112131415P1P2P3线号起点终点点号 6 5 6,1,2,3,4,5 5 6 5,6 6 5 6,7,8,9,10,11,5 12 13 12,15,14,132）树状索引法5612345612131415567891011第19页/共80页123456789101112131415P1P2P3多边形文件多边形号边界线号 1 ，2 ，3 P1P3P22）树状索引法第20页/共80页3
12、）拓扑结构编码法第21页/共80页3）拓扑结构编码法第22页/共80页3）拓扑结构编码法第23页/共80页四、栅格数据结构n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理要素的非几何属性特征。其数据结构简单，定位存取性能好，可以与影像和DEM数据进行联合空间分析，数据共享容易实现，是地理信息系统重要的一种空间数据存储结构。又称为网格结构、像元结点。n显著特点：属性明显，定位隐含。n基本单位：网络单元（或称为像元）第24页/共80页1、栅格数据的图形表示栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式；栅格数
13、据结构是以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。换句话说，栅格数据结构就是像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码（见下页图）。第25页/共80页1）点实体）点实体：表示为一个像元；2）线实体）线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；3）面实体）面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。栅格数据的比例尺比例尺就是栅格(像元)的大小与地表相应单元的大小之比。栅格数据的图形表示第26页/共80页2、栅格数据组织、栅格数据组织由于地理信息具有多维结构，而栅格结构中赋予每一个栅格的属性值是
14、唯一的，这就要用多个栅格层数据多个栅格层数据来存储同一个地理区域的不同侧面信息（见下图）分层编排，一个层通常分层编排，一个层通常用一个属性特征代码用一个属性特征代码。多层栅格数据第27页/共80页空间数据分层的方法按专题分层按时间序列分层以地面垂直高度分层第28页/共80页分层的数据库概念第29页/共80页栅格地图的分层与叠合（据Aronoff）第30页/共80页如何在计算机中合理地组织这些栅格层数据以达到最优存储，空间如何在计算机中合理地组织这些栅格层数据以达到最优存储，空间最小，存取效率最高？如果每层像元的位置一一对应，则有最小，存取效率最高？如果每层像元的位置一一对应，则有3种可能的组种
15、可能的组织方式（见下页图）。织方式（见下页图）。第31页/共80页方法方法a：以像元为记录序列，不同层上同一像元位置上的各属性：以像元为记录序列，不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组。值表示为一个列数组。N层中只记录一层的像元位置，节约大量层中只记录一层的像元位置，节约大量存储空间，因为栅格个数很多。存储空间，因为栅格个数很多。栅格数据组织方法第32页/共80页方法b：每层每个像元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。栅格数据组织方法第33页/共80页方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各像元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元
16、的n个像元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。栅格数据组织方法第34页/共80页3、栅格数据的获取途径栅格数据的获取途径1）来自于遥感数据）来自于遥感数据通过遥感手段获得的数字图像就是一种栅格数据。它是遥感传感器在某个特定的时间、对一个区域地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段分光并量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。第35页/共80页2）来自于对图片的扫描通过扫描仪对地图或其它图件的扫描，可把资料转换为栅格形式的数据。具体为：扫描仪扫描专题图的图像数据得到每个像元的（行、列、颜色（灰度），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到每个像元的（行、列、属性），再
17、进行栅格编码、存贮，即得到该专题图的栅格数据。第36页/共80页3）由矢量数据转换而来通过运用矢量数据栅格化技术，把矢量数据转换成栅格数据。这种情况通常是为了有利于GIS中的某些操作，如叠加分析等，或者是为了有利于输出。4）由手工方法获取在专题图上均匀划分网格，逐个网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件。第37页/共80页4 4 4 4、栅格数据结构的表示、栅格数据结构的表示将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行(或逐列)记录代码，可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左。这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件栅格文件（见下图），且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，即行数
18、和列数。这样，具体的像元值就可连续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。由于地理数据往往有较强的相关性，也就是说相邻像元的值往往是相同的。因此，为了节省存储空间，需要进行栅格数据的压缩存储。栅格数据的表示第38页/共80页5、栅格结构编码方法、栅格结构编码方法（1）直接栅格编码（3）游程长度编码(Run_lengthEncoding)（5）四叉树编码(quarter_treeEncoding)（4）块码（2）链码(chainEncoding)第39页/共80页（1 1）直接栅格编码）直接栅格编码直直接接编编码码就就是是将将栅栅格格数数据据看看作作一一个个数数据据矩矩阵阵，逐逐行行（或或逐逐列列
19、）逐逐个个记记录录代代码码，可可以以每每行行从从左左到到右右逐逐像像元元记记录录，也也可可奇奇数数行行从从左左到到右右而而偶偶数数行行由由右右向向左左记记录录，为为了了特特定定的的目目的的还还可可采采用用其其他他特特殊殊的顺序。的顺序。02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；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，
20、0，0，3，3，3。第40页/共80页 链链式式编编码码主主要要是是记记录录线线状状地地物物和和面面状状地地物物的的边边界界。他他把把线线状状地地物物和和面面状状地地物物的的边边界界表表示示为为：由由某某一一起起始始点点开开始始并并按按某某些些基基本本方方向向确确定定的的单单位位矢矢量量链链。基基本本方方向向可可定定义义为为：东东0 0，东东南南l l，南南2 2，西西南南3 3，西西4 4，西西北北5 5，北北6 6，东北东北7 7等八个基本方向（如图所示）。等八个基本方向（如图所示）。（2 2）链码）链码76543012007 0 121 07 7 0 0第41页/共80页链码编码链码编码
21、：2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000链码编码示例链码编码示例 链式编码的前两个数字链式编码的前两个数字表示起点的行、列数，从第表示起点的行、列数，从第三个数字开始的每个数字表三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向，八个方示单位矢量的方向，八个方向以向以0 07 7的整数代表。的整数代表。第42页/共80页（3 3）游程长度编码）游程长度编码游游程程长长编编码码是是栅栅格格数数据据压压缩缩的的重重要要编编码码方方法法，它它的的基基本本思思路路是是：对对于于
22、一一幅幅栅栅格格图图像像，常常常常有有行行(或或列列)方方向向上上相相邻邻的的若若干干点点具具有有相相同同的的属属性性代代码码，因因而而可可采采取取某某种种方方法法压压缩缩那那些些重重复复的的记记录录内内容容。其其编编码码方方案案是是，只只在在各各行行(或或列列)数数据据的的代代码码发发生生变变化化时时依依次次记记录录该该代代码码以以及及相相同同代代码码重重复复的的个个数数，从从而而实实现现数据的压缩。数据的压缩。第43页/共80页0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿沿行方向行方向进行编码进行编码：(
23、0，1），），（2，2），（），（5，5）；（）；（2，5），），（5，3）；（）；（2，4），（），（3，2），），（5，2）；（）；（0，2），（），（2，1），），（3，3），（），（5，2）；（）；（0，2），），（3，4），（），（5，1），（），（3，1）；）；（0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。（3 3）游程长度编码）游程长度编码只只在在各各行行(或或列列)数数据据的的代代码码发发生生变变化化时时依依次次记记录录该该代代码以及相同代码重复的个数。码以及相同代码重复的个数。第44页/共80页022555552222
24、2555000003332222335500233355003333530003333300003333沿沿列方向列方向进行编码进行编码：(0，1），），（2，2），（），（0，5）；（）；（2，3），），（0，5）；（）；（2，4），（），（3，1），），（0，3）；（）；（5，1），（），（2，2），），（3，3），（），（0，2）；（）；（5，1），），（2，1），（），（3，5），（），（0，1）；）；（5，2），（），（3，6）；（）；（5，5），），（3，3）；（）；（5，4），（），（3，4）。）。（3 3）游程长度编码）游程长度编码只只在在各各行行(或或列列)数数据据的的代代码
25、码发发生生变变化化时时依依次次记记录录该该代代码以及相同代码重复的个数。码以及相同代码重复的个数。第45页/共80页（4 4）块码）块码采采用用方方形形区区域域作作为为记记录录单单元元，数数据据编编码码由由初初始始位置行列号加上半径位置行列号加上半径，再加上，再加上记录单元的代码记录单元的代码组成。组成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1，5 5），（），（1 1，5 5，1 1，5 5），），（
26、1 1，6 6，2 2，5 5），（），（1 1，8 8，1 1，5 5）；）；（2 2，1 1，1 1，2 2），（），（2 2，4 4，1 1，2 2），），（2 2，5 5，1 1，2 2），（），（2 2，8 8，1 1，5 5）；）；（3 3，1 1，1 1，2 2），（），（3 3，2 2，1 1，2 2）；）；（3 3，3 3，1 1，2 2），（），（3 3，4 4，1 1，2 2），），（3 3，5 5，2 2，3 3），（），（3 3，7 7，2 2，5 5）；）；（4 4，1 1，2 2，0 0），（），（4 4，3 3，1 1，2 2），），（4 4，4 4，1 1，3
27、 3）；（）；（5 5，3 3，1 1，3 3），），（5 5，4 4，2 2，3 3），（），（5 5，6 6，1 1，3 3），），（5 5，7 7，1 1，5 5），（），（5 5，8 8，1 1，3 3）；）；（6 6，1 1，3 3，0 0），（），（6 6，6 6，3 3，3 3）；）；（7 7，4 4，1 1，0 0），（），（7 7，5 5，1 1，3 3）；）；（8 8，4 4，1 1，0 0），（），（8 8，5 5，1 1，0 0）。）。第46页/共80页（5 5）四叉树编码）四叉树编码是是根根据据栅栅格格数数据据二二维维空空间间分分布布的的特特点点，将将空空间间区区域域
28、按按照照4 4个个象象限限进进行行递递归归分分割割（2 2n n22 n n，且且n1n1），直直到到子子象象限限的的数数值值单单调调为为止止，最最后后得得到到一一棵棵四四分分叉叉的倒向树。的倒向树。根结点：根结点：最上面的一个结点，它对应于整个图形。最上面的一个结点，它对应于整个图形。叶叶子子结结点点：不不能能再再分分的的结结点点，可可能能落落在在不不同同的的层层上。上。从从上上到到下下，从从左左到到右右为为叶叶子子结结点点编编号号，最最下下面面的一排数字表示各子区的代码。的一排数字表示各子区的代码。第47页/共80页0225555522222555000003332222335500233
29、3550033335300033333000033331112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022 232222022225255533355西南东南西北东北为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为图形必须为2n2 n的栅格阵列。的栅格阵列。n 为极限分割为极限分割次数，次数，n1是四叉树最大层数或最大高度。是四叉树最大层数或最大高度。第48页/共80页直接栅格编码：直接栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型简单直观，是压缩编
30、码方法的逻辑原型（栅格文件）；（栅格文件）；链码：链码：压缩效率较高，已接近矢量结构，对边界的运算压缩效率较高，已接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；微机地理信息系统采用；块码和四叉树编码：块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行
31、大量率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。6、栅格结构编码方法比较第49页/共80页7 7、矢量与栅格数据结构的比较、矢量与栅格数据结构的比较优点优点缺点缺点矢量矢量数据数据结构结构1.1.便于面向现象便于面向现象(土壤类、土土壤类、土地利用单元等地利用单元等)；2.2.数据结构紧凑、冗余度低；数据结构紧凑、冗余度低；3.3.有利于网络分析；有利于网络分析；4.4.图形显示质量好、精度高。图形显示质量好、精度高。1.1.数据结构复杂；数据结构复杂；2.2.软件与硬件的技术要求软件与硬件的技术要
32、求比较高；比较高；3.3.多边形叠合等分析比较多边形叠合等分析比较困难；困难；4.4.显示与绘图成本比较高。显示与绘图成本比较高。栅格栅格数据数据结构结构1.1.数据结构简单；数据结构简单；2.2.叠合分析和地理现象的模叠合分析和地理现象的模拟均比较容易；拟均比较容易；3.3.有利于与遥感数据的匹配有利于与遥感数据的匹配应用和分析；应用和分析；4.4.输出方法快速，成本比较输出方法快速，成本比较低廉。低廉。1.1.图形数据量大；图形数据量大；2.2.投影转换比较困难；投影转换比较困难；3.3.栅格地图的图形质量相栅格地图的图形质量相对较低；对较低；4.4.现象识别的效果不如矢现象识别的效果不如
33、矢量方法。量方法。第50页/共80页8、矢量、栅格数据结构的选择栅格结构：栅格结构：大范围小比例尺的自然资源、环境、大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。农林业等区域问题的研究。矢量结构：矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。公用事业管理等方面的应用。在在GIS建立过程中，应根据建立过程中，应根据应用目的应用目的和和应用应用特点特点、可能获得的、可能获得的数据精度数据精度以及地理信息系统以及地理信息系统软件和硬件软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。配置情况，选择合适的数据结构。第51页/共80页4.7 4.7 4.
34、7 4.7 空间数据结构的转换空间数据结构的转换空间数据结构的转换空间数据结构的转换一、由矢量向栅格的转换一、由矢量向栅格的转换 当数据采集采用矢量数据，而空间分析采用栅格数据时，需要将矢量数据当数据采集采用矢量数据，而空间分析采用栅格数据时，需要将矢量数据转换为栅格数据；转换为栅格数据；由矢量向栅格转换时，涉及到由矢量向栅格转换时，涉及到坐标转换坐标转换。这是因为矢量数据的坐标是平面。这是因为矢量数据的坐标是平面直角坐标，坐标起始点一般取图的左下方；栅格数据的基本坐标是行和列，直角坐标，坐标起始点一般取图的左下方；栅格数据的基本坐标是行和列，其坐标起始点是图的左上方。其坐标起始点是图的左上方
35、。第52页/共80页按实体类型：点的转换点坐标的转换，看位于哪个栅格单元线的转换直线转换的算法（直线生成的算法），DDA（数字微分分析法）法和Bresenham法面的转换内部点扩散法、扫描法、边填充算法第53页/共80页矢量数据向栅格转换图线的栅格化方法包括DDA法(数字微分分析法)和Bresenham算法。面(多边形)的栅格化方法有内部点扩散法、扫描法、边填充算法。第54页/共80页1、线的栅格化方法线是由多个直线段组成的，因此，线的栅格化的核心就是直线段如何由矢量数据转换为栅格数据。设直线段的两端点坐标转换到栅格数据的坐标系后为(xA,yA),(xB,yB)。则栅格化的两种常用方法为DDA
36、法(数字微分分析法)和Bresenham法。第55页/共80页2、面（多边形）的栅格化方法、面（多边形）的栅格化方法1）内部点扩散法）内部点扩散法由一个内部的种子点，向其由一个内部的种子点，向其4个方向的邻点扩散。判断新加入的点个方向的邻点扩散。判断新加入的点是否在多边形边界上，如果是，不作为种子点，否则当作新的种子是否在多边形边界上，如果是，不作为种子点，否则当作新的种子点，直到区域填满，无种子点为止。点，直到区域填满，无种子点为止。2）扫描法）扫描法如图如图4-5-6，按扫描线的顺序，计算多边形与扫描线的相交区间，按扫描线的顺序，计算多边形与扫描线的相交区间，再用相应的属性值填充这些区间，
37、即完成了多边形的栅格化。再用相应的属性值填充这些区间，即完成了多边形的栅格化。这种算法的缺点是这种算法的缺点是计算量较大计算量较大第57页/共80页3）边填充算法其其基本思想基本思想是：对于每一条扫描线和每条多边形边上的交点，将该是：对于每一条扫描线和每条多边形边上的交点，将该扫描线上交点右方的所有象素取原属性值之补。对多边形的每条边扫描线上交点右方的所有象素取原属性值之补。对多边形的每条边作此处理，多边形的方向任意。作此处理，多边形的方向任意。本算法的优点是本算法的优点是算法简单，缺点是对于复杂图形，每一象素可能被访问多次，增加了运算量。第58页/共80页二、由栅格向矢量的转换 当由栅格数据
38、分析的结果通过矢量绘图机输出，或者将栅格数据加入矢量数当由栅格数据分析的结果通过矢量绘图机输出，或者将栅格数据加入矢量数据库时，都需要将栅格数据转换为矢量数据；据库时，都需要将栅格数据转换为矢量数据；栅格数据到矢量数据转换的一般过程栅格数据到矢量数据转换的一般过程二值化、二值图像的预处理二值化、二值图像的预处理二值化、二值图像的预处理二值化、二值图像的预处理 、细化、细化、细化、细化、追踪、拓扑化追踪、拓扑化追踪、拓扑化追踪、拓扑化。图像的二值图像的二值化：将化：将图像上的像素点的灰度值设置为图像上的像素点的灰度值设置为0 0或或255255，也就是将整个，也就是将整个图像呈现出明显的只有黑和
39、白的视觉效果图像呈现出明显的只有黑和白的视觉效果。（全局、局部、局部自适应）。（全局、局部、局部自适应）第59页/共80页栅格数据向矢量转换图第60页/共80页栅格矢量化举例（栅格数据）第61页/共80页栅格矢量化得到的弧段数据第62页/共80页弧段数据自动生成多边形第63页/共80页地理信息系统中，不仅数据本身具有空间属性，系统的分析和应用也无不与地理环地理信息系统中，不仅数据本身具有空间属性，系统的分析和应用也无不与地理环境直接关联。系统的这一基本特征，深刻地影响着数据的结构、数据库的设计、分析境直接关联。系统的这一基本特征，深刻地影响着数据的结构、数据库的设计、分析算法和软件，以及系统的
40、输入和输出。算法和软件，以及系统的输入和输出。(GIS(GIS与与MISMIS的区别是什么？的区别是什么？)4.8 空间数据库（GIS数据库）第64页/共80页1、定义：是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总和。GIS数据库是指以特定的信息结构和数据模型（关系模型、面向对象模型等）表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。4.84.8空间数据库（空间数据库（GISGIS数据库）数据库）第65页/共80页2、GIS空间数据库的七个特点1）空间特征：是空间数据最主要的特征，一般需要建立空间索引。2）抽象特征：空间数据描述的
41、是真实世界所具有的综合特征，非常复杂，必须经过抽象处理。3）空间关系特征：拓扑数据方便空间数据查询和空间分析，但增加了空间数据的一致性和完整性维护的复杂性。4）多尺度和多态性：不同观察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情况下会有形态差异。4.84.8空间数据库（空间数据库（GISGIS数据库）数据库）第66页/共80页5）非结构化特征：空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录,不满足关系数据模型的范式要求。6）分类编码特征：一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码,一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。7）海量数据特征：数据量比一般的通
42、用数据库要大得多。在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应用通用的数据库的原理和方法；另一方面又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。第67页/共80页3、空间数据库管理系统 能够能够对物理介质上存储的地理空间数据进行对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻语义和逻辑上的定义辑上的定义，提供必须的空间，提供必须的空间数据查询、检索和存取数据查询、检索和存取功能；功能；能够空间数据进行有效的能够空间数据进行有效的维护和更新维护和更新的的一套软件一套软件系统（核系统（核心）心）。4、空间数据库应用系统 提供给用户访问和操作空间数据库的提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面用
43、户界面，是，是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的应应用软件用软件。一般需要进行二次开发。一般需要进行二次开发。一般由专业GIS软件提供第68页/共80页5、GIS空间数据库的主要管理方法缺点缺点：1 1）程程序序依依赖赖于于数数据据文文件件的的存存储储结结构构，数数据据文文件件修修改改时时，应应用用程程序序也也随之改变。随之改变。2 2）以文件形式共享以文件形式共享，当多个程序，当多个程序共享一数据文件时，文件的修改，共享一数据文件时，文件的修改，需得到所有应用的许可。需得到所有应用的许可。不能达到不能达到真正的共享真正的共享，即数据项
44、、记录项的，即数据项、记录项的共享。共享。GIS应用应用1空间、属性空间、属性数据文件数据文件1GIS应用应用2空间、属性空间、属性数据文件数据文件2空间、属性空间、属性数据文件数据文件3（1 1）基于文件管理的方式基于文件管理的方式第69页/共80页（2 2）文件与关系数据库混合管理系统双元模型GISGIS应用软件应用软件Arc/Info Arc/Info 图形用户界面图形用户界面ArcEdit属性用户界属性用户界面面Tables图形数据图形数据文件库文件库属性数据库属性数据库图形处理图形处理系统系统数据库管理数据库管理系统系统oidoid除除oid（内部码）（内部码）作为连接关键字以作为连
45、接关键字以外，几乎是两者独立地组织、管理和外，几乎是两者独立地组织、管理和检索。检索。属性数据属性数据oidoid图形数据图形数据1）图形与属性结合的各自分开处理）图形与属性结合的各自分开处理模式模式-早期系统早期系统:图形处理的用户界面和属性的用图形处理的用户界面和属性的用户界面是户界面是分开分开的，它们只是通过一个的，它们只是通过一个内部码连接。通常要同时启动两个系内部码连接。通常要同时启动两个系统，甚至两个系统统，甚至两个系统来回切换，不方便来回切换，不方便。几何图形几何图形:图形用户界面与图形文件处理图形用户界面与图形文件处理是一体的，是一体的，中间没有裂缝中间没有裂缝。属性数据属性数
46、据，则，则因系统和历史发展而异因系统和历史发展而异。第70页/共80页2）图形与属性结合的混合处理模式 GIS GIS 通过通过DBMSDBMS提供的高级编程提供的高级编程语言语言C C或或FortranFortran等接口，在等接口，在C C语言语言的环境下，的环境下，直接操纵属性数据，查直接操纵属性数据，查询属性数据库询属性数据库，并在，并在GISGIS的用户界的用户界面下，显示查询结果。面下，显示查询结果。在在ODBC(Open DataBase ODBC(Open DataBase Connectivity,Connectivity,开放式数据库互连开放式数据库互连)推出后，推出后，G
47、ISGIS软件商软件商只需开发只需开发GISGIS与与ODBCODBC的接口软件的接口软件，就可将属性数据，就可将属性数据与任何一个支持与任何一个支持ODBCODBC的的RDBMSRDBMS连接。连接。这样用户可在这样用户可在一个界面一个界面下处理图形下处理图形和属性数据。和属性数据。用户界面用户界面C C语言语言C C或或ODBCODBC图形处理图形处理数据库管理系统数据库管理系统图形数据文件库图形数据文件库属性数据库属性数据库 采用文件与采用文件与RDBMSRDBMS的混合管理模式中的混合管理模式中文件管理系统的功能较弱文件管理系统的功能较弱，特，特别是在别是在数据的安全性、一致性、完整性
48、、并发控制以及数据损坏后数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能的恢复方面缺少基本的功能。因而。因而GISGIS软件商需要寻找能同时管理图软件商需要寻找能同时管理图形和属性数据的商用形和属性数据的商用DBMSDBMS。第71页/共80页（3）全关系型GIS数据库管理系统分层模型 GIS GIS软件商在标准软件商在标准DBMSDBMS顶层开发一个顶层开发一个能容纳、管理空间数据的系统功能。能容纳、管理空间数据的系统功能。GISGIS应用应用扩展扩展DBMSDBMS以容以容纳空间数据纳空间数据商用商用DBMSDBMS空间和属性空间和属性数据库数据库代表软件代表软
49、件System 9,GeoViewSystem 9,GeoView等等用用RDBMS管理图形数据有管理图形数据有两种模式两种模式：a、基于关系模型的方式基于关系模型的方式，图形数据按关，图形数据按关系数据模型组织。由于涉及一系列关系系数据模型组织。由于涉及一系列关系连接连接运算，运算，费时费时。（如下页图示）（如下页图示）b、将图形数据的变长部分处理成、将图形数据的变长部分处理成BinaryBlock字段字段（多媒体或变长文本）。（多媒体或变长文本）。省去省去大量关系连接操作，但大量关系连接操作，但BinaryBlock的读的读写效率比定长的属性字段写效率比定长的属性字段慢得多慢得多，特别，特
50、别涉及对象的涉及对象的嵌套时，更慢嵌套时，更慢。第72页/共80页关系模型组织图形数据要要找出组成多边形的采样找出组成多边形的采样点坐标点坐标，涉及，涉及多个关系表多个关系表，作多次连接投影作多次连接投影运算。运算。多边形编号边号边长P1aP1bP1cP1dP1P2边号起结点号终结点号a17b21结点号xy1.2C CN N E E第73页/共80页（4）对象-关系数据库管理系统 DBMS DBMS软件商在软件商在RDBMSRDBMS中进行扩展，使中进行扩展，使之能之能直接存储和管理非结构化的空间数直接存储和管理非结构化的空间数据据，如，如Informix Informix 和和OracleO