空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與編碼演示文稿_第1頁
空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與編碼演示文稿_第2頁
空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與編碼演示文稿_第3頁
空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與編碼演示文稿_第4頁
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文檔簡介

空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與編碼演示文稿目前一頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點(優(yōu)選)空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與編碼目前二頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2、空間數(shù)據(jù)的編碼

目前三頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3、數(shù)據(jù)編碼的過程

目前四頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點4、空間物體的幾何類型

(1)點狀分布特征如城鎮(zhèn)、企事業(yè)單位、基地、氣象站、山峰、火山口等。(2)線狀分布特征河流、海岸線、鐵路、公路、地下管線,行政邊界等。(3)面狀分布特征如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等,通常稱多邊形。(4)體狀分布特征如高層建筑、水體、云體、山體、礦體等。總之,空間現(xiàn)象十分復雜,為此將其抽象到空間對象(目標)來表達空間實體。目前五頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3.2空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系

1、描述地理要素空間性的信息:幾何信息、拓撲信息幾何信息(理論基礎(chǔ)是幾何學geometry)用空間坐標的位置、方向、角度、距離、面積等信息描述物體的幾何形狀和數(shù)量特征;拓撲信息(理論基礎(chǔ)是拓撲學topology)用幾何關(guān)系的相連、相鄰、包含等信息描述物體元素之間的關(guān)系;目前六頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2、拓撲學中空間元素拓撲學是幾何學的一個分支,其基本元素:結(jié)點(NOD):弧段的交點。島結(jié)點是特殊結(jié)點。弧段(ARC):相鄰兩結(jié)點之間的坐標鏈。島邊界弧段是特殊弧段。多邊形(polygon)(圖斑或面):有限弧段組成的封閉區(qū)。關(guān)系的性質(zhì)可分為:相鄰、相連、相交、相離、相重、包含等。目前七頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點從拓撲角度看,幾何形狀不同的事物其拓撲關(guān)系可能相同

點之間拓撲關(guān)系(鄰接性)的描述面之間拓撲關(guān)系(鄰接性)的描述目前八頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3、空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系

1)拓撲的關(guān)聯(lián)性

表示不同類型元素(結(jié)點、弧段、多邊形)之間的關(guān)系

多邊形弧段號弧段號起點終點結(jié)點弧段

p1a1a5a6a1N2N1N1a1a3a5P2a2a4a6a2N2N3N2a1a2a6P3a3a4a5a3N3N1N3a2a3a4p4a7a4N3N4N4a4a5a6a5N1N4N5a7a6N4N2a7N5N5

a3N1a1a5p3N4p1N3a4P4a6N5a7p2a2N2目前九頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2)拓撲的鄰接性和連通性

表示同類型元素(結(jié)點、弧段、多邊形)之間的關(guān)系多邊形之間的鄰接性;弧段之間的鄰接性;結(jié)點之間的連通性p1p2p3p4a1a2a3a4a5a6a7N1N2N3N4N5

P1\110a1\110110N1\1110p21\11a21\11010N21\110p311\0a311\1100N311\10p4010\a4011\110N4111\0a51011\10N50000\a611011\0a7000000\多邊形鄰接矩陣弧段鄰接矩陣結(jié)點連通矩陣目前十頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3)拓撲的包含性

P1p2p2p1p3p1p3p2面的簡單包含面的多層包含面的等價包含面包含點面包含線線包含點目前十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

4)拓撲關(guān)系表(拓撲關(guān)系以關(guān)連表達最為重要)

關(guān)聯(lián)性相鄰(連)性相離性相交性包含性重合性點與點線與線面與面點與線點與面線與面目前十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3.3矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼

基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、矢量數(shù)據(jù)的特點

2、矢量數(shù)據(jù)的獲取目前十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3、無拓撲關(guān)系的矢量模型

無拓撲關(guān)系的矢量模型實質(zhì)上是面向?qū)嶓w的一種數(shù)據(jù)模型。它以單個的空間實體為數(shù)據(jù)組織和存儲的基本單位。它采用面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方式,每個對象有自己的特性、自己的行為。只記錄空間目標的位置坐標和屬性信息,不記錄空間拓撲關(guān)系。如采用坐標系列編碼。點目標(x,y)線目標(x1y1,x2y2,…….xnyn)面目標(x1y1,x2y2,…….xnyn,x1y1)具體實現(xiàn)形式可將點,線,面直接用空間坐標點數(shù)據(jù)表示;也可將坐標點組成文件,每個點給予一個點號,而點,線,面用點號數(shù)據(jù)表示。目前十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

無拓撲關(guān)系的矢量模型優(yōu)缺點:優(yōu)點:(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單,直觀,便于用戶接受;(2)便于系統(tǒng)的維護和更新。缺點:(1)數(shù)據(jù)余度大,如多邊形公共邊重復存儲,但沒有存儲多邊形之間的關(guān)系。相鄰多邊形易產(chǎn)生偽多邊形。解決的辦法是建立多邊形邊界表;(2)缺乏拓撲信息,如鄰域信息等,不便于拓撲分析(臨時建立拓撲關(guān)系);(3)對島處理能力差,無法建立外多邊形的關(guān)系。目前十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

1)GIS中建立拓撲關(guān)系的優(yōu)缺點優(yōu)點:(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊密、拓撲關(guān)系明確,便于空間數(shù)據(jù)的拓撲查詢和拓撲分析如網(wǎng)絡分析;(2)便于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享;缺點:(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜,不便于系統(tǒng)的維護和更新,如局部實體的變化要重建拓撲關(guān)系;(2)對單個實體的操作效率不高,如增加、刪除、修改一個實體時涉及一系列的文件和數(shù)據(jù)庫表格;(3)難以表達復雜的地理實體。4、拓撲關(guān)系的矢量模型目前十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2)拓撲關(guān)系的關(guān)聯(lián)表達

顯式表示

(a)多邊形、弧段、結(jié)點(自上到下)

多邊形弧段弧段結(jié)點

P1a4a5a6a1N1N2P2a1a8a5a2N2N4P3a3a6a7a3N4N5P4a2a7a8a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3(b)結(jié)點、弧段、多邊形結(jié)點弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6

弧段左多邊形右多邊形

a10P2a20p4a30p3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2目前十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點半顯式表示

弧段起結(jié)點終結(jié)點左多邊形右多邊形坐標

a1N1N20P2a2N2N40p4a3N4N50p3a4N1N5p10a5N1N3p2p1a6N3N6p3p1a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2。

目前十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點5、具有拓撲關(guān)系的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型例

1)點狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點狀地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較簡單。也可建立索引等。標識符坐標點屬性編碼注釋

目前十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

點實體標識符類型(簡單點、結(jié)點、文字說明)序列號坐標點(X,Y)相關(guān)屬性符號簡單點比例尺方向指針結(jié)點符號排列文字說明字體方向字符大小其它屬性目前二十頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2)線狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

線狀地物坐標點數(shù)據(jù)表

線標識符序號坐標系列點屬性編碼注釋線狀地物坐標索引表線標識符序號起點序號終點序號XminXmaxYminYmax目前二十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

3)鏈狀雙重獨立面狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)多邊形文件多邊形號弧段號周長面積

p1a4a5a6p2...(2)弧段索引文件弧段起結(jié)點終結(jié)點左多邊形右多邊形XminXmaxYminYmax

a1N1N20P2a2N2N40p4a3N4N50p3a4N1N5p10a5N1N3p2p1a6N3N6p3p1a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2(3)弧段坐標文件弧段號坐標點

a1x1y1,x2y2,….…….

目前二十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點6、拓撲關(guān)系的自動生成1)歐拉定理----用于檢驗拓撲關(guān)系歐拉定理認為a,n,P之間存在如下關(guān)系:

c=n-a+P;其中c為常數(shù)是多邊形圖的一個特征。C值為2;例1右圖實線部分n=2,a=3,p=3C=n-a+P=2–3+3=2例2加虛線上部分n=3,a=5,P=4,

C=3-5+4=2歐拉定理主要用于檢查點、線、面中是否存在多余或漏掉的圖形元素。目前二十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

2)拓撲關(guān)系的自動生成(1)點、線拓撲關(guān)系的生成在圖形采集和編輯中同時生成點、線拓撲關(guān)系弧段起結(jié)點終結(jié)點結(jié)點弧段

a1N1N2N1a1a2N2N3N2a1a2a3N2N4N3a2

弧段起結(jié)點終結(jié)點結(jié)點弧段

a1N1N2N1a1a2N2N3N2a1a2a3a3N2N4N3a2N4a3

a1a2a1a3a2N1N2N3N1N2N3N4目前二十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點(2)坐標鏈(弧段)的求交的方法弧段的包絡矩形:弧段坐標鏈中最大最小值XminYminXmaxYmax組成的矩形稱該弧段的包絡矩形;多邊形的包絡矩形:組成多邊形的所有坐標鏈中最大最小值組成的矩形稱該多邊形的包絡矩形;XminYminXmaxYmaxXmaxYmaxXminYmin目前二十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

(3)多邊形拓撲關(guān)系的生成多邊形通常分為獨立多邊形、帶島的多邊形、公共邊界多邊形及復合多邊形。其中最基礎(chǔ)的是具有公共邊界的多邊形。在建立多邊形拓撲關(guān)系之前,首先已建立了點、線拓撲關(guān)系。多邊形拓撲關(guān)系的生成的核心是自動生成每個多邊形有那些弧段組成,同時填入弧段的左右多邊形號,并生成如下兩個文件。多邊形弧段弧段左多邊形右多邊形

目前二十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點以結(jié)點為中心生成拓撲關(guān)系

以當前弧段結(jié)點為軸,按順時針(或逆時針)旋轉(zhuǎn),遇到第一個弧段即為當前弧段的后續(xù)弧段。連續(xù)以弧段的結(jié)點按順時針(或逆時針)搜索,可得到一閉合多邊形。經(jīng)拓撲學證明:如上搜索,當?shù)玫介]合多邊形的各弧段按順時針(或逆時針)排列時,此邊界為得到內(nèi)邊界(如島邊界);當?shù)玫介]合多邊形的各弧段按逆時針(或順時針)排列時,此邊界為外邊界。內(nèi)邊界是指該邊界圍成的區(qū)域其外圍是連通區(qū)域;外邊界是指該邊界圍成的區(qū)域其外圍是不連通區(qū)域。實際上島邊界數(shù)據(jù)的特殊性很易找出。目前二十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點(3)島的歸屬的判斷島的歸屬的判斷原則:(a)外邊界多邊形的包絡矩形必定包容內(nèi)邊界多邊形的包絡矩形,這是出現(xiàn)連通域的必要條件,但不是充分條件。(b)一個內(nèi)邊界多邊形只能對應一個連通域的外邊界多邊形。(c)閉合多邊形A對閉合多邊形B是包容性的判斷只要在B多邊形邊界上取一點,檢查該點是否在閉合多邊形A內(nèi)。AB目前二十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點(4)多邊形屬性的賦給前面已得到了組成各個多邊形的相應的弧段及其排列,為完成拓撲關(guān)系生成的全部工作,還要確定下面兩個問題。(a)多邊形內(nèi)點及屬性的賦給(b)左右多邊形的確定連續(xù)以弧段的結(jié)點按順時針(或逆時針)搜索,得到外邊界的閉合多邊形弧段以逆時針排列;內(nèi)邊界的閉合多邊形弧段以順時針排列,實際輸入弧段的方向可能同排列方向一致,也可能不一致;如兩者一致:該弧段所包含的多邊形內(nèi)點及屬性為左多邊形;如如兩者不一致:該弧段所包含的多邊形內(nèi)點及屬性為右多邊形。在此基礎(chǔ)上生成數(shù)據(jù)文件。順時針走包含右多邊形逆時針走包含左多邊形左多變形右多變形目前二十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

7、拓撲編輯拓撲編輯用來檢查生成拓撲關(guān)系的正確性,并進行編輯處理,主要問題有:1)重復輸入線的檢查出現(xiàn)很多小的偽多邊形。2)漏線段的檢查。出現(xiàn)懸線,多邊形不封閉。3)圖與屬性不一致檢查圖與屬性匹配檢查,并輸出不匹配處。4)邏輯關(guān)系的檢查歐拉定理檢查DIME檢查,以多邊形為例目前三十頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3.4柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其編碼一、柵格數(shù)據(jù)的特點目前三十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點二、柵格數(shù)據(jù)的獲取目前三十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點三、柵格數(shù)據(jù)的組織

數(shù)據(jù)的組織的目的是在計算機內(nèi)組織好數(shù)據(jù),使達到最優(yōu)的數(shù)據(jù)存取,最少的存儲空間,最短的處理時間。柵格數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)實質(zhì)是組織矩陣,使用行列號位置表示每個象元,位置值表示屬性或編碼值。其組織存儲通常有三種方法:。以象元為記錄序列。用數(shù)組來存不同圖層上同位置象元的屬性值。省空間。以層為單位,每層以象元為序記錄坐標及屬性值。簡單,量大、。以層為單位,每層以目標為序記錄坐標及屬性值。

象元1象元2..坐標x坐標y層1屬性值層2屬性值。。層1

象元1

坐標x

坐標y

屬性值象元2

。。層2.層1

目標1

屬性值象元1坐標象元2坐標

..

目標2

。。層2.可隱含地址值目前三十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

四、柵格數(shù)據(jù)的壓縮編碼

1、鏈式編碼-----線狀地物編碼目前三十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點

110030770000101222234443344466220042700122443456目前三十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2、游程編碼

對塊狀地物的柵格數(shù)據(jù)進行壓縮編碼

方式(gk,lk)游程終止編碼中g(shù)k柵格元素的屬性值lk游程的終止列號(0,1)(4,3)(7,8)(4,5)(7,8)(4,4)(8,6)(7,8)(0,2)(4,3)(8,6)(7,8)(0,2)(8,6)(7,7)(8,8)(0,3)(8,8)(0,4)(8,8)(0,5)(8,8)游程長度編碼中g(shù)k柵格元素的屬性值lk游程的連續(xù)長度。(0,1)(4,2)(7,5)(4,5)(7,3)(4,4)(8,2)(7,2)(0,2)(4,1)(8,3)(7,2)(0,2)(8,4)(7,1)(8,1)(0,3)(8,5)(0,4)(8,4)(0,5)(8,3)目前三十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點3、四叉樹編碼1)樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線性表結(jié)構(gòu)線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊列結(jié)構(gòu)棧結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)樹結(jié)構(gòu)非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)順序存儲結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)(存儲結(jié)構(gòu))非順序存儲結(jié)構(gòu)(鏈式存儲結(jié)構(gòu))在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中樹屬于非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。她是有一個或多個結(jié)點組成的有限集合T1,T2,T3TN,其中有一個是根結(jié)點,余下的被分成N個互不相交的集合,這些集合的每一個又都是樹,T1,T2,T3TN被稱為根的子樹。目前三十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點結(jié)點的度指每個結(jié)點的后繼結(jié)點;樹的度指所有結(jié)點度的最大值;結(jié)點的層次樹既具有遞歸結(jié)構(gòu),又的具有層次結(jié)構(gòu),即結(jié)點的層次數(shù)樹的深度(或高度)指所有結(jié)點層次的最大值一目前三十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點2)常規(guī)四叉樹四叉樹是指樹中的每個結(jié)點最多只有四棵子樹,即樹中任一結(jié)點的度數(shù)不的大于4。

主要用在數(shù)據(jù)索引,圖幅索引等。

目前三十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十七點常規(guī)四叉樹的其特點

(1)遞歸分割,可從上到下;

(2)除了記錄葉結(jié)點外,還要記錄中間結(jié)點。通常以指針來聯(lián)系結(jié)點之間的關(guān)系,包括前趨結(jié)點、后續(xù)結(jié)點(最多4個)、及本結(jié)點的屬性值。(3)常規(guī)四叉樹不僅要記錄每個結(jié)點,還要記錄結(jié)點的前趨結(jié)點和后續(xù)結(jié)點,以反映結(jié)點之間的聯(lián)系,存儲空間大,操作復雜(因為

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