地理信息课件：第3章+GIS的数据结构.PPT

1、http:/www.esrichina- 有位置，无方向、宽度和长度；有位置，无方向、宽度和长度； 抽象的点抽象的点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置 有长度，但无宽度和高度有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离度量实体距离香港城市道路网分布香港城市道路网分布 具有长和宽的目标具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形通常用来表示自然或人工的封闭多边形 一般分为连续面和不连续面一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）中国土地利用分布图（不连续面）连续变化曲面

2、连续变化曲面：如地形：如地形起伏，整个曲面在空间起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。上曲率变化连续。不连续变化曲面不连续变化曲面：如土壤、：如土壤、森林、草原、土地利用等，森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。面的内部是同质的。有长、宽、高的目标有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标建筑、矿体等三维目标香港理工大学校园建筑香港理工大学校园建筑 来源于地形等高线图的数字化，已建立的数来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型字高程模型(DEM)和其他实测的地形数据等。和其

3、他实测的地形数据等。 来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的和总结得到的有关数据的数据有关数据的数据，例如数据来源、，例如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据数据权属、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。分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等。类型数据类型数据：居民点、交通线、土地类型分布等：居民点、交通线、土地类型分布等面域数据面域数据：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网络数据网络数据：道路交叉点、街道和街区等：道路交叉点、街道和街区等样本数据样本数据：气象

4、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曲面数据曲面数据 ：高程点、等高线和等值区域：高程点、等高线和等值区域文本数据文本数据：如地名、河流名和区域名称：如地名、河流名和区域名称符号数据符号数据：点状符号、线状符号和面状符号等：点状符号、线状符号和面状符号等图象数据图象数据：航空、航天图象，野外摄影照片等：航空、航天图象，野外摄影照片等多媒体数据多媒体数据：音频数据、视频数据：音频数据、视频数据拓扑邻接拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。元素之间的拓扑关系。拓扑关联拓扑关联： 元素之间的拓扑关系元素之间的拓扑关系。拓扑包含拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。元素之间的拓扑关系。不

5、不 同同 类类同同 类类同类不同级同类不同级基本的拓扑关系基本的拓扑关系N11256473P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接拓扑邻接：N1/ /N2 , ,N1/ /N3 , ,N1/ /N4 ; ;P1/ /P3 ; ;P2/ /P3拓扑关联拓扑关联：N1/ /1、3 、6 ；P1/ /1、5 、6 拓扑包含拓扑包含：P3与与P4相邻相邻相交相交重合相离相离包含包含点点点点点点线线点点面面线线面面面面面面线线线线复杂的拓扑关系复杂的拓扑关系（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离标和距离（2）利于空间要素查询）利于空间要素查询（3）重建地

6、理实体）重建地理实体面域与弧段的拓扑关系面面 域域弧弧 段段P P1 1a, b, c, -ga, b, c, -gP P2 2b, d, fb, d, fP P3 3c, f, ec, f, eP P4 4g g结点与弧段的拓扑关系结点与弧段的拓扑关系结结 点点弧弧 段段A Aa, c, ea, c, eB Ba, d, ba, d, bC Cd, e, fd, e, fD Db, f, cb, f, cE Eg g 弧段与结点的拓扑关系弧段与结点的拓扑关系弧弧 段段结结 点点a aA , BA , Bb bB , DB , Dc cD , AD , Ad dB , CB , Ce eC ,

7、 AC , Af fC , DC , Dg gE , EE , E弧段与面域的拓扑关系弧段与面域的拓扑关系弧段弧段 左邻面左邻面 右邻面右邻面b bP2P2 P1 P1c cP3P3 P1 P1d dP0P0 P2 P2e eP0P0 P3 P3f fP3P3 P2 P2g gP1P1abcdefgACBDEP4P1P2P3- disjoint- inside- touch- equals- covers- overlapAA A BABABABABABABABABABAI, A的内部和的内部和B的内部的交，记作的内部的交，记作BA A的内部和的内部和B的边界的交，记作的边界的交，记作BA A

8、的内部和的内部和B的的外部外部的交，记作的交，记作BA A的边界和的边界和B的内部的交，记作的内部的交，记作 BA A的边界和的边界和B的边界的交，记作的边界的交，记作BA A的边界和的边界和B的的外部外部的交，记作的交，记作BA A的外部和的外部和B的内部的交，记作的内部的交，记作 BA A的外部和的外部和B的边界的交，记作的边界的交，记作BA A的外部和的外部和B的外部的交，记作的外部的交，记作BA 111100100111111111100100111100010001111011001111001001100110111111110100面与面面与面间有效间有效的拓扑的拓扑关系共关系共

9、有有8个个111100100101110100111110100100111100111101100101111100111111100100110101100100111100110111100111101100101111100111111111101101101111101111111101101101111111101111101111111线与面线与面间有效间有效的拓扑的拓扑关系共关系共有有19个个1111001001111001011011001101111001101001001111011001111111001111110011001110010011110011011010

10、01110111001110101001111111001111111101100111101101101101110111101110101101111111101111101010100线与线线与线间有效间有效的拓扑的拓扑关系共关系共有有33个，个，这里只这里只给出了给出了21个个 九交模型的缺点：九交模型的缺点： 九交模型中的外部太大。对于一个面积有限九交模型中的外部太大。对于一个面积有限的空间目标而言，它的外部是无限的。这导致的空间目标而言，它的外部是无限的。这导致任意两个目标的外部的交总是非空。任意两个目标的外部的交总是非空。ABABBA11110010011110010011110

11、0100C 外部的无限性，导致目标的外部与边界和内外部的无限性，导致目标的外部与边界和内部是线性相关的，使得外部在九交模型中的作部是线性相关的，使得外部在九交模型中的作用不是很明显。用不是很明显。 只能描述简单目标（不带洞而单一的实体）只能描述简单目标（不带洞而单一的实体）间的拓扑关系，而不能描述复杂目标（带洞或间的拓扑关系，而不能描述复杂目标（带洞或由几个分离目标组成的目标）间的拓扑关系。由几个分离目标组成的目标）间的拓扑关系。 空间数据的拓扑关系比较复杂，通过分析知道空间数据的拓扑关系比较复杂，通过分析知道，在这些拓扑关系中，在这些拓扑关系中有些关系要存储，有些关系有些关系要存储，有些关系

12、不必要存储不必要存储，而是在应用时，通过实时操作运算，而是在应用时，通过实时操作运算求解出来。求解出来。但通过操作运算求解拓扑关系所要计但通过操作运算求解拓扑关系所要计算工作量较大。算工作量较大。 欧几里德距离欧几里德距离 曼哈顿距离曼哈顿距离 时间距离时间距离 在相对较小的地理空间中，采用笛卡儿坐标系，定义地理在相对较小的地理空间中，采用笛卡儿坐标系，定义地理空间中所有点的集合，组成笛卡儿平面，记为空间中所有点的集合，组成笛卡儿平面，记为R2。在。在R2中，任中，任意两点（意两点（i i,i i）和（）和（j j,j j）间的）间的欧几里德距离欧几里德距离d（i，j）如下：如下： 地理空间中

13、所有点间的欧几里德距离函数组成度量空间地理空间中所有点间的欧几里德距离函数组成度量空间s。度量空间具有如下特点：度量空间具有如下特点： （1）如）如i和和j代表不同的点，则，代表不同的点，则，d(i，j)0的条件在欧几里的条件在欧几里德空间中总得到满足。德空间中总得到满足。 （2）对称性，即，）对称性，即，d(i，j) =d(j，i)。 （3）三角不等性，即，给定）三角不等性，即，给定s中的任意中的任意3个距离个距离m，n，l，则，则存在如下关系式：存在如下关系式： mnl22),(jijiyyxxjid 曼哈顿距离曼哈顿距离是指两点在南北方向上的距是指两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的

14、距离，即：离加上在东西方向上的距离，即： 曼哈顿距离又称为出租车距离。曼哈顿曼哈顿距离又称为出租车距离。曼哈顿距离的度量性质与欧氏距离的性质相同，保距离的度量性质与欧氏距离的性质相同，保持对称性和三角不等式成立。持对称性和三角不等式成立。 曼哈顿距离只适用于讨论具有规则布局曼哈顿距离只适用于讨论具有规则布局的城市街道的相关问题。的城市街道的相关问题。jijiyyxxjid),( 时间距离时间距离（旅行时间距离）是根据从空间中一（旅行时间距离）是根据从空间中一点到达另一点所需时间进行度量的。时间距离不具点到达另一点所需时间进行度量的。时间距离不具有前述欧几里德距离和曼哈顿距离的度量空间性质，有前

15、述欧几里德距离和曼哈顿距离的度量空间性质，即其对称性，三角形不等式不一定成立。即其对称性，三角形不等式不一定成立。 矢量和栅格结构矢量和栅格结构是计算机描述空间实体的两种是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。最基本的方式。 Yijx1 y1x2 y2xi yixn yn定位明显，属性隐含定位明显，属性隐含 点 （点 （ P o i n t ） ： 又 称 为 元 素又 称 为 元 素（Element），是一个数据点，具有），是一个数据点，具有一对（一对（x、y）坐标和至少一个属性。）坐标和至少一个属性。 线（线（Line）：是具有相同属性的点的是具有相同属性的点的轨迹，由一个坐标对序列表示，

16、坐标轨迹，由一个坐标对序列表示，坐标对顺序与线的开头有关，线上每个点对顺序与线的开头有关，线上每个点有不多于二个邻点。有不多于二个邻点。 面（面（Area）：是具有相同属性的点的是具有相同属性的点的轨迹，以（轨迹，以（x、y）坐标对的集合表示，）坐标对的集合表示，起点坐标与终点坐标相同，面内点具起点坐标与终点坐标相同，面内点具有至少一个相同属性。有至少一个相同属性。 区域（区域（Region）：空间上相邻或重叠空间上相邻或重叠的点、线、面要素可以按一定的地理的点、线、面要素可以按一定的地理意义组成区域。意义组成区域。(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePo

17、int(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)p 点目标点目标（x,y) p 线目标线目标 (x1y1,x2y2,.xnyn) p 面目标面目标 (x1y1,x2y2,.xnyn,x1y1)优点：优点：（1）数据结构简单，直观，便于用户接受；）数据结构简单，直观，便于用户接受；（2）便于系统的维护和更新。）便于系统的维护和更新。缺点：缺点：（1）数据冗余度大，如多边形公共边重复存储，但）数据冗余度大，如多边形公共边重复存储，但没有存储多边形之间的关系。相邻多边形易产生伪没有存储多边形之间的关系。相邻多边形易产生伪多边形。解决的办法是建立多边形边

18、界表；多边形。解决的办法是建立多边形边界表；（2）缺乏拓扑信息，如邻域信息等，不便于拓扑分）缺乏拓扑信息，如邻域信息等，不便于拓扑分析（临时建立拓扑关系）；析（临时建立拓扑关系）；（3）对岛处理能力差，无法建立外多边形的关系。）对岛处理能力差，无法建立外多边形的关系。起点起点终点终点中间点中间点弧段弧段1弧段弧段3弧段弧段2弧段弧段4点点:面面:弧弧: 双重独立地图编码，双重独立地图编码，简称简称DIME结构（结构（Dual Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查局。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是建立起来的为人口调查目的

19、而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。也可用于土地利用等多种信息系统的编辑和分析，的系统。也可用于土地利用等多种信息系统的编辑和分析，是是GIS发展早期使用的一种拓扑编码方式。发展早期使用的一种拓扑编码方式。 DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、这两个结点的线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、这两个结点的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。在这种

20、结在这种结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系，利邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系，利用这种拓扑关系来组织数据，可以有效地进行数据存储正确用这种拓扑关系来组织数据，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。性检查，同时便于对数据进行更新和检索。 曲面是指连续分布现象的覆盖表面，曲面是指连续分布现象的覆盖表面，具有这种覆盖具有这种覆盖表面的要

21、素有地形、降水量、温度、磁场等。表面的要素有地形、降水量、温度、磁场等。表示和存表示和存储这些要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的储这些要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，因此常采用不规则三角网来拟合连续分布现内插计算，因此常采用不规则三角网来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为象的覆盖表面，称为TIN(Triangulated Irregular Network)数据结构数据结构。 这种基于这种基于TIN的曲面数据结构，通常用于数字地形的的曲面数据结构，通常用于数字地形的表示，或者按照曲面要素的实测点分布，将它们连成三表示，或者按照曲面要素的实测点分布，将它们连成三角网，角

22、网，三角网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，三角网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证由最临近的点构成的三角形，即三角形的边长之并保证由最临近的点构成的三角形，即三角形的边长之和最小。和最小。在所有可能的三角网中，狄洛尼在所有可能的三角网中，狄洛尼(Delaunay)三三角网在地形拟合方面表现最为出色，因此常用于角网在地形拟合方面表现最为出色，因此常用于TIN的生的生成。成。泰森多边形（泰森多边形（Thiessen polygon）泰森多边形是荷兰气候学家泰森多边形是荷兰气候学家A.H.Thiessen提出的提出的一种计算区域降雨量的方法。在某个区域内雨量观一种计算区域降雨量的方法。在

23、某个区域内雨量观测站总是以孤立点散布的，测站总是以孤立点散布的，在地图上作所有相邻观在地图上作所有相邻观测点连线的垂直平分线，由这些平分线构成的包围测点连线的垂直平分线，由这些平分线构成的包围每个观测点的多边形就是所谓的泰森多边形。每个观测点的多边形就是所谓的泰森多边形。在泰在泰森多边形的边界上任取一点，到相邻两个观测点的森多边形的边界上任取一点，到相邻两个观测点的距离是相同的，距离是相同的，而多边形内的任意点到该多边形内而多边形内的任意点到该多边形内的观测点距离最近。的观测点距离最近。阜阳春运：车站吸引区划分阜阳春运：车站吸引区划分 基于基于Voronoi图的九交模型图的九交模型 每一个空间

24、对象的每一个空间对象的Voronoi图都可以被分成三部分，即图都可以被分成三部分，即Voronoi区域，空间对象的边界，空间对象的内部。区域，空间对象的边界，空间对象的内部。 V9I模模型用对象的型用对象的Voronoi区域代替九交模型中的外部，而对象的区域代替九交模型中的外部，而对象的边界和内部与九交模型保持一致。边界和内部与九交模型保持一致。V9I定义：定义： VVVVVVBABABABABABABABABA 若两个空间对象相邻时，若两个空间对象相邻时， 非空；若被其它目标隔开，非空；若被其它目标隔开，则则 为空，因而空为空，因而空V9I模型用可以区分相邻和相离两种模型用可以区分相邻和相离

25、两种拓扑关系，而拓扑关系，而9交模型把二者均描述为相离。交模型把二者均描述为相离。VVBA VVBA Real worldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagons点点线线面面栅格数据结构：坐标系与描述参数栅格数据结构：坐标系与描述参数Y：列：列X：行：行西南角格网坐标西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率格网分辨率 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

26、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 6 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 4 4 4 4 4 4 7 7 7 7 4 7 7 7 4 4 4 4 8 7 7 8 0 8 4 0 8 7 7 8 0 8 8 0 0 8 0 0 8 8 7 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 （a）点）点 （b）线）线 （c）面）

27、面SPOT XS 20m*20m 牡丹水庫牡丹水庫band G, R, IRA.OBC中心点中心点法法重要性重要性法法长度占优法长度占优法面积占优面积占优法法栅格结构数据中混合像元的处理栅格结构数据中混合像元的处理方案方案二二方案方案一一：缩小栅格单元的面积缩小栅格单元的面积0 1 2 3 colrow32100150 1 2 3 colrow32100150 1 2 3 colrow32100150150 1 2 3 colrow32100150 1 2 3 colrow32100150 1 2 3 col015row32100 1 2 3 col015row3210RowRow prime

28、SpiralPeanoGrayHilbertCantor/DiagonalSierpinski/Triangle0000444022288882222888824228888244288882440488804404488040044440直接栅格编码直接栅格编码链码链码(chain Encoding)游程长编码游程长编码(Run_length Encoding)四叉树编码四叉树编码(quad_tree Encoding) 直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行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，（或逐列）逐个记录代码，可以每行

29、从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的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。目的还可采用其他特殊的顺序。 0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 30，2，2，5，5，5，5，5；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

30、，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。由由起点位置起点位置和和一系列在基本方向的单位矢量一系列在基本方向的单位矢量给出每给出每个后续点相对其前继点的可能的个后续点相对其前继点的可能的8 8个基本方向之一表个基本方向之一表示。示。8 8个基本方向自个基本方向自0 0开始按逆时针方向代码分别开始按逆时针方向代码分别为为0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7。单位矢量的长度默认。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。为一个栅格单元。12345076001 0 767 01 1 0 0链码编码链码编码： 2，2 ，6 ，7，6，0，6，51234

31、50760 5 0 0 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 5 0 0 0 0 0 00 0 5 5 0 0 0 00 0 0 5 0 0 0 00 0 5 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0链码编码示例链码编码示例(1)只在各行（或列）数据的只在各行（或列）数据的属性属性发生变化时依次发生变化时依次记录该记录该属性属性以及相同以及相同属性重复的个数（游程编码）属性重复的个数（游程编码）；0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50

32、 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿沿行行方向进行编码方向进行编码：( 0，1），），（2，2），（），（5，5）；（）；（2，5），），（5，3）；（）；（2，4），（），（3，2），），（5，2）；（）；（0，2），（），（2，1），），（3，3），（），（5，2）；（）；（0，2），），（3，4），（），（5，1），（），（3，1）；）；（0，3），（），（3，5）；（）；（0，4），），（3，4）；（）；（0，5），（），（3，3）。）。（2）逐个记录各行（或列）逐个记录各行（或列）属性属性发生变化的位置和发生变化的位置和相应相应属

33、性属性。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3沿列方向进行编码沿列方向进行编码：( 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

34、，5），），（6，3）；（）；（1，5），（），（5，3）。）。 采用方形区域作为记录单元，数据编码由采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位初始位置行列号加上半径置行列号加上半径，再加上记录单元的，再加上记录单元的属性属性组成。组成。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3（1 1，1 1，1 1，0 0），（），（1 1，2 2，2 2，2 2），），（1 1，4 4，1 1，5 5），（）

35、，（1 1，5 5，1 1，5 5），），（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 3，3 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 3）；（）；（5 5，3 3，1 1

36、，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）。）。 是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照按照4个象限进行递归分割（个象限进行递归分割（2n2n，且，且n1），直），直到

37、子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同属性属性栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做根结点根结点，它对应于整个图形。不能再分的结点称为，它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子叶子结点结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶

38、子结点编号，最下面的一排数从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。字表示各子区的代码。 为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为必须为2n2n的栅格阵列。的栅格阵列。n 为极限分割次数，为极限分割次数，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。四叉树编码具有四叉树编码具有可变的分辨率可变的分辨率，并且有，并且有区域性质区域性质，压缩数据灵活，许多运算可以在编码数据上直接实压缩数据灵活，许多运算可以在编码数据上直接实现，大大地提高了运算效率，是优秀的栅格压缩编现，大大地提高了运算效率，是优秀的栅格

39、压缩编码之一。码之一。一幅一幅2n x 2n 栅格阵列的图用四叉树分割时，具有栅格阵列的图用四叉树分割时，具有的最大深度为的最大深度为n，即可分为，即可分为 0, 1 ,2 , 3 n 层层 四叉树的特点四叉树的特点例：一幅例：一幅23 23 的栅格阵列，它具有的最大深度的栅格阵列，它具有的最大深度为为3，可能层次分别为，可能层次分别为0，1，2，3。其中：第其中：第0层边长上的最大栅格数为层边长上的最大栅格数为2(3-0)8 第第1层边长上的最大栅格数为层边长上的最大栅格数为2(3-1)4 第第2层边长上的最大栅格数为层边长上的最大栅格数为2(3-2)2 第第3层边长上的最大栅格数为层边长上

40、的最大栅格数为2(3-3)10层1层2层3层（1）（2）（3）（4）（5）（6） （7）（8）（9） （10） （11） （12）（13）（14） （15） （16）（17） （18） （19）从上到下从上到下递递归分割归分割 ； 常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记录中间结常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记录中间结点。结点之间借助点。结点之间借助指针联系指针联系，每个结点需要用六个，每个结点需要用六个量表达，即四个叶结点指针、一个父结点指针和一量表达，即四个叶结点指针、一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据储存量，而且增加

41、了操作的复杂性。储存量，而且增加了操作的复杂性。在在GIS和图象处理中不用常规四叉树，而用线性四叉和图象处理中不用常规四叉树，而用线性四叉树。树。0 2 2 5 5 5 5 52 2 2 2 2 5 5 50 0 0 0 0 3 3 32 2 2 2 3 3 5 50 0 2 3 3 3 5 50 0 3 3 3 3 5 30 0 0 3 3 3 3 30 0 0 0 3 3 3 3 1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400 0 00 3 3 3 0 3 3 33 3 5 3 0 0 2 2 2 3 2 2 2

42、2 0 22 2 2 5 2 5 5 53 33 5 5西南东南西北东北 l线性四叉树同常规四叉树不同线性四叉树同常规四叉树不同线性四叉树同常规四叉树不同在于存储方式不同。线性四叉树同常规四叉树不同在于存储方式不同。在线性四叉树中只记录叶结点信息，如叶结点的在线性四叉树中只记录叶结点信息，如叶结点的位置、大小、格网值，不存储中间结点。位置、大小、格网值，不存储中间结点。线性四叉树中仅对叶结点信息进行编码，这种编线性四叉树中仅对叶结点信息进行编码，这种编码号称地址码码号称地址码(位置码），以表示它所处的位置。位置码），以表示它所处的位置。地址码隐含了叶结点的位置和深度信息。地址码隐含了叶结点的位

43、置和深度信息。0层1层2层3层（1）（2）（3）（4）（5）（6） （7）（8）（9） （10） （11） （12）（13）（14） （15） （16）（17） （18） （19）morton码的求解方法码的求解方法设十进制表示的行、列号在计算机内部的二进设十进制表示的行、列号在计算机内部的二进制数分别为制数分别为112211jijijijiMnnnn则十进制的则十进制的morton码实际上是码实际上是II、JJ的二进制的二进制交叉结合的结果，即交叉结合的结果，即)(),(121121jjjjJJiiiiIInnnn将得到的二进制数将得到的二进制数M转换为十进制数就可以得转换为十进制数就可以得

44、到相应的到相应的morton码了。码了。 I = 5 = 0 1 0 1 J = 7 = 0 1 1 1 Morton = 0 0 1 1 0 1 1 1 = (55)10MD码的计算实例码的计算实例例如，某栅格单元的行号例如，某栅格单元的行号 I=5，列号，列号 J=7， Morton码的计算如下图所示：码的计算如下图所示： （2）四叉树的十进制编码四叉树的十进制编码属性值属性值0 040 81120130141151160321361400440481490500510520560600位置码位置码000 001 010 011 100 101 110 111002 003 012 013

45、 102 103 112 113020 021 030 031 120 121 130 131022 023 032 033 122 123 132 133200 201 210 211 300 301 310 311202 203 212 213 302 303 312 313220 221 230 231 320 321 330 331222 223 232 233 322 323 332 333444454554 555541405505515400415 500510044054040 041 050 051 140 141 150 151004 005 014 015 104 105

46、 004 0050 12 374 5012345671234567I（X）K（Z）J（Y）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简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；型（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；算比较方便，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，十分适的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；合

47、于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辨率，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大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。法。1.数据存储量小数据存储量小2.空间位置精度高空间位置精度高3.空间关系描述全面，对线空间关系描述全面，对线状、网络状事物的分析方便状、网络状事物的分析方便4.空间和属性数据综合查询空间和属性数据综合查询与更新方便与更新方便5.普通地图可直接手工数字普通地图可直接手工数字化化1.数据结构简单数

48、据结构简单2.多种地图叠合分析方便多种地图叠合分析方便3.容易描述边界复杂、模糊容易描述边界复杂、模糊的事物，便于处理三维连续的事物，便于处理三维连续表面表面4.能直接处理数字图象信息能直接处理数字图象信息5.能直接用栅格状设备输出能直接用栅格状设备输出图形图形缺点缺点缺点缺点1.数据储存量大数据储存量大2.空间位置精度低空间位置精度低3.难以表达线状、网络难以表达线状、网络状的事物状的事物4.输出地图不美观输出地图不美观5.普通地图须按矢量方普通地图须按矢量方式数字化式数字化1.数据结构复杂数据结构复杂2.多种地图叠合分析较多种地图叠合分析较困难困难3.边界复杂模糊的事物边界复杂模糊的事物难

49、以描述难以描述4.不能直接处理数字图不能直接处理数字图象信息象信息根据用户需求，确定数据项目根据用户需求，确定数据项目根据数据项目，确定数据源根据数据项目，确定数据源数据分类和编码数据分类和编码确定数据模型和数据结构类型确定数据模型和数据结构类型数据输入与编辑操作数据输入与编辑操作地图分层地图分层1) 什么是元数据什么是元数据 元数据是元数据是“数据的数据数据的数据”，是关于数据和信息资，是关于数据和信息资源的描述信息，它描述数据的内容、质量、条件、源的描述信息，它描述数据的内容、质量、条件、和其它特征，使数据充分发挥作用，在实现数据共和其它特征，使数据充分发挥作用，在实现数据共享方面十分重要

50、。享方面十分重要。 空间元数据是各类空间数据描述的集合。空间元数据是各类空间数据描述的集合。 不同领域的数据库，元数据的内容会有很大的差不同领域的数据库，元数据的内容会有很大的差别，通过元数据可以检索访问数据库，有效利用计别，通过元数据可以检索访问数据库，有效利用计算机系统资源，对数据进行加工和二次开发。算机系统资源，对数据进行加工和二次开发。2) 空间数据元数据的分类空间数据元数据的分类3)空间数据元数据的内容空间数据元数据的内容4)空间数据元数据的应用空间数据元数据的应用(1)帮助用户获取数据帮助用户获取数据通过元数据，用户可了解空间数据库的一系列问题，通过元数据，用户可了解空间数据库的一