1、第三部分第三部分 数据模型数据模型及及结构结构认识地理现象的抽象过程认识地理现象的抽象过程章节安排3.1 地理空间数据的类型及特征地理空间数据的类型及特征3.2 空间数据数字表示流程空间数据数字表示流程 3.3 矢量数据模型矢量数据模型3.4 栅格数据模型栅格数据模型3.5 其它的数据模型其它的数据模型3.1 地理空间数据的类型地图数据地图数据影像数据影像数据地形数据地形数据属性数据属性数据元数据元数据3.2 空间数据数字表示流程 将空间数据抽象为不同的专题或层；将空间数据抽象为不同的专题或层；将一个专题的地理要素分解，成为点、线、面三种基本类将一个专题的地理要素分解，成为点、线、面三种基本类
2、型目标；型目标；将弧段作为存储的基本单位；将弧段作为存储的基本单位；每个存储单元基本内容包括：每个存储单元基本内容包括：定位数据定位数据属性数据属性数据拓扑数据拓扑数据对空间目标进行编码，赋予每个目标一个用户标识码；对空间目标进行编码，赋予每个目标一个用户标识码；弧段的图形数据（空间特征）和属性数据（属性特征）通弧段的图形数据（空间特征）和属性数据（属性特征）通过用户标识码进行链接。过用户标识码进行链接。层的定义及分层依据（93页）层：描述某一地理区域的某一属性特征或层：描述某一地理区域的某一属性特征或多个属性特征的数据集合。多个属性特征的数据集合。分层依据：分层依据：按专题按专题按时间序列按
3、时间序列按几何类型按几何类型按实体属性结构按实体属性结构空间数据组成层次图3.3 矢量数据模型矢量数据是怎样表示几何对象的？矢量数据是怎样表示几何对象的？在计算机处理中矢量数据是以什么数据结在计算机处理中矢量数据是以什么数据结构存储的？构存储的？高级对象是怎样表示地物的？高级对象是怎样表示地物的？什么是面向对象的数据模型？什么是面向对象的数据模型？一、矢量数据中几何对象的表示矢量数据模型中几何对象的种类矢量数据模型中几何对象的种类拓扑关系拓扑关系点对象定义：只有特定位置，没有长度的实体。定义：只有特定位置，没有长度的实体。实例实例:水井、水准点等。水井、水准点等。分类：分类：实体点：用于表示一
4、个实体；实体点：用于表示一个实体；注记点：用于定位注记；注记点：用于定位注记；内点：用于负载相应的多边形的属性；内点：用于负载相应的多边形的属性；结点：线的起点和终点；结点：线的起点和终点；节点：线或弧线的内部点。节点：线或弧线的内部点。矢量数据模型中几何对象的种类矢量数据模型中几何对象的种类线对象定义：有长度而没有面积的实体。定义：有长度而没有面积的实体。实例实例:道路、河流、行政区划等；道路、河流、行政区划等；分类：分类：线段：两点间的直线；线段：两点间的直线；弧段：相互连接无分支的线段；弧段：相互连接无分支的线段；链：有方向的线段或弧段。链：有方向的线段或弧段。特性：特性：长度：从起点到
5、终点的总长；长度：从起点到终点的总长；曲率：用于表示线状实体的弯曲程度；曲率：用于表示线状实体的弯曲程度；方向：有向线实体的方向。方向：有向线实体的方向。矢量数据模型中几何对象的种类矢量数据模型中几何对象的种类面对象定义：有界连续的二维对象。定义：有界连续的二维对象。实例实例:菜地、水体等。菜地、水体等。分类：分类：内面：内面：G多边形多边形空间特征：空间特征：面积：面状实体所占有的范围的大小；面积：面状实体所占有的范围的大小；周长：面状实体所占有区域的周长；周长：面状实体所占有区域的周长；独立或相邻：是独立存在，还是与其它面状实体相邻。独立或相邻：是独立存在，还是与其它面状实体相邻。岛或洞岛
6、或洞重叠：面状实体间是否有重叠。重叠：面状实体间是否有重叠。矢量数据模型中几何对象的种类矢量数据模型中几何对象的种类拓扑关系拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质。下仍保持不变的性质。表示模型：有向图表示模型：有向图点点有向线（弧线）有向线（弧线）最基本的拓扑关系关联关联不同拓扑元素之间的关系。如结点与不同拓扑元素之间的关系。如结点与链，链与多边形等。链，链与多边形等。邻接邻接相同拓扑元素之间的关系。如结点与相同拓扑元素之间的关系。如结点与结点，链与链，面与面等。邻接关系是借助于结点，链与链，面与面等。邻接关系是借助于不同类型的拓扑元素描述的
7、，如面通过链而邻不同类型的拓扑元素描述的，如面通过链而邻接。接。邻接矩阵11121314110101120010131000140110关联矩阵12345611-110100120-110-101310-100-114000-111基本几何体基本几何体与比较几何与比较几何体完全重合。体完全重合。条件：相同条件：相同维数。维数。重合关系空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系包含关系基本几何体基本几何体包含比较几包含比较几何体，是基何体，是基本几何体的本几何体的一部分。一部分。条件：不能条件：不能包含比自身包含比自身维数高的几维数高的几何体。何体。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系位于内部关系p基
8、 本 几 何 体基 本 几 何 体处 于 比 较 几处 于 比 较 几何体之内。何体之内。p条 件：不 可条 件：不 可能 位 于 比 自能 位 于 比 自身 维 数 低 的身 维 数 低 的几何体内。几何体内。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系相交关系两条线之间两条线之间存在交叉点。存在交叉点。多边形交叉多边形交叉被认为是重被认为是重叠关系。叠关系。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系相离关系基本几何体与比基本几何体与比较几何体无共享较几何体无共享点。点。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系重叠关系比较几何体覆比较几何体覆盖比较几何体。盖比较几何体。条件：必须是条件：必须是相同维数相同维数
9、。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系相切关系具有公共边或点。具有公共边或点。空间数据的拓扑关系空间数据的拓扑关系二、矢量数据结构简单的矢量数据结构简单的矢量数据结构无拓扑关系矢量数据模型无拓扑关系矢量数据模型拓扑矢量数据模型拓扑矢量数据模型高级对象高级对象1、无拓扑关系矢量数据模型定义：只记录空间目标的位置和属性信息，定义：只记录空间目标的位置和属性信息，不记录它的拓扑关系。不记录它的拓扑关系。分类：分类：多边形环路法：每个实体的坐标都独立存储，多边形环路法：每个实体的坐标都独立存储，毫不顾及相邻多边形、线、点等要素。毫不顾及相邻多边形、线、点等要素。点位字典法：建立公共边点位字典，消除独立
10、点位字典法：建立公共边点位字典，消除独立编码的局限性，实体要素由点序组成。编码的局限性，实体要素由点序组成。矢量数据结构矢量数据结构多边形环路法（多边形环路法（坐标序列法）坐标序列法）多边多边形形线段线段号号平面位置平面位置I1x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 x5,y5 x12,y12 2x5,y5 x12,y12 x10,y103x10,y10 x11,y11 x12,y12II2x5,y5 x12,y12 x10,y104x7,y7 x8,y8 x9,y9 x10,y105x5,y5 x6,y6 x7,y7III1234512345678910111212点位字典法点位字典
11、法无拓扑关系矢量数据模型无拓扑关系矢量数据模型多边形多边形线段号线段号平面位置平面位置I11，2，3，4，5，1225，12，10310，11，12II25，12，1047，8，9，1055，6，7无拓扑关系模型法的不足多边形环路法除了多边形轮廓外，其它公多边形环路法除了多边形轮廓外，其它公共边均获取和存储了两次，产生了数据冗共边均获取和存储了两次，产生了数据冗余，且易产生裂缝和重叠。余，且易产生裂缝和重叠。点位字典法虽然消除了环路法的缺陷，但点位字典法虽然消除了环路法的缺陷，但仍然没有建立多边形之间的拓扑关系。仍然没有建立多边形之间的拓扑关系。ArcView中非拓扑数据格式Shapefile
12、文件格式文件格式点：一对坐标点：一对坐标线：一系列坐标串线：一系列坐标串多边形：一系列的线多边形：一系列的线组成：组成：.shp文件：存储要素的几何学特征文件：存储要素的几何学特征.shx文件：存储要素几何学特征的索引文件：存储要素几何学特征的索引2、拓扑矢量数据模型数据文件格式：数据文件格式：coverage文件；文件；用途：主要用于空间分析，提高空间分析用途：主要用于空间分析，提高空间分析的计算效率。的计算效率。分类：分类：全显式表达全显式表达半隐含表达半隐含表达矢量数据结构矢量数据结构全显式表达全显式表达拓扑矢量数据模型拓扑矢量数据模型全显式表达全显式表达拓扑矢量数据模型拓扑矢量数据模型
13、ARC/INFO中的拓扑数据格式IDX,Y11(2,3)12(4,2)13(1,1)14(1,4)点对象文件点对象文件点点线线111,2,4122，3,5131,3,6144,5,6线对象文件线对象文件ARC/INFO中的拓扑矢量数据模型中的拓扑矢量数据模型弧段号弧段号始节点始节点到节点到节点111132111231312414115121461413弧段弧段-节点节点面对象文件面对象文件弧段号弧段号左多边左多边形形右多边右多边形形110102010231030410110251031026103101多边形号多边形号弧段号弧段号1011，4，61022，4，51033，5，6左右多边形清单左
14、右多边形清单多边形多边形/弧段弧段ARC/INFO中的拓扑矢量数据模型中的拓扑矢量数据模型shapefile 与coverage间的转换两者可以相互转换；两者可以相互转换；从从coverage 到到shapefile；从从shapefile到到coverage：需要建立拓扑关系，去掉重复的弧段；需要建立拓扑关系，去掉重复的弧段；如果存在拓扑错误，会出现要素丢失问题。如果存在拓扑错误，会出现要素丢失问题。拓扑矢量数据模型的特点有利于数据文件的组织；有利于数据文件的组织；减少数据冗余；减少数据冗余；为空间分析操作提供基础。为空间分析操作提供基础。3、高级对象不规则三角网不规则三角网区域区域动态分段
15、动态分段矢量数据结构矢量数据结构1）不规则三角网数据（TIN）主要用途：地形制图和分析；主要用途：地形制图和分析；基本思想：把地表抽象为一组互不重叠的基本思想：把地表抽象为一组互不重叠的三角面，每个三角面在三角面，每个三角面在TIN中都有一个恒定中都有一个恒定的倾斜度。的倾斜度。三角面的构造法：三角面的构造法：Delaunay三角测量。三角测量。Delaunay三角形：与某个点最近两个相邻三角形：与某个点最近两个相邻点连接以尽可能形成等角三角形的反复过点连接以尽可能形成等角三角形的反复过程。程。TIN数据的基本数据元素高程点高程点边界线边界线TIN数据的数据结构三角形编号；三角形编号；每个邻接
16、三角形的编号及数据文件；每个邻接三角形的编号及数据文件；数据文件列表显示点；数据文件列表显示点；边界；边界；每个高程点的每个高程点的x，y，z值。值。2）区域数据模型组成：组成：区域层区域层区域区域特点：特点：区域层可以重叠或涵盖相同的范围；区域层可以重叠或涵盖相同的范围；一个区域可以有分离或隔开的组分。一个区域可以有分离或隔开的组分。ARC/INFO中的区域数据区域层为一个多边形亚类；区域层为一个多边形亚类；每个区域亚类有自己的属性；每个区域亚类有自己的属性；以同一个多边形图层为基础的一系列区域以同一个多边形图层为基础的一系列区域层称为综合图层。层称为综合图层。示例：某个国家林地所建立的不同
17、年份的示例：某个国家林地所建立的不同年份的火情记录的综合图层，其中，每个火灾年火情记录的综合图层，其中，每个火灾年份或时期都是一个区域亚类。份或时期都是一个区域亚类。ARC/INFO中的区域数据的基本元素一个关于区域与弧段关系的文件一个关于区域与弧段关系的文件一个关于区域与多边形关系的文件一个关于区域与多边形关系的文件区域数据模型的文件结构区域号区域号多边形号多边形号1011110112102121021310214区域区域-多边形清单多边形清单区域数据模型的文件结构区域号区域号圈号圈号 弧段号弧段号1011110112102131021410225区域区域-弧段清单弧段清单3）动态分段数据模
18、型基本思想：联合图层与线性量测系统。基本思想：联合图层与线性量测系统。ARC/INFO中动态模型的基本元素：中动态模型的基本元素：区段（区段（section）路径（路径（routes）事件（事件（events）区段（section）指线图层的弧段和沿指线图层的弧段和沿弧段的位置。弧段的位置。路径路径链路号链路号弧段弧段链路号链路号始测度始测度到测度到测度始位置始位置到位置到位置BIKEPATHBIKEPATH-ID1704001001118401700100221917021008033区段表区段表路径（routes）是区段的集合。是区段的集合。BIKEPATHBIKEPATH-ID1109路
19、径表路径表事件（events）与路径相关联的属性与路径相关联的属性数据。数据。BIKEPATH-ID位置位置属性属性10940停车标志停车标志BIKEPATH-ID始始至至属性属性109100120悬崖悬崖点事件表点事件表线性事件表线性事件表动态分段数据模型的特点等级结构允许等级结构允许“一对多一对多”的关系；的关系；动态分段将现实世界位置与在区段表的线动态分段将现实世界位置与在区段表的线性测量结合起来；性测量结合起来；动态分段为使用分段的数据提供了更有效动态分段为使用分段的数据提供了更有效的方法。的方法。4、矢量数据的压缩方法目的：目的：删除冗余数据，减少数据的存贮量，节省存贮删除冗余数据，
20、减少数据的存贮量，节省存贮空间；空间；加快后继处理的速度。加快后继处理的速度。常用算法：常用算法：道格拉斯道格拉斯-普克法普克法垂距法垂距法光栏法光栏法1)道格拉斯-普克法(Douglas-Peucker)基本思想：基本思想：对每条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点对每条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点与直线的距离，并找出最大距离值与直线的距离，并找出最大距离值dmax；用用dmax与限差与限差D相比：相比：dmaxD第一步：第一步：道格拉斯-普克法dDdD第二步：第二步：道格拉斯-普克法第三步：第三步：道格拉斯-普克法2)垂距法 基本思想：基本思想：每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其
21、每次顺序取曲线上的三个点，计算中间点与其它两点连线的垂线距离它两点连线的垂线距离d，并与限差，并与限差D比较：比较：dD，则去掉中间点；，则去掉中间点；dD，则中间点保留，然后再取下三点，直到这条，则中间点保留，然后再取下三点，直到这条线结束。线结束。3)光栏法 基本思想：基本思想：定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇定义一个扇形区域，通过判断曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。设曲形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。设曲线上的点列为线上的点列为pi，I=1，2，n，光栏口，光栏口径为径为d(可根据需要自己定义可根据需要自己定义)，第一步连接连接P1和和P2点，过点，过P2作
22、一条垂直于作一条垂直于P1P2的直线，的直线，在该垂线上取两点在该垂线上取两点a1和和a2，使，使a1P2=a2P2=d/2；a1和和a2为为“光栏光栏”边界点，将边界点，将P1与与a1，P1与与a2的的两条连线为以两条连线为以P1为顶点的扇形的两条边，形成一为顶点的扇形的两条边，形成一个扇形；个扇形；所有通过所有通过p1并在扇形内的所有直线都满足这条性并在扇形内的所有直线都满足这条性质，即质，即P1P2各点到这些直线的垂距都小于各点到这些直线的垂距都小于d/2。光栏法光栏法第二步判断判断P3点是否在扇形内：点是否在扇形内：若在扇形内，舍去若在扇形内，舍去P2点，连接点，连接P1和和P3,接着
23、过接着过P3作作P1 P3的垂线，与前面定义的扇形边交于的垂线，与前面定义的扇形边交于c1和和c2。在垂线上找到。在垂线上找到b1和和b2点，点，P3 b1=P3 b2=d/2。若若b1或或b2点落在原扇形外面，则用点落在原扇形外面，则用c1或或c2取代。取代。例如例如,用用c2取代取代b2,此时用此时用P1 b1和和p1c2定义一个定义一个新的扇形，这是一个口径新的扇形，这是一个口径(b1c2)缩小了的缩小了的“光光栏栏”。光栏法光栏法第三步检查下一节点，若该点在新扇形内，重复检查下一节点，若该点在新扇形内，重复上一步，起到发现有一个节点在最新定义上一步，起到发现有一个节点在最新定义的扇形外
24、为止。的扇形外为止。光栏法光栏法第四步当发现在扇形外的节点，如图中的当发现在扇形外的节点，如图中的P4，此，此时保留时保留P3点；点；以以P3作为新起点，重复前三步，如此下去，作为新起点，重复前三步，如此下去，直到整个点列检测完为止。直到整个点列检测完为止。所有被保留的节点所有被保留的节点(含首、末点含首、末点)构成了简化构成了简化后的新点列。后的新点列。光栏法光栏法三种方法的比较 衡量尺度：衡量尺度：既能精确地表示数据，又能最大限度地淘汰不既能精确地表示数据，又能最大限度地淘汰不必要的点。必要的点。具体依据简化后曲线的总长度、总面积、坐标具体依据简化后曲线的总长度、总面积、坐标平均值与原始曲
25、线的相应的数据项对比来判断。平均值与原始曲线的相应的数据项对比来判断。比较结果大多数情况下道格拉斯大多数情况下道格拉斯普克法的压缩算普克法的压缩算法较好，但须对整条曲线数字化完成后才法较好，但须对整条曲线数字化完成后才能进行，且计算量较大；能进行，且计算量较大；光栏法的压缩算法也很好，并可在数字化光栏法的压缩算法也很好，并可在数字化时实时处理，计算量较小；时实时处理，计算量较小；垂距法算法最简单，速度快，但有时会将垂距法算法最简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点曲线的弯曲极值点P值去掉而失真。值去掉而失真。5、数据的几何变换定义：利用一套控制点和变换方程，将数字地图定义：利用一套控制点和变
26、换方程，将数字地图或图像从一种坐标系转换成另一种坐标系的过程。或图像从一种坐标系转换成另一种坐标系的过程。几何变换的方法：几何变换的方法：等积变换等积变换相似变换相似变换仿射变换仿射变换投影变换投影变换拓扑变换拓扑变换几何变换方法的比较等积：允许旋转长方形，保持形状和大小不变。相似：允许旋转长方形，形状不变，但不保证大小不变。仿射：允许长方形角度变形，但保持线的平行性。投影：允许角度和长度变形，使长方形变成不规则四边形。拓扑：保持对象的拓扑性质，但不保证形状不变，长方形变换成圆形。仿射变换最常用的变换最常用的变换:仿射变换：数字地图和卫星影像仿射变换：数字地图和卫星影像投影变换：航空相片投影变
27、换：航空相片仿射变换的基本条件：保持线条平行。仿射变换的基本条件：保持线条平行。变换操作：变换操作：旋转旋转平移平移倾斜倾斜不均匀缩放不均匀缩放几何变换几何变换仿射变换中的控制点变换目标：把控制点在数字化地图中的位置变换为目标：把控制点在数字化地图中的位置变换为在现实世界坐标。在现实世界坐标。变换公式：变换公式：仿射变换仿射变换FEyDxyCByAxxx、y:数字化单位x 、y :现实坐标仿射变换的几何意义仿射变换系数的几何意义方向的平移：在方向的平移：在YF)cos()sin()sin(X)sin()cos()cos(ttkSyEtSxDCttkSyBtSxA的反正切函数计算旋转角度：由：剪
28、切因子：旋转角度方向的比例尺变化：在方向的比例尺变化：在kktSyY,XSx3.4 栅格数据模型栅格数据类型栅格数据类型栅格数据结构栅格数据结构栅格数据的压缩栅格数据的压缩栅格数据文件栅格数据文件一、栅格数据类型卫星影像卫星影像数字高程模型数字高程模型数字正射影像数字正射影像二进制扫描文件二进制扫描文件数字栅格图形数字栅格图形图形文件图形文件1、卫星影像遥感卫星一个影像格式：栅格遥感卫星一个影像格式：栅格表示原理：表示原理：卫星影像像元值代表从地球表面反射或发射的卫星影像像元值代表从地球表面反射或发射的光能；光能；光能的量测基于光谱波段（电磁光谱）；光能的量测基于光谱波段（电磁光谱）；通过分析
29、像元值，影像处理系统从卫星影像中通过分析像元值，影像处理系统从卫星影像中提取各种专题的数据。提取各种专题的数据。栅格数据类型栅格数据类型2、数字高程模型数字高程模型：由等间隔海拔数据的排列数字高程模型：由等间隔海拔数据的排列组成。组成。DEM转换为栅格数据的方法：将以点为基转换为栅格数据的方法：将以点为基础的础的DEM数据通过将高程点置于格网单元数据通过将高程点置于格网单元中心。中心。栅格数据类型栅格数据类型3、数字正射影像来源：航片或其他遥感数据。来源：航片或其他遥感数据。特征：特征：已消除了相机镜头倾斜和地形起伏引起的位移；已消除了相机镜头倾斜和地形起伏引起的位移；以地理坐标作为参考坐标系
30、。以地理坐标作为参考坐标系。用途用途:数字正射影像将相片的影像特征与地图的几何特征结数字正射影像将相片的影像特征与地图的几何特征结合起来，可以作为数据显示和数字更新的理想背景。合起来，可以作为数据显示和数字更新的理想背景。栅格数据类型栅格数据类型4、二进制扫描文件定义：含数值定义：含数值0或或1的扫描图像。的扫描图像。例子：用于扫描数字化的扫描文件。例子：用于扫描数字化的扫描文件。栅格数据类型栅格数据类型5、数字栅格图形地形图的扫描图像。地形图的扫描图像。可以有多种颜色。可以有多种颜色。栅格数据类型栅格数据类型6、图形文件地图、照片和影像可存储为数字图形文件。地图、照片和影像可存储为数字图形文
31、件。常用的图形文件格式：常用的图形文件格式：TIFF（GeoTIFF）GIFJPEG栅格数据类型栅格数据类型二、栅格数据结构直接栅格编码直接栅格编码游程长度游程长度(行程行程)编码编码四叉树编码四叉树编码栅格数据存储方式表示一种属性：表示一种属性：多数采用一行一个记录，一幅图为一个文件。多数采用一行一个记录，一幅图为一个文件。表示多种属性：表示多种属性：独立文件方式；独立文件方式；联合矩阵方式；联合矩阵方式；多通道方式（遥感图像的记录方式）：多通道方式（遥感图像的记录方式）：BSQ波段顺序格式；波段顺序格式；BIL波段按行交叉格式；波段按行交叉格式；联合矩阵方式综合叠置方式综合叠置方式1122
32、21113344433ABBBCACCDDACCDDA1B1B2B2C2A1C1C1D3D3A4C4C4D3D3112221113344433122221334413344234442447757777联合叠置方式联合叠置方式1 1、直接栅格编码、直接栅格编码 v基本思想：将栅格数据看作一个数据矩阵，基本思想：将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行逐行(或逐列或逐列)记录代码，可以每行都从左记录代码，可以每行都从左到右记录，也可奇数行从左到右，偶数行到右记录，也可奇数行从左到右，偶数行从右到左。从右到左。v特点：处理方便，但没有压缩。特点：处理方便，但没有压缩。直接栅格编码例子直接栅格编码例子右图可
33、记为：右图可记为：111122111211221211111122121121221 11 11 11 12 22 21 11 11 12 21 11 12 22 21 12 22 2、游程长度、游程长度(行程行程)编码编码基本思想：按行扫描，将相邻等值的象元基本思想：按行扫描，将相邻等值的象元合并，并记录代码的重复个数。合并，并记录代码的重复个数。特点：特点：这种方法区域越大，数据的相关性越强，则压这种方法区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大；缩越大；压缩效率较高，叠加、合并等运算简单，编码压缩效率较高，叠加、合并等运算简单，编码和解码运算快。和解码运算快。行程编码例子行程编码例子如图的编
34、码为：如图的编码为：A4A1B3A2B2A2B2A5B3A2B2A2B2A AA AA AA AA AB BB BB BA AA AB BB BA AA AB BB B3 3、四叉树编码、四叉树编码基本思路：基本思路：将将2n 2n象元组成的图像象元组成的图像(不足的用背景不足的用背景补上补上)所构成的二维平面按四个象限进行递归分所构成的二维平面按四个象限进行递归分割，起到子象限的数值单调为止，最后得到一割，起到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树，该树最高为棵四分叉的倒向树，该树最高为n级。级。四叉树的分解过程（自上而下）四叉树的分解过程（自上而下）四叉树的分解过程四叉树的分解过
35、程四叉树的分解过程四叉树的分解过程四叉树的分解过程四叉树的分解过程四进制线性四叉树的编码过程（四进制线性四叉树的编码过程（1 1）编码方向：编码方向：四进制线性四叉树的编码过程（四进制线性四叉树的编码过程（2 2）四进制线性四叉树的编码过程（四进制线性四叉树的编码过程（3 3）四进制线性四叉树的编码过程（四进制线性四叉树的编码过程（4 4）四进制线性四叉树的编码过程（四进制线性四叉树的编码过程（5 5）优点：优点：压缩效率高，压缩效率高，压缩和解压缩较方便，阵列各压缩和解压缩较方便，阵列各部分的分辨率可不同，既可精确地表示图形结构，部分的分辨率可不同，既可精确地表示图形结构，又可减少存贮量，易
36、于进行大部分图形操作和运又可减少存贮量，易于进行大部分图形操作和运算。算。缺点：缺点：具有图形编码的不定性，同一形状和大小的具有图形编码的不定性，同一形状和大小的多边形可得出完全不同的四叉树结构。因此，不多边形可得出完全不同的四叉树结构。因此，不利于形状分析和模式识别。利于形状分析和模式识别。线性四叉树的特点线性四叉树的特点?思考题思考题 怎样用游程压缩编码对线性四叉树进怎样用游程压缩编码对线性四叉树进行进一步的压缩？行进一步的压缩？三、栅格数据的压缩分类：分类：无损压缩无损压缩(TIFF，GIF)有损压缩有损压缩(JPEG)多分辨率多分辨率无缝无缝图像数据库（图像数据库（MrSID）以不同的
37、分辨率恢复图像数据以不同的分辨率恢复图像数据在压缩大图像过程中可消除人为区域边界在压缩大图像过程中可消除人为区域边界四、栅格数据文件栅格数据文件中的头文件一般包含了以下几个方栅格数据文件中的头文件一般包含了以下几个方面的影像数据信息：面的影像数据信息：数据结构方法数据结构方法行列数行列数光谱波段数光谱波段数每个波段每一像元的比特数每个波段每一像元的比特数卫星影像的相关文件：卫星影像的相关文件：统计文件（统计文件（.stx）色彩文件（色彩文件（.clr）ARC/INFO中的栅格文件信息格网的面积范围格网的面积范围格网值的有关统计数据格网值的有关统计数据单元值和相同单元值的单元数单元值和相同单元值
38、的单元数格网单元大小的信息格网单元大小的信息分区因素分区因素压缩技术压缩技术格网中的第一片数据格网中的第一片数据空间检索信息空间检索信息3.5 其它的数据模型矢量栅格混合数据结构矢量栅格混合数据结构矢量栅格一体化结构矢量栅格一体化结构超图数据结构超图数据结构面向对象数据模型面向对象数据模型1、矢量栅格混合数据结构不改变矢量和栅格数据的数据结构，只将不改变矢量和栅格数据的数据结构，只将两者简单的组合起来应用；两者简单的组合起来应用；最简单的形式：最简单的形式：矢量和栅格数据不作任何特殊处理，分别用它矢量和栅格数据不作任何特殊处理，分别用它们各自的数据结构处理；们各自的数据结构处理；需要时将它们调
39、入内存，进行统一的显示、查需要时将它们调入内存，进行统一的显示、查询和分析；询和分析；两者互为背景层。两者互为背景层。2、矢量栅格一体化结构基本格网基本格网细分格网细分格网粗格网粗格网基本思想多级网格多级网格三个基本约定三个基本约定线性四叉树编码线性四叉树编码矢量栅格一体化结构矢量栅格一体化结构多级格网栅格特征粗格网：用于建立空间索引粗格网：用于建立空间索引基本格网基本格网细格网：提高了分辨率细格网：提高了分辨率矢量栅格一体化结构矢量栅格一体化结构三个约定矢量特征点：有空间位置没有形状和面积；点：有空间位置没有形状和面积；一个位置数据一个位置数据线：有形状，没有面积；线：有形状，没有面积；一一
40、组元子填满的路径组元子填满的路径面：有形状和面积。面：有形状和面积。边界线和内部区域边界线和内部区域矢量栅格一体化结构矢量栅格一体化结构线性四叉树编码点：用点：用Morton码代替了码代替了xy坐标；坐标；线：用线：用Morton码记录码记录原始采样的拐点原始采样的拐点线与基本格网的交点线与基本格网的交点面：用面：用Morton码记录码记录边界与一般的线目标相同边界与一般的线目标相同链指针记录多边形内部的栅格链指针记录多边形内部的栅格矢量栅格一体化结构矢量栅格一体化结构3、超图数据结构理论基础理论基础图论图论集合论集合论四种抽象的数据类型：四种抽象的数据类型：类别类别物体物体属性属性关系关系超
41、图传统图传统图G（V，X）的定义）的定义X中的元素是中的元素是V的二元子集的二元子集超图中超图中H（V，X）的定义）的定义设设V=v1，v2，vp是一个非空有限集，令是一个非空有限集，令X=（x1，x2，xq）是）是V的的q个子集的一个个子集的一个组，则称二元组组，则称二元组H（V，X）为一个超图。）为一个超图。超图数据结构超图数据结构超图中的边超图数据结构超图数据结构超图数据结构的基本概念集合论概念集合论概念超图数据结构术语超图数据结构术语超图的概念超图的概念集合集合类别类别边边元素元素物体物体超图的顶点超图的顶点性质性质属性属性边或顶点的值边或顶点的值联系联系关系关系被称为关系的一被称为关
42、系的一个弧的估值个弧的估值超图数据结构超图数据结构超图数据结构的基本单元类别：同类物体的集合，具有相同的某种类别：同类物体的集合，具有相同的某种性质并可能表示成相同的关系；性质并可能表示成相同的关系；类别的属性：由特殊顶点表示的评价值；类别的属性：由特殊顶点表示的评价值；类别的元素：即某个物体；类别的元素：即某个物体；物体的属性：类别属性的具体表现；物体的属性：类别属性的具体表现；类别间的层次联系类别间的层次联系物体间的层次联系物体间的层次联系超图数据结构超图数据结构用超图数据结构表示基本地理物体实例超图数据结构超图数据结构4、面向对象数据模型基本思想：用对象组织空间数据；基本思想：用对象组织
43、空间数据；对象分组的原则：对象分组的原则：联合联合(association)聚合聚合(aggregation)综合综合(generalization)例示例示(instantiation)特化特化(specialization)对象的分类形成等级结构对象的分类形成等级结构超级类超级类亚类亚类联合(association)定义：描述两种类型对象之间的关系；定义：描述两种类型对象之间的关系；例子：所有者和地块两种类型间的关系。例子：所有者和地块两种类型间的关系。对象分组的原则对象分组的原则聚合(aggregation)定义：整体定义：整体-局部关系的不对称联合；局部关系的不对称联合；例子：例子：多
44、个街区连接形成人口普查片；多个街区连接形成人口普查片；人口普查片连接形成县。人口普查片连接形成县。对象分组的原则对象分组的原则综合(generalization)定义：在对象中识别共同点，并将相似类定义：在对象中识别共同点，并将相似类型的对象组成较高级别类型；型的对象组成较高级别类型；例子：例子：将地块、分区和人口普查片组合成政区。将地块、分区和人口普查片组合成政区。对象分组的原则对象分组的原则例示(instantiation)定义：一类对象可由另一类对象中产生。定义：一类对象可由另一类对象中产生。例子：例子：人口密度大的住宅区对象可由住宅对象来生成。人口密度大的住宅区对象可由住宅对象来生成。
45、对象分组的原则对象分组的原则特化(specialization)定义：有一套规则区分出特定类型的对象。定义：有一套规则区分出特定类型的对象。例子：例子：根据平均交通量来划分道路类型。根据平均交通量来划分道路类型。对象分组的原则对象分组的原则面向对象数据模型在GIS中的应用引入面向对象的宏语言引入面向对象的宏语言ArcView中的中的AvenueMapInfo中的中的MapX面向对象程序语言在二次开发中的应用面向对象程序语言在二次开发中的应用面向对象模型在数据库模型中的应用面向对象模型在数据库模型中的应用ArcInfo8中的地理数据模型中的地理数据模型面向对象数据模型面向对象数据模型本章重要的概
46、念和术语图层图层面条模型面条模型拓扑关系矢量数据模型拓扑关系矢量数据模型扫描数字化扫描数字化数字化数字化几何变换几何变换仿射变换仿射变换本章要点回顾3.1 地理空间数据的类型及特征地理空间数据的类型及特征3.2 空间数据数字表示流程空间数据数字表示流程 3.3 矢量数据模型矢量数据模型3.4 矢量数据输入与数据编辑矢量数据输入与数据编辑3.5 栅格数据模型栅格数据模型3.6 属性数据的输入与管理属性数据的输入与管理3.7 其它的数据模型其它的数据模型课后应用练习在在AutoCAD中绘制一个数字化层，并将其中绘制一个数字化层，并将其单独存储为单独存储为.dxf文件格式；在文件格式；在ARC/INFO中中将其转换为一个将其转换为一个.cov文件，并显示之；文件，并显示之；在在ArcView中调用并显示相应的中调用并显示相应的TIN数据、数据、区域和动态分段的数据；区域和动态分段的数据；从互联网上下载数字地图；从互联网上下载数字地图；在在ArcView中作屏幕数字化。中作屏幕数字化。
