第二讲：GIS数据与特征

1、矢量模式矢量模式 栅格模式栅格模式 真实世界真实世界所谓栅格数据是: 将制图区域的平面表象按一定的分解力作行和列的规则划分,就形成了一个阵列,其中每个栅格也称”像元”或”像素”.根据所表示的表像信息,各个像元可用不同的”灰度值”来表示,但每个像元被认为是内部一致的基本单元.换句话说:由平面表像对应位置上像元灰度值所组成的矩阵形式的数据就是栅格数据.1其它栅格图像的基本运算(1)栅格灰度值乘上或加上一个常数;(2)栅格灰度值求其正弦,余弦等,方根,对数,指数等;(3)将某些栅格灰度值置成常数等;(4)求一个栅格图像中元素灰度值之和;(5)找出一个栅格图像中元素灰度值最大和最小等;(6)求出两个栅

2、格图像对应灰度值的数量积;(7)将两层栅格图像对应灰度值比较,并把一个较大 的元素记录到结果栅格图像中;(8)进行”二值图像”处理等等.上海东方明珠电视塔上海东方明珠电视塔故宫故宫 矢量数据结构矢量数据结构 1 1 定义：定义： 矢量结构是通过矢量结构是通过记录坐标记录坐标的方式来表示点、线的方式来表示点、线、面等地理实体。、面等地理实体。 2 2 特点：定位明显，属性隐含。特点：定位明显，属性隐含。 3 3 获取方法：获取方法： (1) (1) 手工数字化法；手工数字化法； (2) (2) 手扶跟踪数字化法；手扶跟踪数字化法； (3) (3) 数据结构转换法。数据结构转换法。例如：道路作为单

3、一的栅格是不存在的，例如：道路作为单一的栅格是不存在的，栅格的值表达了路是一个实体。道路是被栅格的值表达了路是一个实体。道路是被具有道路属性值的一组栅格表达的。具有道路属性值的一组栅格表达的。数据文件像元1I坐标J坐标层1属性值层2属性值层N属性值像元2像元N数据文件层1像元1I坐标J坐标属性值层2层N像元2数据文件层1多边形1属性值像元1坐标像元N坐标层2层N多边形N节省空间节省空间形式简单形式简单方便制图方便制图 容易而有效地计算多边形的数量特征； 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树分级多，分辨率也高，而不需要表示的 细节部分则分级少，分辨率低。因而既可精确表示图形结构，又可减

4、少存储量。 直接栅格编码到四叉树编码及四叉树到简单栅格编码的转换比块式编码等其它压缩方法容易。 多边形中嵌套不同类型小多边形的表示较方便。 四叉树编码的优点四叉树编码的优点 四叉树编码的最大缺点是转换的不确定性，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓“空洞”这种结构存在，故越来越多的GIS工作者对四叉树结构很感兴趣。四叉树编码的缺点四叉树编码的缺点唯一标示码唯一标示码线标示码线标示码起始点起始点终止点终止点坐标对序列坐标对序列显示信息显示信息非几何属性非几何属性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

5、结构编码法拓扑结构编码法由多边形边界的由多边形边界的x,y坐标队集合及说明坐标队集合及说明信息组成信息组成对所有边界点数字化，将坐对所有边界点数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系线索引与各多边形相联系形成完整的形成完整的拓扑结构拓扑结构 多边形P1和P2 , P1和P3 在空间上相邻接； 弧段L2，L3，和L5在空间上相邻接； 节点V1与V9, V9与V4等在空间上相邻接。 节点V9与弧段L3，L5，L6关联； 多边形P1与弧段L1，L2，L3，L6关联 多边形P1包含多边形P4 XY（0，0）JIx

6、minxmaxyminymaxXY 栅格与矢量模式的选择与转换栅格与矢量模式的选择与转换（2 2）点的栅格化点的栅格化 点的变换只要这个点落在某一个栅格中，就属于那个栅格单元，其行、列号I、J可由下式求出：I=1+INT（Ymax-Y）/YJ=1+INT（X-Xmin）/X式中INT表示取整函数。栅格点的值用点的属性表示。（3）线的栅格化如图所示， 设两个端点的行、列号已经求出，其行号为3和7，则中间网格的行号必为4、5、6。其网格中心线的Y坐标应为：Yi=Ymax-Y(I-1/2) 而与直线段交点的X坐标为： Xi=(X2-X1)/(Y2-Y1)(Yi-Y1)+X1 YX34567（X1，Y

7、1）（X2，Y2）栅格与矢量模式的选择与转换栅格与矢量模式的选择与转换（4）多边形（面域）栅格化左码记录法：要完成面域的栅格化，其首要前提是实现以多边形线段反映其周围面域的属性特征。目前一般采用的是左码记录法。其原理如图所示，有一闭合多边形，它将整个矩形面域分割成属性为1和0的两部分。转换的第一步工作即是要实现这个目标。ABCDEF01栅格与矢量模式的选择与转换栅格与矢量模式的选择与转换 第一步，从数字化数据的第一点开始依次记录每一点左边面域的属性值（面域外为0，面域内为1）。记录方法可由计算机自动完成，这样，每一个多边形数字化点便实现了“三值化”，即坐标值、线段自身属性值及左侧面域属性值。

8、第二步，对多边形每一条边，按以上所述的线段栅格化的方法进行转换，得到如图所示的数据组成。 栅格与矢量模式的选择与转换栅格与矢量模式的选择与转换第三步，节点处理，使节点的栅格值惟一而准确。第四步，排序，从第一行起逐行按列的先后顺序排序，这时，所得到的数据结构完全等同于栅格数据压缩编码的数据结构形式。 最后，展开为全栅格数据结构，完成由矢量数据系统向栅格数据系统转换如图所示。栅格与矢量模式的选择与转换栅格与矢量模式的选择与转换 栅格数据向矢量数据转换通常包括以下四个基本步骤：多边形边界提取采用高通滤波将栅格图像二值化，并经过细化标识边界点，如图所示二值化。线划图形扫描后产生栅格数据，这些数据是按从

9、0-255的灰度值量度的，设以G（i，j）表示，为了将这种256或128级不同的灰阶压缩到2两个灰阶，即0和1两级，首先要在最大和最小灰阶之间定义一个阙值，设阙值为T，则如果G（i，j）大于等于T，则记此栅格的值为1。如果G（i，j）小于T则记此栅格的值为0，得到一幅二值图，如图下图（a）。(a)(b)(c)(d)栅格与矢量模式的选择与转换栅格与矢量模式的选择与转换细化。细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线（对面状符号而言）位置的单个栅格的宽度，对于栅格线划的“细化”方法，可分为“剥皮法”和“骨架法”两大类。剥皮法的实质是从曲线的边缘开始，每次剥掉等于一个

10、栅格宽的一层，直到最后留下彼此连通的由栅格点组成的图形。因为一条线在不同位置可能有不同的宽度，故在剥皮过程中必须注意一个条件，即不允许剥去会导致曲线不连通的栅格。这是这一方法的关键所在。其解决方法是，借助一个在计算机中存储的，由待剥栅格为中心的33栅格组合图（下图）来决定。通过研究，其中只有格式2，3，4，5，10，11，12，16，21，24，28，33，34，35，38，42，43，46和50，可以将中心点剥去。这样，通过最多核查2568个栅格，便可确定中间栅格点保留或删除，直到最后得到经细化处理后应予保留的栅格系列 边界线追踪 边界线跟踪的目的就是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标如图所示。跟踪时，从图幅西北角开始，按顺时针或逆时针方向，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索，依次跟踪相邻点。并记录结点坐标，然后搜索闭曲线，直到完成全部栅格数据的矢量化，写入矢量数据库。拓扑关系生成对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。去除多余点及曲线圆滑居民地：包括单栋房屋、楼房和街区分层：居民地分层：居民地露天体育场、露天体育场、球场：球场：居民地旁边的文娱活动场地分层：露天体育场、球场分层：