矢栅一体化数据模型

1、矢栅一体化数据模型 1.矢、栅优缺点： 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、农林业等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。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、公用事业：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。管理等方面的应用。 应根据应根据应用目的应用目的和和应用特点应用特点、可能获得的、可能获得的数据精数据精度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，选择合适的配置情况，选择合适的数据结构。数据结构。矢栅一体化数据模型 1.矢、栅优缺点： 优点 缺点矢量1、便于面向现象（

2、土壤类，土地利用单元等）2、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。4、 图形显示质量好，精度高。1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。 3、不能像数字图像那样做增强处理 4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。栅 格1、 结构简单，易数据交换。2、叠置分析和地理（能有效表达空可变性）现象模拟较易。3、利于与感遥数据的匹配应用和分析，便于图像处理。4、 输出快速，成本低廉。 1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。2、图形数据量大

3、，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。3、投影转换困难。4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。矢栅一体化数据模型 矢量、栅格数据各有优缺点： 矢量是面向目标组织数据的，而栅格是面向空间分布组织数据的。充分利用两者的优点，在同一系统中实现二者的集合或集成。两种方法： a.矢栅混合模型：栅格做背景，矢量分层加入。优点：简单实用；缺点：占大量空间。 b.矢栅一体化模型（矢栅集成模型）：1993龚健雅提出，采用多级格网方法、三个基本约定、线性四叉树编码。 将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来方法

4、结合起来，具体采用填满线状目标路径，具体采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。结构的基础。线状地物线状地物：除记录原始取样点外，还记录路：除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格。径所通过的栅格。面状地物面状地物：除记录它的多边形周边以外，还：除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。包括中间的面域栅格。一方面，它保留了矢量的全部性质，以目标一方面，它保留了矢量的全部性质，以目标为单元直接聚集所有的位置信息，并能建立为单元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓扑关系；拓扑关系；另一方面，它建立了栅格与地物的关系，即另一方

5、面，它建立了栅格与地物的关系，即路径上的任一点都直接与目标建立了联系。路径上的任一点都直接与目标建立了联系。3343344233444233442344222122.矢栅一体化概念矢栅一体化数据模型 3. 三个约定和细分格网法矢栅一体化数据结构 为便于组织数据，首先作如下约定：为便于组织数据，首先作如下约定：a. 地面上的地面上的点状地物点状地物是地球表面上的点，它仅有空间位是地球表面上的点，它仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。b. 地面上的地面上的线状地物线状地物是地球表面的空间曲线，它有形状是地球表面的空间曲线，它

6、有形状但没有面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线但没有面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线或曲线，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。或曲线，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。c. 地面上的地面上的面状地物面状地物是地球表面的空间曲面，并具有是地球表面的空间曲面，并具有形状和面积，它在平面上的投影是由边界包围的紧致形状和面积，它在平面上的投影是由边界包围的紧致空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。 3. 三个约定和细分格网法矢栅一体化数据模型 为提高栅格表示精度，采为提高栅格表示精度，采用用细分格网细分格网法：法：将一对将一对X,

7、Y坐标用两个坐标用两个Morton码代替：码代替：前一前一M M1 1表示该点（采样点或附加表示该点（采样点或附加的交叉点）所在基本格网的地的交叉点）所在基本格网的地址码，后者址码，后者M M2 2 表示该点对应的表示该点对应的细分格网的细分格网的MortonMorton码，既顾全码，既顾全整体定位，又保证精度。整体定位，又保证精度。 x,yM1 M24. 一体化数据结构设计矢栅一体化数据模型 线性四叉树线性四叉树(Morton)是基本数据格式，三个约定是基本数据格式，三个约定设计点、线、面数据结构的基本依据，细分格网法保设计点、线、面数据结构的基本依据，细分格网法保证足够精度。证足够精度。

8、约定约定1，点仅有位置、没有形状和面积，只要将点的坐标转，点仅有位置、没有形状和面积，只要将点的坐标转化为地址码化为地址码M1 和和M2 ,结构简单灵活，便于点的插入和删除，还结构简单灵活，便于点的插入和删除，还能处理一个栅格内包含多个点状目标的情况。能处理一个栅格内包含多个点状目标的情况。a点状地物和结点的数据结构点状地物和结点的数据结构点标识号点标识号 M1 M2高程高程Z100254340844321002610577254634. 一体化数据结构设计矢栅一体化数据模型 b.线状地物的数据结构线状地物的数据结构 约定（约定（2 2），线状地物有形状但没有面积，没有面积意），线状地物有形状

9、但没有面积，没有面积意味着只要用味着只要用一串数据表达每个线状地物的路径一串数据表达每个线状地物的路径即可，即可，将该将该线状地物经过的所有栅格的地址全部记录下来线状地物经过的所有栅格的地址全部记录下来。仿照矢量。仿照矢量数据组织的链状双重独立式编码，以弧段为记录单位。数据组织的链状双重独立式编码，以弧段为记录单位。弧标识号弧标识号起结点号起结点号终结点号终结点号中间点串（中间点串（M1,M2,Z）20078100251002658,7749,435,92,4377,439弧段的数据结构弧段的数据结构: :线标识号线标识号弧段标识号弧段标识号3003120078，200793003220092

10、，20098，20099线状地物的数据结构线状地物的数据结构:4. 一体化数据结构设计矢栅一体化数据模型 c.面状地物的数据结构面状地物的数据结构 1）弧段文件）弧段文件边界弧段边界弧段-形状形状2）带指针的二维行程码）带指针的二维行程码面域面域二维行程二维行程M码码 属性值属性值005480164308314320378400448460478叶结点的属性值叶结点的属性值改为改为指向该地物的下一个子块的循环指针指向该地物的下一个子块的循环指针二维行程二维行程M码码循环指针属性值循环指针属性值0851683216313037314（属性值）（属性值）3240374440464447460（属性

11、值）（属性值）478（属性值）（属性值）循环指针循环指针指向该地物下一个子块的地址指向该地物下一个子块的地址码，并在最后指向该地物本身码，并在最后指向该地物本身 。二维行程二维行程M码码循环指针属性值循环指针属性值0851683216313037314（属性值）（属性值）3240374440464447460（属性值）（属性值）478（属性值）（属性值） 只要进入第一块就可只要进入第一块就可以顺着指针直接提取该地以顺着指针直接提取该地物的所有子块，从而避免物的所有子块，从而避免像栅格数据那样为查询某像栅格数据那样为查询某一个目标需遍历整个矩阵，一个目标需遍历整个矩阵，大大提高了查询速度大大提高

12、了查询速度。08324046用循环指针将同属于一个目标的叶结点链接起来4. 一体化数据结构设计矢栅一体化数据模型 c.面状地物的数据结构面状地物的数据结构 3）面文件）面文件面标识号面标识号弧标识号串弧标识号串面块头指针面块头指针4000140001（属性值为（属性值为0 0）2000120001，2000220002，20003200030 04000240002（属性值为（属性值为4 4）2000220002，200042000416164000340003（属性值为（属性值为8 8）2000200037374. 一体化数据结构设计矢栅一体化数据模型 d.复杂地物的数据结构复杂地物的数据结

13、构 由几个或几种点、线、面状简单地物组成的地物称由几个或几种点、线、面状简单地物组成的地物称为复杂地物为复杂地物。例如将一条公路上的中心线、交通灯、立。例如将一条公路上的中心线、交通灯、立交桥等组合为一个复杂地物，用一个标识号表示。复杂交桥等组合为一个复杂地物，用一个标识号表示。复杂地物的数据结构如表所示。地物的数据结构如表所示。复杂地物标识号复杂地物标识号简单地物标识号简单地物标识号50008500081002510025，3000530005，300253002550009500093000630006，3000730007，4003240032第四章 地图数据处理 4.1 矢量数据处理

14、4.1.1 数据预处理 1. 坐标变换 a. 几何改正（高次变换、二次变换和仿射 变换） b. 投影变换（解析法、数值法） 2. 数据压缩4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 Map 对线状矢量数据压缩时，首先要根据需求和对制图对线状矢量数据压缩时，首先要根据需求和对制图比例尺精度的要求，给定控制数据压缩的限差比例尺精度的要求，给定控制数据压缩的限差。表表示被舍弃的结点偏离特征点连线之间的垂直距离，一般示被舍弃的结点偏离特征点连线之间的垂直距离，一般取值为取值为0.20.2mmmm( (若比例尺为若比例尺为1 1：1

15、000010000，则实际距离为，则实际距离为2 2m m) ) 。 目前，使用较为广泛的曲线矢量数据压缩算法主要目前，使用较为广泛的曲线矢量数据压缩算法主要有道格拉斯普克法（有道格拉斯普克法（Douglas-Peucker AlgorithmDouglas-Peucker Algorithm，简称简称D-PD-P算法）、垂距限值法和光栏法，另外还有间隔算法）、垂距限值法和光栏法，另外还有间隔取点法等。取点法等。4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 Map 道格拉斯道格拉斯普克法普克法 道格拉斯道格拉斯普克法，又称普

16、克法，又称分裂法。分裂法。该算法实现的该算法实现的基本基本思路思路是：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求其它所是：对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求其它所有点与该直线的距离，并找出其中的最大距离值有点与该直线的距离，并找出其中的最大距离值dmaxdmax，用，用dmaxdmax与与限差限差相比：相比： 若若dmaxdmax，这条曲线上的中间点全部舍去；，这条曲线上的中间点全部舍去； 若若dmaxdmax，保留，保留dmaxdmax对应的坐标点，并以该点为界，对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分曲线重复上述操作，直至把曲线分为两部分，对这两部分曲线重复上述操作，直至整条曲

17、线处理结束。整条曲线处理结束。表示被舍弃的结点偏离特征表示被舍弃的结点偏离特征点连线之间的垂直距离，一般点连线之间的垂直距离，一般取值为取值为0.2mm(若比例尺为若比例尺为1：10000，则实际距离为，则实际距离为2m) 4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 Map 道格拉斯道格拉斯普克法普克法 压缩效压缩效果好，但必果好，但必须在对整条须在对整条曲线数字化曲线数字化完成后才能完成后才能进行，且计进行，且计算量较大。算量较大。4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算

18、法曲线的矢量数据压缩算法 Map垂距垂距( (限值限值) )法法 垂距法的垂距法的基本思路基本思路是：每次是：每次顺序顺序取曲线上的三个点，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计算中间点与其它两点连线的垂线距离di，并与限差，并与限差比比较。若较。若d di i，则中间点去掉；若，则中间点去掉；若di，则中间点保留。，则中间点保留。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。然后顺序取下三个点继续处理，直到这条线结束。 4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 Map垂距垂距( (限值限值) )法法 压缩

19、算法好，可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化压缩算法好，可在数字化时实时处理，每次判断下一个数字化的点，且计算量较小。的点，且计算量较小。4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 Map间隔取点法间隔取点法 间隔取点法的间隔取点法的基本思路基本思路是：每隔是：每隔n n个点取一点，或个点取一点，或每隔一规定的距离取一点，但首末点一定要保留。例如每隔一规定的距离取一点，但首末点一定要保留。例如对一曲线每隔一个点（对一曲线每隔一个点（n n=1=1）取一点进行压缩，其过程）取一点进行压缩，其过程和结果如图所示。和结果如

20、图所示。4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数据压缩算法 Map间隔取点法间隔取点法(1)(2)(3)从该压缩方式可从该压缩方式可看出，这种方法看出，这种方法的优点是算法简的优点是算法简单，可以大量压单，可以大量压缩数字化时用连缩数字化时用连续方法获取的点续方法获取的点和通过栅格数据和通过栅格数据矢量化得到的点，矢量化得到的点，其缺点是不一定其缺点是不一定能恰当地保留方能恰当地保留方向上曲率显著变向上曲率显著变化的点。化的点。4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 1)1)曲线的矢量数据压缩算法曲线的矢量数

21、据压缩算法 Map光栏法光栏法 光栏法的光栏法的基本思想基本思想：定义一个扇形区域，通过判断：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。曲线上的点在扇形外还是在扇形内，确定保留还是舍去。 光栏边界点光栏边界点扇边扇边新光栏口径新光栏口径 算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值算法简单，速度快，但有时会将曲线的弯曲极值点点p p值去掉而失真。值去掉而失真。4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 2) 2) 多边形的矢量数据压缩算法多边形的矢量数据压缩算法Map 多边形矢量数据的压缩过程可以看成是组成其多边形矢量数据的压缩过程可以看成是组成其边界的边界的曲线段的分别压缩曲线段的分别压缩，但为了不破坏多边形，但为了不破坏多边形矢量数据的矢量数据的封闭性封闭性和和拓扑关系拓扑关系，在数据压缩过程，在数据压缩过程中，应注意两个问题。中，应注意两个问题。 4.1 矢量数据处理2.矢量数据的压缩方法矢量数据的压缩方法 2) 2) 多边形的矢量数据压缩算法多边形的矢量数据压缩算法Map多边形封闭边界的数据压缩多边形