矢柵一體化數據模型

1、矢柵一體化數據模型 1.矢、柵優(yōu)缺點： 矢量、柵格數據結構的選擇柵格結構柵格結構:大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農林業(yè)等大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農林業(yè)等區(qū)域問題的研究。區(qū)域問題的研究。矢量結構矢量結構：城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)：城市分區(qū)或詳細規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應用。管理等方面的應用。 應根據應根據應用目的應用目的和和應用特點應用特點、可能獲得的、可能獲得的數據精數據精度度以及地理信息系統以及地理信息系統軟件和硬件軟件和硬件配置情況，選擇合適的配置情況，選擇合適的數據結構。數據結構。矢柵一體化數據模型 1.矢、柵優(yōu)缺點： 優(yōu)點 缺點矢量1、便于面向現象（

2、土壤類，土地利用單元等）2、結構緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。3、利于網絡、檢索分析，提供有效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作更有效。4、 圖形顯示質量好，精度高。1、數據結構復雜，各自定義，不便于數據標準化和規(guī)范化，數據交換困難。2、多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達空間變化性能力差。 3、不能像數字圖像那樣做增強處理 4、軟硬件技術要求高，顯示與繪圖成本較高。柵 格1、 結構簡單，易數據交換。2、疊置分析和地理（能有效表達空可變性）現象模擬較易。3、利于與感遙數據的匹配應用和分析，便于圖像處理。4、 輸出快速，成本低廉。 1、現象識別效果不如矢量方法，難以表達拓撲。2、圖形數據量大

3、，數據結構不嚴密不緊湊，需用壓縮技術解決該問題。3、投影轉換困難。4、圖形質量轉低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加柵格數量來克服，但會增加數據文件。矢柵一體化數據模型 矢量、柵格數據各有優(yōu)缺點： 矢量是面向目標組織數據的，而柵格是面向空間分布組織數據的。充分利用兩者的優(yōu)點，在同一系統中實現二者的集合或集成。兩種方法： a.矢柵混合模型：柵格做背景，矢量分層加入。優(yōu)點：簡單實用；缺點：占大量空間。 b.矢柵一體化模型（矢柵集成模型）：1993龔健雅提出，采用多級格網方法、三個基本約定、線性四叉樹編碼。 將矢量面對目標的方法和柵格元子充填的將矢量面對目標的方法和柵格元子充填的方法結合起來方法

4、結合起來，具體采用填滿線狀目標路徑，具體采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空間的方法作為一體化數據和充填面狀目標空間的方法作為一體化數據結構的基礎。結構的基礎。線狀地物線狀地物：除記錄原始取樣點外，還記錄路：除記錄原始取樣點外，還記錄路徑所通過的柵格。徑所通過的柵格。面狀地物面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。包括中間的面域柵格。一方面，它保留了矢量的全部性質，以目標一方面，它保留了矢量的全部性質，以目標為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關系；拓撲關系；另一方面，它建立了柵格與地物的關系，即另一方

5、面，它建立了柵格與地物的關系，即路徑上的任一點都直接與目標建立了聯系。路徑上的任一點都直接與目標建立了聯系。3343344233444233442344222122.矢柵一體化概念矢柵一體化數據模型 3. 三個約定和細分格網法矢柵一體化數據結構 為便于組織數據，首先作如下約定：為便于組織數據，首先作如下約定：a. 地面上的地面上的點狀地物點狀地物是地球表面上的點，它僅有空間位是地球表面上的點，它僅有空間位置，沒有形狀和面積，在計算機內部僅有一個位置數據。置，沒有形狀和面積，在計算機內部僅有一個位置數據。b. 地面上的地面上的線狀地物線狀地物是地球表面的空間曲線，它有形狀是地球表面的空間曲線，它

6、有形狀但沒有面積，它在平面上的投影是一連續(xù)不間斷的直線但沒有面積，它在平面上的投影是一連續(xù)不間斷的直線或曲線，在計算機內部需要用一組元子填滿整個路徑?；蚯€，在計算機內部需要用一組元子填滿整個路徑。c. 地面上的地面上的面狀地物面狀地物是地球表面的空間曲面，并具有是地球表面的空間曲面，并具有形狀和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致形狀和面積，它在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達的邊界組成。空間和一組填滿路徑的元子表達的邊界組成。 3. 三個約定和細分格網法矢柵一體化數據模型 為提高柵格表示精度，采為提高柵格表示精度，采用用細分格網細分格網法：法：將一對將一對X,

7、Y坐標用兩個坐標用兩個Morton碼代替：碼代替：前一前一M M1 1表示該點（采樣點或附加表示該點（采樣點或附加的交叉點）所在基本格網的地的交叉點）所在基本格網的地址碼，后者址碼，后者M M2 2 表示該點對應的表示該點對應的細分格網的細分格網的MortonMorton碼，既顧全碼，既顧全整體定位，又保證精度。整體定位，又保證精度。 x,yM1 M24. 一體化數據結構設計矢柵一體化數據模型 線性四叉樹線性四叉樹(Morton)是基本數據格式，三個約定是基本數據格式，三個約定設計點、線、面數據結構的基本依據，細分格網法保設計點、線、面數據結構的基本依據，細分格網法保證足夠精度。證足夠精度。

8、約定約定1，點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標轉，點僅有位置、沒有形狀和面積，只要將點的坐標轉化為地址碼化為地址碼M1 和和M2 ,結構簡單靈活，便于點的插入和刪除，還結構簡單靈活，便于點的插入和刪除，還能處理一個柵格內包含多個點狀目標的情況。能處理一個柵格內包含多個點狀目標的情況。a點狀地物和結點的數據結構點狀地物和結點的數據結構點標識號點標識號 M1 M2高程高程Z100254340844321002610577254634. 一體化數據結構設計矢柵一體化數據模型 b.線狀地物的數據結構線狀地物的數據結構 約定（約定（2 2），線狀地物有形狀但沒有面積，沒有面積意），線狀地物有形狀

9、但沒有面積，沒有面積意味著只要用味著只要用一串數據表達每個線狀地物的路徑一串數據表達每個線狀地物的路徑即可，即可，將該將該線狀地物經過的所有柵格的地址全部記錄下來線狀地物經過的所有柵格的地址全部記錄下來。仿照矢量。仿照矢量數據組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位。數據組織的鏈狀雙重獨立式編碼，以弧段為記錄單位?；俗R號弧標識號起結點號起結點號終結點號終結點號中間點串（中間點串（M1,M2,Z）20078100251002658,7749,435,92,4377,439弧段的數據結構弧段的數據結構: :線標識號線標識號弧段標識號弧段標識號3003120078，200793003220092

10、，20098，20099線狀地物的數據結構線狀地物的數據結構:4. 一體化數據結構設計矢柵一體化數據模型 c.面狀地物的數據結構面狀地物的數據結構 1）弧段文件）弧段文件邊界弧段邊界弧段-形狀形狀2）帶指針的二維行程碼）帶指針的二維行程碼面域面域二維行程二維行程M碼碼 屬性值屬性值005480164308314320378400448460478葉結點的屬性值葉結點的屬性值改為改為指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針指向該地物的下一個子塊的循環(huán)指針二維行程二維行程M碼碼循環(huán)指針屬性值循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）（屬性值）3240374440464447460（屬性

11、值）（屬性值）478（屬性值）（屬性值）循環(huán)指針循環(huán)指針指向該地物下一個子塊的地址指向該地物下一個子塊的地址碼，并在最后指向該地物本身碼，并在最后指向該地物本身 。二維行程二維行程M碼碼循環(huán)指針屬性值循環(huán)指針屬性值0851683216313037314（屬性值）（屬性值）3240374440464447460（屬性值）（屬性值）478（屬性值）（屬性值） 只要進入第一塊就可只要進入第一塊就可以順著指針直接提取該地以順著指針直接提取該地物的所有子塊，從而避免物的所有子塊，從而避免像柵格數據那樣為查詢某像柵格數據那樣為查詢某一個目標需遍歷整個矩陣，一個目標需遍歷整個矩陣，大大提高了查詢速度大大提高

12、了查詢速度。08324046用循環(huán)指針將同屬于一個目標的葉結點鏈接起來4. 一體化數據結構設計矢柵一體化數據模型 c.面狀地物的數據結構面狀地物的數據結構 3）面文件）面文件面標識號面標識號弧標識號串弧標識號串面塊頭指針面塊頭指針4000140001（屬性值為（屬性值為0 0）2000120001，2000220002，20003200030 04000240002（屬性值為（屬性值為4 4）2000220002，200042000416164000340003（屬性值為（屬性值為8 8）2000200037374. 一體化數據結構設計矢柵一體化數據模型 d.復雜地物的數據結構復雜地物的數據結

13、構 由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱由幾個或幾種點、線、面狀簡單地物組成的地物稱為復雜地物為復雜地物。例如將一條公路上的中心線、交通燈、立。例如將一條公路上的中心線、交通燈、立交橋等組合為一個復雜地物，用一個標識號表示。復雜交橋等組合為一個復雜地物，用一個標識號表示。復雜地物的數據結構如表所示。地物的數據結構如表所示。復雜地物標識號復雜地物標識號簡單地物標識號簡單地物標識號50008500081002510025，3000530005，300253002550009500093000630006，3000730007，4003240032第四章 地圖數據處理 4.1 矢量數據處理

14、4.1.1 數據預處理 1. 坐標變換 a. 幾何改正（高次變換、二次變換和仿射 變換） b. 投影變換（解析法、數值法） 2. 數據壓縮4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數據壓縮算法 Map 對線狀矢量數據壓縮時，首先要根據需求和對制圖對線狀矢量數據壓縮時，首先要根據需求和對制圖比例尺精度的要求，給定控制數據壓縮的限差比例尺精度的要求，給定控制數據壓縮的限差。表表示被舍棄的結點偏離特征點連線之間的垂直距離，一般示被舍棄的結點偏離特征點連線之間的垂直距離，一般取值為取值為0.20.2mmmm( (若比例尺為若比例尺為1 1：1

15、000010000，則實際距離為，則實際距離為2 2m m) ) 。 目前，使用較為廣泛的曲線矢量數據壓縮算法主要目前，使用較為廣泛的曲線矢量數據壓縮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，簡稱簡稱D-PD-P算法）、垂距限值法和光欄法，另外還有間隔算法）、垂距限值法和光欄法，另外還有間隔取點法等。取點法等。4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數據壓縮算法 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，又稱普

16、克法，又稱分裂法。分裂法。該算法實現的該算法實現的基本基本思路思路是：對每一條曲線的首末點虛連一條直線，求其它所是：對每一條曲線的首末點虛連一條直線，求其它所有點與該直線的距離，并找出其中的最大距離值有點與該直線的距離，并找出其中的最大距離值dmaxdmax，用，用dmaxdmax與與限差限差相比：相比： 若若dmaxdmax，這條曲線上的中間點全部舍去；，這條曲線上的中間點全部舍去； 若若dmaxdmax，保留，保留dmaxdmax對應的坐標點，并以該點為界，對應的坐標點，并以該點為界，把曲線分為兩部分，對這兩部分曲線重復上述操作，直至把曲線分為兩部分，對這兩部分曲線重復上述操作，直至整條曲

17、線處理結束。整條曲線處理結束。表示被舍棄的結點偏離特征表示被舍棄的結點偏離特征點連線之間的垂直距離，一般點連線之間的垂直距離，一般取值為取值為0.2mm(若比例尺為若比例尺為1：10000，則實際距離為，則實際距離為2m) 4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數據壓縮算法 Map 道格拉斯道格拉斯普克法普克法 壓縮效壓縮效果好，但必果好，但必須在對整條須在對整條曲線數字化曲線數字化完成后才能完成后才能進行，且計進行，且計算量較大。算量較大。4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算

18、法曲線的矢量數據壓縮算法 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：每次順序順序取曲線上的三個點，取曲線上的三個點，計算中間點與其它兩點連線的垂線距離計算中間點與其它兩點連線的垂線距離di，并與限差，并與限差比比較。若較。若d di i，則中間點去掉；若，則中間點去掉；若di，則中間點保留。，則中間點保留。然后順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結束。然后順序取下三個點繼續(xù)處理，直到這條線結束。 4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數據壓縮算法 Map垂距垂距( (限值限值) )法法 壓縮

19、算法好，可在數字化時實時處理，每次判斷下一個數字化壓縮算法好，可在數字化時實時處理，每次判斷下一個數字化的點，且計算量較小。的點，且計算量較小。4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數據壓縮算法 Map間隔取點法間隔取點法 間隔取點法的間隔取點法的基本思路基本思路是：每隔是：每隔n n個點取一點，或個點取一點，或每隔一規(guī)定的距離取一點，但首末點一定要保留。例如每隔一規(guī)定的距離取一點，但首末點一定要保留。例如對一曲線每隔一個點（對一曲線每隔一個點（n n=1=1）取一點進行壓縮，其過程）取一點進行壓縮，其過程和結果如圖所示。和結果如

20、圖所示。4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數據壓縮算法 Map間隔取點法間隔取點法(1)(2)(3)從該壓縮方式可從該壓縮方式可看出，這種方法看出，這種方法的優(yōu)點是算法簡的優(yōu)點是算法簡單，可以大量壓單，可以大量壓縮數字化時用連縮數字化時用連續(xù)方法獲取的點續(xù)方法獲取的點和通過柵格數據和通過柵格數據矢量化得到的點，矢量化得到的點，其缺點是不一定其缺點是不一定能恰當地保留方能恰當地保留方向上曲率顯著變向上曲率顯著變化的點。化的點。4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 1)1)曲線的矢量數據壓縮算法曲線的矢量數

21、據壓縮算法 Map光欄法光欄法 光欄法的光欄法的基本思想基本思想：定義一個扇形區(qū)域，通過判斷：定義一個扇形區(qū)域，通過判斷曲線上的點在扇形外還是在扇形內，確定保留還是舍去。曲線上的點在扇形外還是在扇形內，確定保留還是舍去。 光欄邊界點光欄邊界點扇邊扇邊新光欄口徑新光欄口徑 算法簡單，速度快，但有時會將曲線的彎曲極值算法簡單，速度快，但有時會將曲線的彎曲極值點點p p值去掉而失真。值去掉而失真。4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 2) 2) 多邊形的矢量數據壓縮算法多邊形的矢量數據壓縮算法Map 多邊形矢量數據的壓縮過程可以看成是組成其多邊形矢量數據的壓縮過程可以看成是組成其邊界的邊界的曲線段的分別壓縮曲線段的分別壓縮，但為了不破壞多邊形，但為了不破壞多邊形矢量數據的矢量數據的封閉性封閉性和和拓撲關系拓撲關系，在數據壓縮過程，在數據壓縮過程中，應注意兩個問題。中，應注意兩個問題。 4.1 矢量數據處理2.矢量數據的壓縮方法矢量數據的壓縮方法 2) 2) 多邊形的矢量數據壓縮算法多邊形的矢量數據壓縮算法Map多邊形封閉邊界的數據壓縮多邊形