空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)庫演示文稿

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)庫演示文稿目前一頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點（優(yōu)選）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)庫目前二頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點柵格模型矢量模型優(yōu)點：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單2、疊加操作易實現(xiàn)(空間分析比較容易)3、便于做圖象的有效增強，有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析4、圖形顯示質(zhì)量好、精度高優(yōu)點：1、提供更嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（緊湊、冗余度低）2、提供更有效的拓?fù)渚幋a，因而對需要拓?fù)湫畔⒌牟僮鞲行?，如網(wǎng)絡(luò)分析3、便于面向現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示。4、圖形輸出美觀，接近于手繪缺點：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密不緊湊，需要用壓縮技術(shù)解決這個問題2、難以表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系3、圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需要增加?xùn)鸥駭?shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)量缺點：1、比柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜2、疊加操作沒有柵格有效3、表達(dá)空間變化性能力差4、不能象數(shù)字圖形那樣做增強處理一、矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型比較目前三頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點包括：1)點的轉(zhuǎn)換:2)線段的轉(zhuǎn)換:3)多邊形的轉(zhuǎn)換:二.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換目前四頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點二.矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換1矢量到柵格的轉(zhuǎn)換(柵格化過程包括以下操作)：1）將點和線實體的角點的笛卡爾坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到預(yù)定分辯率和已知位置值的矩陣中；2）對多邊形而言，測試過角點后，剩下線段處理，這時只要利用二次掃描就可以知道何時到達(dá)多邊形的邊界，度記錄其位置與屬性值。目前五頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點二.矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換2多邊形轉(zhuǎn)換(柵格化過程包括以下操作)：1）內(nèi)部點擴散算法:2）射線算法:3）掃描填充法:4）邊界代數(shù)算法:5）復(fù)數(shù)積分算法目前六頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點1）內(nèi)部點擴散算法該算法由每個多邊形一個內(nèi)部點（種子點）開始，向其八個方向的鄰點擴散，判斷各個新加入點是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點不作為種子點，否則把非邊界點的鄰點作為新的種子點與原有種子點一起進(jìn)行新的擴散運算，并將該種子點賦以該多邊形的編號。重復(fù)上述過程直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。擴散算法程序設(shè)計比較復(fù)雜，并且在一定的柵格精度上，如果復(fù)雜圖形的同一多邊形的兩條邊界落在同一個或相鄰的兩個柵格內(nèi)，會造成多邊形不連通，這樣一個種子點不能完成整個多邊形的填充。目前七頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點2）射線算法射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)，由待判點向圖外某點引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形內(nèi)部（圖7-12）。采用射線算法，要注意的是：射線與多邊形邊界相交時，有一些特殊情況會影響交點的個數(shù)，必須予以排除（圖7-13）。

目前八頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點2）射線算法射線算法

目前九頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點2）射線算法射線算法的特殊情況

目前十頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點3）掃描算法掃描算法是射線算法的改進(jìn)，將射線改為沿柵格陣列列或行方向掃描線，判斷與射線算法相似。掃描算法省去了計算射線與多邊形邊界交點的大量運算，大大提高了效率。

目前十一頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點4）邊界代數(shù)算法（BAF-BoundaryAlgebraFilling）[任伏虎]邊界代數(shù)多邊形填充算法是一種基于積分思想的矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換算法，它適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。圖7-15表示轉(zhuǎn)換單個多邊形的情況，多邊形編號為a，模仿積分求多邊形區(qū)域面積的過程，初始化的柵格陣列各柵格值為零，以柵格行列為參考坐標(biāo)軸，由多邊形邊界上某點開始順時針?biāo)阉鬟吔缇€，當(dāng)邊界上行時（圖7-15-a），位于該邊界左側(cè)的具有相同行坐標(biāo)的所有柵格被減去a；當(dāng)邊界下行時（圖7-15-b），該邊界左邊（前進(jìn)方向看為右側(cè)）所有柵格點加一個值a，邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉(zhuǎn)換。目前十二頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點4）邊界代數(shù)算法單個多邊形的轉(zhuǎn)換

目前十三頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點4）邊界代數(shù)算法對于這種多個多邊形的矢量向柵格轉(zhuǎn)換問題，只需對所有多邊形邊界弧段作如下運算而不考慮排列次序：當(dāng)邊界弧段上行時，該弧段與左圖框之間柵格增加一個值（左多邊形編號減去右多邊形編號）；當(dāng)邊界弧段下行時，該弧段與左圖框之間柵格增加一個值（右多邊形編號減去左多邊形編號）。兩個多邊形轉(zhuǎn)換過程如圖所示。目前十四頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點4）邊界代數(shù)算法目前十五頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點5）復(fù)數(shù)積分算法對全部柵格陣列逐個柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點對每個多邊形的封閉邊界計算復(fù)數(shù)積分，對某個多邊形，如果積分值為2r，則該待判點屬于此多邊形，賦以多邊形編號，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。目前十六頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點三.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換1.基于圖像數(shù)據(jù)的矢量化方法：1)二值化:2)細(xì)化:3)邊界線的追蹤:4)拓?fù)潢P(guān)系的生成:5)去除多余點及曲線圓滑：目前十七頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點目前十八頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點三.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換多邊形邊界提?。翰捎酶咄V波將柵格圖像二值化或以特殊值標(biāo)識邊界點；邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結(jié)點向另一個結(jié)點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除了進(jìn)入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段；拓?fù)潢P(guān)系生成：對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，以形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系；去除多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進(jìn)行的，必須去除由此造成的多余點記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結(jié)果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補算法進(jìn)行光滑處理，常用的算法有：線形迭代法；分段三次多項式插值法；正軸拋物線平均加權(quán)法；斜軸拋物線平均加權(quán)法；樣條函數(shù)插值法。目前十九頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點三.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換2.基于再生柵格數(shù)據(jù)的矢量化方法：1)設(shè)別內(nèi)邊界:2)設(shè)別公共邊界:3)追蹤外邊界:目前二十頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點三.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換3.多邊形柵格轉(zhuǎn)矢量的雙邊界搜索算法（DBDF-DoubleBoundaryDirectFinding）：算法的基本思想是通過邊界提取，將左右多邊形信息保存在邊界點上，每條邊界弧段由兩個并行的邊界鏈組成，分別記錄該邊界弧段的左右多邊形編號。邊界線搜索采用2*2柵格窗口，在每個窗口內(nèi)的四個柵格數(shù)據(jù)的模式，可以唯一地確定下一個窗口的搜索方向和該弧段的拓?fù)潢P(guān)系，極大地加快了搜索速度，拓?fù)潢P(guān)系也很容易建立。

目前二十一頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點三.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換

3多邊形柵格轉(zhuǎn)矢量的雙邊界搜索算法具體步驟如下：邊界點和結(jié)點提?。哼吔缇€搜索與左右多邊形信息記錄：多余點去除：目前二十二頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點邊界點和結(jié)點提?。汗?jié)點的8種情形

目前二十三頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點邊界點和結(jié)點提?。哼吔琰c的6種情形

目前二十四頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點三.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換4.矢量化過程要保證以下兩點：（從柵格單元轉(zhuǎn)換到幾何圖形的過程稱為矢量化）1）拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持柵格表示出的連通性與鄰接性；2）轉(zhuǎn)換物體正確的外形。目前二十五頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點四.矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.基本概念：Morton碼；統(tǒng)一的約定（點、線、面）。2.矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計：1)點狀目標(biāo)和結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);2)線狀目標(biāo)和弧段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);3)面狀目標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).目前二十六頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點五.GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立1.系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間的關(guān)系以城市信息系統(tǒng)為例2.空間數(shù)據(jù)的分類和編碼1)空間數(shù)據(jù)的分類:2)空間數(shù)據(jù)的編碼:3.矢量數(shù)據(jù)的輸入4.柵格數(shù)據(jù)的輸入目前二十七頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點(第四章空間數(shù)據(jù)庫)一.概述二.空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計（傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型）三.空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計（語義數(shù)據(jù)模型和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型）四.空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計）五.

5GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫§4空間數(shù)據(jù)庫目前二十八頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點一.概述1.空間數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)庫就是為一定目的服務(wù)，以特定的數(shù)據(jù)存儲的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，它是數(shù)據(jù)管理的高級階段，是從文件管理系統(tǒng)發(fā)展而來的。地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫（簡稱空間數(shù)據(jù)庫或地理數(shù)據(jù)庫）是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫圖書館數(shù)據(jù)圖書數(shù)據(jù)模型書卡編目數(shù)據(jù)的物理組織圖書存放規(guī)則、書架數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖書管理員外存書庫用戶讀者數(shù)據(jù)存取圖書閱覽目前二十九頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點1.空間數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)組織的分級:數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織一般可以分為四級：數(shù)據(jù)項、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。1）數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項、字段等，數(shù)據(jù)項與現(xiàn)實世界實體的屬性相對應(yīng)。每個數(shù)據(jù)項都有一個名稱，稱為數(shù)據(jù)項目。數(shù)據(jù)項的值可以是數(shù)值的、字母的、字母數(shù)字的、漢字的等形式。數(shù)據(jù)項的物理特點在于它具有確定的物理長度，可以作為整體看待。2）記錄記錄是由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項組成，是處理和存儲信息的基本單位，是關(guān)于一個實體的數(shù)據(jù)總和，構(gòu)成該記錄的數(shù)據(jù)項表示實體的若干屬性。為了唯一標(biāo)識每個記錄，就必須有記錄標(biāo)識符，也叫關(guān)鍵字。記錄可以分為邏輯記錄與物理記錄。3）文件文件是一給定類型的（邏輯）記錄的全部具體值的集合，文件用文件名稱標(biāo)識，文件根據(jù)記錄的組織方式和存取方法可以分為：順序文件、索引文件、直接文件和倒排文件等。4）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是比文件更大的數(shù)據(jù)組織，數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。目前三十頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點一.概述2.GIS數(shù)據(jù)庫(空間數(shù)據(jù)庫)的設(shè)計(1)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程;(2)空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計;(3)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則\步驟和技術(shù)方法.3.空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn);相關(guān)的其他設(shè)計;空間數(shù)據(jù)庫的運行和維護(hù)目前三十一頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點二.傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型1.層次模型2.網(wǎng)絡(luò)模型3.關(guān)系模型目前三十二頁\總數(shù)三十五頁\編于十七點數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

關(guān)系模型（relationalmodel）滿足一定條件的二維表格層次模型（hierarchicalmodel）以記錄類型為節(jié)點的有向樹（tree），其主要特征是：