空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)庫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、便于做圖象得有效增強,有利于與遙感數(shù)據(jù)得匹配應(yīng)用與分析4、圖形顯示質(zhì)量好、精度高優(yōu)點:1、提供更嚴密得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(緊湊、冗余度低)2、提供更有效得拓撲編碼,因而對需要拓撲信息得操作更有效,如網(wǎng)絡(luò)分析3、便于面向現(xiàn)象得數(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)不嚴密不緊湊,需要用壓縮技術(shù)解決這個問題2、難以表達拓撲關(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)模型比較包括:1)點得轉(zhuǎn)換:2)線段得轉(zhuǎn)換:3)多邊形得轉(zhuǎn)換:二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換二、矢量格式向柵格格式得轉(zhuǎn)換1矢量到柵格得轉(zhuǎn)換(柵格化過程包括以下操作):1)將點與線實體得角點得笛卡爾坐標轉(zhuǎn)換到預(yù)定分辯率與已知位置值得矩陣中;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多邊形得邊界,度記錄其位置與屬性值。二、矢量格式向柵格格式得轉(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,向其八個方向得鄰點擴散,判斷各個新加入點就是否在多邊形邊界上,如果就是邊界上,則該新加入點不作為種子點,否則把非邊界點得鄰點作為新得種子點與原有種子點一起進行新得擴散運算,并將該種子點賦以該多邊形得編號。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,并且在一定得柵格精度上,如果復(fù)雜圖形得同一多邊形得兩條邊界落在同一個或相鄰得兩個柵格內(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得填充。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得總次數(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,要注意得就是:射線與多邊形邊界相交時,有一些特殊情況會影響交點得個數(shù),必須予以排除(圖7-13)。

2)射線算法射線算法

2)射線算法射線算法得特殊情況

3)掃描算法掃描算法就是射線算法得改進,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得大量運算,大大提高了效率。

4)邊界代數(shù)算法(BAF-BoundaryAlgebraFilling)[任伏虎]邊界代數(shù)多邊形填充算法就是一種基于積分思想得矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換算法,她適合于記錄拓撲關(guān)系得多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。圖7-15表示轉(zhuǎn)換單個多邊形得情況,多邊形編號為a,模仿積分求多邊形區(qū)域面積得過程,初始化得柵格陣列各柵格值為零,以柵格行列為參考坐標軸,由多邊形邊界上某點開始順時針搜索邊界線,當(dāng)邊界上行時(圖7-15-a),位于該邊界左側(cè)得具有相同行坐標得所有柵格被減去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得轉(zhuǎn)換。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜4)邊界代數(shù)算法單個多邊形得轉(zhuǎn)換

4)邊界代數(shù)算法對于這種多個多邊形得矢量向柵格轉(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。4)邊界代數(shù)算法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得多邊形編碼,判別方法就是由待判點對每個多邊形得封閉邊界計算復(fù)數(shù)積分,對某個多邊形,如果積分值為2

r,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。三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換1、基于圖像數(shù)據(jù)得矢量化方法:1)二值化:2)細化:3)邊界線得追蹤:4)拓撲關(guān)系得生成:5)去除多余點及曲線圓滑:三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換多邊形邊界提取:采用高通濾波將柵格圖像二值化或以特殊值標識邊界點;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入方向得其她7個方向搜索下一個邊界點,直到連成邊界弧段;拓撲關(guān)系生成:對于矢量表示得邊界弧段數(shù)據(jù),判斷其與原圖上各多邊形得空間關(guān)系,以形成完整得拓撲結(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)得聯(lián)系;去除多余點及曲線圓滑:由于搜索就是逐個柵格進行得,必須去除由此造成得多余點記錄,以減少數(shù)據(jù)冗余;搜索結(jié)果,曲線由于柵格精度得限制可能不夠圓滑,需采用一定得插補算法進行光滑處理,常用得算法有: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。三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換2、基于再生柵格數(shù)據(jù)得矢量化方法:1)設(shè)別內(nèi)邊界:2)設(shè)別公共邊界:3)追蹤外邊界:三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換3、多邊形柵格轉(zhuǎn)矢量得雙邊界搜索算法(DBDF-DoubleBoundaryDirectFinding):算法得基本思想就是通過邊界提取,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得邊界鏈組成,分別記錄該邊界弧段得左右多邊形編號。邊界線搜索采用2*2柵格窗口,在每個窗口內(nèi)得四個柵格數(shù)據(jù)得模式,可以唯一地確定下一個窗口得搜索方向與該弧段得拓撲關(guān)系,極大地加快了搜索速度,拓撲關(guān)系也很容易建立。

三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換

3多邊形柵格轉(zhuǎn)矢量得雙邊界搜索算法具體步驟如下:邊界點與結(jié)點提取:邊界線搜索與左右多邊形信息記錄:多余點去除:邊界點與結(jié)點提取:節(jié)點得8種情形

邊界點與結(jié)點提取:邊界點得6種情形

三、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)向矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得轉(zhuǎn)換4、矢量化過程要保證以下兩點:(從柵格單元轉(zhuǎn)換到幾何圖形得過程稱為矢量化)1)拓撲轉(zhuǎn)換,即保持柵格表示出得連通性與鄰接性;2)轉(zhuǎn)換物體正確得外形。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)一得約定(點、線、面)。2、矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計:1)點狀目標與結(jié)點得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);2)線狀目標與弧段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);3)面狀目標得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、五、GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得建立1、系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)間得關(guān)系以城市信息系統(tǒng)為例2、空間數(shù)據(jù)得分類與編碼1)空間數(shù)據(jù)得分類:2)空間數(shù)據(jù)得編碼:3、矢量數(shù)據(jù)得輸入4、柵格數(shù)據(jù)得輸入(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)得數(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)模型與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型)四、空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計與物理設(shè)計)五、

5GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫§4空間數(shù)據(jù)庫一、概述1、空間數(shù)據(jù)庫得概念數(shù)據(jù)庫就就是為一定目得服務(wù),以特定得數(shù)據(jù)存儲得相關(guān)聯(lián)得數(shù)據(jù)集合,她就是數(shù)據(jù)管理得高級階段,就是從文件管理系統(tǒng)發(fā)展而來得。地理信息系統(tǒng)得數(shù)據(jù)庫(簡稱空間數(shù)據(jù)庫或地理數(shù)據(jù)庫)就是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征得數(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)得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1、空間數(shù)據(jù)庫得概念數(shù)據(jù)組織得分級:數(shù)據(jù)庫中得數(shù)據(jù)組織一般可以分為四級:數(shù)據(jù)項、記錄、文件與數(shù)據(jù)庫。1)數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項就是可以定義數(shù)據(jù)得最小單位,也叫元素、基本項、字段等,數(shù)據(jù)項與現(xiàn)實世界實體得屬性相對應(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)項得值可以就是數(shù)值得、字母得、字母數(shù)字得、漢字得等形式。數(shù)據(jù)項得物理特點在于她具有確定得物理長度,可以作為整體看待。2)記錄記錄就是由若干相關(guān)聯(lián)得數(shù)據(jù)項組成,就是處理與存儲信息得基本單位,就是關(guān)于一個實體得數(shù)據(jù)總與,構(gòu)成該記錄得數(shù)據(jù)項表示實體得若干屬性。為了唯一標識每個記錄,就必須有記錄標識符,也叫關(guān)鍵字。記錄可以分為邏輯記錄與物理記錄。3)文件文件就是一給定類型得(邏輯)記錄得全部具體值得集合,文件用文件名稱標識,文件根據(jù)記錄得組織方式與存取方法可以分為:順序文件、索引文件、直接文件與倒排文件等。4)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫就是比文件更大得數(shù)據(jù)組織,數(shù)據(jù)庫就是具有特定聯(lián)系得數(shù)據(jù)得集合,也可以看成就是具有特定聯(lián)系得多種類型得記錄得集合。數(shù)據(jù)庫得內(nèi)部構(gòu)造就是文件得集合,這些文件之間存在某種聯(lián)系,不能孤立存在。一、概述2、GIS數(shù)據(jù)庫(空間數(shù)據(jù)庫)得設(shè)計(1)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程;(2)空間數(shù)據(jù)庫得數(shù)據(jù)模型設(shè)計;(3)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計得原則\步驟與技術(shù)方法、3、空間數(shù)據(jù)庫得實現(xiàn)與維護空間數(shù)據(jù)庫得實現(xiàn);相關(guān)得其她設(shè)計;空間數(shù)據(jù)庫得運行與維護二、傳統(tǒng)得數(shù)據(jù)模型1、層次模型2、網(wǎng)絡(luò)模型3、關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

關(guān)系模型(relationalmodel)滿足一定條