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空间数据结构

数据结构定义：指数据组织的形式，是指适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构，地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，对数据的一种理解和解释。

空间数据的三大特性：空间，时间，专题属性。

常见的数据结构：矢量结构，栅格结构，数字高程模型，面向对象模型，矢量和栅格的混合数据结构等，网络结构，

空间数据编码：

1、 空间数据结构的实现

2将搜集的、经过审核了的地形图、专题地图和遥感影像等资料按特定的数据结构转换为适合于计算机存

储和处理的数据的过程

3在地理信息系统的空间数据结构中

栅格结构的编码方式:直接栅格编码、链码、游程长度编码、块码、四叉树码等

矢量结构主要有坐标序列编码、树状索引编码和二元拓扑编码等编码方

3.2栅格数据结构

一、 概述

1、栅格数据结构是基于空间划分或铺盖的

空间被划分成大量规则的或不规则的空间单元，称为象素（Cell或Pixel），依行列构成的单元矩阵叫栅格

（Grid）

三角形

方格

六角形

2、 每个单元通过一定的数值表达方式（如颜色、灰度级）表达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象

3、 对同一现象，也可能有若干不同尺度、不同聚分性的铺盖

4、 目前常用的是基于正方型分划的栅格，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列

每个网格作为一个象元或象素由行、列定义

包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针

5、 栅格数据的比例尺就是栅格大小与地表相应单元大小之比

6、 GIS中栅格数据经常是来自卫星遥感、摄影测量、激光雷达和扫描设备中，以及用于数字化文件的设备中

二、 栅格数据组织

1、 以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织

2、 每个数据表示地物或现象的非几何属性特征

点状地物用一个栅格单元表示；

线状地物沿线走向的一组相邻栅格单元表示

面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示

3、 遥感影像属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级

三、 栅格结构的建立

（1） 栅格数据的获取途径

遥感数据

图片的扫描

矢量数据转换：

手工方法获取：在专题图上均匀划分网格，逐个网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件

（2） 栅格系统的确定

栅格坐标系的确定：

坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定

由于栅格编码一般用于区域性GIS,原点的选择常具有局部性质

为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。

栅格单元的尺寸：

栅格单元的尺寸确定的原则是应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度

格网太大，忽略较小图斑，信息丢失；一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大，按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，处理速度越慢

具体可采用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸的方法

（3）栅格代码（属性值）的确定

中心归属法、面积占优法、重要性法、长度占优法。

四、编码方法

（1）直接编码法（2）游程长度编码（3）块码（4）链码（5）四叉树

1） 直接栅格编码结构

直接栅格编码结构，也可以理解为栅格矩阵结构，指对栅格数据不用压缩而采取的编码形式

步骤如下：

栅格像元组成栅格矩阵，用像元所在的行列号来表示其位置。通常以矩阵左上角开始逐行逐列存储，记录代码

可以每从左到右逐像元记录，也可以奇数行从左到右而偶数行由右到左来记录

2） 游程压缩编码结构

游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构时逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余

建立方法：将栅格矩阵的数据序列X1,X2,X3?“Xn，映射为相应的二元组序列（Ai,Pi）,i=1???k，且KWN.

A为属性值

P为游程

K为游程序号

适用于二值图像的表示

游程长度编码方法，数据多，且有重叠时，用游程压缩编码可压缩数据量

游程编码能否压缩数据量，主要决定于栅格数据的性质，通常可通过事先测试，计算图的数据冗余度Re

游程长度压缩编码步骤：

在同一行内先按列扫描，如果整行的单元值都相同，那么单元组、长度（一般取列数），行号记下后，这一行就扫描完毕。

若从第一列开始到某列单元值有变化，就将前面取值相同的列数和该值记下，及编码为单元值，长度（列数），行号，专业上称作一个游程（或往程）。

然后再扫描，随后把行内某一段取值相同的单元值组成一游程，直到该行结束，并逐行地将网格都扫描完毕。

3） 块码

游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成

具有可变的分辨率，即当代码变化小时图