空間數(shù)據(jù)結(jié)構

數(shù)據(jù)結(jié)構即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構。對于空間數(shù)據(jù)而言，則是地理實體的空間排列方式和相互關系的抽象描述。數(shù)據(jù)結(jié)構是對數(shù)據(jù)的一種理解和解釋，不說明數(shù)據(jù)結(jié)構的數(shù)據(jù)是毫無用處的，不僅用戶無法理解，計算機程序也不能正確的處理，對同樣一組數(shù)據(jù)，按不同的數(shù)據(jù)結(jié)構去處理，得到的可能是截然不同的內(nèi)容。

空間數(shù)據(jù)結(jié)構是地理信息系統(tǒng)溝通信息的橋梁，只有充分理解地理信息系統(tǒng)所采用的特定數(shù)據(jù)結(jié)構，才能正確有效地使用系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構主要有柵格結(jié)構（顯式表示）和矢量結(jié)構(隱式表示

)

。

第一節(jié)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構第二節(jié)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構第三節(jié)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構的比較和轉(zhuǎn)換第一節(jié)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構一、簡單柵格數(shù)據(jù)結(jié)構二、柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲的編碼方法一、簡單柵格數(shù)據(jù)結(jié)構1、定義

2、柵格結(jié)構中，點線面的表示

3、柵格數(shù)據(jù)的特點

4、柵格結(jié)構數(shù)據(jù)獲取途徑

5、保持原圖或原始數(shù)據(jù)精度的方法

1、定義：柵格結(jié)構是最簡單最直觀的空間數(shù)據(jù)結(jié)構，又稱為網(wǎng)格結(jié)構(raster或gridcell)或像元結(jié)構(pixel)，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個像元或像素，由行、列號定義，并包含一個代碼，表示該像素的屬性類型或量值，或僅僅包含指向其屬性記錄的指針。因此，柵格結(jié)構是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。

柵格結(jié)構表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。在柵格結(jié)構中，地表被分成相互鄰接、規(guī)則排列的矩形方塊(特殊的情況下也可以是三角形或菱形、六邊形等），每個地塊與一個柵格單元相對應。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應單元大小之比。在許多柵格數(shù)據(jù)處理時，常假設柵格所表示的量化表面是連續(xù)的，以便使用某些連續(xù)函數(shù)。2、柵格結(jié)構中，點線面的表示

點用一個柵格單元表示；

線狀地物則用沿線走向的一組相鄰柵格單元表示，每個柵格單元最多只有兩個相鄰單元在線上；

面或區(qū)域用記有區(qū)域?qū)傩缘南噜彇鸥駟卧募媳硎荆總€柵格單元可有多于兩個的相鄰單元同屬一個區(qū)域。任何以面狀分布的對象(土地利用、土壤類型、地勢起伏、環(huán)境污染等)，都可以用柵格數(shù)據(jù)逼近。3、柵格數(shù)據(jù)的特點（1）用離散的量化柵格值表示空間實體；（2）描述區(qū)域?qū)傩悦黠@，位置隱含；（3）數(shù)據(jù)結(jié)構簡單，易于與遙感數(shù)據(jù)結(jié)合；（4）難于建立地物間拓撲關系（5）圖形質(zhì)量低且數(shù)據(jù)量大。4、柵格結(jié)構數(shù)據(jù)獲取途徑柵格結(jié)構數(shù)據(jù)主要可由四個途徑得到，即

1、目讀法：在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格，逐個網(wǎng)格地決定其代碼，最后形成柵格數(shù)字地圖文件；

2、數(shù)字化儀手扶或自動跟蹤數(shù)字化地圖，得到矢量結(jié)構數(shù)據(jù)后，再轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構；

3、掃描數(shù)字化：逐點掃描專題地圖，將掃描數(shù)據(jù)重采樣和再編碼得到柵格數(shù)據(jù)文件；

4、分類影像輸入：將經(jīng)過分類解譯的遙感影像數(shù)據(jù)直接或重采樣后輸入系統(tǒng)，作為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的專題地圖。5、保持原圖或原始數(shù)據(jù)精度的方法

在轉(zhuǎn)換和重新采樣時，需盡可能保持原圖或原始數(shù)據(jù)精度，通常有兩種辦法：

第一，在決定柵格代碼時盡量保持地表的真實性，保證最大的信息容量。

中心點法重要性法

面積占優(yōu)法百分比法第二，縮小單個柵格單元的面積，即增加柵格單元的總數(shù)。

目前有一系列柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，如鍵碼、游程長度編碼、塊碼和四叉樹編碼等。其目的，就是用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息。類型：信息無損編碼、信息有損編碼信息無損編碼是指編碼過程中沒有任何信息損失，通過解碼操作可以完全恢復原來的信息。在地理信息系統(tǒng)中多采用信息無損編碼，而對原始遙感影像進行壓縮編碼時，有時也采取有損壓縮編碼方法。二、柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲的編碼方法1、鏈式編碼

2、游程長度編碼

3、塊狀編碼

4、四叉樹編碼

鏈式編碼又稱為弗里曼鏈碼(Freeman，1961)或邊界鏈碼。鏈式編碼主要是記錄線狀地物和面狀地物的邊界。它把線狀地物和面狀地物的邊界表示為：由某一起始點開始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈?；痉较蚩啥x為：東＝0，東南＝l，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個基本方向。1、鏈式編碼（ChainCodes）鏈式編碼的方向代碼鏈式編碼的編碼方法鏈式編碼的前兩個數(shù)字表示起點的行、列數(shù)，從第三個數(shù)字開始的每個數(shù)字表示單位矢量的方向，八個方向以0—7的整數(shù)代表。如果對于右圖所示的線狀地物確定其起始點為像元(1，5)。則其鏈式編碼為：1，5，3，2，2，3，3，2，3對于右圖所示的面狀地物，假設其原起始點定為像元（5，8）。則該多邊形邊界按順時針方向的鏈式編碼為：5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，1鏈式編碼的優(yōu)缺點優(yōu)點：鏈式編碼對線狀和多邊形的表示具有很強的數(shù)據(jù)壓縮能力，且具有一定的運算功能，如面積和周長計算等，探測邊界急彎和凹進部分等都比較容易，類似矢量數(shù)據(jù)結(jié)構，比較適于存儲圖形數(shù)據(jù)。缺點：對疊置運算如組合、相交等則很難實施，對局部修改將改變整體結(jié)構，效率較低，而且由于鏈碼以每個區(qū)域為單位存儲邊界，相鄰區(qū)域的邊界則被重復存儲而產(chǎn)生冗余。2、游程長度編碼(Run—LengthCodes)

其編碼方案是，只在各行(或列)數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復的個數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。

游程長度編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法，它的基本思路是：對于一幅柵格圖像，常常有行(或列)方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復的記錄內(nèi)容。

游程長度編碼在柵格數(shù)據(jù)壓縮時，數(shù)據(jù)量沒有明顯增加，壓縮效率較高，且易于檢索、疊加合并等操作，運算簡單，適用于機器存儲容量小、數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復雜的編碼解碼運算增加處理和操作時間的情況。3、塊式編碼(BlockCodes)

塊碼是游程長度編碼擴展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構由初始位置(行、列號)和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。

數(shù)據(jù)編碼組成：（初始行、列，半徑，屬性值）0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。

4、四叉樹編碼(Quad-treeCodes)

1）定義：四叉樹結(jié)構的基本思想是將一幅柵格地圖或圖像等分為四部分。逐塊檢查其格網(wǎng)屬性值(或灰度)。如果某個子區(qū)的所有格網(wǎng)值都具有相同的值，則這個子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則還要把這個子區(qū)再分割成四個子區(qū)。這樣依次地分割，直到每個子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。

四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更有效地壓編數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列連續(xù)進行4等分，一直分到正方形的大小正好與象元的大小相等為止而塊狀結(jié)構則用四叉樹描述，習慣上稱為四叉樹編碼。①000②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北

四叉樹的樹狀表示

四叉樹編碼示意圖02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033332）四叉樹結(jié)構的建立方法

建立四叉樹有兩種方法，即自上而下方式（top—down）自下而上方式（bottom—up）自上而下方式的分割需要大量的運算，因為大量數(shù)據(jù)需要重復檢查才能確定劃分。當n×n的矩陣比較大，且區(qū)域內(nèi)容要素又比較復雜時，建立這種四叉樹的速度比較慢。 自下而上方式是對柵格數(shù)據(jù)按如下的順序進行檢測：如果每相鄰四個網(wǎng)格值相同則進行合并，逐次往上遞歸合并，直到符合四叉樹的原則為止。這種方法重復計算較少，運算速度較快。3）四叉樹編碼法的優(yōu)缺點四叉樹編碼法的優(yōu)點：（1）容易而有效地計算多邊形的數(shù)量特征；（2）陣列各部分的分辨率是可變的，邊界復雜部分四叉樹較高即分級多，分辨率也高，而不需表示許多細節(jié)的部分則分級少，分辨率低，因而既可精確表示圖形結(jié)構又可減少存貯量；（3）柵格到四叉樹及四叉樹到簡單柵格結(jié)構的轉(zhuǎn)換比其它壓縮方法容易；（4）多邊形中嵌套異類小多邊形的表示較方便。四叉樹編碼的最大缺點是轉(zhuǎn)換的不定性。第二節(jié)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構是通過記錄坐標的方式，盡可能地將點、線、面地理實體表現(xiàn)得精確無誤。其坐標空間假定為連續(xù)空間，不必像柵格數(shù)據(jù)結(jié)構那樣進行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長度和大小。

除數(shù)學上的精確坐標假設外，矢量數(shù)據(jù)存儲是以隱式關系以最小的存儲空間存儲復雜的數(shù)據(jù)。一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構編碼的基本內(nèi)容

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構通過記錄空間對象的坐標及空間關系來表達空間對象的位置。點：空間的一個坐標點；線：多個點組成的弧段；面：多個弧段組成的封閉多邊形。

多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達區(qū)域的拓撲特征，如形狀、鄰域和層次結(jié)構等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進行顯示和操作。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構編碼的基本內(nèi)容

標識碼屬性碼空間對象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫獨立編碼點:(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…

,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點位字典點:點號文件線:點號串面:點號串點號XY1112223344………n5566存儲方法

二、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的類型

1、簡單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構—面條結(jié)構（實體式）只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關系。湖泊河流居民地元素類型標號位置坐標點點1x,y線2x1y1,x2y2,…,xnyn面3x1y1,x2y2,…,x1y1閉合存儲：獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成。適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復雜的空間分析特征：無拓撲關系，主要用于顯示、輸出及一般查詢；公共邊重復存儲，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨立性和一致性；多邊形分解和合并不易進行，鄰域處理較復雜；處理嵌套多邊形比較麻煩。2、索引式

索引式數(shù)據(jù)結(jié)構采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，具體方法是對所有邊界點進行數(shù)字化，將坐標對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構。ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3點文件點號坐標

1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3多邊形文件多邊形號邊界線號

1Ⅰ，Ⅱ2Ⅱ，Ⅲ

3ⅣⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ樹狀索引法

樹狀索引結(jié)構消除了相鄰多邊形邊界的數(shù)據(jù)冗余和不一致的問題，在簡化過于復雜的邊界線或合并多邊形時可不必改造索引表，鄰域信息和島狀信息可以通過對多邊形文件的線索引處理得到，但是比較繁瑣，因而給鄰域函數(shù)運算、消除無用邊、處理島狀信息以及檢查拓撲關系等帶來一定的困難，而且兩個編碼表都要以人工方式建立，工作量大且容易出錯。3、雙重獨立式（DIME）這種數(shù)據(jù)結(jié)構最早是由美國人口統(tǒng)計局研制來進行人口普查分析和制圖的，簡稱為DIME(DuallndependentMapEncoding)系統(tǒng)或雙重獨立式的地圖編碼法。它以城市街道為編碼的主體。其特點是采用了拓撲編碼結(jié)構。

雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構是對圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用其兩端的節(jié)點及相鄰面域來予以定義。在雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構中，節(jié)點與節(jié)點或者面域與面域之間為鄰接關系，節(jié)點與線段或者面域與線段之間為關聯(lián)關系。點文件：點號坐標1x1,y1線文件:線文件是以線段為記錄單位

線號左多邊形

右多邊形

起點終點L210P1P2210面文件：面號線號P1L210,L109…關聯(lián)鄰接關聯(lián)連通拓撲關系明確P1P212345678910P311121314154、鏈狀雙重獨立式

鏈狀雙重獨立式數(shù)據(jù)結(jié)構是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構的一種改進。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構中，將若干直線段合為一個弧段（或鏈段），每個弧段可以有許多中間點。在鏈狀雙重獨立數(shù)據(jù)結(jié)構中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標文件、結(jié)點文件。

弧段坐標文件：弧段號坐標系列（串)Ax2,y2,x10,y10…弧段文件：鏈—面，鏈—結(jié)點關系

弧段號左多邊形右多邊形起點終點AP1P225多邊形文件：面號弧段號周長周長面積中心點坐標P1A,B,-C點拓撲文件：結(jié)點—鏈關系

點號結(jié)點坐標弧段號2A,B,DP1P212345678910P31112131415ABCD三、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的屬性數(shù)據(jù)表達屬性特征類型類別特征：是什么說明信息：同類目標的不同特征屬性特征表達類別特征：類型編碼說明信息：屬性數(shù)據(jù)結(jié)構和表格屬性表的內(nèi)容取決于用戶圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接通過目標識別符或內(nèi)部記錄號實現(xiàn)。四、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的特點1、用離散的點描述空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含；2、用拓撲關系描述空間對象之間的關系；3、面向目標操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度??；4、輸出圖形質(zhì)量好，精度高；5、與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合。作業(yè)

試對左圖進行直接柵格編碼、鏈式數(shù)據(jù)編碼、塊式編碼、游程壓縮編碼以及四叉樹編碼，比較各種壓縮編碼的壓縮程度。333331111111333331111111333311114411333111144441332221114441322221111411222222111111222222111111222222211111222222211111第三節(jié)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構的比較與轉(zhuǎn)換

柵格結(jié)構與矢量結(jié)構似乎是兩種截然不同的空間數(shù)據(jù)結(jié)構，柵格結(jié)構“屬性明顯、位置隱含”，而矢量結(jié)構“位置明顯、屬性隱含”，柵格數(shù)據(jù)操作總的來說比較容易實現(xiàn)，尤其是作為斑塊圖件的表示更易于為人們接受；而矢量數(shù)據(jù)操作則比較復雜，許多分析操作（如兩張地圖的覆蓋操作，點或線狀地物的鄰域搜索等）用矢量結(jié)構實現(xiàn)十分困難，矢量結(jié)構表達線狀地物是比較直觀的，而面狀地物則是通過對邊界的描述而表達。

無論哪種結(jié)構，數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)量都是一對矛盾，要提高精度，柵格結(jié)構需要更多的柵格單元，而矢量結(jié)構則需記錄更多的線段結(jié)點。一般來說，柵格結(jié)構只是矢量結(jié)構在某種程度上的一種近似，如果要使柵格結(jié)構描述的圖件取得與矢量結(jié)構同樣的精度，甚至僅僅在量值上接近，則數(shù)據(jù)也要比后者大得多。

柵格、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構特點比較

比較內(nèi)容

矢量格式

柵格格式

數(shù)據(jù)量

小

大

圖形精度

高

低

圖形運算

復雜、高效

簡單、低效

遙感影像格式

不一致

一致或接近

輸出表示

抽象、昂貴

直觀、便宜

數(shù)據(jù)共享

不易實現(xiàn)

容易實現(xiàn)

拓撲和網(wǎng)絡分析

容易實現(xiàn)

不易實現(xiàn)

柵格結(jié)構在某些操作上比矢量結(jié)構更有效更易于實現(xiàn)，如按空間坐標位置的搜索，對于柵格結(jié)構是極為方便的，而對矢量結(jié)構則搜索時間要長得多；在給定區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)計指標運算，包括計算多邊形形狀、面積、線密度、點密度，柵格結(jié)構可以很快算得出結(jié)果，而采用矢量結(jié)構則由于所在區(qū)域邊界限制條件難以提取而降低效率，對于給定范圍的開窗、縮放柵格結(jié)構也比矢量結(jié)構優(yōu)越；

另一方面，矢量結(jié)構用于拓撲關系的搜索則更為高效，即諸如計算多邊形形狀搜索鄰域、層次信息等；對于網(wǎng)絡信息只有矢量結(jié)構才能完全描述；矢量結(jié)構在計算精度與數(shù)據(jù)量方面的優(yōu)勢也是矢量結(jié)構比柵格結(jié)構受到歡迎的原因之一。

許多實踐證明，柵格結(jié)構和矢量結(jié)構在表示空間數(shù)據(jù)上可以是同樣有效的，對于一個GIS軟件，較為理想的方案是采用兩種數(shù)據(jù)結(jié)構，即柵格結(jié)構與矢量結(jié)構并存，對于提高地理信息系統(tǒng)的空間分辨率、數(shù)據(jù)壓縮率和增強系統(tǒng)分析、輸入輸出的靈活性十分重要。1、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的優(yōu)缺點優(yōu)點：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高數(shù)據(jù)結(jié)構緊湊，冗余度低，數(shù)據(jù)量小拓撲結(jié)構有利于網(wǎng)絡分析、空間查詢等便于面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)表達圖形輸出精確美觀缺點：數(shù)據(jù)結(jié)構復雜多邊形疊合等分析相對困難數(shù)學模擬比較困難軟件實現(xiàn)的技術要求比較高1、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的優(yōu)缺點優(yōu)點：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高數(shù)據(jù)結(jié)構緊湊，冗余度低，數(shù)據(jù)量小拓撲結(jié)構有利于網(wǎng)絡分析、空間查詢等便于面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)表達圖形輸出精確美觀缺點：數(shù)據(jù)結(jié)構復雜多邊形疊合等分析相對困難數(shù)學模擬比較困難軟件實現(xiàn)的技術要求比較高1、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的優(yōu)缺點優(yōu)點：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高數(shù)據(jù)結(jié)構緊湊，冗余度低，數(shù)據(jù)量小拓撲結(jié)構有利于網(wǎng)絡分析、空間查詢等便于面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)表達圖形輸出精確美觀2、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構的優(yōu)缺點優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構簡單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便各類空間分析很易于進行有利于遙感數(shù)據(jù)的匹配應用和分析缺點：圖形數(shù)據(jù)量大，冗余度高，需要壓縮處理拓撲關系難以表達定位精度比矢量低難以建立網(wǎng)絡連接關系地圖輸出不美觀二、數(shù)據(jù)結(jié)構選擇原則要素還是位置可獲取的數(shù)據(jù)定位要素的必要精度需要什么類型的要素需要什么類型的拓撲關聯(lián)所需空間分析類型生產(chǎn)地圖類型三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換矢量結(jié)構與網(wǎng)格結(jié)構的相互轉(zhuǎn)換，是地理信息系統(tǒng)的基本功能之一，目前已經(jīng)發(fā)展了許多高效的轉(zhuǎn)換算法；但是，從柵格數(shù)據(jù)到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，特別是掃描圖像的自動識別，仍然是目前研究的重點。對于點狀實體，每個實體僅由一個坐標對表示，其矢量結(jié)構和柵格結(jié)構的相互轉(zhuǎn)換基本上只是坐標精度變換問題，不存在太大的技術問題。三、空間數(shù)據(jù)結(jié)構的轉(zhuǎn)換線實體的矢量結(jié)構由一系列坐標對表示，在變?yōu)闁鸥窠Y(jié)構時，除把序列中坐標對變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺送?，還需根據(jù)柵格精度要求，在坐標點之間插滿一系列柵格點，這也容易由兩點式直線方程得到。線實體由柵格結(jié)構變?yōu)槭噶拷Y(jié)構與將多邊形邊界表示為矢量結(jié)構相似，因此以下重點討論多邊形（面實體）的矢量結(jié)構與柵格結(jié)構相互轉(zhuǎn)換。1、矢量格式向柵格格式的轉(zhuǎn)換

矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格點上賦以相應的多邊形編碼，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。幾種主要的算法描述如下：1）內(nèi)部點擴散算法2）復數(shù)積分算法3）射線算法和掃描算法

2、柵格格式向矢量格式的轉(zhuǎn)換

多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換就是提取以相同的編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓撲關系，并表示由多個小直線段組成的矢量格式邊界線的過程。柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換通常包括以下四個基本步驟：①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識邊界點；②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的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段；③拓撲關系生成：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系，以形成完整的拓撲結(jié)構并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系；④去除多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，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法；斜軸拋物線平均加權法；樣條函數(shù)插值法。特殊情況下的柵格結(jié)構（a）三角形（b）

菱形（c)六邊形顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點)，為使計算機認識這些像元描述的是某一物體而不是其它物體。注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號、數(shù)字、灰度值來顯示。則得到椅子的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構為：

椅子的屬性——符號／顏色——像元隱式表示隱式表示：由一系列定義了始點和終點的線及某種連接關系來描述，線的始點和終點坐標定義為一條表示椅子形式的矢量，線之間的指示字，告訴計算機怎樣把這些矢量連接在一起形成椅子，隱式表示的數(shù)據(jù)結(jié)構為：

椅子的屬性——一系列矢量——連接關系

點線面點、線、面數(shù)據(jù)的柵格結(jié)構表示(a)點、線、面數(shù)據(jù)(b)柵格表示

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構：坐標系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的屬性數(shù)據(jù)表達點狀對象目標標識目標標識地物編碼坐標關聯(lián)的線目標精度控制點等級測量單位測量年限線狀對象目標標識目標標識地物編碼坐標串起點、終點、左面、右面路面材料等級修建時間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對象目標標識目標標識地物編碼邊界目標號建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構……空間對象地物編碼地物名稱制圖顏色幾何類型制圖符號編碼屬性表明地物類型特征與制圖屬性空間數(shù)據(jù)獲取空間數(shù)據(jù)是GIS的血液，實際上整個GIS都是圍繞空間數(shù)據(jù)的采集、加工、組織、存儲、分析、可視化這幾個方面展開的空間數(shù)據(jù)的獲取手段、生產(chǎn)工藝、數(shù)據(jù)質(zhì)量都會直接影響到GIS的成本、效率和應用潛力數(shù)據(jù)采集方法有野外數(shù)據(jù)采集（平板儀、經(jīng)緯儀、全站儀、GPS等）手工數(shù)據(jù)輸入法（各種調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)、宗地信息等）地圖數(shù)字化（手扶跟蹤、掃描數(shù)字化等）攝影測量與遙感其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（公共的數(shù)據(jù)接口與轉(zhuǎn)換標準）空間數(shù)據(jù)概述GIS數(shù)據(jù)采集的方法是根據(jù)已有的數(shù)據(jù)源形式，現(xiàn)有設備條件、人和財力狀況來選定汽油數(shù)據(jù)GIS中數(shù)據(jù)費用比例硬件∶軟件∶數(shù)據(jù)=1∶2∶7現(xiàn)實世界文字報告、遙感圖象等數(shù)字化儀掃描儀解析測圖儀鍵盤等編輯、接邊、分層、圖形與屬性連接、加注記等空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源?如何采集?質(zhì)量如何?空間數(shù)據(jù)采集的任務

將現(xiàn)有各類空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GIS可以處理與接收的數(shù)字形式，通常要經(jīng)過驗證、修改、編輯等處理。具體任務如下：(1)將現(xiàn)有的地圖、外業(yè)觀測成果、航空像片、遙感圖片數(shù)據(jù)、文本資料等轉(zhuǎn)換成GIS可以接受的數(shù)字形式。

(2)數(shù)據(jù)庫入庫之前進行驗證、修改、編輯等處理，保證數(shù)據(jù)在內(nèi)容和邏輯上的一致性。

(3)不同的數(shù)據(jù)來源要用到不同的設備和方法。(4)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換裝載。(5)數(shù)據(jù)處理：幾何糾正、圖幅拼接、拓撲生成等。地圖地面測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料航空、遙感數(shù)字數(shù)據(jù)多媒體坐標幾何數(shù)字化儀掃描儀攝影測量鍵盤空間數(shù)據(jù)庫編輯處理數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)內(nèi)容與相應設備空間數(shù)據(jù)的特征空間特征是GIS所獨有的數(shù)據(jù)類型在地理坐標框架下，刻畫空間對象的位置、形狀和大小等幾何特征表示方法：絕對描述—坐標（直角坐標、經(jīng)緯度）相對描述—空間拓撲關系（鄰接、連接、方位）專題特征除空間特征、時間特征外的其它特征，如地形坡度、坡向、某地的年降雨量、土壤的酸堿度、土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等專題特征用于制作專題圖或?qū)ｎ}信息系統(tǒng)時間特征空間數(shù)據(jù)總是在特定的時間或時間段內(nèi)采集得到或計算得到的當數(shù)據(jù)考慮時間特征時就成為時態(tài)數(shù)據(jù)，如地籍數(shù)據(jù)就具有非常明顯的時間特征城鎮(zhèn)規(guī)劃前后的地表信息發(fā)生變化GIS建設應該考慮數(shù)據(jù)更新問題海量特征

包含空間和屬性數(shù)據(jù)包含不同來源、不同類型、關系復雜的數(shù)據(jù)和其它信息系統(tǒng)相比，GIS的數(shù)據(jù)是海量的空間數(shù)據(jù)的特征空間對象描述包括兩個方面：定性和定量描述定性描述對空間對象的鑒別、分類和命名主要表現(xiàn)在屬性方面，例如分類代碼（土地利用類型、植被類型等）數(shù)值類型：以一定的數(shù)值作為類型標識，不代表對象量化程度不同應用領域的空間對象描述詳細程度不同土地利用類型分類、基礎地理信息代碼的詳細程度隨空間數(shù)據(jù)庫比例尺的不同而異空間數(shù)據(jù)測量的尺度和精度定量描述包括空間對象的圖形、屬性兩個方面圖形：指空間坐標測量的尺度取決于采樣點的取舍和測量坐標的精度比例尺決定空間數(shù)據(jù)的密度、坐標精度或影像數(shù)據(jù)的分辨率，例如公路在大比例尺中看成是面狀地物、坐標精確到厘米在小比例中視為線，坐標精確到分米或米屬性：指屬性項的量化值，如土壤的酸堿度、某職工的工資，統(tǒng)計調(diào)查數(shù)據(jù)空間對象測量尺度和精度的原則計算機輸出的地圖滿足同等比例尺地圖的精度要求數(shù)據(jù)來源1）GIS數(shù)據(jù)來源

(1)基礎制圖數(shù)據(jù)：包括地形數(shù)據(jù)和人文景觀數(shù)據(jù)(2)自然資源數(shù)據(jù)：描述自然資源性質(zhì)、分布的數(shù)據(jù)(3)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)：統(tǒng)計部門經(jīng)過調(diào)查分析所得到的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)(4)數(shù)字高程數(shù)據(jù)：關于地表位置布局的高程測量數(shù)據(jù)(5)法律文檔數(shù)據(jù)(6)已有系統(tǒng)數(shù)據(jù)GIS空間數(shù)據(jù)基礎地圖存儲介質(zhì)、現(xiàn)勢性、投影轉(zhuǎn)換多媒體輔助GIS空間分析和查詢遙感、航空影象和數(shù)據(jù)分辨率、變形規(guī)律、糾正、解譯特征地面測量其它系統(tǒng)的數(shù)字形式數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)與法律文檔數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)加工后的數(shù)據(jù)非電子數(shù)據(jù)電子數(shù)據(jù)全站儀、GPS數(shù)據(jù)地球物理、地球化學遙感數(shù)據(jù)地圖專題地圖統(tǒng)計圖表平板測量、工程測量數(shù)據(jù)航空、遙感像片人口普查社會經(jīng)濟調(diào)查各種統(tǒng)計資料已建各種數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)2）GIS數(shù)據(jù)來源分類

數(shù)據(jù)來源1）平板儀（經(jīng)緯儀）測量采用平板儀或經(jīng)緯儀到野外進行測量是最傳統(tǒng)的野外測量方法、儀器成本低產(chǎn)品是紙質(zhì)（模擬）地形圖，即非數(shù)字形式野外勞動強度大、工作效率不高、圖形描繪質(zhì)量因人而異要轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式必須采用數(shù)字化的方式進行

野外數(shù)據(jù)采集平板儀測量2）全站儀測量是電子經(jīng)緯儀和測距儀的集成，得到數(shù)字形式的方位角、距離或三維坐標作業(yè)靈活、精度高作業(yè)形式全站儀+與電子手簿：野外采集數(shù)據(jù)點、繪草圖，室內(nèi)進行數(shù)據(jù)導入、圖形編輯電子平板：是平板儀的電子形