空间数据结构与空间数据库

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1、第三章空间数据结构与空间数据库§1概述§2矢量数据结构§3栅格数据结构§4栅格与矢量数据结构的转换§5GIS空间数据结构的建立一.两种数据结构的比较二.矢量格式向栅格格式的转换三.栅格格式向矢量格式的转换四.矢量与栅格一体化数据结构五.空间数据库§4矢量栅格数据结构的比较与转换栅格模型矢量模型优点：1、数据结构简单2、叠加操作易实现(空间分析比较容易)3、便于做图象的有效增强，有利于与遥感数据的匹配应用和分析4、图形显示质量好、精度高优点：1、提供更严密的数据结构（紧凑、冗余度低）2、提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑信息的操作更有效，如网络分析3、便于面向现

2、象的数据表示。4、图形输出美观，接近于手绘缺点：1、数据结构不严密不紧凑，需要用压缩技术解决这个问题2、难以表达拓扑关系3、图形输出不美观，线条有锯齿，需要增加栅格数量来克服，但会增加数据量缺点：1、比栅格数据结构复杂2、叠加操作没有栅格有效3、表达空间变化性能力差4、不能象数字图形那样做增强处理一、矢量数据模型与栅格数据模型比较包括：1)点的转换:2)线段的转换:3)多边形的转换:二.矢量数据结构向栅格数据结构的转换二.矢量格式向栅格格式的转换1矢量到栅格的转换(栅格化过程包括以下操作)：1）将点和线实体的角点的笛卡尔坐标转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中；

3、2）对多边形而言，测试过角点后，剩下线段处理，这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界，度记录其位置与属性值。二.矢量格式向栅格格式的转换2多边形转换(栅格化过程包括以下操作)：1）内部点扩散算法:2）射线算法:3）扫描填充法:4）边界代数算法:5）复数积分算法1）内部点扩散算法该算法由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界上，则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的编号。重复上述过程直到所有种子点填满该多

4、边形并遇到边界停止为止。扩散算法程序设计比较复杂，并且在一定的栅格精度上，如果复杂图形的同一多边形的两条边界落在同一个或相邻的两个栅格内，会造成多边形不连通，这样一个种子点不能完成整个多边形的填充。2）射线算法射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部（图7-12）。采用射线算法，要注意的是：射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除（图7-13）。2）射线算法射线算法2）射线算法射线

5、算法的特殊情况3）扫描算法扫描算法是射线算法的改进，将射线改为沿栅格阵列列或行方向扫描线，判断与射线算法相似。扫描算法省去了计算射线与多边形边界交点的大量运算，大大提高了效率。4）边界代数算法（BAF-BoundaryAlgebraFilling）[任伏虎]边界代数多边形填充算法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。图7-15表示转换单个多边形的情况，多边形编号为a，模仿积分求多边形区域面积的过程，初始化的栅格阵列各栅格值为零，以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线，当边界上行

6、时（图7-15-a），位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a；当边界下行时（图7-15-b），该边界左边（前进方向看为右侧）所有栅格点加一个值a，边界搜索完毕则完成了多边形的转换。4）边界代数算法单个多边形的转换4）边界代数算法对于这种多个多边形的矢量向栅格转换问题，只需对所有多边形边界弧段作如下运算而不考虑排列次序：当边界弧段上行时，该弧段与左图框之间栅格增加一个值（左多边形编号减去右多边形编号）；当边界弧段下行时，该弧段与左图框之间栅格增加一个值（右多边形编号减去左多边形编号）。两个多边形转换过程如图所示。4）边界代数算法5）复数积分算法对全部栅格

7、阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为2r，则该待判点属于此多边形，赋以多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形。三.栅格数据结构向矢量数据结构的转换1.基于图像数据的矢量化方法：1)二值化:2)细化:3)边界线的追踪:4)拓扑关系的生成:5)去除多余点及曲线圆滑：三.栅格数据结构向矢量数据结构的转换多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点；边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知边界点需沿除了进入方向的其他7个方向

8、搜索下一个边界点，直到连