GIS 数据结构整理：网格索引

1 一维网格索引

• 把整个数据库数值空间划分成n*n的正方形网格，建立另一个倒排文件——栅格索引
• 每一个网格在栅格索引中有一个索引条目(记录)，在这个记录中登记所有位于或穿过该网格的物体的关键字

1.1 变长指针法

• 有三个制图物体：一条河流、一个湖泊和一条省界
• 它们的关键字分别为5，11和23。
• 河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅格为68，69，100，101；省界所通过的栅格为5，37，36，35，67，99，98，97

1.2 位图法

• 行index是网格index
• 列index是物体index
• 如果第j个物体经过第i行，那么第ij个元素为1

2 二维网格索引

• 将一维升至二维，变成X和Y方向上的编码

比如，[X1，Y1]，[X2，Y2]是5的外包络矩形；[X3，Y3]，[X4，Y4]是11的外包络矩形；[X5，Y5]，[X6，Y6]是23的外包络矩形，那么：

在二维网格下是这样的

• X-3,Y-2位置 5号轨迹和23号轨迹都经过，所以出现了两行X-3,Y-2

2.1 外包络矩形

• 通常也被称为“边界矩形”或“最小外接矩形”
• 是指能够完全包围给定空间要素的最小矩形
• 换句话说，它是一个四边形，这个四边形包含了一个空间要素的所有点，并具有最小的面积。
• 这个矩形通常是与坐标轴平行的，所以它的边是水平或垂直的
• 通常使用外包络矩阵的左下角和右上角表示

3 栅格数据层

• 在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用像元的取值表示
• 栅格中的每个像元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定
• 每个像元在一个网格中只能取值一次，同一像元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层

3.1 栅格数据取值方法

• 同一网格可能对应地图上多种专题属性，而每一个单元只允许取一个值，目前对于这种多重属性的网格，有不同的取值方法：

3.2 栅格网络编码格

3.2.1 链式编码（弗里曼编码）

• 由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链
  • 基本方向可定义为：东＝0，南＝3，西＝2，北＝1

• 比如上图，原点为像元（10，1），则该多边形界按顺时方向的链式编码为

• 链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易。
• 但是，叠置运算如组合、相交等则很难实施，除非还原成栅格结构方可，况且公共边界需要存储两次，从而产生多余的数据。

3.3 行程编码

3.3.1 （属性值，重复个数）

只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，即按（属性值，重复个数）编码

3.3.2（位置，属性值）

逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应的代码，即按（位置，属性值）编码

3.2.3 （起位，止位，属性值）

按行（或列）记录相同代码的始末像元的列号（或行号）和相应的代码，即按（起位，止位，属性值）编码

参考内容：2.3. 栅格数据结构 — GIS原理在线教程 (osgeo.cn)