第10章導航定位技術與地理信息系統(tǒng)

1、l GPS系統(tǒng)簡介 1973年，美國國防部批準其海陸空三軍聯(lián)合研制新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，即授時和測距導航衛(wèi)星，或稱全球定位系統(tǒng)（Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System, NAVSTAR/GPS），簡稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)采用延時測距的被動式導航體制，能夠為地球表面和近地空間的廣大用戶提供全天候、全天時、高精度的三維位置、三維速度和一維時間的7維定位、導航和授時服務，用戶的數(shù)量沒有任何限制。第一節(jié) 衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 3 1978年2月發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星，1994年3月24顆衛(wèi)星構成的星座部署完畢，GPS

2、系統(tǒng)正式建成，系統(tǒng)總共耗資200億美元。GPS開始時只用于軍事目的，1994年，美國宣布在10年內向全世界免費提供GPS使用權，但美國只向外國提供低精度的衛(wèi)星信號。據(jù)信該系統(tǒng)有美國設置的“后門”，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國可以關閉對某地區(qū)的信息服務。它是利用分布在2萬公里高空的多顆人造衛(wèi)星，對地面或接近地面的目標進行定位（包括移動速度和方向）和導航的系統(tǒng)。具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力。GPS衛(wèi)星軌道示意圖車載導航儀 5l GPS系統(tǒng)構成 （1）空間部分-GPS衛(wèi)星星座：GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成。 （2）地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)：地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍

3、基地上的5個監(jiān)測站、1個主控站和3個數(shù)據(jù)注入站構成。3個注入站分別設在大西洋、印度洋和太平洋的3個美國軍事基地上。注入站的任務是將主控站計算出的衛(wèi)星參數(shù)發(fā)送給衛(wèi)星，同時向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己的工作狀態(tài)。5個監(jiān)測站分別設在主控站、3個注入站及夏威夷島。監(jiān)測站負責對諸衛(wèi)星進行連續(xù)跟蹤和監(jiān)視，測量每顆衛(wèi)星的位置和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控站進行處理，5個監(jiān)控站均為無人值守的數(shù)據(jù)采集中心。7（3）用戶設備部分-GPS信號接收機：用戶部分主要是GPS接收機，接收機硬件和機內軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構成完整的GPS用戶設備?？臻g段注入站監(jiān)測站主控站主控站：主控站：

4、1 1個個; ; 監(jiān)測站：監(jiān)測站：5 5個個; ;注入站：注入站：3 3個個; ; 通訊與輔助系統(tǒng)。通訊與輔助系統(tǒng)。空間部分：衛(wèi)星分布空間部分：衛(wèi)星分布q 24顆衛(wèi)星分布在2萬公里的太空；q 每4顆衛(wèi)星工作在同一軌道平面內，24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面，彼此夾角為60；q 軌道平面相對于赤道的傾角為55 ；q 衛(wèi)星離地面高度20200km；q 12恒星時(11hr58min2.05s)繞地球一周；q 地球上任何地方任何時刻同時可收到4顆以上GPS衛(wèi)星的信號。2022-4-179l GPS信號精度 (1)C/A碼又被稱為粗捕獲碼，精度為29.3m到2.93米。 (2) P(Y)碼又被稱為精碼

5、，精度為2.93米到0.293米。l GPS系統(tǒng)的定位原理 每個太空衛(wèi)星在運行時，任一時刻都有一個坐標值來代表其位置所在(已知值)，接收機所在的位置坐標為未知值，而太空衛(wèi)星的信息在傳送過程中，所需耗費的時間，可經由比對衛(wèi)星時鐘與接收機內的時鐘計算之，將此時間差值乘以電波傳送速度(一般定為光速)，就可計算出太空衛(wèi)星與使用者接收機間的距離，如此就可依三角向量關系來列出一個相關的方程式。每接收到一顆衛(wèi)星就可列出一個相關的方程式，因此在至少收到三衛(wèi)星后，即可計算出平面坐標(經緯度)值，收到四顆則加上高程值，五顆以上更可提高準確度。2 3 1 S1 (x1,y1,z1) S2(x2,y2,z2) S3(

6、x3,y3,z3) P(x,y,z) 21212121)()()(zzyyxxi用距離交會的方法求解P點的三維坐標（x,y,z）的觀測方程為：tc (含有各種誤差) 1121212121)()()()(ttczzyyxx2221222222)()()()(ttczzyyxx4421242424)()()()(ttczzyyxx3321232323)()()()(ttczzyyxx理想狀態(tài)下：理想狀態(tài)下： 定位參考標準世界大地坐標（WGS84） 定位需求（x,y,z)已知相對點已知相對點（衛(wèi)星坐標）三個距離距離=c*t光速c時間差t1=t1 t誤差接收機鐘面時間衛(wèi)星鐘面時間電離層、對流層等等說明

7、t1和t并不在同一個標準下未知數(shù)增多會增加幾個？ 實際上， 衛(wèi)星與GPS接收機的幾何距離； 偽距；1電離層誤差，可根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學模型計算求得；2對流層誤差，可根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學模型計算求得；ti 第i顆衛(wèi)星的鐘差（衛(wèi)星時間與理想GPS時間的差），可根據(jù)衛(wèi)星星歷求得；tk 接收機鐘差（接收機時間與理想GPS時間的差，未知）。(i=1,2,3,4) kitctc21212122)()()()(iikiiittczzyyxxiiiizzyyxx21222)()()(15二、俄羅斯“格洛納斯” (GLONASS) 尚未部署完畢。始于上世紀70年代，需要至少18顆衛(wèi)星才能確保覆蓋

8、俄羅斯全境；如要提供全球定位服務，則需要24顆衛(wèi)星。上世紀90時代，系統(tǒng)所含衛(wèi)星數(shù)量一度達標，但由于經費短缺，部分失效衛(wèi)星未獲更新，最嚴重時，僅只6顆衛(wèi)星正常工作。目前，“格洛納斯”導航系統(tǒng)共有21顆衛(wèi)星。軌道高度1萬9000公里，運行周期11小時15分，位置精度提高到1015M，定時精度提高到2030NS，速度精度達到0.01MS GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖 組成GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星17三、歐盟“伽利略”(galileo) 1999年，歐洲提出計劃，準備發(fā)射30顆衛(wèi)星，組成“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)?！百だ浴毙l(wèi)星定位系統(tǒng)將由30顆軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星的軌道高度為2.4萬公里，傾角為56

9、度，分布在3個軌道面上，每個軌道面部署9顆工作星和1顆在軌備用星，其地面定位服務的誤差不超過1米，該系統(tǒng)的一些設計優(yōu)于美國現(xiàn)有的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。歐盟于2002年正式批準伽利略計劃，目標是建成一個覆蓋全球的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，但由于資金等原因，伽利略計劃的進展并不順利，目前僅發(fā)射2顆衛(wèi)星，今年該計劃正式啟動。伽利略計劃總共投資約33億歐元，按照中國和歐盟15個國家以平等地位參與合作的原則，中國將出資2億歐元左右。 18伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)模擬圖 伽利略衛(wèi)星效果圖 19四、北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 1.“北斗一號”(后更名為“北斗導航試驗系統(tǒng)”） 2003年我國北斗一號建成并開通運行，“北斗一號”系統(tǒng)

10、是在地球同步軌道上運行，即在離地球3.6萬公里的高度上運行,系統(tǒng)由3顆北斗定位衛(wèi)星(兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星)、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶終端三部分組成，定位最高精度可達10米?！氨倍芬惶枴毕到y(tǒng)在導航方式上也與美俄的全球定位衛(wèi)星有一定的差距。“北斗一號”屬于主動式的。不同于GPS，“北斗”的指揮機和終端之間可以雙向交流。這是由于“北斗一號”本身是兩維導航系統(tǒng)，僅靠兩顆星的觀測量尚不能定位，觀測量的取得及定位解算均需在地面中心站進行。北斗二號系列衛(wèi)星今年起將進入組網高峰期，預計在2015年形成由三十幾顆衛(wèi)星組成的覆蓋全球的系統(tǒng)。 對定位申請，地面站測出兩個時間延遲：即從地面站發(fā)出詢問

11、信號，經某一顆衛(wèi)星轉發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應信號，經同一顆衛(wèi)星轉發(fā)回地面站的延遲（p1+r1+r1+p1）；和從地面站發(fā)出詢問信號，經上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應信號，經另一顆衛(wèi)星轉發(fā)回地面站的延遲（p1+r1+r2+p2）。由于地面站和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的（可算出p1和p2），因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的偽距離（r1），以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和（r1+r2）。 p1 衛(wèi)星 I p2 r2 r1 S3(x3,y3,z3) 用戶 地面站 衛(wèi)星 II 定位原理定位原理 首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，徑衛(wèi)星轉發(fā)器項服務區(qū)內的用戶廣播。用戶響應

12、其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應信號，徑衛(wèi)星轉發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用的申請服務內容進行相應的數(shù)據(jù)處理。從而知道用戶處于一個分別以兩顆同步衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接收天線距離為半徑，構成的兩個球面的交線上，這個交線是一個圓。另外地面站從存儲在計算機內的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。圓與不規(guī)則球面相交，得兩個點，分別位于南北半球，取北半球的點即為用戶機的位置。從而地面站可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經中心站加密后加入出站廣播電文中，通過衛(wèi)星發(fā)送給用戶。 08年5月12日四川大

13、地震發(fā)生后，北京武警指揮中心和四川武警部隊運用“北斗”進行了上百次交流。汶川地震發(fā)生的第三天上午，成都軍區(qū)應急通信小分隊搭乘直升機抵達震中汶川縣城。這支應急通信小分隊只有十人，但是他們攜帶衛(wèi)星電話、電臺，立即開設通信中心，恢復了汶川縣城中斷多時的通信。這就是“北斗”系統(tǒng)，在通信中斷的情況下，顯示了國產導航系統(tǒng)的威力。也是“北斗”系統(tǒng)，十五日傳回汶川地震災區(qū)的最新災情和救援情況，傳來大部分救援部隊已經到達指定救援位置，在災區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)展開全面搜救的好消息。242.“北斗二號”（后更名為”北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)”） 正在建設的的“北斗二號”全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是建立在“北斗一號”區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎上的

14、，但不是北斗一號的簡單延伸，更類似于GPS全球定位系統(tǒng)和伽利略。我國將在今年和明年兩年發(fā)射10顆左右的導航衛(wèi)星，預計在2015年建成由30多顆衛(wèi)星組成的，覆蓋全球的“北斗二號”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。在精確度方面，“北斗二號”也可以精確到“厘米”之內整個系統(tǒng)將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供即開放服務和授權服務。發(fā)射時間火箭衛(wèi)星編號衛(wèi)星類型2000年10月31日北斗-1A北斗1號2000年12月21日北斗-1B2003年5月25日北斗-1C2007年2月3日北斗-1D2007年4月14日04時11分長征三號甲第一顆北斗導航衛(wèi)星（M1）北斗2號2009年4月15日長征三號丙第二顆北斗

15、導航衛(wèi)星（G2）2010年1月17日第三顆北斗導航衛(wèi)星（G1）2010年6月2日第四顆北斗導航衛(wèi)星（G3）2010年8月1日05時30分長征三號甲第五顆北斗導航衛(wèi)星（I1）2010年11月1日00時26分長征三號丙第六顆北斗導航衛(wèi)星（G4）2010年12月18日04時20分長征三號甲第七顆北斗導航衛(wèi)星（I2）2011年4月10日04時47分第八顆北斗導航衛(wèi)星（I3）2011年7月27日05時44分第九顆北斗導航衛(wèi)星（I4）2011年12月2日05時07分第十顆北斗導航衛(wèi)星（I5）2012年2月25日0時12分長征三號丙第十一顆北斗導航衛(wèi)星2012年4月30日4時50分長征三號乙第十二、第十三顆

16、北斗導航系統(tǒng)組網衛(wèi)星（“一箭雙星”）2012年9月19日3時10分長征三號乙第十四、十五顆北斗導航系統(tǒng)組網衛(wèi)星“一箭雙星 ）2012年10月25日23時33分長征三號丙第十六顆北斗導航衛(wèi)星 2016年2月1日15時29分長征三號丙第五顆新一代北斗導航衛(wèi)星 2016年6月12日23時30分長征三號丙第二十三顆北斗導航衛(wèi)星 中國北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)示意圖中國北斗二號空間結構圖用于車輛自定位、跟蹤調度、線路規(guī)劃；用于鐵路運輸管理；用于船隊最佳航程和安全航線的測定、航向的實時調度、監(jiān)測；用于空中交通管理、精密進場著陸、航路導航和監(jiān)視；用于信息查詢和緊急救援；用于軍事物流。 五、導航定位系統(tǒng)在物流管理中

17、的應用 GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網絡子系統(tǒng)。 基站子系統(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網絡子系統(tǒng)由移動交換中心（MSC）和操作維護中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、訪問 位置寄存器（VLR）、鑒權中心（AUC）和設備標志寄存器（EIR）等組成。第二節(jié) 全球移動通信系統(tǒng)定位 1. GSM定位原理（1）基于網絡的定位技術 起源蜂窩小區(qū)COO(Cell Of Origin)定位技術 根據(jù)移動臺所處的小區(qū)標識號ID來確定用戶的位置。移動臺在當前小區(qū)注冊后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中就會有相對應的小區(qū)ID號。只要系統(tǒng)能夠把該小區(qū)基

18、站設置的中心位置（在當?shù)氐貓D中的位置）和小區(qū)的覆蓋半徑廣播給小區(qū)范圍內的所有移動臺，這些移動臺就能知道自己處在什么地方，查詢數(shù)據(jù)庫即可獲取位置信息 抵達時間TOA(Time Of Arrival)定位技術 它是基于測量信號從移動臺發(fā)送出去并到達消息測量單元（3個或更多基站）的時間來定位。移動臺位于以基站為圓心、移動臺到基站的電波傳播距離為半徑的圓上。通過多個基站進行計算，移動臺的二維位置坐標可由3個圓的交點確定。 OrArBrC基站A基站B基站C 角度到達AOA(Arrival Of Angle)定位技術 該技術根據(jù)信號到達的角度，確定移動臺相對于基站的角度關系，只要測量一個移動臺距兩個基站的

19、信號到達角度，就可以確定出移動臺的位置 基站1基站2移動臺位置 抵達時間差異TDOA(Time Difference Of Arrival)定位技術 該定位技術是通過檢測信號到達兩個基站的時間差，而不是到達的絕對時間來確定移動臺位置的，降低了對時間的同步要求。移動臺定位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上。確定移動臺的二維位置坐標需要建立兩個以上雙曲線方程，兩條雙曲線的交點即為移動臺的二維位置坐標。 基站1基站2估計位置基站3（2）基于移動終端的定位技術 增強型觀察時間差EOTD、 A-GPS（Assistant GPS） （3）混合定位技術 混合定位技術即利用移動終端定位功能與網絡定位功能的結合

20、。（4）定位方式的選擇定位技術 優(yōu)點 缺點 CELL-ID 終端和網絡不需要修改、實現(xiàn)簡單 定位精度低 AOA 終端不需要修改 網絡側需要增加智能天線；定位精度不高 TOA 終端不需要修改 需要增加網絡實體和修改軟件； 在非同步網絡中定位誤差大，定位精度受環(huán)境影響大 TDOA 終端不需要修改，精度高于 TOA 需要增加網絡實體和修改軟件； 定位精度受環(huán)境影響大 EOTD 城市定位精度較高 需要增加網絡實體，成本昂貴，限制漫游用戶服務 A-GPS 定位精度高 需要對終端和網絡實體進行修改； 不能在室內或障礙嚴重的 地方工作 混合定位 適合范圍廣， 在各種環(huán)境下均有很高的定位精度 需要對終端和網絡

21、實體進行修改，實現(xiàn)較為復雜 二、GSM定位在物流管理中的應用（1）車輛實時監(jiān)控調度 （2）實時貨運派單 （3）貨運定單跟蹤 （4）運輸線路優(yōu)化 （5）車輛反劫防盜，遠程遙控（6）物流信息服務及貨運車輛(人員)管理第三節(jié) 地理信息系統(tǒng) 是一種基于計算機的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進行成圖和分析。GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。 n 其基本功能是將表格型數(shù)據(jù)（無論是來自數(shù)據(jù)庫、電子表格文件或直接在程序中輸入）轉換為地理圖形顯示，然后對顯示結果瀏覽、操作和分析。n 顯示范圍可以從洲際地圖到非常詳細的街區(qū)地圖，

22、顯示對象包括人口、銷售情況、運輸線路以及其他內容。 一、一、GISGIS的構成的構成 計算機軟件系統(tǒng) 用戶 計算機硬件系統(tǒng) 應用模型 地理空間數(shù)據(jù) 圖 10-12 GIS 系統(tǒng)構成 二、二、GISGIS的功能的功能 圖 10-13 GIS 的功能結構圖 數(shù)據(jù)采集 與輸入 空間數(shù)據(jù) 查詢與分析 數(shù)據(jù)輸出 與表達 數(shù)據(jù)編輯 與更新 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 代碼 數(shù)據(jù) 結果 數(shù)據(jù)存儲與管理 三、空間數(shù)據(jù)的獲取三、空間數(shù)據(jù)的獲取地圖遙感影像數(shù)據(jù)社會經濟數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)文本、報告和立法文件1GIS數(shù)據(jù)的來源2GIS數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)的采集幾何數(shù)據(jù)的采集四、空間數(shù)據(jù)管理四、空間數(shù)據(jù)管理（一）空間數(shù)據(jù)的分類 在地理

23、信息系統(tǒng)中，按照空間數(shù)據(jù)的特征，可將其分為三種類型：空間特征數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）、專題特征數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）和時間屬性數(shù)據(jù)（尺度數(shù)據(jù)）。 1. 空間特征數(shù)據(jù) 2. 專題特征數(shù)據(jù) 3. 時間屬性數(shù)據(jù)（二）空間數(shù)據(jù)結構及編碼 1.柵格結構 柵格數(shù)據(jù)的圖形表示：柵格結構是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結構，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。 柵 格數(shù)據(jù)的圖形表示 2 2 1 2 2 3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 2 柵格化 1 2 3 2.柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼 （1）直接柵格編碼 這是最簡單直觀而又非常重要的一種柵格結構編碼方法，通常稱這種編碼的圖像文件

24、為網格文件或柵格文件。柵格結構不論采用何種壓縮編碼方法，其邏輯原型都是直接編碼網格文件。直接編碼就是格柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行都從左到右逐個像元記錄，也可以奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行從右到左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的顧序。 （2）鏈式編碼 基本方向可定義為：東0，東南1，南2，西南3，西4，西北5，北6，東北7等8個基本方向 5 6 7 4 0 3 2 1 l 如果對于圖10-16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。l 對于圖10-16所示的面狀地物，假設其原起始點定為像元（5，8）。則該多

25、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。 （3）游程長度編碼 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容。 其編碼方案是，有相同屬性值的鄰近像元被合并在一起稱為一個游程，游程用一對數(shù)字表達；每個游程對中的第一個值表示游程長度，第二個值表示游程屬性值（類別）；每一個新行都以一個新的游程開始。 例如對圖10-17所示的柵格數(shù)據(jù)，可沿行方向進行如下游程長度編碼：(0,1), (4,2), (7,5), (4,5), (7,3),

26、 (4,4), (8,2), (7,2), (0,2), (4,1), (8,3), (7,2), (0,2), (8,4), (7,1), (8,1), (0,3), (8,5), (0,4), (8,4), (0,5), (8,3)。 圖 10-17 原始柵格數(shù)據(jù) 0 4 4 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 7 7 7 4 4 4 4 8 8 7 7 0 0 4 8 8 8 7 7 0 0 8 8 8 8 7 8 0 0 0 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 （4）塊狀編碼（Block Codes） 塊碼是游程長度編碼擴展到二維的情

27、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)結構由初始位置（行、列號）和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。 根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以用22個單位正方形，6個4單位的正方形和 2 個9 單位的正方形就能完整表示，如圖8-18所示，具體編碼如下： 根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以用22個單位正方形，6個4單位的正方形和 2 個9 單位的正方形就能完整表示，如圖10-18所示，具體編碼如下：(1,1,1,0), (1,2,2,4), (1,4,1,7), (1,5,1,7), (1,6,2,7), (1,8,1,7), (2,1,1,4), (

28、2,4,1,4), (2,5,1,4), (2,8,1,7), (3,1,1,4), (3,2,1,4), (3,3,1,4), (3,4,1,4), (3,5,2,8), (3,7,2,7), (4,1,2,0), (4,3,1,4),(4,4,1,8), (5,3,1,8), (5,4,2,8), (5,6,1,8), (5,7,1,7), (5,8,1,8), (6,1,3,0), (6,6,3,8), (7,4,1,0), (7,5,1,8), (8,4,1,0), (8,5,1,0)。 圖 10-18 塊碼分割的柵格數(shù)據(jù) 0 4 4 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 7 7 7

29、 4 4 4 4 8 8 7 7 0 0 4 8 8 8 7 7 0 0 8 8 8 8 7 8 0 0 0 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 （5）四叉樹編碼（Quad-tree Codes） 四叉樹將整個圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域為一個柵格像元。分割原則是：將圖像區(qū)域劃分為4個大小相同的象限，而每個象限又可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的4個象限。其終止判據(jù)是：不管是哪一層上的象限，只要劃分到僅代表一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時，不再繼續(xù)劃分；否則，一直劃分到單個柵格像元為止。四叉樹通過

30、樹狀結構記錄這種劃分，并通過這種四叉樹狀結構實現(xiàn)查詢、修改、量算等操作。 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縮數(shù)據(jù)的方法。它將2n2n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，而塊狀結構則用四叉樹描述，習慣上稱為四叉樹編碼。 0 4 4 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 7 7 7 4 4 4 4 8 8 7 7 0 0 4 8 8 8 7 7 0 0 8 8 8 8 7 8 0 0 0 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 a. 四叉樹分割 圖10-19a為圖10-17原始數(shù)據(jù)的四叉樹分解，其

31、四叉樹如圖10-19b所示。圖10-19b中最上面的那個結點叫做根結點，它對應整個圖形?？偣灿?層結點，每個結點對應一個象限，如第2層4個結點分別對應于整個圖形的4個象限，各列次序依次為南西（SW）、南東（SE）、北西（NW）和北東（NE），不能再分的結點稱為終止結點（又稱葉子結點），可能落在不同的層上，該結點代表的子象限具有單一的代碼。所有終止結點所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個圖形。從上到下、從左到右為葉子結點編號，如圖10-19b所示，共有40個葉子結點，也就是原圖被劃分為40個大小不等的方形子區(qū)。圖10-19b中最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。 0 SW SE NW NE b. 上圖的四叉

32、樹編碼 0 0 8 8 34 8 35 7 40 7 0 8 8 8 0 8 8 8 8 8 7 8 0 0 4 21 4 22 4 23 8 24 4 25 4 26 4 27 4 28 0 29 4 30 4 31 4 32 4 33 7 36 4 37 7 38 7 39 7 3. 矢量結構 矢量數(shù)據(jù)的圖形表示：矢量方法將地理現(xiàn)象或事物抽象為點、線、面實體，將它們放在特定空間坐標系下進行采樣記錄 10 63 64 23 10 63 64 23 原始地圖 用笛卡爾坐標表示的地圖 特性 數(shù)據(jù) 位 置 點 10 X，Y 單點 線 23 X1, Y1、X2, Y2、 、Xn, Yn 串 63 X

33、1, Y1、X2, Y2,、 Xn, Yn 閉合環(huán) 面 64 X1, Y1,、X2, Y2、 、Xn, Yn 閉合環(huán) 圖 10-20 矢量數(shù)據(jù)的圖形表示 4矢量數(shù)據(jù)壓縮編碼 （1）矢量數(shù)據(jù)編碼的內容 矢量數(shù)據(jù)結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。其編碼內容包括： 點：空間的一個坐標點； 線：多個點組成的弧段； 多邊形：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。 （2）坐標序列法A: x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;

34、x9,y9;B: x1,y1;x10,y10;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x8,y8;x9,y9;C: x24,y24;x25,y25;x26,y26;x27,y27;x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;D: x15,y15;x16,y16;x19,y19;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;E: x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x17,y17;x16,y16;x19,y19;x18,y18。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

35、 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 A B C D E a b c d e f g h i j 坐標序列法文件結構簡單，易于實現(xiàn)以多邊形為單位的運算和顯示，能夠順次進行數(shù)字化繪置工作。這種方法的缺點是： 多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲兩次，由此產生冗余和碎屑多邊形； 每個多邊形自成體系而缺少鄰域信息，難以進行鄰域處理，如消除某兩個多邊形之間的共同邊界； 島只作為一個單個的圖形建造，沒有與外包多邊形的聯(lián)系； 不易檢查拓撲錯誤，如有無不完整的多邊形等。這種方法可用于簡單的粗精度制圖系統(tǒng)中。 （3）樹狀索引編碼法 該方法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