cấu trúc dữ liệu raster và vector

CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER VÀ VECTOR
1 CẤU TRÚC RASTER 1
2 CẤU TRÚC VECTOR 3
2.1 Cấu trúc Spaghetti 4
2.2 Cấu trúc Topology 5
3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CẤU TRÚC VECTOR VÀ RASTER 6
Các đối tượng địa lý khi được biểu diễn trên máy tính được biết đến ở 2 dạng: cấu
trúc dữ liệu raster và cấu trúc dữ liệu vector.
1 CẤU TRÚC RASTER
Khái niệm
Mô hình raster biểu diễn không gian như là một ma trận số nguyên, mỗi giá trị số
nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số nguyên chính là vị trí của đối
tượng
Thí dụ:
Hình 1: Mô hình dữ liệu raster và vector
Hình 2: Mô hình dữ liệu raster và vector
Liên hệ với thế giới thực: mỗi pixel sẽ tương ứng với một ô nào đó trong thế giới
thực.
Trong cấu trúc raster:
- Đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f(x,y) liên tiếp
nhau.
- Vùng được xác định thành một mạng gồm nhiều pixel có cùng giá trị thuộc
tính f(x,y).
Hình 3: Cấu trúc dữ liệu raster
Cấu trúc lưu trữ raster cơ bản:
- Cấu trúc lưu mã chi tiết (exhaustive enumeration)
- Cấu trúc lưu mã run length (run-length encoding).
Đối với cấu trúc lưu mã chi tiết, mỗi một điểm lưới được gắn với giá trị duy nhất,
vì vậy dữ liệu không được nén gọn.
Cấu trúc lưu mã chạy dài có ý nghĩa như là một kỹ thuật nén dữ liệu nếu raster
chứa các nhóm điểm lưới có cùng một giá trị. Khi đó thay vì phải lưu trữ riêng cho

từng điểm lưới, cấu trúc này lưu trữ theo từng thành phần có một giá trị duy nhất
và số lượng điểm lưới chứa đựng giá trị đó.
Hình : Minh họa cấu trúc mã chi tiết
Hình 4: Minh họa cấu trúc mã run length
2 CẤU TRÚC VECTOR
Khái niệm
Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc dữ liệu vector được tổ chức
dưới dạng điểm (point), đường (line) và vùng (polygon) (xem hình 2 trang 2), và
được biểu diễn trên một hệ thống tọa độ nào đó. Đối với các đối tượng biểu diễn
trên mặt phẳng, mỗi đối tượng điểm được biểu diễn bởi một cặp tọa độ (x, y); đối
tượng đường được xác định bởi một chuỗi liên tiếp các điểm (vertex), đoạn thẳng
được nối giữa các điểm (vertex) hay còn gọi là cạnh (segment), điểm bắt đầu và
điểm kết thúc của một đường gọi là các nút (node); đối tượng vùng được xác định
bởi các đường khép kín.
Hình 5: Minh họa đối tượng đường gồm có các nút, điểm, cạnh
Hai loại cấu trúc được biết đến trong cấu trúc dữ liệu vector là cấu trúc
Spaghetti và cấu trúc Topology. Cấu trúc Spaghetti ra đời trước và được sử dụng
cho đến ngày nay ở một số các phần mềm GIS như: phần mềm Arcview GIS,
ArcGIS, MapInfo,… Cấu trúc Topology ra đời trên nền tảng của mô hình dữ liệu
cung – nút (Arc - Node).
2.1 Cấu trúc Spaghetti
Trong cấu trúc dữ liệu Spaghetti, đơn vị cơ sở là các cặp tọa độ trên một không
gian địa lý xác định. Do đó, mỗi đối tượng điểm được xác định bằng một cặp tọa
độ (x, y); mỗi đối tượng đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp tọa độ
(x
i
, y
i
); mỗi đối tượng vùng được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (x
j

,
y
j
) với điểm đầu và điểm cuối trùng nhau.
Thí dụ:
Hình 6: Minh họa dữ liệu Spaghetti
Đặc trưng Vị trí
Điểm A (x
A
, y
A
)
Điểm B (x
B
, y
B
)
Cung AB (x
A
, y
A
), (x
B
, y
B
)
Vùng a (x
A
, y
A

), (x
a1
, y
a1
), …, (x
a5
, y
a5
) , (x
B
, y
B
), (x
A
, y
A
)
Vùng b (x
A
, y
A
), (x
b1
, y
b1
), (x
b2
, y
b2
), (x

b3
, y
b3
) , (x
B
, y
B
), (x
A
, y
A
)
Bảng 1: Bảng mô tả đặc trưng của cấu trúc Spaghetti
Đặc điểm: Cấu trúc Spaghetti không ghi nhận đặc trưng kề nhau của hai vùng kề
nhau, nghĩa là tại hai vùng kề nhau sẽ có hai cạnh chung kề nhau, cạnh chung của
hai vùng kề nhau là hai cạnh độc lập nhau. Ở thí dụ trên vùng a và vùng b có
chung cạnh AB.
2.2 Cấu trúc Topology
Cấu trúc Topology còn được gọi là cấu trúc cung – nút (arc - node). Cấu trúc này
được xây dựng trên mô hình cung – nút, trong đó cung là phần tử cơ sở. Việc xác
định các phần tử không gian dựa trên các định nghĩa sau:
- Mỗi cung được xác định bởi 2 nút, các phần tử ở giữa 2 nút là các điểm điều
khiển (vertex), các điểm này xác định hình dạng của cung.
- Các cung giao nhau tại các nút, kết thúc một cung là nút.
- Vùng là tập hợp các cung khép kín, trong trường hợp vùng trong vùng thì
phải có sự phân biệt giữa cung bên trong và cung bên ngoài.
Trong cấu trúc Topology, các đối tượng không gian được mô tả trong bốn bảng dữ
liệu: bảng tọa độ cung, bảng topology cung, bảng topology nút và bảng topology
vùng. Giữa các bảng này có quan hệ với nhau thông qua cung. Từ đây, ta có thể
phân tích các quan hệ của các đối tượng không gian trên cùng một hệ tọa độ.

Thí dụ:
Hình 7: Minh họa dữ liệu Topology
Topology Vùng
Vùng Cung
A AB, AaB
B AB, AbB
Vùng ngoài vùng a và b Vùng ngoài
Bảng 2: Bảng topology vùng
Topology Cung
Cung Nút đầu Nút cuối Vùng trái Vùng phải
AB A B a b
AaB A B Vùng ngoài a
AbB A B b Vùng ngoài
Bảng 3: Bảng topology cung
Topology nút
Nút Cung
A AB, AaB
B AB, AbB
Bảng 4: Bảng topology nút
Dữ liệu tọa độ cung
Cung Nút đầu (x,y) Đỉnh vertex (x,y) Nút cuối (x,y)
AB A B
AaB A a1, a2, a3, a4, a5 B
AbB A b1, b2, b3 B
Bảng 5: Bảng dữ liệu tọa độ cung
3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CẤU TRÚC VECTOR VÀ RASTER
STT RASTER VECTOR
1
Cấu trúc dữ liệu đơn giản Cấu trúc dữ liêu phức tạp hơn raster
2

Các thao tác chập bản đồ thực hiện
dễ dàng và đơn giản
Các phép chập bản đồ khó thực hiện
được
3
Bài toán mô hình thực hiện dễ dàng Bài toán mô hình khó thực hiện
4
Dữ liệu cồng kềnh
Dữ liệu gọn (chiếm ít bộ nhớ) hơn mô
hình raster
5
Mối quan hệ topo khó có thể thể
hiện được. Bài toán mạng khó thực
hiện
Cho phép mã hóa topo hiệu quả hơn và
vì vậy cho phép thực hiện các phép
liên quan đến các thông tin topo (như
trong phân tích mạng)
6
Thích hợp với việc sử dụng dữ liệu
viễn thám
Thích hợp với dữ liệu đo đạc trực tiếp