地理信息系統(tǒng) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課件

第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)11主要內(nèi)容4.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.4鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.5柵格結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較2主要內(nèi)容4.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)224.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)34.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)334.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2.1柵格單元的確定

4.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4.2.3壓縮柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

44.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2.1柵格單元的確定444.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(raster或gridcell)或像元結(jié)構(gòu)(pixel)

以規(guī)則柵格陣列表示空間對(duì)象

最簡(jiǎn)單最直觀每個(gè)柵格單元上的數(shù)值表示空間對(duì)象的非幾何屬性特征其位置由柵格陣列中每個(gè)單元的行列號(hào)來(lái)確定。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)，一個(gè)柵格單元對(duì)應(yīng)于小塊地理范圍。54.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(raster或gridcel5對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。6點(diǎn)線面對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6點(diǎn)線面670000090000900000009070070090700760097777900077079000770709000000yx點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的矢量與柵格表示70000090000900000009070070090778Representationofpoint,line,andareafeatures:rasterformatontheleftandvectorformatontheright.8Representationofpoint,line8柵格數(shù)據(jù)類(lèi)型1．衛(wèi)星影像2．?dāng)?shù)字高程模型（DEM）3．?dāng)?shù)字正射影像圖（DOM）4．二進(jìn)制掃描文件5．?dāng)?shù)字柵格影像6．圖形文件：如JPG、TIFF、GIF等7．特定地理信息系統(tǒng)軟件的柵格數(shù)據(jù).grd柵格數(shù)據(jù)類(lèi)型1．衛(wèi)星影像94.2.1柵格單元的確定1.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)（1）柵格形狀。柵格單元通常為矩形或正方形。特殊的情況下按經(jīng)緯網(wǎng)劃分。（2）柵格單元大小。柵格單元的尺寸，即分辨率。柵格單元的合理尺寸應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，以保證空間數(shù)據(jù)的精度。

保證最小圖斑不丟失為原則（3）柵格原點(diǎn)

和國(guó)家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，或者和已有的柵格系統(tǒng)數(shù)據(jù)相一致，并同時(shí)使用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。（4）柵格的傾角

柵格的坐標(biāo)系統(tǒng)與國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)平行104.2.1柵格單元的確定1.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)10101.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)11X：列Y：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）

（500，500）格網(wǎng)分辨率301.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)11X：列Y：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)格網(wǎng)分辨率112.柵格數(shù)據(jù)單元值確定12CAB面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)法A

位于柵格中心處的地物類(lèi)型決定其取值。常用于連續(xù)分布特性的地理現(xiàn)象。C

選取最重要的地物類(lèi)型為單元值。常用于有特殊意義而面積較小的地理要素A

占區(qū)域面積最大的地物類(lèi)型取值

適用于分類(lèi)較細(xì)、地物斑塊較小地理要素為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個(gè)柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法2.柵格數(shù)據(jù)單元值確定12CAB面重中心點(diǎn)法A

位于柵格中1213abc345abcac距離:7/4(5)面積:7(6)幾何偏差屬性偏差如ac距離以像元邊線計(jì)算則為7，以像元個(gè)數(shù)為單位則為4。三角形的面積為6個(gè)平方單位，而右圖中則為7個(gè)平方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。中心點(diǎn)法面積占優(yōu)法13abc345abcac距離:7/4(5)幾何偏差134.柵格數(shù)據(jù)的編碼方法4.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接?xùn)鸥窬幋a4.2.3壓縮柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)游程長(zhǎng)度編碼鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼四叉樹(shù)編碼分塊壓縮編碼144.柵格數(shù)據(jù)的編碼方法4.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)14144.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.直接?xùn)鸥窬幋a將柵格看做一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行逐個(gè)記錄代碼數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀，無(wú)壓縮缺點(diǎn)：存在大量冗余，精度提高有限制。154.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.直接?xùn)鸥窬幋a1515完全柵格數(shù)據(jù)的組織完全柵格數(shù)據(jù)的組織有三種基本方式：基于像元、基于層（波段）和基于行.bsq（bandsequential）基于層（波段）的方式16柵格數(shù)據(jù)文件波段1像元1，1像元1，2像元1，m……像元m，n…波段2波段k完全柵格數(shù)據(jù)的組織完全柵格數(shù)據(jù)的組織有三種基本方式：16柵格16.bil（bandinterleavedbyline）基于行的方式17柵格數(shù)據(jù)文件行1波段1行2…像元1…n波段2像元1…n……波段k像元1…n行m.bil（bandinterleavedbyline17.bip（bandinterleavedbypixel）基于像元方式18柵格數(shù)據(jù)文件像元1，1像元1，2…波段1…波段k像元m，n.bip（bandinterleavedbypixe182.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）行程編碼，將每行中具有相同屬性值的連續(xù)像元映射為一個(gè)游程，每個(gè)游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為（A，P），A表示屬性值，P代表該游程最右端的列號(hào)或個(gè)數(shù)。屬性變化越少，壓縮比例越大，適合于類(lèi)型區(qū)域面積較大的柵格。199999000099090000900977000000770000007777000077770000777700007777原始柵格數(shù)據(jù)(9,4),(0,4),

(9,3),(0,5),

(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),

(0,4),(7,2),(0,2),

(0,4),(7,4),

(0,4),(7,4),

(0,4),(7,4),

(0,4),(7,4)2.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）行192.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）優(yōu)點(diǎn)：柵格加密時(shí)，數(shù)據(jù)量不會(huì)明顯增加，壓縮效率高，最大限度保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，且易于檢索、疊加、合并等操作，得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：不適合于類(lèi)型連續(xù)變化或類(lèi)型區(qū)域分散的數(shù)據(jù)。202.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）優(yōu)203.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Freeman）鏈?zhǔn)骄幋a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(diǎn)開(kāi)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(gè)基本方向。編碼過(guò)程：起始點(diǎn)的尋找一般遵循從上到下，從左到右的原則；當(dāng)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有記錄過(guò)的點(diǎn)，且數(shù)值不為0時(shí)，就是一條線或邊界的起點(diǎn)；記下該地物的特征碼、起點(diǎn)的行列號(hào)，然后按順時(shí)針?lè)较驅(qū)ほE，找到相鄰的等值點(diǎn)，并按八個(gè)方向編碼。213.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Fr213.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Freeman）鏈?zhǔn)骄幋a表特征碼起點(diǎn)行起點(diǎn)列鏈碼線153223323面3602132466762267012345鏈?zhǔn)骄幋a的方向代碼鏈?zhǔn)骄幋a示意圖32233233246676021起始點(diǎn)起始點(diǎn)43.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Fr22優(yōu)點(diǎn)：鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)多邊形的表示具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力且具有一定的運(yùn)算功能，如面積和周長(zhǎng)計(jì)算等，探測(cè)邊界急彎和凹進(jìn)部分等都比較容易，比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：對(duì)邊界做合并和插入等修改編輯比較困難；類(lèi)似矢量結(jié)構(gòu)，不具有區(qū)域的性質(zhì)，對(duì)疊置運(yùn)算如組合、相交等則很難實(shí)施；而且由于鏈碼以每個(gè)區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯?chǔ)邊界，相鄰區(qū)域的邊界則被重復(fù)存儲(chǔ)而產(chǎn)生冗余。23優(yōu)點(diǎn)：23234.四叉樹(shù)編碼（QuadtreeEncoding）四叉樹(shù)概述：一種可變分辨率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。基本思想：將一幅柵格數(shù)據(jù)層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(gè)子區(qū)的所有格網(wǎng)值都具有相同的值，則這個(gè)子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則還要把這個(gè)子區(qū)再分割成四個(gè)子區(qū)；這樣依次地分割，直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。最上面的一個(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為葉子結(jié)點(diǎn)，可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹(shù)分解能不斷的進(jìn)行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數(shù)，n＋1是四叉樹(shù)最大層數(shù)或最大高度.244.四叉樹(shù)編碼（QuadtreeEncoding）四叉24方法：自上而下自下而上ABAAABAABB25AAAAABBBAABBAABBBAAAAAABBBAABBAABBBA方法：25AAAAABBBAABBAABBBAAAAAA251）常規(guī)四叉樹(shù)記錄這棵樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要6個(gè)變量：父結(jié)點(diǎn)指針、四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，還增加了操作的復(fù)雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點(diǎn)移到根結(jié)點(diǎn)的次數(shù)來(lái)確定，結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始逐步推算下來(lái)。常規(guī)四叉樹(shù)并不廣泛用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其價(jià)值在于建立索引文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。261）常規(guī)四叉樹(shù)記錄這棵樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系262）線性四叉樹(shù)只記錄葉結(jié)點(diǎn)的信息，包括葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾次分割）和屬性。葉結(jié)點(diǎn)的編號(hào)遵循一定的規(guī)則，這種編號(hào)稱(chēng)為地址碼，常用的有四進(jìn)制、十進(jìn)制Morton碼優(yōu)點(diǎn)：·存貯量小，只對(duì)葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)，地址碼隱含著結(jié)點(diǎn)的位置和分割次數(shù)?！ぞ€性四叉樹(shù)可直接尋址，通過(guò)其坐標(biāo)值直接計(jì)算其Morton碼，而不用建立四叉樹(shù)?！ざㄎ淮a容易存儲(chǔ)和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)集合相加等組合操作。272）線性四叉樹(shù)只記錄葉結(jié)點(diǎn)的信息，包括葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾273）四進(jìn)制的Morton碼28方法1（自上而下分割）其始行列號(hào)從0計(jì)由葉結(jié)點(diǎn)找Morton碼。A、分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。B、每一個(gè)位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)，表達(dá)位置。由Morton碼找出四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)的具體位置。

0123AAAAABBBAABBAAABB03BA3）四進(jìn)制的Morton碼28方法1（自上而下分割）其始行28方法2（自下而上合并的方法）1）計(jì)算二維矩陣每個(gè)元素的下標(biāo)對(duì)應(yīng)的MQ

其始行列號(hào)從0計(jì)。2)按碼的升序排成線性表，放在連續(xù)的內(nèi)存塊中。3）依次檢查每四個(gè)相鄰的MQ對(duì)應(yīng)的屬性值，相同合并（不同碼位去掉），不同則存盤(pán),直到?jīng)]有能夠合并的子塊為止。290110110A

000A

001A

010A

0111A

002B

003B

012B

01310A

020A

021B

030B

03111A

022A

023B

032B

033方法2（自下而上合并的方法）1）計(jì)算二維矩陣每個(gè)元素的下標(biāo)對(duì)293030304）十進(jìn)制的Morton碼---MD四進(jìn)制Morton碼直觀上符合四叉樹(shù)分割，但許多語(yǔ)言不支持四進(jìn)制變量，需用十進(jìn)制表示Morton碼.1、一種按位操作的方法：(1)行、列號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制Ib=10Jb=1

1(2)I行J列交叉

1

101=13(3)再化為十進(jìn)制.

實(shí)質(zhì)上是按左上、右上、左下、右下的順序，從零開(kāi)始對(duì)每個(gè)柵格進(jìn)行自然編碼。314）十進(jìn)制的Morton碼---MD四進(jìn)制Morton碼直觀315）線性四叉樹(shù)的二維行程編碼右圖的壓縮處理過(guò)程為：1.按Morton碼讀入一維數(shù)組。Morton碼：0123

4567

89101112131415象元值：AAABAABBAAAABBBB2.四相鄰象元合并，只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。0

123

45678

12AAABAABBAB3.進(jìn)一步用游程長(zhǎng)度編碼壓縮。0346812ABABAB32A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15A0A1A4A5A2B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B155）線性四叉樹(shù)的二維行程編碼右圖的壓縮處理過(guò)程為：32A32四叉樹(shù)編碼法的優(yōu)點(diǎn)1）容易而有效地計(jì)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(fù)雜部分四叉樹(shù)較高即分級(jí)多，分辨率也高，而不需表示許多細(xì)節(jié)的部分則分級(jí)少，分辨率低，因而既可精確表示圖形結(jié)構(gòu)又可減少存貯量；3）柵格到四叉樹(shù)及四叉樹(shù)到簡(jiǎn)單柵格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換比其它壓縮方法容易；4）多邊形中嵌套異類(lèi)小多邊形的表示較方便。33四叉樹(shù)編碼法的優(yōu)點(diǎn)1）容易而有效地計(jì)算多邊形的數(shù)量特征；3333四叉樹(shù)編碼缺點(diǎn)此外，目前應(yīng)用四叉樹(shù)還存下列問(wèn)題：1)矢/柵正反變換還不理想。2)建立四叉樹(shù)耗費(fèi)機(jī)時(shí)很多。3)四叉樹(shù)雖可修改，但很費(fèi)事4)四叉樹(shù)未能直接表示物體間的拓?fù)潢P(guān)系。5)與非樹(shù)表示法比較，四叉樹(shù)表示法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換的不穩(wěn)定性或叫滑動(dòng)變異例如，兩個(gè)圖像的差異僅由于平移，就會(huì)構(gòu)成極為不同的四叉樹(shù)，因而很難根據(jù)四叉樹(shù)來(lái)判斷這兩個(gè)圖像是否全同，故不利于做形狀分析和模式識(shí)別，6)一個(gè)物體的圖像在構(gòu)成四叉樹(shù)時(shí)會(huì)被分割到若干個(gè)象限中，使它失去了內(nèi)在的相關(guān)性。34四叉樹(shù)編碼缺點(diǎn)此外，目前應(yīng)用四叉樹(shù)還存下列問(wèn)題：34345.塊狀編碼(blockcode)采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置(行、列號(hào))和半徑，再加上記錄單元代碼組成。右圖用12個(gè)單位正方形，5個(gè)4單位的正方形和2個(gè)16單位的正方形就能完整表示，具體編碼如下：(1,1,2,9)，(1,3,1,9)，(1,4,1,9)，(1,5,2,0)，(1,7,2,0)，(2,3,1,9)，(2,4,1,0)，(3,1,1,0)，(3,2,1,9)，(3,3,1,9)，(3,4,1,0)，(3,5,2,7)，(3,7,2,0)，(4,4,1,0)，(4,2,1,0)，(4,3,1,0)，(4,4,1,0)，(5,1,4,0)，(5,5,4,7)特點(diǎn)：一個(gè)多邊形所包含的正方形越大，多邊形的邊界越簡(jiǎn)單，塊狀編碼的效率就越好。塊狀編碼對(duì)大而簡(jiǎn)單的多邊形更為有效，而對(duì)那些碎部較多的復(fù)雜多邊形效果并不好。塊狀編碼在合并、插入、檢查延伸性、計(jì)算面積等操作時(shí)有明顯的優(yōu)越性。然而對(duì)某些運(yùn)算不適應(yīng)，必須在轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)形式才能順利進(jìn)行。355.塊狀編碼(blockcode)采用方形區(qū)域作為記錄單元35柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)的編碼方法36AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點(diǎn)行列號(hào)，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈?zhǔn)骄幋a游程長(zhǎng)度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):行號(hào),屬性,重復(fù)次數(shù)A,4,R,1,A,6,...塊狀編碼正方形區(qū)域?yàn)橛涗泦卧獢?shù)據(jù)結(jié)構(gòu):初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹(shù)編碼柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)的編碼方法36AAAAARAAARAAARA36第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)37第4章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)137主要內(nèi)容4.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.4鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.5柵格結(jié)構(gòu)與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較38主要內(nèi)容4.1矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2384.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)394.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3394.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2.1柵格單元的確定

4.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4.2.3壓縮柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

404.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.2.1柵格單元的確定4404.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(raster或gridcell)或像元結(jié)構(gòu)(pixel)

以規(guī)則柵格陣列表示空間對(duì)象

最簡(jiǎn)單最直觀每個(gè)柵格單元上的數(shù)值表示空間對(duì)象的非幾何屬性特征其位置由柵格陣列中每個(gè)單元的行列號(hào)來(lái)確定。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)，一個(gè)柵格單元對(duì)應(yīng)于小塊地理范圍。414.2柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(raster或gridcel41對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。42點(diǎn)線面對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6點(diǎn)線面42430000090000900000009070070090700760097777900077079000770709000000yx點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)的矢量與柵格表示7000009000090000000907007009074344Representationofpoint,line,andareafeatures:rasterformatontheleftandvectorformatontheright.8Representationofpoint,line44柵格數(shù)據(jù)類(lèi)型1．衛(wèi)星影像2．?dāng)?shù)字高程模型（DEM）3．?dāng)?shù)字正射影像圖（DOM）4．二進(jìn)制掃描文件5．?dāng)?shù)字柵格影像6．圖形文件：如JPG、TIFF、GIF等7．特定地理信息系統(tǒng)軟件的柵格數(shù)據(jù).grd柵格數(shù)據(jù)類(lèi)型1．衛(wèi)星影像454.2.1柵格單元的確定1.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)（1）柵格形狀。柵格單元通常為矩形或正方形。特殊的情況下按經(jīng)緯網(wǎng)劃分。（2）柵格單元大小。柵格單元的尺寸，即分辨率。柵格單元的合理尺寸應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，以保證空間數(shù)據(jù)的精度。

保證最小圖斑不丟失為原則（3）柵格原點(diǎn)

和國(guó)家基本比例尺地形圖公里網(wǎng)的交點(diǎn)相一致，或者和已有的柵格系統(tǒng)數(shù)據(jù)相一致，并同時(shí)使用公里網(wǎng)的縱橫坐標(biāo)軸作為柵格系統(tǒng)的坐標(biāo)軸。（4）柵格的傾角

柵格的坐標(biāo)系統(tǒng)與國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)平行464.2.1柵格單元的確定1.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)10461.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)47X：列Y：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）

（500，500）格網(wǎng)分辨率301.柵格數(shù)據(jù)的參數(shù)11X：列Y：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)格網(wǎng)分辨率472.柵格數(shù)據(jù)單元值確定48CAB面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)法A

位于柵格中心處的地物類(lèi)型決定其取值。常用于連續(xù)分布特性的地理現(xiàn)象。C

選取最重要的地物類(lèi)型為單元值。常用于有特殊意義而面積較小的地理要素A

占區(qū)域面積最大的地物類(lèi)型取值

適用于分類(lèi)較細(xì)、地物斑塊較小地理要素為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個(gè)柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法2.柵格數(shù)據(jù)單元值確定12CAB面重中心點(diǎn)法A

位于柵格中4849abc345abcac距離:7/4(5)面積:7(6)幾何偏差屬性偏差如ac距離以像元邊線計(jì)算則為7，以像元個(gè)數(shù)為單位則為4。三角形的面積為6個(gè)平方單位，而右圖中則為7個(gè)平方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。中心點(diǎn)法面積占優(yōu)法13abc345abcac距離:7/4(5)幾何偏差494.柵格數(shù)據(jù)的編碼方法4.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接?xùn)鸥窬幋a4.2.3壓縮柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)游程長(zhǎng)度編碼鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼四叉樹(shù)編碼分塊壓縮編碼504.柵格數(shù)據(jù)的編碼方法4.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)14504.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.直接?xùn)鸥窬幋a將柵格看做一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行逐個(gè)記錄代碼數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀，無(wú)壓縮缺點(diǎn)：存在大量冗余，精度提高有限制。514.2.2完全柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.直接?xùn)鸥窬幋a1551完全柵格數(shù)據(jù)的組織完全柵格數(shù)據(jù)的組織有三種基本方式：基于像元、基于層（波段）和基于行.bsq（bandsequential）基于層（波段）的方式52柵格數(shù)據(jù)文件波段1像元1，1像元1，2像元1，m……像元m，n…波段2波段k完全柵格數(shù)據(jù)的組織完全柵格數(shù)據(jù)的組織有三種基本方式：16柵格52.bil（bandinterleavedbyline）基于行的方式53柵格數(shù)據(jù)文件行1波段1行2…像元1…n波段2像元1…n……波段k像元1…n行m.bil（bandinterleavedbyline53.bip（bandinterleavedbypixel）基于像元方式54柵格數(shù)據(jù)文件像元1，1像元1，2…波段1…波段k像元m，n.bip（bandinterleavedbypixe542.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）行程編碼，將每行中具有相同屬性值的連續(xù)像元映射為一個(gè)游程，每個(gè)游程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為（A，P），A表示屬性值，P代表該游程最右端的列號(hào)或個(gè)數(shù)。屬性變化越少，壓縮比例越大，適合于類(lèi)型區(qū)域面積較大的柵格。559999000099090000900977000000770000007777000077770000777700007777原始柵格數(shù)據(jù)(9,4),(0,4),

(9,3),(0,5),

(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),

(0,4),(7,2),(0,2),

(0,4),(7,4),

(0,4),(7,4),

(0,4),(7,4),

(0,4),(7,4)2.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）行552.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）優(yōu)點(diǎn)：柵格加密時(shí)，數(shù)據(jù)量不會(huì)明顯增加，壓縮效率高，最大限度保留原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，且易于檢索、疊加、合并等操作，得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：不適合于類(lèi)型連續(xù)變化或類(lèi)型區(qū)域分散的數(shù)據(jù)。562.游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthEncoding）優(yōu)563.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Freeman）鏈?zhǔn)骄幋a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(diǎn)開(kāi)始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈。基本方向可定義為：東＝0，東南＝l，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個(gè)基本方向。編碼過(guò)程：起始點(diǎn)的尋找一般遵循從上到下，從左到右的原則；當(dāng)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有記錄過(guò)的點(diǎn)，且數(shù)值不為0時(shí)，就是一條線或邊界的起點(diǎn)；記下該地物的特征碼、起點(diǎn)的行列號(hào)，然后按順時(shí)針?lè)较驅(qū)ほE，找到相鄰的等值點(diǎn)，并按八個(gè)方向編碼。573.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Fr573.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Freeman）鏈?zhǔn)骄幋a表特征碼起點(diǎn)行起點(diǎn)列鏈碼線153223323面3602132466765867012345鏈?zhǔn)骄幋a的方向代碼鏈?zhǔn)骄幋a示意圖32233233246676021起始點(diǎn)起始點(diǎn)43.鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)編碼（ChainEncoding，弗里曼Fr58優(yōu)點(diǎn)：鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)多邊形的表示具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力且具有一定的運(yùn)算功能，如面積和周長(zhǎng)計(jì)算等，探測(cè)邊界急彎和凹進(jìn)部分等都比較容易，比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：對(duì)邊界做合并和插入等修改編輯比較困難；類(lèi)似矢量結(jié)構(gòu)，不具有區(qū)域的性質(zhì)，對(duì)疊置運(yùn)算如組合、相交等則很難實(shí)施；而且由于鏈碼以每個(gè)區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯?chǔ)邊界，相鄰區(qū)域的邊界則被重復(fù)存儲(chǔ)而產(chǎn)生冗余。59優(yōu)點(diǎn)：23594.四叉樹(shù)編碼（QuadtreeEncoding）四叉樹(shù)概述：一種可變分辨率的非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)。基本思想：將一幅柵格數(shù)據(jù)層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(gè)子區(qū)的所有格網(wǎng)值都具有相同的值，則這個(gè)子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則還要把這個(gè)子區(qū)再分割成四個(gè)子區(qū)；這樣依次地分割，直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。最上面的一個(gè)結(jié)點(diǎn)叫做根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形。不能再分的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為葉子結(jié)點(diǎn)，可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表子象限單一的代碼，所有葉子結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹(shù)分解能不斷的進(jìn)行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數(shù)，n＋1是四叉樹(shù)最大層數(shù)或最大高度.604.四叉樹(shù)編碼（QuadtreeEncoding）四叉60方法：自上而下自下而上ABAAABAABB61AAAAABBBAABBAABBBAAAAAABBBAABBAABBBA方法：25AAAAABBBAABBAABBBAAAAAA611）常規(guī)四叉樹(shù)記錄這棵樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系用指針聯(lián)系，每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要6個(gè)變量：父結(jié)點(diǎn)指針、四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針和本結(jié)點(diǎn)的屬性值。指針不僅增加了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，還增加了操作的復(fù)雜性：如層次數(shù)（分割次數(shù)）由從父結(jié)點(diǎn)移到根結(jié)點(diǎn)的次數(shù)來(lái)確定，結(jié)點(diǎn)所代表的圖像塊的位置需要從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始逐步推算下來(lái)。常規(guī)四叉樹(shù)并不廣泛用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其價(jià)值在于建立索引文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。621）常規(guī)四叉樹(shù)記錄這棵樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)外，中間結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系622）線性四叉樹(shù)只記錄葉結(jié)點(diǎn)的信息，包括葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾次分割）和屬性。葉結(jié)點(diǎn)的編號(hào)遵循一定的規(guī)則，這種編號(hào)稱(chēng)為地址碼，常用的有四進(jìn)制、十進(jìn)制Morton碼優(yōu)點(diǎn)：·存貯量小，只對(duì)葉結(jié)點(diǎn)編碼，節(jié)省了大量中間結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)，地址碼隱含著結(jié)點(diǎn)的位置和分割次數(shù)?！ぞ€性四叉樹(shù)可直接尋址，通過(guò)其坐標(biāo)值直接計(jì)算其Morton碼，而不用建立四叉樹(shù)。·定位碼容易存儲(chǔ)和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)集合相加等組合操作。632）線性四叉樹(shù)只記錄葉結(jié)點(diǎn)的信息，包括葉結(jié)點(diǎn)的位置，深度（幾633）四進(jìn)制的Morton碼64方法1（自上而下分割）其始行列號(hào)從0計(jì)由葉結(jié)點(diǎn)找Morton碼。A、分割一次，增加一位數(shù)字，大分割在前，小分割在后。所以，碼的位數(shù)表示分割的次數(shù)。B、每一個(gè)位均是不大于3的四進(jìn)制數(shù)，表達(dá)位置。由Morton碼找出四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)的具體位置。

0123AAAAABBBAABBAAABB03BA3）四進(jìn)制的Morton碼28方法1（自上而下分割）其始行64方法2（自下而上合并的方法）1）計(jì)算二維矩陣每個(gè)元素的下標(biāo)對(duì)應(yīng)的MQ

其始行列號(hào)從0計(jì)。2)按碼的升序排成線性表，放在連續(xù)的內(nèi)存塊中。3）依次檢查每四個(gè)相鄰的MQ對(duì)應(yīng)的屬性值，相同合并（不同碼位去掉），不同則存盤(pán),直到?jīng)]有能夠合并的子塊為止。650110110A

000A

001A

010A

0111A

002B

003B

012B

01310A

020A

021B

030B

03111A

022A

023B

032B

033方法2（自下而上合并的方法）1）計(jì)算二維矩陣每個(gè)元素的下標(biāo)對(duì)656630664）十進(jìn)制的Morton碼---MD四進(jìn)制Morton碼直觀上符合四叉樹(shù)分割，但許多語(yǔ)言不支持四進(jìn)制變量，需用十進(jìn)制表示Morton碼.1、一種按位操作的方法：(1)行、列號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制Ib=10Jb=1

1(2)I行J列交叉

1

101=13(3)再化為十進(jìn)制.

實(shí)質(zhì)上是按左上、右上、左下、右下的順序，從零開(kāi)始對(duì)每個(gè)柵格進(jìn)行自然編碼。674）十進(jìn)制的Morton碼---MD四進(jìn)制Morton碼直觀675）線性四叉樹(shù)的二維行程編碼右圖的壓縮處理過(guò)程為：1.按Morton碼讀入一維數(shù)組。Morton碼：0123

4567

89101112131415象元值：AAABAABBAAAABBBB2.四相鄰象元合并，只記錄第一個(gè)象元的Morton碼。0

123

45678

12AAABAABBAB3.進(jìn)一步用游程長(zhǎng)度編碼壓縮。0346812ABABAB68A0A1A4A5A2

B3B6B7A8A9B12B13A10A11B14B15