地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論-04

原比例5倍放大12倍放大4、柵格數(shù)據(jù)模型多種數(shù)據(jù)以柵格格式編碼，包括數(shù)字高程數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像、數(shù)字正射影像、掃描地圖和圖形文件與矢量數(shù)據(jù)模型（格式）不同，柵格數(shù)據(jù)模型在過去的30年中沒有大的變化，包括概念或數(shù)據(jù)格式。相關(guān)研究僅在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)壓縮柵格數(shù)據(jù)一般需要更大的計算機存儲空間。因此，對于柵格數(shù)據(jù)的用戶來說，涉及數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用的效率問題就十分重要本章分成以下5節(jié)：4.1節(jié)討論柵格數(shù)據(jù)的基本要素，包括柵格數(shù)值、像元大小、波段和空間參照系統(tǒng)；4.2節(jié)闡述不同類型的柵格數(shù)據(jù)；4.3節(jié)概述三種不同的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；4.4節(jié)重點解釋數(shù)據(jù)壓縮方法；4.5節(jié)討論矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)之間的變換（轉(zhuǎn)換）；4.1柵格數(shù)據(jù)模型要素柵格數(shù)據(jù)模型，在GIS中也被稱為格網(wǎng)、影像、柵格地圖、表面覆蓋(surfacecover)等柵格由行、列排列的像元組成（像元矩陣）。像元又稱為像素，具有尺寸大小柵格中的每個像元由其所在行、列的位置定義。行、列由格網(wǎng)左上角起始。在二維坐標(biāo)系統(tǒng)中，行作為y坐標(biāo)，列作為x坐標(biāo)。（影像坐標(biāo)）（0,0）（M,N)像元，具有邊長、面積、隱含坐標(biāo)影像坐標(biāo)系（x,y）（行、列）柵格數(shù)據(jù)，可以是整型（整數(shù)）或浮點型數(shù)據(jù)在算法上，柵格行與列，其像元值可以儲存為二維數(shù)組，也可視為矩陣所有常用編程語言，都支持?jǐn)?shù)組變量。柵格數(shù)據(jù)運算通常比矢量數(shù)據(jù)簡單浮點型柵格比整型柵格需要更多的計算機存儲量，這是涉及大范圍的GIS項目必須考慮的一個重要因素，即數(shù)據(jù)量控制像元大小像元大小決定了柵格數(shù)據(jù)模型的分辨率一個10m的像元意味著每一個像元為100平方米(10×10m)。同理，一個30m的像元意味著每一個像元為900平方米(30×30m)。像元太大，則無法表示空間要素的精細差異，增加在一個像元中存在混合要素（如覆蓋了森林、牧場與水域）的機會采用較小的像元，分辨率增加，但又增加了數(shù)據(jù)量，間接增加數(shù)據(jù)處理時間如果一個大的像元覆蓋了地面上的森林、牧場和水域，那么這個像元應(yīng)該用哪個類別表示呢？（1）按面積比例：最常用的方法，是將占據(jù)此像元面積比例最大的類型作為其類別（2）按要素重要性：如果牧場被認(rèn)為比森林和水域更加重要，那么這個具有三種要素的混合像元將被編碼為牧場。即，像元值的確定可基于空間要素在研究中的重要性程度概念：經(jīng)過與投影坐標(biāo)系統(tǒng)匹配處理的柵格數(shù)據(jù)通常稱為地理參照柵格數(shù)據(jù)（即有確定的地理坐標(biāo)或地圖坐標(biāo)）不必再次提醒的問題：多個圖層的疊加，須保證確保數(shù)據(jù)基于相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。如若要將一個高程柵格疊加到基于矢量的土壤圖層，我們必須先確保這兩個數(shù)據(jù)集都基于相同的坐標(biāo)系統(tǒng)目前可獲取的信息源數(shù)字高程模型(DEM)概念：數(shù)字高程模型(DEM)，一種由由等間隔海拔數(shù)據(jù)（地表高程）排列組成的數(shù)據(jù)格式。DEM是以點為基礎(chǔ)的，但也容易由像元中心的海拔高度點轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)存在多種格式的DEM大多數(shù)美國GIS用戶使用美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)提供的DEM。USGS提供四種類型的DEM數(shù)據(jù)：覆蓋范圍7.5分的DEM、30分的DEM、1度的DEM和阿拉斯加DEM。生產(chǎn)DEM的一個基本方法是采用具有重疊區(qū)域和不同視角的航拍影像，由立體測圖儀分析。此方法對于大范圍區(qū)域費用昂貴也可以由諸如具有重疊區(qū)域和不同視角的衛(wèi)星影像來生成DEM，如SPOT立體模型由GPS(全球定位系統(tǒng))經(jīng)過差分訂正而得航天飛機雷達測量的高程模型：立體雷達數(shù)據(jù)也可以作為生產(chǎn)DEM的數(shù)據(jù)源。如中國常用的NASA的SRTM（航天飛機雷達測量的高程模型）全球尺度的不同分辨率的DEM在使用

數(shù)字正射影像概念：數(shù)字正射影像（DOQ）消除攝影鏡頭傾斜誤差消除地形起伏的視差即地物投影構(gòu)成的影像傾斜地形視差的形成圖形（影像）文件地圖、照片和影像可存儲為數(shù)字圖形文件。流行的圖形文件為柵格格式，如TIFF、GIF、JPEG。USGS在數(shù)字正射影像中常用TIFF或GeoTIFF格式。GeoTIFF是TIFF格式的具有地理坐標(biāo)參照的版本柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指柵格數(shù)據(jù)的存儲方式。在過去的30年中，有好幾種柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本節(jié)介紹三種常用的結(jié)構(gòu)：逐個像元編碼(cell-by-cellencoding)、游程編碼(run-lengthencoding)、四叉樹(quadtree)單元順序編碼

（cell-by-cellencoding）0000110000011100001111100011111000111110011111100111111000000000柵格數(shù)據(jù)含有冗余格網(wǎng)值時，單元接單元編碼方法就不是最有效率了。例如，一幅土壤圖的二進制掃描文件有許多代表空白區(qū)的0，僅有少量代表士壤界限的黑線。二進制掃描文件一類的柵格數(shù)據(jù)模型，可用游程編碼(RLE)更有效地存儲，它是以行和組來記錄格網(wǎng)單元值。每一組包括了一個格網(wǎng)值和擁有該值的格網(wǎng)個數(shù)。如果一行中所有單元含有相同值，則僅有一組被記錄，這節(jié)省了計算機存儲量。游程編碼（屬性,游程）第0行：（0,4）（1,2）（0,2）第1行：（0,3）（1,3）（0,2）第2行：（0,2）（1,5）（0,1）第3行：（0,2）（1,5）（0,1）第4行：（0,2）（1,5）（0,1）第5行：（0,1）（1,6）（0,1）第6行：（0,1）（1,6）（0,1）第7行：（0,8）區(qū)域四叉樹將網(wǎng)格或分為四個象限，如此細分直至每一象限均為同一屬性第一象限（NE）的細分情況如下

四叉樹的建立計算量大，數(shù)據(jù)存儲量通常也大，實際上不能作為數(shù)據(jù)的壓縮方式。但查詢較容易。數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮指數(shù)據(jù)量的減少，這對數(shù)據(jù)傳遞和網(wǎng)絡(luò)制圖(lnternetmapping)尤其重要。數(shù)據(jù)壓縮程序如，用于微機的WinZip、Winrar、好壓等

圖像壓縮技術(shù)又可以分為無損壓縮和有損壓縮。無損壓縮方法允許圖像被精確重構(gòu)。如游程編碼方法(RLE)就是無損壓縮的一個實例。PackBits壓縮方法是一種有效的游程編碼方法的變體。盡管GIF格式在技術(shù)上是無損的，但是它并不能保持原有圖像的質(zhì)量，因為它最大只能達到256（8比特）色。TIFF數(shù)據(jù)格式可以提供用于圖像壓縮的PackBits和LZW有損壓縮(lossycompression)方法不能完全重構(gòu)原始圖像，但是卻可以達到較高至很高的壓縮率。常用的JPEG格式使用的就是有損壓縮方法。該法將圖像分解成大小為64(8×8)的斑塊，然后對各個斑塊進行獨立處理，各個斑塊中的顏色被代換并簡化，以減少數(shù)據(jù)編碼量。這種基于斑塊的處理過程導(dǎo)致出現(xiàn)塊狀(“blocky”)現(xiàn)象。通過有損壓縮方法的圖像退化可能影響GIS相關(guān)的任務(wù)JPEG2000使用小波變換。小波變換被認(rèn)為是用于圖像壓縮的最新選擇MrSID和JPEG2000都可以執(zhí)行無損或者有損壓縮。無損壓縮方式保存小波系數(shù)，并使用它們對原始圖像進行重構(gòu)