第四章柵格數(shù)據(jù)模型

1、2014.3.7 空間數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中分層表示空間數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中分層表示 數(shù)據(jù)層 柵格數(shù)據(jù) 柵格數(shù)據(jù)表達(dá)中，柵格由一系列的柵格坐標(biāo) 或像元所處柵格矩陣的行列號(hào)（I, J）定義 其位置，每個(gè)像元獨(dú)立編碼，并載有屬性。 柵格單元的大小代表空間分辨率，表示表達(dá) 的精度。在影像中，柵格單元的值是柵格內(nèi) 的平均灰度。 柵格數(shù)據(jù) 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)將經(jīng)過分類解譯的遙感影像數(shù)據(jù)直接或重采樣后輸入系統(tǒng)，作 為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的專題地圖。 圖片的掃描圖片的掃描逐點(diǎn)掃描專題地圖，將掃描數(shù)據(jù)重采樣和再編碼得到柵格數(shù) 據(jù)文件。 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來數(shù)字化儀手扶或自動(dòng)跟蹤數(shù)字化地圖，得到矢量結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)后，再轉(zhuǎn)換為柵

2、格結(jié)構(gòu)；或者運(yùn)用矢量數(shù)據(jù)柵格 化技術(shù)，利用GIS 直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為了有利于某些操作或者有利于輸出。 手工方法獲取手工方法獲取在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格，逐個(gè)網(wǎng)格地決定其代碼，最后 形成柵格數(shù)字地圖文件，也叫目讀法。 以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布以規(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(jié)構(gòu)，其陣列中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其陣列中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn) 象的屬性特征。換句話說，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像象的屬性特征。換句話說，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像 元陣列，用每個(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用每個(gè)元陣列，用每個(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用每個(gè) 像元的值表示實(shí)體的類型、等級(jí)等的屬性編碼。像

3、元的值表示實(shí)體的類型、等級(jí)等的屬性編碼。 1 1、點(diǎn)實(shí)體：表示為一個(gè)像元；、點(diǎn)實(shí)體：表示為一個(gè)像元； 2 2、線實(shí)體：表示為在一定方向上連接成串的相鄰、線實(shí)體：表示為在一定方向上連接成串的相鄰 像元的集合；像元的集合； 3 3、面實(shí)體：表示為聚集在一起的相鄰像元的集合、面實(shí)體：表示為聚集在一起的相鄰像元的集合 點(diǎn) 線 面 在柵格結(jié)構(gòu)中，地表被分成相互鄰接、規(guī)則排列在柵格結(jié)構(gòu)中，地表被分成相互鄰接、規(guī)則排列 的矩形方塊的矩形方塊( (特殊的情況下也可以是三角形或菱特殊的情況下也可以是三角形或菱 形、六邊形等形、六邊形等 。每個(gè)地塊與一個(gè)柵格單元相對(duì)。每個(gè)地塊與一個(gè)柵格單元相對(duì) 應(yīng)。柵格數(shù)據(jù)的比例

4、尺就是柵格大小與地表相應(yīng)應(yīng)。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng) 單元大小之比。單元大小之比。 （a）三角形（b） 菱形 （c) 六邊形 行 西南角格網(wǎng)坐標(biāo) （XWS，YWS） 格網(wǎng)分辨率 格網(wǎng)方向 列 單個(gè)格網(wǎng)代表點(diǎn)，一系列相鄰格網(wǎng)單元代表線，鄰單個(gè)格網(wǎng)代表點(diǎn)，一系列相鄰格網(wǎng)單元代表線，鄰 接格網(wǎng)的集合代表面。接格網(wǎng)的集合代表面。 格網(wǎng)中的每個(gè)格網(wǎng)單元有一個(gè)值，整型或浮點(diǎn)型。格網(wǎng)中的每個(gè)格網(wǎng)單元有一個(gè)值，整型或浮點(diǎn)型。 整型格網(wǎng)單元值通常代表類別數(shù)據(jù)。浮點(diǎn)型格網(wǎng)單整型格網(wǎng)單元值通常代表類別數(shù)據(jù)。浮點(diǎn)型格網(wǎng)單 元值常表示連續(xù)數(shù)據(jù)。元值常表示連續(xù)數(shù)據(jù)。 格網(wǎng)中的每一單元值代表了由此行此列決定的

5、該位格網(wǎng)中的每一單元值代表了由此行此列決定的該位 置上的空間現(xiàn)象的特征。柵格數(shù)據(jù)模型不把空間數(shù)置上的空間現(xiàn)象的特征。柵格數(shù)據(jù)模型不把空間數(shù) 據(jù)與屬性數(shù)據(jù)明確分開。據(jù)與屬性數(shù)據(jù)明確分開。 n如以像元邊線計(jì)算則為如以像元邊線計(jì)算則為7 7，以像元為單位則為，以像元為單位則為4 4。 n三角形的面積為三角形的面積為6 6個(gè)平方單位，而右圖中則為個(gè)平方單位，而右圖中則為7 7個(gè)平個(gè)平 方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。 ab c 3 4 5 ab c ac距離: 7/4 (5) 面積: 7 (6) 柵格數(shù)據(jù)的柵格數(shù)據(jù)的比例尺比例尺就是柵格的大小與地表相應(yīng)單元就是柵

6、格的大小與地表相應(yīng)單元 的大小之比，當(dāng)像元所表示的面積較大時(shí)，對(duì)長度、的大小之比，當(dāng)像元所表示的面積較大時(shí)，對(duì)長度、 面積等的量測有較大影響。面積等的量測有較大影響。 每個(gè)像元的屬性是地表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似每個(gè)像元的屬性是地表相應(yīng)區(qū)域內(nèi)地理數(shù)據(jù)的近似 值，因而有可能產(chǎn)生偏差。值，因而有可能產(chǎn)生偏差。 在GIS數(shù)據(jù)庫中，對(duì)于分層的柵格數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有三種基本方 式 方法一：基于像元 每一個(gè)網(wǎng)格單元都賦予一個(gè)數(shù)值。（簡單，但無法有多重屬性） 需要表達(dá)多重屬性就必須建立多個(gè)柵格圖層。 土地產(chǎn)權(quán)土地產(chǎn)權(quán) 地形地形 土地使用土地使用 建筑物建筑物 Z Y X 方法二：基于層方法二：基于層 以像元為

7、記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值以像元為記錄序列，不同層上同一像元位置上的各屬性值 表示為一個(gè)列數(shù)組。表示為一個(gè)列數(shù)組。N N層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約層中只記錄一層的像元位置，節(jié)約 大量存儲(chǔ)空間，因?yàn)闁鸥駛€(gè)數(shù)很多。大量存儲(chǔ)空間，因?yàn)闁鸥駛€(gè)數(shù)很多。 方法三：基于多邊形方法三：基于多邊形 以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和以層為基礎(chǔ)，每層內(nèi)以多邊形為序記錄多邊形的屬性值和 多邊形內(nèi)各像元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲(chǔ)屬性的空間。將同多邊形內(nèi)各像元的坐標(biāo)。節(jié)約用于存儲(chǔ)屬性的空間。將同 一屬性的制圖單元的一屬性的制圖單元的n n個(gè)像元的屬性只記錄一次，便于地個(gè)像元的屬性只記錄一次

8、，便于地 圖分析和制圖處理。圖分析和制圖處理。 衛(wèi)星影像Satellite imagery from many sensors像元 值：從地球表面反射或發(fā)射的光能 數(shù)字高程模型DEM：由等間隔海拔數(shù)據(jù)的排列組成以 點(diǎn)為基礎(chǔ)的，可轉(zhuǎn)換到柵格 數(shù)字正射影像DOM：消除照相機(jī)鏡頭和地形起伏引起 的位移 二值掃描文件：地形圖的黑白掃描圖像 數(shù)字柵格圖：地形圖的彩色掃描圖像 圖形文件：照片等 特定GIS軟件的柵格數(shù)據(jù)：ESRI Grid Satellite Imagery Air Photos Scanned Maps 優(yōu)點(diǎn) 高精度 文件大 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單 需要解決問題 有效存儲(chǔ) 處理更快 容易檢索 多個(gè)

9、客戶同時(shí)操作 上述問題都與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)壓縮有關(guān) 柵格坐標(biāo)系的確定柵格坐標(biāo)系的確定：表示具有空間分布特征的地理要 素，不論采用什么編碼系統(tǒng)，什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(矢、柵)都 應(yīng)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下，而坐標(biāo)系的確定實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)系 原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的確定。 柵格單元的尺寸柵格單元的尺寸： 柵格單元的尺寸確定的原則是應(yīng) 能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余 度。格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。一般講實(shí)體 特征愈復(fù)雜，柵格尺寸越小，分辨率愈高，然而柵格數(shù) 據(jù)量愈大，按分辨率的平方指數(shù)增加，計(jì)算機(jī)成本就越 高，處理速度越慢。 1 1、中心歸屬法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格的中、中心歸屬法：每個(gè)柵格單元的值由

10、該柵格的中 心點(diǎn)所在的面域的屬性來確定。心點(diǎn)所在的面域的屬性來確定。 2 2、長度占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中線、長度占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中線 段最長的實(shí)體的屬性來確定。段最長的實(shí)體的屬性來確定。 3 3、面積占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中單、面積占優(yōu)法：每個(gè)柵格單元的值由該柵格中單 元面積最大的實(shí)體的屬性來確定。元面積最大的實(shí)體的屬性來確定。 4 4、重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選、重要性法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選 取最重要的地物的類型作為柵格單元的屬性值。取最重要的地物的類型作為柵格單元的屬性值。 這種方法適用于具有特殊意義而面積較小的實(shí)體這種方法適

11、用于具有特殊意義而面積較小的實(shí)體 要素。要素。 C A B 百分比法 面 積 占 優(yōu) 重 要 性 中心點(diǎn)法 A 連續(xù)分布地理要素 C 具有特殊意義 的較小地物 A 分類較細(xì)、 地物斑塊較小 AB 柵格數(shù)據(jù)單元值確定柵格數(shù)據(jù)單元值確定 為了逼近原始數(shù)據(jù)為了逼近原始數(shù)據(jù) 精度，除了采用這幾種精度，除了采用這幾種 取值方法外，還可以采取值方法外，還可以采 用縮小單個(gè)柵格單元的用縮小單個(gè)柵格單元的 面積，增加?xùn)鸥駟卧偯娣e，增加?xùn)鸥駟卧?數(shù)的方法。數(shù)的方法。 n數(shù)據(jù)壓縮：從取得的數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)壓縮：從取得的數(shù)據(jù)集合S S中抽取一個(gè)子集中抽取一個(gè)子集A A，這，這 個(gè)子集作為新的信息源，在規(guī)定的精度范圍

12、內(nèi)最好地個(gè)子集作為新的信息源，在規(guī)定的精度范圍內(nèi)最好地 逼近原集合，取得盡可能大的壓縮比。逼近原集合，取得盡可能大的壓縮比。 n壓縮的目的：壓縮的目的：除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)省除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)省 存貯空間，加快后繼處理的速度。存貯空間，加快后繼處理的速度。 n柵格數(shù)據(jù)的壓縮技柵格數(shù)據(jù)的壓縮技 術(shù)有游程編碼、四術(shù)有游程編碼、四 叉樹編碼等。叉樹編碼等。 n矢量數(shù)據(jù)的壓縮主矢量數(shù)據(jù)的壓縮主 要是對(duì)線性要素中要是對(duì)線性要素中 心軸線和面狀要素心軸線和面狀要素 邊界的壓縮。邊界的壓縮。 圖形顯示輸出圖形顯示輸出 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮 光滑光滑 在數(shù)據(jù)無壓縮的情況

13、下，柵格數(shù)據(jù)按直接編碼順序 進(jìn)行存儲(chǔ)。所謂直接編碼，是將柵格數(shù)據(jù)看成一個(gè) 數(shù)字矩陣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)按矩陣編碼方式存儲(chǔ)。如果為 了特定的目的，也可按下圖的特殊編碼順序記錄。 Raster數(shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值，每 一層的pixel值組成像元陣列（即二維數(shù)組），其中行、 列號(hào)表示它的位置。 例如影像： A A A A A B B B A A B B A A A B 在計(jì)算機(jī)內(nèi)是一個(gè)4*4階的矩陣。但在外部設(shè)備上，通 常是以左上角開始逐行逐列存貯。如上例存貯順序?yàn)椋?A A A A A B B B A A B B A A A B 當(dāng)每個(gè)像元都有唯一一個(gè)屬性值時(shí)，一層內(nèi)的編碼就 需要m行n列3

14、(x,y和屬性編碼值)個(gè)存儲(chǔ)單元。數(shù) 字地面模型就屬此種情況。 分辨率的提高和數(shù)據(jù)量之間呈平方指數(shù)關(guān)系分辨率的提高和數(shù)據(jù)量之間呈平方指數(shù)關(guān)系 分辨率與精度的問題。如果精度越大、分 辨率大，數(shù)據(jù)量就越大。 為了減少數(shù)據(jù)量，產(chǎn)生了多種壓縮存儲(chǔ)量的為了減少數(shù)據(jù)量，產(chǎn)生了多種壓縮存儲(chǔ)量的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)的壓縮目的：減少數(shù)據(jù)量。通過 某種編碼的方法，達(dá)到減少數(shù)據(jù)長度的目的。 多種壓縮編碼柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多種壓縮編碼柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 鏈?zhǔn)骄幋a（chain codes） 又稱為弗里曼鏈碼 (Freeman)或邊界鏈碼。 基本方向可定義為：東 0，東南l，南二2，西 南3，西4，西北5， 北6，東北7等八

15、個(gè)基本 方向。如果再確定原點(diǎn)為像 元(10，1)，則該多邊形邊 界按順時(shí)針方向的鏈?zhǔn)骄幋a 為： 10，l，7，0，1，0，7，1， 7，0，0，2，3，2，2，1， 0，7，0，0，0，0，2，4， 3，4，4，3，4，4，5，4， 5，4，5，4，5，4，6，6。 6 7 0 1 2 3 4 5 3 2 2 3 3 2 3 3 2 4 6 6 7 6 0 2 1 起始點(diǎn) 起始點(diǎn) 鏈?zhǔn)骄幋a優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)線狀和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，如面積和周長計(jì)算等， 探測邊界急彎和凹進(jìn)部分等都比較容易，類似矢量數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。尤其對(duì)于線狀和

16、多邊形較大 區(qū)域具有較高的壓縮率。 缺點(diǎn)：對(duì)疊置運(yùn)算如組合、相交等則很難實(shí)施，對(duì)局部修 改將改變整體結(jié)構(gòu)，即修改和插入比較困難，效率較低， 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。 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示 游程長度編碼（run length code） 是按行幀序存儲(chǔ)多邊形內(nèi)的各個(gè)像元的 列號(hào)，即在某行上從左至右存儲(chǔ)屬該多 邊形的始末像元的列號(hào)。 問：對(duì)右圖的進(jìn)行游程長度編碼。 游程編碼（run-length codes） 逐行操作 記錄每一行中每一個(gè)數(shù)值的開始位置和長度 AAAAAAAAAA 紀(jì)錄為A 10 0（值、長度、行號(hào)） AAAAA

17、BBBBA A 5 1 B 4 1 A 1 1 BBBBBBBBBA B 9 2 A 1 2 壓縮的效果與地圖的復(fù)雜效果有關(guān) 對(duì)于地圖變化越大，效果就越不明顯 游程編碼的優(yōu)缺點(diǎn)游程編碼的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于線狀和較大區(qū)域具有較高的壓縮率；優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于線狀和較大區(qū)域具有較高的壓縮率； 數(shù)據(jù)檢索和運(yùn)算比較簡單，容易完成檢索、疊加、數(shù)據(jù)檢索和運(yùn)算比較簡單，容易完成檢索、疊加、 合并等操作；數(shù)據(jù)精度增加，數(shù)據(jù)量不會(huì)顯著增合并等操作；數(shù)據(jù)精度增加，數(shù)據(jù)量不會(huì)顯著增 加，對(duì)編碼形式影響不大；適用于小型計(jì)算機(jī)，加，對(duì)編碼形式影響不大；適用于小型計(jì)算機(jī)， 同時(shí)減少了柵格數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)輸入量。同時(shí)減少了柵格數(shù)據(jù)庫的數(shù)

18、據(jù)輸入量。 缺點(diǎn)：計(jì)算時(shí)的處理和制圖輸入工作量有所增加。缺點(diǎn)：計(jì)算時(shí)的處理和制圖輸入工作量有所增加。 塊式編碼是將游程長塊式編碼是將游程長 度編碼擴(kuò)大到二維的情況，度編碼擴(kuò)大到二維的情況， 把多邊形范圍劃分成由像把多邊形范圍劃分成由像 元組成的正方形，然后對(duì)元組成的正方形，然后對(duì) 各個(gè)正方形進(jìn)行編碼。如各個(gè)正方形進(jìn)行編碼。如 圖：圖： 塊式編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （初始行，列,半徑，屬 性）根據(jù)這一編碼原則， 上述多邊形只需17個(gè)單位正 方形。9個(gè)4單位的正方形和 1個(gè)16單位的正方形就能完 整表示，總共要57個(gè)數(shù)據(jù)， 其中27對(duì)坐標(biāo)，3個(gè)塊的半 徑。 特點(diǎn)：具有可變分辯率 大塊圖斑記錄單元大，分辯

19、率低，壓縮率高；小塊圖斑 記錄單元小，分辯率高，壓 縮率低。 一個(gè)多邊形所包含的正方形越大，多邊形的邊界越一個(gè)多邊形所包含的正方形越大，多邊形的邊界越 簡單，塊狀編碼的效率就越好。游程編碼和塊狀編簡單，塊狀編碼的效率就越好。游程編碼和塊狀編 碼均對(duì)大而簡單的多邊形更為有效，而對(duì)那些碎部碼均對(duì)大而簡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、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)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)換成簡單越性。然而對(duì)某些運(yùn)算不適應(yīng)，必須在轉(zhuǎn)換成簡單

20、 數(shù)據(jù)形式才能順利進(jìn)行。數(shù)據(jù)形式才能順利進(jìn)行。 07 00709 9 9 9 0 0 9 0 0 9000 NWNESWSE 四叉樹編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之 一，在GIS中有廣泛的應(yīng)用。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編數(shù) 據(jù)的方法。它將2n2n像元陣列連續(xù)進(jìn)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（如下圖），而塊狀結(jié)構(gòu)則用四叉樹描述，習(xí) 慣上稱為四叉樹編碼。 四分樹編碼 （Quadtree codes） 可變分辨率的方法。 通過變化分辨率來 達(dá)到壓縮的目的。 柵格連續(xù)四分，直 到每一個(gè)4分后的塊 都是同一數(shù)值為止。 采用不同的分辨率 存儲(chǔ)

21、4分后的每一個(gè) 塊。 易于查詢、適應(yīng)于 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大的地 圖 K為樹的高度，圖中k=3。四叉樹的存儲(chǔ)可按常規(guī) 葉結(jié)點(diǎn)的順序存儲(chǔ)，稱為常規(guī)四叉樹。按特定葉結(jié) 點(diǎn)順序存儲(chǔ)的稱為線性四叉樹。 l常規(guī)四叉樹： 每個(gè)結(jié)點(diǎn)記錄六個(gè)指針變量： 父結(jié)點(diǎn)指針，四個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針，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，所以常規(guī)四叉樹并不廣泛用于存儲(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。 用地址碼（定位碼、Morton碼）記錄葉節(jié)點(diǎn)的位置、 深度（幾次分割）和屬性。 優(yōu)點(diǎn)： l存儲(chǔ)量小，只對(duì)葉節(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)的分割路徑和分割 次數(shù)； l線性

22、四叉樹可以直接尋址，通過其坐標(biāo)值直接計(jì) 算morton碼，而不用建立四叉樹； l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。 把一幅mm的圖像壓縮成線性四叉樹的過程 （1）按morton碼把圖像讀入一維數(shù)組。 （2）相鄰的四個(gè)象元比較，一致的合并，只記錄第 一個(gè)象元的morton碼，循環(huán)比較所形成的大塊， 相同的再合并，直到不能合并為止。 （3）進(jìn)一步用游程長度編碼壓縮。壓縮時(shí)只記錄第 一個(gè)象元的morton碼。 例子 解碼時(shí)，根據(jù)Morton碼，就可知道象元在圖像中 的位置。從左上角，本Morton碼和下一個(gè)Morton 碼之差即為象元個(gè)數(shù)。知道了象元的個(gè)數(shù)和象元的 位置就可恢復(fù)出圖像了。

23、四叉樹編碼的優(yōu)缺點(diǎn)； 優(yōu)點(diǎn)：容易而有效地計(jì)算多邊形的數(shù)量特征；陣列各 部分的分辨率是可變的，邊界復(fù)雜部分四叉樹較高，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； 柵格到四叉樹及四叉樹到簡單柵格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換比其它壓 縮方法容易；多邊形中嵌套異類小多邊形的表示較方便。 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換不具穩(wěn)定性，用同一形狀和大小的多邊形可能 得出多種不同的四叉樹結(jié)構(gòu)，故不利于形狀分析和模式識(shí) 別。允許在多邊形中嵌套多邊形即所謂“洞”這種結(jié)構(gòu)存 在。 AAAA ARAA ARAA ARAA RAAA AAAA AAGG AAGG GGGG GAGG GAGG

24、 AAAA AARA AAAR AAAR RAAA 14325876 1 2 3 4 5 6 7 8 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) 1, A, 4, R, 1, A, 4 塊狀編碼 正方形區(qū)域?yàn)橛涗泦卧?數(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), NESWNWSE G G G G A G G A A G A A A 四叉樹編碼 0 1 2 3 4 5 6 7 做法 減少柵格文件的數(shù)據(jù)量 目的 有利于數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)制圖 壓縮方法 無

25、損壓縮 精確還原原始圖像，如游程編碼格式、TIFF格式 數(shù)據(jù)量超大 有損壓縮 無法精確還原原始圖像，如JPEG格式 可以減少數(shù)據(jù)量 n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 便于面向現(xiàn)象（土壤類、土地利便于面向現(xiàn)象（土壤類、土地利 用單元）用單元） 結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度低，便于描述 線或邊界線或邊界 利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效利于網(wǎng)絡(luò)、檢索分析，提供有效 的拓?fù)渚幋a，對(duì)需要拓?fù)湫畔⒌牡耐負(fù)渚幋a，對(duì)需要拓?fù)湫畔⒌?操作更有效。操作更有效。 圖形顯示質(zhì)量好，精度高圖形顯示質(zhì)量好，精度高 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各自定義，不便 于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

26、和規(guī)范化，數(shù)據(jù)交 換困難。換困難。 多邊形疊置分析困難，沒有柵格多邊形疊置分析困難，沒有柵格 有效，表達(dá)空間變化性能力差。有效，表達(dá)空間變化性能力差。 不能像熟悉圖像那樣做增強(qiáng)處理。不能像熟悉圖像那樣做增強(qiáng)處理。 軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖軟硬件技術(shù)要求高，顯示與繪圖 成本要求較高成本要求較高 n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，易數(shù)據(jù)交換 疊置分析和地理現(xiàn)象模擬較易疊置分析和地理現(xiàn)象模擬較易 利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分 析，便于圖像處理。析，便于圖像處理。 輸出快速，成本低廉。輸出快速，成本低廉。 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 現(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量方法，難現(xiàn)

27、象識(shí)別效果不如矢量方法，難 以表達(dá)拓?fù)洹Ｒ员磉_(dá)拓?fù)洹?圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密 不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問不緊湊，需用壓縮技術(shù)解決該問 題。題。 投影轉(zhuǎn)換困難投影轉(zhuǎn)換困難 圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀， 線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量線條有鋸齒，需用增加?xùn)鸥駭?shù)量 來克服，但會(huì)增加數(shù)據(jù)文件。來克服，但會(huì)增加數(shù)據(jù)文件。 矢量數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù) 由于矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)各自的優(yōu)點(diǎn)和互補(bǔ)性，矢 量到柵格、柵格到矢量的轉(zhuǎn)換的情況在GIS中經(jīng)常 發(fā)生。 一、矢量一、矢量柵格轉(zhuǎn)換柵格轉(zhuǎn)換 由于矢量數(shù)據(jù)的點(diǎn)到柵格數(shù)據(jù)的點(diǎn)只是簡單的坐標(biāo) 變換

28、，所以，這里主要介紹線和面(多邊形)的矢量 數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 點(diǎn)的轉(zhuǎn)換 Y X O J I y x (0,0) XminXmax Ymin 線是由多個(gè)直線段 組成的，因此，線 的柵格化的核心就 是直線段如何由矢 量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格 數(shù)據(jù) 。 (x ,y ) 22 (x ,y ) 11 (x,y) 線段的變換 設(shè)直線段的兩端點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到柵格數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系后為(XA, YA),(XB, YB)。 BnBnAA ABAB i AB i ii yyxxyyxx yyxxn yy n yy y x xx ; ),max( y xx n x 00 1i i AB 1 多邊形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 (邊界代數(shù)算法、內(nèi)

29、部點(diǎn)擴(kuò)散法、 射線算法） a b c d e f 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 000 100 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 000 100 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 111 011 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 000 111 1 1 1 1 1 1 0 多邊形的柵格化方法主要有三 種算法 （1）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法 由一個(gè)內(nèi)部的種子點(diǎn)，向其4 個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散。判斷新 加入的點(diǎn)是否在多邊形邊界 上，如果是，不作為種子點(diǎn) ，否則當(dāng)作新的種子點(diǎn)，直 到

30、區(qū)域填滿，無種子點(diǎn)為止 。 該算法比較復(fù)雜，而且可能造 成阻塞而造成擴(kuò)散不能完成 （如圖），此外若多邊形不 完全閉合時(shí)，會(huì)擴(kuò)散出去。 （2）掃描法 如圖，按掃描線的順 序，計(jì)算多邊形與掃 描線的相交區(qū)間，再 用相應(yīng)的屬性值填充 這些區(qū)間，即完成了 多邊形的柵格化。 （3）邊填充算法 其基本思想是：對(duì)于每 一條掃描線和每條多邊 形邊上的交點(diǎn)，將該掃 描線上交點(diǎn)右方的所有 象素取原屬性值之補(bǔ)。 對(duì)多邊形的每條邊作此 處理，多邊形的方向任 意。如圖，是一個(gè)簡單 的例子。 從柵格單元轉(zhuǎn)換為幾何圖形的過程為矢量化；從柵格單元轉(zhuǎn)換為幾何圖形的過程為矢量化； （一）要求（矢量化過程應(yīng)保持）：（一）要求（矢量化過程應(yīng)保持）： 1 1） 柵柵-矢轉(zhuǎn)換為拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持實(shí)體原有的連矢轉(zhuǎn)換為拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持實(shí)體原有的連 通性、鄰接性等；通性、鄰接性等； 2 2） 轉(zhuǎn)換實(shí)體保持正確的外形。轉(zhuǎn)換實(shí)體保持正確的外形。 （二）方法（二）方法 方法一方法一，實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用人工矢量化人工矢量化法，如掃描矢量法，如掃描矢量 化化。 方法二方法二，程序轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)換（全自動(dòng)或半自動(dòng)）程序轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)換（全自動(dòng)或半自動(dòng)） 過程為：過程為： 遙感影象圖遙感影象圖 柵格分類圖柵格分類圖 邊界邊界 提取提取 二值化二值化 編編 輯輯 矢