在栅格压缩时课件

地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC第四第四章章 GIS栅格栅格数据模型数据模型栅格数据模型要素栅格数据模型要素栅格数据类型栅格数据类型 栅格数据结构栅格数据结构栅格数据压缩栅格数据压缩数据转换与综合数据转换与综合第四章 GIS栅格数据模型栅格数据模型要素地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 矢量数据模型矢量数据模型用点、线、面来表示空间要素，对有确定位置的用点、线、面来表示空间要素，对有确定位置的离散要离散要素素较为理想，对连续变化数据的表示不很理想。对较为理想，对连续变化数据的表示不很理想。对连续变化的数据连续变化的数据（如海拔、降水量、土壤侵蚀等）较好的选择是（如海拔、降水量、土壤侵蚀等）较好的选择是栅格数据模型栅格数据模型。第一节第一节 栅格数据模型要素栅格数据模型要素30年来，栅格数据模型没有变化，用年来，栅格数据模型没有变化，用规则的格网单元规则的格网单元表示。表示。栅格数据模型包括栅格数据模型包括数字高程数据、数字高程数据、卫星影像、数字正射影像、扫描卫星影像、数字正射影像、扫描地图和图形文件地图和图形文件等。等。矢量数据模型用点、线、面来表示空间要素，对有确定位置地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC栅格由行、列、像元（像素）组成栅格由行、列、像元（像素）组成起始点（格网单元地址）起始点（格网单元地址）-左上角左上角Rows 行行 用用 y 坐标坐标 Columns 列列 用用 x 坐标坐标栅格中每个像元由其行、列位置明确定义，用栅格中每个像元由其行、列位置明确定义，用像元值像元值表示空间对象的类型、等级等特征，且每个像元表示空间对象的类型、等级等特征，且每个像元具有具有一个像元值一个像元值。Real worldGrid点点线线面面Value=0=1=2=3行行列列RASTERRASTER栅格由行、列、像元（像素）组成Real worldGrid点地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 像元的大小决定了栅格数据模型的分辨率像元的大小决定了栅格数据模型的分辨率Resolution。栅格数据中栅格像元尺寸越小，分辨率越高。栅格数据中栅格像元尺寸越小，分辨率越高。1、栅格像元大小的确定：栅格像元大小的确定：像元太大，忽略较小图斑，造成信息丢失，无法表示精确位置。像元太大，忽略较小图斑，造成信息丢失，无法表示精确位置。像元越小，分辨率愈高，数据量愈大（按分辨率的平方指数增加），像元越小，分辨率愈高，数据量愈大（按分辨率的平方指数增加），计算成本就越高，处理速度越慢。计算成本就越高，处理速度越慢。像元的大小决定了栅格数据模型的分辨率Resolution地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC2、栅格像元属性值的确定：栅格像元属性值的确定：当当一一个个栅栅格格像像元元内内有有多多个个可可选选属属性性值值时时，按按一一定定方方法法来来确确定定栅格属性值。栅格属性值。1、中心点法：、中心点法：取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。2、面面积积占占优优法法：栅栅格格单单元元属属性性值值为为面面积积最最大大者者，常常用用于于分分类类较较细，地理类别图斑较小时。细，地理类别图斑较小时。3、重重要要性性法法：定定义义属属性性类类型型的的重重要要级级别别，取取重重要要的的属属性性值值为为栅栅格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素。格属性值，常用于有重要意义而面积较小的要素。参见参见P68注释栏注释栏4.12、栅格像元属性值的确定：当一个栅格像元内有多个地地 理理 信信 息息 系系 统统RECRECA.OBC中心点法中心点法重要性法重要性法面积占优法面积占优法栅格数据结构中混合像元的处理栅格数据结构中混合像元的处理中心点法中心点法重要性法重要性法A.OBC中心点法重要性法面积占优法栅格数据结构中混合像元的地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC3、栅格波段栅格波段Single band(elevations)单波段（每个像元只有一个像元值）高程栅格Multiband(satellite images)多波段（每个像元与一个以上像元值相关联）卫星影像3、栅格波段Single band(elevations)地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 卫星影像卫星影像 数字高程模型数字高程模型 数字正射影像数字正射影像 二值扫描文件二值扫描文件 数字栅格图数字栅格图 图形文件图形文件 特定特定GIS软件中的栅格数据软件中的栅格数据第二节第二节 栅格数据类型栅格数据类型所有的数据类型都具有栅格数据模型的相同基本要素所有的数据类型都具有栅格数据模型的相同基本要素 卫星影像 第二节 栅格数据类型所有的数据类型都具有栅格数地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC1、卫星影像、卫星影像 Satellite Imagery 遥感卫星数据遥感卫星数据 Remotely sensed satellite data 空间分辨率空间分辨率 与地面像元大小相关与地面像元大小相关 像素值就是亮度值像素值就是亮度值表示从地球表面反射或发射的光能表示从地球表面反射或发射的光能1、卫星影像 Satellite Imagery 遥感卫星数地地 理理 信信 息息 系系 统统RECRECLandsat 陆地卫星Terra spacecraft(ASTER)高级星载热发射与反射辐射计AVHRR and other weather satellites 高级甚高分辨率辐射计和其它气象卫星SPOT 地球观测卫星IKONOS 高空分辨率陆地卫星QuickBird 快鸟（载有高分辨率传感器）Landsat 陆地卫星地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC2、数字高程模型数字高程模型 Digital Elevation Models(DEMs)USGS的数字高程模型 非USGS的数字高程模型全球数字高程模型数字高程模型由等间隔海拔数据的排列组成数字高程模型由等间隔海拔数据的排列组成。USGS（美国地质调查局）的（美国地质调查局）的DEM7.5 分,30 分,1度,15分2、数字高程模型 Digital Elevation Mo地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC非非USGS的数字高程模型的数字高程模型立体测图仪，具有重叠区的航片从卫星影像生产数字高程模型雷达，激光测速仪 Radar，LIDAR DEM数据LIDAR数据非USGS的数字高程模型立体测图仪，具有重叠区的航片DEM数地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC由航片或其他遥感数据而得由航片或其他遥感数据而得的数字化影像。的数字化影像。由于照相机镜头倾斜和地形由于照相机镜头倾斜和地形起伏引起的位移已被消除，起伏引起的位移已被消除，可与地形图和其他地图配准可与地形图和其他地图配准。3、数字正射影像数字正射影像 Digital Orthophoto Quad(DOQ)USGS 1m 黑白数字正射影像由航片或其他遥感数据而得的数字化影像。3、数字正射影像 D地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC4、二值扫描文件二值扫描文件 Bi-Level Scanned Files含数值含数值1或或0的扫描图像的扫描图像常用于进行数字化常用于进行数字化4、二值扫描文件 Bi-Level Scanned Fil地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC5、数字栅格图数字栅格图 Digital Raster Graph(DRG)地形图的扫描图像地形图的扫描图像5、数字栅格图 Digital Raster Graph 地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC6、图形文件图形文件地图、照片和影像可存储为图形文件地图、照片和影像可存储为图形文件 如如TIFF、JPEG、GIF等等7、特定特定GIS软件的栅格数据软件的栅格数据GIS软件包使用从软件包使用从DEM、卫星影像、扫描图像、图形、卫星影像、扫描图像、图形文件导入的栅格数据，或从矢量数据转换而来文件导入的栅格数据，或从矢量数据转换而来6、图形文件地图、照片和影像可存储为图形文件7、特定GI地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 逐个像元编码逐个像元编码 Cell-by-cell encoding 栅格数据存为矩阵，逐行记录代码数据。栅格数据存为矩阵，逐行记录代码数据。特点：特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。第三节第三节 栅格数据结构栅格数据结构 栅格数据结构栅格数据结构栅格数据的存储方法或格式栅格数据的存储方法或格式 数字高程模型、卫星影像采用此方法存储数据数字高程模型、卫星影像采用此方法存储数据 逐个像元编码 Cell-by-cell encoding地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC442225555555557777 行行1：2255 行行2：2755 行行3：7775 行行4：5555442225555555557777 地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC在栅格压缩时课件地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 游程编码游程编码 Run-Length Encoding（RLE）栅格数据相邻单元之间存在着相似性即许多重复格网值时用栅格数据相邻单元之间存在着相似性即许多重复格网值时用特点：特点：在栅格压缩时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始在栅格压缩时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索、叠加、合并等操作，这种编码应栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索、叠加、合并等操作，这种编码应用广泛。用广泛。二值扫描文件常用此方法存储数据二值扫描文件常用此方法存储数据 游程编码 Run-Length Encoding（RLE地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC在栅格压缩时课件地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC基本思想：基本思想：将一幅栅格数据层或图像等分为四部分，逐块将一幅栅格数据层或图像等分为四部分，逐块检查其格网属性值（或灰度）；如果某个子区的检查其格网属性值（或灰度）；如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区；这样依次地分割，直到每个子块都只含有相区；这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。同的属性值或灰度为止。最后得到一颗四分叉的倒立树。最后得到一颗四分叉的倒立树。四叉树四叉树 Quad Tree将格网分成象限层次将格网分成象限层次基本思想：四叉树 Quad Tree将格网分成象限层地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC只记录叶结点的只记录叶结点的位置，深度位置，深度（节点所在层数）和属性。（节点所在层数）和属性。地址码地址码/定位码定位码/Morton码码 （四进制四进制或或十进制十进制）线性四叉树线性四叉树 四叉树可有效地存储四叉树可有效地存储面状数据面状数据，尤其是仅包含少数类别时；，尤其是仅包含少数类别时；四叉树是一种有效的空间检索方法。四叉树是一种有效的空间检索方法。只记录叶结点的位置，深度（节点所在层数）和属性。线性四叉树 地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC四进制四进制Morton码码:四叉树从上而下形成，由叶四叉树从上而下形成，由叶结点找结点找Morton码。码。每分割一次，增加一位数字，每分割一次，增加一位数字，大分割在前，小分割在后。所大分割在前，小分割在后。所以，以，码的位数表示分割的次数。码的位数表示分割的次数。每一个位均是不大于每一个位均是不大于3的四进的四进制数，表达位置。制数，表达位置。由由Morton码找出四叉树叶结点码找出四叉树叶结点的具体位置。的具体位置。0312象限编码象限编码四进制Morton码:0312象限编码地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC关于栅格数据的信息关于栅格数据的信息数据结构、区域范围、格网单元大小、光谱波段数，数据结构、区域范围、格网单元大小、光谱波段数，每一像元的比特数每一像元的比特数也包括统计文件、色彩文件等也包括统计文件、色彩文件等 头文件头文件关于栅格数据的信息 头文件地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 数据压缩数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。分为：项技术。分为：无损压缩：无损压缩：在编码过程中信息没有丢失，经过解码可恢复原有的在编码过程中信息没有丢失，经过解码可恢复原有的信息。信息。常用来分析或产生新的数据常用来分析或产生新的数据有损压缩有损压缩：为最大限度压缩数据，在编码中损失一些认为不太重为最大限度压缩数据，在编码中损失一些认为不太重要的信息，解码后，这部分信息无法恢复要的信息，解码后，这部分信息无法恢复。常用于背景影像常用于背景影像处理而不是分析处理而不是分析第四节第四节 栅格数据压缩栅格数据压缩 数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC第五节第五节 数据转换与综合数据转换与综合栅格化栅格化Rasterization 矢量数据转换为栅格数据矢量数据转换为栅格数据矢量化矢量化Vectorization 栅格数据转换为矢量数据栅格数据转换为矢量数据第五节 数据转换与综合栅格化Rasterization 地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC与矢量化相比，较简单与矢量化相比，较简单步骤：步骤：1）建立像元大小的格网，并将所有像元的初始值赋为0；2）改变格网单元值3）填充多边形轮廓线的内部栅格化栅格化与矢量化相比，较简单栅格化地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC三个基本要素：三个基本要素：栅格线的细化最好细化到只占据一个像元宽度矢量线提取决定独立线段的起、止点的过程拓扑关系重建将栅格图像中提取出来的线条连接，及显示数字化错误。矢量化矢量化三个基本要素：矢量化地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC栅格与矢量数据的综合栅格与矢量数据的综合使用栅格影像作为显示背景二值扫描文件用于现状或面状要素的屏幕数字化数字高程模型用作提取等高线等地形特征矢量数据作为处理卫星影像的辅助信息栅格与矢量数据的综合使用栅格影像作为显示背景地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC 矢量和栅格数据的结合矢量和栅格数据的结合矢栅一体化数据结构矢栅一体化数据结构矢量和栅格数据的结合矢栅一体化数据结构地地 理理 信信 息息 系系 统统RECREC1、理解栅格数据像元大小、分辨率和空间要素之间的关系。、理解栅格数据像元大小、分辨率和空间要素之间的关系。2、栅格数据模型和矢量数据模型相比各有哪些优缺点？、栅格数据模型和矢量数据模型相比各有哪些优缺点？3、理解栅格数据结构的几种类型及各自优缺点。、理解栅格数据结构的几种类型及各自优缺点。4、理解无损压缩和有损压缩的不同。、理解无损压缩和有损压缩的不同。5、结合你的专业理解矢量数据和栅格数据相结合的好处。、结合你的专业理解矢量数据和栅格数据相结合的好处。复习题复习题1、理解栅格数据像元大小、分辨率和空间要素之间的关系。复习题