地理信息系统-栅格数据结构课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第4章 空间数据结构,1,第4章 空间数据结构1,1,主要内容,4.1 矢量数据结构,4.2 栅格数据结构,4.4 镶嵌数据结构,4.5 栅格结构与矢量数据结构的比较,2,主要内容4.1 矢量数据结构2,2,4.2 栅格数据结构,3,4.2 栅格数据结构3,3,4.2 栅格数据结构,4.2.1 栅格单元的确定,4.2.2 完全栅格数据结构,4.2.3 压缩栅格数据结构,4,4.2 栅格数据结构4.2.1 栅格单元的确定 4,4,4.2 栅格数据结构,网格结构,(raster或grid cell),或像元结构,(pixel),以,规则栅格阵列,表示空间对象,最简单最直观,每个栅格,单元上的数值表示,空间对象的,非几何,属性特征,其,位置,由栅格阵列中每个单元的,行列号,来确定。,栅格数据结构表示的地表是,不连续,的，是量化和近似离散的数据，一个栅格单元对应于,小块,地理范围。,5,4.2 栅格数据结构网格结构(raster或grid cel,5,对于栅格数据结构,点,：为一个像元,线,：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。,面,：聚集在一起的相邻像元集合。,6,点,线,面,对于栅格数据结构6点线面,6,7,0,0,0,0,0,9,0,0,0,0,9,0,0,0,0,0,0,0,9,0,7,0,0,7,0,0,9,0,7,0,0,7,6,0,0,9,7,7,7,7,9,0,0,0,7,7,0,7,9,0,0,0,7,7,0,7,0,9,0,0,0,0,0,0,y,x,点、线、面数据的,矢量与栅格,表示,700000900009000000090700700907,7,8,Representation of point,line,and area features:,raster format,on the left and,vector format,on the right.,8Representation of point,line,8,栅格数据类型,1,卫星影像,2,数字高程模型（DEM）,3,数字正射影像图（DO,M,）,4,二进制扫描文件,5,数字栅格,影像,6,图形文件,：如JPG、TIFF、GIF等,7,特定地理信息系统软件,的栅格数据,.grd,栅格数据类型1卫星影像,9,4.2.1栅格单元的确定,1.,栅格数据的参数,（,1）,栅格形状,。栅格单元通常为矩形或,正方形,。特殊的情况下按经纬网划分。,（2）,栅格单元大小,。栅格单元的尺寸，即,分辨率,。,栅格单元的合理尺寸,应能有效地逼近空间对象的分布特征，以保证空间数据的精度。,保证,最小图斑不丢失为原则,（3）,栅格原点,和国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，或者和已有的栅格系统数据相一致,，,并同时使用,公里网的纵横坐标轴,作为栅格系统的坐标轴。,（4）,栅格的倾角,栅格的坐标系统与国家坐标系统平行,10,4.2.1栅格单元的确定1.栅格数据的参数10,10,1.栅格数据的参数,11,X,：列,Y,：行,西南角格网坐标,（,X,WS,，,Y,WS,）,（,500,，,500,）,格网分辨率,30,1.栅格数据的参数11X：列Y：行西南角格网坐标格网分辨率,11,2.栅格数据单元值确定,12,C,A,B,面,积,占,优,重,要,性,中心点法,A,位于栅格中心处的地物类型决定其取值。,常用于,连续分布特性,的地理现象。,C,选取最重要的地物类型为单元值。常用于有,特殊意义而面积较小,的地理要素,A,占区域面积最大的地物类型取值适用于,分类较细、地物斑块较小,地理要素,为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用,缩小单个栅格单元的面积,，增加栅格单元总数的方法,2.栅格数据单元值确定12CAB面重中心点法A位于栅格中,12,13,a,b,c,3,4,5,a,b,c,ac,距离,:,7/4 (5),面积,:,7 (6),几何偏差,属性偏差,如,ac,距离以,像元边线,计算则为,7,，以,像元个数,为单位则为,4,。,三角形的面积为,6,个平方单位，而右图中则为,7,个平方单位，这种误差随像元的增大而增加。,中心点法,面积占优法,13abc345abcac距离:7/4 (5)几何偏差,13,4.栅格数据的编码方法,4.2.2完全栅格数据结构,直接栅格编码,4.2.3,压缩栅格数据结构,游程长度编码,链式数据编码,四叉树编码,分块压缩编码,14,4.栅格数据的编码方法4.2.2完全栅格数据结构14,14,4.2.2完全栅格数据结构,1.直接栅格编码,将栅格看做一个数据矩阵，,逐行逐个,记录代码数据,优点：简单、直观，无压缩,缺点：存在大量冗余，精度提高有限制。,15,4.2.2完全栅格数据结构1.直接栅格编码15,15,完全栅格数据的组织,完全栅格数据的组织有三种基本方式：,基于像元、基于层（波段）和基于行,.bsq（band sequential）基于层（波段）的方式,16,栅格数据文件,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,完全栅格数据的组织完全栅格数据的组织有三种基本方式：16栅格,16,.bil（band interleaved by line）基于行的方式,17,栅格数据文件,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（band interleaved by line,17,.bip（band interleaved by pixel）基于像元方式,18,栅格数据文件,像元,1,，,1,像元,1,，,2,波段,1,波段,k,像元,m,，,n,.bip（band interleaved by pixe,18,2.游程长度编码（Run-Length Encoding）,行程编码,，将每行中具有,相同属性值的连续像元,映射为一个游程，每个游程的数据结构为（A，P），A表示属性值，P代表该游程,最右端的列号或个数,。,属性变化越少，压缩比例越大，适合于,类型区域面积较大,的栅格。,19,9,9,9,9,0,0,0,0,9,9,0,9,0,0,0,0,9,0,0,9,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,原始栅格数据,(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.游程长度编码（Run-Length Encoding）行,19,2.游程长度编码（Run-Length Encoding）,优点：,栅格,加密,时，数据量不会明显增加，压缩效率高，最大限度保留原始栅格结构，,编码解码运算简单,，且易于检索、叠加、合并等操作，得到广泛应用。,缺点：,不适合,于类型,连续变化,或类型,区域分散,的数据。,20,2.游程长度编码（Run-Length Encoding）优,20,3.链式数据编码,（Chain Encoding，弗里曼Freeman）,链式编码主要是,记录线状地物和面状地物的边界,。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的,单位矢量链,。基本方向可定义为：东0，东南l，南2，西南3，西4，西北5，北6，东北7,等八个基本方向。,编码过程：,起始点的寻找一般遵循,从上到下，从左到右,的原则；,当发现没有记录过的点，且数值不为,0时，就是一条线或边界的,起点,；,记下该,地物的特征码、起点的行列号,，然后按,顺时针,方向寻迹，找到,相邻的等值点,，并按八个方向,编码,。,21,3.链式数据编码（Chain Encoding，弗里曼Fr,21,3.链式数据编码,（Chain Encoding，弗里曼Freeman）,链式编码表,特征码 起点行 起点列 链码,线 1 5 3223323,面 3 6 0213246676,22,6,7,0,1,2,3,4,5,链式编码的方向代码,链式编码示意图,3,2,2,3,3,2,3,3,2,4,6,6,7,6,0,2,1,起始点,起始点,4,3.链式数据编码（Chain Encoding，弗里曼Fr,22,优点：,链式编码对,多边形,的表示具有,很强的数据压缩,能力,且,具有一定的运算功能,，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，比较适于存储图形数据。,缺点：,对边界做合并和插入等修改编辑比较困难；,类似矢量结构，,不具有区域,的性质，对叠置运算如组合、相交等则很难实施；,而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被,重复存储,而产生冗余。,23,优点：23,23,4.四叉树编码（Quad tree Encoding）,四叉树概述：一种,可变分辨率,的,非均匀网格,系统。,基本思想：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。,最上面的一个结点叫做,根,结点，它对应于整个图形。,不能再分的结点称为,叶,子结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。,从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。,为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为,2n2n的栅格阵列,。n 为极限分割次数，n1是四叉树最大层数或最大高度.,24,4.四叉树编码（Quad tree Encoding）四叉,24,方法：,自上而下,自下而上,A B,A A A B A A B B,25,A,A,A,A,A,B,B,B,A,A,B,B,A,A,B,B,B,A,A,A,A,A,A,B,B,B,A,A,B,B,A,A,B,B,B,A,方法：25AAAAA BBBAABBAABBBAAAAAA,25,1）常规四叉树,记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联系用,指针,联系，,每个结点需要,6,个变量,：,父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值。,指针不仅增加了数据的存储量，还增加了操作的复杂性：,如层次数（分割次数）由从父结点移到根结点的次数来确定，结点