第三章空间数据模型(栅格数据模型)

(2)栅格化三个基本步骤
第一步是建立一个指定单元大小的格网，该格网能覆 盖整个图层的面积范围，并将所有格网单元的初始 值赋予0。
第二步是改变那些对应于点、线或多边形界线的格网 单元的值。对于点的格网单元赋予点值，对于线的 格网单元赋予为线值，对于多边形界线的格网单元 赋予多边形值。
第三步是用多边形值来填充多边形轮廓线的内部。 ——栅格化的误差取决于计算机算法和栅格单元的大 小
曲线链码为(0, 3)21100066567。其中(0, 3)为起 始点坐标,之后的数值序列描述了方向。
1)链码(Chain Codes)
优点： ——对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度 等运算十分方便 ——比较适合于存储图形数据。
1)链码(Chain Codes)
缺点： ——对边界进行合并和插入等修改编辑工作比 较困难，对局部的修改将改变整体结构，效 率较低。 ——链码以每个区域为单位存储边界，相邻区 域的边界将被重复存储而产生冗余。
(5) GIS与遥感数据结合
目前： 当前的数据综合状况接近第二层次。大多 数GIS软件包允许同时显示栅格数据与矢量数 据，并用共同用户界面来存取遥感和GIS数据。 但如果矢量数据和栅格数据都需要作分析， 则必须先作数据转换。
游程长度编码方式
另一种游程长度编码方案：
逐个记录各行(或列)代码发生变化的位置 和相应代码。
游程长度编码特点
——游程长度编码在栅格压缩时，当栅格 均匀性较好时，压缩效率较高。 ——易于检索、叠加合并等操作，运算简 单。 适用于机器存储容量小，数据需大量压缩， 而又要避免复杂的编码解码运算以节约 处理和操作时间的情况。
(2) 压缩编码方法
栅格数据压缩编码： 用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息。 其类型有： 信息无损编码 信息有损编码
信息无损编码是指编码过程中没有任何信息损 失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息。
信息有损编码是指为了提高编码效率，最大限 度地压缩数据，在压缩过程中损失一部分相对 不太重要的信息，解码时这部分难以恢复。
(3)矢量化的四个基本步骤
——栅格线的细化 ——矢量线提取 ——拓扑关系重建 ——点和线的平滑
2.栅格数据与矢量数据的综合
——栅格数据与矢量数据一体化应用问题 GIS中栅格数据与矢量数据的综合可发 生在数据显示、数据处理、数据转换或数据 分析中，取决于栅格数据的类型。
(1)GIS中的数字高程模型
第四章 栅格数据模型
主要内容
(一)栅格数据模型概念
(二)栅格数据类型及其输入方式
(三)栅格数据结构、压缩和文件管理
(四)栅格与矢量数据的转换与综合
矢量数据模型是否适宜表示一切空间现象？
1.栅格数据模型的应用背景 （1）表示连续现象的需要 ——对于连续变化的空间现象，矢量数据模 型的表示不很理想。 （2）空间运算需要 ——空间运算需要范围一致的空间单元，需 要对空间依照统一大小单元进行离散。
2）游程长度编码 (Run—length CodeS)
游程指相邻同值网格的数量。 游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并， 并记录合并后网格的值及合并网格的长度， 其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗 余。
游程长度编码方式
有两种方案：
一种编码方案是，只在各行(或列)数据的代码 发生变化时依次记录该代码以及相同的代码 重复的个数，从而实现数据的压缩。
数字高程模型是输入数据，它必须经处理 才能提取地形特征，如等高线、坡度、坡向、 河网、分水岭。 数字高程模型可以其栅格格式或以不规则 三角网(TIN)来处理。
(2)GIS中的二进制扫描文件
二进制扫描文件可用于屏幕追踪与数字化
(3) GIS中的数字正射影像、数 字栅格图和图形文件
它们本质上是图片。
（3）缺点
——数据精度取决于网格的边长，当网格边长 缩小时，网格单元的数量将呈几何级数递增， 造成存储空间的迅速增加； ——由于相邻网格单元属性值的相关性，造成 栅格数据的冗余； ——对于网络分析和建立网络连接关系比较困 难。
(二)栅格数据类型及其输入方式
(1)卫星遥感影像 (2)数字正射影像 (3)数字高程模型模型 (4)图像文件(彩色、灰度、二值) (5)数字栅格地图 (6)特定地理信息系统软件的栅格数据
5.栅格数据特点
（1）特点： 属性明显，定位隐含 理解： 属性明显——数据直接记录属性本身 定位隐含——属性所在位置可根据行列号转 换为相应的坐标，即定位是根据数据在数据集 中的位置得到的。
（2）优点
——表达地理要素比较直观。 ——容易为计算机存储、操作和显示。 ——算法简单，给地理空间数据处理带来了极 大的方便。(容易实现多源数据的叠合操作， 便于与遥感图像及扫描输入数据等相匹配， 进行建库和使用。)
2决定栅格单元代码的方式
——百分比法 根据矩形区域内各地理要素所占面积的百 分比数确定栅格单元的代码。
(三)栅格数据结构、压缩和文 件管理
1.栅格编码
(1) 直接栅格编码
直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵， 逐行(或逐列)逐个记录代码。
——可以每行都从左到右逐个像元记录，也可 以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录。 为了特定目的还可采用其他特殊的顺序。 最简单直观
注意： 在地理信息系统中多采用信息无损编码，而对原始遥 感影像进行压缩编码时，有时也采取有损压缩编码方 法。
(2) 压缩编码方法
目前有一系列栅格数据压缩编码方法：
如链码、游程长度编码、块码和四叉树编码 等。
1)链码(Chain Codes)
链码又称为弗里曼链码(F‘reeman)或边界链码， 链码可以有效地压缩栅格数据。
3.栅格数据表示地理现象的方式
在栅格数据模型中：
线段——由一串有序的相互连接的单元网 格表示，各个网格的值比较一致，但与 邻域的值差异较大。
3.栅格数据表示地理现象的方式
多边形——由聚集在一起的相互连接的单 元网格组成，区域内部的网格值相同或 差异较小，但与邻域网格的值差异较大。
4.栅格的形式
它们作为数据显示背景或作为空间数据输 入或修改源很有用处。
但它们不能像数字高程模型或二进制扫描 文件那样用于数据处理。
(4) GIS中的遥感数据
遥感数据为GIS用户提供信息源。卫星影像是 图片，但它们提供了多波段的适时数据。 ——当用做图片时，地理坐标参照的卫星影 像可与其他空间要素一起显示。 ——当用做图像处理时，卫星影像可以生成 诸如土地覆被、植被、城市化、积雪、环 境退化等地图。
(1)栅格数据中，空间位置用行和列标识。 (2)网格通常是正方形，有时也采用矩形、 等边三角形和六边形。
讨论
网格尺寸的大小对栅格数据表示地理实体有 什么影响？ 栅格数据的优缺点？
网格尺寸的大小对栅格数据表 示地理实体有什么影响？
——网格边长决定了栅格数据的精度 ——不论网格边长多细，与原实体特征相比较， 信息都有丢失。 ——网格尺寸小，使形成的栅格数据能有效地 逼近地理实体，但会增加数据冗余。
矢量数据可提供影像处理方面的辅助信息。 ——用GIS数据指导图像处理和分类。 ——将矢量数据用于为遥感数据的地理坐 标参照选择控制点以及为地面实况选择 样点。
(5) GIS与遥感数据的结合
层次： ——简单层次上，GIS与遥感驻存于两个独立 软件包中，它们之间的链接通过数据交换来 实现。 ——第二层次上，GIS与遥感软件包仍独立存 在，但遥感和GIS数据能在共同的用户界面中 调用，能同时显示。 ——最高层次是完全综合，即GIS与遥感存在 于同一个软件中，能结合起来处理。
4)几种编码比较（小结）
数据压缩关键所在：数据处理效率与数据量的关系
——链码的压缩效率较高，已经接近矢量结构，对边 界的运算比较方便，但不具有区域的性质，区域运算 困难； ——游程长度编码既可以在很大程度上压缩数据，又 最大限度地保留了原始栅格结构，编码解码十分容易； ——四叉树码具有区域性质，又具有可变的分辨率， 有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图 形图像运算，效率较高，是很有前途的方法。在此基 础上已经开始发展用于三维数据的八叉树编码，用于 四维(三维和时间)数据的十六叉树编码等。
2.栅格数据的概念
栅格数据： 用一个规则格网来描述与每一格网 单元位置相对应的空间现象特征的位置 和取值的数据模型。 ——空间现象的变化由格网单元值的变化 来反映。 ——栅格数据以域为基础来描述空间现象 (区别矢量数据以对象为基础来描述）
3.栅格数据表示地理现象的方式
在栅格数据模型中：
点——由一个单元网格表示，其数值与近 邻网格值明显不同。
(1)卫星遥感影像
(2)数字正射影像
(3)数字高程模型
(4)图像文件(彩色、灰度、二值)
(5)数字栅格地图
(6)特定地理信息系统软件的栅格数据
2.栅格数据的输入
——确定栅格单元的代码。 在确定栅格代码时尽量保持地表的真实 性，保证最大的信息容量。
3.决定栅格单元代码的方式
（1）中心点法 （2）面积占优法 （3）重要性法 （4） 百分比法
3)四叉树编码
原理：将空间区域按照四个象限进行递归分割， 直到子象限的数值单调为止。凡数值(特征码 或类型值)呈单调的单元，不论单元大小，均 作为最后的存储单元。
树根代表整个区域，树的每个结点有四个儿子 或者空，不能再分的结点称为叶结点，叶结点 对应于区域分割时数值单调的子象限。
四叉树编码特点 四叉树编码具有可变的分辨率，并且有区 域性质，压缩数据灵活，许多运算可以在编码 数据上直接实现，大大地提高了运算效率，是 优秀的栅格压缩编码之一。效率较高，是很有 前途的方法。
（四)栅格与矢量数据的转换与综合
1.栅格与矢量数据的转换 2.栅格与矢量数据的综合
1.栅格与矢量数据的转换
(1) 定义
矢量数据转换为栅格数据(如多边形图层转 换成格网)称为栅格化；