地理信息系统导论-04

原比例5倍放大12倍放大4、栅格数据模型多种数据以栅格格式编码，包括数字高程数据、卫星影像、数字正射影像、扫描地图和图形文件与矢量数据模型（格式）不同，栅格数据模型在过去的30年中没有大的变化，包括概念或数据格式。相关研究仅在数据结构和数据压缩栅格数据一般需要更大的计算机存储空间。因此，对于栅格数据的用户来说，涉及数据存储和调用的效率问题就十分重要本章分成以下5节：4.1节讨论栅格数据的基本要素，包括栅格数值、像元大小、波段和空间参照系统；4.2节阐述不同类型的栅格数据；4.3节概述三种不同的栅格数据结构；4.4节重点解释数据压缩方法；4.5节讨论矢量数据与栅格数据之间的变换（转换）；4.1栅格数据模型要素栅格数据模型，在GIS中也被称为格网、影像、栅格地图、表面覆盖(surfacecover)等栅格由行、列排列的像元组成（像元矩阵）。像元又称为像素，具有尺寸大小栅格中的每个像元由其所在行、列的位置定义。行、列由格网左上角起始。在二维坐标系统中，行作为y坐标，列作为x坐标。（影像坐标）（0,0）（M,N)像元，具有边长、面积、隐含坐标影像坐标系（x,y）（行、列）栅格数据，可以是整型（整数）或浮点型数据在算法上，栅格行与列，其像元值可以储存为二维数组，也可视为矩阵所有常用编程语言，都支持数组变量。栅格数据运算通常比矢量数据简单浮点型栅格比整型栅格需要更多的计算机存储量，这是涉及大范围的GIS项目必须考虑的一个重要因素，即数据量控制像元大小像元大小决定了栅格数据模型的分辨率一个10m的像元意味着每一个像元为100平方米(10×10m)。同理，一个30m的像元意味着每一个像元为900平方米(30×30m)。像元太大，则无法表示空间要素的精细差异，增加在一个像元中存在混合要素（如覆盖了森林、牧场与水域）的机会采用较小的像元，分辨率增加，但又增加了数据量，间接增加数据处理时间如果一个大的像元覆盖了地面上的森林、牧场和水域，那么这个像元应该用哪个类别表示呢？（1）按面积比例：最常用的方法，是将占据此像元面积比例最大的类型作为其类别（2）按要素重要性：如果牧场被认为比森林和水域更加重要，那么这个具有三种要素的混合像元将被编码为牧场。即，像元值的确定可基于空间要素在研究中的重要性程度概念：经过与投影坐标系统匹配处理的栅格数据通常称为地理参照栅格数据（即有确定的地理坐标或地图坐标）不必再次提醒的问题：多个图层的叠加，须保证确保数据基于相同的坐标系统。如若要将一个高程栅格叠加到基于矢量的土壤图层，我们必须先确保这两个数据集都基于相同的坐标系统目前可获取的信息源数字高程模型(DEM)概念：数字高程模型(DEM)，一种由由等间隔海拔数据（地表高程）排列组成的数据格式。DEM是以点为基础的，但也容易由像元中心的海拔高度点转换成栅格数据存在多种格式的DEM大多数美国GIS用户使用美国地质调查局(USGS)提供的DEM。USGS提供四种类型的DEM数据：覆盖范围7.5分的DEM、30分的DEM、1度的DEM和阿拉斯加DEM。生产DEM的一个基本方法是采用具有重叠区域和不同视角的航拍影像，由立体测图仪分析。此方法对于大范围区域费用昂贵也可以由诸如具有重叠区域和不同视角的卫星影像来生成DEM，如SPOT立体模型由GPS(全球定位系统)经过差分订正而得航天飞机雷达测量的高程模型：立体雷达数据也可以作为生产DEM的数据源。如中国常用的NASA的SRTM（航天飞机雷达测量的高程模型）全球尺度的不同分辨率的DEM在使用

数字正射影像概念：数字正射影像（DOQ）消除摄影镜头倾斜误差消除地形起伏的视差即地物投影构成的影像倾斜地形视差的形成图形（影像）文件地图、照片和影像可存储为数字图形文件。流行的图形文件为栅格格式，如TIFF、GIF、JPEG。USGS在数字正射影像中常用TIFF或GeoTIFF格式。GeoTIFF是TIFF格式的具有地理坐标参照的版本栅格数据结构栅格数据结构是指栅格数据的存储方式。在过去的30年中，有好几种栅格数据结构。本节介绍三种常用的结构：逐个像元编码(cell-by-cellencoding)、游程编码(run-lengthencoding)、四叉树(quadtree)单元顺序编码

（cell-by-cellencoding）0000110000011100001111100011111000111110011111100111111000000000栅格数据含有冗余格网值时，单元接单元编码方法就不是最有效率了。例如，一幅土壤图的二进制扫描文件有许多代表空白区的0，仅有少量代表士壤界限的黑线。二进制扫描文件一类的栅格数据模型，可用游程编码(RLE)更有效地存储，它是以行和组来记录格网单元值。每一组包括了一个格网值和拥有该值的格网个数。如果一行中所有单元含有相同值，则仅有一组被记录，这节省了计算机存储量。游程编码（属性,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）区域四叉树将网格或分为四个象限，如此细分直至每一象限均为同一属性第一象限（NE）的细分情况如下

四叉树的建立计算量大，数据存储量通常也大，实际上不能作为数据的压缩方式。但查询较容易。数据压缩数据压缩指数据量的减少，这对数据传递和网络制图(lnternetmapping)尤其重要。数据压缩程序如，用于微机的WinZip、Winrar、好压等

图像压缩技术又可以分为无损压缩和有损压缩。无损压缩方法允许图像被精确重构。如游程编码方法(RLE)就是无损压缩的一个实例。PackBits压缩方法是一种有效的游程编码方法的变体。尽管GIF格式在技术上是无损的，但是它并不能保持原有图像的质量，因为它最大只能达到256（8比特）色。TIFF数据格式可以提供用于图像压缩的PackBits和LZW有损压缩(lossycompression)方法不能完全重构原始图像，但是却可以达到较高至很高的压缩率。常用的JPEG格式使用的就是有损压缩方法。该法将图像分解成大小为64(8×8)的斑块，然后对各个斑块进行独立处理，各个斑块中的颜色被代换并简化，以减少数据编码量。这种基于斑块的处理过程导致出现块状(“blocky”)现象。通过有损压缩方法的图像退化可能影响GIS相关的任务JPEG2000使用小波变换。小波变换被认为是用于图像压缩的最新选择MrSID和JPEG2000都可以执行无损或者有损压缩。无损压缩方式保存小波系数，并使用它们对原始图像进行重构