栅格数据编码技术的发展历程

绝世美人儿
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2021年02月16日 18:08
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2021年2月16日发(作者:火炉山森林公园)












栅格数据编码技术的发展历程



2015.4























南通大学地科院




江浩田







摘要


:< /p>


栅格数据是结构是


GIS


中最基本的数据 结构,


本文对栅格数据


的属性、小、形状等做出一些系统的描述 和分析,其中重点在几种数


据结构上做了比较详细的论述和讲解,


包括栅格矩阵结构、


游程编码


结构、


四叉树结构,


在曲面数据结构中还有


TIN

的曲面数据结构和规


则网格的曲面数据结构,以上的数据结构在不仅在


GIS


中运用广泛,


而且在其他地理数据收集、索引 、处理等也发挥着至关重要的作用。



关键词

< br>:


数据结构、模型、网格、编码、地理处理、顺序、组织



一、栅格数据结构的定义



基于栅格模 型的数据结构简称为栅格数据结构,是指将空间分割成有规则的网


格,

< br>称为栅格单元,


在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种


数据组织形式。



二、栅格数据的表达方式



(1) < /p>


栅格数据是按


网格


的行与列排列、具有不 同


或颜色的列阵数据。栅格数据是


大小


相等分布均匀、


紧密相连的像元


(网格单元)

< br>阵列来表示空间地物或现象分


布的数据组织,是最简单、最直观的空间数据结构, 它将地球表面划分为大小、


均匀、紧密相邻的网格阵列。每一个单元(象素)的位置由它 的行列


号定义


,所


表示的实体位置隐含 在栅格行列位置中,


数据组织中的每个数据表示地物或现象


的非 几何


属性


或指向其属性的指针。



(2)


点实体由一个栅格单元来表示;



线实体由一定方向上连接成串的相邻栅格像元表示;



面实体(区域)由具有相同属性的相邻栅格单元的块集合来表示。





(3)


栅格数据结构表示的是二维表面上地理要素的离散化数值,每个网格对应一


种属性。网格 通常是正方形,有时也采用矩形、等边三角形和正六边形。



(4)


格单元的取值方法:




中心点法:取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。




面积占优法:栅格单元属性值为面积最大者。




重要性法:取重要的属性值为栅格属性值。用于 具有特殊意义的较小地物。



< br>长度占优法:每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。





三、栅格数据与矢量数据的比较





优点



缺点



1


、便 于面向现象(土壤类,土地利用


单元等)





1



数据结构复杂,


各自定义,


不便于数据标准 化,


2


、结构紧凑,冗余度低,便于描述线

数据交换困难。



或边界。



2


、多边形叠置分析困难,没有栅格有效,表达空

< br>3


、利于网络、检索分析,提供有效的


间变化性能力差。





拓扑编 码,


对需要拓扑信息的操作更有


3


、不 能像数字图像那样做增强处理



效。



4


、图形显示质量好,精度高。



1


、结构简单,易于数据交换。





1


、现象 识别效果不如矢量方法,难以表达拓扑。



4

< br>、软硬件技术要求高,显示与绘图成本较高。



2


、叠置分析和地理(能有效表达空间


2


、图形 数据量大,数据结构不严密不紧凑,需用


可变性)现象模拟较易。



压缩技术解决该问题。



3



利于与遥感数据的匹配应用和分析,


3


、投影转换困难。





便于图像处理。



4

< br>、


图形质量转低,


图形输出不美观,

线条有锯齿,


4


、输出快速,成本低廉。

< br>


需用增加栅格数量来克服,但会增加数据文件。




四、栅格数据结构的主要存储类型



(1)



栅格数据结构



栅格矩阵结构


(直接栅格编码)


在计算机中,


直接栅格编码文 件是以行为记录单


位,


按行存储地理数据的。

< br>由点、


线和多边形组成的矢量数据都可以转化成对应


的栅 格数据。栅格数据结构为一个


8*8


阶的矩阵,代表空间分辨率 为


8



*8



的一个栅格数据。如果矩阵的每个元素都计算机里用一个双字节的数值来存储,



则该栅格数据的所需要的存储空间为


8*8* 2


(字节)


=128


字节。

< p>




2


)游程编码结构



游程基本原理是:

< br>用一个符号值或串长代替具有相同值的连续符号


(连续符号构

成了一段连续的



行程



,程编码因此而得名)


,使符号长度少于原始数据的长度。




例如:


5555557777733322221111111


行程编码为:



5


6




7



5



(< /p>


3



3




2



4

< p>



l



7



。可见,行程编码的位数


远远少于原始字符串的位数。



在对图像数据进行编码时,< /p>


沿一定方向排列的具有相同灰度值的像素可看成是连


续符号,用字 串代替这些连续符号,可大幅度减少数据量。



行程编码分为定长行程编码和不定长行程编码两种类型。


< /p>


行程编码是连续精确的编码,


在传输过程中,

如果其中一位符号发生错误,


即可


影响整个编码序列,使行 程编码无法还原回原始数据。



游程长度编码是栅格数据压缩的 重要编码方法,


它的基本思路是:


对于一幅栅格


图像,常常有行


(


或列


)


方向上相邻的若干点具有相同的属性代码,因而可采取某


种方法压缩 那些重复的记录内容。其编码方案是,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 同代码重复的个数,从而实现数据的压缩。


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