栅格数据编码技术的发展历程
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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)
矢
1
、
p>
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。
p>
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。
量
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。
栅
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
p>
、投影转换困难。
格
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
行
*8
列
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。
(
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
)
(
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
)
p>
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。