柵格數(shù)據(jù)的存儲方法或格式數(shù)字高程模型PPT學習教案

1、會計學1 柵格數(shù)據(jù)的存儲方法或格式數(shù)字高程模柵格數(shù)據(jù)的存儲方法或格式數(shù)字高程模 型型 矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型用點、線、面來表示空間要素，對有確定位置的用點、線、面來表示空間要素，對有確定位置的離散離散 要素要素較為理想，對連續(xù)變化數(shù)據(jù)的表示不很理想。對較為理想，對連續(xù)變化數(shù)據(jù)的表示不很理想。對連續(xù)變化的數(shù)連續(xù)變化的數(shù) 據(jù)據(jù)（如海拔、降水量、土壤侵蝕等）較好的選擇是（如海拔、降水量、土壤侵蝕等）較好的選擇是柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型。 第一節(jié)第一節(jié) 柵格數(shù)據(jù)模型要素柵格數(shù)據(jù)模型要素 30年來，柵格數(shù)據(jù)模型沒有變化，用年來，柵格數(shù)據(jù)模型沒有變化，用規(guī)則的格網(wǎng)單元規(guī)則的格網(wǎng)單元表示。表示。 柵格數(shù)據(jù)

2、模型包括柵格數(shù)據(jù)模型包括數(shù)字高程數(shù)據(jù)數(shù)字高程數(shù)據(jù) 、衛(wèi)星影像、數(shù)字正射影像、衛(wèi)星影像、數(shù)字正射影像、 掃描地圖和圖形文件掃描地圖和圖形文件等。等。 第1頁/共32頁 柵格由行、列、像元（像素）組成柵格由行、列、像元（像素）組成 起始點（格網(wǎng)單元地址）起始點（格網(wǎng)單元地址）- 左上角左上角 Rows 行行 用用 y 坐標坐標 Columns 列列 用用 x 坐標坐標 柵格中每個像元由其行、列位置明確定義，用柵格中每個像元由其行、列位置明確定義，用像元像元 值值表示空間對象的類型、等級等特征，且每個像元表示空間對象的類型、等級等特征，且每個像元 具有一個像元值具有一個像元值。 Real world

3、 Grid 點點 線線 面面 Value =0 =1 =2 =3 行行 列列 第2頁/共32頁 像元的大小決定了柵格數(shù)據(jù)模型的分辨率像元的大小決定了柵格數(shù)據(jù)模型的分辨率Resolution 。 柵格數(shù)據(jù)中柵格像元尺寸越小，分辨率越高。柵格數(shù)據(jù)中柵格像元尺寸越小，分辨率越高。 1、柵格像元大小的確定：柵格像元大小的確定： u像元太大，忽略較小圖斑，造成信息丟失，無法表示精確位置。像元太大，忽略較小圖斑，造成信息丟失，無法表示精確位置。 u像元越小，分辨率愈高，數(shù)據(jù)量愈大（按分辨率的平方指數(shù)增加）像元越小，分辨率愈高，數(shù)據(jù)量愈大（按分辨率的平方指數(shù)增加） ，計算成本就越高，處理速度越慢。，計算成本

4、就越高，處理速度越慢。 第3頁/共32頁 2、柵格像元屬性值的確定：柵格像元屬性值的確定： 當一個柵格像元內有多個可選屬性值時，按一定方法來確定當一個柵格像元內有多個可選屬性值時，按一定方法來確定 柵格屬性值。柵格屬性值。 1、中心點法：、中心點法：取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。取位于柵格中心的屬性值為該柵格的屬性值。 2、面積占優(yōu)法：、面積占優(yōu)法：柵格單元屬性值為面積最大者，常用于分類較柵格單元屬性值為面積最大者，常用于分類較 細，地理類別圖斑較小時。細，地理類別圖斑較小時。 3、重要性法：、重要性法：定義屬性類型的重要級別，取重要的屬性值為柵定義屬性類型的重要級別，取重要的屬性值

5、為柵 格屬性值，常用于有重要意義而面積較小的要素。格屬性值，常用于有重要意義而面積較小的要素。 參見參見P68注釋欄注釋欄4.1 第4頁/共32頁 A .O B C 中心點中心點 法法 重要性法重要性法 面積占優(yōu)面積占優(yōu) 法法 柵格數(shù)據(jù)結構中混合像元的處理柵格數(shù)據(jù)結構中混合像元的處理 中心點中心點 法法 重要性法重要性法 第5頁/共32頁 3、柵格波段柵格波段 Single band (elevations) 單波段（每個像元只有一個像元值） 高程柵格 Multiband (satellite images) 多波段（每個像元與一個以上像元值相關聯(lián)） 衛(wèi)星影像 第6頁/共32頁 衛(wèi)星影像衛(wèi)星影

6、像 數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型 數(shù)字正射影像數(shù)字正射影像 二值掃描文件二值掃描文件 數(shù)字柵格圖數(shù)字柵格圖 圖形文件圖形文件 特定特定GIS軟件中的柵格數(shù)據(jù)軟件中的柵格數(shù)據(jù) 第二節(jié)第二節(jié) 柵格數(shù)據(jù)類型柵格數(shù)據(jù)類型 所有的數(shù)據(jù)類型都具有柵格數(shù)據(jù)模型的相同基本要素所有的數(shù)據(jù)類型都具有柵格數(shù)據(jù)模型的相同基本要素 第7頁/共32頁 1、衛(wèi)星影像、衛(wèi)星影像 Satellite Imagery 遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù) Remotely sensed satellite data 空間分辨率空間分辨率 與地面像元大小相關與地面像元大小相關 像素值就是亮度值像素值就是亮度值表示從地球表面反射或發(fā)射的光能表示從地

7、球表面反射或發(fā)射的光能 第8頁/共32頁 Landsat 陸地衛(wèi)星 Terra spacecraft (ASTER) 高級星載熱發(fā)射與反射輻射計 AVHRR and other weather satellites 高級甚高分辨率輻射計和其它氣象衛(wèi)星 SPOT 地球觀測衛(wèi)星 IKONOS 高空分辨率陸地衛(wèi)星 QuickBird 快鳥（載有高分辨率傳感器） 第9頁/共32頁 2、 數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型 Digital Elevation Models (DEMs) USGS的數(shù)字高程模型 非USGS的數(shù)字高程模型 全球數(shù)字高程模型 數(shù)字高程模型由等間隔海拔數(shù)據(jù)的排列組成數(shù)字高程模型由等間隔海

8、拔數(shù)據(jù)的排列組成。 USGS（美國地質調查局）的（美國地質調查局）的DEM 7.5 分, 30 分, 1度, 15分 第10頁/共32頁 非非USGS的數(shù)字高程模型的數(shù)字高程模型 立體測圖儀，具有重疊區(qū)的航片 從衛(wèi)星影像生產(chǎn)數(shù)字高程模型 雷達，激光測速儀 Radar，LIDAR DEM數(shù)據(jù)LIDAR數(shù)據(jù) 第11頁/共32頁 由航片或其他遙感數(shù)據(jù)而由航片或其他遙感數(shù)據(jù)而 得的數(shù)字化影像。得的數(shù)字化影像。 由于照相機鏡頭傾斜和地由于照相機鏡頭傾斜和地 形起伏引起的位移已被消形起伏引起的位移已被消 除，除，可與地形圖和其他地可與地形圖和其他地 圖配準圖配準。 3、 數(shù)字正射影像數(shù)字正射影像 Digi

9、tal Orthophoto Quad (DOQ) USGS 1m 黑白 數(shù)字正射影像 第12頁/共32頁 4、 二值掃描文件二值掃描文件 Bi-Level Scanned Files 含數(shù)值含數(shù)值1或或0的掃描圖的掃描圖 像像 常用于進行數(shù)字化常用于進行數(shù)字化 第13頁/共32頁 5、 數(shù)字柵格圖數(shù)字柵格圖 Digital Raster Graph (DRG) 地形圖的掃描圖地形圖的掃描圖 像像 第14頁/共32頁 6、 圖形文件圖形文件 地圖、照片和影像可存儲為圖形文件地圖、照片和影像可存儲為圖形文件 如如TIFF、JPEG、GIF等等 7、 特定特定GIS軟件的柵格數(shù)據(jù)軟件的柵格數(shù)據(jù) G

10、IS軟件包使用從軟件包使用從DEM、衛(wèi)星影像、掃描圖像、圖、衛(wèi)星影像、掃描圖像、圖 形文件導入的柵格數(shù)據(jù)，或從矢量數(shù)據(jù)轉換而來形文件導入的柵格數(shù)據(jù)，或從矢量數(shù)據(jù)轉換而來 第15頁/共32頁 逐個像元編碼逐個像元編碼 Cell-by-cell encoding 柵格數(shù)據(jù)存為矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)存為矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)。 特點：特點：最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結構，沒有進行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。最直觀、最基本的網(wǎng)格存貯結構，沒有進行任何壓縮數(shù)據(jù)處理。 第三節(jié)第三節(jié) 柵格數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)結構 柵格數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)的存儲方法或格式柵格數(shù)據(jù)的存儲方法或格式 數(shù)字高程模型、衛(wèi)星影像采用

11、此方法存儲數(shù)據(jù)數(shù)字高程模型、衛(wèi)星影像采用此方法存儲數(shù)據(jù) 第16頁/共32頁 44 22 2 5 55 5 5 5 555 7 7 77 行行1：2255 行行2：2755 行行3：7775 行行4：5555 第17頁/共32頁 第18頁/共32頁 游程編碼游程編碼 Run-Length Encoding（RLE） 柵格數(shù)據(jù)相鄰單元之間存在著相似性即許多重復格網(wǎng)值時用柵格數(shù)據(jù)相鄰單元之間存在著相似性即許多重復格網(wǎng)值時用 特點：特點： 在柵格壓縮時，數(shù)據(jù)量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始在柵格壓縮時，數(shù)據(jù)量不會明顯增加，壓縮率高，并最大限度地保留原始 柵格結構，編碼解碼運算簡單，且易于

12、檢索、疊加、合并等操作，這種編碼應柵格結構，編碼解碼運算簡單，且易于檢索、疊加、合并等操作，這種編碼應 用廣泛。用廣泛。 二值掃描文件常用此方法存儲數(shù)據(jù)二值掃描文件常用此方法存儲數(shù)據(jù) 第19頁/共32頁 第20頁/共32頁 基本思想：基本思想： 將一幅柵格數(shù)據(jù)層或圖像等分為四部分，逐塊將一幅柵格數(shù)據(jù)層或圖像等分為四部分，逐塊 檢查其格網(wǎng)屬性值（或灰度）；如果某個子區(qū)的檢查其格網(wǎng)屬性值（或灰度）；如果某個子區(qū)的 所有格網(wǎng)值都具有相同的值，則這個子區(qū)就不再所有格網(wǎng)值都具有相同的值，則這個子區(qū)就不再 繼續(xù)分割，否則還要把這個子區(qū)再分割成四個子繼續(xù)分割，否則還要把這個子區(qū)再分割成四個子 區(qū)；這樣依次地

13、分割，直到每個子塊都只含有相區(qū)；這樣依次地分割，直到每個子塊都只含有相 同的屬性值或灰度為止。同的屬性值或灰度為止。 最后得到一顆四分叉的倒立樹。最后得到一顆四分叉的倒立樹。 四叉樹四叉樹 Quad Tree將格網(wǎng)分成象限層次將格網(wǎng)分成象限層次 AAAA ABBB AABB AABB 第21頁/共32頁 只記錄葉結點的只記錄葉結點的位置，深度位置，深度（節(jié)點所在層數(shù)）和屬性。（節(jié)點所在層數(shù)）和屬性。 地址碼地址碼/定位碼定位碼/Morton碼碼 （四進制四進制或或十進制十進制） 線性四叉樹線性四叉樹 四叉樹可有效地存儲四叉樹可有效地存儲面狀數(shù)據(jù)面狀數(shù)據(jù)，尤其是僅包含少數(shù)類別時；，尤其是僅包含少

14、數(shù)類別時； 四叉樹是一種有效的空間檢索方法。四叉樹是一種有效的空間檢索方法。 第22頁/共32頁 四進制四進制Morton碼碼: 四叉樹從上而下形成，由葉四叉樹從上而下形成，由葉 結點找結點找Morton碼。碼。 每分割一次，增加一位數(shù)字每分割一次，增加一位數(shù)字 ，大分割在前，小分割在后，大分割在前，小分割在后 。所以，。所以，碼的位數(shù)表示分割碼的位數(shù)表示分割 的次數(shù)。的次數(shù)。 每一個位均是不大于每一個位均是不大于3的四的四 進制數(shù)，表達位置。進制數(shù)，表達位置。 由由Morton碼找出四叉樹葉結碼找出四叉樹葉結 點的具體位置。點的具體位置。 03 12 象限編碼象限編碼 第23頁/共32頁 關

15、于柵格數(shù)據(jù)的信息關于柵格數(shù)據(jù)的信息 數(shù)據(jù)結構、區(qū)域范圍、格網(wǎng)單元大小、光譜波段數(shù)數(shù)據(jù)結構、區(qū)域范圍、格網(wǎng)單元大小、光譜波段數(shù) ，每一像元的比特數(shù)，每一像元的比特數(shù) 也包括統(tǒng)計文件、色彩文件等也包括統(tǒng)計文件、色彩文件等 頭文件頭文件 第24頁/共32頁 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一是將數(shù)據(jù)表示成更緊湊的格式以減少存儲空間的一 項技術。分為：項技術。分為： 無損壓縮：無損壓縮：在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復原有的在編碼過程中信息沒有丟失，經(jīng)過解碼可恢復原有的 信息。信息。常用來分析或產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)常用來分析或產(chǎn)生新的數(shù)據(jù) 有損壓縮有損壓縮：為最大限度壓縮數(shù)據(jù)

16、，在編碼中損失一些認為不太重為最大限度壓縮數(shù)據(jù)，在編碼中損失一些認為不太重 要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復要的信息，解碼后，這部分信息無法恢復。常用于背景影像常用于背景影像 處理而不是分析處理而不是分析 第四節(jié)第四節(jié) 柵格數(shù)據(jù)壓縮柵格數(shù)據(jù)壓縮 第25頁/共32頁 第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)轉換與綜合數(shù)據(jù)轉換與綜合 柵格化柵格化Rasterization 矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格數(shù)據(jù) 矢量化矢量化Vectorization 柵格數(shù)據(jù)轉換為矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)轉換為矢量數(shù)據(jù) 第26頁/共32頁 與矢量化相比，較簡單與矢量化相比，較簡單 步驟：步驟： 1）建立像元大小的格網(wǎng)，并將所有像元的

17、初始值賦為0； 2）改變格網(wǎng)單元值 3）填充多邊形輪廓線的內部 柵格化柵格化 第27頁/共32頁 三個基本要素：三個基本要素： 柵格線的細化最好細化到只占據(jù)一個像元寬度 矢量線提取決定獨立線段的起、止點的過程 拓撲關系重建將柵格圖像中提取出來的線條連接 ，及顯示數(shù)字化錯誤。 矢量化矢量化 第28頁/共32頁 柵格與矢量數(shù)據(jù)的綜合柵格與矢量數(shù)據(jù)的綜合 使用柵格影像作為顯示背景 二值掃描文件用于現(xiàn)狀或面狀要素的屏幕數(shù)字化 數(shù)字高程模型用作提取等高線等地形特征 矢量數(shù)據(jù)作為處理衛(wèi)星影像的輔助信息 第29頁/共32頁 矢量數(shù)據(jù)結構矢量數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)結構柵格數(shù)據(jù)結構 優(yōu)優(yōu) 點點 1、數(shù)據(jù)結構嚴密，冗余

18、度小，數(shù)據(jù)量?。?、數(shù)據(jù)結構嚴密，冗余度小，數(shù)據(jù)量??； 2、空間拓撲關系清晰，易于網(wǎng)絡分析；、空間拓撲關系清晰，易于網(wǎng)絡分析； 3、面向對象目標的，不僅能表達屬性編碼，而、面向對象目標的，不僅能表達屬性編碼，而 且能方便地記錄每個目標的具體的屬性描述信且能方便地記錄每個目標的具體的屬性描述信 息；息； 4、能夠實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復、更新和綜合；、能夠實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復、更新和綜合； 5、圖形顯示質量好、精度高。、圖形顯示質量好、精度高。 1、數(shù)據(jù)結構簡單，易于算法實、數(shù)據(jù)結構簡單，易于算法實 現(xiàn)現(xiàn); 2、空間數(shù)據(jù)的疊置和組合容易，、空間數(shù)據(jù)的疊置和組合容易， 有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應用和有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應用和 分析；分析； 3、各類空間分析，地理現(xiàn)象模、各類空間分析，地理現(xiàn)象模 擬均較為容易；擬均較為容易； 4、輸出方法快速簡易，成本低、輸出方法快速簡易，成本低 廉。廉。 缺缺 點點 1、數(shù)據(jù)結構處理算法復雜；、數(shù)據(jù)結構處理算法復雜； 2、疊置分析與柵格圖組合比較