地理信息系統(tǒng)4 柵格數(shù)據(jù)模型

第四章

柵格數(shù)據(jù)模型4.1 引言柵格數(shù)據(jù)：用一個(gè)規(guī)則格網(wǎng)來(lái)描述與每一個(gè)格網(wǎng)單元位置相對(duì)應(yīng)的空間現(xiàn)象特征。柵格數(shù)據(jù)模型適合表示連續(xù)現(xiàn)象。空間現(xiàn)象的變化由格網(wǎng)單元值的變化來(lái)反映。柵格數(shù)據(jù)以域?yàn)榛A(chǔ)來(lái)描述，而矢量數(shù)據(jù)以對(duì)象為基礎(chǔ)來(lái)描述。

什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？

柵格結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單最直接的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素由行、列定義，并包含一個(gè)代碼表示該象素的屬性類(lèi)型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。

什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。每一個(gè)單元格對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的地塊。矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)

什么是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Raster)？RealworldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTER柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例（a）點(diǎn)（b）線（c）面4.2柵格數(shù)據(jù)模型(rastermodel)

柵格數(shù)據(jù)模型也稱(chēng)格網(wǎng)、柵格地圖、表面覆蓋（surfacecover）或影像。柵格模型直接采用面域或空域枚舉來(lái)直接描述空間目標(biāo)對(duì)象。用柵格描述事物的地理位置；格網(wǎng)由行、列、格網(wǎng)單元組成。行、列由格網(wǎng)左上角起始，行為y坐標(biāo)，列為x坐標(biāo)。格網(wǎng)單元由其行、列位置定義。所以，每個(gè)格網(wǎng)單元的空間坐標(biāo)不一定要直接記錄，因?yàn)閱卧涗浀捻樞蛞呀?jīng)隱含了空間坐標(biāo)。柵格數(shù)據(jù)模型及空間對(duì)象的表示

為了便于在地理空間中定位，在柵格圖像中至少一個(gè)角的坐標(biāo)已知。在柵格表達(dá)中，對(duì)空間實(shí)體的最小表達(dá)單位為單元或像元(Cell或Pixel)，每一像元的大小是一致的（一般是正方形）。在柵格模型中，空間事物按其在網(wǎng)格中的行、列和編碼值表示；每一個(gè)柵格像元以一定的數(shù)值（如顏色、灰度級(jí)）記錄著不同的屬性，如：環(huán)境污染程度、植被覆蓋類(lèi)型等空間地理現(xiàn)象。網(wǎng)格基本單元的大小，對(duì)地圖的分辨率和計(jì)算精度起關(guān)鍵的作用；計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量和分辨率成反比。柵格表達(dá)法柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是矩形（主要是正方形）的，但并不是必須如此。其單元格形狀可以隨應(yīng)用的需要進(jìn)行具體設(shè)定，比如設(shè)置為三角形。柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應(yīng)單元大小之比。柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大。柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問(wèn)題引申思考：柵格數(shù)據(jù)的投影與變形問(wèn)題？由于柵格結(jié)構(gòu)對(duì)地表的離散，在計(jì)算面積、長(zhǎng)度、距離、形狀等空間指標(biāo)時(shí)，若柵格尺寸較大，則造成較大的誤差。由于柵格單元中存在多種地物，而數(shù)據(jù)中常常只記錄一個(gè)屬性值，這會(huì)導(dǎo)致屬性誤差。比如，遙感數(shù)據(jù)中的“混合像元”問(wèn)題。像元很大，則無(wú)法表示空間要素的精確位置，即增加了混合要素/像元的機(jī)會(huì)；像元較小，位置相對(duì)精確，但卻增加了數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)處理時(shí)間。柵格數(shù)據(jù)的形狀、尺寸及相關(guān)問(wèn)題

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)屬性明顯數(shù)據(jù)中直接記錄了數(shù)據(jù)屬性或指向數(shù)據(jù)屬性的指針，因而我們可以直接得到地物的屬性代碼定位隱含所在位置則根據(jù)行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)，也就是說(shuō)定位是根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)集中的位置得到的。柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，所表示的實(shí)體的位置很容易隱含在格網(wǎng)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，算法簡(jiǎn)單，且易于擴(kuò)充、修改，也很直觀，特別是易于同遙感影像的結(jié)合處理，給地理空間數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的方便

決定柵格單元代碼的方式

基本原則：在決定柵格代碼時(shí)盡量保持地表的真實(shí)性，保證最大的信息容量。注意：每一個(gè)單元可能對(duì)應(yīng)多個(gè)地物種類(lèi)或多個(gè)屬性值。比如遙感圖像中的“混合像元”。

決定柵格單元代碼的方式

中心點(diǎn)法處理方法：用處于柵格中心處的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格代碼常用于具有連續(xù)分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度圖等。例如：中心點(diǎn)O落在代碼為C的地物范圍內(nèi)，按中心點(diǎn)法的規(guī)則，該矩形區(qū)域相應(yīng)的柵格單元代碼為C

決定柵格單元代碼的方式

2.面積占優(yōu)法處理方法：以占柵格區(qū)域面積比例最大的地物類(lèi)型或現(xiàn)象特性決定柵格單元的代碼面積占優(yōu)法常用于分類(lèi)較細(xì)，地物類(lèi)別斑塊較小的情況例如：所示的例子中，顯見(jiàn)B類(lèi)地物所占面積最大，故相應(yīng)柵格代碼定為B

決定柵格單元代碼的方式

3.重要性法

處理方法：根據(jù)柵格內(nèi)不同地物的重要性，選取最重要的地物類(lèi)型決定相應(yīng)的柵格單元代碼重要性法常用于具有特殊意義而面積較小的地理要素，特別是點(diǎn)、線狀地理要素，如城鎮(zhèn)、交通樞紐、交通線、河流水系等，在柵格中代碼應(yīng)盡量表示這些重要地物例如：假設(shè)A類(lèi)最重要的地物類(lèi)型，即A比B和C類(lèi)更為重要，則柵格單元的代碼應(yīng)為A

決定柵格單元代碼的方式

4.百分比法處理方法：根據(jù)柵格區(qū)域內(nèi)各地理要素所占面積的百分比數(shù)確定柵格單元的代碼適用于地物面積具有重要意義的分類(lèi)體系例如：可記面積最大的兩類(lèi)BA，也可以根據(jù)B類(lèi)和A類(lèi)所占面積百分比數(shù)在代碼中加入數(shù)字

決定柵格單元代碼的方式

5.其他方法根據(jù)具體的應(yīng)用內(nèi)容，柵格單元的代碼確定方式還可以采用其他方法，如插值方法（平均值就是其中之一），或使用特定的計(jì)算函數(shù)等。除了遙感影象外，通過(guò)矢量到柵格的轉(zhuǎn)換，柵格表達(dá)法同樣可以表達(dá)0維、一維、二維等矢量圖形或地理現(xiàn)象。此時(shí)，0維矢量表現(xiàn)為具有一定數(shù)值的柵格單元，一維矢量表現(xiàn)為按線性特征相連接的一組相鄰單元，二維矢量表現(xiàn)為按二維形狀特征連續(xù)分布的一組單元。柵格表達(dá)法分辨率示意圖

柵格表達(dá)法的精度與分辨率有關(guān)。圖(a)、(b)、(c)中，柵格的分辨率分別為7x5，15x11，24x13。分辨率的大小與下面兩個(gè)問(wèn)題有關(guān)：記錄和存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)硬件設(shè)備的性能。與實(shí)際應(yīng)用需求有關(guān)。實(shí)際上，分辨率越高，其影象表達(dá)地理空間現(xiàn)象的特征就越細(xì)微。

柵格模型具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：柵格的空間分辨率指一個(gè)像元在地面所代表的實(shí)際面積大?。ㄒ粋€(gè)正方形的面積）；對(duì)于同一幅圖形或圖象來(lái)說(shuō)，隨著分辨率的增大，存儲(chǔ)空間也隨之增大。例如，若每一像元占用一個(gè)字節(jié)，而且分辨率為100*100m，那么，一個(gè)面積為100km*100km的區(qū)域就有1000*1000=1000000個(gè)像元，所占存儲(chǔ)空間為1M個(gè)字節(jié)；如果分辨率為10*10m，那么，同樣面積的區(qū)域就有10000*10000=1億個(gè)像元，所占存儲(chǔ)空間近100MB；表達(dá)空間目標(biāo)、計(jì)算空間實(shí)體相關(guān)參數(shù)的精度與分辨率密切相關(guān)，分辨率越高，精度越高；非常適合進(jìn)行空間分析。例如，同一地區(qū)多幅遙感圖象的疊加操作等；不適合進(jìn)行比例尺變化，投影變換等。

柵格數(shù)據(jù)適用于保存和分析在面上連續(xù)的數(shù)據(jù)。每個(gè)單元包含了一個(gè)值，以表示在某一類(lèi)或域中的所屬關(guān)系，也可以表示一種觀測(cè)值或推導(dǎo)值。柵格數(shù)據(jù)包括影像和格網(wǎng)（grids）。影像數(shù)據(jù)包括航/衛(wèi)片和掃描圖像；格網(wǎng)表示推導(dǎo)的數(shù)據(jù)，經(jīng)常用于分析和模擬。它們可以通過(guò)采用點(diǎn)來(lái)建立，如土壤中某一化學(xué)成分的聚集層；也可以根據(jù)影像的分類(lèi)結(jié)果，如：土地覆被；還可以從矢量轉(zhuǎn)化而來(lái)。格網(wǎng)也可以保存域值，如：植被類(lèi)型圖。格網(wǎng)所保存的每個(gè)域值的信息還可以加上其它屬性，如：數(shù)值代碼、植被類(lèi)型名稱(chēng)、對(duì)一定野生物種的適宜程度等。這不同于特征數(shù)據(jù)而把這些屬性同每個(gè)特征相對(duì)應(yīng)。格網(wǎng)可以保存連續(xù)變化的值，如：地表高程；4.3柵格數(shù)據(jù)類(lèi)型

衛(wèi)星影像

DigitalEarth：ElNinophenomenonofPacificOcean

NOAA1999

數(shù)字地球描述的：太平洋厄爾尼諾過(guò)程中國(guó)氣象衛(wèi)星風(fēng)云-1CTheMeteorologicSatelliteFengYun1-C：

AContributionofChinatoDigitalEarth中國(guó)氣象局1999TheStateBureauofMeteorology1999中國(guó)-巴西資源衛(wèi)星

TheZY-1Satellite中國(guó)航天局1999TheStateBureauofSpace1999北京地區(qū)4米遙感影象圖（美國(guó)SPACEIMAGE公司的IKONOS衛(wèi)星）北京地區(qū)1米遙感影象圖（同時(shí)也發(fā)布了北朝鮮導(dǎo)彈基地的1米影象圖）IKONOS衛(wèi)星多光譜影像（4米）（排隊(duì)參觀毛主席紀(jì)念堂的隊(duì)伍隱約可見(jiàn)，花壇信息沒(méi)有，背景草坪不清晰）IKONOS衛(wèi)星融合影像（1米）（排隊(duì)參觀毛主席紀(jì)念堂的隊(duì)伍清晰可見(jiàn)，花壇和背景草坪顯示出來(lái)，色調(diào)自然逼真，連紀(jì)念堂柱子的陰影都很清楚）柏林，勃蘭登堡門(mén)羅馬梵蒂岡大教堂,0.7m,真彩色數(shù)字高程模型奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)外觀圖

SRTM2000.2SRTM陸地表面覆蓋圖（平面）由SRTM－C波段獲取DEM再與TM圖像疊加的結(jié)果PerspectivewithLandsatOverlay,MountKilimanjaro,Tanzania

GTOPO30,USGSSRTMDEMEastern-centerTibet(Xizang,China)SRTMDEM實(shí)例（中國(guó)，西藏）4.4柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、壓縮和文件柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指柵格數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、使得它們能被計(jì)算機(jī)使用與處理。單元依序編碼（cell-by-cellencoding）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：柵格模型被存為矩陣，其格網(wǎng)單元值寫(xiě)成一個(gè)行列式文件。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間關(guān)系柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與表面（場(chǎng)）

柵格數(shù)據(jù)編碼柵格數(shù)據(jù)編碼方法分為兩大類(lèi)：直接?xùn)鸥窬幋a壓縮編碼方法鏈碼

游程長(zhǎng)度編碼

塊碼

四叉樹(shù)

直接?xùn)鸥窬幋a(逐個(gè)像元編碼)直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行都從左到右逐個(gè)象元進(jìn)行記錄，也可以奇數(shù)行地從左到右而偶數(shù)行地從右向左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的順序逐個(gè)像元編碼將數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)為矩形，其像元值寫(xiě)成行列式。適合于表達(dá)柵格的像元值連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，如高程等。遙感影像的每個(gè)像元具有多個(gè)值（多波段），按照bsq、bil、bip方式存儲(chǔ)。一些常用的柵格排列順序行1:04477777行2:44444777行3:44448877行4:00488877行5:00888878行6:00088888行7:00008888行8:00000888壓縮編碼方式壓縮編碼的目的就是用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息，其類(lèi)型分為信息無(wú)損編碼編碼過(guò)程中沒(méi)有任何信息損失，通過(guò)解碼操作可以完全恢復(fù)原來(lái)的信息

信息有損編碼為了提高編碼效率，最大限度地壓縮數(shù)據(jù)，在壓縮過(guò)程中損失一部分相對(duì)不太重要的信息，解碼時(shí)這部分難以恢復(fù)

壓縮編碼方式在地理信息系統(tǒng)中的壓縮編碼多采用信息無(wú)損編碼，而對(duì)原始遙感影像進(jìn)行壓縮時(shí)也可以采取有損壓縮編碼方法。壓縮編碼方式1鏈碼（ChainCodes）鏈?zhǔn)骄幋a又稱(chēng)為弗里曼鏈碼（Freeman，1961）或邊界鏈碼。該編碼方法將數(shù)據(jù)表示為由某一原點(diǎn)開(kāi)始并按某些基本方向確定的單位矢量鏈?；痉较蚩啥x為：東＝0，東南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個(gè)基本方向。例如，確定原點(diǎn)為像元（10，1），則某個(gè)多邊形邊界按順時(shí)針?lè)较虻逆準(zhǔn)骄幋a為：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。其中前兩個(gè)數(shù)字10和1表示起點(diǎn)為第十行第一列，從第三個(gè)數(shù)字開(kāi)始每個(gè)數(shù)字表示每前進(jìn)一個(gè)像元單位的方向，八個(gè)方向以0—7的整數(shù)代表。鏈碼（ChainCodes）鏈碼（ChainCodes）優(yōu)點(diǎn)：

鏈?zhǔn)骄幋a對(duì)多邊形的表示具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮能力，且具有一定的運(yùn)算功能，如面積和周長(zhǎng)計(jì)算等，探測(cè)邊界急彎和凹進(jìn)部分等都比較容易，比較適于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：

對(duì)疊置運(yùn)算如組合、相交等則很難實(shí)施，對(duì)局部修改將改變整體結(jié)構(gòu)，效率較低，而且由于鏈碼以每個(gè)區(qū)域?yàn)閱挝淮鎯?chǔ)邊界，相鄰區(qū)域的公共邊界被重復(fù)存儲(chǔ)會(huì)產(chǎn)生冗余。壓縮編碼方式2游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthCodes） 它的基本思路是：對(duì)于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。

部分GIS軟件采用此編碼方式,ArcGIS、IDRISI等。游程長(zhǎng)度編碼（Run-LengthCodes）其實(shí)現(xiàn)方法有兩種一種編碼方案是，只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。

另一種游程長(zhǎng)度編碼方案就是逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼

游程長(zhǎng)度編碼示例按第一種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長(zhǎng)度編碼：（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；(0，3)，(8，5)；(0，4)，(8，4)；(0，5)，(8，3)。用44個(gè)整數(shù)表達(dá)了原始數(shù)據(jù)中的64個(gè)柵格。游程長(zhǎng)度編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以行和組來(lái)記錄格網(wǎng)單元值。每一組包括了一個(gè)格網(wǎng)值和擁有該值的格網(wǎng)個(gè)數(shù)。數(shù)據(jù)壓縮法之一，以緩和存貯量和分辨率間的矛盾；壓縮效果和地圖上各種面的復(fù)雜程度有關(guān)。游程長(zhǎng)度編碼示例按第二種編碼方法，此數(shù)據(jù)游程長(zhǎng)度編碼（沿列方向）：（1，0），（2，4），（4，0），（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。

游程長(zhǎng)度編碼優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)壓縮效率較高，且易于進(jìn)行檢索，疊加合并等操作，運(yùn)算簡(jiǎn)單，適用于機(jī)器存儲(chǔ)容量小，數(shù)據(jù)需大量壓縮，而又要避免復(fù)雜的編碼解碼運(yùn)算增加處理和操作時(shí)間的情況

缺點(diǎn)對(duì)于圖斑破碎，屬性和邊界多變的數(shù)據(jù)壓縮效率較低，甚至壓縮后的數(shù)據(jù)量比原始數(shù)據(jù)還大。

壓縮編碼方式3塊碼（ChainCodes） 塊碼是游程長(zhǎng)度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號(hào)）和半徑，再加上記錄單位的代碼組成。塊碼編碼示例其塊碼編碼為：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。壓縮編碼方式4四叉樹(shù)編碼 四叉樹(shù)編碼將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列僅包含單一類(lèi)型的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格象元。

四叉樹(shù)編碼

其基本分割方法是將一幅柵格地圖或圖像等分為四部分。逐塊檢查其柵格屬性值(或灰度)。如果某個(gè)子區(qū)的所有柵格值都具有相同的值。則這個(gè)子區(qū)就不再繼續(xù)分割，否則還要把這個(gè)子區(qū)再分割成四個(gè)子區(qū)。這樣依次地分割，直到每個(gè)子塊都只含有相同的屬性值或灰度為止。 四叉樹(shù)編碼

由上而下的方法運(yùn)算量大，耗時(shí)較長(zhǎng)。因而實(shí)踐中可以采用從下而上的方法建立四叉樹(shù)編碼。對(duì)柵格數(shù)據(jù)按如下的順序進(jìn)行檢測(cè)：如果每相鄰四個(gè)柵格值相同則進(jìn)行合并，逐次往上遞歸合并，直到符合四叉樹(shù)的原則為止。這種方法重復(fù)計(jì)算較少，運(yùn)算速度較快。四叉樹(shù)編碼

采用四叉樹(shù)編碼時(shí)，為了保證四叉樹(shù)分解能不斷地進(jìn)行下去，要求圖像必須為2n×2n的柵格陣列，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圖像需首先通過(guò)增加背景的方法將圖像擴(kuò)充為2n×2n的圖像。

四叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)方式四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)按其編碼的方法不同分為常規(guī)四叉樹(shù)和線性四叉樹(shù)：常規(guī)四叉樹(shù)：除了記錄葉結(jié)/節(jié)點(diǎn)之外，還要記錄中間結(jié)點(diǎn)（非葉結(jié)/節(jié)點(diǎn)）。結(jié)點(diǎn)之間借助指針聯(lián)系，每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要用六個(gè)量表達(dá)：四個(gè)葉結(jié)點(diǎn)指針，一個(gè)父結(jié)點(diǎn)指針和一個(gè)結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。這些指針不僅增加了數(shù)據(jù)貯存量，而且增加了操作的復(fù)雜性。常規(guī)四叉樹(shù)主要在數(shù)據(jù)索引和圖幅索引等方面應(yīng)用。四叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)方式四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)按其編碼的方法不同分為常規(guī)四叉樹(shù)和線性四叉樹(shù)：線性四叉樹(shù)：只存貯最后葉結(jié)點(diǎn)的信息。包括葉結(jié)點(diǎn)的位置、深度和本結(jié)點(diǎn)的屬性或灰度值。所謂深度是指處于四叉樹(shù)的第幾層上。由深度可推知子區(qū)的大小。線性四叉樹(shù)葉結(jié)點(diǎn)的編號(hào)需要遵循一定的規(guī)則，這種編號(hào)稱(chēng)為地址碼，它隱含了葉結(jié)點(diǎn)的位置和深度信息。最常用的地址碼是四進(jìn)制或十進(jìn)制的Morton碼。四叉樹(shù)編碼示例

其中最上面的結(jié)點(diǎn)叫根結(jié)點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)整個(gè)圖形。此樹(shù)共有4層結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)象限，如第2層4個(gè)結(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖形的四個(gè)象限，排列次序依次為南西（SW）、南東（SE）、北西（NW）和北東（NE），不能再分的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為終止結(jié)點(diǎn)（又稱(chēng)葉子結(jié)點(diǎn)），可能落在不同的層上，該結(jié)點(diǎn)代表的子象限具有單一的代碼，所有終止結(jié)點(diǎn)所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個(gè)圖形。從上到下，從左到右為葉子結(jié)點(diǎn)編號(hào)，共有40個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)，也就是原圖被劃分為40個(gè)大小不等的方形子區(qū)（最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼）。四叉樹(shù)編碼示例四叉樹(shù)分割四分樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)首先把一幅圖象或柵格地圖等分成四部分，如果某個(gè)子區(qū)的所有格網(wǎng)都含有相同的值（灰度或?qū)傩灾担?，這個(gè)子區(qū)域就不再往下分割；否則，把這個(gè)區(qū)域再分割成四個(gè)子區(qū)域，這樣遞歸地分割，直至每個(gè)子塊都只含有相同的灰度或?qū)傩灾禐橹?。四叉?shù)編碼的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：四叉樹(shù)編碼具有可變的分辨率，樹(shù)的深度隨數(shù)據(jù)的破碎程度而變化，并且有區(qū)域性質(zhì)，壓縮數(shù)據(jù)靈活，許多數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換運(yùn)算可以在編碼數(shù)據(jù)上直接實(shí)現(xiàn)，大大地提高了運(yùn)算效率，并支持拓?fù)洹岸础保ㄇ短锥噙呅危┑谋磉_(dá)，是優(yōu)秀的柵格壓縮編碼之一。缺點(diǎn)：其最大不足是其不穩(wěn)定性，即同樣的原始數(shù)據(jù)應(yīng)用不同的算法進(jìn)行編碼可能會(huì)得到不同的編碼結(jié)果。不利于數(shù)據(jù)分析。壓縮編碼方式5其他編碼 還有很多編碼方法，如傅立葉變換、小波變換、余弦變換等，常常用于遙感原始數(shù)據(jù)的壓縮。由于它們多數(shù)是有損壓縮，一般不用于需要進(jìn)行分析的柵格數(shù)據(jù)。在四叉樹(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的八叉樹(shù)目前也是研究熱點(diǎn)之一。壓縮編碼的相關(guān)問(wèn)題同所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題一樣，壓縮編碼過(guò)程的主要矛盾也是數(shù)據(jù)量壓縮和運(yùn)算時(shí)間之間的矛盾：為了更有效地利用空間資源，減少數(shù)據(jù)冗余，不得不花費(fèi)更多的運(yùn)算時(shí)間進(jìn)行編碼。好的壓縮編碼方法就是要在盡可能減少運(yùn)算時(shí)間的基礎(chǔ)上達(dá)到最大的數(shù)據(jù)壓縮效率，并且是算法適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)柵格壓縮編碼方法總結(jié)：鏈碼的壓縮效率較高，已經(jīng)近矢量結(jié)構(gòu)，對(duì)邊界的運(yùn)算比較方便，但不具有區(qū)域的性質(zhì)，區(qū)域運(yùn)算困難。游程長(zhǎng)度編碼既可以在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度地保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易。但對(duì)破碎數(shù)據(jù)處理效果不好。塊碼和四叉樹(shù)編碼具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，但運(yùn)算效率是其瓶頸。其中四叉樹(shù)編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖像運(yùn)算，效率較高，是很有前途的方法。數(shù)據(jù)壓縮：指柵格數(shù)據(jù)量的減少。目的是節(jié)省計(jì)算機(jī)資源。DEM和衛(wèi)星影像等柵格文件很難壓縮，因?yàn)樗鼈兊?/p>