第四章：栅格数据模型
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栅格数据模型是一种空间数据存储和分析方式，以像素网格形式表示地球表 面上的特征和属性信息。它以栅格矩阵作为核心结构，广泛应用于地理信息 系统、遥感成像和自然资源管理等领域。
什么是栅格数据模型?
栅格数据模型定义了用像素网格表示和存储地理特征和属性信息的方式。它与矢量数据模型的区别在于数据存 ห้องสมุดไป่ตู้和分析的方式不同。
BMP格式
BMP格式是Windows操作系统中的标准图像格 式，适用于栅格数据的存储和显示。
PNG格式
PNG是一种支持无损压缩的图像格式，常用于 地理信息系统和网络应用中的图像存储和展示。
栅格数据模型的未来发展
1
3D栅格数据模型
随着技术的进步，栅格数据模型在三维
大数据时代下的栅格数据模型应用
2
地理信息系统和虚拟现实领域的应用越 来越广泛。
栅格数据模型的结构
栅格数据的基本结构
栅格数据由像素组成的矩阵构成，每个像素代表地球表面上的一个位置，它包含了该位置的 属性信息。
栅格数据的元数据
栅格数据还包含元数据，用于描述数据的属性、分辨率、坐标系统等信息，方便数据的管理 和使用。
栅格数据模型的应用场景
地理信息系统中的应用
栅格数据模型被广泛应用于地图 制作、地理分析、空间模型和空 间推理等领域。
在大数据时代，栅格数据模型将更好地
与其他数据模型相结合，为各行各业带
来更多应用和价值。
总结
栅格数据模型的基本概 念和结构
栅格数据模型以像素网格表 示地理信息，包含基本结构 和元数据。
栅格数据模型的应用场 景和常用格式
栅格数据模型广泛用于地理 信息系统、遥感成像和资源 管理，常见格式有TIFF、 BMP等。
栅格数据模型是一种空间数据存储和分析方式，以像素网格形式表示地球表 面上的特征和属性信息。它以栅格矩阵作为核心结构，广泛应用于地理信息 系统、遥感成像和自然资源管理等领域。
什么是栅格数据模型?
栅格数据模型定义了用像素网格表示和存储地理特征和属性信息的方式。它与矢量数据模型的区别在于数据存 ห้องสมุดไป่ตู้和分析的方式不同。
BMP格式
BMP格式是Windows操作系统中的标准图像格 式，适用于栅格数据的存储和显示。
PNG格式
PNG是一种支持无损压缩的图像格式，常用于 地理信息系统和网络应用中的图像存储和展示。
栅格数据模型的未来发展
1
3D栅格数据模型
随着技术的进步，栅格数据模型在三维
大数据时代下的栅格数据模型应用
2
地理信息系统和虚拟现实领域的应用越 来越广泛。
栅格数据模型的结构
栅格数据的基本结构
栅格数据由像素组成的矩阵构成，每个像素代表地球表面上的一个位置，它包含了该位置的 属性信息。
栅格数据的元数据
栅格数据还包含元数据，用于描述数据的属性、分辨率、坐标系统等信息，方便数据的管理 和使用。
栅格数据模型的应用场景
地理信息系统中的应用
栅格数据模型被广泛应用于地图 制作、地理分析、空间模型和空 间推理等领域。
在大数据时代，栅格数据模型将更好地
与其他数据模型相结合，为各行各业带
来更多应用和价值。
总结
栅格数据模型的基本概 念和结构
栅格数据模型以像素网格表 示地理信息，包含基本结构 和元数据。
栅格数据模型的应用场 景和常用格式
栅格数据模型广泛用于地理 信息系统、遥感成像和资源 管理，常见格式有TIFF、 BMP等。
地理信息系统4栅格数据模型
• 行1:04477777 • 行2:44444777 • 行3:44448877 • 行4:00488877 • 行5:00888878 • 行6:00088888 • 行7:00008888 • 行8:00000888
•压缩编码方式
压缩编码的目的就是用尽可能少的数据 量记录尽可能多的信息，其类型分为
• 栅格尺寸越小，其分辨率越高，数据量也越大。
•引申思考：栅格数据的投影与变形问题？
栅格数据的形状、尺寸及相关问题
• 由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长度、 距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大，则 造成较大的误差 。
• 由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常只 记录一个属性值，这会导致属性误差。比如，遥 感数据中的“混合像元”问题。
决定栅格单元代码的方式
1. 中心点法
– 处理方法： 用处于栅格中心处的地物类型或 现象特性决定栅格代码
– 常用于具有连续分布特性的地理要素，如降 雨量分布、人口密度图等。
•例如：中心点O落在代 码为C的地物范围内，按 中心点法的规则，该矩 形区域相应的栅格单元 代码为C
决定栅格单元代码的方式
2. 面积占优法
– 栅格表达法的精度与 分辨率有关。图(a)、 (b)、(c)中，栅格的分 辨 率 分 别 为 7x5 ， 15x11，24x13。分辨 率的大小与下面两个 问题有关：
• 记录和存储栅格数据 硬件设备的性能。
• 与实际应用需求有关。 实际上，分辨率越高， 其影象表达地理空间 现象的特征就越细微。
栅格表达法分辨率示意图
– 处理方法：以占栅格区域面积比例最大的地 物类型或现象特性决定栅格单元的代码
– 面积占优法常用于分类较细，地物类别斑块 较小的情况
栅格数据分析
•求取像元的平 均值
15
二、常用栅格数据操作：局部运算
•（一）单一格网的局部运算：假定以单一栅 格为源数据，基于输入栅格的像元值，局部 运算通过空间数学函数计算输出栅格的每个 像元值。
16
二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
17
二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
点状地物
线状地物 多边形地物
8
9
一、栅格数据模型：存储模型
格网值和个数
10
一、栅格数据模型：存储模型
• 离散数据 • Discrete data, which is sometimes called
categorical or discontinuous data, mainly represents objects in both the feature and raster data storage systems.
将输出栅格数据集中单 元中心的位置定位到输 入栅格后，最邻近分配 法将确定输入栅格上最 近的单元中心位置并将 该单元的值分配给输出 栅格上的单元。
44
三、其他的栅格数据操作
OutRas = Aggregate(InRas1, 3, Max, Expand, Data) 聚合分析
45
三、其他的栅格数据操作
33
欧式距离
二、栅格数据操作：自然距离
Euc_Dist = EucDistance(Source_Ras)
34
二、常用栅格数据操作：自然距离
• 配置与方向
–配置栅格中的像元值对应于距该像元最近的源 像元。
–方向栅格中的像元值对应于距它最近的源像元 的方向值。
35
15
二、常用栅格数据操作：局部运算
•（一）单一格网的局部运算：假定以单一栅 格为源数据，基于输入栅格的像元值，局部 运算通过空间数学函数计算输出栅格的每个 像元值。
16
二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
17
二、常用栅格数据操作：局部运算 • （二）多个栅格的局部运算
点状地物
线状地物 多边形地物
8
9
一、栅格数据模型：存储模型
格网值和个数
10
一、栅格数据模型：存储模型
• 离散数据 • Discrete data, which is sometimes called
categorical or discontinuous data, mainly represents objects in both the feature and raster data storage systems.
将输出栅格数据集中单 元中心的位置定位到输 入栅格后，最邻近分配 法将确定输入栅格上最 近的单元中心位置并将 该单元的值分配给输出 栅格上的单元。
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三、其他的栅格数据操作
OutRas = Aggregate(InRas1, 3, Max, Expand, Data) 聚合分析
45
三、其他的栅格数据操作
33
欧式距离
二、栅格数据操作：自然距离
Euc_Dist = EucDistance(Source_Ras)
34
二、常用栅格数据操作：自然距离
• 配置与方向
–配置栅格中的像元值对应于距该像元最近的源 像元。
–方向栅格中的像元值对应于距它最近的源像元 的方向值。
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《地理信息系统原理》第四章空间数据表达
链状双重独立式编码--拓扑数据结构
3、弧段坐标文件：
弧段号
坐标系列（串)
a
x1,y1,X2,y2…,x5,y5
b
……
1、弧段文件：弧—面，弧—结点关系
弧段号
起点
终点
左多边形
右多边形
a
1
5
A
-
b
5
8
A
E
4、面文件
面号
弧段号
面积
周长
…
A
a,b,h
…
…
…
…
…
…
…
…
2、节点文件： 结点—链关系
点号
横坐标
02
（一）实体数据结构 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称简单数据结构或面条（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 实例： ArcView的Shape文件 MapInfo的Tab文件
点用一个栅格单元表示；
02
PART 01
栅格数据模型
用离散的量化栅格值表示空间实体；
01
属性明确，位置隐含；
02
栅格边长决定了栅格数据的精度；
03
数据结构简单，易与遥感结合；
04
多层数据叠合操作简单；
05
3、弧段坐标文件：
弧段号
坐标系列（串)
a
x1,y1,X2,y2…,x5,y5
b
……
1、弧段文件：弧—面，弧—结点关系
弧段号
起点
终点
左多边形
右多边形
a
1
5
A
-
b
5
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A
E
4、面文件
面号
弧段号
面积
周长
…
A
a,b,h
…
…
…
…
…
…
…
…
2、节点文件： 结点—链关系
点号
横坐标
02
（一）实体数据结构 只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称简单数据结构或面条（Spaghetti）结构。 存储： 独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成 特征 数据按点、线、面为单元进行组织，数据结构直观简单； 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性； 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询； 岛或洞只作为一个简单图形，没有与外界多边形的联系； 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析 实例： ArcView的Shape文件 MapInfo的Tab文件
点用一个栅格单元表示；
02
PART 01
栅格数据模型
用离散的量化栅格值表示空间实体；
01
属性明确，位置隐含；
02
栅格边长决定了栅格数据的精度；
03
数据结构简单，易与遥感结合；
04
多层数据叠合操作简单；
05
第四章_栅格数据的空间分析
1 2 2 2 2 2 3 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
2
栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化 数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则 排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅 格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单 元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长 度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地 表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属 性方面的偏差。
18
1 2 3 4 1 0 4 4 7 2 4 4 4 4 3 4 4 4 4 4 0 0 4 8 5 0 0 8 8 6 0 0 0 8 7 0 0 0 0 8 0 0 0 0
5 6 7 8 7 7 7 7 4 7 7 7 8 8 7 7 8 8 7 7 8 8 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 0 8 8 8
h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。
7
栅格数据的定位
位置由栅格行、列号定义 绝对定位
– 基准点 左下点 左上点 – 行号、列号 – 分辩率
y col row (x0, y0)
(row, co
x’ = x0 + col * resolution y’ = y0 - row * resolution
12
一些常用的栅格排列顺序
13
按行编码的栅格数据结构的实现
数据可以使用指针或者二维数组实现 数据的类型由实际情况决定：byte, int, float, double, RGB等 class Raster { int rows; // 行数（高） int cols; // 列数（宽） type* data; // 数据，type可以是byte, int, float, double, RGB 等 // 或者 type data[256][256]; double resolution; // 分辩率，也可能是int等类型的 type getValue(int r, int c) { type value = data[r*cols+c]; return vlaue; } };
2
栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化 数值。在栅格数据中，地表被分割为相互邻接、规则 排列的地块，每个地块与一个象元相对应。因此，栅 格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表相应单 元的大小之比，当象元所表示的面积较大时，对长 度、面积等的量测有较大影响。每个象元的属性是地 表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属 性方面的偏差。
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1 2 3 4 1 0 4 4 7 2 4 4 4 4 3 4 4 4 4 4 0 0 4 8 5 0 0 8 8 6 0 0 0 8 7 0 0 0 0 8 0 0 0 0
5 6 7 8 7 7 7 7 4 7 7 7 8 8 7 7 8 8 7 7 8 8 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 0 8 8 8
h为栅格单元边长 Ai为区域所有多边形的面积。
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栅格数据的定位
位置由栅格行、列号定义 绝对定位
– 基准点 左下点 左上点 – 行号、列号 – 分辩率
y col row (x0, y0)
(row, co
x’ = x0 + col * resolution y’ = y0 - row * resolution
12
一些常用的栅格排列顺序
13
按行编码的栅格数据结构的实现
数据可以使用指针或者二维数组实现 数据的类型由实际情况决定：byte, int, float, double, RGB等 class Raster { int rows; // 行数（高） int cols; // 列数（宽） type* data; // 数据，type可以是byte, int, float, double, RGB 等 // 或者 type data[256][256]; double resolution; // 分辩率，也可能是int等类型的 type getValue(int r, int c) { type value = data[r*cols+c]; return vlaue; } };
第四章栅格数据模型
格网方向
格网分辨率
行
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
列
单个格网代表点，一系列相邻格网单元代表线，邻 接格网的集合代表面。
格网中的每个格网单元有一个值，整型或浮点型。 整型格网单元值通常代表类别数据。浮点型格网单 元值常表示连续数据。
格网中的每一单元值代表了由此行此列决定的该位 置上的空间现象的特征。栅格数据模型不把空间数 据与属性数据明确分开。
如以像元边线计算则为7，以像元为单位则为4。
三角形的面积为6个平方单位，而右图中则为7个平 方单位，这种误差随像元的增大而增加。
c
ac距离: 7/4 (5)
面积: 7
(6)
c
5 3
a
4
b
a
b
栅格数据的比例尺就是栅格的大小与地表相应单元 的大小之比，当像元所表示的面积较大时，对长度、 面积等的量测有较大影响。
一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越 简单，块状编码的效率就越好。游程编码和块状编 码均对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部 较多的复杂多边形效果并不好。块状编码在合并、 插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优 越性。然而对某些运算不适应，必须在转换成简单 数据形式才能顺利进行。
C
A
B
重 要 性
面 积 占 优
栅格数据单元值确定 为了逼近原始数据
精度，除了采用这几种 取值方法外，还可以采 用缩小单个栅格单元的 面积，增加栅格单元总 数的方法。
A
连续分布地理要素
C
具有特殊意义 的较小地物
A
分类较细、 地物斑块较小
AB
数据压缩：从取得的数据集合S中抽取一个子集A，这 个子集作为新的信息源，在规定的精度范围内最好地 逼近原集合，取得尽可能大的压缩比。
地理信息系统下的空间分析——第四章_栅格数据的空间分析方法
空值，有时也被称为null值，在所有操作符和函数中 对其处理方式是有别于任何其它值的。
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
上机四 栅格数据模型
上机四栅格数据模型一、目的与任务1. 熟悉在ArcCatalog和ArcMap环境中浏览栅格数据的方法。
2. 掌握将矢量数据转换为栅格数据的方法。
二、实验准备1. 人员组织：以班为单位由教师进行操作上的讲解演示。
2. 仪器资料：计算机、多媒体、已安装的ArcGIS软件、上机实验指导书。
3. 数据：包含高程数据的文本文件menanbuttes.txt，陆地卫星TM图像tmrect.bil，分别表示美国Pacafic Northwest的主要公路和县份的Shapefile文件nwroads.shp和nwcounties.shp。
三、内容与方法习作1：查看USGS DEM数据所需数据：menanbuttes.txt，包含高程数据的文本文件。
1.启动ArcCatalog，并连接到第4章数据chap4。
双击打开menanbuttes.txt。
文本中的前6行包含头文件信息。
显示DEM是341列和466行，DEM的左下角的x,y坐标是（419475,4844265），像元大小是30m，无数据像元编码为-9999。
高程值排列在头文件信息下面。
2.单击打开ArcToolbox。
在Conversion Tools/To Raster（转换工具/转为栅格）工具集下双击ASCII to Raster（ASCII转栅格）工具，input ASCII raster file （输入ASCII栅格文件）通过文件夹选择按钮设置为menanbuttes.txt，输出栅格文件名设置为menanbuttes，并存储在chap4中，单击OK，运行conversion。
3.本步骤用于检查步骤2中创建的高程栅格menanbuttes的属性。
在ArcCatalog目录树中右击menanbuttes并选择Properties（属性），查看General（常规）标签。
General栏中显示与menanbuttes相关的5中信息类别：数据源、栅格数据信息、范围、空间参照以及统计值。
地理信息系统掌握要点集锦
地理信息系统掌握要点集锦第一章绪论：1. 基本概念● 地理信息:有关地理实体和地理现象的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知● 识，是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。
● 地理数据:各种地理特征和现象间关系的数字化表示。
● 地理信息系统:在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
2. GIS的定义● 地理信息系统:在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
3. 如何理解GIS？● GIS的物理外壳是计算机化的技术系统● GIS的操作对象是空间数据● GIS的技术优势在于它的空间分析能力● GIS与地理学、测绘学联系紧密4. GIS由哪几部分组成硬件基本配置软件 GIS软件空间数据人员5. GIS的主要功能有哪些？● 空间数据采集● 空间数据处理与编辑● 空间数据存储与管理● 空间查询与分析● 空间信息输出6. GIS与相关学科之间的关系GIS具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动他们的发展。
与之联系最为紧密的是地理学、制图学、计算机、测绘与遥感。
第二章地学基础：1. 基本概念● 地球椭球: 近似表示地球的形状和大小，并且其表面为等位面的旋转椭球。
(百度)● 大地体: 由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体。
(百度)● 地图投影：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法。
● 高斯—克吕格投影：横轴切椭圆柱等角投影，假想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按规定投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的经纬线交点投影到椭圆柱上，并将此圆柱面展为平面，即得本投影● 横轴墨卡托投影：等角正切圆柱投影，假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开就得到一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图● 兰勃特等角投影：正轴等角割圆锥投影，设想用一个正圆锥割于球面两标准纬线，应用等角条件将地球面投影到圆锥面上，然后沿一母线展开，即为兰勃特投影平面。
第四章：栅格数据模型
Eadrs Image ArcGIS grid
3.栅格数据结构
（１）直接编码法 （２）游程长度编码 （３）块码 （４）链码 （５）四叉树
3. 栅格数据结构
（１）直接栅格编码结构
直接栅格编码结构，也可以理解为栅格矩阵结构，指对 栅格数据不用压缩而采取的编码形式 步骤如下：
• 栅格像元组成栅格矩阵，用像元所在的行列号来表示其位 置。通常以矩阵左上角开始逐行逐列存储，记录代码 • 可以每从左到右逐像元记录，也可以奇数行从左到右而偶 数行由右到左来记录
3. 栅格数据结构
（５）四叉树编码
0 2 2 0 0 0 0 0 2 2 2 0 0 0 0 0 2 2 2 2 3 0 0 0 5 2 2 3 3 3 0 0 5 2 3 3 3 3 3 0 5 5 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3
西南 东南 西北 东北
3. 栅格数据结构
（２）游程压缩编码结构
游程长度编码方法，数据多，且有重叠时，用游程压缩编 码可压缩数据量 游程编码能否压缩数据量，主要决定于栅格数据的性质， 通常可通过事先测试，计算图的数据冗余度Re
3. 栅格数据结构
（２）游程压缩编码结构 游程长度压缩编码步骤：
• 在同一行内先按列扫描，如果整行的单元值都相同 ，那么单元组、长度（一般取列数），行号记下后 ，这一行就扫描完毕。 • 若从第一列开始到某列单元值有变化，就将前面取 值相同的列数和该值记下，及编码为单元值，长度 （列数），行号，专业上称作一个游程（或往程） 。 • 然后再扫描，随后把行内某一段取值相同的单元值 组成一游程，直到该行结束，并逐行地将网格都扫 描完毕，以下表为例。
①②③ 0 0 0
3.栅格数据结构
（１）直接编码法 （２）游程长度编码 （３）块码 （４）链码 （５）四叉树
3. 栅格数据结构
（１）直接栅格编码结构
直接栅格编码结构，也可以理解为栅格矩阵结构，指对 栅格数据不用压缩而采取的编码形式 步骤如下：
• 栅格像元组成栅格矩阵，用像元所在的行列号来表示其位 置。通常以矩阵左上角开始逐行逐列存储，记录代码 • 可以每从左到右逐像元记录，也可以奇数行从左到右而偶 数行由右到左来记录
3. 栅格数据结构
（５）四叉树编码
0 2 2 0 0 0 0 0 2 2 2 0 0 0 0 0 2 2 2 2 3 0 0 0 5 2 2 3 3 3 0 0 5 2 3 3 3 3 3 0 5 5 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3
西南 东南 西北 东北
3. 栅格数据结构
（２）游程压缩编码结构
游程长度编码方法，数据多，且有重叠时，用游程压缩编 码可压缩数据量 游程编码能否压缩数据量，主要决定于栅格数据的性质， 通常可通过事先测试，计算图的数据冗余度Re
3. 栅格数据结构
（２）游程压缩编码结构 游程长度压缩编码步骤：
• 在同一行内先按列扫描，如果整行的单元值都相同 ，那么单元组、长度（一般取列数），行号记下后 ，这一行就扫描完毕。 • 若从第一列开始到某列单元值有变化，就将前面取 值相同的列数和该值记下，及编码为单元值，长度 （列数），行号，专业上称作一个游程（或往程） 。 • 然后再扫描，随后把行内某一段取值相同的单元值 组成一游程，直到该行结束，并逐行地将网格都扫 描完毕，以下表为例。
①②③ 0 0 0
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3. 栅格数据结构
（１）直接栅格编码结构 一些常用的栅格排列顺序
3. 栅格数据结构
（２）游程压缩编码结构
游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构时逐行将相邻 同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长 度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余
建立方法：将栅格矩阵的 数据序列X1,X2,X3…Xn，映 射为相应的二元组序列 （Ai,Pi）,i=1…k,且K≤N. A为属性值 P为游程 K为游程序号 适用于二值图像的表示
• 三角形 • 方格 • 六角形
每个单元通过一定的数值表达方式（如颜色、灰度级）表 达诸如环境污染程度、植被覆盖类型等空间地理现象 对同一现象，也可能有若干不同尺度、不同聚分性的铺盖
CSUST
2.栅格数据模型
栅格数据模型
1.栅格数据模型要素
把单元值依行列组织成一个矩阵（栅格，Grid)
场和地面该怎么表达呢？
Eadrs Image ArcGIS grid
3.栅格数据结构
（１）直接编码法 （２）游程长度编码 （３）块码 （４）链码 （５）四叉树
3. 栅格数据结构
（１）直接栅格编码结构
直接栅格编码结构，也可以理解为栅格矩阵结构，指对 栅格数据不用压缩而采取的编码形式 步骤如下：
• 栅格像元组成栅格矩阵，用像元所在的行列号来表示其位 置。通常以矩阵左上角开始逐行逐列存储，记录代码 • 可以每从左到右逐像元记录，也可以奇数行从左到右而偶 数行由右到左来记录
位于结点层次较高的子象限尺寸较大，说明其分 解深度小，也即分割次数少，而低层次上的象限 尺寸就较小，反映其分解深度大即分割次数多 这样编码后，可反映出整个图形区域的空间地物 分布情况，在某些位置上单一地物分布较广，则 采用较少的分割次数。在地物较复杂，变化较大 的区域，则用加深分解深度，增加分割次数的方 式编码。
沿列方向进行编码：( 1，0），
（2，2），（4，0）；（1，2）， （4，0）；（1，2），（5，3）， （6，0）；（1，5），（2，2）， （4，3），（7，0）；（1，5）， （2，2），（3，3），（8，0）； （1，5），（3，3）；（1，5）， （6，3）；（1，5），（5，3）。
0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0 3 3 3
3. 栅格数据结构
（５）四叉树编码
0 2 2 0 0 0 0 0 2 2 2 0 0 0 0 0 2 2 2 2 3 0 0 0 5 2 2 3 3 3 0 0 5 2 3 3 3 3 3 0 5 5 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3
西南 东南 西北 东北
3. 栅格数据结构 文件头
编码方法 波段数 区域范围 单元值数据类型 表示无数据的代码 最大值、最小值、平均值等
4. 栅格数据压缩 栅格数据一般需要相当多的存储空间 数据压缩
定义：从所取得的数据集合S中抽出一个子集A ，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精 度范围内最好地逼近原数据集合 分类：有损压缩、无损压缩 意义：数据存储、数据传输、网络制图
3. 栅格数据结构
（５）链式编码
具体编码过程为：
① 自上而下，从左向右寻找起始点，值不为零，且没 有被记录过得点为起始点，记下该地物的特征码及 其点的行列数 ② 按顺时针方向寻找相邻的等值点，并按八个方向进 行编码。 ③ 对于已经被记录的栅格单元，可将其属性代码值置 为零。如果遇到不能闭合线段，结束后可返回到起 始点，重新开始寻找下一个线段。
5. 数据转换与综合
5. 数据转换与综合
栅格化：矢量数据转换为栅格数据
① 空间划分
• • 指定格网坐标原 点及坐标轴朝向 确定格网尺寸
② 改变点、线及多 边形边界的像元 值 ③ 用多边形属性值 改变多边形边界 内部所有单元
5. 数据转换与综合 栅格化误差
栅格分辨率 边界复杂性 执行算法
3. 栅格数据结构
（３）块码示例
0 2 2 0 0 2 2 2 0 0 2 2 2 2 3
0 0 0
5 2 2 3 3
3 0 0
5 2 3 3 3
3 3 0
5 5 3 3 3
3 3 3
5 5 5 5 5
3 3 3
5 5 5 5 3
3 3 3
0 0 0 0 0 0
（1，1，1，0），（1，2，2，2）， （1，4，1，5），（1，5，1，5）， （1，6，2，5），（1，8，1，5）； （2，1，1，2），（2，4，1，2）， （2，5，1，2），（2，8，1，5）； （3，3，1，2），（3，4，1，2）， （3，5，2，3），（3，7，2，5）； （4，1，2，0），（4，3，1，2）， （4，4，1，3）；（5，3，1，3）， （5，4，2，3），（5，6，1，3）， （5，7，1，5），（5，8，1，3）； （6，1，3，0），（6，6，3，3）； （7，4，1，0），（7，5，1，3）； （8，4，1，0），（8，5，1，0）。
1.栅格数据模型要素
多层栅格数据
波段
1.栅格数据模型要素
栅格数据组织方法
1.栅格数据模型要素
二 栅格数据建立
（1）空间划分
• 坐标系确定（原点与坐标轴） • 方格大小确定
（2）数据采样（栅格代码值 的确定）
• • • • 面积占优 中心归属 长度占优 重要性
2. 常用栅格数据
遥感影像 属于典型 的栅格结 构，每个 象元的数 字表示影 像的灰度 等级
3. 栅格数据结构
彩色航空图像
红外航空图像
2. 常用栅格数据类型
数字高程模型
2. 常用栅格数据类型
数字正射影像图（DOM）
2. 常用栅格数据类型
二值扫描文件
2. 常用栅格数据类型
数字栅格地图
2. 常用栅格数据类型
其他图形文件
TIFF、GeoTIFF、GIF、JPEG
特定软件的栅格数据
3. 栅格数据结构
（５）四叉树编码
基本思想：
• 是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域 按照4个象限进行递归分割（2n×2 n，且n>1），直 到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的 倒向树。 • 根结点：最上面的一个结点，它对应于整个图形。 • 叶子结点：不能再分的结点，可能落在不同的层上 。
26
3. 栅格数据结构
（５）四叉树编码
如果该单元内有 不同性质的多边形，则将单 元分成四个大小相同的二级 单元，然后再分别判断这四 个二级单元中是否还有不同 性质的多边形，若其中某个 二级单元中有不同性质的多 边形，则再划分成四个大小 相同的三级单元。这种逐级 一分为四的方法，一直分到 预定的最高分辨率为止。
3. 栅格数据结构
（３）块码
游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为 记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据 结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单 位的代码组成
• 具有可变的分辨率，即当代码变化小时图块大，就是 说在区域图斑内部分辨率低；反之，分辨率高以小块 记录区域边界地段，以此达到压缩的目的 • 与游程长度编码相似，图斑越大，压缩比越高；图斑 越碎，压缩比越低 • 在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明 显的优越性 • 在某些操作时，则必须把游程长度编码和块码解码， 转换为基本栅格结构进行
33
3. 栅格数据结构
栅格数据编码方法总结
对数据的压缩编码是以增加运算时间为代价的 直接栅格编码简单明了，可直观地反映栅格图像数据 ，但数据冗余太大 游程压缩编码在很大程度上压缩数据，也可较大限度 的保留原始栅格结构，而且编码解码容易 链式编码的压缩效率较高，已接近矢量结构，对边界 的运算比较方便，但是不具备区域的性质，区域运算 较困难 四叉树编码有区域性质，压缩效率比较高，可进行大 量的图形图像运算，且效率较高，使用日益广泛。
0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0 3 3 3
3. 栅格数据结构
逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码
0 2 2 0 0
2 2 2 0 0
2 2 2 2 3
5 2 2 3 3
5 2 3 3 3
5 5 3 3 3
5 5 5 5 5
5 5 5 5 3
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3. 栅格数据结构
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；
0 2 2 0 0
2 2 2 0 0
2 2 2 2 3
5 2 2 3 3
5 2 3 3 3
5 5 3 3 3
5 5 5 5 5
5 5 5 5 3
沿行方向进行编码：( 0，1），
（2，2），（5，5）；（2，5）， （5，3）；（2，4），（3，2）， （5，2）；（0，2），（2，1）， （3，3），（5，2）；（0，2）， （3，4），（5，1），（3，1）； （0，3），（3，5）；（0，4）， （3，4）；（0，5），（3，3）。
①②③ 0 0 0
12
13
34
35
40
3
3
3
5
5
④⑤ ⑥⑦⑧⑨⑩ 11 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2 2 2 3 2 2
26 27 28 29
30 31 32 33
36 37 38 39
2 2 0 2
30
3. 栅格数据结构
（５）链式编码
又称为霍夫曼编码 指将线状地物或区域 边界表示为：由某一 起点和一系列在基本 方向上的单位矢量组 成 单位矢量的长度默认 为一个栅格单元，每 个后续点可能位于其 前续点的8个基本方向 之一。