众泰和保时捷的区别:gis原理七

§2.3 栅格数据结构

    栅格数据结构是通过空间点的密集而规则的排列表示整体的空间现象的，其数据结构简单，定位存取性能好，可以与影像和DEM数据进行联合空间分析，数据共享容易实现，是地理信息系统重要的一种空间数据存储结构。

一、栅格数据的图形表示

二、栅格数据的组织

    针对一个区域对应多个属性值的多层栅格文件，介绍三种组织这些栅格数据文件的方法。

三、栅格结构的建立

    栅格结构的建立包括三个内容：栅格数据的获取途径，栅格系统的确定和栅格代码的确定。

四、栅格数据结构的表示

    介绍如何表示栅格数据结构。

一、栅格数据的图形表示

    栅格结构是以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。换句话说，栅格数据结构就是像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码（图2-3-1）。

    1、点实体：表示为一个像元；

    2、线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；

    3、面实体：表示为聚集在一起的相邻像元的集合。

    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，每个地块与一个像元相对应。因此，栅格数据的比例尺就是栅格(像元)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。每个像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。

二、栅格数据组织

    由于地理信息具有多维结构，而栅格结构中赋予每一个栅格的属性值是唯一的，这就要用多个栅格层数据来存储同一个地理区域的不同侧面信息（图2-3-2）。那么，如何在计算机中合理地组织这些栅格层数据以达到最优存储，空间最小，存取效率最高？如果每层像元的位置一一对应，则有3种可能的组织方式（图2-3-3）。

    方法a：以像元为记录序列，不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组。N层中只记录一层的像元位置，节约大量存储空间，因为栅格个数很多。

    方法b：每层每个像元的位置、属性一一记录，结构最简单，但浪费存储。

    方法c：以层为基础，每层内以多边形为序记录多边形的属性值和多边形内各像元的坐标。节约用于存储属性的空间。将同一属性的制图单元的n个像元的属性只记录一次，便于地图分析和制图处理。

三、栅格结构的建立

    要建立一个栅格数据结构需要明确三个内容：数据来源（即获取数据的途径），栅格系统的确定和栅格代码的确定。

（一）栅格数据的获取途径

    栅格数据的获取方式通常有：

    1、来自于遥感数据

    通过遥感手段获得的数字图像就是一种栅格数据。它是遥感传感器在某个特定的时间、对一个区域地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样，并按不同的光谱段分光并量化后，以数字形式记录下来的象素值序列。

    2、来自于对图片的扫描

    通过扫描仪对地图或其它图件的扫描，可把资料转换为栅格形式的数据。具体为：扫描仪扫描专题图的图像数据得到每个像元的（行、列、颜色（灰度）），定义颜色与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到每个像元的（行、列、属性），再进行栅格编码、存贮，即得到该专题图的栅格数据。

    3、由矢量数据转换而来

    通过运用矢量数据栅格化技术，把矢量数据转换成栅格数据。这种情况通常是为了有利于GIS中的某些操作，如叠加分析等，或者是为了有利于输出。

    4、由手工方法获取

    在专题图上均匀划分网格，逐个网格地确定其属性代码的值，最后形成栅格数据文件。

（二）栅格系统的确定

    栅格系统的确定包括栅格坐标系的确定和栅格单元尺寸的确定（图2-3-4）。

    1、栅格坐标系的确定

    表示具有空间分布特征的地理要素，不论采用什么编码系统，什么数据结构(矢、栅)都应在统一的坐标系统下，而坐标系的确定实质是坐标系原点和坐标轴的确定。

    由于栅格编码一般用于区域性GIS，原点的选择常具有局部性质，但为了便于区域的拼接，栅格系统的起始坐标应与国家基本比例尺地形图公里网的交点相一致，并分别采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的坐标轴。

    2、栅格单元的尺寸

    栅格单元的尺寸确定的原则是应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。一般讲实体特征愈复杂，栅格尺寸越小，分辨率愈高，然而栅格数据量愈大，按分辨率的平方指数增加，计算机成本就越高，处理速度越慢。

    具体可采用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸的方法。

(三)栅格代码（属性值）的确定

    为了保证数据的质量，当一个栅格单元内有多个可选属性值时（图2-3-5），要按一定方法来确定栅格属性值。

    1、中心归属法：每个栅格单元的值由该栅格的中心点所在的面域的属性来确定，如图2-3-5中的(a)，栅格属性值可据此确定为B。

    2、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。如图2-3-5中的(c)，栅格属性值可据此确定为2。

    3、面积占优法：每个栅格单元的值由该栅格中单元面积最大的实体的属性来确定。如图2-3-5中的(a)，栅格属性值可据此确定为A。

    4、重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物的类型作为栅格单元的属性值。这种方法适用于具有特殊意义而面积较小的实体要素。若图2-3-5中的(b)，a代表草地，b代表铁路，栅格属性值可据此确定为b。

四、栅格数据结构的表示

     将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行(或逐列)记录代码，可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左。这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件（图2-3-6），且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，即行数和列数。这样，具体的像元值就可连续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。

    由于地理数据往往有较强的相关性，也就是说相邻像元的值往往是相同的。因此，为了节省存储空间，需要进行栅格数据的压缩存储。