八方向法與全路徑法對矢量線要素柵格化的比較

摘 要：地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，兩者之間的轉(zhuǎn)換是GIS的關(guān)鍵技術(shù)之一。在GIS的具體應(yīng)用中，不同的分析處理所要求的數(shù)據(jù)格式也不一樣。基于此背景，本文提出了對矢量線要素柵格化的兩種常用方法：八方向柵格化和全路徑柵格化，并通過java編程實現(xiàn)了兩者之間的對比。

關(guān)鍵詞：GIS 柵格化 八方向柵格化 全路徑柵格化

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0066-01

GIS中空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩種，兩者之間的相互轉(zhuǎn)換是GIS的關(guān)鍵技術(shù)之一。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是把所有的地理空間實體都用X、Y坐標進行表示的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則是以規(guī)則的格網(wǎng)陣列來表示地理空間實體或有連續(xù)分布規(guī)律現(xiàn)象的數(shù)據(jù)組織，兩者都可以用來表達地理空間實體的點、線、面三種基本類型。在GIS的具體應(yīng)用中都有其各自的優(yōu)缺點，如矢量數(shù)據(jù)能表達的實體位置精度更高、輸出的圖形更精確美觀、數(shù)據(jù)冗余度小等，而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，相比矢量數(shù)據(jù)更適合于空間分析中的疊置分析和某些自然現(xiàn)象的空間分布規(guī)律的表達。所以為了在GIS中能合理利用這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便進一步對空間數(shù)據(jù)在不同的應(yīng)用中進行分析處理，常常需要實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的相互轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。目前，矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換已經(jīng)發(fā)展了許多高效的算法，如對矢量線要素的有八方向柵格化、對矢量面要素的內(nèi)部點擴散算法等。本文主要是提出了矢量線要素柵格化的兩種常用算法：八方向柵格化和全路徑柵格化，在簡要介紹這兩種算法的基礎(chǔ)上，通過java編程試驗的方法，對利用這兩種算法實現(xiàn)對矢量線要素柵格化進行了實驗測試和比較。

1 八方向柵格化及其特點

所謂八方向柵格化，是指在根據(jù)矢量線的傾角情況，在每行或每列上，只有一個像元被”涂黑”（賦予不同背景色的灰度值）。設(shè)有一條線段起始坐標分別為（x1，y1），（x2，y2），其算法實現(xiàn)主要過程如下。

第一步：計算出線段端點（x1，y1），（x2，y2）所在的行、列號（I1，J1）及（I2，J2），并將它們”涂黑”。

第二步：計算出線段兩個端點所在位置的行差與列差為rowCut、colCut。如果rowCut-colCut>=0，則逐行求出本行中心線與過這兩個端點的交點，并將它們”涂黑”。

y=y中心線

x=（y-y1）b+x1，（其中）

如果列rowCut-colCut<0，則逐列求出本列中心線與過這兩個端點的直線的交點，并將它們”涂黑”。

x=x中心線

y=（x-x1）b’+y1，（其中）

八方向柵格化的特點：在保持八方向連通的前提下，柵格影像看起來最細，不同線劃間最不易”粘連”，且容易實現(xiàn)。

2 全路徑柵格化及其特點

全路徑柵格化是用分帶法進行矢量向柵格的轉(zhuǎn)換，即按行計算起始列號和終止列號（或按列計算起始行號和終止行號）的方法。設(shè)有一條線段起始坐標分別為（x1，y1），（x2，y2），其算法實現(xiàn)主要過程如下：

第一步：計算出線段兩個端點所在位置的行差與列差為rowCut、colCut。（以下以colCut-rowCut>=0為例進行計算）

第二步，計算線段兩端點傾角a的正切

第三步，計算起始列號ja。

第四步，計算終止列號je。

第五步，將第i行從ja列開始到j(luò)e列為止的中間所有柵格”涂黑”。

第六步，遍歷線段所穿過的所有行，如果不是終止行，則把je賦給ja；行號i加1，并轉(zhuǎn)第四步，否則結(jié)束。

全路徑柵格化的特點：柵格化后的線要素較八方向柵格化飽滿，適合于要向任何方向進行探測的柵格影像或想知道矢量覆蓋的范圍，計算較復(fù)雜。

3 兩種方法對矢量線要素柵格化的實現(xiàn)與對比

從前面的分析可以看出，不管采取八方向柵格化還是全路徑柵格化，都可以實現(xiàn)對矢量線要素的柵格化。為了能使測試結(jié)果有對比性，本文主要是利用了java編程語言創(chuàng)建了八方向柵格化和全路徑柵格化的程序，并在同一個窗體上對這兩種算法對矢量線要素柵格化進行了顯示。如圖1，通過線段的平移，以保證兩線段的性質(zhì)都是一樣的，該程序的實現(xiàn)是以當(dāng)行差大于列差進行測試的。

4 結(jié)語

通過上述編程試驗測試表明，八方向柵格化和全路徑柵格化方法都能實現(xiàn)對線要素柵格化的目的。但八方柵格化方法柵格化后的線要素比較精細，數(shù)據(jù)量較小；而全路徑柵格化法柵格化后的線要素比較飽滿，但計算較八方向柵格化法復(fù)雜。

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