Raster là ma trận các cell được tổ chức thành các hàng và cột. Không giống như định dạng vector, dữ liệu lưu trữ trong định dạng raster có thể đại diện cho các đối tượng thực, các hiện tượng thực như
• Nhiệt độ, độ cao hoặc dữ liệu quang phổ xuất phát từ ảnh vệ tinh, ảnh trên cao
• Ảnh quét bản đồ hoặc bức ảnh vẽ các tòa nhà.
a. Việc sử dụng
Với cấu trúc dữ liệu đơn giản, raster đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng. Trong GIS, việc sử dụng dữ liệu raster gồm 4 loại chính:
Bản đồ cơ sở: một cách phổ biến để sử dụng raster là như một nền tảng để hiển thị lớp vector khác. Ba nguồn chính của raster dựa trên bản đồ là orthophoto, ảnh vệ tinh và bản đồ quét.
Hình 2.9: Hiển thị Thông tin sử dụng dữ liệu Raster
Một thophoto, thophotograph hoặc thoimage là một bức ảnh trên không được điều chỉnh về mặt hình học theo một tỉ lệ thống nhất: hình ảnh có cùng sự biến dạng như một bản đồ. Không giống như một bức ảnh chưa điều chỉnh, một orthophotograph có thể được sử dụng để đo khoảng cách đúng vì nó là thể hiện chính xác của bề mặt trái đất, được điều chỉnh theo sự thay đổi địa hình, độ biến dạng của ống kính và độ nghiêng của máy ảnh. Khi orthophotographs được hiển thị dưới dạng các lớp khác nhau, chúng cung cấp cho người sử dụng với một sự tin tưởng rằng các lớp bản đồ đã được điều chỉnh không gian phù hợp và thể hiện các đối tượng thực.
Hình 2.10: Bản đồ raster cơ bản đối với dữ liệu đường
Bản đồ liên tục do ma trận cấu trúc cell, raster rất thích hợp với việc thể hiện hoặc lưu trữ dữ liệu thay đổi liên tục trên một bề mặt. Giá trị độ cao tính từ bề mặt trái đất là những ứng dụng phổ biến của bản đồ bề mặt. Với các giá trị khác, như lượng mưa, nhiệt độ, mật độ dân số cũng có thể được sử dụng trong phân tích không gian như các cell thể hiện bề mặt được đặt cách đều nhau.
Bản đồ raster chuyên đề thể hiện dữ liệu chuyên đề có thể bắt nguồn từ các dữ liệu khác thông qua các hoạt động phân tích. Một ứng dụng phân tích phổ biến là phân loại ảnh vệ tinh. Về cơ bản, các hoạt động này nhóm giá trị dữ liệu thành các lớp (như loại thực vật) và gán một giá trị phân loại. Bản đồ chuyên đề cũng là kết quả từ hoạt động xử lý kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như vector, raster và dữ liệu địa hình. Ví dụ, người dùng có thể xử lý dữ liệu thông qua mô hình xử lý dữ liệu địa lý để tạo ra dữ liệu raster mà các bản đồ phù hợp với hoạt động cụ thể nào đó.
Máy Chụp ảnh kĩ thuật số và máy quét là các thiết bị đầu ra mà nó nắm bắt thế giới thực và trong thể giới kĩ thuật số để lưu trữ lâu dài. Dữ liệu raster là phương tiện mà hình ảnh kĩ thuật số, tài liệu quét hay vẽ được bảo tồn. Thông qua việc hiển thị raster, các hiện tượng thực cũng được định nghĩa như thuộc tính của đối tượng địa lý.
Hình 2.11: bề mặt bản đồ raster
Hình 2.12: Bản đồ raster chuyên để
b. Việc thể hiện các cell
Dữ liệu raster được tạo thành từ ma trận các cell (điểm ảnh), mỗi cell chứa một giá trị. Trong nhiều trường hợp, giá trị cell được sử dụng để thể hiện, mô tả các hiện tượng bằng sử dụng dữ liệu raster như độ lớn, chiều cao, giá trị phổ…Các loại như lớp sử dụng đất như đồng cỏ, rừng, hoặc đường. Độ cao (khoảng cách) có thể thể hiện cho độ cao bề mặt trên mực nước biển trung bình, có thể được sử dụng để tính độ dốc, các khía cạnh và các thuộc tính lưu vực sông. Các giá trị quang phổ được sử dụng trong ảnh vệ tinh và ảnh hàng không thể hiện phản xạ ánh sáng và màu sắc.
Các giá trị cell có thể tốt hoặc xấu, giá trị nguyên hoặc thực. Giá trị nguyên là tốt nhất đối với các dữ liệu rời rạc trong khi đó các giá trị thực thích hợp với các dữ liệu liên tục (chẳng hạn như bề mặt). Các cell cũng có thể có giá trị nodata để chỉ ra sự vắng mặt của dữ liệu.
Phụ thuộc vào dữ liệu thể hiện, có hai cách để thiết lập giá trị một cell. Thông thường, khi giá trị cell đặc trưng cho một biện pháp như trong trường hợp
độ cao, nó được gắn tại chính giữa cell. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, giá trị cell là kết quả từ mẫu của một hiện tượng, vì vậy nó được gắn cho tất cả cell ô vuông.
Hình 2.13: Bên trái: giá trị cell được gắn tại trung tâm cell. Phía bên phải: giá trị cell được gán cho cả ô vuông.
Dữ liệu raster được lưu trữ theo một danh sách có thứ tự các giá trị cell. Ví dụ, một Raster ở hình 2.14 được lưu trữ theo một danh sách 80, 74, 62, 45, 45, 34 và tương tự
Hình 2.14: các giá trị điểm Raster
Khu vực thể hiện bởi mỗi cell có chiều rộng, chiều cao như nhau và bằng một phần toàn bộ bề mặt thể hiện bởi raster. Ví dụ, một raster thể hiện độ cao có thể bao gồm một vùng có diện tích 10 km vuông. Nếu có 100 cell trong raster, mỗi điểm sẽ thể hiện một 1km chiều rộng và 1km chiều cao.
Kích thước các cell có thể lớn hay nhỏ để thể hiện bề mặt chuyển tải bởi raster và các đối tượng bên trong bề mặt này. Nói cách khác, kích thước cell xác định cách các đối tượng sẽ hiển thị trong raster. Kích thước cell nhỏ hơn, raster
sẽ trơn hơn, mượt hơn. Tuy nhiên, khi giảm kích thước cell để có được hình ảnh tốt hơn, số lượng cell sẽ tăng khi kích thước bề mặt vẫn không đổi. Một số lượng lớn cell sẽ mất nhiều thời gian để xử lý và yêu cầu nhiều không gian lưu trữ hơn. Ngược lại, nếu kích thước một cell là quá lớn, thông tin có thể bị mất hoặc các mẫu tốt có thể bị che khuất. Ví dụ, nếu kích thước cell lớn hơn chiều rộng một con đường, con đường đó có thể không tồn tại trong tập dữ liệu raster. Trong hình 2.16 biểu diễn cách làm thế nào một vùng có thể được biểu diễn với các cell có kích thước khác nhau.
Vị trí mỗi cell được xác định bằng hàng và cột trong ma trận raster. Về cơ bản, các ma trận được thể hiện bởi một hệ tọa độ Dercats, trong đó hàng của ma trận song song với trục x và cột song song với trục y. Hàng và cột bắt đầu với giá trị 0.
Hình 2.15: Cell Raster
Hình 2.17: Cell, vị trí cell
Khoảng của raster được xác định bởi phía trên, dưới, bên trái phải của hệ tọa độ biểu diễn như hình 2.18:
Hình 2.18: Khoảng rộng của Raster
c. Thể hiện các đối tượng
Trong dữ liệu raster, các cell thường thể hiện hiện tượng nổi bật của vùng được bao phủ bởi cell, trong khi dữ liệu vector có thể xác định chính xác các đối tượng đơn. Điều này thực tế là do khi thể hiện các đối tượng địa lý sử dụng dữ liệu raster, các đối tượng không có gì hơn tập hợp các cell với các giá trị thuộc tính giống nhau và vì thế sẽ mất đi nét độc đáo của chúng. Dữ liệu raster được sử dụng tốt nhất khi vấn đề chính có liên quan tới các mối quan hệ về vị trí của các hiện tượng thể hiện bởi các đối tượng địa lý và không phải là chính các đối tượng đó.
Dữ liệu rời rạc
Dữ liệu rời rạc, đôi khi gọi là chuyên đề, dữ liệu phân loại hoặc không liên tục, được sử dụng để mô tả các đối tượng rời rạc và có thể được biểu thị
dưới cả hai dạng vector và raster. Một đối tượng rời rạc luôn có ranh giới chính xác. Chính vì thế rất dễ để xác định vị trí bắt đầu và vị trí kết thúc của đối tượng cũng như làm cách nào để nhóm chúng lại từ các đối tượng rời rạc như điểm, đường, vùng……Một cái hồ như một đối tượng riêng biệt được bao quanh bởi cảnh quan. Ví dụ khác về các đối tượng rời rạc bao gồm các tòa nhà, đường và các thửa đất.
Hình 2.19: dữ liệu rời rạc thể hiện bởi định dạng raster
Điểm
Một điểm được thể hiện bởi một tọa độ x, y trong định dạng vector. Tuy nhiên, trong định dạng raster, nó là một cell độc lập, đơn vị nhỏ nhất của một raster. Theo định nghĩa, một điểm không phải khu vực nhưng nó sẽ thể hiện một khu vực khi nó chuyển đổi thành một cell. Ví dụ một cột điện thoại hoặc một cây nguy hiểm sẽ chiếm toàn bộ diện tích được bao phủ bởi một cell. Do đó, kích thước cell càng nhỏ, kích thước vùng các nhỏ và gần như thành đối tượng điểm.
Một điểm (point) raster có kích thước tương tự kích thước cell. Vì thế kích thước cell phải đủ nhỏ để nắm bắt điểm đầu vào và phân tích các yêu cầu. Trong nhiều trường hợp nếu hai hay nhiều points nằm trong cùng cell, giá trị của một trong các points đó sẽ được chọn ngẫu nhiên khi gán một giá trị cho cell.
Hình 2.20: Sự thể hiện point raster
Đường
Trong định dạng vector, một đường là một danh sách theo thứ tự tọa độ x,y, còn trong định dạng raster nó được thể hiện như một chuỗi các cell kết nối với cùng giá trị. Khi có khoảng trống giữa các chuỗi cùng giá trị, nó tương ứng với một đứt quãng. Khoảng cách có thể được sử dụng để xác định hai con đường hoặc hai dòng sông không giao nhau.
Hình 2.21: Sự thể hiện raster dạng đường
Chuyển đổi vector đường sang dữ liệu raster tương tự như chuyển đổi vector điểm sang dữ liệu raster. Với bất kì đường đi qua một cell, cell này sẽ lấy các giá trị thuộc tính của đường. Nếu nhiều đường đi qua một cell, một đường sẽ được chọn ngẫu nhiên để hiển thị cell đó.
Giống như vector điểm, độ rộng của vector đường sẽ trở thành độ rộng của cell. Ví dụ, nếu một đường được chuyển đổi để thể hiện một con đường và kích thước cell là một met, thì con đường sẽ có độ rộng 1 m trong dữ liệu raster đầu ra.
Vùng
Một vector vùng là một khu vực kín được xác định bởi danh sách có thứ tự tọa độ x, y trong đó tọa độ đầu tiên và tọa độ cuối cùng là giống nhau. Ngược
lại, một raster vùng là nhóm các cell tiếp giáp với nhau với giá trị giống nhau mô ta một cách chính xác nhất hình dạng của khu vực. Ví dụ đối tượng vùng bao gồm tòa nhà, ao, đất, rừng, đầm, lầy…..
Tính chính xác của việc biểu thị bằng raster phụ thuộc tỷ lệ dữ liệu và kích thước của cell. Độ phân giải càng cao, số lượng cell càng nhiều, tính chính xác của việc thể hiện càng tăng
Dữ liệu liên tục
Dữ liệu liên tục được sử dụng để mô tả các bề mặt liên tục. Một bề mặt liên tục thể hiện các hiện tượng trong đó mỗi vị trí trên bề mặt có một thước đo mức độ tập trung hoặc một giá trị mô tả mối quan hệ của nó với một điểm cố định trong không gian hoặc với điểm nguồn nào đó. Dữ liệu liên tục cũng được xem như trường, dữ liệu không rời rạc hoặc dữ liệu bề mặt.
Một loại bề mặt liên tục, được lấy từ các đối tượng đặc biệt xác định một bề mặt, là một bề mặt mà mỗi điểm trên bề mặt đó được đo từ một điểm tham chiếu cố định. Chúng bao gồm độ cao (điểm tham chiếu cố định là mực nước biển và việc đo đạc tại mỗi điểm là độ cao của nó trên mực nước biển). Một ví dụ khác là nhiệt độ và cách xác định tại mỗi điểm là nhiệt độ tạo vị trí đó trên trái đất.
Hình 2.23: Dữ liệu raster độ cao một khu vực tỉnh Quebec