地理信息系统GIS—第4章栅格数据结构
栅格数据结构与矢量数据结构的比较
栅格数据结构与矢量数据结构的比较栅格数据结构和矢量数据结构是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据表示方式。
它们都有自己的优势和适用场景。
本文将详细比较栅格数据结构和矢量数据结构的特点、优缺点以及适用范围。
一、栅格数据结构栅格数据结构是将地理空间数据划分为规则的网格单元，每个单元存储一个值。
栅格数据结构主要用于表示连续型数据，如高程、温度等。
以下是栅格数据结构的特点：1. 数据表示：栅格数据结构以像素（或单元格）为基本单位，每个像素具有固定的大小和位置。
每个像素存储一个值，可以是数字、字符或颜色等。
2. 数据模型：栅格数据模型是基于网格的，可以是二维或三维的。
二维栅格用于表示平面地理数据，如地图；三维栅格用于表示立体地理数据，如地形。
3. 数据精度：栅格数据结构具有固定的分辨率，即像素的大小和数量。
较小的像素可以提供更高的精度，但会增加数据量和计算复杂度。
4. 数据分析：栅格数据结构适用于各种空间分析，如栅格代数、栅格统计和栅格重分类等。
它可以进行基于像素的计算和模型建立，适合处理大规模数据集。
5. 数据存储：栅格数据结构以栅格文件格式（如TIFF、GRID）存储，每个像素的数值以二进制形式存储，文件较大。
栅格数据结构的优点是适用于连续型数据的表示和分析，可以进行复杂的空间分析。
然而，它也存在一些缺点，如数据量大、不适合表示离散型数据和复杂几何对象等。
二、矢量数据结构矢量数据结构是将地理空间数据表示为离散的几何对象，如点、线、面。
矢量数据结构主要用于表示离散型数据和复杂几何对象，以下是矢量数据结构的特点：1. 数据表示：矢量数据结构以几何对象为基本单位，如点、线、面等。
每个对象由一组坐标点表示，可以附加属性信息。
2. 数据模型：矢量数据模型是基于几何对象的，可以是二维或三维的。
二维矢量用于表示平面地理数据，如道路、河流；三维矢量用于表示立体地理数据，如建筑物。
3. 数据精度：矢量数据结构具有可变的精度，可以根据需要选择不同的精度级别。
栅格数据结构与矢量数据结构的比较
栅格数据结构与矢量数据结构的比较栅格数据结构和矢量数据结构是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据模型。
它们在表示和处理地理空间信息方面有着不同的特点和优势。
下面将对栅格数据结构和矢量数据结构进行比较，并详细介绍它们的特点和应用。
一、栅格数据结构栅格数据结构是将地理空间信息划分为规则的网格单元，并为每一个单元分配一个数值或者属性。
栅格数据结构的主要特点如下：1. 表示方式：栅格数据结构以像素为基本单元，将地理空间信息离散化为规则的网格。
每一个像素单元可以包含一个或者多个属性值，如高程、温度等。
2. 数据模型：栅格数据结构采用二维数组来表示地理空间信息，每一个像素单元的位置由行和列索引确定。
栅格数据结构适合表示连续变化的数据，如高程模型、遥感影像等。
3. 存储方式：栅格数据结构可以使用二进制文件或者专门的栅格数据格式进行存储。
常见的栅格数据格式有GeoTIFF、GRID等。
4. 分析处理：栅格数据结构在空间分析和模型建立方面具有优势。
通过栅格数据结构，可以进行地形分析、遥感影像分类、洪水摹拟等操作。
5. 精度和精确性：栅格数据结构的精度和精确性受像素大小的影响。
较小的像素大小可以提高数据的精度和精确性，但会增加数据存储和计算的复杂度。
二、矢量数据结构矢量数据结构是通过几何对象的坐标和属性信息来表示地理空间信息。
矢量数据结构的主要特点如下：1. 表示方式：矢量数据结构以点、线、面等几何对象来表示地理空间信息。
每一个几何对象可以包含属性信息，如名称、面积等。
2. 数据模型：矢量数据结构采用几何对象和属性表的组合来表示地理空间信息。
几何对象由坐标点或者坐标点的集合组成，属性表存储几何对象的属性信息。
3. 存储方式：矢量数据结构可以使用常见的数据库系统进行存储，如Oracle、PostgreSQL等。
也可以使用矢量数据格式，如Shapefile、GeoJSON等。
4. 分析处理：矢量数据结构在地理空间分析和拓扑关系处理方面具有优势。
地理信息系统 栅格数据结构
2. 栅格数据单元值确定
C
A B
重 要 性
A 位于栅格中心处 的地物类型决定 其取值。 常用于连续分布 特性的地理现象。 C 选取最重要的地 物类型为单元值。 常用于有特殊意 义而面积较小的 地理要素
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
父结点指针、四个子结点的指针和本结点的属性值。
指针不仅增加了数据的存储量，还增加了操作的复 杂性：
如层次数（分割次数）由从父结点移到根结点的次 数来确定，结点所代表的图像块的位置需要从根节 点开始逐步推算下来。
常规四叉树并不广泛用于存储数据，其价值在于建 立索引文件，进行数据检索。
26
2）线性四叉树
24
方法：
1. 2.
自上而下 自下而上
A
B
A A A BB B B A B B A A A A A B A A B B B A B B
A
A
B
B
A
A
B
B
25
1）常规四叉树
记录这棵树的叶结点外，中间结点，结点之间的联 系用指针联系， 每个结点需要6个变量：
31
5）线性四叉树的二维行程编码
右图的压缩处理过程为： 1.按Morton Morton码：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 象元值：A A A B A A B B A A A A B B B B 2.四相邻象元合并，只记录第一个象元的Morton码。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 12 AAABAABBAB 3.进一步用游程长度编码压缩。 0 3 4 6 8 12 A B A B A B
栅格数据结构与矢量数据结构的比较
栅格数据结构与矢量数据结构的比较引言概述：在地理信息系统（GIS）中，栅格数据结构和矢量数据结构是两种常见的数据表示方式。
栅格数据结构将地图分割成规则的像素网格，每一个像素包含特定的属性信息；而矢量数据结构则是通过点、线、面等几何要素来描述地图特征。
本文将从数据表示方式、数据存储方式、数据处理方式、数据精度和应用领域等方面对栅格数据结构与矢量数据结构进行比较。
一、数据表示方式1.1 栅格数据结构：将地图分割成规则的像素网格，每一个像素代表一个地理位置，包含特定属性信息。
1.2 矢量数据结构：通过点、线、面等几何要素来描述地图特征，如点表示一个地理位置，线表示道路或者河流，面表示湖泊或者森林等。
二、数据存储方式2.1 栅格数据结构：数据以二维数组的形式存储，每一个像素的属性信息存储在数组中的对应位置。
2.2 矢量数据结构：数据以几何要素和属性表的形式存储，几何要素描述地物的空间位置，属性表存储地物的属性信息。
三、数据处理方式3.1 栅格数据结构：适合进行表面分析和遥感影像处理，如地形分析、土地利用分类等。
3.2 矢量数据结构：适合进行空间分析和地理网络分析，如路径规划、地理空间查询等。
四、数据精度4.1 栅格数据结构：数据精度受像素大小限制，像素越小，地图表现越精细，但文件大小也会增加。
4.2 矢量数据结构：数据精度受几何要素的精度限制，几何要素越复杂，地图表现越精细，但数据处理和存储的复杂度也会增加。
五、应用领域5.1 栅格数据结构：适合于遥感、气象、环境等领域的数据处理和分析，如卫星影像处理、气候摹拟等。
5.2 矢量数据结构：适合于城市规划、土地管理、导航等领域的空间分析和决策支持，如城市规划、土地利用规划等。
综上所述，栅格数据结构和矢量数据结构各有其优势和局限性，在实际应用中需要根据具体需求来选择合适的数据表示方式。
栅格数据结构适合处理连续性数据和遥感影像，而矢量数据结构适合处理离散性数据和空间分析。
栅格数据结构与矢量数据结构[理解、比较、转换]
![栅格数据结构与矢量数据结构[理解、比较、转换]](https://img.taocdn.com/s3/m/74e848cbbb0d4a7302768e9951e79b8968026812.png)
栅格数据结构与矢量数据结构[理解、比较、转换]栅格数据结构与矢量数据结构[理解、比较、转换]1、引言在地理信息系统（GIS）中，栅格数据结构和矢量数据结构是两种常用的数据形式。
本文将深入探讨栅格数据结构和矢量数据结构的特点、优劣以及在GIS中的应用，同时介绍两种数据结构之间的转换方法。
2、栅格数据结构2.1 定义与特点栅格数据结构是将地理信息划分为规则的像素单元，每个像素单元包含一个值，用于表示某一属性的数值。
栅格数据结构以网格为基本单位，常用于描述连续分布的地理现象和环境特征。
2.2 应用领域2.2.1 遥感图像处理2.2.2 数字高程模型（DEM）2.2.3 气象分析与预测2.2.4 土地利用规划2.3 优势和劣势2.3.1 优势：适用于描述连续型数据，数据可直接进行数值计算和分析，操作简单。
2.3.2 劣势：数据量大，存储和传输成本高，无法精确表示离散对象，不利于几何操作。
3、矢量数据结构3.1 定义与特点矢量数据结构是通过点、线、面等几何要素及其属性信息来描述地理现象和对象的数据结构。
矢量数据以几何形状为基础，常用于描述离散分布的地理要素和空间关系。
3.2 应用领域3.2.1 地图绘制与编辑3.2.2 空间分析3.2.3 网络分析3.2.4 空间拓扑分析3.3 优势和劣势3.3.1 优势：精确表示离散对象，支持精确几何操作，数据量相对较小。
3.3.2 劣势：不适合表示连续型数据，复杂拓扑关系较难处理。
4、栅格数据结构与矢量数据结构的比较4.1 数据模型比较4.2 数据操作比较4.3 空间分析比较4.4 数据存储与传输比较4.5 应用适用性比较5、栅格数据结构与矢量数据结构的转换5.1 栅格转矢量的方法与工具5.2 矢量转栅格的方法与工具5.3 转换注意事项附件：本文档不包含具体附件。
法律名词及注释：1、GIS：地理信息系统，是一种用于获取、处理、分析和展示地理空间数据的技术系统。
2、DEM：数字高程模型，是用数值表示地表高程和地形的数字模型。
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
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
栅格数据结构与矢量数据结构的比较
栅格数据结构与矢量数据结构的比较栅格数据结构与矢量数据结构的比较引言：栅格数据结构和矢量数据结构是地理信息系统（GIS）中最常用的两种数据表示方法。
本文将从数据结构、几何表示、数据存储和数据分析等方面进行比较，以帮助读者更好地理解和选择适合自己需求的数据表示方法。
1·数据结构比较1·1·栅格数据结构栅格数据结构将地理空间分为规则的网格状单元，并将每个单元与其相应的属性数据进行关联。
栅格数据结构适用于连续性和离散性的数据，并可以用于表示海拔、温度等连续变量。
1·2·矢量数据结构矢量数据结构将地理空间表示为离散的点、线和面，并通过几何要素之间的拓扑关系来表示空间关系。
矢量数据结构适用于表示离散物体，如建筑物、河流等，并可以进行几何操作和拓扑分析。
2·几何表示比较栅格数据结构使用规则的网格单元来表示地理要素，因此在几何表示上较为简单，能够保持数据的完整性。
但是由于网格单元的固定大小，栅格数据结构在表示曲线和复杂多边形时需要进行近似处理。
2·2·矢量数据结构矢量数据结构通过点、线和面来准确地表示地理要素的几何形状，能够满足更精细和复杂的地理要素表示需求。
但是矢量数据结构的准确性和完整性需要根据抽样率和精度进行权衡。
3·数据存储比较3·1·栅格数据结构栅格数据结构使用二维数组来存储地理属性数据，每个单元格对应一个属性值。
由于数据存储方式的特殊性，栅格数据结构在表示大规模空间数据时具有较高的存储效率。
3·2·矢量数据结构矢量数据结构使用拓扑关系来存储几何要素和属性数据，因此相对栅格数据结构来说存储效率较低。
尤其在表示复杂的几何形状和大规模空间数据时，矢量数据结构的存储需求会更高。
4·数据分析比较栅格数据结构在地理分析中具有较强的表面分析和图层运算能力，能够进行栅格代数运算、领域操作、可视化分析等操作。
栅格数据结构和存储模型
栅格数据结构和存储模型栅格数据结构是一种常见的数据表示方式，广泛应用于地理信息系统（GIS）、遥感影像处理、气象学等领域。
它将地理空间划分成规则的网格单元，并以此来表示地理现象或属性。
本文将介绍栅格数据结构的基本概念和存储模型。
一、栅格数据结构的基本概念栅格数据结构是将地理空间划分为等大小的网格单元，并在每个网格单元中存储地理现象或属性的值。
栅格数据结构的基本概念包括以下几点：1. 网格单元：栅格数据结构将地理空间划分为等大小的网格单元，每个网格单元都有固定的大小和形状。
网格单元可以是正方形、长方形或其他形状，根据实际应用需求进行选择。
2. 分辨率：分辨率是指栅格数据中每个网格单元表示的地理现象或属性的最小单位。
分辨率越小，表示的地理现象或属性越精细，但数据量也相应增大。
3. 值域：值域是指栅格数据中每个网格单元存储的地理现象或属性的取值范围。
根据实际应用需求，可以是整数、浮点数或其他类型的数据。
4. 空间参考系统：栅格数据结构需要使用空间参考系统来定义地理坐标和网格单元之间的映射关系。
常见的空间参考系统包括经纬度坐标系统和投影坐标系统。
二、栅格数据的存储模型栅格数据的存储模型是指将栅格数据存储在计算机中的方式。
常见的栅格数据存储模型包括以下几种：1. 栅格图像：栅格图像是将栅格数据以图像的形式存储在计算机中。
每个网格单元的值对应图像中的像素值，可以使用常见的图像格式（如BMP、JPEG、TIFF等）进行存储和处理。
2. 栅格数组：栅格数组是将栅格数据以二维数组的形式存储在计算机中。
每个网格单元的值对应数组中的一个元素，可以使用多维数组或矩阵进行存储和处理。
3. 矢量栅格混合模型：矢量栅格混合模型是将栅格数据和矢量数据结合起来进行存储和处理。
栅格数据用于表示地理现象或属性的分布情况，矢量数据用于表示地理现象或属性的几何形状。
三、栅格数据结构的应用栅格数据结构广泛应用于地理信息系统、遥感影像处理、气象学等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
举例
Landsat; SPOT; GeoEye; Digital Globe; Terra
TerraSAR-X; RADARSAT-2; COSMO-SkyMed
Landsat
■ 美国陆地卫星项目始于1972年, 产生了全世界 使用最广泛的图像。 ■ 2013年2月,陆地卫星8号启动操作陆地成像仪,它 提供了与陆地卫星7号类似的七个光谱波段,加上一 个新的深蓝波段(波段1)和一个新的短波红外波段 (波段9)。此外,陆地卫星8号携有热红外传感器,提供 了两个热波段。
15
波段
8号陆地卫星 波长 (μm)
分辨率 (m)
1
0.43-0.45
30
2
0.45-0.51
30
3
0.53-0.59
30
4
0.64-0.67
30
5
0.85-0.88
30
6
1.57-1.65 30
7
2.11-2.29
30
8(全色)
0.50-0.68 15
9
1.36-1.38 30
SPOT
法国SPOT卫星系列始于1986年。每个SPOT卫星携带两 种类型的传感器。SPOT1 - 4获得一个10米空间分辨率的单波 段图像与和20米分辨率的多波段图像。2002年发射的SPOT5， 发回5和2.5米分辨率的单波段图像和10米分辨率多波段图像。
GeoEye
IKONOS
全色 82 cm
多光谱
4m
GeoEye-1
全色
多光谱
41 cm
1.65 m
Digital Globe*
QuickBird
全色 65 cm
多光谱
2.62 m
WorldView-2
全色
多光谱
46 cm
1.85 m
全色
Pléiades
多光谱
50 cm
2m
GeoEye 和 Digital Globe
4.1 栅格数据模型要素
1. 像元值：栅格中的每个像元携有一个值，它代表由该 行该列所决定的该位置上空间现象的特征。像元值可 以是整型或浮点型栅格数据。
2. 像元大小：决定了栅格数据的分辨率。 3. 像元深度：是所有像元的比特数和数据类型的符号。 4. 栅格波段：栅格数据可能具有单波段或多波段。 5. 空间参照：栅格数据必须具有空间参照信息，这样在
空间被划分为规则的栅格单元，可以是方形 、菱形、六边形等。
地理实体的位置用它们占据的行列号(i, j)表 示,每一格称为一个像元，每个栅格单元只 能存在一个值。
每个栅格与它表达的真实世界的空间实体没 有直接的联系。
栅格数据的坐标系
西北角格网坐标
X列
（XWN，YWN）
Y行 格网分辨率
4.2 栅格数据类型
表 4-2 7号陆地卫星 (ETM+)和8号陆地卫星的光谱波段、波长和 空间分辨率
7号陆地卫星 (ETM+)
波段
波长
分辨率
(μm)
(m)
1
0.45-0.52
30
2
0.52-0.60
30
3
0.63-0.69
30
4
0.77-0.90
30
5
1.55-1.75
30
6
2.09-2.35
30
7 (全色) 0.52-0.90
GeoEye提供由IKONOS和GeoEye-1卫星 采集的极高分辨率图像，数字地球提供由 QuickBird 和 WorldView-2 卫星采集的极高 分辨率图像。
Terra Satellite
■ 1999年,美国国家航空航天局地球观测系统发射了 Terra的宇宙飞船,它携带了一系列仪器。 ■ ASTER(先进星载热发射和反射辐射仪)是设计应 用在土地覆被分类和变化检测的唯一的高空间分辨率 仪器。ASTER的空间分辨率是可见光和近红外范围内 15米,短红外波段30米,热红外波段90米。 环境资源卫星HJ、武汉大学珞珈一号也有热红外载荷
SPOT6于2012年9月发射，提供1.5米分辨率的单一波段 和6米分辨率的多波段图像。现在SPOT图像的部分产品由 “Airbus Defence and Space”发布，也销售极高分辨率的 Pléiades卫星图像。
GeoEye、Digital Globe和Pléiades极高空间分辨率卫星图像
生产 DEM的传统方法是使用一个立体测图仪 和航拍照片的立体相对。
生成DEM的新技术包括光学传感器、干涉合成 孔径雷达(InSAR)、激光雷达(LiDAR)。
SAR
SAR图像的空间分辨率随获取模式、波 长、带宽和入射角等参数而异。例如, Airbus Defence and Space 提供 TarTerraSAR-X 雷达卫星图像的空间分辨率 为0.25米、1米、3米、18.5米和40米。
数字高程模型（DEM）
数字高程模型(DEM)由一组均匀间隔的高程数 据组成。
地理信息系统
第四章 栅格数据模型
第三章内容回顾
3.1 简单要素的表示 3.2 拓扑 3.3 地理关系数据模型 3.4 基于对象数据模型 3.5 复合要素的表示
矢量数据结构特点
矢量数据基本要素
点、线、面
对有确定位置的离散要素较为理想 对连续变化数据的表示不很理想 （高程数据、
降水量、温度分布） 对连续变化的数据较好的选择是栅格数据模型
GIS中它们才可以和其他数据集进行空间配准。
图 4.3 表示一个30 m 像元的范围和中心点的 UTM 坐标.
7
矢量、栅格表示形式对比
栅格数据中的点线面
点 • 点：表示为单个像元。 • 线：表示为在一定方向上
连接成串的相邻像元的集 合。 • 面：表示为聚集在一起的 相邻像元的集合。
面 线
9
栅格结构的特征
卫星影像：Landsat、SPOT、IKONOS、 GeoEye、Terra、SAR…
数字高程模型：光学传感器、InSAR、LiDAR 其他类型：数字正射影像、土地覆被数据、
二值扫描文件、数字栅格图、图形文件、特 定格式
卫星影像
SAR
表4-1 被动与主动卫星系统
特征
被动
பைடு நூலகம்主动
采集数据来自反射光 采集数据来自雷达脉冲波; 能量； 在云层覆盖 可用在各种天气条件下； 下和夜间无数据采集 ;空间分辨率提高 亚米级空间分辨率
教学提纲
4.1 栅格数据模型要素 4.2 栅格数据类型 4.3 栅格数据结构 4.4 栅格数据压缩 4.5 栅格数据文件格式 4.6 数据转换与综合
4.1 栅格数据模型要素
栅格数据结构实际 就是像元阵列。
每个像元由行列确 定它的位置；
用像元值表示空间 对象的类型、等级 等特征。