栅格与矢量数据结构的选择与转换
栅格数据与矢量数据的比较
栅格数据与矢量数据的比较概述：栅格数据和矢量数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据模型。
栅格数据使用像素网格来表示地理现象，而矢量数据则使用点、线、面等几何要素来表示。
本文将对栅格数据和矢量数据进行比较，包括数据结构、数据存储、数据分析和数据应用等方面。
一、数据结构：1. 栅格数据：栅格数据由像素网格组成，每个像素代表一个地理单元，如一个区域的温度、降雨量等。
栅格数据的结构简单，易于理解和处理。
2. 矢量数据：矢量数据由点、线、面等几何要素组成，每个要素都有属性信息，如道路数据中的道路名称、长度等。
矢量数据的结构更加复杂，需要存储几何信息和属性信息。
二、数据存储：1. 栅格数据：栅格数据以像素为单位进行存储，每个像素的值存储在一个矩阵中。
栅格数据的存储方式简单，适合存储大量的连续数据，如遥感影像数据。
2. 矢量数据：矢量数据以要素为单位进行存储，每个要素的几何信息和属性信息存储在不同的表中。
矢量数据的存储方式相对复杂，但可以更好地表示地理要素之间的拓扑关系。
三、数据分析：1. 栅格数据：栅格数据在空间分析方面具有优势，可以进行栅格代数运算、遥感分类、地形分析等。
栅格数据适用于连续型数据的分析，如地形高度、气温分布等。
2. 矢量数据：矢量数据在拓扑分析方面具有优势，可以进行空间查询、缓冲区分析、网络分析等。
矢量数据适用于离散型数据的分析，如道路网络、地理边界等。
四、数据应用：1. 栅格数据：栅格数据在地理可视化方面具有优势，可以直接生成图像，如遥感影像、地形图等。
栅格数据适用于需要展示地理现象的应用，如环境监测、土地利用规划等。
2. 矢量数据：矢量数据在地理编辑方面具有优势，可以进行几何编辑、属性编辑等操作。
矢量数据适用于需要编辑和更新地理要素的应用，如地理信息更新、地理数据库管理等。
总结：栅格数据和矢量数据在GIS中各有优势，选择使用哪种数据模型取决于具体的应用需求。
栅格数据适用于连续型数据的分析和地理可视化，而矢量数据适用于离散型数据的分析和地理编辑。
矢量数据和栅格数据的比较
矢量数据和栅格数据的比较矢量数据和栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据表示方式。
它们分别具有不同的特点和适用范围。
本文将对矢量数据和栅格数据进行比较，以便更好地了解它们的优势和劣势。
一、定义和特点1. 矢量数据：矢量数据是由点、线和面等几何要素及其属性信息组成的数据。
它使用坐标系来表示地理位置，通过点、线和面的组合来描述地理现象。
矢量数据可以精确表示地理对象的形状、大小和位置关系，适用于具有明确边界和几何形状的地理要素。
2. 栅格数据：栅格数据是由像素或单元格组成的网格状数据。
每个像素或单元格代表一个地理位置，具有相同的大小和形状。
栅格数据以像元为基本单位，通过像元的属性值来表示地理现象。
栅格数据适用于连续分布的地理现象，如高程、温度和降雨等。
二、数据结构和表示方式1. 矢量数据：矢量数据使用几何要素来表示地理对象的形状和位置关系。
常见的几何要素包括点、线和面。
点表示一个离散的地理位置，线表示由多个点连接而成的线段，面表示由多个线段围成的封闭区域。
矢量数据还可以包含属性表，用于存储与几何要素相关的属性信息。
2. 栅格数据：栅格数据使用像素或单元格来表示地理位置。
每个像素或单元格都有一个固定的大小和形状，并且具有属性值来表示地理现象的特征。
栅格数据以网格状的方式存储和表示，每个像素或单元格都有一个唯一的位置索引。
栅格数据的属性值可以是离散的或连续的，取决于所表示的地理现象。
三、数据精度和精确性1. 矢量数据：矢量数据可以非常精确地表示地理对象的形状和位置关系。
由于使用几何要素来描述地理现象，可以通过增加点、线和面的数量来提高数据的精度。
矢量数据适用于需要高精度和准确性的地理分析和空间查询。
2. 栅格数据：栅格数据的精度取决于像元的大小和形状。
较小的像元可以提供更高的精度，但会增加数据的存储和处理成本。
栅格数据适用于需要连续分析和模型建立的地理现象，如地形分析、遥感影像处理等。
四、数据存储和处理1. 矢量数据：矢量数据以几何要素和属性表的形式存储。
【实验报告】栅格数据与矢量数据格式转换
山东师大地理教学实验中心
专业实训实习报告
班级：姓名：学号：
课程代
161420210-0 课程名称地理信息系统算法基础任课教师码
实验代
161420210-1 实验名称地图数据格式转换码
实训时
2020.06.01 实训地点指导教师间
实训实习目的要求：
了解栅格数据与矢量数据的区别，并通过练习，掌握地图数据基本格式转换的方法，了解数据格式类型的基本差异。
将栅格数据dem1转换为矢量数据，将矢量数据vector.shp 转换为栅格数据。
实训实习过程：
二、实验内容、步骤及结果
1.栅格数据向矢量数据的转换
最终导出图片：
2.矢量数据向栅格数据的转换导出后得到结果为
备注：根据实际要求可加附页。
电子文本与此等效。
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法。
它们各自具有不同的特点和适用性，下面将对这两种数据结构进行比较。
1. 栅格数据结构栅格数据结构是将地理空间划分为规则的网格单元，每个单元对应一个数值或属性。
栅格数据结构的特点如下：1.1 数据表示方式：栅格数据结构使用像素或网格单元来表示地理空间。
每个像素或网格单元都有一个固定的大小和位置，可以表示地理现象的离散值或连续值。
1.2 数据处理方式：栅格数据结构适用于处理连续型数据，如高程、气温等。
它可以进行一些基本的数学运算，如加减乘除、平均值计算等。
1.3 空间分析能力：栅格数据结构在空间分析方面具有一定的优势。
它可以进行栅格代数运算、邻域分析、地形分析等操作，用于解决一些地理问题，如洪水模拟、土地利用规划等。
1.4 存储效率：栅格数据结构在存储上比较高效，因为它只需存储每个像素或网格单元的数值或属性值即可。
2. 矢量数据结构矢量数据结构是将地理空间表示为点、线、面等几何要素的集合，每个要素都具有一些属性信息。
矢量数据结构的特点如下：2.1 数据表示方式：矢量数据结构使用几何要素和属性表来表示地理现象。
几何要素包括点、线、面等，而属性表则包含每个要素的属性信息。
2.2 数据处理方式：矢量数据结构适用于处理离散型数据，如地块、道路等。
它可以进行空间关系查询、拓扑分析、缓冲区分析等操作。
2.3 空间分析能力：矢量数据结构在空间分析方面具有较强的能力。
它可以进行空间叠加分析、网络分析、路径分析等操作，用于解决一些复杂的地理问题，如选址分析、路径规划等。
2.4 存储效率：矢量数据结构在存储上相对较低效，因为它需要存储几何要素的坐标信息和属性表的属性值。
3. 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在以下几个方面进行比较：3.1 数据表示方式：栅格数据结构使用像素或网格单元来表示地理空间，而矢量数据结构使用几何要素和属性表来表示地理现象。
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法。
它们在数据存储、数据处理、数据分析等方面有着不同的特点和应用场景。
本文将对栅格数据结构和矢量数据结构进行比较，以便更好地理解它们的优缺点和适用范围。
一、栅格数据结构栅格数据结构是将地理空间划分为规则的网格单元，并在每个单元中存储属性信息。
栅格数据结构可以看作是由像素组成的二维矩阵，每个像素代表一个网格单元。
栅格数据结构适用于连续分布的数据，如遥感影像、数字高程模型等。
1. 数据存储：栅格数据结构采用二维数组的方式存储数据，每个像素存储一个属性值。
这种存储方式简单高效，适合大规模数据的存储和处理。
2. 数据处理：栅格数据结构在数据处理方面具有优势。
由于数据以像素为单位存储，可以进行快速的空间查询和统计分析。
例如，可以通过计算像素的平均值、最大值、最小值等来获取地理现象的统计信息。
3. 空间分析：栅格数据结构在空间分析方面有一定的局限性。
由于数据以像素为单位存储，无法直接表示点、线、面等实体对象。
因此，在进行空间分析时，需要进行数据转换或者采用基于像素的方法进行分析。
二、矢量数据结构矢量数据结构是将地理空间表示为点、线、面等几何对象的集合。
矢量数据结构适用于离散分布的数据，如地图要素、行政边界等。
1. 数据存储：矢量数据结构采用几何对象和属性表的方式存储数据。
几何对象描述了地理要素的形状和位置，属性表存储了要素的属性信息。
这种存储方式相对复杂，但可以更精确地表示地理要素的形状和属性。
2. 数据处理：矢量数据结构在数据处理方面具有灵活性。
可以进行精确的空间查询和空间分析。
例如，可以通过计算要素的长度、面积等来获取地理现象的几何信息。
3. 空间分析：矢量数据结构在空间分析方面具有优势。
可以直接进行点、线、面等实体对象的空间分析。
例如，可以计算两个面的相交面积、判断一个点是否在一个面内等。
三、1. 数据精度：矢量数据结构可以表示更精确的地理要素形状和位置，而栅格数据结构则受到像素大小的限制，无法表示细节较多的地理要素。
空间数据结构的转换
空间数据结构的转换一、栅格结构与矢量结构相互转换的必要性矢量结构与栅格结构各有优缺点，前面已有论述，请复习前面所学的知识。
栅格结构分辨率低，输出的地图既不精确又不美观，但它空间分析功能强大，在对多边形的面积、周长与均值计算中方便有效；矢量结构精度高，能输出精确而美观的地图且存储量很小，是理想的图形表达形式，还能较好地反映拓扑关系，但空间分析功能太弱，在对多边形的面积、周长与均值计算中是不能与栅格结构相比的。
因此在采集数据时，采用矢量结构，而分析问题时，用栅格结构。
人们越来越认识到，不论栅格数据结构还是矢量数量结构都是描述空间数据的有效方法，但本身又都存在着一定的局限性。
为了根据需要，取其优点，研究两类数据结构的转换技术。
今天随着计算机的运算速度、存储能力与高分辨率显示功能的惊人发展和高性能图形输入、输出设备的问世，以及人们对认识栅格结构与矢量结构差别的深刻程度(两者的差异都是技术问题，而不是重要的概念差别)上的飞跃，使栅格结构与矢量结构的相互转换不仅在理论上能够实现，而且在实践上也已成为现实。
地理信息系统正在解决栅格结构与矢量结构存在的局限性的问题，研制更加优化的数据组织结构，矢量与栅格一体化数据结构在理论与实践上也基本成熟。
二、矢量向栅格转换矢量向栅格转换容易实现，现在已开发的各种转换软件，通过简单的处理就可以自动完成。
矢量结构向栅格结构转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编号，从而形成栅格数据阵列。
从点、线、面实体转化为栅格单元的过程称之为栅格化，栅格化的首要工作是选择单元的大小和形状，而后检测实体是否落在这些多边形上，记录属性等。
栅格化的过程是个生成二维阵列的过程，主要操作如下：⑴将点和线实体的角点的笛卡儿坐标转换到预定分辨率和已知位置值的矩阵中；⑵沿行或沿列利用单根扫描线或一组相连接的扫描线去测试线性要素与单元边界的交叉点，并记录有多少个栅格单元穿过交叉点；⑶对多边形，测试过角点后，剩下线段处理，这时只要利用二次扫描就可以知道何时到达多边形的边界，并记录其位置与属性值。
矢量、栅格数据结构的优缺点-无删减范文
矢量、栅格数据结构的优缺点矢量、栅格数据结构的优缺点1. 矢量数据结构的优缺点1.1 优点- 精确性：矢量数据可以精确地描述实际地理现象的几何形状，能够表示平面几何实体之间的精确位置、形状和空间关系。
- 空间分析能力：通过矢量数据结构，可以进行多种地理空间分析，如缓冲区分析、叠置分析、网络分析等。
这些分析能力对于土地利用规划、环境保护、交通规划等具有重要的应用价值。
- 数据压缩与存储效率高：由于矢量数据采用了点、线、面等基本几何对象进行表示，相比于栅格数据结构，其数据存储空间通常更小。
1.2 缺点- 复杂性：矢量数据的处理相对于栅格数据而言较为复杂，包括建模、拓扑关系的处理以及空间索引的构建等。
- 数据处理和分析的耗时：由于矢量数据需要进行几何计算，如点与线之间的距离计算、图形相交计算等，因此数据处理的效率相对较低。
- 数据量大：矢量数据需要存储每个对象的几何形状以及属性信息，因此在处理大规模数据时，对存储容量和处理能力要求较高。
2. 栅格数据结构的优缺点2.1 优点- 数据处理效率高：栅格数据结构采用像素格网形式表示地理信息，数据处理过程中不需要进行复杂的几何计算，因此处理效率较高。
- 易于可视化：栅格数据结构适合于表示连续型地理现象，如高程模型、遥感影像等，这些数据在可视化方面具有优势。
- 操作简单：由于栅格数据采用规则的像元格网，对于许多数据处理和分析操作，如统计分析、栅格代数计算等的操作较为简单和直观。
2.2 缺点- 空间分辨率受限：栅格数据以像素为基本单元，因此对于描述地理现象的细节部分，空间分辨率受限。
当描述区域中有空间异质性较大的现象时，栅格数据可能无法准确描述。
- 数据存储空间较大：相比于矢量数据结构，栅格数据需要存储大量像素值，因此对数据存储空间的要求较高。
对于大规模数据而言，栅格数据结构的存储需求可能成为限制因素。
- 数据模型的局限性：栅格数据适合表示连续型地理信息，但当需要表达离散型地理现象或非连续地理现象时，其数据模型的局限性会受到限制。
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法。
它们各自具有一些优势和劣势，本文将对这两种数据结构进行比较，并分析它们在不同应用场景下的适用性。
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，每个单元都有一个固定的大小和位置。
栅格数据结构适用于描述连续的地理现象，如高程、温度、降雨量等。
栅格数据结构的特点如下：1. 数据模型：栅格数据结构使用二维数组来存储数据，每个数组元素代表一个网格单元，可以表示某一属性的值或者某一类别。
2. 数据精度：栅格数据结构的精度由网格单元的大小决定，网格单元越小，精度越高。
3. 数据拓扑关系：栅格数据结构中的单元之间没有明确的拓扑关系，只能通过相邻单元的位置关系来推断。
4. 数据处理：栅格数据结构适合进行数值计算和空间分析，如地形分析、遥感影像处理等。
栅格数据结构的优点在于能够准确表示连续的地理现象，并且适合进行数值计算和分析。
然而，由于栅格数据结构采用固定大小的网格单元，对于复杂的地理现象，需要更小的网格单元来提高精度，这会导致数据量的急剧增加，不利于存储和处理。
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点、线和面等几何要素的集合。
矢量数据结构适用于描述离散的地理现象，如建筑物、道路、河流等。
矢量数据结构的特点如下：1. 数据模型：矢量数据结构使用点、线和面等几何要素来表示地理现象，每个要素都有自己的属性信息。
2. 数据精度：矢量数据结构的精度由要素的数量和形状复杂度决定，可以根据需要进行精细化的编辑和绘制。
3. 数据拓扑关系：矢量数据结构中的要素之间存在明确的拓扑关系，可以进行拓扑分析和空间关系运算。
4. 数据处理：矢量数据结构适合进行空间查询和空间分析，如缓冲区分析、叠加分析等。
矢量数据结构的优点在于能够准确表示离散的地理现象，并且可以进行精细化的编辑和绘制。
然而，由于矢量数据结构需要存储大量的几何要素和属性信息，对于大规模的地理数据，存储和处理的效率相对较低。
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
? 线的转换。实质是完成相邻两点之间直线的转换。其过程如下：
1)利用点转换法，将 A、B分别转换成栅格数据，求出相应的栅格行 列值；
2)由上述行列值求出直线所在行列值的范围；
3)确定直线经过的中间栅格点；步骤：
第一步:求出相应I行中心处同直线相交的y值；y
?①内部点扩散算法 （重点） ?②复数积分算法 ?③射线算法 （重点） ?④扫描算法 ?⑤边界代数算法 （难点） ?⑥弧长法 （重点）
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
?①内部点扩散算法 该算法由每个多边形一个内部点（种子点）
开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新 加入点是否在多边形边界上，如果是边界上， 则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点 的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行 新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的 编号。
矢量与栅格数据结构各自的特点 多边形的矢量数据结构向栅格数据结构转换 栅格数据结构向矢量数据结构转换的过程
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2
作业
举例说明多边形的矢量数据结 构向栅格数据结构转换的几种常用 方法?
3
§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换 一、 两种数据结构的比较 (P94)
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4
§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
?⑤边界代数算法 (P169) 边界代数算法的基本思想 : 对每幅地图的
全部具有左右多边形编号的边界弧段 ,沿其前 进的方向逐个搜索 ,当边界上行时 ,将边界线位 置与左图框之间的网格点加上一个值 =(左多边 形编号 -右多边形编号 ); 当边界下行时 ,将边界 线位置与左图框之间的网格点加上一个值 =(右 多边形编号 -左多边形编号 );当边界平行栅格行 行走时 ,不做运算。
栅格数据
矢量数据
1. 数据结构简单；
1.表示数据精度高；
2. 空间数据的叠置和组合十分 2.严密的数据结构 ,数据量小；
优 容易方便；
3.用网络连接法能完全描述拓扑关系；
3. 各类空间分析很容易进行； 4.图形输出精确美观；
4. 数学建摸方便 ; 点 5. 技术开发费用低。
5. 图形和属性数据的恢复、更新、综合都能 实现。
4. 难以建立网络关系； 点 5. 投影变换花的时间多。
4. 数学模拟比较困难； 5. 技术复杂 ,多边形内的空间分析不容易实
现。
5
§5-8 栅格与矢量数据结构的选择 Nhomakorabea转换二、 两种数据结构的相互转换
? 矢量数据向栅格数据的转换
将矢量格式的点、线、面实体转换为规则单元这 个过程称为栅格化。
1.矢量与栅格坐标关系
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
?③射线算法
射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边 形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引 射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的 总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形 外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部 （图 7-12 ）。采用射线算法，要注意的是：射 线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影 响交点的个数，必须予以排除（图 7-13）。
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图7-12：射线算法
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图7-13：射线算法的特殊情况
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
为此，我们采取“ 左闭右开”（或上闭下 开） 的原则。
左闭右开，即在射线左边的边与该射线相交 时交点有效，应计数；而在右边的边与该射线 相交时交点无效，不计数；当射线与多边形的 某边重合时不做求交运算。
6.它是面向目标的 ,不仅能表达属性编码 ,而
且能方便地记录每个目标的具体的属性描
述信息
1. 图形数据量大；
1. 数据结构复杂；
2. 用大象元减少数据量时 ,可 2. 很难用叠置方法与栅格图形进行组合；
缺 识别现象信息量受损失； 3. 地图输出不精美；
3. 显示和绘图费用高 ,特别是高质量的绘图 , 彩色绘图和晕线图等；
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
? ⑤边界代数算法 (P169) 矢量向栅格转换的关键是对矢量表示的多
边形边界内的所有栅格赋予多边形的编码 ,形成 栅格数据阵列 ,为此需要逐点判断与边界的关系 , 边界代数算法不必逐点判断与边界的关系即可 完成矢量向栅格转换。
实现边界代数算法填充的前是已知组成多 边形边界的拓扑关系，即沿边界前进方向的左 右多边形号。
?
ymax
?
? y??i ? ?
1 ?? 2?
第二步:用直线方程求出对应y值的点的x值；x ?
x2 ? x1 ?y ?
y2 ? y1
y1 ??
x1
第三步:求出相应i行的列值j； j ? 1? Int?? x ? xmin ?? ? ?x ?
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
?面的转换(P167)
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
?②复数积分算法 对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅
格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对 每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个 多边形，如果积分值为 2?i，则该待判点属于 此多边形，赋以多边形编号，否则在此多边形 外部，不属于该多边形。
? x ? xmax ? xmin j
?y ?
ymax
? i
ymin
2.基本要素的转换
? 点的转换。将点的矢量坐标转换成栅格坐标数据中的
行列值i和 j,从而得到所在栅格元素的位置。其中:
行数
i
?
1?
Int ????
ymax ? ?y
y ????
列数
j ? 1? Int?? x ? xmin ?? ? ?x ?
第四章 空间数据的表达
§4-4 矢量数据结构 (重点、难点 ) §4-5 栅格数据结构 (重点、难点 ) §4-6 混合数据结构和一体化数据结构 (重点、难 点) §5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换 (重点、 难点)
按“ESC ”键返回
休息
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
本节重点：
上闭下开，即在直线的交点处，扫描线上面 的边与该扫描线相交时交点有效，应计数；而 在扫描线下面的边与该扫描线相交时交点无效， 不计数。
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§5-8 栅格与矢量数据结构的选择与转换
?④扫描算法 扫描算法是射线算法的改进，将射线改为
沿栅格阵列列或行方向扫描线，判断与射线算 法相似。扫描算法省去了计算射线与多边形边 界交点的大量运算，大大提高了效率。