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]
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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。
栅格数据结构特点
栅格数据结构特点栅格数据结构（Grid Data Structure）是一种用于表示和存储二维空间网格数据的数据结构。
它通过将空间区域划分为规则的网格单元以及存储每个网格单元的属性值来描述空间数据。
栅格数据结构广泛应用于地理信息系统（GIS）、遥感影像处理、计算机图形学等领域。
本文将详细介绍栅格数据结构的特点。
1. 网格规则栅格数据结构的主要特点之一是网格的规则性，即网格单元具有相同的形状和大小。
常见的网格形状包括矩形和正方形，但也可以是其他形状，如三角形、六边形等。
每个网格单元在空间上都有固定的位置和大小，这种规则性使得栅格数据结构易于处理和分析。
2. 离散表示栅格数据结构是一种离散的数据结构，它将连续的空间信息离散化为有限个网格单元。
每个网格单元在栅格数据中都有一个唯一的标识符，通常用整数坐标来表示。
通过离散表示，栅格数据结构能够有效地存储和处理大规模的空间数据。
3. 属性存储栅格数据结构允许每个网格单元存储一个或多个属性值，用于表示该网格单元的特征或属性。
常见的属性包括高程、温度、植被覆盖等。
这些属性值可以是连续的数值型数据，也可以是离散的分类标识。
属性存储使得栅格数据结构适用于各种应用场景，例如地形分析、气象模拟等。
4. 空间关系栅格数据结构能够方便地表示和处理网格单元之间的空间关系。
通过定义临近关系，可以确定网格单元之间的邻接关系，例如上下左右相邻、对角相邻等。
这种空间关系的定义使得栅格数据结构能够进行空间分析和空间查询，例如寻找邻近网格单元、寻找具有相似属性的网格单元等。
5. 分辨率栅格数据结构的分辨率是指每个网格单元代表的地理现象的精度或粒度。
较小的分辨率能够更好地表示细节和复杂性，但需要更大的存储空间和计算资源；较大的分辨率可以减少存储空间和计算开销，但可能会损失一些细节信息。
选择适当的分辨率是栅格数据处理的重要考虑因素。
6. 可视化和渲染栅格数据结构天然适合于可视化和渲染。
通过将属性值映射到颜色、灰度等视觉属性，可以直观地展示空间数据的分布和变化。
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。
它们在数据存储、数据处理和数据可视化方面有着不同的特点和应用场景。
本文将详细比较栅格数据结构和矢量数据结构的优缺点，以及它们在不同领域的应用。
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，每个单元包含一个数值或类别信息。
栅格数据结构的主要特点如下：1. 数据存储：栅格数据以二维数组的形式存储，每个单元格存储一个数值或类别信息，例如高程、温度、植被类型等。
这种数据结构适合存储连续型数据。
2. 数据处理：栅格数据结构在处理连续型数据和大范围区域上具有优势。
它可以进行常见的空间分析操作，如缓冲区分析、叠加分析和栅格代数运算等。
3. 数据可视化：栅格数据结构可以通过颜色映射将每个单元格的数值或类别信息表示为颜色，从而形成栅格图像。
这种数据结构适合用于制作地形图、遥感图像等。
4. 精度与精确性：栅格数据结构的精度受到网格单元大小的限制。
较小的单元格可以提供更高的精度，但会增加数据存储和处理的复杂性。
同时，栅格数据结构对于表示复杂的几何形状和线性特征相对不够精确。
二、矢量数据结构矢量数据结构是通过点、线和面等基本几何要素来表示地理空间。
矢量数据结构的主要特点如下：1. 数据存储：矢量数据以几何要素的形式存储，每个要素包含几何形状和属性信息。
几何形状可以是点、线或面，属性信息可以是名称、面积、长度等。
这种数据结构适合存储离散型数据。
2. 数据处理：矢量数据结构在处理离散型数据和几何分析上具有优势。
它可以进行空间查询、拓扑分析和网络分析等操作。
此外，矢量数据结构支持复杂的几何形状和线性特征的精确表示。
3. 数据可视化：矢量数据结构可以通过几何要素的绘制和符号化来表示地理空间。
这种数据结构适合用于制作地图、管网图等。
4. 精度与精确性：矢量数据结构的精度受到几何要素的精确性和数据捕获的限制。
北师大地理信息系统原理与应用课件第4章 GIS栅格数据模型
Real world
点
列
线
行
Value
=0
RASTER
=1
=2
=3
Grid
面
REC
地理信息系统
1、栅格像元大小的确定：
像元的大小决定了栅格数据模型的分辨率Resolution 。 栅格数据中栅格像元尺寸越小，分辨率越高。
像元太大，忽略较小图斑，造成信息丢失，无法表示精确位置。 像元越小，分辨率愈高，数据量愈大（按分辨率的平方指数增加），
REC
地理信息系统
2、 数字高程模型 Digital Elevation Models (DEMs) USGS的数字高程模型 非USGS的数字高程模型 全球数字高程模型
• 数字高程模型由等间隔海拔数据的排列组成。 • USGS（美国地质调查局）的DEM
7.5 分, 30 分, 1度, 15分
REC
地理信息系统
REC
地理信息系统
➢ 四叉树 Quad Tree——将格网分成象限层次
基本思想：
将一幅栅格数据层或图像等分为四部分，逐块 检查其格网属性值（或灰度）；如果某个子区的 所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再 继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子 区；这样依次地分割，直到每个子块都只含有相 同的属性值或灰度为止。
地理信息系统
第四章 GIS栅格数据模型
➢ 栅格数据模型要素 ➢ 栅格数据类型 ➢ 栅格数据结构 ➢ 栅格数据压缩 ➢ 数据转换与综合
REC
地理信息系统
第一节 栅格数据模型要素
矢量数据模型用点、线、面来表示空间要素，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。对连续变化的数据 （如海拔、降水量、土壤侵蚀等）较好的选择是栅格数据模型。 30年来，栅格数据模型没有变化，用规则的格网单元表示。
地理信息系统 栅格数据结构
地理信息系统栅格数据结构地理信息系统栅格数据结构
⒈引言
⑴背景
⑵目的
⑶范围
⒉栅格数据结构概述
⑴定义
⑵栅格数据的特点
⑶栅格数据的应用领域
⒊栅格数据的存储方式
⑴预定义栅格数据存储格式
⑵动态栅格数据存储格式
⑶压缩栅格数据存储格式
⒋栅格数据的组成
⑴像元
⑵值域
⑶行列索引
⑷坐标系统
⒌栅格数据的建立与获取
⑴栅格数据的获取途径
⑵栅格数据的建立方法
⑶数据获取与数据建立的对应关系⒍栅格数据的操作与分析
⑴数据预处理
⑵数据查询
⑶数据变换
⑷空间分析
⑸空间统计
⒎栅格数据的质量评估
⑴完整性评估
⑵准确性评估
⑶一致性评估
⑷可重复性评估
⒏栅格数据的标准与规范
⑴国际标准与规范
⑵国内标准与规范
⒐附件
⑴附件1: 栅格数据样例
⑵附件2: 栅格数据处理代码示例
法律名词及注释：
⒈栅格数据：一种将地理空间数据划分为规则网格状空间单元进行存储、管理和分析的数据结构。
⒉像元：栅格数据中的最小单位，用于表示一个空间位置。
⒊值域：栅格数据中每个像元对应的属性值。
⒋行列索引：栅格数据中像元的行号和列号索引。
⒌坐标系统：用于确定栅格数据中每个像元的位置，通常采用经纬度或投影坐标系统。
本文档涉及附件：
⒈附件1: 栅格数据样例●包含实际栅格数据的示例文件，用于演示栅格数据的结构和内容。
⒉附件2: 栅格数据处理代码示例●包含处理栅格数据的示例代码，可供参考和学习。
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）中两种常用的数据表示方式。
它们在数据存储、数据处理和数据分析等方面有着不同的特点和适合场景。
本文将对栅格数据结构和矢量数据结构进行比较，并分析它们的优势和劣势。
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，每一个单元存储一个值或者属性。
栅格数据结构适合于连续型数据，如高程模型、卫星影像等。
以下是栅格数据结构的特点和优势：1. 简单直观：栅格数据结构的网格单元可以看做是像素，类似于图象，容易理解和解释。
2. 数据完整性：栅格数据结构中的每一个单元都包含一个值或者属性，可以确保数据的完整性。
3. 数据分析：栅格数据结构适合于基于栅格的空间分析，如地形分析、遥感影像分类等。
4. 空间关系：栅格数据结构可以方便地进行空间关系的运算，如邻域分析、路径分析等。
尽管栅格数据结构有许多优势，但也存在一些劣势：1. 空间精度：栅格数据结构的空间精度受到网格单元大小的限制，无法表示精细的几何形状和边界。
2. 数据存储：栅格数据结构需要存储大量的单元格数据，导致数据存储空间较大。
3. 数据拓扑关系：栅格数据结构难以表示和处理复杂的拓扑关系，如多边形的内部和外部关系。
二、矢量数据结构矢量数据结构是通过点、线和面等几何要素来表示地理空间数据。
矢量数据结构适合于离散型数据，如道路网络、行政边界等。
以下是矢量数据结构的特点和优势：1. 精确性：矢量数据结构可以精确地表示几何形状和边界，适合于需要高精度的空间分析和建模。
2. 拓扑关系：矢量数据结构可以表示和处理复杂的拓扑关系，如多边形的相交、包含等关系。
3. 数据存储：矢量数据结构相对于栅格数据结构来说，存储空间较小，适合存储大规模的空间数据。
4. 数据编辑：矢量数据结构可以方便地进行数据编辑和更新，如添加、删除和修改要素。
尽管矢量数据结构有许多优势，但也存在一些劣势：1. 数据复杂性：矢量数据结构相对于栅格数据结构来说，数据结构较为复杂，需要额外的处理和计算。
栅格数据结构特点
栅格数据结构特点
栅格数据结构是一种基于栅格的数据组织方式，也被称为网格数据结构，具有以下特点：
1. 二维空间数据
栅格数据结构用于存储和处理的数据通常是二维空间数据，如遥感数据、卫星图像等。
因此，它们非常适用于地理信息系统(GIS)和环境模型等领域。
2. 精确度高
栅格数据结构中的栅格单元可以被划分为很小的像素，这使得其能够表示高分辨率的数据，如高清卫星图像等。
3. 易于处理
栅格数据结构中的数据组织方式非常规则，且对于地理和环境模型中的许多计算来说是非常方便的。
例如，在洪水模拟中，可以将河流和河岸线的位置用栅格表示，以便进行水流的路径分析和水流的速度计算。
4. 空间索引
栅格数据结构除了以行和列划分二维空间之外，还可以使用R树、四叉树等空间索引结构进行数据存储、查询以及数据分析。
这些索引结构可以有效减少数据处理的复杂度。
总的来说，栅格数据结构是一种非常适用于地理和环境模型中的数据结构，其精确度高，易于处理，且具有空间索引等优点。
栅格数据与矢量数据的比较
栅格数据与矢量数据的比较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。
它们分别以不同的方式表示和存储地理空间信息，具有各自的优势和适用场景。
下面将详细比较栅格数据和矢量数据在数据结构、数据表示、数据分析和数据存储等方面的差异。
一、数据结构比较1. 栅格数据结构：栅格数据以规则的网格单元组成，每个单元都有一个唯一的标识符和位置坐标。
每个栅格单元可以包含一个或多个属性值，如高程、温度等。
栅格数据结构适合用于连续型数据，如遥感影像、数字高程模型（DEM）等。
2. 矢量数据结构：矢量数据由离散的点、线和面等几何要素组成，每个要素都有自己的几何形状和属性信息。
矢量数据结构适合用于离散型数据，如点状物体、道路网络、行政区划等。
二、数据表示比较1. 栅格数据表示：栅格数据采用像素（Pixel）的方式表示，每个像素代表一个栅格单元。
像素具有固定的大小和位置，可以通过像元值表示属性信息。
栅格数据的表示方式简单直观，适合表达连续变化的现象。
2. 矢量数据表示：矢量数据通过几何要素的空间位置和属性信息来表示。
点要素通过坐标表示，线要素通过连接点的路径表示，面要素通过封闭的边界表示。
矢量数据的表示方式更加灵活，可以精确表示各种几何形状。
三、数据分析比较1. 栅格数据分析：栅格数据在空间分析中具有一些特殊的功能，如栅格叠加、栅格代数运算、栅格统计等。
栅格数据可以进行基于像素的运算和分析，适合处理面积、体积、密度等连续型数据的空间分析。
2. 矢量数据分析：矢量数据在空间分析中也具有一些特殊的功能，如拓扑分析、缓冲区分析、空间关系分析等。
矢量数据可以进行几何运算和拓扑关系分析，适合处理点、线、面之间的空间关系。
四、数据存储比较1. 栅格数据存储：栅格数据以像素矩阵的形式存储，每个像素的属性值存储在相应的位置上。
栅格数据存储方式简单，可以使用二进制文件或图像文件进行存储。
栅格数据存储占用空间较大，但读取速度较快。
栅格数据结构特点
栅格数据结构特点
栅格数据结构是一种在地理信息系统(GIS)中常用的数据结构，它以像素为基本单元，将地理空间数据划分成一个个等大小的矩形网格。
栅格数据结构具有以下特点：
1. 精度固定：栅格数据结构的精度由像素决定，每个像素的大小是固定的，因此其精度是固定的，不会因空间位置的变化而发生改变。
2. 离散性：栅格数据结构中的像素是离散的，每个像素只能表示一个属性值，因此在处理连续型数据时需要进行离散化处理。
3. 存储方便：栅格数据结构中的数据可以按照矩阵形式进行存储，方便计算和处理，也方便在网络上传输和共享。
4. 操作简单：栅格数据结构的数据操作相对简单，可以进行基本的数学运算、统计分析和空间分析等操作。
5. 适用范围广：栅格数据结构适用于大面积、相对均质的区域，并且对于一些特定的分析问题，如遥感影像分析、地形分析等，栅格数据结构是非常有效的。
6. 数据量大：由于栅格数据结构需要将地理空间数据划分成一个个像素，因此对于大范围、高分辨率的数据，其数据量非常大，需要进行有效的压缩和存储。
- 1 -。
栅格数据结构
栅格数据结构栅格数据结构1. 简介栅格数据结构（Grid data structure）是一种在计算机科学中用于表示和处理二维或三维空间的数据结构。
栅格数据结构最常用于地图和图像处理等领域，可以将空间划分为若干个小方格，并赋予每个方格值或属性，以便进行空间分析和处理。
2. 栅格数据结构的表示在栅格数据结构中，空间被划分为均匀的小方格，每个小方格被称为一个栅格（Grid cell）。
栅格可以是正方形或矩形，具体的大小和形状取决于应用的需求。
每个栅格可以包含一个或多个值或属性，用于表示该栅格所代表的空间区域的特征。
栅格数据结构可以使用二维数组或矩阵来表示，其中数组的每个元素对应一个栅格。
数组的行和列分别表示栅格在水平和垂直方向上的位置。
每个数组元素可以存储一个或多个值或属性，用于表示栅格的特征。
3. 栅格数据结构的应用3.1 地图在地图应用中，栅格数据结构被广泛用于表示地理信息。
栅格地图将地表划分为若干个栅格，每个栅格代表一个小区域，并存储该区域的地理属性，如高程、土壤类型、植被覆盖等。
栅格数据结构可以帮助分析地图数据，进行地形分析、环境评估、资源管理等。
3.2 图像处理栅格数据结构也常用于图像处理领域。
图像可以被看作一个二维的栅格，每个栅格代表图像中的一个像素点。
每个像素点可以包含多个属性，如颜色值、透明度等。
栅格数据结构可以用于图像的编码、压缩、滤波和特征提取等操作。
3.3 空间分析栅格数据结构在空间分析中也发挥重要作用。
通过对栅格数据进行空间分析，可以计算栅格之间的距离、邻近关系、分布模式等，从而支持地理信息系统（GIS）和其他空间分析应用。
栅格数据结构可以进行栅格代数运算、空间插值、面积计算等，以实现对空间数据的有效处理和分析。
4. 栅格数据结构的优缺点4.1 优点- 简单直观：栅格数据结构的表示直观简单，易于理解和操作。
- 精确度高：栅格数据结构可以提供较高的精确度，在地图和图像处理等领域有广泛应用。
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和分析方法。
栅格数据结构将地理空间数据表示为规则网格，而矢量数据结构则是通过节点和线来描述地理空间现象。
下面将从数据结构、数据存储、数据处理和应用等方面对栅格数据结构和矢量数据结构进行比较。
1.数据结构:栅格数据结构由行、列和像元组成，像元内存储着地理属性值。
它是基于图像处理技术发展起来的，适用于连续数据的表示，如DEM（数字高程模型）。
矢量数据结构则是由点、线和面等基本几何要素构成，每个要素都有自己的属性信息。
它更适用于离散的、分散的要素和拓扑关系的表示，如道路、河流等。
2.数据存储:栅格数据结构将地理空间数据存储为像素网格的形式。
像素的大小和分辨率会对数据精度产生影响。
栅格数据使用二维数组进行存储，方便计算和处理。
矢量数据则使用节点、线和面等对象进行存储，通过拓扑关系的定义来表示地理现象。
3.数据处理:栅格数据结构在空间分析方面具有优势，特别适合对连续数据和变化分析。
它可以进行栅格代数、局部运算和全局运算等处理。
栅格数据结构可以进行图像处理和遥感分析等，但在保留精细几何结构和拓扑关系方面较矢量数据结构差。
矢量数据结构具有更好的拓扑一致性和几何精度，适用于处理离散和拓扑关系复杂的数据。
它可以进行空间查询、拓扑分析和网络分析等操作。
4.数据应用:栅格数据结构主要应用于基于像元的遥感影像分析、环境模拟和可视化等。
由于其简单且容易理解，栅格数据结构也常用于确定分析。
矢量数据结构适用于具有精细空间参照信息和拓扑关系的地理实体，如地图制图、土地管理和交通规划等领域。
综上所述，栅格数据结构和矢量数据结构各有其优势和应用场景。
栅格数据结构适合处理连续数据和变化分析，而矢量数据结构适合处理离散数据和拓扑关系复杂的数据。
在GIS应用中，根据具体的分析需求和数据特点选择适当的数据结构，可以提高数据处理的效率和准确性。
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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。