每日一词20190316——GIS矢量数据和栅格数据对比
因为前两天介绍了矢量和栅格这两种数据格式，今天的每日一词把这两种数据格式放到一起，分别说一下每个格式的特点和优缺点。明天每日一词会继续GIS名词解释。为了方便我们大家一起学习，在今天的推送底下放了微信群的二维码，需要的同学可以扫码加群。
GIS概念中有相当多的数据文件格式，我们经常接触到的数据格式可以大致分为“栅格数据”与“矢量数据”这两类。这两类数据分别对应着不同的应用场景，我们通常使用“栅格数据”来当作底图，示意地理构造物（如山地、河流、湖泊、建筑物、道路等）的空间形态（如形状、位置、大小等），并可以进行一些简易的空间分析；使用“矢量数据”来参与业务逻辑的实现与分析，进行复杂的空间分析。
前几天已经为大家介绍过了这两种数据结构，今天打算把这两种数据格式放在一起，分别从数据结构、编码方法、获取途径、优缺点这几个方做对比，来系统说一下矢量数据和栅格数据。
数据结构
栅格数据：
将空间分割成有规律的网格，每一个网格称为一个单元，并在各单元上赋予相应的属性值来表示实体的一种数据形式。以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
栅格结构的显著特点：属性明显，定位隐含。
矢量数据：
矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的组织。通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表现点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。矢量数据结构直接以几何空间坐标为基础，记录取样点坐标。
矢量结构的显著特点：定位明显，属性隐含。
编码方法
栅格数据：
1. 直接栅格编码，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码；
2. 压缩编码，包括链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据；
3. 游程长度编码通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现；
4. 块式编码是有成长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元；
5. 四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变的分辨率。
6. 八叉树与十六叉树编码
前面的数据结构都是基于二维的，在相当多的情况下，如地下资源埋藏、地下溶洞的空间分布，二维的坐标体系根本无法表达。因此需要有三维数据结构，如果考虑空间目标随时间变化，那还需要4维数据结构。较好的表达三维与四维结构是在四叉树基础上发展起来的八叉树（三维）和十六叉树（四维）。
矢量数据：
1. 实体数据结构，对于点实体和线实体，直接记录空间信息和属性信息；
2. 坐标序列法是由多边形边界的x，y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码法，文件结构简单，但多边形边界被存储两次产生数据冗余，而且缺少邻域信息；
3. 树状索引编码法是将所有边界点进行数字化，顺序存储坐标对，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构，消除了相邻多边形边界数据冗余问题；
4. 拓扑结构编码法是通过建立一个完整的拓扑关系结构，彻底解决邻域和岛状信息处理问题的方法，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。
获取途径
栅格数据：
1. 栅格法：在待输入的图形上均匀划分栅格单元，逐个栅格地决定其属性代码，最后形成栅格数字地图文件。这是人工编码，当数据量太大时，该法费工费时，工作量相当大。
2. 转换法：用手扶跟踪数字化或自动跟踪数字化得到矢量结构数据，再转换为栅格结构。栅格数据
由矢量数据向栅格数据转换是理想的方法。
3. 扫描数字化：逐点扫描待输入的专题地图，对扫描数据重新采样与再编码，从而得到栅格数据文件。
4. 分类影像输入：将经过分类解译的遥感影像数据直接或重新采样后输入系统，这是高效获取数据的方法。
矢量数据：
1. 现有地图转化为矢量，如通过扫描仪把现有纸质地图数字化，再使用绘图设备（手扶跟踪）或者绘图软件（屏幕跟踪）转化为矢量数据；
2. 实测数据，如数字测图。野外实地测量等获取的数据转换后可以直接进入GIS的地理数据库；
3. 遥感数据，遥感数据通校正、配准等一系列操作，使用手动矢量化或者自动矢量化的方式将遥感数据转化为矢量数据；
4. 其他格式数据转换为矢量数据，如文字材料、统计数据、记录表格等；
5.空间分析，空间叠加、缓冲分析等产生新的矢量数据；
优缺点
栅格数据：
优点
1. 属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或数据本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标；
2. 数据结构更加简单，即由像元组成矩阵结构，其中的像元值表示坐标，有时与属性表相关联；
3. 可以表示连续表面以及执行表面分析，现势性较强；
4. 点、线、面和表面都可同样存储；
5. 对复杂数据集也可执行快速叠置；
6. 有利于遥感数据的匹配应用和分析；
7. 格式更加强大，高级的空间和统计分析较容易实现；
缺点
1. 由于栅格数据集的像元尺寸具有局限性，所以可能会带来空间误差；
2. 栅格数据集可能会非常大，冗余度较高，需要压缩处理。虽然分辨率会随着栅格像元大小的减小而提高，但这会占用更多的磁盘空间，而且会拖慢处理速度。对于给定区域，将栅格像元大小更改为现有大小的一半时，所需的存储空间会增大为原来的四倍，具体情况取决于所使用的数据类型和存储技术；
3. 将数据重建到固定间距的栅格像元边界时也会损失一定的精度；
定位精度比矢量低，拓扑关系难以表达；
矢量数据：
优点
1. 定位明显，属性隐含，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线和多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义；
2. 通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，放大不失真，可以任意放大或缩小图形而不会影响出图的清晰度；
3. 具有精度高、存储空间小等特点，是一种高效的图形数据结构；
4. 允许任意位置、长度和面积的精确定义；
5. 利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效；
缺点
1. 存储方式造成相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，出现数据冗余和细碎多边形，导致数据不一致；点位字典存储可保证公共边的唯一性；
2. 自成体系，缺少多边形的邻接信息，邻域处理复杂，需追踪出公共边；
3. 处理岛或洞等嵌套问题较麻烦，需要计算多边形的包含等；
4. 数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难；
5. 多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差；
6. 不能像数字图像那样做增强处理，数学模拟比较困难；
7. 软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高；
---------------The End---------------
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