矢量空間數據主要通過什麼來實現

1. GIS中的空間數據模型有哪些請分析柵格數據模型和矢量數據模型的特點，並比較兩種數據模型的優缺點。

GIS中的空間數據模型有矢量數據和柵格數據：

矢量數據 Vector Data

在直角坐標系中，用X、Y坐標表示地圖圖形或地理試題的位置和形狀的數據。矢量數據一般通過記錄坐標的方式來盡可能將地理實體的空間位置表現的准確無誤。
點實體：在二維空間中，點實體可以用一對坐標X，Y來確定位置；
線實體：線實體可以認為是由連續的直線段組成的曲線，用坐標串的集合（X1，Y1，X2，Y2……Xn，Yn）來記錄；
面實體：在記錄面實體時，通常通過記錄面狀地物的邊界來表現，因而有時也稱為多邊形數據。

柵格數據 Raster Data
按格網單元的行和列排列的、具有不同灰度值或顏色的陣列數據。柵格數據的每個元素可用行和列唯一地標識，而行和列的數目則取決於柵格的解析度（或大小）和實體的特性。

1.矢量數據結構：

優點：

（1）表示地理數據的精度較高；

（2）嚴密的數據結構，數據量小；

（3）用網路連接法能完整地描述拓撲關系；

（4）圖形輸出精確美觀；

（5）圖形數據和屬性數據的恢復、更新、綜合都能實現。

缺點：

（1）數據結構復雜；

（2）矢量多邊形地圖或多邊形網很難用疊置方法與柵格圖進行組合；

（3）顯示和繪圖費用高，特別是高質量繪圖、彩色繪圖和暈線圖等；

（4）數學模擬比較困難；

（5）技術復雜，多邊形內的空間分析不容易實現。

2.柵格數據結構：

優點：

（1）數據結構簡單；

（2）空間數據的疊置和組合十分容易方便；

（3）各類空間分析都很易於進行；

（4）數學模擬方便；

（5）技術開發費用低。

缺點：

（1）圖形數據量大；

（2）用大像元減少數據量時，可識別的現象結構將損失大量信息；

（3）地圖輸出不精美；

（4）難以建立網路連接關系；

（5）投影變換花的時間多。

2. 矢量圖的數據

柵格結構是以規則的陣列來表示空間地物或現象分布的數據組織，組織中的每個數據表示地物或現象的非幾何屬性特徵。
柵格結構的顯著特點：屬性明顯，定位隱含，即數據直接記錄屬性的指針或數據本身，而所在位置則根據行列號轉換為相應的坐標。
柵格數據的編碼方法：
1、直接柵格編碼，就是將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼；
2、壓縮編碼，包括鏈碼（弗里曼鏈碼）比較適合存儲圖形數據；
3、遊程長度編碼通過記錄行或列上相鄰若干屬性相同點的代碼來實現；
4、塊碼是有成長度編碼擴展到二維的情況，採用方形區域為記錄單元；
5、四叉樹編碼是最有效的柵格數據壓縮編碼方法之一，還能提高圖形操作效率，具有可變的解析度。 矢量數據結構通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示點、線和多邊形等地理實體，坐標空間設為連續，允許任意位置、長度和面積的精確定義。
矢量結構的顯著特點：定位明顯，屬性隱含。
矢量數據的編碼方法：
1、對於點實體和線實體，直接記錄空間信息和屬性信息；
2、對於多邊形地物，有坐標序列法、樹狀索引編碼法和拓撲結構編碼法。
註：
（1）坐標序列法是由多邊形邊界的x,y坐標對集合及說明信息組成，是最簡單的一種多邊形矢量編碼法，文件結構簡單，但多邊形邊界被存儲兩次產生數據冗餘，而且缺少鄰域信息；
（2）樹狀索引編碼法是將所有邊界點進行數字化，順序存儲坐標對，由點索引與邊界線號相聯系，以線索引與各多邊形相聯系，形成樹狀索引結構，消除了相鄰多邊形邊界數據冗餘問題；
（3）拓撲結構編碼法是通過建立一個完整的拓撲關系結構，徹底解決鄰域和島狀信息處理問題的方法，但增加了演算法的復雜性和資料庫的大小。 1、矢量數據的優缺點：
優點為數據結構緊湊、冗餘度低，有利於網路和檢索分析，圖形顯示質量好、精度高；
缺點為數據結構復雜，多邊形疊加分析比較困難。
2、柵格數據的優缺點：
優點為數據結構簡單，便於空間分析和地表模擬，現勢性較強；
缺點為數據量大，投影轉換比較復雜。
3、兩者比較：
柵格數據操作總的來說容易實現，矢量數據操作則比較復雜；
柵格結構是矢量結構在某種程度上的一種近似，對於同一地物達到於矢量數據相同的精度需要更大量的數據；
在坐標位置搜索、計算多邊形形狀面積等方面柵格結構更為有效，而且易於遙感相結合，易於信息共享；
矢量結構對於拓撲關系的搜索則更為高效，網路信息只有用矢量才能完全描述，而且精度較高。對於地理信息系統軟體來說，兩者共存，各自發揮優勢是十分有效的。
在印刷方面，當我們把低解析度的光柵圖形放大為大型廣告牌時，圖形會變得非常模糊。因此矢量圖形是專業人士的首選。 1、矢量轉柵格：
（1）內部點擴散法，即由多邊形內部種子點向周圍鄰點擴散，直至到達各邊界為止；
（2）復數積分演算法，即由待判別點對多邊形的封閉邊界計算復數積分，來判斷兩者關系；
（3）射線演算法和掃描演算法，即由圖外某點向待判點引射線，通過射線與多邊形邊界交點數來判斷內外關系；
（4）邊界代數演算法，是一種基於積分思想的矢量轉柵格演算法，適合於記錄拓撲關系的多邊形矢量數據轉換，方法是由多邊形邊界上某點開始，順時針搜索邊界線，上行時邊界左側具有相同行坐標的柵格減去某值，下行時邊界左側所有柵格點加上該值，邊界搜索完畢之後即完成多邊形的轉換。
2、柵格轉矢量：即是提取具有相同編號的柵格集合表示的多邊形區域的邊界和邊界的拓撲關系，並表示成矢量格式邊界線的過程。步驟包括：
（1）多邊形邊界提取，即使用高通濾波將柵格圖像二值化；
（2）邊界線追蹤，即對每個弧段由一個節點向另一個節點搜索；
（3）拓撲關系生成和去處多餘點及曲線圓滑。
3、所有的現代計算機顯示器都要將矢量圖形轉換成柵格圖像的格式，包含屏幕上每個像素數值的柵格圖像保存在內存中。

3. GIS空間數據結構類型

    空間數據結構是指空間數據以什麼形式在計算機中的存儲和管理。在地理信息系統中，常用的空間數據結構有矢量數據結構和柵格數據結構兩種。矢量數據結構是利用幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式。柵格數據結構是最簡單、最直接的空間數據結構，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網格作為一個像元或像素由行、列定義，每個像元的位置由行列號確定，通過單元格中的值表示這一位置地物或現象的非幾何屬性特徵（如高程、溫度等）。

    柵格數據可以是數字航空像片、衛星影像、數字高程模型、數字正射影像或掃描的地圖。柵格數據多應用於大范圍小比例尺的自然資源、環境、農林業等區域問題的研究。最常見的矢量數據包括點數據、線數據、面數據，多應用於城市分區或詳細規劃、土地管理、公用事業管理等方面。

矢量數據和柵格數據的區別

    柵格數據既能表示離散的地理實體，也能表示連續的地理實體，矢量數據則表示連續的地理實體，相比較而言很適合於空間連續數據，如高程、溫度、氣象、環境等。矢量與柵格數據結構比較如：

矢量數據：

        結構緊湊，冗餘度低；數據結構復雜，各自定義，不便於數據標准化和規范化，數據交換困難；便於描述線或邊界；多邊形疊置分析困難；利於網路、索引分析，提供有效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作更有效；表達空間變化性能力差；圖形顯示質量好，精度高。軟硬體技術要求高，顯示與繪圖成本較高。

柵格數據：

    結構簡單，易於數據交換；難以表達拓撲；疊置分析和地理現象模擬較易；圖形數據量大，數據結構不緊湊，需用壓縮技術解決該問題；利於遙感數據的應用和分析，便於圖像處理；投影轉換困難；輸出快速，成本低廉；圖形質量較低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需增加柵格數量來克服，但會增加數據文件。

4. 矢量數據包括哪些基本內容

計算機中以矢量結構存貯的內部數據。是跟蹤式數字化儀的直接產物。在矢量數據結構中，點數據可直接用坐標值描述;線數據可用均勻或不均勻間隔的順序坐標鏈來描述;面狀數據(或多邊形數據)可用邊界線來描述。

矢量數據的組織形式較為復雜，以弧段為基本邏輯單元，而每一弧段以兩個或兩個以上相交結點所限制，並為兩個相鄰多邊形屬性所描述。在計算機中，使用矢量數據具有存儲量小，數據項之間拓撲關系可從點坐標鏈中提取某些特徵而獲得的優點。主要缺點是數據編輯、更新和處理軟體較復雜。

矢量數據主要是指城市大比例尺地形圖。此系統中圖層主要分為底圖層、道路層、單位層，合理的分層便於進行疊加分析、圖形的無逢拼接以實現系統圖形的大范圍漫遊。矢量數據一般通過記錄坐標的方式來盡可能將地理實體的空間位置表現的准確無誤，顯示的圖形一般分為矢量圖和點陣圖。