矢量空间数据主要通过什么来实现

1. GIS中的空间数据模型有哪些请分析栅格数据模型和矢量数据模型的特点，并比较两种数据模型的优缺点。

GIS中的空间数据模型有矢量数据和栅格数据：

矢量数据 Vector Data

在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理试题的位置和形状的数据。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误。
点实体：在二维空间中，点实体可以用一对坐标X，Y来确定位置；
线实体：线实体可以认为是由连续的直线段组成的曲线，用坐标串的集合（X1，Y1，X2，Y2……Xn，Yn）来记录；
面实体：在记录面实体时，通常通过记录面状地物的边界来表现，因而有时也称为多边形数据。

栅格数据 Raster Data
按格网单元的行和列排列的、具有不同灰度值或颜色的阵列数据。栅格数据的每个元素可用行和列唯一地标识，而行和列的数目则取决于栅格的分辨率（或大小）和实体的特性。

1.矢量数据结构：

优点：

（1）表示地理数据的精度较高；

（2）严密的数据结构，数据量小；

（3）用网络连接法能完整地描述拓扑关系；

（4）图形输出精确美观；

（5）图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现。

缺点：

（1）数据结构复杂；

（2）矢量多边形地图或多边形网很难用叠置方法与栅格图进行组合；

（3）显示和绘图费用高，特别是高质量绘图、彩色绘图和晕线图等；

（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。

2.栅格数据结构：

优点：

（1）数据结构简单；

（2）空间数据的叠置和组合十分容易方便；

（3）各类空间分析都很易于进行；

（4）数学模拟方便；

（5）技术开发费用低。

缺点：

（1）图形数据量大；

（2）用大像元减少数据量时，可识别的现象结构将损失大量信息；

（3）地图输出不精美；

（4）难以建立网络连接关系；

（5）投影变换花的时间多。

2. 矢量图的数据

栅格结构是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。
栅格结构的显着特点：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。
栅格数据的编码方法：
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。 矢量数据结构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。
矢量结构的显着特点：定位明显，属性隐含。
矢量数据的编码方法：
1、对于点实体和线实体，直接记录空间信息和属性信息；
2、对于多边形地物，有坐标序列法、树状索引编码法和拓扑结构编码法。
注：
（1）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；
（2）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；
（3）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。 1、矢量数据的优缺点：
优点为数据结构紧凑、冗余度低，有利于网络和检索分析，图形显示质量好、精度高；
缺点为数据结构复杂，多边形叠加分析比较困难。
2、栅格数据的优缺点：
优点为数据结构简单，便于空间分析和地表模拟，现势性较强；
缺点为数据量大，投影转换比较复杂。
3、两者比较：
栅格数据操作总的来说容易实现，矢量数据操作则比较复杂；
栅格结构是矢量结构在某种程度上的一种近似，对于同一地物达到于矢量数据相同的精度需要更大量的数据；
在坐标位置搜索、计算多边形形状面积等方面栅格结构更为有效，而且易于遥感相结合，易于信息共享；
矢量结构对于拓扑关系的搜索则更为高效，网络信息只有用矢量才能完全描述，而且精度较高。对于地理信息系统软件来说，两者共存，各自发挥优势是十分有效的。
在印刷方面，当我们把低分辨率的光栅图形放大为大型广告牌时，图形会变得非常模糊。因此矢量图形是专业人士的首选。 1、矢量转栅格：
（1）内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散，直至到达各边界为止；
（2）复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系；
（3）射线算法和扫描算法，即由图外某点向待判点引射线，通过射线与多边形边界交点数来判断内外关系；
（4）边界代数算法，是一种基于积分思想的矢量转栅格算法，适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始，顺时针搜索边界线，上行时边界左侧具有相同行坐标的栅格减去某值，下行时边界左侧所有栅格点加上该值，边界搜索完毕之后即完成多边形的转换。
2、栅格转矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示成矢量格式边界线的过程。步骤包括：
（1）多边形边界提取，即使用高通滤波将栅格图像二值化；
（2）边界线追踪，即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；
（3）拓扑关系生成和去处多余点及曲线圆滑。
3、所有的现代计算机显示器都要将矢量图形转换成栅格图像的格式，包含屏幕上每个像素数值的栅格图像保存在内存中。

3. GIS空间数据结构类型

    空间数据结构是指空间数据以什么形式在计算机中的存储和管理。在地理信息系统中，常用的空间数据结构有矢量数据结构和栅格数据结构两种。矢量数据结构是利用几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。栅格数据结构是最简单、最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素由行、列定义，每个像元的位置由行列号确定，通过单元格中的值表示这一位置地物或现象的非几何属性特征（如高程、温度等）。

    栅格数据可以是数字航空像片、卫星影像、数字高程模型、数字正射影像或扫描的地图。栅格数据多应用于大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。最常见的矢量数据包括点数据、线数据、面数据，多应用于城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面。

矢量数据和栅格数据的区别

    栅格数据既能表示离散的地理实体，也能表示连续的地理实体，矢量数据则表示连续的地理实体，相比较而言很适合于空间连续数据，如高程、温度、气象、环境等。矢量与栅格数据结构比较如：

矢量数据：

        结构紧凑，冗余度低；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；便于描述线或边界；多边形叠置分析困难；利于网络、索引分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效；表达空间变化性能力差；图形显示质量好，精度高。软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。

栅格数据：

    结构简单，易于数据交换；难以表达拓扑；叠置分析和地理现象模拟较易；图形数据量大，数据结构不紧凑，需用压缩技术解决该问题；利于遥感数据的应用和分析，便于图像处理；投影转换困难；输出快速，成本低廉；图形质量较低，图形输出不美观，线条有锯齿，需增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。

4. 矢量数据包括哪些基本内容

计算机中以矢量结构存贮的内部数据。是跟踪式数字化仪的直接产物。在矢量数据结构中，点数据可直接用坐标值描述;线数据可用均匀或不均匀间隔的顺序坐标链来描述;面状数据(或多边形数据)可用边界线来描述。

矢量数据的组织形式较为复杂，以弧段为基本逻辑单元，而每一弧段以两个或两个以上相交结点所限制，并为两个相邻多边形属性所描述。在计算机中，使用矢量数据具有存储量小，数据项之间拓扑关系可从点坐标链中提取某些特征而获得的优点。主要缺点是数据编辑、更新和处理软件较复杂。

矢量数据主要是指城市大比例尺地形图。此系统中图层主要分为底图层、道路层、单位层，合理的分层便于进行叠加分析、图形的无逢拼接以实现系统图形的大范围漫游。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误，显示的图形一般分为矢量图和位图。