§2.4 矢量栅格一体化数据结构
一、矢量、栅格数据结构的优缺点
矢量数据结构可具体分为点、线、面，可以构成现实世界中各种复杂的实体，当问题可描述成线或边界时，特别有效。矢量数据的结构紧凑，冗余度低，并具有空间实体的拓扑信息，容易定义和操作单个空间实体，便于网络分析。矢量数据的输出质量好、精度高。
矢量数据结构的复杂性，导致了操作和算法的复杂化，作为一种基于线和边界的编码方法，不能有效地支持影像代数运算，如不能有效地进行点集的集合运算(如叠加)，运算效率低而复杂。由于矢量数据结构的存贮比较复杂，导致空间实体的查询十分费时，需要逐点、逐线、逐面地查询。矢量数据和栅格表示的影像数据不能直接运算(如联合查询和空间分析)，交互时必须进行矢量和栅格转换。矢量数据与DEM(数字高程模型)的交互是通过等高线来实现的，不能与DEM 直接进行联合空间分析。
栅格数据结构是通过空间点的密集而规则的排列表示整体的空间现象的。其数据结构简单，定位存取性能好，可以与影像和DEM数据进行联合空间分析，数据共享容易实现，对栅格数据的操作比较容易。
栅格数据的数据量与格网间距的平方成反比，较高的几何精度的代价是数据量的极大增加。因为只使用行和列来作为空间实体的位置标识，故难以获取空间实体的拓扑信息，难以进行网络分析等操作。栅格数据结构不是面向实体的，各种实体往往是叠加在一起反映出来的，因而难以识别和分离。对点实体的识别需
要采用匹配技术，对线实体的识别需采用边缘检测技术，对面实体的识别则需采用影像分类技术，这些技术不仅费时，而且不能保证完全正确。
通过以上的分析可以看出，矢量数据结构和栅格数据结构的优缺点是互补的（图2-4-1），为了有效地实现GIS中的各项功能(如与遥感数据的结合，有效的空间分析等)需要同时使用两种数据结构，并在GIS中实现两种数据结构的高效转换。
在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。一般来讲，栅格结构可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。矢量结构用于城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。
完
栅格数据和矢量数据 矢量数据 定义： ?矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。 ?点：空间的一个坐标点； ?线：多个点组成的弧段； ?面：多个弧段组成的封闭多边形； 获取方法 ?定位设备（全站仪、GPS、常规测量等） ?地图数字化 ?间接获取 ●栅格数据转换 ●空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据） 矢量数据表达考虑内容 ?矢量数据自身的存储和管理 ?几何数据和属性数据的联系 ?空间对象的空间关系（拓扑关系） 矢量数据表达 ?简单数据结构 ?拓扑数据结构 ?属性数据组织 矢量数据结构编码方式 实体式 索引式 双重独立式 链状独立 栅格数据 定义 以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。 每个栅格单元只能存在一个值。 对于栅格数据结构 ●点：为一个像元 ●线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。 ●面：聚集在一起的相邻像元集合。 获取方式： ●遥感数据 ●图片扫描数据 ●矢量数据转换 ●手工方式 栅格数据坐标系 栅格数据压缩编码方案 栅格数据的分层
栅格数据的组织方法 栅格数据特点 编码方式： 直接编码—无压缩编码 链式编码—便界编码 游程长度编码 块式编码 四叉树编码 矢量数据优点： ?表示地理数据的精度较高 ?严密的数据结构，数据量小 ?完整的描述空间关系 ?图形输出精确美观 ?图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现 ?面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点： ?数据结构复杂 ?矢量叠置较为复杂 ?数学模拟比较困难 ?技术复杂，特别是软硬件 栅格数据优点： ?数据结构简单 ?空间数据的叠置和组合方便 ?各类空间分析很易于进行 ?数学模拟方便 缺点： ?图形数据量大 ?用大像元减少数据量时，精度和信息量受损 ?地图输出不美观 ?难以建立网络连接关系 ?投影变换比较费时 ?矢量数据结构是一种常见的图形数据结构，它用一系列有序的x、y坐标对表示地理实体的空间位置。 ?矢量结构的特点：属性隐含，定位明显 ?矢量型数据结构按其是否明确表示各地理实体的空间相互关系可分为实体型和拓扑型两大类。 实体型与拓扑型数据结构比较 ?两者都是目前最常用的数据结构模型 实体型代表软件为MapInfo 拓扑型代表软件为ARC/INFO ?它们各具特色 实体型虽然会产生数据冗余和歧异，但易于编辑。 拓扑型消除了数据的冗余和歧异，但操作复杂，甚至会产生新的数据冗余。
ArcGIS数据处理——栅格编辑 问题提出： 在矢量化栅格数据时，尤其是进行全自动矢量化时，对栅格数据进行编辑清理，将不需要被数字化的像素清理掉，可以减少大量矢量化后的编辑工作。 数据准备 所使用的数据为存放在e:\data\3.1文件夹下的31地理数据库中的cropmap图像，将其添加到ArcMap 中。 编辑栅格 1. 启动编辑会话 Tips:将图像设为可编辑状态才能进行清理 Step1：单击ArcMap主菜单上的“自定义->扩展模块” Step2：在打开的扩展模块对话框中，勾选ArcScan以激活ArcScan工具条，
Step3：单击关闭按钮，完成ArcScan工具条的激活 Step4：右键单击ArcMap内容列表中的cropmap图像名，在弹出菜单中单击“编辑要素->开始编辑”启动编辑会话 Tips:也可以单击编辑器工具条上的编辑器下拉箭头，选择开始编辑启动编辑会话 Step5：在ArcMap主菜单空白处单击鼠标右键，在弹出菜单中勾选ArcScan加载ArcScan工具条。 Step6：单击ArcScan工具条中的“栅格清理->开始清理”启动清理会话 Step7：单击ArcScan工具条中的“栅格清理->栅格绘画工具条”加载栅格绘画工具条。 2. 进行栅格编辑 栅格编辑工具包括栅格清除和栅格绘制。栅格清除工具用于清除那些不需要被矢量化的像素，栅格绘制工具用于将需要连续矢量化但并末相连的像素连接起来。进行栅格编辑后可以提高自动矢量化 的效率，减少后期的矢量编辑工作。
Step1：单击栅格绘画工具条中的擦除工具图标，鼠标变为一个橡皮擦形状 Step2：用擦除工具在不需要被矢量化的像素上移动以擦除这些像素，如图地编号、图廓线等Tips:“擦除”实际上是将像素的值改变为背景像素的值 Step3：单击栅格绘画工具条中的画笔工具，在断开处绘制以将线连接起来；经过擦除和绘制编辑后，cropmap图像如图： Step4：单击ArcScan工具条的“栅格清理->保存”将修改内容保存至原栅格图像，供矢量化使用。Tips:也可以单击ArcScan工具条的“栅格清理->另存为”将编辑后的栅格保存为新栅格文件。
G I S矢量数据分析与栅格 数据分析实验 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
本科学生实验报告姓名尹永义学号 专业地理科学班级 2014B ＿ 实验课程名称地理信息系统概论（实验） 实验名称矢量数据分析与栅格数据分析 指导教师及职称速绍华（讲师） 开课学期 2014 ＿至＿ 2015＿学年＿下学期云南师范大学旅游与地理科学学院编印
3、实验理论依据或知识背景： 矢量数据分析矢量数据以点、线和面空间要素为输入数据。 分析结果的准确性取决于空间特征的位置及形状的准确性。 拓扑关系是一些矢量数据分析（如建立缓冲区和叠置分析）的一个因素。 基于邻近（Proximity）概念，建立缓冲区可把地图分为两个区域：一个区域位于所选地图要素的指定距离之内，另一个区域在指定距离之外。 在指定距离之内的区域称为缓冲区。 围绕点建立缓冲区产生圆形缓冲区。围绕线建立缓冲区形成一系列围绕每条线段的长条形缓冲带。围绕多边形建立缓冲区则生成由该多边形边 界向外延伸的缓冲区。 对线要素建立缓冲区未必在线两侧都有缓冲区，可以只在线的左侧或右 侧建立缓冲区。 缓冲距离（又叫缓冲大小）未必为常数，可以根据给定字段取值而变 化。 缓冲区边界也可以被融合掉，使得缓冲区之间没有叠置区。 地图叠置操作是将两个要素图层的几何形状和属性组合在一起，生成新 的输出图层。 输出图层的几何形状代表来自各输入图层的要素的几何交集。 输出图层的每个要素包含所有输入图层的属性组合，而这种组合不同于 其邻域。 所有叠置方法都是基于布尔连接符的运算，即AND、OR 和 XOR。 若使用 AND 连接符，则此叠置操作为求交（Intersect）。 若使用 OR 连接符，则此叠置操作称为联合（Union）。 若使用 XOR 连接符，则此叠置操作称为对称差异（Symmetrical Difference）或差异（Difference）。 若使用以下表达式 [（Input Layer）AND（Identity Layer）] OR （Input Layer），则该叠置操作称为识别（Identity）或减去 （Minus）。 模式分析是关于二维空间点要素空间分配的研究。 在整体水平上，模式分析可以揭示某分布模式是随机、离散还是集聚 的。 在局部水平上，模式分析可以检测出分布模式中是否含有高值或低值的局部集聚。 模式分析包括点模式分析、量测空间自相关的莫兰指数（Moran’s I）和量测高/低聚集度的G 统计量。 栅格数据分析 栅格数据分析是基于栅格像元和栅格的。 栅格数据分析能在独立像元、像元组或整个栅格全部像元的不同层次上进行。 一些栅格数据运算使用单一栅格，而另一些则使用两个或更多栅格数 据。 栅格数据分析也应考虑像元数值类型（数字型数值，类别型数值）。
实验三 ArcGIS栅格数据矢量化和编辑 一、主要内容 1、掌握ArcMap中地图、数据框架、组图层、数据层等基本概念及相互关系； 2、掌握利用ArcMap进行地图屏幕扫描数字化的主要流程及具体操作； 二、ArcMap基础知识 基本概念 1) 地图—Map (ArcMap document) 在ArcGIS中，一个地图存储了数据源的表达方式(地图，图表, 表格) 以及空间参考。在ArcMap中保存一个地图时，ArcMap将创建与数据的链接，并把这些链接与具体的表达方式保存起来。当打开一个地图时，它会检查数据链接，并且用存储的表达方式显示数据。一个保存的地图并不真正存储显示的空间数据！ 2) 数据框架—Data Frame 在“新建地图”操作中，系统自动创建了一个名称为“Layers”的数据框架。在ArcMap中，一个数据框架显示统一地理区域的多层信息。一个地图中可以包含多个数据框架，同时一个数据框架中可以包含多个图层。例如，一个数据框架包含中国的行政区域等信息，另一个数据框架表示中国在世界的位置。但在数据操作时，只能有一个数据框架处于活动状态。在Data View只能显示当前活动的数据框架，而在Layout View可以同时显示多个数据框架，而且它们在版面布局也是可以任意调整的。 3）组图层-- New Group Layer 有时需要把一组数据源组织到一个图层中，把它们看作Contents窗口中的一个实体。例如，有时需要把一个地图中的所有图层放在一起或者把与交通相关的图层（如道路、铁路和站点等）放在一起，以方便管理。 4）数据层 ArcMap可以将多种数据类型作为数据层进行加载，诸如AutoCAD 矢量数据DWG，ArcGIS的矢量数据Coverage、GeoDatabase、TIN 和栅格数据GRID，ArcView的矢量数据ShapeFile，ERDAS的栅格数据ImageFile，USDS的栅格数据DEM等。注意Coverage不能直接编辑，要编辑需要将Coverage转换成ShapeFile。
ArcGis数据结构转换 地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构，它们是表示地理信息的两种不同方式。栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构（raster或grid cell）或象元结构（pixel），是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。因此，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。矢量结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体。在地理信息系统中栅格数据与矢量数据各具特点与适用性，为了在一个系统中可以兼容这两种数据，以便有利于进一步的分析处理，常常需要实现两种结构的转换。 1.栅格数据向矢量数据的转换 栅格向矢量转换处理的目的，是为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。 由栅格数据可以转换为3种不同的矢量数据，分为点状、线状和面状的矢量数据。下面以栅格数据转换为面状矢量数据为例进行说明，其他两种转换操作大同小异，这里不再具体说明。 （1）展开Conversion Tools工具箱，打开From Raster 工具集，双击Raster to Polygon，打开Raster to Polygon对话框（图1）。 图1 Raster to Polygon对话框 （2）在Input raster文本框中选择输入需要转换的栅格数据。 （3）在Output Polygon Features文本框键入输出的面状矢量数据的路径与名称。 （4）选择Simplify Polygons按钮（默认状态是选择），可以简化面状矢量数据的边界形状。（5）单击OK按钮，执行转换操作。
本章内容 练习一：栅格跟踪 练习二：批量矢量化 ArcScan是ArcGIS中一个把扫描栅格转化为矢量GIS图层的工具，这个过程可以交互式或自动进行。 要学习ArcScan最简单的方式就是完成本章的练习。 练习一显示的是怎样去设置栅格捕捉选项和环境，捕捉栅格像元并跟踪栅格像元来创建线状要素和面状要素。 联系二显示的是怎样去编辑栅格图层，删掉不必要的像元，应用矢量化设置和利用批量矢量化模式来生成矢量要素。 每个练习大约在花费15到20分钟来完成。 练习一：栅格跟踪 ArcScan使得从扫描栅格上建立新要素变得简单，这个过程可以减少在矢量数据库中一体化栅格数据的时间。 在本练习中，你可以从扫描地图中通过跟踪栅格像元来生成矢量要素，你开始必须启动ArcMap和导入一个包含栅格数据、两个shape文件的地图文档。 启动ArcMap 在作这个练习之前你必须先启动ArcMap并导入练习数据。 1、在开始菜单中或桌面上双击ArcMap的快捷方式来启动ArcMap。
2、单击标准工具栏上的Open按钮 3、在ArcScan目录中选择ArcScanTrace.mxd，这个文件一般在安装的练习数据中（默认在C:\ArcGIS\ArcTutor） 4、点击Open. 改变栅格图层的特征 栅格图像必须变为为单色才能利用ArcScan工具和命令，通过拉伸来改变栅格特征成为单一值。 1、在ArcMap的Table of Contents中选择ParcelScan.img栅格图层，右击并选择Properties。 2、在Properties对话框中单击Symbology页面。 3、在Show框中，单击Unique Values。
实验三、ArcMap栅格数据矢量化 一、主要内容 1、掌握ArcMap中地图、数据框架、组图层、数据层等基本概念及相互关系； 2、掌握利用ArcMap进行地图屏幕扫描数字化的主要流程及具体操作； 二、ArcMap基础知识 基本概念 1) 地图—Map (arcMap document) 在ArcGIS中，一个地图存储了数据源的表达方式(地图，图表, 表格) 以及空间参考。在ArcMap中保存一个地图时，ArcMap将创建与数据的链接，并把这些链接与具体的表达方式保存起来。当打开一个地图时，它会检查数据链接，并且用存储的表达方式显示数据。一个保存的地图并不真正存储显示的空间数据！ 2) 数据框架—Data Frame 在“新建地图”操作中，系统自动创建了一个名称为“Layers”的数据框架。在ArcMap 中，一个数据框架显示统一地理区域的多层信息。一个地图中可以包含多个数据框架，同时一个数据框架中可以包含多个图层。例如，一个数据框架包含中国的行政区域等信息，另一个数据框架表示中国在世界的位置。但在数据操作时，只能有一个数据框架处于活动状态。在Data View只能显示当前活动的数据框架，而在Layout View可以同时显示多个数据框架，而且它们在版面布局也是可以任意调整的。 3）组图层-- New Group Layer 有时需要把一组数据源组织到一个图层中，把它们看作Contents窗口中的一个实体。例如，有时需要把一个地图中的所有图层放在一起或者把与交通相关的图层（如道路、铁路和站点等）放在一起，以方便管理。 4）数据层 ArcMap可以将多种数据类型作为数据层进行加载，诸如AutoCAD矢量数据DWG，ArcGIS的矢量数据Coverage、GeoDatabase、TIN和栅格数据GRID，ArcView的矢量数据ShapeFile，ERDAS的栅格数据ImageFile，USDS的栅格数据DEM等。注意Coverage 不能直接编辑，要编辑需要将Coverage转换成ShapeFile。 5）shape的要素类型 point、polyline、Polygon、Multipoint、MultiPatch. 三、ArcScan矢量化具体内容及操作 ArcScan ARCSCAN是ARC/INFO的扫描图预处理及矢量化模块，具有噪音消除、斑点剔除、交互式线状要素跟踪、栅格到矢量的批处理、栅格与矢量数据的一体化编辑功能。ArcScan是ArcGIS中一个把扫描栅格转化为矢量GIS图层的工具，这个过程可以交互式或自动进行。 ArcScan工具使用的几个前提是: 1, ArcScan扩展模块必须激活 2, ArcMap中添加了至少一个栅格数据层(TIF IMG图象等)和至少一个矢量数据层(可以是点线面等) 3, 栅格数据必须进行过二值化处理(变为黑白图片) 4, Editor必须启动 练习1：栅格跟踪 ArcScan使得从扫描栅格上建立新要素变得简单，这个过程可以减少在矢量数据库中一体化栅格数据的时间。
一、矢量、栅格数据结构的优缺点 矢量数据结构可具体分为点、线、面，可以构成现实世界中各种复杂的实体，当问题可描述成线或边界时，特别有效。矢量数据的结构紧凑，冗余度低，并具有空间实体的拓扑信息，容易定义和操作单个空间实体，便于网络分析。矢量数据的输出质量好、精度高。 矢量数据结构的复杂性，导致了操作和算法的复杂化，作为一种基于线和边界的编码方法，不能有效地支持影像代数运算，如不能有效地进行点集的集合运算(如叠加)，运算效率低而复杂。由于矢量数据结构的存贮比较复杂，导致空间实体的查询十分费时，需要逐点、逐线、逐面地查询。矢量数据和栅格表示的影像数据不能直接运算(如联合查询和空间分析)，交互时必须进行矢量和栅格转换。矢量数据与DEM(数字高程模型)的交互是通过等高线来实现的，不能与DEM 直接进行联合空间分析。 栅格数据结构是通过空间点的密集而规则的排列表示整体的空间现象的。其数据结构简单，定位存取性能好，可以与影像和DEM数据进行联合空间分析，数据共享容易实现，对栅格数据的操作比较容易。 栅格数据的数据量与格网间距的平方成反比，较高的几何精度的代价是数据量的极大增加。因为只使用行和列来作为空间实体的位置标识，故难以获取空间实体的拓扑信息，难以进行网络分析等操作。栅格数据结构不是面向实体的，各种实体往往是叠加在一起反映出来的，因而难以识别和分离。对点实体的识别需要采用匹配技术，对线实体的识别需采用边缘检测技术，对面实体的识别则需采用影像分类技术，这些技术不仅费时，而且不能保证完全正确。
通过以上的分析可以看出，矢量数据结构和栅格数据结构的优缺点是互补的（图2-4-1），为了有效地实现GIS中的各项功能(如与遥感数据的结合，有效的空间分析等)需要同时使用两种数据结构，并在GIS中实现两种数据结构的高效转换。 在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。一般来讲，栅格结构可用于大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等
实验一使用ArcScan进行自动矢量化 专业年级：：学号： 一、实验目的：了解ArcGIS中ArcScan工具，掌握使用ArcScan进行自动矢量化的技术；掌握线要素转化为面要素的方法。 二、实验要求： 1.栅格图象的二值化 2.对栅格图像进行校准和配准。 3.创建要素层（点线面图层） 4.使用ArcScan进行自动矢量化 5.线要素转化为面要素 三、实验内容： 1.栅格图象的二值化 1、灰度图像二值化：直接利用属性工具框进行二值化，先将xujiapeng.img加载进来，右击选porperties，点击symbology/show下unique values ，右侧将1设为白色，0设为黑色 2、彩色图像二值化：， 1）将landuse.jpg加载进来 2）将彩色图像转为连续灰度图像：右击选择porperties，打开属性框，选择symbology/show 下的stretched，点击Ok 3）利用空间分析模块确定分值界限，将spatial analyst模块调出来 a、利用spatial analyst/reclassify重分类确定界限 b、利用栅格计算器raster calculator进行分界（[landuse.jpg] <= 160）
c、将背景设为白色，图线设为黑色：右击选porperties，点击symbology/show下unique values ，右侧将1设为白色，0设为黑色 3.创建要素层（点线面图层） 在ArcCatalog下建立点线面要素层 4.使用ArcScan进行自动矢量化 ArcScan激活条件：图是二值化图，并与Editor同时使用（start editor并且target为矢量化 的目标类型） 1)将建立好的点线面要素层拖入ArcMap中，利用将徐家棚图像二值化或按彩色二值化步骤将landuse.jpg二值化 2)点击按钮，打开raster sanpping option对话框（如下图）设置线的矢量化宽度及多少像素作为实体块来提取 3)设置捕捉，点击Editor/snap，在下框选按中心和交叉点矢量化
测绘工程专业 地图学实习报告 实习内容：ARCGIS的认识 班级：测绘一班 学号：0 姓名：0 指导老师0 时间：第四周
ARCGIS的认识 一、实验目的 1.认识并简单掌握 ArcGIS Desktop的三个部分ArcMap、ArcCatalog、ArcToolBox； 2.能熟练使用ArcMap进行矢量化； 二、实验准备 1.软件准备： 实验前确保笔记本电脑已经安装过中文破解版ARCGIS10.0软件，并且能正常稳定运行。由于破解版软件不稳定，故应反复装载，直到能正常运行为止。 2.实验数据： 图1：矢量化数据 3.知识预备： （1）ArcGIS Desktop是GIS专业人员在编译、使用和管理地理信息时使用的主要产品。它包含全面的专业GIS应用程序，可支持大量GIS任务，包括制图、数据编译、分析、地理数据库管理和地理信息共享等。包括一组应用程序ArcMap、ArcCatalog、ArcGlobe、ArcScene、ArcToolbox和模型构建器。通过使用这些应用程序和界面，可以执行从简单到高级的任何GIS任务。
（2）理解GIS的三种角度： ①GIS就是空间数据库：GIS 是一个包含了用于表达通用GIS 数据模型（要素、栅格、拓扑、网络等等）的数据集的空间数据库。 ②GIS就是地图：从空间可视化的角度看：GIS是一套智能地图，同时也是用于显示地表上的要素和要素间关系的视图。底层的地理信息可以用各种地图的方式进行表达，而这些表现方式可以被构建成“数据库的窗口”，来支持查询、分析和信息编辑。 ③GIS是空间数据处理分析工具集：从空间处理的角度看，GIS 是一套用来从现有的数据集获取新数据集的信息转换工具。这些空间处理功能从已有数据集提取信息，然后进行分析，最终将结果导入到数据集中。 这三种观点在ESRI ArcGIS Desktop中分别用ArcCatalog（GIS是一套地理数据集的观点）、ArcMap（GIS是一幅智能的地图）和ArcToolbox（GIS是一套空间处理工具）来表达。这三部分是组成一个完整GIS的关键内容，并被用于所有GIS应用中的各个层面。ArcMap是ArcGIS Desktop中一个主要的应用程序，具有基于地图的所有功能，包括制图、地图分析和编辑。 三、实验原理 1.矢量和栅格区别： 矢量和栅格是地理信息系统中两种主要的空间数据结构，他们的数据来源、结构和格式都不同。栅格是将空间分割成有规则的网格，在各个栅格单元上给出出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。它是一个规则的阵列，其中各个像元互不影响。矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体的空间分布的一种数据组合方式，这些要素之间有着密切
矢量数据与栅格数据 1.矢量数据 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。 矢量数据是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。 2..栅格数据 栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。每一个单元（象素）的位置由它的行列号定义，所表示的实体位置隐含在栅格行列位置中，数据组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性或指向其属性的指针。一个优秀的压缩数据编码方案 是：在最大限度减少计算机运算时间的基点上进行最大幅度的压缩。 栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。栅格结构是大小相等分布均匀、紧密相连的像元（网格单元）阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织。是最简单、最直观的空间数据结构，它将地球表面划分为大小、均匀、紧密相邻的网格阵列。每一个单元（象素）的位置由它的行列号定义，所表示的实体位置隐含在栅格行列位置中，数据组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性或指向其属性的指针。对于栅格结构：点实体由一个栅格像元来表示；线实体由一定方向上连接成串的相邻栅格像元表示；面实体（区域）由具有相同属性的相邻栅格像元的块集合来表示。
基于ArcGIS Engine的栅格数据转换矢量数据 摘要：ArcGIS提供了栅格数据向矢量数据转换函数，但是有特定的要求。同时，在ArcGIS Engine中提供了操作栅格数据的函数，可以对栅格数据进行编辑，从而可以到达栅格数据转矢量数据的要求。 关键词：ArcGIS Engine ；栅格数据；矢量数据 Abstract: The ArcGIS provides raster data to vector data conversion function, but it has the specific requirements. At the same time, providing the operating raster data function in the ArcGIS Engine, can edit the raster data, to reach the raster data to the vector data requirements. Key words: ArcGIS Engine, raster data, vector data 在日常地理信息数据处理中，会对栅格数据进行各种要求处理，并且最终要求将其转换成矢量数据[1][2][3][4][5]。我们可以采用ArcGIS Engine中提供的操作栅格数据的函数，对栅格数据进行各种编辑，满足对栅格数据的各种操作，同时可以将栅格数据转换成矢量数据。 ArcGIS栅格转矢量工具 在ArcGIS桌面版中打开ArcToolbox找到转换工具->由栅格转出，可以找到具体的栅格转矢量的工具。比较常用的是转点、转线、转面。查看帮助文档可以看到栅格转面矢量的函数是RasterToPolygon_conversion (in_raster, out_polygon_features, {simplify}, {raster_field})，其用法要求为：输入栅格的栅格单元大小可以任意，但必须属于有效的整数型栅格数据集。对栅格数据集要求必须是整数型（指栅格数据中格网像素的数据类型）。然而，在实际数据中大部分栅格数据采用浮点型。在ArcGIS中可以通过查看栅格数据的文件属性来查看栅格数据的像素数据类型，如图1。 由于ArcGIS中栅格转矢量工具的具体要求，所有必须对栅格数据进行像素类型转换；同时，要满足数据转出的其它要求，比如某一个栅格数据中，只要求像素值在某个特定范围的数据转出为矢量数据等各种具体的实际操作要求，有必须对栅格数据进行改写等的操作。在ArcGIS Engine中提供了操作栅格数据的函数，可以对栅格数据进行编辑，所有，有必要运用ArcGIS Engine对栅格数据进行编辑，从而满足栅格转矢量等各种具体要求。
§2.4 矢量栅格一体化数据结构 一、矢量、栅格数据结构的优缺点 矢量数据结构可具体分为点、线、面，可以构成现实世界中各种复杂的实体，当问题可描述成线或边界时，特别有效。矢量数据的结构紧凑，冗余度低，并具有空间实体的拓扑信息，容易定义和操作单个空间实体，便于网络分析。矢量数据的输出质量好、精度高。 矢量数据结构的复杂性，导致了操作和算法的复杂化，作为一种基于线和边界的编码方法，不能有效地支持影像代数运算，如不能有效地进行点集的集合运算(如叠加)，运算效率低而复杂。由于矢量数据结构的存贮比较复杂，导致空间实体的查询十分费时，需要逐点、逐线、逐面地查询。矢量数据和栅格表示的影像数据不能直接运算(如联合查询和空间分析)，交互时必须进行矢量和栅格转换。矢量数据与DEM(数字高程模型)的交互是通过等高线来实现的，不能与DEM 直接进行联合空间分析。 栅格数据结构是通过空间点的密集而规则的排列表示整体的空间现象的。其数据结构简单，定位存取性能好，可以与影像和DEM数据进行联合空间分析，数据共享容易实现，对栅格数据的操作比较容易。 栅格数据的数据量与格网间距的平方成反比，较高的几何精度的代价是数据量的极大增加。因为只使用行和列来作为空间实体的位置标识，故难以获取空间实体的拓扑信息，难以进行网络分析等操作。栅格数据结构不是面向实体的，各种实体往往是叠加在一起反映出来的，因而难以识别和分离。对点实体的识别需
要采用匹配技术，对线实体的识别需采用边缘检测技术，对面实体的识别则需采用影像分类技术，这些技术不仅费时，而且不能保证完全正确。 通过以上的分析可以看出，矢量数据结构和栅格数据结构的优缺点是互补的（图2-4-1），为了有效地实现GIS中的各项功能(如与遥感数据的结合，有效的空间分析等)需要同时使用两种数据结构，并在GIS中实现两种数据结构的高效转换。 在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。一般来讲，栅格结构可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。矢量结构用于城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。 完
栅格、矢量数据的相互转换 地理信息系统空间数据类型主要有矢量和栅格结构。矢量结构包含有拓扑信息，通常应用于空间关系的分析；栅格数据则易于表示面状要素，主要应用于空间分析和图象处理。由于栅格和矢量数据在GIS应用过程中各有其优缺点，所以，一般情况下，同一个GIS系统能够处理、存储栅格和矢量数据。对同一研究区域而言，有时为了分析处理问题的方便，需要实现栅格和矢量数据间的转换（如扫描图象的矢量化，地形图的栅格化）。 矢量向栅格的转换 图3-37 栅格单元属性值的确定 从矢量向栅格转换过程中，应尽量保持矢量图形的精度。在决定属性值时尽可能保持空间变量的真实性和最大信息量。在图3-37中，格网单元对应几种不同的属性值，而每一单元只能取一个值。在这种情况下，有如下一些取值方法。 (1)中心点法：用处于格网单元0处的地物类型或空间特征决定属性值。此时，该单元属性值为C。此法常用于连续分布的地理要素，如降雨量分布、大气污染等； (2)面积占优法：以占单元面积最大的地物类型和空间特征决定格网单元的属性值。此时，栅格单元的属性值为B。面积占优法适合分类较细、地物类别斑块较小的情况； (3)重要性法：根据格网单元内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型代表相应的格网单元的属性值。这种方法对于特别重要的地理实体，尽管其面积很小或不在格网的中心，也采取保留的原则。重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是具有点、线状分布的地理要素，如城镇、交通枢纽、河流水系等。 在进行弧段或多边形的矢量化时，可以利用上述三种方法确定格网的属性值。 为了逼近原图或原始数据精度，除了采用上述几种取值方法外，还可以采用提
基于ArcGIS10地形数据提取与分析 舒城县林业局汪自胜 摘要：本文以森林资源调查工作实践为例，详细总结了如何利 用ArcGIS10软件对纸质地形图，通过扫描、矢量化生成高程栅格数据；利用高程栅格数据进行等高线加密、高程统计、坡向和坡度分析；以及利用坡向、坡度等地形因子实现自动区划图斑的方法和过程。 关键词：森林资源调查 ArcGIS 地形分析 地形因子是划分森林资源调查图斑的重要因子，在条件有限的 情况下，我们经常是利用纸质地形图，通过人工判定，来确定工作 图斑的海拔、坡向和坡度。准确度受判定人员的业务水平影响较大。利用ArcGIS10的矢量化工具和地形数据分析工具，可以实现对图斑 地形因子的自动判读，甚至可以自动区划图斑。 一、地形图矢量化 要想利用计算机来进行地形分析，首先应对纸质地形图进行扫 描矢量化，将其转化成计算机可以识别的数据格式(见图1)。 图1 地形图灰度栅格图像 地形图矢量化前，需要将纸质图扫描成灰度栅格图像，并对栅 格图像进行二值化处理。 1、在ArcMap中对栅格图像进行符号化处理。分类方法：手动；类别数：2；调整中断值，直到满意为止，记录下中断值； 2、重分类。利用ArcToolbox工具箱中的“空间分析-重分类” 工具，根据记录的中断值，对图像进行重分类，生成二值图（见图2）。
图2 重分类工具设置和二值图 3、矢量化。加载用来保存矢量化成果的点、线要素类文件，在 编辑状态下，运用ArcScan工具开始矢量化。 （1）根据矢量化点、线的栅格宽度，在矢量化设置中设置理想 的最大线宽等参数。可以在完成设置后，运用“显示预览”功能来 查看参数设置是否合理(见图3)。 图3 矢量化设置和效果预览 （2）运用“在区域内部生成要素”工具选择要矢量化的区域， 在弹出的模板对话框中，对点、线要素的模板采用默认设置，完成 自动矢量化。 （3）运用编辑工具清理掉错误短线和噪点，对断开的地方等进 行修补。 （4）将等高线、道路和水系地物进行分层，分别保存到等高线、道路、水系要素类中。
1.空间实体选择网络，那个点既没有长宽，也没有方向，只能反应一个位置吧，不能反应其它的。线的话有长短，但是只有一边不能知道大小，我们土管只有线状地物是用一条线来表示的，其它的地类什么的都不能只有一条线的。区的话虽然有了一个形状和大小，但是不能知道这个区域的坐标和其它信息的。面也只能知道这一片区域的面积大小和位置，但是地类、权属什么的都不能知道，网络的话这一系列信息就可以都清楚了。 2.我的话应该会选择栅格数据模型吧，从那个它们的互相比较来看，虽然它的的精度比矢量数据要低的多，但是它的数据结构比较简单，那么处理数据的人就理解容易一点，我们使用的人也容易看懂，太复杂的数据像那个矢量数据就不是那么好理解的。虽然它的数据量会多一些，但是我们用电脑来处理的话就很方便了，量大而不是量复杂对于电脑是最好的。而那个栅格数据的空间分析和数学建模都容易的多，分析和数据的运用是有关联的，数学模型建立也容易，那么它的运用会广泛的多。我们土地资源管理要用上遥感影像图和什么卫星航片的吧，我知道矢量数据是不管放大或者缩小多少倍它都是不会变形的，就是不管分辨率多少精度是很高的，而遥感影像图那些它们的精度和分辨率是有关系的，而栅格数据它放大缩小就会变形的。那遥感影像图什么的用的应该是栅格数据吧，那么我们的土地管理与遥感影像图离不开的肯定要用栅格数据了。而那个图形输出后是不是美观的话我们土地管理就不会太注重这个，只要能够真实的反应土地的情况就好了。还有栅格数据的取值类型很多，课件上面列举了很多，而且图片不美观的话我们可以将图片进行处理呀，像我们每次都会对遥感影像图有个图像的预处理，校正、将低分辨率和多光谱融合之类的，这样也能够使图像美观一点。所以我选择栅格数据模型。 3.那个空间数据结构我选择栅格数据结构，因为栅格数据的编码方法多而且更简单，矢量结构的编码方法都比较复杂，处理起来麻烦那么花费的时间长，明显不利于我们土地管理要求信息的现势性，信息的共享性。栅格结构的属性明显，定位隐含，矢量结构的定位明显，属性隐含，矢量数据侧重于表示长度和面积。我们土地管理虽然要知道土地的面积与大小，但是其他方面的信息更重要，而不是仅仅大小面积，我们更侧重于其他的一些信息。我觉得栅格结构转为矢量结构比矢量结构转化为为栅格结构更容易一点吧。不过网络的定义上建立模型好像矢量结构更好一点的样子，应该这二种数据都要一起用上最好，不过要我选择一种我只有选择栅格结构了，这个我个人觉得优势更多，我比较有话写。 参考老师的课件和自己的了解来写的，有些也凭自己感觉写的不知道对不对。
ArcGIS林业图制作简要方法 ArcGIS是目前广泛使用的地理信息系统平台，隆阳区林业局2007年林改以来开始使用该软件对林业各方面进行画图操作，我通过地形图的扫描、栅格图像配准、矢量化数据的建立、编辑、小班属性数据的输入、地图版面设计等操作，简单介绍了林业地图制作的方法和步骤。 关键词：ArcGIS 林业制图 制作林业图传统的方式是利用photoshop、CAD等软件来实行，主要是利用软件的图形编辑文字处理和符号制作功能对林业用图进行操作，完全依赖于操作人员对软件的熟练程度。随着社会的发展，面对林业各类数据，老的制图方法图形与数据分离，没有一一对应关系，难以管理和动态分析，ArcGIS软件是一个全面的，可伸宿的GIS 平台，为用户提供了制图、编辑、矢量、栅格、测量分析等方面快捷的制图方法，该操作软件很好的弥补了以上软件的不足，被广泛应用于林业各类专题图的制作。 一．地理信息系统的定义 地理信息系统（简称GIS）是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、处理、存储、分析、显示、描述的技术系统。地理信息系统处理和管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图象数据、属性数据等，主要用于分析和处理一定地理区域内分布的
各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。ArcGIS是美国环境系统研究所开发的新一代GIS软件。 二．ArcGIS在林业中的应用 在林业方面被广泛应用于林业调查、林业规划设计、森林分类经营管理、森林资源信息管理、森林分类经营管理、森林限额采伐管理、更新造林管理等。 三．制图方法 3．1地形图扫描 将扫描仪与电脑连接，并正确安装扫描仪的驱动程序，然后将纸质地形图放在扫描仪进行扫描，注意为了减少误差，地形图在平展，不要有褶皱。尽量使用大幅面扫描仪。将扫描后的地形图保存为jpeg 格式或者tif格式，最好保存为tif格式，如果扫描仪只能扫描成jpeg 格式，就用photoshop软件将地形图转为tif格式。 3．2地形图配准 地形图扫描后没有坐标信息，无法进入地理信息系统软件中进行处理，对地形图进行校正，并将坐标信息加入到图中的步骤称为地形图配准。配准的方法如下： 1：打开Arcmap软件，选择新建一个新的空白文档，确定。 2：在内容列表中的“图层”上右击，执行“属性”命令，在数据框属性对话框中的“坐标系统”选项卡中选择位于“Predefined（预定义）－Projected Coordinate System”（投影坐标系统）－Gauss Kruger（高斯－克吕格系统）－BeiJing 1954（北京54）下的“BeiJing 1954 GK
第3章矢量数据与栅格数据的获取及处理 导读：GIS项目中费用最大的部分是数据库建设，即基础地理信息的获取与处理，这其中就包括矢量数据和栅格数据的获取与处理，例如遥感影像数据现已作为地理信息系统的重要数据来源。本章分别介绍了矢量数据的获取与处理以及栅格数据的获取与处理，以及他们的应用。并在最后一节介绍了矢栅一体化数据结构的基本概念。 3.1矢量数据的获取与处理方法 3.1.1矢量数据的概念 矢量数据（Vector Data）即在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位置的数据。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。 在计算机地图制图中，各地图图形元素在二维平面上的矢量数据表示为：点——用一对（x,y）坐标表示； 线——用一串有序的（x,y）坐标对表示； 面——用一串有序的但首尾坐标相同的（x,y）坐标对表示其轮廓范围。 地图数据与其他大多数由计算机处理的科学数据是极其不同的。大部分地图数据都是反映制图现象的地理分布，故具有定位的性质，也称这类地图数据为空间数据（或几何数据）。空间数据可反映点、线和面状物体的定位特性。还有一部分地图数据是用来描述制图现象的质量和数量特征，如哪是河流，哪是道路，哪是居民点以及它们的名称和其他有关的特征描述等，这类数据通常称之为属性数据。任何地图数据都有时间性，即现势性，这是显而易见的。 3.1.2几何数据的获取 几何数据是根据给定各要素相对位置或绝对位置的坐标来描述的。其获取的方法主要有：
1）由外业测量获得，如数字测图。野外实地测量等获取的数据可转换后直接进入GIS的地理数据库，以便于进行实时的分析和进一步的应用。GPS所获取的数据也是GIS的重要数据源。 2）由栅格形式的空间数据转换获得。栅格数据结构向矢量数据结构的转换又称为矢量化。如卫星测地、扫描数字化仪扫描、航摄像片等。可以用此类数据转化为矢量数据。 基于图像数据的矢量化方法： ①二值化：线画图形扫描后产生图像栅格数据，这些数据是按0~255的不同灰度值量度的，将这种256级不同的灰度压缩到2个灰度形成二值图，即0和1两级灰度图。 ②细化：细化是消除线画横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位置的单个栅格的宽度。对于栅格线画的细化方法，可分为“剥皮法”和“骨架法”。 ③跟踪：跟踪的目的是将细化处理后的栅格数据转化为从节点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储线段的坐标。跟踪时，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索下一个相邻点的位置，记录坐标，直到完成全部栅格数据的矢量化。 3）对现有地图跟踪数字化获得，将现有的地图图形离散化为数据。 跟踪数字化是目前应用最广泛的一种地图数字化方式，是通过记录数字化板上点的平面坐标来获取矢量数据的。其基本过程是：将需数字化的图件(地图、航片等)固定在数字化板上，然后设定数字化范围、输入有关参数、设置特征码清单、选择数字化方式(点方式和流方式等)，就可以按地图要素的类别分别实施图形数字化了。 由于跟踪数字化本身几乎不需要GIS的其它计算功能，所以跟踪数字化软件往往可以与整个GIS系统脱离开，因而可单独使用。