全球构架下如何构建矢量和栅格数据一体化.doc

全球构架下如何构建矢量-栅格一体化结构目前地理信息系统中所采用的数据结构主要有栅格和矢量两种按照传统的观念，人 们认为栅格数据与矢量数据是两类完性质全不同的数据结构栅格数据结构实际上就是象 元阵列，即象元按矩阵形式的集合栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单 元，其坐标位置可以用行号和列号确定网格中每个元素的代码代表了实体的属性或属性 的编码，根据所表示实体的表象信息差异，各象元可用不同的“灰度值”来表示矢量是 具有一定大小和方向的量,数学上和物理上也叫向量 线段长度表示大小，线段端点的顺 序表示方向有向线段用一系列有序特征点表示，有向线段集合就构成了图形而矢量数 据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合 在实际的应用中用中，栅格结构和矢量结构都有一定的局限性栅格数据结构简单， 图形运算速度快，但是难以实现拓扑和网络分析，一般适用于大范围小比例的自然资源、 环境、农业、林业、地质等区域问题的研究,以及城市总体规划阶段的战略性布局研究等； 矢量数据可以对实体的空间关系进行全面的描述，但结构复杂,而且当图层中包含很多空间 对象时,图形运算速度会非常慢，所以在城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等 方面，矢量模型比较合适。

当然，也可以把两种模型混合起来使用，在同一屏幕上同时显示两种方式的地图基 于以上考虑，GIS 的开发者和使用者研究出了这两类数据结构的相互转换技术，从而大大 提高地理信息系统软件的通用性，方便客户使用矢量与栅格一体化的概念也应运而生 我们知道对于面状实体，在基于矢量的 GIS 中，主要使用边界表达法；而在基于栅格的 GIS 中，一般用元子空间填充表达法对于线状实体，人们习惯使用矢量数据结构由此 人们联想到对于线状实体，除了用矢量方法表示以外，是否还能采用元子空间填充法来表 示假设在对一个线状目标进行数字化采集时，恰好在路径所经过的栅格内部获得了取样 点，这样的取样数据就具有矢量和栅格双重性质一方面，它保留了矢量的全部性质，以 目标为单元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓扑关系；另一方面，它建立了栅格与地 物的关系，即路径上的任一点都直接与目标建立了联系如此一来，无论是点状地物、线 状地物、还是面状地物均采用面向目标的描述方法，因而它可以完全保持矢量的特性；而 元子空间充填表达建立了位置与地物的联系，使之具有栅格的性质这就是矢量栅格数据 一体化数据结构从原理上说，这是一种以矢量的方式来组织栅格数据的数据结构。

目前矢量栅格一体化的应用已取得了多方面的进展，比如基于 GIS 的作物品质监测与 调优栽培系统集成研究，该数据结构也早已不仅仅局限于 GIS 的应用下面着重介绍基于 DEM 的实时洪水淹没模拟分析系统 基于 DEM 的实时洪水淹没模拟分析系统可根据用户输入的实时水文数据进行洪水淹没 模拟，确定淹没范围，并进行淹没区内各类损失的统计和评估该项应用的技术实现如下：1.首先确定系统的数据源数据源按类型划分可分为： （1）栅格数据：主要是数字高程模型(DEM)，包括局部范围的高精度、高分辨的 DEM 和大范围低精度、分辨率稍低的 DEM； （2）矢量数据：主要是一些基础地理信息，包括境界、水系、交通、居民地等信 息另外，根据本系统的特定需求增加了堤坝数据，包括一般位置信息、堤 坝名称和堤顶高程辅助信息，均存储在数据库中； （3）其它信息：包括一些景观图像、水文站信息和其他一些数据描述信息2．其次是矢量和栅格数据的一体化集成通过逻辑上的连接将数据有机地结合连接 过程分两层界面后台界面：即存储界面，两种被数据分别存放；前台界面：即显示分析 界面，两种数据结合并进行一体化显示和分析具体集成过程大致如下： （1）矢量和栅格数据的几何配准，即将来源不同的数据统一到共同的定位基础上；（2）矢量和栅格数据的一体化组织，主要以栅格数据为纽带实现矢量与栅格数据 的结合。

3. 确定洪水淹没范围方法有两种： （1） 平面模拟内涝地区、滞洪区和小范围地区的水面可近似看作水平面首先,创 建一个与 DEM 等大的专门存储淹没信息的三维判别图像，每个像元与 DEM 格网点一一对应 并全部赋值为 0；再将区域内所有小于该水位高程的格网点置为 1，标注其为可能淹没区； 最后，根据用户标注，剔除与实际淹没区不连通的区域并将其对应格网点置为 2，得到实 际淹没范围由此，图像中的未淹区、可能淹没区和实际淹没范围就被区分出来了 （2） 曲面模拟大区域的水面为复杂的曲面，一般将洪水在特定河段内简化为一 斜平面，再根据水文站提供的水位，用曲面拟合算法拟合出洪水表面曲面用此曲面切割 DEM，并将区域内所有高程低于此曲面的格网点置一特殊值以得到实际淹没区之后同平面 模拟相同4．最后进行洪水淹没损失统计、分析该过程在信息系统的支持下进行 （1） 所依据的数据：基础地理信息和各类社会经济背景数据； （2） 统计结果：淹没面积、蓄水容量、淹没区内的居民地、公路、铁路及行政境 界等地理信息，以及社会经济背景数据 根据一系列分析算法，可以获得不同水位或水文数据下的各类统计结果，根据它们能 得到各种情况下可能造成的直接经济损失以为最佳指挥方案的选取提供科学依据。

该系统采用先进的矢栅一体化技术将两种不同性质的数据有机和谐地结合为一体， 不同性质的数据可以一体化放大、缩小、漫游，在信息表达方面充分发挥了各自的优势又 可互为补充，使系统能够快速、有效地运行，现已成为湖北省政府防汛气象信息服务系统 的一部分该系统还可应用于其他区域，只要拥有更加详尽的背景数据，如基础地理数据、 详细社会经济背景数据(人口、人均收入、工农业产值、重要设施分布等)和各类专业实时 数据(如水文、水利资料等)，就可在全球构架下建立矢栅一体数据结构，进行任意地区的 洪水淹没模拟分析 由上例我们可以看出，单独基于栅格数据模型或者单独基于矢量数据模型对信息的表 达难免存在不足而随着科技发展，新一代集成化的地理信息系统，要求能够统一管理图 形数据、属性数据、影像数据和数字高程模型(DEM)数据，即四库合一自此，矢栅一体化 集成就成为了地理信息技术发展的趋势和必然参考文献：[1]地理信息系统原理与方法（第二版）,吴信才, 电子工业出版社[2]采用矢栅一体化技术的洪水淹没模拟分析系统, 常燕卿 张福浩, 中国测绘科学研究院[3]基于矢栅混合数据模型的土地适宜性评价研究, 刘 伍 李满春 刘永学 毛 亮, 长江流域资源与环境, 2006 第 25 期[4]矢栅数据一体化存储技术研究, 何嘉珈, 东莞市国土资源局。