ArcGIS空间数据：矢量和栅格数据结构详解

Posted 2021-05-22 刘一哥GIS

文章目录

• 矢量数据结构
• • 矢量数据简介
  • Shapefile矢量格式
• 栅格数据结构
• • 地理数据库中的栅格
  • 栅格管理策略
  • 栅格数据的地理属性
  • 栅格的地理属性通常包括
  • 地理数据集中的栅格块表
  • 实体栅格表示

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矢量数据结构

矢量数据简介

基于矢量数据模型的数据结构简称矢量数据结构，是通过记录实体坐标及其关系来表示点、线、面等地理实体。

矢量数据结构按其是否明确表示地理实体间的空间关系，分为实体数据结构和拓扑数据结构两大类。

Shapefile矢量格式

ESRI Shapefile（shp），或简称shapefile，是美国环境系统研究所公司（ESRI）开发的一种空间数据开放格式。[1]该文件格式已经成为了地理信息软件界的一个开放标准，这表明ESRI公司在全球的地理信息系统市场的重要性。Shapefile也是一种重要的交换格式，它能够在ESRI与其他公司的产品之间进行数据互操作。
Shapefile文件用于描述几何体对象：点，折线与多边形。例如，Shapefile文件可以存储井、河流、湖泊等空间对象的几何位置。除了几何位置，shp文件也可以存储这些空间对象的属性，例如一条河流的名字，一个城市的温度等等。

必须的文件:

.shp— 图形格式，用于保存元素的几何实体。
.shx— 图形索引格式。几何体位置索引，记录每一个几何体在shp文件之中的位置，能够加快向前或向后搜索一个几何体的效率。
.dbf— 属性数据格式，以dBase IV的数据表格式存储每个几何形状的属性数据。

其他可选的文件：

.prj— 投帧式，用于保存地理坐标系统与投影信息，是一个存储well-known text投影描述符的文本文件。
.sbnand.sbx— 几何体的空间索引
.fbnand.fbx— 只读的Shapefiles的几何体的空间索引
.ainand.aih— 列表中活动字段的属性索引。
.ixs— 可读写Shapefile文件的地理编码索引
.mxs— 可读写Shapefile文件的地理编码索引(ODB格式)
.atx—.dbf文件的属性索引，其文件名格式为shapefile.columnname.atx(ArcGIS 8及之后的版本)
.shp.xml— 以XML格式保存元数据。
.cpg— 用于描述.dbf文件的代码页，指明其使用的字符编码。

栅格数据结构

结构是以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构，其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。换句话说，栅格数据结构就是像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码 。

栅格数据集通过将世界分割成在格网上布局的离散方形或矩形像元来表示地理要素。每个像元都具有一个值，用于表示该位置的某个特征，例如温度、高程或光谱值。

栅格数据集常用于表示和管理影像、数字高程模型及许多其他现象。通常，栅格是用于表示点、线和面要素的一种方法。在下面的示例中，可以看到如何将一系列面表示为栅格数据集。

栅格可用于表示所有地理信息（要素、影像和表面），并且具有丰富的分析地理处理运算符。除了在 GIS 中作为保存影像的通用数据类型外，栅格还经常用于表示要素，从而允许在基于栅格的建模和分析中使用所有地理对象。

地理数据库中的栅格

栅格是以行列排列的一组像元，是 GIS 中经常使用的数据集。用户通常使用多个栅格文件，然而随着 DBMS 中其他地理信息的增加，许多用户已看到不断增长的栅格数据管理需求。文件和企业级地理数据库均提供了非常有效的栅格数据管理方式。

栅格管理策略

栅格的以下两种数据管理策略非常重要：

• 栅格提供 - 让栅格数据集在 GIS 中迅速“发挥作用”意味着最有可能按数据集原样使用，通常为一系列栅格文件的形式。这可以是一系列独立文件，或者使用类似 ArcGIS Image Server 的技术来管理这些现有数据集并将这些数据集用作集合。
• 地理数据库中的栅格 - 当希望管理栅格、添加行为和控制方案；希望将一组定义良好的栅格数据集作为 DBMS 的一部分进行管理；需要获得高性能而不丢失内容和信息（无压缩）；以及想要一个数据架构用于管理所有内容时，该策略非常有用。

栅格数据的地理属性

通常为所有栅格数据集记录四种地理属性。这些属性对于地理参照非常有用，可帮助解释栅格数据文件的构造方式。理解此概念相当重要：有助于您了解栅格在地理数据库中的存储和管理方式。

栅格数据集具有定义地理位置的特殊方法。一旦可以精确地对像元或像素进行地理配准，就可以轻松获得栅格中所有像元值的有序列表。这意味着每个栅格数据集通常都具有一个保存其地理属性的标头记录，而内容正文仅是像元值的有序列表。

栅格的地理属性通常包括

所在坐标系
参考坐标或 x,y 位置（通常在栅格左上角或左下角）
像元大小
行计数和列计数
可以使用此信息查找任何特定像元的位置。通过获得此信息，栅格数据结构按顺序（从左上角像元沿每一行至右下角像元）列出所有像元值，如下图所示。

地理数据集中的栅格块表

栅格数据大小通常比要素大得多，因此需要端表以存储数据。例如，典型的正射影像具有多达 6700 行及 7600 列（超过 5 千万个像元值）。

为了在使用这些较大栅格数据集时获得高性能，可将地理数据库栅格分割成较小分块（称为块），其典型大小约为 128 行 x 128 列或 256 x 256。随后这些较小的块将保存在每个栅格的端表中。每个单独的分块都保存在块表的单独的行中，如下所示。

这种简单结构意味着必要时仅需提取一定范围内的块，而无需提取整个影像。此外，可以在同一个块表中存储和管理用于构建栅格金字塔的重采样块与附加行。

这使得在 DBMS 中管理庞大的栅格成为可能，从而实现非常高的性能，并提供多用户安全访问。

实体栅格表示

• 点实体：表示为一个像元；
• 线实体：表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合；
• 面实体：表示为聚集在一起的相邻像元集合。