栅格数据地理信息系统Raster GIS关键技术分析文档格式.docx

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吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林,长春,130026

【正文语种】中文

【中图分类】工业技术

第24卷第3期2007年3月计算机应用与软件ComputerApplicationsandSoftwareVol.24,No.3Mar.2007栅格数据地理信息系统（RasterGIS）关键技术分析湛邵斌陈圣波李远华程彬轩义华（吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026）摘要数据是地理信息系统的基础，强大的地理信息分析功能对地图数据有很高的要求。

国内外太多数应用型地理信息系统都是基于矢量地图数据格式的。

这样的系统在提供便利操作的同时，增加了系统开发成本和开发周期。

如果建立基于栅格数据的地理信息系统，芬需要数字化编辑处理地图数据，节省了矢量化数据的成本，并且地图显示更为形象、直观。

在分析栅格数据和矢量数据的基础上，探讨了基于栅格数据的地理信息系统体系框架，并就基于栅格数据的地理信息系统开发中的基本地图操作、属性查询、地图分析等关键技术进行研究，提出了一些思路和解决办法。

同时，将该技术成功应用到军事演习系统中，取得了良好的效果。

关键词地理信息系统栅格数据数据模型.KEYTECHNIQUESTODEVELOP岛IBNTOFARASTERDATA-BASEDGISZhanShaobinChenShengboLiYua出uaChengBinXuanYihua（CollegeofGe=plorationof&

ienceandTechnology,JilinUnivers时，ChαngchunJilin130026,China）AbstractDataisthebasementofgeographicinformationsystem（GIS）,whichisclassifiedintorasterandvectordata.Currently,mostofGIS缸ebasedonthevectordatamodelintheworldsuch出at由eyareconvenienttooperate,butwitharisingcostandalongperiodofdevelopment.Am阳，data-b凶edGISisdevelopedandoperatedbasedonsomem阳map机也outvectorir也thusitismoreclearandvisual.ArasterGISsystemframeispresentedbyanalyzingthesetwodatamodel.Andsomekeytechniquestodeveloparasterdata-basedGIS,suchasmapoperate,attributeque巧，mapanalysis,andsoon,aresolvedinthisstudy.Atthes缸netime,anapplicationsystemaboutW缸gameisdevelopedsuccessfullyandeffectivelybasedonthesetechniquesoftherasterdata-basedGIS.KeywordsGeo伊phicinformationsystem（GIS）RasterdataDatamodel。

引士一同地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）是一种具有采集空间数据并存储、管理、分析与表现空间信息的计算机系统。

采用GIS技术使高效管理具有空间分布特征的原始数据及其制图输出成为可能，并逐步成为现代企业管理和政府决策的有力助手［1,2）。

数据则是地理信息系统的基础山，在现有的系统开发设计中，投入成本最大的就是数据处理，其投入费用占系统建立和维护的70%以上。

从应用的角度来看，近几年GIS的应用领域不断扩大，出现了大量成熟的商业GIS平台，空间数据的建设越来越受到重视。

基于空间数据基础设施的建设，人们开始了空间数据共享和互操作的研究［付。

但是多种数据格式的互相转换，均需要以栅格图像矢量化为前提。

在矢量化过程中，必然导致部分细微信息的缺失，数据转换误差等空间数据的不确定性问题［l）。

如何解决数据处理的高成本，减少项目周期，更多的恢复数据固有信息，已成为地理信息系统发展的至关重要问题。

采用栅格图像，取消矢量化数据的步骤是对GIS数据发展的一个尝试，目前国内仍没有相关的技术及应用。

通过对计算机数据结构及遥感图像处理等多方面的经验借鉴，融合了其它领域内的相关技术，适时应用到地理信息系统方面进行开发研制，由此积淀了一些基于栅格数据的地理信息系统技术体系，并得到了应用实践。

1基于栅格数据的地理信息系统根据地理信息系统所采用的数据类型，可以将地理信息系统分为基于矢量数据的地理信息系统（简称矢量地理信息系统，VectorGIS）、基于栅格数据的地理信息系统（简称栅格地理信息系统，RasterGIS）、以及基于1昆合数据的地理信息系统。

矢量数据是用方向和大小来综合表示目标形式描述的对象，如AutoCAD、Arc/Info、CorelDraw、MapGIS等软件所绘制的矢量图形。

基于矢量数据的地理信息系统，是指系统所利用的数据模型以矢量数据为主，在矢量数据基础上实现地理信息系统的功能。

栅格数据是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像［6]•常见的数据有TIFF,BMP、PCX,JPEG等格式的数据。

基于栅格数据的地理信息系统，是指系统所利用的数据模型以栅格数据为主，基于栅格数据实现地理信息系统的功能。

矢量数据是通过记录坐标的方式来表达地理实体，多数以栅格影像图为蓝本。

在矢量GIS空间数据库中，采用拆线元简化曲线形式。

由于组成拆线的单元要素在采集和处理过程中存收稿日i朔：

2006-02-220基金项目：

国家自然科学基金项目（编号：

物471086）。

湛邵斌，博士生，主研领域·

地理信息系统设计与开发，网格计算等。

第24卷第3期2007年月计算机应用与软件ComputerApplicationsandSoftwareVol.24,No.3Mar.2007栅格数据地理信息系统（RasterGIS）关键技术分析湛邵斌陈圣波李远华程彬轩义华（吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130026）摘要数据是地理信息系统的基础，强大的地理信息分析功能对地图数据有很高的要求。

如果建立基于栅格数据的地理信息系统，芬需要数字化编辑处理地图数据，节省了矢量化数据的成本，并且地图显示更为形象、直观。

在分析栅格数据和矢量数据的基础上，探讨了基于栅格数据的地理信息系统体系框架，并就基于栅格数据的地理信息系统开发中的基本地图操作、属性查询、地图分析等关键技术进行研究，提出了一些思路和解决办法。

关键词KEYTECHNIQUESTODEVELOP岛IBNTOFARASTERDATA-BASEDGISZhanShaobinChenShengboLiYua出uaChengBinXuanYihua（CollegeofGe=plorationof&

ienceandTechnology,JilinUnivers时，ChαngchunJilin130026,China）Dataisthebasementofgeographicinformationsystem（GIS）,whichisclassifiedintorasterandvectordata.Currently,mostofGIS缸ebasedonthevectordatamodelintheworldsuch出at由eyareconvenienttooperate,butwitharisingcostandalongperiodofdevelopment.Am阳，data-b凶edGISisdevelopedandoperatedbasedonsomem阳map机也outvectorir也thusitismoreclearandvisual.ArasterGISsystemframeispresentedbyanalyzingthesetwodatamodel.Andsomekeytechniquestodeveloparasterdata-basedGIS,suchasmapoperate,attributeque巧，mapanalysis,andsoon,aresolvedinthisstudy.Atthes缸netime,anapplicationsystemaboutW缸gameisdevelopedsuccessfullyandeffectivelybasedonthesetechniquesoftherasterdata-basedGIS.Geo伊phicinformationsystem（GIS）RasterdataDatamodel地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）是一种具有采集空间数据并存储、管理、分析与表现空间信息的计算机系统。

采用GIS技术使高效管理具有空间分布特征的原始数据及其制图输出成为可能，并逐步成为现代企业管理和政府决策的有力助手［1,2）。

数据则是地理信息系统的基础山，在现有的系统开发设计中，投入成本最大的就是数据处理，其投入费用占系统建立和维护的70%以上。

从应用的角度来看，近几年GIS的应用领域不断扩大，出现了大量成熟的商业GIS平台，空间数据的建设越来越受到重视。

基于空间数据基础设施的建设，人们开始了空间数据共享和互操作的研究［付。

但是多种数据格式的互相转换，均需要以栅格图像矢量化为前提。

在矢量化过程中，必然导致部分细微信息的缺失，数据转换误差等空间数据的不确定性问题［l）。

如何解决数据处理的高成本，减少项目周期，更多的恢复数据固有信息，已成为地理信息系统发展的至关重要问题。

采用栅格图像，取消矢量化数据的步骤是对GIS数据发展的一个尝试，目前国内仍没有相关的技术及应用。

通过对计算机数据结构及遥感图像处理等多方面的经验借鉴，融合了其它领域内的相关技术，适时应用到地理信息系统方面进行开发研制，由此积淀了一些基于栅格数据的地理信息系统技术体系，并根据地理信息系统所采用的数据类型，可以将地理信息系统分为基于矢量数据的地理信息系统（简称矢量地理信息系统，VectorGIS）、基于栅格数据的地理信息系统（简称栅格地理信息系统，RasterGIS）、以及基于1昆合数据的地理信息系统。

矢量数据是用方向和大小来综合表示目标形式描述的对象，如AutoCAD、Arc/Info、CorelDraw、MapGIS等软件所绘制的矢量图形。

基于矢量数据的地理信息系统，是指系统所利用的数据模型以矢量数据为主，在矢量数据基础上实现地理信息系统的功能。

栅格数据是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像［6]•常见的数据有TIFF,BMP、PCX,JPEG等格式的数据。

基于栅格数据的地理信息系统，是指系统所利用的数据模型以栅格数据为主，基于栅格数据实现地理信息系统的功能。

矢量数据是通过记录坐标的方式来表达地理实体，多数以栅格影像图为蓝本。

在矢量GIS空间数据库中，采用拆线元简化曲线形式。

由于组成拆线的单元要素在采集和处理过程中存收稿日i朔：

国家自然科学基金项目（编号：

地理信息系统设计与开发，网格计算等。

第3期湛邵斌等：

栅格数据地理信息系统（RasterGIS）关键技术分析19在着定位误差，从而导致了曲线要素的定位误差，影响了数据的精确性。

同时，受条件限制，矢量图无法细化栅格影像中的所有信息。

国内从事图像矢量化的人员难以具备高等的专业素质，往往会忽略一些细微信息。

栅格地图，可以凭借航测数据为基础，将所得信息全部显示在地图上供决策者使用。

其本身也符合普通用户操作习惯，空间分析和地理现象的模拟均比较容易，视觉感亲切，有利于与遥感数据的匹配应用和分析。

另外，利用栅格地图数据进行操作，一些影像图可直接利用，节省了数据处理的时间。

当系统开发工期短，任务急，在无法获取矢量图情况下，以图像格式进行GIS操作，大大缩短了系统开发时间，而且输出方法快速。

然而，栅格图像以像素为单位，图像作为一个整体，投影转换比较困难，难以按类进行各种地物的区分，无法进行标注和属性查询。

同时，栅格图像不存在图层的概念，数据结构不紧凑，不利于图形修改及网络分析，这也在一定程度上减弱了GIS的功能。

2RasterGIS开发的关键技术基于栅格数据的地理信息系统设计和开发中，基本地图操作、属性查询、地图分析等模块是必然要考虑实现的地理信息系统基本功能。

针对栅格数据的特点，为实现地理信息系统的这些功能，分别采用了画布、链表、图像非监督分类等技术。

2.1画布技术在很多程序设计语言中都有画布的概念。

应用程序中绘制图形，应该在图形对象（如Form,lmage等）的画布中绘制，而不是直接在对象中绘制。

画布是图形对象的属性，同时它本身又是对象。

TCanvas对象是一个用于绘图的表面，在这个区域上，程序可实现各种绘图功能，很多部件（如TIMage,TMemo）的Canvas属性就是TCanvas对象。

TCanvas的Brush、Pen,Font属性分别是Thrush、Tpen、TFont对象，分别用于定义绘制图形的风格（7］。

画布对象的一个主要优点是能够有效地处理资源并且能管理设备场境，当在控件的画布上绘图，该图就会立即显示。

这样，在应用程序中，可以用相同的方法在屏幕、打印机、位图或者图元文件中绘图。

对于栅格图像来说，没有图层概念，所进行的图形操作记录都可以暂时绘制在窗体的画布上。

当窗体刷新时，为了保留这些标注，用链表进行临时存储，在内存中记录各种图形操作数据，并将其属性值通过数据库存储、调用、读写操作。

下次打开程序时，标注仍然存在。

栅格图像在程序中，其坐标系不是笛卡尔坐标，而是屏幕坐标，即以屏幕左上角为坐标原点，必须进行坐标转换。

同时，标注点是画在窗体的CANVAS上的，没有坐标的概念，或者说坐标不等同于底图的坐标。

当底图位置移动或者缩放后，标注坐标仍保持不变，这就产生了标注和图形脱离的情况。

为了避免这种情况发生，在进行地理底图变化时，我们要重新在CANVAS上绘画。

标注的坐标变化，只在程序中改变，数据库里存储的数据坐标值与比例无关，只记录某一比例下屏幕原始坐标中的固定数据，以防止坐标数据的不确定性和实时修改数据的大流量操作。

同时，为了标注准确，在标注时以标注中心点为基准点放射状展开。

绘制箭头标注代码如下：

arrow（op.X,op.Y,cp.x,cp.Y,self.canv筒，1）;

elBox.X:

=round（（imgX+（cp.X+op.X）/2）/ARate[Scale]）;

Se!

Box.Y:

=round（（imgY+（cp.Y+op.Y）/2）/ARate[Scale]）;

SelBox.RI:

=Round（（cp.x-op.x）/2）;

Se!

Box.R2:

=Round（（cp.Y-op.Y）/2）;

2.2地图缩披技术矢量图缩放函数和栅格图存在差异。

矢量图直接可以对要素进行比例因子的缩放，栅格图像需要操作的是每一个像素。

因此，对栅格地图进行放大缩小操作时，不能采用传统意义上的比例缩放，而是以数组的格式进行单独的读图和缩放操作。

矢量图：

Img.height:

=img.height*scale;

img.weight:

=img.height*scale;

栅格图：

img[i].height:

=img.y+height*scale;

img[i].weight:

=img.x+height*scale;

这样，对像素操作后，要重新排列坐标并进行组合，显示在系统界面上。

同时，计算地图缩放前的屏幕坐标与当前坐标的转换函数，使相应在图上所标注的地物点重新定位。

在进行地图打印时，要注意到窗体CANVAS上绘制的各种地物点。

在链表中读取、校对坐标。

然后利用报表打印工具进行预览显示。

并可根据需要，打印各种比例图幅及地图要素。

2.3链表技术标注的添加、修改、查询、删除都是通过对链表的控制（8.9]进行的。

加载窗体时，从数据库中读取记录集，将相关数据写入链表中，每新画一个标注，链表自动生成下一个，并在内存中取得地址，等待下一次地址分配。

查找时先用鼠标定位的位置，在MOUSEDOWN事件下记录该点坐标；

然后，从链表中搜索。

由于链表不记录上一级链的内存地址，所以每次查找必须从链头开始，通过一个循环语句，从链表顶端开始往下循环，记录当前链的位置和上一级链的位置。

利用鼠标在屏幕上选取的坐标系来找到所选链。

找到要选择的链后，取得索引号，在数据库中进行属性信息查询。

如要删除则在数据库中删掉这些记录，并释放掉该地址的内存，同时将上级链的阳XTBOX指向链表的下一级，也就是说删除后要把链依旧接好（如图1）。

链表中各信息在窗体关闭后，自行按字段往数据库中进行提交存储。

与矢量不同，栅格GIS在数据库中存储的字段除了要包括所绘制标注的属性信息外，还要记录图形形状和位置信息等，在读取时通过链表能够分配序号来唯一获取。

1•地雄查巴旦旦」拽.-------L一『标I$4踊2315I注二二二五二l拍惘睛”“删除标注」一τ「~－＇＼［.细标注h…「「础〔压亟E图l链表操作2.4网络传输技术在BIS或C/S结构的GIS系统中，均要从服务楼上读取地图数据。

栅格数据相对来说体积庞大，整体性很强，要实时发送客户端当前所操作的图像，数据量大，速度必然会出现问题。

因为栅格数据结构实际上就是每个像元位置由行列确定的像元阵湛邵斌等：

栅格数据地理信息系统（RasterGIS）关键技术分析在着定位误差，从而导致了曲线要素的定位误差，影响了数据的精确性。

同时，受条件限制，矢量图无法细化栅格影像中的所有信息。

国内从事图像矢量化的人员难以具备高等的专业素质，往往会忽略一些细微信息。

栅格地图，可以凭借航测数据为基础，将所得信息全部显示在地图上供决策者使用。

其本身也符合普通用户操作习惯，空间分析和地理现象的模拟均比较容易，视觉感亲切，有利于与遥感数据的匹配应用和分析。

另外，利用栅格地图数据进行操作，一些影像图可直接利用，节省了数据处理的时间。

当系统开发工期短，任务急，在无法获取矢量图情况下，以图像格式进行GIS操作，大大缩短了系统开发时间，而且输出方法快速。

然而，栅格图像以像素为单位，图像作为一个整体，投影转换比较困难，难以按类进行各种地物的区分，无法进行标注和属性查询。

同时，栅格图像不存在图层的概念，数据结构不紧凑，不利于图形修改及网络分析，这也在一定程度上减弱了的功能。

2RasterGIS开发的关键技术基于栅格数据的地理信息系统设计和开发中，基本地图操作、属性查询、地图分析等模块是必然要考虑实现的地理信息系统基本功能。

针对栅格数据的特点，为实现地理信息系统的这些功能，分别采用了画布、链表、图像非监督分类等技术。

2.画布技术在很多程序设计语言中都有画布的概念。

应用程序中绘制图形，应该在图形对象（如Form,lmage等）的画布中绘制，而不是直接在对象中绘制。

画布是图形对象的属性，同时它本身又是对象。

TCanvas对象是一个用于绘图的表面，在这个区域上，程序可实现各种绘图功能，很多部件（如TIMage,TMemo）的Canvas属性就是TCanvas对象。

TCanvas的Brush、Pen,Font属性分别是Thrush、Tpen、TFont对象，分别用于定义绘制图形的风格（7］。

画布对象的一个主要优点是能够有效地处理资源并且能管理设备场境，当在控件的画布上绘图，该图就会立即显示。

这样，在应用程序中，可以用相同的方法在屏幕、打印机、位图或者图元文件中绘图。

对于栅格图像来说，没有图层概念，所进行的图形操作记录都可以暂时绘制在窗体的画布上。

当窗体刷新时，为了保留这些标注，用链表进行临时存储，在内存中记录各种图形操作数据，并将其属性值通过数据库存储、调用、读写操作。

下次打开程序时，标注仍然存在。

栅格图像在程序中，其坐标系不是笛卡尔坐标，而是屏幕坐标，即以屏幕左上角为坐标原点，必须进行坐标转换。

同时，标注点是画在窗体的CANVAS上的，没有坐标的概念，或者说坐标不等同于底图的坐标。

当底图位置移动或者缩放后，标注坐标仍保持不变，这就产生了标注和图形脱离的情况。

为了避免这种情况发生，在进行地理底图变化时，我们要重新在CANVAS上绘画。

标注的坐标变化，只在程序中改变，数据库里存储的数据坐标值与比例无关，只记录某一比例下屏幕原始坐标中的固定数据，以防止坐标数据的不确定性和实时修改数据的大流量操作。

elBox.X:

=round（（imgX+（cp.X+op.X）/2）/ARate[Scale]）;

=round（（imgY+（