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矢量与栅格数据模型

点线面与属性表、拓扑、像元与分辨率、重采样,以及矢量与栅格各自的适用场景。

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一句话

矢量描述「离散对象」,栅格描述「连续场」;选错模型,后面的分析会一路别扭。

1. 矢量模型

基本几何(OGC Simple Features):

类型例子
Point / MultiPoint井、基站、POI
LineString / MultiLineString道路、河流、管线
Polygon / MultiPolygon行政区、地块、湖泊

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每个要素带一张属性表(一行记录)。面可以有洞:外环 + 若干内环(GeoJSON 里是 coordinates 的第一组与后续组)。

拓扑:在拓扑模型里,相邻面的公共边界只存一次,改一条边两边同步更新;在「意大利面条」模型(Shapefile/GeoJSON)里,每个面各自存一遍边界,容易出现缝隙与重叠。

2. 栅格模型

栅格 = 规则网格,每个像元存一个(或多个)值。

像元大小 (resolution)  → 10 m
行列号 (row, col)      → 第 3 行第 5 列
仿射变换 (geotransform)→ 行列号 ↔ 地图坐标
nodata                 → 该像元无数据
波段 (band)            → 多光谱影像的多个通道

要点:

  1. 分辨率 ≠ 精度。10 m 分辨率表示像元边长 10 m,不代表定位误差 10 m。
  2. 分类栅格(土地利用、掩膜)重采样必须用最近邻(nearest),双线性会造出「不存在的类别」。
  3. 连续栅格(高程、温度、影像)可以用双线性/三次卷积。
  4. 像元是面积采样,不是点采样:一个像元的值通常代表该范围的平均/主导属性。

3. 怎么选

需求更合适
精确边界、网络分析、属性查询、制图符号化矢量
高程/温度/降雨等连续场、遥感影像、栅格代数运算栅格
大面积叠加统计(如缓冲区内的平均坡度)栅格(zononal statistics)
拓扑一致性要求高(地块、管线)拓扑矢量

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DTM/DEM/DSM 都是栅格:DEM 是地表高程模型,DSM 含建筑与植被,DTM 是裸地面。

4. 空间索引

无论矢量还是栅格,数据一大就不能逐条算。常见索引:

  • R-tree / GiST(PostGIS 默认):按最小外接矩形(bbox)组织,先用 && 做粗筛,再做精确几何判断。
  • 四叉树 / 网格:把空间切成桶。
  • 瓦片金字塔:栅格/矢量瓦片用多级分辨率加速显示。

索引只加速「空间筛选」,不会让错误的 CRS 变正确。

延伸阅读

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引用来源见 docs/RESOURCES.md