1.栅格数据结构的概念
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。如图2-13所示，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物则用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。任何以面状分布的对象（土地利用、土壤类型、地势起伏、环境污染等），都可以用栅格数据逼近。遥感影像就属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级。矢量数据与栅格数据表示见图2-14。
图2-13 点、线、面数据的矢量与栅格表示
图2-14 矢量数据与栅格数据表示
（a）矢量结构；（b）栅格结构
2.栅格数据结构的特点
栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在网格文件的存贮结构中，在后面讲述栅格结构编码时可以看到，每个存贮单元的行列位置可以方便地根据其在文件中的记录位置得到，且行列坐标可以很容易地转为其他坐标系下的坐标。在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码，如果为属性的编码，则该编码可作为指向实体属性表的指针。由于栅格行列阵列容易为计算机存储、操作和显示，因此这种结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎，许多系统都部分和全部采取了栅格结构。栅格结构的另一个优点是，特别适合于FORTRAN、BASIC等高级语言作文件或矩阵处理，这也是栅格结构易于为多数GIS设计者接受的原因之一。
3.栅格数据的获取途径
栅格结构数据主要可由四个途径得到，即
（1）目读法。在专题图上均匀划分网格，逐个网格地决定其代码，最后形成栅格数字地图文件。(www.xing528.com)
（2）矢量数字化。数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢量结构数据后，再转换为栅格结构。
（3）扫描数字化。逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样和再编码得到栅格数据文件。
（4）分类影像输入。将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统，作为栅格数据结构的专题地图。
在转换和重采样时，需尽可能保持原图或原始数据精度，通常有两种办法：
第一，在决定栅格代码时尽可能保持地表的真实性，保证最大的信息容量，如图2-15所示为一块举行的地表区域，其内部含有A、B、C三种地物类型，O点位于中心，将这个矩形区域近似地表示为栅格结构的一个栅格单元时，可根据需要，采取如下方案之一决定该栅格单元的代码。
（1）中心点法。是将栅格中心点的值作为本栅格元素的值，既用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码。如图2-15所示的矩形区域中，中心点O落在代码为C的地物范围内，按中心点法的规则，该矩形区域相应的栅格单元的代码应为C，中心点法常用于具有连续分布特性的地理要素，如降雨量分布、人口密度图等。
（2）面积占优法。是把栅格中占有最大面积的属性值定为本栅格元素的值。如图2-15所示，显示B类地物所占面积最大，故相应栅格代码定为B，面积占优法常用于分类较细、地物类别斑块较小的情况。
（3）百分比法。根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码。如可记面积最大的两类AB，也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。
（4）重要性法。往往突出某些主要属性，对于这些属性，只要在栅格中出现，不管所占比例大小，就把该属性作为本栅格元素的值，即根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码。在图2-15中，假设A类为重要的地物类型，即A类比B类和C类更为重要，则栅格单元的代码应为A。重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是点、线状地理要素，如城镇、交通枢纽、交通线、河流水系等，在栅格中代码应尽量表示这些重要地物。
图2-15 栅格单元代码
第二，缩小单个栅格单元的面积，即增加栅格单元的总数，行列数也相应地增加。这样，每个栅格单元可代表更为精细的地面矩形单元，混合单元减少。混合类别和混合的面积都大大减小，可以大大提高量算的精度；接近真实的形态，表现更细小的地物类型。然而增加栅格个数、提高数据精度的同时也带来了一个严重的问题，那就是数据量的大幅度增加，数据冗余严重。为了解决这个难题，已发展了一系列栅格数据压缩编码方法，如游程长度编码、块码和四叉树码等。
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