Растровые и векторные данные в ГИС – в чем разница?

Мир ГИС состоит из пространственных данных, и их так много, что в них бывает сложно разобраться. Понимание ГИС нужно начать с рассмотрения форматов векторных и растровых данных.

Векторные данные – это тип географических данных, в котором информация хранится в виде набора точек, линий или полигонов, а также атрибутивных данных этих объектов.

Растровые данные – тип географических данных, в котором информация хранится в виде сетки из пикселей регулярного размера, и атрибутивные данные присвоены каждому пикселю.

Эти два типа данных отличаются по своей внутренней структуре, по операциям, которые можно выполнять с ними, а также по внешнему виду. Ниже – пример одной территории в растровом и векторном виде.

Первая карта представляет собой растровый спутниковый снимок небольшого поселка. Вторая — состоит из тематических векторных слоев, объединенных вместе в одну карту. И векторная, и растровая карта хорошо визуализируют пространственную информацию: форму объектов, цвет и отношение. В чем разница между растром и вектором?

Векторные данные хранят геоданные в отдельных точках с координатами x,y. Две или более такие точки в пространстве могут объединяться в геометрические фигуры – векторные объекты. Отдельная вершина представляет собой точку, а две или несколько вершин вместе образуют линию или полигон.

Растровые данные представляют геопространственную информацию как набор пикселей в строках и столбцах. Каждая ячейка хранит свое значение. Значение ячейки может быть положительным или отрицательным числом, или же значением "нет данных".

Вот некоторые варианты геометрических объектов, из которых могут состоять векторные слои:

Точка – это одиночная пара координат x,y, представляющая определенный единичный объект: например, город или здание.

Представление объекта в виде точки во многом зависит от масштаба, типа объекта, а также от удобства. Например, на мелкомасштабной карте город может быть представлен в виде точки, но на крупномасштабной карте он изображается в виде полигона.

Линия – это набор связанных координат x,y, представляющих линейный объект, например, дорогу или реку. Полилинией называется замкнутый линейный объект.

Полигон – это замкнутый набор координат x,y, определяющий площадной объект, например, регион или озеро.

Информация о характеристиках всех векторных объектов хранится в таблице атрибутов. В полигональном слое у вас может быть несколько озер, и в таблице атрибутов для каждого может быть указано название, площадь и максимальная глубина. То же самое и с точками и линиями – любая информация о них может быть записана как признаки отдельных объектов.

Чаще всего в векторном слое вы встретите один тип геометрии – например, только точечные или только линейные объекты. Есть исключения, но в тех случаях, когда в векторном слое несколько типов геометрии, это усложняет анализ и визуализацию.

Типичные пространственные процессы для растровых данных включают, например, классификацию снимков на регионы с отдельными характеристиками, выделение зон и объектов на изображении. Часто используется и анализ поверхностей цифровых моделей рельефа: распространенные операции, такие как расчет уклона и экспозиции склона, пригодятся в экологии, гидрологии и в строительстве.

Операции при работе с векторными данными включают создание новых точек, линий или полигонов, а также разделение, объединение или удаление существующих объектов, их редактирование и обновление. Векторные данные можно выделять на основе их характеристик и пространственного расположения: например, можно выбрать все участки в городе, которые имеют определенное значение плотности застройки, выделить все пятиэтажки или выбрать все скамейки в пределах определенного расстояния от заданной точки.

Чтобы создать файл с векторными данными на основе растрового изображения, можно оцифровать отдельные элементы загруженного растрового слоя. Для этого добавьте в QGIS нужный растр и создайте новый шейп-файл с помощью инструмента "Слой" – "Создать слой" – "Новый слой Shapefile".

В процессе создания нового шейп-файла необходимо выбрать тип геометрии (точка, линия или полигон), а после создания – включить режим редактирования, щелкнув по слою, загруженному в QGIS.

В зависимости от типа геометрии векторных данных, выбираем в меню добавить в слой линии, точки или полигоны, чтобы начать отрисовку поверх растра. Например, для оцифровки и редактирования слоя дорог вы можете нажать кнопку "добавить новый элемент линии", а затем начать перерисовать дорогу по растровым данным в QGIS.

Помимо оцифровки на основе растровых данных, вы также можете преобразовать растр в вектор с помощью инструмента "Растр в вектор": в QGIS вы найдете его в меню "Растр" – "Преобразование" – "Создание полигонов (Растр в вектор)".

Для преобразования векторных данных в растровые можно использовать инструмент "Растеризация" в верхней панели QGIS. Чтобы запустить инструмент, перейдите в "Растр" – "Преобразование" – "Растеризация (Вектор в растр)". Заполните поля, а алгоритм преобразует векторные данные в растровые.

Нет универсального формата данных, который окажется лучшим сразу для всех ваших проектов. Лучший – может означать самый быстрый в обработке, самый высокий по точности или самый простой в работе и подключении в существующий рабочий процесс. А иногда лучшим будет формат, который лучше всего сохраняет исходную форму объекта.

Мы всегда можем конвертировать растровые и векторные форматы данных, так что вопрос не в том, какой формат данных лучше, а в том, какой из них подойдет для хранения и обработки информации в рамках отдельной задачи. И, конечно, важно уметь совершать операции как с векторными, так и с растровыми данными. Полезно знать, как работать с методами анализа, уникальными для любого из двух форматов данных, выполняя преобразования между ними.

Чтобы легко анализировать пространственные данные, загляните на курс Введение в QGIS, где мы учим решать ГИС-задачи с нуля.

А еще раз в две недели мы собираем лучшие статьи из блога Картетики и набор полезных ссылок от нашей команды, а потом отправляем их в нашей рассылке. Подписывайтесь, если тоже хотите получать от нас новые идеи и новости из мира геотехнологий 🌟