栅格数据是GIS一种重要的表达方式，栅格数据的矩阵结构形式适合描述连续变化的自然现象，在土壤侵蚀、林带演化、土地利用、荒漠化、火灾蔓延、景观变化等地理国情监测方面有着重要的应用，而且随着遥感数据的获取代价越来越小，基于栅格数据的研究，尤其是针对多时相栅格数据的差异性提取问题日趋重要。由于栅格数据量大，且提取栅格差异需要多期数据，存在大量历史数据冗余，所以在提取栅格数据差异同时，并节约栅格数据的存储空间，及实现栅格差异数据的历史回溯和空间分析是本文的研究目的。本文利用大港区1988-2005年三期土地利用遥感数据为例，研究了基于栅格数据的差异性提取方法，其中包含栅格差异存储的数据组织方法及栅格数据历史回溯分析方法。主要研究内容如下：（1）从时态GIS对时序栅格数据管理的实际需求出发，分析了栅格数据管理组织的时态性及常见的几种栅格时空数据模型，提出了适合栅格差异性存储、分析的多基态多级差文件的修正模型；（2）分析了目前常用的栅格压缩方法，改进了线性四叉树压缩编码算法，并把改进后的算法应用到二维行程编码中，提出了基于二维行程动态压缩编码算法，节约了栅格数据存储空间，并优化栅格数据结构，方便提取栅格数据差异性；（3）分析和研究了提取栅格数据间的差异变化问题，提出了二维行程动态编码对等分裂差异分析算法，实现了栅格数据差异性快速提取及差异性的空间分析；（4）研究了栅格图快照还原方法，提出了基于二维行程动态压缩编码的差异累加算法，实现了栅格数据的历史回溯；（5）为了验证本文所提出的相关算法正确性，开发了以土地利用为例的基于栅格数据的差异分析的系统。