矢量数据模型PPT课件

1、第4讲 矢量数据模型,葛 莹,第1周 第12周,内容提要,从GIS数据模型的分类着手 GIS数据模型 矢量数据模型 组织方式 表示方法 地理关系模型Coverage模型 地理对象关系模型Geodatabase模型,GIS数据模型,地理信息（GI）分为两个部分 空间数据（spatial data） 表示地理要素的几何特征 如，位置、形状、面积、长度等 属性数据（attribute data） 表示地理要素的非几何特征 如，河流名称、土地利用类型等,GIS数据模型,GIS数据模型的组织方式 矢量数据模型（vector） 非拓扑模型（Non-topological），如 shapefile 拓扑模型

2、（Topological） 简单模型（Simple），如 coverage 高级模型（High-level），如 TIN、分区、路径、geodatabase 栅格数据模型（raster） 如，ESRI Grid、Tiff、 JPEG等 属性数据模型 低层次，如 dBase 中等层次，如 Access 高层次，如 Oracle,空间数据组织 GIS数据模型,基本的空间数据模型 矢量数据模型 (Vector) 栅格数据模型 (Raster,Real world,Vector,Raster,Raster data 连续的地理要素,Elevation,Imagery,Vegetation,GIS数据模

3、型全貌,矢量数据模型,适用范围 现实世界中，离散的空间要素，如控制点、道路、湖泊等 X,Y 坐标表示地理要素 矢量数据特征 经度和纬度 投影后 X,Y 坐标,矢量数据模型 明确的空间位置和边界,矢量数据模型绝对位置表示,表示地理要素的“绝对位置” 点：0维 单个(x，y)坐标表示 没有面积 如井、控制点等 线：1维 两个以上(x，y)坐标点链接而成 如道路、河流等 面：2维 三个以上坐标点，有序链接，且第一个和最后一个坐标点相同 围成一个区域 如宗地、湖泊等,矢量数据模型相对位置表示,表示地理要素之间的“相对位置” 空间关系 如，南师在河海对面，向前直走，左转，右转等 现实生活中，比绝对位置更

4、广泛 采用“拓扑”表示 拓扑：研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质 以“图论”为数学基础 用“图表”或“图形”来描述几何对象排列及其相互关系 GIS采用“图形”方式 用途：空间分析、导航等,矢量数据模型拓扑元素,拓扑元素4个基本的几何对象 点（point）：表示点状地物要素 弧段（arc）：一个起点、一个终点及一系列中间点组成的一段有向线 节点（node）：两条或多条弧段的连接点，或者一条弧段的一个端点 多边形（polygon）：面状地物,节点,弧段,点,多边形,矢量数据模型拓扑关系,拓扑关系几何对象间的3条相互关系 连接性（ connectivity ） 弧段（arc）间通过节点

5、（node）彼此连接在一起 面定义 由一系列彼此连接的弧段组成面 邻接性（ contiguity ） 弧段有方向性，且有左多边形、右多边形,拓扑性质：连接性（connectivity,Arc-node间的关系 2条以上的弧段通过1个节点连接，如 arc 3、4、5 通过 node 13 1条弧段连接2个节点，如 arc 2连接node 11, 12（说明方向） 如，节点13河海1号门，弧段3西康路，弧段5汉口西路，弧段4虎踞路,汉口西路,西康路,虎踞路,拓扑性质：面定义,Polygon-arc间的关系连接性 1个polygon由一系列连接的arc组成，如 polygon c 由弧段2, 4,

6、9, 6 如，河海校园可以用 polygon F 表示 如， 河海操场可以用 polygon E 表示,A = 外围多边形,拓扑性质：邻接性（ contiguity,Arc-polygon间的关系 2个多边形分享1个弧段，如多边形B和F Arc有方向，多边形分左、右 如，西康路，由北向南，在河海1号门，左多边形南师，右多边形河海,A = 外围多边形,矢量数据模型拓扑关系,拓扑的好处 保证地理数据的质量和完整性 面定义保证湖泊正确表示，否则湖泊决堤了 连接性保证道路正确表示，否则道路死胡同 邻接性保证道路方向正确表示，否则单行线违规，罚款 强化GIS空间分析 连接性、邻接性保证找到最短路径寻找

7、导航 建立在拓扑关系基础上,矢量数据模型如何表示,矢量数据模型变化最大，发展至今已经有三代 第一代：CAD模型 采用图形文件，组织地理信息 第二代：地理关系模型 采用关系模型，组织地理信息 如， Coverage模型 第三代：地理对象关系模型 采用对象关系模型，组织地理信息 如， Geodatabase模型,矢量数据模型CAD模型,第一代：CAD模型 强调地理要素的几何特征（位置、形状等） 用点、线、面表示地理要素，为了计算机存储 地图语言加工：注记、符号和色彩，为了图形可视化 按图层组织，方便计算机操作 忽视地理要素的非几何特征 没有数据库的支持 无法与地理要素的属性关联,矢量数据模型地理关

8、系模型,第二代：地理关系模型 建模原因 源于关系数据库的出现，能表示任何事物的特征，如土地属性 不再满足于只表现地理要素的几何特征 建模三部曲 保留图形文件，存储地理要素的几何特征 引入关系数据库，存储地理要素的非几何特征 增加图形文件和关系数据库的联动,地理关系模型Coverage,它脱胎于TIGER 数据模型 TIGER 全称：Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing system 美国人口调查局推出 规定：点（住址）、线（道路）和面（街区）的组织 重新用“关系数据库”组织数据,门牌号码：左边600、700；右

9、边601、701 街区号：左58202，右58201,Coverage模型点,LAB file：存储点的图形文件 WELL.PAT：存储属性的关系数据库 WELL# “链接” LAB file和WELL.PAT,Coverage模型线,ARC file：线的几何数据组织 STREET.AAT：线的非几何数据组织 STREET# “链接” ARC file和STREET.AAT,起始点,终结点,左多边形,右多边形,北京西路,Coverage模型节点,STREET.NAT：节点的数据组织 RECNO#、STREET#：节点号，如节点2 ARC#：弧段号，如弧段4 STREET_ID：内部编码 NU

10、M_ARCS：节点上连接的弧段数，如节点5上有3根弧段,Coverage模型面,LANDUSE.PAT 面的数据组织，如多边形 3 面积、周长等基本属性 LU_CODE等非几何特征，如 AGR农业用地,矢量数据模型地理对象关系模型,第三代：地理对象关系模型 建模原因 关系数据库表示复合要素时的缺陷 源于对象关系数据库的出现，如一个记录表示 建模方法 用户层：以面向对象思想来组织数据 计算机层：以关系数据库来组织数据 中间层：增加一个转换机制，将用户语言“翻译”成计算机语言,北京西路,查询“北京西路” 列出“弧段1”、“弧段5”、“弧段6”、“弧段7,地理对象关系模型,与人的思维方式更接近 用“

11、对象”说明一个地理要素，如一条道路北京西路 按“类”组织，如Animals、Mammals、Fish；有层次 类：具有相似属性的对象,Animals A head and a body, feed,Mammals A head and a body, feed Four legs, sit,Fish A head and a body, feed Fins, swim,地理对象关系模型,地理对象的组织 几何性质的表示Geometry类，Point类、Line类、Polygon类 Point类、Line类、Polygon类“继承”于Geometry类,地理对象关系模型,模型的特点 空间数据和属性

12、数据存储在一起，用BLOB表示空间数据，如Polygon BLOB，与属性Category 一个空间要素与一系列“属性”和“方法”相联系，如Polygon1有属性Category5等,地理对象关系模型,类之间的关系 联合（association） 聚合（aggregation） 合成（composition） 类继承（type inheritance） 实例化（instantiation,地理对象关系模型,联合 两个类之间的对应关系 如，1条道路有至少1个以上路灯,地理对象关系模型,聚合 整体和部分之间的关系 如，一件衣服有领子、袖子、前片、后片等组成 合成 整体和部分之间的关系，部分依附于整

13、体，没有整体，就没有部分 如，中国共产党和共产党员之间的关系,地理对象关系模型,类继承 父类与子类间的关系 如建成区分为居民区、商业区、工业区,地理对象关系模型,实例化 一个类的对象由另一个类的对象创建 如，高密度住宅区对象可以有住宅区对象生成,地理对象关系模型Geodatabase,Personal Geodatabase Single user editing Stored in MS Access Size limit of 2 GB File Geodatabase 1 TB per table Cross platform Enterprise Geodatabase Stored

14、in an enterprise DBMS Supports multi-user editing via versioning Extremely large datasets,Personal Geodatabase,Enterprise Geodatabase Oracle SQL Server DB2 Informix PostgreSQL,ArcGIS,File Geodatabase,地理对象关系模型Geodatabase,By default; option to have 256 TB per table,地理对象关系模型Geodatabase,地理对象关系模型Geodatab

15、ase,地理对象关系模型Geodatabase,By default; option to have 256 TB per table,Geodatabase数据结构,分为 feature class 和 feature dataset 一种要素类仅存储相同的几何要素 一个要素集存储的要素类，它们具有相同的坐标系统和地理范围 要素类可以不在要素数据集中 独立要素类,Geodatabase 数据结构,Geodatabase,Feature Dataset,存放地理对象的容器 相同的空间参照 类似于 coverage 限制更少 包含几何网络、拓扑、地形等 关系类可选,Features and Fe

16、ature Classes,建立关系模型 一个要素是一个地理对象 一个要素是地理要素集的实例 扩展的关系模型 几何属性类型,A feature class is a table of rows, where each row has a geographic column,Objects and Object Classes Tables,属性表按照对象和对象类组织 对象是具有属性和表现的实体 一个对象是对象类的实例 对象类的所有对象具有相同的属性和表现,Geodatabase特点,Point, lines, polygons Single and multipart features,Tex

17、t and surfaces Flexible coordinates XY, Z, M,One record in feature class table,Feature with many parts,Raster and Imagery,支持多种数据格式 Tiff, bmp, GRID, among others 表的属性域 Mosaic dataset 管理栅格数据 Stored as a catalog, viewed as a mosaic Advanced querying and processing,拓扑规则,Geodatabase的拓扑规则特点 关系规则，存放在要素数据集 即时拓扑使用时再建立，不再与地理要素捆绑 定义了25条拓扑规则，见下表,Topology rules in the geodatabase data model,Geodatabase优点,层级结构 数据按要素数据集、要素类、属性类组织 有些操作直接定义在类上，如道路网络直接定义在道路层 按面向对象组织 拓宽对象的表示，从属性到操作，如，删除、增加操作 即时拓扑 符合人的工作流程，将地理要素的“绝对位置”和“相对位置”