三维GIS空间数据模型

1、第第三三章章空间数据空间数据模型模型空间数据模型空间数据模型：指利用特定的数据指利用特定的数据结构来表达空间对象的空间位置、结构来表达空间对象的空间位置、空间关系和属性信息；是对空间对空间关系和属性信息；是对空间对象的数据描述。象的数据描述。内容内容第一节 空间实体的描述和分类和数据组织 第二节 矢量数据模型第三节 栅格数据模型第四节 三角网数据模型(TIN)第五节 属性信息第八节 面向对象的空间数据模型第一节第一节空间实体的描述、分类和表示空间实体的描述、分类和表示一空间实体的描述二空间实体的几何分类三空间实体在地理信息系统中的表达一、空间实体的描述一、空间实体的描述空间实体是指地理空间中客

2、观存在的具体事物空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物 空间位置：空间位置：主要指位置信息，也包括位置信息的扩展，主要指位置信息，也包括位置信息的扩展，如形态及实体的组成（复合对象）等；位置如形态及实体的组成（复合对象）等；位置用笛卡尔坐用笛卡尔坐标系中标系中X,YX,Y坐标表示；坐标表示； 空间关系：空间关系：主要指空间对象的拓扑关系；主要指空间对象的拓扑关系； 非几何属性：非几何属性：表示空间特征的非几何属性；表示空间特征的非几何属性； 实体的行为、功能及时态特征：实体的行为、功能及时态特征：实体的行为，功能特征实体的行为，功能特征以及实体属性随时间的变化。如岛屿的侵蚀、水体污染以及实体

3、属性随时间的变化。如岛屿的侵蚀、水体污染的扩散、建筑的变形等；的扩散、建筑的变形等； 实体的衍生信息：实体的衍生信息：如一个实体有多个名称。如一个实体有多个名称。三种最主要的拓扑关系三种最主要的拓扑关系 相邻性相邻性(Adjacency)(Adjacency)： 表示两个多边形是否相邻（同类表示两个多边形是否相邻（同类元素间的相邻关系）；元素间的相邻关系）； 包含性包含性(Containment)(Containment)：表示一个图元要素是否包含于表示一个图元要素是否包含于某个多边形中。（同类不同级别对象之间的包含关系）某个多边形中。（同类不同级别对象之间的包含关系） 连通性连通性(Conn

4、ectivity)(Connectivity)：表示两条线段是否相连。表示两条线段是否相连。 空间数据的拓扑关系是空间对象空间关系的一种，但却是最重要的空间关系，在GIS中最主要的拓扑关系包括。拓扑数据举例拓扑数据举例C4N4C8C6C7N6C10N3C3N1C2N2C1C5N5C9N7二、空间实体的几何分类二、空间实体的几何分类1.1. 点点(Point)(Point)2.2. 线线(Line)(Line)3.3. 面面(Area)(Area)4.4. 体体(Volume)(Volume)根据（1）实体本身的特征、（2）所用地图的比例尺（3）项目中使用这类实体空间数据的目的，将地理形象抽象为

5、： 空间现象 离散 连续Point：有特定位置，延展度为0的物体。（1）表示本身无长度、无面积的地理现象，如井位，山顶；（2）或者表示现实世界中长度和面积太小，在特定空间尺度下，不能表示为线或面的地理现象；（3）或者用于组成实体线或用于标别实体面等。1、点状实体、点状实体2、线状实体、线状实体LineLine：在现实世界中：在现实世界中有长度、无面积有长度、无面积的地理实体；的地理实体；或者在某个空间尺度下太窄不能用区域表示。如或者在某个空间尺度下太窄不能用区域表示。如河流、街道中线等。河流、街道中线等。由一列有序坐标表示，有如由一列有序坐标表示，有如下特性：下特性： 长度：从起点到终点的总长

6、； 方向性：长流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之分。 形状和弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度； 连通性：线状实体包括线段、边界、链、弧段、网络等线状实体包括线段、边界、链、弧段、网络等3、面状实体、面状实体AreaArea：面状实体也称为多边形，：面状实体也称为多边形，有明确的闭合有明确的闭合边界，而且其针对某个属性专题其内部特征是边界，而且其针对某个属性专题其内部特征是均一的。均一的。在空间数据模型中可由一封闭曲线来在空间数据模型中可由一封闭曲线来表示。面状实体有如下空间特性：表示。面状实体有如下空间特性：面积；周长；内岛形状（锯齿状、凸凹性等）；重叠性与非重叠性。独立性或与其

7、它的地物相邻，如中国及其周边国家；Volume：立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性。 体积：如工程开掘和填充的土方量； 每个二维平面的面积； 每个二维平面的周长； 断面图与剖面图。 内岛或锯齿状外形； 含有孤立块或相邻块；4、立体状实体立体状实体立体实体的特例：表面Surface表面表面Surface：每个点都每个点都有值的连续变化的地理现象，有值的连续变化的地理现象，如降水量、地形。如降水量、地形。空间实体实际上是点、线、面、体多种要素的复杂组合，即空间实体常常被认为由一些基本的空间单元（指那些基本的、实际存在的、不可再分的元素）组合生成；这种组合既表示了

8、不同类型的空间关系，也同时组合成不同的实体类型： 复杂实体有可能由不同延展度和类型的空间单元组合而成； 某一类型的空间单元组合形成一个新的类型或一个复合实例； 某一类型的空间实体可以转换为另一类型； 某些空间实体具有二重性，也就是说，由不同的维数组合而成。5、实体类型组合、实体类型组合 实体类型组合图例实体类型组合图例三、空间实体在地理信息系统中的表示三、空间实体在地理信息系统中的表示1 1、单一实体、单一实体2 2、多种特征的实体、多种特征的实体3 3、带有属性的空间实体的表示、带有属性的空间实体的表示4 4、多层属性信息的表示、多层属性信息的表示u（3，3）可用于表示一个点的位置。u（1，

9、7），（3，5），（5，5），（5，3），（6，1），可用于表示一条线。u（3，10），（6，9），（7，10），（10，7），（9，5），（4，6），（3， 8），（3，10）可用于表示 一个多边形。注意第一个坐标和最后一个坐标相同，因为多边形总是封闭的。1、单一实体、单一实体u点实体用一组x、y坐标表示u线实体用一组有序的x、y坐标表示u面实体用一组首尾相同的坐标表示。2、多种实体的表示、多种实体的表示如果具有多种实体，就需要对每一实体给定一个识别码。对如果具有多种实体，就需要对每一实体给定一个识别码。对每一实体用其识别码和相应的坐标列表有关的序号来描述。每一实体用其识别码和相应的坐标列表

10、有关的序号来描述。表示道路的一组线特征的属性包括：道路类型：1=分隔行驶的公路 2=干线公路 3=主要公路 4=住宅区街道 5=未铺完的公路路面材料：混凝土、柏油、砾石路面宽度：以米计量道路名称：在GIS系统中可有如下的描述，并通过属性表的方式来表示：道路类型 长度 路面材料 宽度 道路名称 2 2715.5 混凝土 52 八一路3、带有属性的空间实体的表示、带有属性的空间实体的表示用属性表表示属性信息坐标表和属性表之间共享同一识别码坐标表和属性表之间共享同一识别码通过坐标表和属性表之间共享同一识别码来使属性信息和位置信息相结合4、多类信息的表示、多类信息的表示空间数据的分类，是指根据系统功能

11、及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层(见下图)；用于表示地理实体的数据模型用于表示地理实体的数据模型GIS的数据模型分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。空间数据模型Spatial data modelSpatial data model第第二二节节矢量数据模型矢量数据模型1.1. 矢量数据的编码方法矢量数据的编码方法2.2. 矢量数据结构的优点和缺点矢量数据结构的优点和缺点3.3. 矢量数据矢量数据表示面类型数据的方法表示面类型数据的方法二、矢量数据的编码方法二、矢量数据的编码方法1.1. 坐标序列法坐标序列法2.2. 拓扑结

12、构法拓扑结构法(Arc-node(Arc-node数据结构数据结构) )1、坐标序列法坐标序列法u 简单数据结构（也称面条数据结构）u 将地理实体抽象成点、线或区域，其位置信息用xy坐标表示。这样点表示为单个的xy坐标，线表示为一组有序的xy坐标，而区域表示为一组有序的xy坐标，但其起点的坐标和终点的坐标相同，即区域是闭合的多边形。u 为了区别不同实体，每个实体都赋予一个唯一的标识符。 空间数据模型2、Shapefiele的要素类别v在在 Catalog 中，所有这些组成中，所有这些组成 Shapefile 的的文件都显示为一个要素类文件都显示为一个要素类 空间数据模型2、ShapefileS

13、hapefile文件格式概述文件格式概述v ArcView存储空间数据的内部缺省存储空间数据的内部缺省文件文件格式格式v 至少有三个文件组成：至少有三个文件组成： .shp储存地理要素的几何关系的文件储存地理要素的几何关系的文件 ，主文件，主文件 .shx储存图形要素的几何索引的文件储存图形要素的几何索引的文件 ，索引文，索引文件件 .dbf储存要素属性信息的储存要素属性信息的dBase文件文件 ，属性文，属性文件件v 还会出现的文件：还会出现的文件： .shn当执行类似当执行类似 “主题之主题主题之主题”选择，选择，“空间连空间连接接”，或者对一个主题（属性表）的，或者对一个主题（属性表）的

14、shape字段创建过字段创建过一个索引，就会出现这个文件一个索引，就会出现这个文件 .ain和和.aih储存地理要素主体属性表或其他表格储存地理要素主体属性表或其他表格的活动字段的的活动字段的 属性索引信息的文件。当之行过属性索引信息的文件。当之行过“表格链表格链接（接（link）操作，这两个文件就会出现。）操作，这两个文件就会出现。 空间数据模型主文件结构主文件结构(.shp(.shp)v 主文件由一个定长头主文件由一个定长头section和一个变长的记录和一个变长的记录section组成组成v 变长的记录文件由一个定长的记录文件头部和一个变长的记录文件内容组变长的记录文件由一个定长的记录文

15、件头部和一个变长的记录文件内容组成成v 主文件的文件头是一个长度固定主文件的文件头是一个长度固定(100 bytes)的记录段，一共有的记录段，一共有9个个int型型和和8个个double型数据型数据 File header（100字节）Record header（8字节，存储记录数和记录内容的长度）Record contentsRecord headerRecord contentsRecord headerRecord contents空间数据模型shapefiles 头文件表 起始位置名称数值类型位序0File Code9994Integerbig4Unused0Integerbig8U

16、nused0Integerbig12Unused0Integerbig16Unused0Integerbig20Unused0Integerbig24文件长度文件的实际长度Integerbig28版本号1000IntegerLittle32几何类型表示这个Shapefile文件所记录的空间数据的几何类型IntegerLittle36Xmin空间数据所占空间范围的X方向最小值DoubleLittle44Ymin空间数据所占空间范围的Y方向最小值DoubleLittle52Xmax空间数据所占空间范围的X方向最大值DoubleLittle60Ymax空间数据所占空间范围的Y方向最大值DoubleL

17、ittle68*Zmin空间数据所占空间范围的Z方向最小值DoubleLittle76*Zmax空间数据所占空间范围的Z方向最大值DoubleLittle84*Mmin最小Measure值DoubleLittle92*Mmax最大Measure值DoubleLittle空间数据模型记录的内容记录的内容v 实体信息负责记录坐标信息，它以记录段为基本单位，每一实体信息负责记录坐标信息，它以记录段为基本单位，每一个记录段记录一个地理实体目标的坐标信息，每个记录段分个记录段记录一个地理实体目标的坐标信息，每个记录段分为记录头和记录内容两部分。为记录头和记录内容两部分。 v 记录头记录头的内容包括记录号

18、（的内容包括记录号（Record Number）和坐标记）和坐标记录长度录长度(Content Length) 两个记录项，都是两个记录项，都是int型，并型，并且且shapefile文件中的记录号都是从文件中的记录号都是从1开始的。开始的。v 记录内容记录内容包括目标的几何类型（包括目标的几何类型（ShapeType）和具体的坐）和具体的坐标记录标记录(X、Y) ，记录内容因要素几何类型的不同其具体的，记录内容因要素几何类型的不同其具体的内容及格式都有所不同。内容及格式都有所不同。 空间数据模型 Shapefile文件支持的几何类（文件支持的几何类（ShapeType） 编号几何类型0Nul

19、l Shape（表示这个Shapefile文件不含坐标）1Point（表示Shapefile文件记录的是点状目标，但不是多点）3PolyLine（表示Shapefile文件记录的是线状目标）5Polygon（表示Shapefile文件记录的是面状目标）8MultiPoint（表示Shapefile文件记录的是多点，即点集合）11PointZ（表示Shapefile文件记录的是三维点状目标）13PolyLineZ（表示Shapefile文件记录的是三维线状目标）15PolygonZ（表示Shapefile文件记录的是三维面状目标）18MultiPointZ（表示Shapefile文件记录的是三维

20、点集合目标）21PointM（表示含有Measure值的点状目标）23PolyLineM（表示含有Measure值的线状目标）25PolygonM（表示含有Measure值的面状目标）28MultiPointM（表示含有Measure值的多点目标）31MultiPatch（表示复合目标）空间数据模型点状目标点状目标v shapefile中的点状目标由一对中的点状目标由一对X、Y坐标构成，坐标构成，坐标值为双精度型（坐标值为双精度型（double） 记录项数值数据类型长度个数位序几何类型（ShapeType）1（表示点状目标）int型 41LittleX方向坐标X方向坐标值double型81Li

21、ttleY方向坐标Y方向坐标值double型81Little空间数据模型线状目标线状目标v shapefile中的线状目标是由一系列点坐标串构成，一个线目标可能包中的线状目标是由一系列点坐标串构成，一个线目标可能包括多个子线段，子线段之间可以是相离的，同时子线段之间也可以相交括多个子线段，子线段之间可以是相离的，同时子线段之间也可以相交。 记录项数值数据类型长度个数位序几何类型（ShapeType）3（表示线状目标）int型 41Little坐标范围（Box）表示当前线目标的坐标范围double型324Little子线段个数（NumParts）表示构成当前线目标的子线段的个数int型41Lit

22、tle坐标点数（NumPoints）表示构成当前线目标所包含的坐标点个数int型41LittleParts数组记录了每个子线段的坐标在Points数组中的起始位置int型4NumPartsNumPartsLittlePoints数组记录了所有的坐标信息Point型根据点个数来确定NumPointsLittle空间数据模型面状目标面状目标v shapefile中中 的面状目标是由多个子环构成，每个子环的面状目标是由多个子环构成，每个子环是由至少四个顶点构成的封闭的、无自相交现象的环。是由至少四个顶点构成的封闭的、无自相交现象的环。v 对于含有岛的多边形，构成它的环有内外环之分，每个环对于含有岛的

23、多边形，构成它的环有内外环之分，每个环的顶点的排列顺序或者方向说明了这个环到底是内环还是的顶点的排列顺序或者方向说明了这个环到底是内环还是外环。一个内环的顶点是按照逆时针顺序排列的；而对于外环。一个内环的顶点是按照逆时针顺序排列的；而对于外环，它的顶点排列顺序是顺时针方向。外环，它的顶点排列顺序是顺时针方向。v 如果一个多边形只由如果一个多边形只由 一个环构成，那么它的顶点排列顺一个环构成，那么它的顶点排列顺序肯定是顺时针方向。序肯定是顺时针方向。 空间数据模型面状目标面状目标记录项数值数据类型长度个数位序几何类型（ShapeType）5（表示面状目标）int型41Little坐标范围（Box

24、）表示当前面目标的坐标范围double型324Little子环个数（NumParts）表示构成当前面状目标的子环的个数int型41Little坐标点数（NumPoints）表示构成当前面状目标所包含的坐标点个数int型41LittleParts数组记录了每个子环的坐标在Points数组中的起始位置int型4NumPartsNumPartsLittlePoints数组记录了所有的坐标信息Point型根据点个数来确定NumPointsLittle空间数据模型索引文件结构索引文件结构(.shx)v 索引文件（索引文件（.shx）主要包含坐标文件的索引信息，文件中每个记录包含对）主要包含坐标文件的索引

25、信息，文件中每个记录包含对应的坐标文件记录距离坐标文件的文件头的偏移量。通过索引文件可以很应的坐标文件记录距离坐标文件的文件头的偏移量。通过索引文件可以很方便地在坐标文件中定位到指定目标的坐标信息方便地在坐标文件中定位到指定目标的坐标信息 v 索引文件也是由头文件和实体信息两部分构成，其中文件头部分是一个长索引文件也是由头文件和实体信息两部分构成，其中文件头部分是一个长度固定度固定(100 bytes)的记录段，其内容与坐标文件的文件头基本一致。它的记录段，其内容与坐标文件的文件头基本一致。它的实体信息以记录为基本单位，每一条记录包括偏移量（的实体信息以记录为基本单位，每一条记录包括偏移量（o

26、ffset）和记录）和记录段长度（段长度（Content Length）两个记录项，两个记录项都是）两个记录项，两个记录项都是int型型 空间数据模型索引文件的记录内容空间数据模型属性属性文件的组织文件的组织(.dbf(.dbf)v包含所有要素的属性和属性关键字包含所有要素的属性和属性关键字v是标准的是标准的DBF文件格式，由头文件和实体信息两文件格式，由头文件和实体信息两部分组成部分组成v对字段的任何设置都会在表中体现出来对字段的任何设置都会在表中体现出来文件头记录1 记录2 记录3 记录4 记录n空间数据模型属性文件的文件头属性文件的文件头v文件头部分的长度是不定长的，它主要对文件头部分的

27、长度是不定长的，它主要对DBF文件作了一些总体说明，其中最主要的是对文件作了一些总体说明，其中最主要的是对这个这个DBF文件的记录项的信息进行了详细地描述，比如对每个记录项的名称、数据类型、文件的记录项的信息进行了详细地描述，比如对每个记录项的名称、数据类型、长度等信息都有具体的说明。长度等信息都有具体的说明。 在文件中的位置内容说明01个字节表示当前的版本信息133个字节表示最近的更新日期，按照YYMMDD格式。471个32位数文件中的记录条数。891个16位数文件头中的字节数。10111个16位数一条记录中的字节长度。12132个字节保留字节，用于以后添加新的说明性信息时使用，这里用0来填

28、写。141个字节表示未完成的操作。 151个字节dBASE IV编密码标记。162712个字节保留字节，用于多用户处理时使用。281个字节DBF文件的MDX标识。在创建一个DBF 表时 ，如果使用了MDX 格式的索引文件，那么 DBF 表的表头中的这个字节就自动被设置了一个标志，当你下次试图重新打开这个DBF表的时候，数据引擎会自动识别这个标志，如果此标志为真，则数据引擎将试图打开相应的MDX 文件。291个字节Language driver ID.30312个字节保留字节，用于以后添加新的说明性信息时使用，这里用0来填写。32X（n*32）个字节记录项信息描述数组。n表示记录项的个数。X11

29、个字节作为记录项终止标识。空间数据模型属性文件的实体信息：属性文件的实体信息：v实体信息部分就是一条条属性记录，每条记录都实体信息部分就是一条条属性记录，每条记录都是由若干个记录项构成，因此只要依次循环读取是由若干个记录项构成，因此只要依次循环读取每条记录就可以了每条记录就可以了 空间数据模型 Shape格式的优点：格式的优点：v 基于非拓扑性，可以使文件迅速在视图中显示出来基于非拓扑性，可以使文件迅速在视图中显示出来v “主体元素主体元素”的编改功能只能在的编改功能只能在Shape格式下才能实现格式下才能实现v 利用利用Shape文件格式可以生成用户感兴趣的文件格式可以生成用户感兴趣的“新主

30、题新主题”v 以共同字段属性值为基础，以共同字段属性值为基础，Shpae格式易于实现图形要格式易于实现图形要素的合并或分解素的合并或分解v 其开放性的文件格式不仅与其开放性的文件格式不仅与ARC/INFO的数据格式完全的数据格式完全兼容，而且能够被多种桌面兼容，而且能够被多种桌面GIS软件直接调用软件直接调用坐标序列法的缺点坐标序列法的缺点1) 数据冗余：数据冗余：对于交叉点或相连的线，交叉点要重复输入和对于交叉点或相连的线，交叉点要重复输入和存储；对于多边形其公共边也要重复输入和存储，从而产存储；对于多边形其公共边也要重复输入和存储，从而产生数据冗余和分析处理不便的问题；生数据冗余和分析处理

31、不便的问题；2) 复杂多边形：复杂多边形：不能方便解决多边形中不能方便解决多边形中“岛岛”、“洞洞”之类之类的镶套问题，的镶套问题，“岛岛”或或“洞洞”只能作为单个的多边形来构只能作为单个的多边形来构造，没有和周围的多边形建立关系；造，没有和周围的多边形建立关系；3) 闭合性和重叠性：闭合性和重叠性：很难检查多边形的边界正确与否，即多很难检查多边形的边界正确与否，即多边形的完整性，也很难检查重叠性和空白区；边形的完整性，也很难检查重叠性和空白区；4) 拓扑关系：拓扑关系：每个多边形自成体系，缺少有关邻域的信息，每个多边形自成体系，缺少有关邻域的信息，使拓扑关系，即相邻关系很难跟踪。使拓扑关系，

32、即相邻关系很难跟踪。3、拓扑数据结构、拓扑数据结构 拓扑数据模型是一种比较有效的矢量数据模型；拓扑数据模型是一种比较有效的矢量数据模型； 首次在空间数据结构中采用拓扑结构的是美国人口调查局首次在空间数据结构中采用拓扑结构的是美国人口调查局于于19801980年建立的年建立的双重独立地图编码系统双重独立地图编码系统。简称。简称DIME(Dual DIME(Dual Independent Map Encoding) Independent Map Encoding) ； 具有有拓扑结构的数据模型除具有有拓扑结构的数据模型除DIMEDIME外，还有外，还有POLYVRT(POLYVRT(多边多边形

33、转换器形转换器) )、TIGERTIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成），（地理编码和参照系统的拓扑集成），ArcGISArcGIS的的CoverageCoverage； 其其实质是通过地理实体之间的空间关系来表示线和多边形。实质是通过地理实体之间的空间关系来表示线和多边形。3、拓扑数据结构的构成、拓扑数据结构的构成 弧段：弧段：弧段是最基本的空间数据单元之一，每个弧段包含两个节点弧段是最基本的空间数据单元之一，每个弧段包含两个节点起节点和终节点起节点和终节点，起节点和终节点定义了，起节点和终节点定义了弧段的方向弧段的方向，从而也定义了该，从而也定义了该弧段的弧段的左右多边形左右多边形；在节

34、点之间由零个或多个；在节点之间由零个或多个拐点拐点，弧段的长度和形状，弧段的长度和形状由节点和拐点的坐标所决定；由节点和拐点的坐标所决定； 多边形多边形：多边形由一系列的多边形由一系列的相互连结的弧段组成相互连结的弧段组成，并通过其内部的，并通过其内部的唯一唯一标识点来标识标识点来标识。标识点的标识码和该多边形属性表中的标识码相一致，。标识点的标识码和该多边形属性表中的标识码相一致，由此建立的多边形空间信息和属性信息的关系。由此建立的多边形空间信息和属性信息的关系。 节点：节点：节点节点(Node)定义为弧段的定义为弧段的起点、终点起点、终点或几条线的或几条线的交点交点。节点和。节点和拐点的差

35、别在于节点具有拓扑特征，用于表示弧段是否相连，而拐点没拐点的差别在于节点具有拓扑特征，用于表示弧段是否相连，而拐点没有拓扑特征，只是表示了弧段的位置和形状属性。有拓扑特征，只是表示了弧段的位置和形状属性。拓拓扑扑关关系系图图示示a、点拓扑：表示弧段的连通性、点拓扑：表示弧段的连通性u表示连通性（表示连通性（Connectivity），即弧段在节点相连），即弧段在节点相连u要检查弧段的连通性，如果两条弧段共享一个节点，那么要检查弧段的连通性，如果两条弧段共享一个节点，那么这两个弧段是直接相连的；这两个弧段是直接相连的；b b、弧拓扑：、弧拓扑：Arc-NodeArc-Node 拓扑结构拓扑结构u

36、表示弧段的方向表示弧段的方向c c、弧拓扑：弧拓扑：Left-RightLeft-Right多边形拓扑结构多边形拓扑结构 通过弧段的左右多边形，定义了相临性（通过弧段的左右多边形，定义了相临性（Contiguity） 要检查多边形的相邻性，在要检查多边形的相邻性，在Arc-Node数据模型中，只数据模型中，只需检查两个多边形是否共享一条公共弧段。需检查两个多边形是否共享一条公共弧段。d d、面拓扑：面拓扑：Polygon-ArcPolygon-Arc拓扑结构拓扑结构定义了区域，即多边形由弧段组成定义了区域，即多边形由弧段组成e、面拓扑：检查多边形的包含关系、面拓扑：检查多边形的包含关系要检查多

37、边形要检查多边形B是否包含多边形是否包含多边形A，在，在Arc-Node数据模型中，选择所数据模型中，选择所有定义多边形有定义多边形A的弧段，然后检查所选弧段两侧多边形的标识码。如果的弧段，然后检查所选弧段两侧多边形的标识码。如果在所选弧段的一侧有多边形在所选弧段的一侧有多边形A，另一侧有多边形，另一侧有多边形B，那么，多边形，那么，多边形B必必定包含多边形定包含多边形A。ABbaABbacC3 3、拓扑数据结构的优点、拓扑数据结构的优点1) 虽然建立拓扑结构需要额外的存储数据，但对坐标数虽然建立拓扑结构需要额外的存储数据，但对坐标数据的存储却没有数据冗余的问题；据的存储却没有数据冗余的问题；

38、2) 数据结构和数据输入的牵连不多，即对多边形地物类数据结构和数据输入的牵连不多，即对多边形地物类型，只需输入多边形边界和多边形标识点即可通过计型，只需输入多边形边界和多边形标识点即可通过计算形成多边形；算形成多边形；3) 多边形中镶套多边形没有限制，可以无限镶套；多边形中镶套多边形没有限制，可以无限镶套；4) Arc-Node数据模型的最大优点是有利于拓扑结构数据模型的最大优点是有利于拓扑结构的编码，而拓扑结构的编码是某些空间分析的基础。的编码，而拓扑结构的编码是某些空间分析的基础。三、三、ArcGISArcGIS的数据结构的数据结构1.1. ArcGISArcGIS的矢量数据模型的矢量数据

39、模型图层图层2.2. 图层的扩展分区和路径系统图层的扩展分区和路径系统3.3. 容差的概念容差的概念4.4. GridGrid的数据保存的数据保存5.5. TINTIN的数据保存的数据保存6.6. 属性属性表的保存表的保存（一）、（一）、ArcGISArcGIS的矢量数据模型的矢量数据模型图层图层图层在计算机中保存为目录，目录名即图层名图层在计算机中保存为目录，目录名即图层名图层的组合称作图层的组合称作工作空间工作空间，但工作空间不是简单的图层目录的组合，其中但工作空间不是简单的图层目录的组合，其中毕竟包含一个毕竟包含一个INFO目录目录，用于对图层进行索引管理和管理相关属性信息用于对图层进行

40、索引管理和管理相关属性信息。某一图层由若干文件组成，每一文件都包含不同的信息某一图层由若干文件组成，每一文件都包含不同的信息1、图层及其组成、图层及其组成以矢量形式的点、线和面的空间信息和属性特征。一个图层由空间数据和属性数据两部分组成 1）、点的信息存储）、点的信息存储 点位置信息存贮在点位置信息存贮在LAB文件中，每个点由其标识号和一对文件中，每个点由其标识号和一对XY坐标来描述。坐标来描述。 点的属性信息存储于点的属性信息存储于PAT表中，表中，每个点在属性表中都有一每个点在属性表中都有一条记录条记录，通过内部序列号即通过内部序列号即COVER#和和LAB文件中的空文件中的空间点建立关系

41、。每个间点建立关系。每个PAT文件至少有以下四个字段：文件至少有以下四个字段： AREA PERIMETER # -ID 引用方式：引用方式：.pat2）、弧段和节点）、弧段和节点 A、弧段的保存、弧段的保存uARC文件保存弧段的空间分布信息；uAAT文件保存弧段的描述性信息,AAT文件中至少包含以下字段：FNODE#TNODE#LPOLY#RPOLY#LENGTH#-ID引用方式：引用方式：.aatB、节点的类型、节点的类型 悬节点悬节点 伪节点伪节点 普通节点普通节点C、节点的保存、节点的保存节点的位置信息保存在弧段坐标文件节点的位置信息保存在弧段坐标文件Arc中。中。如果节点代表实体，则

42、其属性信息保存在如果节点代表实体，则其属性信息保存在NAT文件中。文件中。NAT文件有：文件有： ARC#：连到该节点的某个弧段 # -IDPOINTNODE search_radius ：3）、多边形的数据存贮）、多边形的数据存贮u 多边形的组成：多边形的组成：弧段和其内部内部的标识点弧段和其内部内部的标识点u 多边形弧段列表文件（多边形弧段列表文件（PAL）包含了组成每个多边形边界的所有弧段和包含了组成每个多边形边界的所有弧段和节点，其位置信息保存在节点，其位置信息保存在Arc文件之中。文件之中。u CNT文件中存贮了每个多边形的文件中存贮了每个多边形的label点号，但其位置信息保存在点

43、号，但其位置信息保存在LAB文件中。文件中。u 多边形的描述性信息保存在多边形属性表多边形的描述性信息保存在多边形属性表(PAT)文件中。文件中。u PAT 文件至少包含四项：文件至少包含四项：AREAPERIMETER#-ID 引用方式：引用方式：.pat4）、标注）、标注 标注可定义子类，不同的子类表示不同的标注类别，保存在不同的标注文件中。标注的数据保存标注的数据保存1.TXT 文本中子类信息包括： #：子类中每一标注的内部序列号(如记录号) -ID：子类中每一标注的用户码 文本字符串 文本符号：用来描述文本的显示性特征，包括字体 、颜色、字号、倾斜等。 标注尺寸：文本符号的高度。 位置

44、 2.标注的属性TAT 标注子类有一个文本属性表(TAT)文件来保存属性。 每一子类都有一个TAT 文件，它包含至少两项： #：子类中每一标注的内部序列号(如记录号) -ID：子类中每一标注的用户码 5）、控制点）、控制点TICSTICSTic点是图层的地理控制点。使图层统一到相同的坐标系点是图层的地理控制点。使图层统一到相同的坐标系中中 ，并使图层上的特征点保持与地面上对应位置相一致。，并使图层上的特征点保持与地面上对应位置相一致。控制点数据保存控制点数据保存 IDTIC用户定义的用户定义的tic点号点号 XTICTic点的点的X坐标坐标 YTICTic点的点的Y坐标坐标引用方式：引用方式：

45、.tic投影定义文件投影定义文件PRJ 6）、图层范围）、图层范围v 图层范围表示图层的外部范围。它是定义坐标时的最小图层范围表示图层的外部范围。它是定义坐标时的最小边界。边界。v BND主要用于图层范围的存储主要用于图层范围的存储图层范围图层范围 图层中有关范围的信息都保存在图层中有关范围的信息都保存在BNDBND文件中，结构如下：文件中，结构如下： XMINXMIN左下角的左下角的X X坐标坐标 YMINYMIN左下角的左下角的Y Y坐标坐标 XMAXXMAX右上角的右上角的X X坐标坐标 YMAXYMAX右上角的右上角的Y Y坐标坐标（二）（二）、ArcGISArcGIS拓扑数据结构的扩

46、展拓扑数据结构的扩展分区分区路径和分段路径和分段1、分区、分区u分区的含义分区的含义u分区的数据保存分区的数据保存1），拓扑结构的扩展：），拓扑结构的扩展：ArcGIS用分区表示空间等级关系用分区表示空间等级关系用来形成高一级区域的一系列小区域组成分区。例如：一个人用来形成高一级区域的一系列小区域组成分区。例如：一个人口调查区是由多个街区组成口调查区是由多个街区组成2），拓扑结构的扩展：），拓扑结构的扩展： 分区表示同级地理特征与其它特征的重叠分区表示同级地理特征与其它特征的重叠一个商店的营业面积与其它其它商店的营业面积可能重叠。3），拓扑结构的扩展：分区表示同一类别的地理特征用多个多边形表示

47、 4），拓扑结构的扩展：分区是多边形的组合5）分区的数据存储）分区的数据存储u 分区和弧段的关系保存在分区分区和弧段的关系保存在分区子集多边形弧段列表文件子集多边形弧段列表文件中中RXP，通过，通过RXP定义了那些弧段组成了分区。定义了那些弧段组成了分区。u 分区地理属性可以与多边形关联，而又与单独的多边形分区地理属性可以与多边形关联，而又与单独的多边形属性不同。分区属性保存在属性不同。分区属性保存在子集多边形属性表子集多边形属性表中，文件中，文件名同图层名同图层PAT文件，后跟分区名：如文件，后跟分区名：如 .PATTRACT。2，拓扑结构的扩展：路径-分段-量测路径系统的数据存储路径系统的

48、数据存储 路径的原始数据存贮在路径的属性表RAT 中 分段的数据存储在分段属性表SEC文件中要素类要素类空间数据空间数据要素属性表要素属性表INFO INFO 中的图元属性表中的图元属性表Pointlab.adfpat.adf.PATArcarc.adfaat.adf.AATNodearc.adfnat.adf.NATPolygonpal.adf, cnt.adf, lab.adf, arc.adfpat.adf.PATSectionarc.adf.sec.SECRegionrxp.adf, .pal.pat.PATAnnotation.txt.tat.TATTicTictic.adftic.

49、adf.TICCoverage extentbnd.adfbnd.adf.BND小结小结（三）、（三）、容差的概念容差的概念1. 模糊容差模糊容差2. 悬挂弧段长度悬挂弧段长度3. 结点闭合容差结点闭合容差4. 拐点容差拐点容差5. RMS误差误差6. TOL文件文件7. 图层的分辨率图层的分辨率1 1、模糊容差、模糊容差 模糊容差是指一个模糊容差是指一个coverage内所有弧段坐标点间的最小距内所有弧段坐标点间的最小距离，在进行离，在进行CLEAN清图运算时，所有位于模糊容差距离之清图运算时，所有位于模糊容差距离之间的拐点、结点都被合并在一起，变成一个坐标点，所以模间的拐点、结点都被合并在

50、一起，变成一个坐标点，所以模糊容差起删除弧段拐点、减少数据存储量的作用。糊容差起删除弧段拐点、减少数据存储量的作用。 若在coverage中存在TOL文件，则从该文件中获得模糊容差 如果BND的宽度在1到100之间，设此容差为0.002 设容差在BND中（XMAXXMIN）与（YMAXYMIN）较大者除以100002 2、悬挂弧段长度、悬挂弧段长度悬挂弧段具有相同的左、右多边形代码，悬挂弧段长度悬挂弧段具有相同的左、右多边形代码，悬挂弧段长度是指是指coverage中容许的悬挂弧段的最短长度，悬挂弧中容许的悬挂弧段的最短长度，悬挂弧段长度在段长度在CLEAN清图运算清图运算中使用，任何长度小于

51、悬挂弧中使用，任何长度小于悬挂弧段长度的弧段均被删除。段长度的弧段均被删除。 3 3、结点闭合容差、结点闭合容差编辑环境中，闭合容差是用于将邻近结点归并在一起的距离，编辑环境中，闭合容差是用于将邻近结点归并在一起的距离，例如在使用例如在使用MNODE命令的过程中，所有相互距离小于闭合命令的过程中，所有相互距离小于闭合容差的结点均被归并在一起。容差的结点均被归并在一起。4 4、拐点容差、拐点容差 拐点容差是指在拐点容差是指在数字化过程中数字化过程中弧段内两拐点间的最小距离，弧段内两拐点间的最小距离，在输入一个新拐点时，新拐点与已有拐点间距离必须大于拐在输入一个新拐点时，新拐点与已有拐点间距离必须

52、大于拐点容差，否则就会被删除，拐点容差可以在点容差，否则就会被删除，拐点容差可以在ADSADS进程中或进程中或ARCEDITARCEDIT中任一时刻加以定义中任一时刻加以定义5、RMSRMS误差误差 uRMSRMS误差是在数字化仪上输入误差是在数字化仪上输入TicTic点时将新输入的一组点时将新输入的一组TicTic点的坐标与最初输入的同一组点的坐标与最初输入的同一组TicTic点作误差分析得点作误差分析得到的。到的。RMSRMS误差越大，则数字化误差越大；反之，数字误差越大，则数字化误差越大；反之，数字化误差越小。当化误差越小。当RMSRMS超出允许值时（通常为超出允许值时（通常为0.005

53、0.005），），则应重新输入则应重新输入TicsTics控制点。控制点。 u在使用在使用TRANSFORMTRANSFORM命令进行命令进行coveragecoverage坐标变换时系统也坐标变换时系统也要计算要计算RMSRMS误差，该误差代表了坐标变换的精度。误差，该误差代表了坐标变换的精度。 6、TOLTOL文件文件Coverage的容差（的容差（TOL）文件含有模糊容差和悬挂弧段）文件含有模糊容差和悬挂弧段长度的取值，当用到地理分析和生成拓扑关系的功能时，长度的取值，当用到地理分析和生成拓扑关系的功能时，TOL文件被自动创建或更新，文件被自动创建或更新，TOL文件只能存储当前容差文件只

54、能存储当前容差值，曾经用到的容差值可以用值，曾经用到的容差值可以用LOG命令调出，命令调出，TOLERANCE命令可以列出和预设命令可以列出和预设TOL文件的值。文件的值。 7、图层的分辨率、图层的分辨率指图层坐标点间的最小距离，由在进行数字化时的地图比例指图层坐标点间的最小距离，由在进行数字化时的地图比例尺分母和数字化仪分辨率的乘积来确定，例如原图比例尺为尺分母和数字化仪分辨率的乘积来确定，例如原图比例尺为1：10万，做数字化输入时所采用数字化仪的分辨率为万，做数字化输入时所采用数字化仪的分辨率为0 . 0 0 2 英 寸 ， 则英 寸 ， 则 c o v e r a g e 的 分 辨 率

55、 就 是的 分 辨 率 就 是1000000.002英寸英寸200英寸英寸5.08米米第第三三节节、栅格数据模型栅格数据模型一、栅格数据模型的原理二、栅格系统的组成要素三、栅格数据模型表示地理现象的方法四、栅格赋值方法五、栅格数据的组织六、栅格数据的优点和缺点一、栅格数据模型的原理一、栅格数据模型的原理栅格数据结构指将栅格数据结构指将分析空间分析空间划分成多个划分成多个规则的规则的网格单元（多为网格单元（多为矩矩形区域形区域, ,也偶有表示为三角形或六边形的），然后给各个格网单也偶有表示为三角形或六边形的），然后给各个格网单元赋以相应空间对象的属性值，用这多个格网单元组成的规则格元赋以相应空间

56、对象的属性值，用这多个格网单元组成的规则格网（网（GRIDGRID）来表示地理现象的空间位置和属性特征。）来表示地理现象的空间位置和属性特征。 二、栅格系统的组成要素二、栅格系统的组成要素 1 1、栅格数据模型的坐标系统、栅格数据模型的坐标系统2 2、栅格单元、栅格单元1 1、栅格数据模型的坐标系统、栅格数据模型的坐标系统u 栅格数据模型的坐标系统：栅格数据模型的坐标系统：坐标系统由单元格尺寸、行列序号坐标系统由单元格尺寸、行列序号和栅格的原点坐标所决定，坐标轴平行于栅格的行和列；和栅格的原点坐标所决定，坐标轴平行于栅格的行和列；u 栅格系统的原点：栅格系统的原点：栅格系统的原点通常选为栅格的

57、左上角；栅栅格系统的原点通常选为栅格的左上角；栅格系统的原点坐标应与格系统的原点坐标应与国家基本比例尺公里网国家基本比例尺公里网的交点相一致。的交点相一致。u 栅格方位：栅格方位：大多采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的纵横大多采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的纵横坐标；但也有以经纬网来作为栅格方位的参考轴，这样为栅格坐标；但也有以经纬网来作为栅格方位的参考轴，这样为栅格系统的隐含位置编码提供了方便。系统的隐含位置编码提供了方便。2、栅格单元u 规则的网格单元叫做规则的网格单元叫做单元格单元格(Cell)(Cell)，每个单元格都有一定的，每个单元格都有一定的尺寸和取值，尺寸和取值，尺寸对应

58、一定的地理空间范围尺寸对应一定的地理空间范围，取值可能表示不同的地物类别或同一类地，取值可能表示不同的地物类别或同一类地物的不同属性；物的不同属性；u 单元格的尺寸表示栅格数据的分辨率，单元格尺寸越小，分辨率越高。单元格的尺寸表示栅格数据的分辨率，单元格尺寸越小，分辨率越高。u 单元格的合理尺寸单元格的合理尺寸应有效地逼近空间对象的分布特征，以保证空间数据的应有效地逼近空间对象的分布特征，以保证空间数据的精度。显然，凡是用来逼近的空间实体，不论采用的栅格多细，与原来实精度。显然，凡是用来逼近的空间实体，不论采用的栅格多细，与原来实体比较，信息都会丢失，这是由于体比较，信息都会丢失，这是由于采用

59、统一的格网尺寸来表示大小不同的采用统一的格网尺寸来表示大小不同的复杂实体复杂实体所造成的。但是可以根据最小地物的大小来确定栅格的尺寸，假所造成的。但是可以根据最小地物的大小来确定栅格的尺寸，假定某个地物的面积为定某个地物的面积为Ai，则栅格的边长为：，则栅格的边长为：uH=1/2(minAi)1/2ui=1,2,3.n(区域多边形数)。栅格取值的数据类型栅格取值的数据类型 整型：多表示类型整型：多表示类型 浮点型：表示连续变化的地理现象浮点型：表示连续变化的地理现象 字符：表示类型字符：表示类型 逻辑型逻辑型栅格取值可能表示栅格取值可能表示:某一类地物，如房产图；某一类地物，如房产图；颜色或灰

60、度，如航空相片；颜色或灰度，如航空相片；某个相对值，如数字地面模型。某个相对值，如数字地面模型。三、栅格数据表示地理现象的方法三、栅格数据表示地理现象的方法 1、表示点2、表示线3、表示多边形4、表示连续面1、表示点、表示点 点使用离散分布的单个单元格来表示，单元格的值表示某个地理现象的属性，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。2、表示线、表示线 单条线通过一系列有序相连的具有相同值单元格来表示，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性。3、表示多边形、表示多边形 单个面表示为一簇具有相同值的单元格，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性 4、表示曲面、表