第5章GIS数据库-空间数据模型

第5章空间数据模型序空间数据表达：用矢量数据、栅格数据表达地理空间中的离散对象和连续场。无论矢量数据还是栅格数据，都体现了数据内部的逻辑关系，把这种对数据进行逻辑描述、组织和编排的方式称为“数据结构”。包括：矢量数据结构、栅格数据结构、矢栅一体化数据结构等。空间数据模型：把现实世界抽象为地理空间，把现象抽象为要素（实体），抽象的结果称为“空间数据模型”。根据抽象的层次，分为：概念模型、逻辑模型、物理模型。概念模型用E-R图或类图表示，逻辑模型用二维表表示，物理模型用户只需要做一些设置即可。内容：5.1空间数据表达5.2空间数据结构5.3空间数据模型5.1空间数据的表达1空间数据基本特征2地理实体描述3地理实体间的空间关系1.空间数据基本特征

空间特征用以描述事物或现象的地理位置以及空间位置相互关系。一般以坐标数据表现。空间特征数据又可再分为拓扑特征和几何特征（定位特征）。属性特征非定位数据。用以描述事物或现象的特性。时间特征用以描述事物或现象随时间的变化。JackDangermond1984空间数据的基本特征表达1表达2空间特征属性特征空间位置几何特征空间关系定性定量XYZ形状大小分布拓扑方位度量名称类型特性数量等级点、线、面、体长度、面积、体积连续、离散邻接、关联、包含前后、上下距离土地农用地适宜农作物10一级空间数据征特间时T3T2T12.地理实体表达什么？一棵树的表达：沙漠地区、平原地区一个城市的表达：大比例尺、小比例尺如何表达？离散对象和连续对象是空间表达的两种基本方式。离散对象：点、线、面、体连续场：污染变化，降雨量离散对象和连接场解决了地理现象的概念表达问题，但是没有解决计算机的数据化表达问题。矢量和栅格是两种用于地理现象简化编码的方法。1)矢量数据在地理空间世界中，空间对象一般按地形维数进行归类划分，地理现象被抽象为点、线、面、体。抽象后的地理现象称为地理实体（空间实体）。1、点（0维）2、线（1维）3、面（2维）4、体（3维）矢量数据中的点没有大小，线没有宽度。4）角点、节点Vertex：表示线段和弧段上的连接点。

1）实体点：用来代表一个实体。2）注记点：用于定位注记。3）内点：用于记录多边形的属性与位置，存在于多边形内。点实体有位置，无宽度和长度线实体1）实体长度：从起点到终点的总长2）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游—下游，公路，单、双向之分。线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。有长度，但无宽度和高度用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多面状实体有如下特征：1）面积范围2）周长3）独立性或与其它地物相邻如中国及其周边国家4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5）重叠性与非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。

面实体具有长和宽的目标通常用来表示自然或人工的封闭多边形空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标体状实体一般具有以下一些空间特征：1）体积，如工程开控和填充的土方量。2）每个二维平面的面积。3）周长4）厚度5）高度抽象成地理实体的空间现象维度空间实体地理现象0点城镇、居民地、交通枢纽、车站、码头、工厂、学校、医院、商场、写字楼、机关、火山口、山峰、景点、基地等1线河流、海岸、铁路、公路、地下管网、行政边界等2面土壤、耕地、森林、草原、沙漠、行政区域、绿地、操场等3体云、水体、矿体、高层建筑等实体类型组合现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成例如根据某些空间单元或几种空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由简单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：线—面、面—面、点—面、点—线（1）线——面组合1、区域包含线：计算区域内线的密度，某省的水系分布情况。2、线通过区域：公路上否通过某县。3、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称，中国与哪些国家接壤。4、线与区域分离：距离。（2）面——面组合1、包含：岛,某省的湖泊分布。2、相交：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。3、相邻：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。4、分离：计算距离。学校菜场2）栅格数据若将地理空间分成许多单元格（称为像元），所有的地理变量由这些单元格所赋予的属性值来表达，称为栅格表示。像元格的大小决定数据精度。3.地理实体间的空间关系空间关系是地理实体之间由实体的几何特性（位置、形状）所决定的关系。地理实体间的空间关系实际是研究实体间的拓扑关系。1)拓扑关系的定义Topology一词来自希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能保持不变的几何属性——拓扑属性。地理实体不仅具有空间位置、形状、大小等空间特征，而且不同实体间还存在邻接、关联、包含等空间相互关系特征，由于描述这种关系时不需要考虑空间坐标和距离因素，所以又称为拓扑关系。是明确定义空间关系的一种数学方法。在GIS中，用来描述并确定空间的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的查询和检索。2)对拓扑关系的理解指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。

拓扑变换（橡皮变换）几何形状不同的图形，结点和面的拓扑关系可以是相同的。拓扑关系反映了空间实体之间的逻辑关系，它不需要坐标、距离信息，不受比例尺限制，也不随投影关系变化。

3)拓扑属性和非拓扑属性两点之间的距离一个点指向另一个点的方向弧段的长度一个区域的周长一个区域的面积一个点在一个弧段的端点一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的外部一个面是一个简单的面（无岛）非拓扑属性拓扑属性

拓扑变换（橡皮变换）4)拓扑元素点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段面：若干弧段组成的多边形起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:拓扑元素5)拓扑关系分类拓扑邻接：同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联：不同类元素之间的拓扑关系。拓扑包含：同类不同级元素之间的拓扑关系。N1e1e2e5e6e4e7e3P1P3P2P4N4N3N5N2拓扑邻接：N1/N2,N1/N3,N1/N4;P1/P3;P2/P3拓扑关联：N1/е1、е3、е6；P1/е1、е5、е6拓扑包含：P3与P4邻接相交相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线6)研究拓扑关系的意义对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义：1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。3）根据拓扑关系可重建地理实体。总结栅格数据和矢量数据都可以表示拓扑关系。对于矢量图形的拓扑关系描述，主要有基于网络的拓扑模型和基于点集理论的拓扑模型。内容：5.1空间数据表达5.2空间数据结构5.3空间数据模型

5.2空间数据结构空间数据结构是指适合于计算机系统存储、管理和处理的空间图形的逻辑结构，是地理实的空间排列方式和相互关系的抽象描述。主要有：一.栅格数据结构二.矢量数据结构三.矢栅一体化的数据结构四.曲面数据结构五.三维数据结构一.栅格数据结构1.基本概念2.栅格数据属性取值3.栅格数据编码4栅格数据来源5.栅格数据组织1.基本概念1)栅格结构定义：栅格结构将地理空间划分成若干行、若干列，称为一个像元阵列，其最小单元称为像元或像素。每个像元的位置由行列号确定，其属性则以唯一属性值形式表示。列：Y行：X像元2)像元阵列：反映某一空间分布的像元队列，网格的基本单位通常为正方形。

3)像元属性：栅格单元值

通常用代码或数值表示，用来表现地理要素的属性特征（反射率、颜色、土地利用类型、降雨量、人口、高程等等）

4)像元－－栅格单元网格基本单元的大小，对栅格图像的分辨率和计算精度起关键作用。遥感影像：影像分辨率—一个像元代表的实地面积打印机：150DPI、300DPI、600DPI计算机屏幕分辨率：800×6001024×7681280×1024i栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误XYx1y1x2y2xiyixnyn点线面

对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。2.栅格数据属性取值问题：每个像元属性只能取一个值，实际上一个栅格可能对应几种不同属性值，如何取值？1、中心点法取位于栅格中心的属性值为该栅格的属性值。

2、面积占优法栅格单元属性值为面积最大者。3、重要性法取重要的属性值为栅格属性值。用于具有特殊意义的较小地物。4、长度占优法每个栅格单元的值由该栅格中线段最长的实体的属性来确定。ABBA2

112

3.栅格数据编码1、直接编码2、游程长度编码3、块式编码4、链式编码5、四叉树编码1）直接编码无压缩编码。将栅格数据看作是一个数据矩阵，逐行或逐列逐个记录代码。特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。5,5A,A,B,B,BA,C,C,C,AD,C,C,A,AD,D,C,A,AD,D,A,A,A数据压缩栅格数据量大，格网数多，由于地理数据往往有较强的相关性，即相邻象元的值往往是相同的。所以，出现了各种栅格数据压缩方法。数据压缩是将数据表示成更紧凑的格式以减少存储空间的一项技术。分为：无损压缩：在编码过程中信息没有丢失，经过解码可恢复原有的信息---信息保持编码。有损压缩：为最大限度压缩数据，在编码中损失一些认为不太重要的信息，解码后，这部分信息无法恢复。--信息不保持编码。

2）游程长度编码游程是指按行的顺序连续且属性值相同的若干栅格。游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法。游程长度的记录方式有两种:

①记录每个游程始末列号②记录每个游程象元数游程长度编码①逐行记录每个游程的末点列号5，5A，2，B，5A，1，C，4，A，5D，1，C，3，A，5D，2，C，3，A，5D，2，A，5游程长度编码②记录每个游程象元数目5，5A，2，B，3A，1，C，3，A，1D，1，C，2，A，2D，2，C，1，A，2D，2，A，3游程长度编码的特点在各行数据代码发生变化时候记录代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩压缩方法有效便捷。压缩比和图的复杂程度成反比。变化多的部分游程数多，变化少的部分游程数少。因此，图越简单，压缩效率越高。3）块式编码将游程编码扩大到二维的情况。把多边形范围划分成若干具有同一属性值的正方形，然后对各个正方形进行编码。采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。

12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888数据对组成：（初始行、列，半径，属性值）依次扫描，编过的不重复。

12345678104477777244444777344448877400488877500888878600088888700008888800000888如：（1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7)…块式编码例：0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。块状编码的特点：一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块式编码的效果就越好；当属性变化小时图块大，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低。利于计算面积、合并插入等操作。

123456781044777772444447773444488774004888775008888786000888887000088888000008884）链式编码码又称为弗里曼（Freeman）链码、边界链。它是从某一起点开始用沿八个基本方向前进的单位矢量链来表示线状地物或多边形的边界。01234567方向ESESSWWNWNNE编号01234567将栅格数据（线状地物面域边界）表示为矢量链的记录。步骤如下：（1）首先定义一个3x3窗口，中间栅格的走向有8种可能，并将这8种可能0-7进行编码。（2）记下地物属性码和起点行、列后，进行追踪，得到矢量链.01234567aaaaaaab链式编码表属性码起点行起点列链码a14223323b3725332107065链式编码的特点：对于线状和多边形的表示具有很强的数据压缩能力。具有一定的运算功能，计算周长和面积。探测边界急促弯曲和凹进部分比较容易。缺点是效率较低；局部改动对整体影响大；由于以区域为单位存储边界，相邻区域边界容易被重复存储产生冗余。aaaaaaab012345675）四叉树编码

基本思想：把一幅图像或一幅栅格地图等分成4部分，逐块检查其栅格值，若每个子区都含有相同值，则该子区不再往下分割，否则将该区域再分割4个子区域，如此递归分割直到每个子块都含有相同的属性为止。0123

10111213120用四叉树表示一个多边形四叉树这种逐级一分为四的方法，一直分到预定的最高分辨率为止。四叉树的树形表示：用一倒立树表示这种分割和分割结果。根：整个区域高：深度、分几级，几次分割叶：不能再分割的块树叉：还需分割的块每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。AAAAABBBAABBAABB0123树杈结点叶子结点1234567812345678MMRMMMMMMMRRMRMMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMRRRRRRMMMRRRRRMMMMRRMMM四叉树编码方法（0）（1）（2）（3）0层1层2层3层记录每个叶子结点的地址和属性012320212223200201202203230231232233四叉树编码的优点：高效、可变的分辨率，适应不同分辨率的数据管理。有效减少栅格数据的存储量。缺点复杂，难于修改和更新。不存储拓扑关系。如果数据种类不同，处理效率低。各种编码方式的特点直接栅格编码：

简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型；行程编码：

在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于地理信息系统采用；链式编码：

压缩效率较高，最为接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；块式编码和四叉树编码：

具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，是很常用的编码方法。4.栅格数据的获取获取方式1、目读法2、从扫描仪获取3、从摄像机获取4、从遥感中获取5、从矢量数据转换1、目读法将一张透明格网纸叠置于某图件上，根据某种占优法，直接用人工方法获取相应的栅格数据属性。当区域范围较大，或要求栅格单元尺寸比较小时，工作量大到使人很难忍受适用于所选区域范围小，栅格单元尺寸大的情况。2、从扫描仪获取是获取栅格数据的主要设备。高精度，快速度，数据格式标准化。3、从摄像机获取用摄像机可以获取各种景物的视频数据。从摄像机数字化输入的栅格元素数是相对固定的，例如512×512，1024×1024等。4、从遥感获取遥感是利用航空，航天技术获取地球资源和环境信息的重要途径。能周期性，动态的获取丰富的信息，并可直接以数字方式记录和传送。5.栅格数据的组织总结：将栅格数据存储在数据库中，一个栅格单元就可以有多个属性。栅格数据通常难以精确测量，且数据量大，不适合大量运算。但是其优点十分明显，数据结构简单，另外，卫星数据可以原封不动转入GIS栅格数据，还是，叠加运算十分容。二.矢量数据结构1.基本概念2.实体型矢量数据结构3.拓扑型矢量数据结构4.矢量数据组织5.栅格、矢量数据结构比较i栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。矢量数据结构XYx1y1x2y2xiyixnyn矢量结构栅格结构矢量数据结构定义：用一系列有序的x、y坐标对来表示点、线、面等地理实体的空间位置。特点：属性隐含，定位明显坐标空间假定为连续空间，能比栅格模型更精确地定义位置、长度和大小。矢量数据1.基本概念矢量数据结构编码的基本内容

矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；

按矢量数据是否明确表示各地理实体的空间相互关系可分为两大类：实体型拓扑型

2.矢量数据分类(X1,Y1)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)线L点P(X5,Y5)(X1,Y1)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)多边形A(X,Y)P（x,y)L(x1,y1)……(x5,y5)实体是指地图的基本元素：点、线、面1）实体型矢量数据结构A(x1,y1)……(x1,y1)（1）Spaghtetti模型多边形 数据项 A (x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1) B (x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1) C (x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24) D (x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19) E (x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)仅记录空间对象位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。优点：编码容易，数字化简单，显示速度快。缺点：数据冗余，可能出现重叠或者裂缝，引起数据不一致。缺少拓扑关系，空间分析困难。arcGISView3.1shapefile即采用这件数据结构。数据冗余和匹配误差。

ABA：空白B：重叠可能引起的问题：（2）点位字典法记录空间对象每个点坐标。建立点、线、多边形的边界表。消除裂隙和存储冗余。但仍然没有拓扑关系。23456线L点P78910多边形A1点号坐标1x1,y12X2,y23X3,y3……目标序号P1L2，3，4，5A7，8，9，10实体型数据结构的优点结构简单、直观，编码容易实体型数据结构的缺点①数据冗余，相邻多边形的公共边易产生分歧；②实体互相独立，缺乏联系；③岛弧处理比较困难实体型数据结构的优缺点空间信息属性信息各自位置相互关系拓扑结构是明确定义空间关系的一种数学方法。在地理数据库中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。表达拓扑的总思想是：点是独立的，点连成线，线连成面，线有起点、终点，并与左、右多边形邻接。构成多边形的线又称为弧段，弧段有交点。地理数据库中存储的地理信息包括2）拓扑型矢量数据结构记录空间对象每个点坐标。建立点与边（线）、线与多边形的索引文件。用建索引的方法消除多边形数据的冗余和不一致，邻接信息可在多边形文件中通过是否公共弧段号的方式查询。表达拓扑关系繁琐。1、点文件：点号坐标1x1,y1索引文件：面号弧段号P1A,B,C3、面文件：2、弧段文件:弧段号起点

终点点号A527,8,9,101234567891011

1213

1415PPP（1）索引法索引式

BCDEabcfghefibcij12345678910111213141516171819202122232425262728293031线与多边形之间的树状索引

点与多边形之间的树状索引

索引式拓扑结构的典型应用：在ArcView中，每个图形文件包括三个数据文件：1、.shp文件：存储各地图要素的坐标数据和几何数据；2、.shx文件：存储地图要素间的隶属关系；3、.dbf文件：存储地图要素的属性数据。（2）链状双重独立式编码简称DIME(DualIndependentMapEncoding，又称对偶独立地图编码法)，是美国人口统计系统1980年开始采用的一种编码方式，是一种拓扑编码结构。以弧段为单位记录。DIME文件提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码的纲要图以弧段为单位记录。记录（1）弧段坐标文件、（2）弧段文件：链—面，链—结点关系、（3）面文件、（4）点拓扑文件：结点—链关系

表达拓扑关系明确。被一些成熟的商品化软件采用，如ARC/INFO软件。弧段号坐标系列（串)Ax2,y2,X10,y10…弧段号左多边形右多边形起点终点AP1P225面号弧段号P1A,B,-C点号弧段号2A,B,D拓扑结构的基本元素：①拓扑弧段（arc）②结点(node）③多边形（poly）拓扑链、拓扑线段拓扑弧段的两个端点，分别为首结点、尾结点由数条拓扑弧段连接而成结点编码：①②③④⑤⑥弧段编码：123456789多边形编码：(1)(2)(3)(4)(5)①②③④⑤⑥(2)(3)(5)(4)(1)124567893拓扑关系表的建立表1：弧段坐标表弧段坐标对(x3,y3)……(x1,y1)(x1,y1)……(x2,y2)……①②③④⑤⑥124567893123表2：弧段－多边形关系表弧段左多边形1

(1)(2)2

(1)(3)3……右多边形(2)(3)(5)(4)124567893(1)……弧段首结点③……尾结点表3：弧段－结点关系表①①②……123①②③④⑤⑥124567893(2)(3)(5)(4)124567893表4：多边形－弧段关系表多边形弧段……(1)(2)(3)1,2,31,4,7,9(1)a4a4a1a2a2a3N1N2N3N6N4N5a5a7a7拓扑型数据结构的特点优点：

数据结构紧凑，数据冗余小；拓扑关系明晰使得空间查询、空间分析效率高

缺点：

对单个地理实体操作的效率低；难以表达复杂的地理实体；局部更新困难

实体型与拓扑型数据结构比较两者都是目前最常用的数据结构结构实体型代表软件为MapInfo拓扑型代表软件为ARC/INFO易于编辑会产生数据冗余和歧异消除了数据的冗余和歧异操作复杂，甚至会产生新的数据冗余实体型拓扑型拓扑关系建立的技术1拓扑关系的交互式生成（通过人机交互方式实现结点、弧段、多边形拓扑关系的建立）主要步骤：1).利用鼠标按顺序得到构成封闭多边形的弧段，最终建立多边形的拓扑结构；2).利用鼠标确定某一弧段两侧的左右多边形，以建立弧段的拓扑结构。3).利用鼠标确定包围结点的多边形，得到结点的拓扑结构。

2拓扑关系的自动生成3.矢量数据组织矢量数据表示时应考虑以下问题：▶矢量数据自身的存贮和处理。▶属性数据及几何数据与属性数据的联系。▶矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)。关系表几何位置坐标文件连接识别符点：坐标对（x,y）线：坐标对系列(x1,y1)..(xn,yn)面：首尾相同的坐标串+

有关属性、其它属性4.矢量数据结构中的属性表达属性特征类型类别特征：是什么说明信息：同类目标的不同特征属性特征表达类别特征：类型编码说明信息：属性数据结构和表格属性表的内容取决于用户图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。属性表达点状对象目标标识目标标识地物编码坐标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位…………面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构……空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性1)由外业测量获得可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库中。2)由栅格数据转换获得利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。3)跟踪数字化用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。矢量数据获取方法三.矢栅一体化数据结构优点缺点矢量

1、结构紧凑，冗余度低，2、便于描述线或边界。

3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。

4、

图形显示质量好，精度高。

1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。

2、多边形叠置分析困难3、表达空间变化性能力差。

4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。栅格

1、

结构简单，易数据交换。

2、叠置分析和地理现象模拟较易。

3、利于遥感数据的应用和分析，便于图像处理。

4、

输出快速，成本低廉。

1、难以表达拓扑。

2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。

3、投影转换困难。

4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。栅格和矢量数据模型的比较矢量数据结构的特点用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含。用拓扑关系描述空间对象之间的关系。面向目标操作，精度高，数据冗余度小。与遥感等图象数据难以结合。输出图形质量好，精度高。栅格数据结构的特点用离散的栅格描述空间对象与特征，属性明显，定位隐含。叠置分析和地理现象模拟较易。难以建立拓扑关系。数据结构简单，与遥感等图象数据容易结合。输出图形质量低，数据量大。矢栅一体化数据结构根据矢量数据模型与栅格数据模型的特点，在现实应用中，常结合二者，使用矢栅一体化数据结构。如记录土地利用变化时，用栅格数据分析，得到图斑，再转化为矢量图层，生成土地利用变化专题图。而道路、电力网络分析中常用矢量数据进行网格分析。arcGIS8.0推出的arcSDE实现了矢栅数据一体化管理。例如，在矢量化一个线状实体时，除了记录端点外，还记录经过的栅格。四.其它数据结构曲面数据结构Voronoi数据结构 TINGrid数据结构等高线三维数据结构内容：5.1空间数据表达5.2空间数据结构5.3空间数据模型5.3空间数据模型1.基本概念2.常用空间数据模型3.OGC的Geometry对象模型4.Oracle定义的栅格数据模型5.arcGIS数据模型分类1.基本概念通过对客观世界进行抽象，建立模型，是认识世界的基本方法。根据抽象层次，分为：概念模型、逻辑模型、物理模型。现实世界信息世界（概念数据模型）计算机世界（逻辑数据模型）概念化形式化计算机世界（物理数据模型）物理化1）概念模型面向用户的数据模型，与计算机无关。工具：E-R图，UML图概念模型的建模方法E-R图：学号系别姓名学生课程选修mn课程号主讲教师课程名成绩班级属于1班级名班主任班级号m领导n1例：UML图课程+课程号+课程名+授课教师0..n0..m

学生+学号+姓名+课程列表选课()班级+班级号+班级名+班主任+学生列表0..n班长+班长编号考勤()UML图：类、属性、方法、封装、继承关联、聚合/组成、泛化、依赖2）逻辑模型逻辑模型要考虑如何用计算机表达概念模型中所含的信息。包含三方面意思：数据结构、定义在逻辑模型上的基本操作，和完整性约束。其中，数据结构表达了实体及其关系的内容。“关系模型”是经典的逻辑模型。在地理信息领域，对象-关系模型被广泛应用。对象-关系模型支持扩展类型，如可以定义数组、向量、矩阵、集合等数据类型；支持复杂对象和继承的概念例：在Oracle产品中，可以定义“学生”类型：Createtypestudentasobject(publicsNoInteger,publicNameVarchar)Notnull;创建学生表：CreateTableStu(Aliaschar(10)GenInfoStudent,);3）物理模型物理模型描述了数据在存储介质上的组织结构、存取方法等。例如，是顺序存储还是哈希表，不同的存储结构，其查找方法不同。另外，还有建立什么样的索引的问题，是四叉树还是R树，等等。说明：物理模型中的很多问题通常是系统设计人员考虑的问题，不需要应用系统开发者考虑，但是需要数据库创建者做一些基本设置，如文件位置，大小限制，建立索引等。2.常用的空间数据模型现有的空间数据库和GIS软件对空间数据的处理均是基于某种数据模型的。空间数据模型矢量模型栅格模型几何模型（关注地物形状）网络模型（关注地物连通）要素模型（无拓扑关系）拓扑模型1)要素模型对象模型，也称要素模型，是将连续地理空间中的地理现象或事件抽象成不连续的、可被观测的、具有地理参考的空间要素（Feature）或空间实体（Entity，即点、线、面、体），也可将这些基本对象组成复杂对象。对象之间保持特定的关系，如拓扑关系、度量关系，简单对象和复杂对象之间的组成关系、继承关系等。2）栅格模型栅格模型，又称场模型或域（Field）模型，是把地理空间中的现象作为连续分布的空间信息的集合，如地形高度，土壤类型等。在实现时，要考虑样点精度。具体有下面6种模型：规则分布的点、不规则分布的点、规则矩形区、不规则多边形区、不规则三角网、等值线。3）网络模型网络模型，是把地理现象抽象为结点、链，同时表达对象间的连通关系。网络模型可以认为是对象模型的一个特例。说明：1。数据结构强调数据的关联关系，数据模型强调数据的整体布局，和数据的组织方式。在数据库时代，逻辑模型均用“二维表格”存储。2。在数据库时代，每一种模型在二维表中可以是基于“关系”型的，也可以是基于“对象-关系”型的，或者是“面向对象”的。3.OGC的SimpleFeatureAcess即SFA中的几何要素类关系图两种逻辑模型——之一：基于预定义的数据类型的实现系统表预定义之一：预定义之二：物理实现细节两种逻辑模型——之二：基于扩展Geometry数据类型的实现arcINFO中的几何对象模型其它矢量模型网络模型与拓扑矢量模型在OGCSFA规范中也有类似的概念模型、逻辑模型和物理模型表述4.Oracle定义的栅格数据模型Oraclegeoraster数据模型1元数据2坐标系统及其地理参照3栅格数据的分块和分级4GeoRaster数据类型及相关表5GeoRaster数据模型GeoRaster使用一个