地理信息系统矢量数据模型

地理信息系统矢量数据模型第1页，共87页，2023年，2月20日，星期四3.1 数据涵义与数据类型

数据是信息的载体。其具体形式多种多样，如文本、图像、声音等。在信息系统中，数据的格式随着载荷它的物理设备的形式而改变。数据处理就是获得数据中所包含的信息的过程。

在GIS中，输入、存储的各种专题地图和统计图表是数据；系统软件中所包含的代码是计算机系统中的二进制数据；用户对地理信息系统发出的各种指令也是数据。因此，GIS的建立和运行，就是信息或数据按一定的方式流动的过程。

第2页，共87页，2023年，2月20日，星期四原始数据（Primarydata）次生数据(Secondarydata)

原始数据经过GISs和RSIPS（遥感影像处理系统）处理后都可以转化为次生数据。原始数据主要包括各种地图数据、表格数据和影像数据。对于大多数地理信息系统的应用来说，它们常用的是各种类型的次生数据。数据的类型第3页，共87页，2023年，2月20日，星期四

原始地球物理、地球化学和其它有关地球的技术数据，都是通过数字记录仪器来采集的。这些数据的样点观测方式，或者是在自然地理位置上的测量或者是在实验室对于采集样本的测量。在许多情况下，采样点的地理位置是根据地形图来确定的，而地形图上各点的位置坐标则能够以数字化表格的形式记录，或者直接利用卫星全球定位系统（GPS）进行测量。第4页，共87页，2023年，2月20日，星期四第5页，共87页，2023年，2月20日，星期四第6页，共87页，2023年，2月20日，星期四

当原始数据经过解释、编辑和处理后，它们将转化为次生数据。常用的次生地球科学数据主要表现为诸如地图、表格以及空间信息的地学编码等形式。第7页，共87页，2023年，2月20日，星期四地理数据（空间数据）的基本特征

地理数据一般具有三个基本特征：空间特征或几何特征（定位数据）：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标等。属性特征（非定位数据），表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等。时间特征（时间尺度）：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等。第8页，共87页，2023年，2月20日，星期四空间数据的类型

空间特征数据记录空间实体的位置、拓扑关系和几何特征，这是GIS区别于其他数据库管理系统的标志。空间特征指空间物体的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻物体的拓扑关系。这是地理信息系统所独有的。空间位置可由不同的坐标系统来描述，如经纬度、地图投影坐标或直角坐标等。拓扑关系确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系，如一所学校位于哪个路口或哪条街道。第9页，共87页，2023年，2月20日，星期四专题特征指地理实体所具有的各种性质，以数字、符号、文本和图像等形式表示，可被其它类型的信息系统存储和处理，如地形坡度、某地年降雨量、土地类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等。时间属性是指地理实体的时间变化或数据采集的时间等。第10页，共87页，2023年，2月20日，星期四空间数据的表示方法

类型数据：考古地点、道路线和土壤类型的分布等；面域数据：随机多边形的中心点、行政区域界线和行政单元等；网络数据：道路交点、街道和街区等；样本数据：气象站、航线和野外样方的分布区等；曲面数据：高程点、等高线和等值区域；文本数据：地名、河流名称和区域名称；符号数据：点状符号、线状符号和面状符号（晕线）等。

第11页，共87页，2023年，2月20日，星期四3.2

地理空间的矢量表达地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的基础。地理空间的表达方法包括矢量、栅格、三角形不规则网、Voronoi等几类。以此为基础，可以构造地理空间各种不同的数据模型和数据结构。第12页，共87页，2023年，2月20日，星期四矢量表达法主要表现空间实体的形状特征。0维矢量：空间中的一个点（point），在二维、三维欧氏空间中分别用(x,y)和(x,y,z)来表示。在数学上，点没有大小、方向。点包括如下几类实体：实体（Entity）点、注记（Text）点、内点（Label）、结点（Node）、角点(Vertex)或中间点。一维矢量：表示空间中的线划要素，它包括线段、边界、弧段、网络等。在二维（见（2-1）式）、三维（见（2-2）式）欧氏空间中用有序的坐标对表示：第13页，共87页，2023年，2月20日，星期四一维矢量的空间关系主要有如下几种：

(1)坐标序列中的首点（x1，y1）和末点（xn，yn）统称为结点（首结点和末结点）。位于首尾结点间的点（x1，y1），（x2，y2），…，（xn-1，yn-1）为拐点或中间点或角点（见图(a)）；

(2)首尾结点可以重合，即弧段首尾相接。相应的数学表达式为(图(b))：x1=

xn，y1=

yn

（3）弧段不能与自身相交。如果相交，需以交点为界把弧段分为几个一维矢量（见图(c)）。在图(c)中，弧段数为3，而不是1。三个弧段分别为AK,KBCDEFGHK,KIJ。第14页，共87页，2023年，2月20日，星期四一维矢量的主要参数有：长度：从起点到终点的总长。弯曲度：表示像道路拐弯时弯曲的程度。方向性：开始于首结点，结束于末结点。如河流中的水流方向，高速公路允许的车流方向等等。第15页，共87页，2023年，2月20日，星期四二维矢量（又称多边形）：表示空间的一个面状要素。在二维欧氏平面上指由一组闭合弧段所包围的空间区域,见图(a)。在三维欧氏空间中二维矢量为空间曲面。目前通过二维矢量对空间曲面的表达主要有等高线和剖面法两种，见图(b)(c)。等高线通过设置等间距，把具有相同高程值的点连接起来形成等高线（一维矢量），来描述空间曲面。剖面是按一定的间距和剖面方向切割空间曲面，切割而成的多组剖面就完成了对空间曲面的描述。第16页，共87页，2023年，2月20日，星期四二维矢量的主要参数如下：面积：指封闭多边形的面积。对于三维欧式空间中的空间曲面而言，还包括其在水平面上的投影面积。周长：如果形成多边形的弧段为折线，那么，周长为各折线段长度之和；多边形由曲线组成，则计算方法较为复杂，如积分法。凹凸性：用于二维矢量的形态描述。凸多边形是指多边形内所有边之间的夹角小于180。反之，则为凹多边形。走向、倾角和倾向：在描述地形、地层特征要素时常使用这些参数。第17页，共87页，2023年，2月20日，星期四地理空间的拓扑“拓扑”（Topology）一词源于希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个重要分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性----拓扑属性。理解拓扑变换和拓扑属性：假设在欧氏平面中一块高质量的橡皮，表面上有由结点、弧段、多边形组成的任意图形。若只对橡皮进行拉伸、压缩，而不进行扭转和折叠，则在橡皮形状变化过程中，图形的一些属性将继续存在，一些属性将发生变化。例如，如果多边形中有一点A，那么，点A和多边形边界间的空间位置关系不会改变，但多边形的面积会发生变化。这时，称多边形内的点具有拓扑属性，而面积则不具有拓扑属性，拉伸和压缩这样的变换称为拓扑变换。第18页，共87页，2023年，2月20日，星期四表2-1欧氏平面上空间对象所具有的拓扑和非拓扑属性

拓扑属性

一个点在一个弧段的端点

一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交）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（面上没有岛）

一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）

非拓扑属性

两点间的距离一个点指向另一点的方向

弧段的长度区域的面积和周长第19页，共87页，2023年，2月20日，星期四空间关系—拓扑关系—拓扑属性—拓扑不变量距离、方向、长度、周长、面积—非拓扑属性—拓扑变量

第20页，共87页，2023年，2月20日，星期四拓扑学为地理空间关系的研究提供了数学基础，通过对空间关系特征的拓扑序列研究，能够揭示空间关系的不同类型：(1)弧段结点连接性（Arc-nodetopology）(2)多边形区域定义（Polygon-arctopology）

(3)多边形邻接性（Left-righttopology）第21页，共87页，2023年，2月20日，星期四

弧段在结点处的相互联接关系。每个弧段都有一个起始端点和一个终止端点，从起始端点到终止端点表示了弧段的方向，而所有弧段的端点序列则定义了弧段与结点的拓扑关系，空间拓扑关系分析就是通过在端点序列中寻找弧段之间的共同结点来判断弧段与弧段之间是否存在连接性。

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多个弧段首尾相连构成多边形的内部域。在矢量模型中，多边形区域是由一系列弧段序列组成的。

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根据弧段的方向性及其左右边来判断弧段左右多边形的邻接性。

弧段的左与右的拓扑关系（Left-righttopology）表现了邻接性。一个具有方向性的弧段，沿弧段方向有左边和右边之分。空间拓扑关系分析正是依据弧段的左边与右边的关系来判断位于该弧段两边多边形的邻接性。

第24页，共87页，2023年，2月20日，星期四二意性组合图问题基于结点—弧段—多边形（Node-arc-polygon）的拓扑分析，描述了空间实体之间的连接性和邻接性。但是，它对于两种不同的空间配置仍有可能给出相同的拓扑关系描述，组合图理论解决了这一空间配置的二意性组织问题。第25页，共87页，2023年，2月20日，星期四为解决组合图问题，定义由结点和弧段形成的组合图边界网络遵守如下规则：弧段具有方向性，若沿着弧段运动时，由弧段组成的多边形对象总是位于弧段的右边，弧段的这一运动方向就是弧段的正方向；当弧段运动至某个结点时，以结点为轴按反时针方向旋转，选取尚未走过的弧段正方向离开结点的几个弧段中的第一个弧段；由上规则跟踪完所有弧段为止。

第26页，共87页，2023年，2月20日，星期四地理空间实体对象之间的空间相互作用关系。空间关系分为三大类：拓扑空间关系（TopologicalSpatialRelationship）：描述空间实体之间的相邻、包含和相交等空间关系。度量空间关系(MetricSpatialRelationship)：描述空间实体的距离或远近等关系。距离是定量描述，而远近则是定性描述。顺序空间关系（OrderSpatialRelationship）：描述空间实体之间在空间上的排列次序，如实体之间的前后、左右和东南西北等方位关系。目前对前两者的研究较成熟，算法也较简单；后者的判别方法较复杂，尤其在三维欧氏空间中。

空间关系第27页，共87页，2023年，2月20日，星期四拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质。在图论中，拓扑是指用图表或图形来研究几何对象排列及其相互关系。拓扑关系明确表达了实体/要素之间的空间相互关系。结点、弧段、多边形间的拓扑关系主要有如下三种：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。拓扑关系第28页，共87页，2023年，2月20日，星期四空间数据的拓扑关系拓扑邻接：存在于空间图形的同类图形实体之间的拓扑关系。如结点间的邻接关系和多边形间的邻接关系。左图中，结点N1与结点N2、N3、N4相邻，多边形P1与P2、P3相邻。拓扑关联：存在于空间图形实体中的不同类图形实体之间的拓扑关系。如弧段在结点处的联结关系和多边形与弧段的关联关系。N1结点与弧段A1、A5、A3相关联，多边形P2与弧段A3、A5、A6相关联。拓扑包含：不同级别或不同层次的多边形图形实体之间的拓扑关系。下图的a、b、c分别有2、3、4个层次。

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空间拓扑关系的形式化描述建立在点集拓扑理论基础上。空间拓扑关系如按两两结合包括：面-面、面-点，面-线，线-线，线-点，点-点。每一种形式的空间关系又包含更多的子形式。面-面空间关系的形式化表达：第30页，共87页，2023年，2月20日，星期四面-线空间关系的形式化表达：第31页，共87页，2023年，2月20日，星期四

面-点空间关系的形式化表达：第32页，共87页，2023年，2月20日，星期四空间数据的拓扑关系在GIS数据处理和空间分析中的作用：根据拓扑关系，不需要利用坐标和距离就可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的空间位置关系。因为拓扑数据已经清楚地反映出空间实体间的逻辑结构关系，而且这种关系较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图投影而变化。利用拓扑数据有利于空间数据的查询。例如判别某区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些居民区提供水源，某行政区域包括哪些土地利用类型等等。利用拓扑数据进行道路的选取，进行最佳路径的计算等。

第33页，共87页，2023年，2月20日，星期四3.3 矢量数据模型模型：对现实世界的简化表达。一幅地图是一个符号模型，存贮数字地图的文件是一种符号模型。数据模型：根据一定的方案建立的数据逻辑组织方式。空间数据结构是对空间数据进行合理的组织，以便于计算机的处理。数据结构是数据模型和文件格式之间的中间媒介，是数据模型的具体实现。

第34页，共87页，2023年，2月20日，星期四数据建模：指把反映现实世界的数据，按某种逻辑组合方式组织为有用，且能反映世界现实规律的数据集的过程。第35页，共87页，2023年，2月20日，星期四数据建模具体有三步：选择一种数据模型来对现实世界的数据进行组织；选择一种数据结构来表达该数据模型；选择一种适合于记录该数据结构的文件格式。第36页，共87页，2023年，2月20日，星期四例如，表示地表高程的空间数据可以：选用栅格模型进行组织，栅格模型选用游程编码数据结构进行表达，处理后的数据则以诸如后缀名为.COT的文件进行存储；可用矢量模型来组织，即以等高线来表示，数据以POLYVRT的拓扑结构进行安排，以DLG(DigitalLineGraph)文件格式存储；不规则三角网（TIN）模型也能很好地表达高程数据。对一种空间数据进行建模可能有几种可选的数据模型来描述，而每一种数据模型则可能有若干种数据结构来表达，而每一种数据结构又可能有多种文件格式进行存储。由此可见，只有同时理解了存储数据的数据模型和数据结构，用户才能够更好地使用数据。第37页，共87页，2023年，2月20日，星期四

由于计算机对于数据项的表达、存贮、处理和操作都是离散化的，因此，地理空间建模也必然是离散化的。所有空间数据模型都是针对离散化空间数据对象，如点、线、面、体和表面等建立的。

GISs中最常用的数据模型为矢量模型和栅格模型。矢量模型用点、线、面表达世界，栅格模型则用空间单元（Cell）或像元（Pixel）来表达。

第38页，共87页，2023年，2月20日，星期四矢量数据模型矢量数据模型：用点及其x，y坐标来构建空间要素。构建矢量数据模型的一般方法：用简单的几何对象（点、线和面）来表示空间要素；在GIS的一些应用中，明确地表达空间要素之间的相互关系；数据文件的逻辑结构必须恰当，使计算机能够处理空间要素及其相互关系；陆地表面数据、重叠的空间要素和路网适于用简单几何对象的组合来表示。第39页，共87页，2023年，2月20日，星期四矢量数据的表示几何对象点、线、面这三种类型的几何对象由维数和特征来区别。点是零维的，只有位置特征，线是一维的，有长度特征，面是二维的，有面积和边界特征。点及其坐标是矢量数据模型的基本单元。线要素由点定义。面要素由线定义，其边界把区域分成了内部区域和外部区域，它既可以是单独的，也可以是连续的。矢量数据的表示受比例尺制约。第40页，共87页，2023年，2月20日，星期四

矢量模型非常适于表达图形对象和进行高精度制图。在矢量模型中，包围多边形面的线是由一系列相连的点或中间点（Vertices）组成，每个中间点也就是一个空间坐标对（见下图）。第41页，共87页，2023年，2月20日，星期四矢量模型的基本类型起源于“Spaghetti模型”，点用坐标对表示，线由一串坐标对组成，面是由线形成的闭合多边形。拓扑属性是矢量模型操作的关键，多边形的边界被分割成一系列的弧和结点，弧、结点和多边形之间空间关系在属性表中定义。

第42页，共87页，2023年，2月20日，星期四

在矢量模型中，空间实体的拓扑属性，如邻接性、包含关系（Containment）和连接性不会随着诸如移动、缩放、旋转和剪切等变换而改变，而空间坐标，还有一些几何属性（如面积、周长、方向等）会受到影响。矢量模型能方便地进行比例尺变换、投影变换。矢量模型数字设备：数字化仪，笔式绘图仪等。第43页，共87页，2023年，2月20日，星期四

矢量数据存贮结构比栅格的复杂，且以矢量形式进行图形叠加的算法也很复杂。栅格和矢量模型最根本的不同在于它们如何表达空间概念。矢量模型用边界或表面来表达空间目标对象的面或体要素，通过记录目标的边界，同时采用标识符（Identifier）表达它的属性来描述对象实体。一般GISs都支持矢量和栅格两种模型，以充分利用两种数据结构的优点。

第44页，共87页，2023年，2月20日，星期四三维矢量：用于表达三维空间中的现象和物体，是由一组或多组空间曲面所包围的空间对象，它具有体积、长度、宽度、高度、空间曲面的面积、空间曲面的周长等属性。

三维矢量示意图

第45页，共87页，2023年，2月20日，星期四不规则三角网的表达方法不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork,简称TIN）属于镶嵌模型（Tessellationmodel）中的一种类型。单个三角形的顶点就是原始数据点或其它空间信息的控制点。镶嵌模型示意图

第46页，共87页，2023年，2月20日，星期四不规则三角网模型（TIN模型）

TIN模型利用不规则三角形来描述数字高程表面。在TIN模型中，同样可以建立三角形顶点（数据点）、三角形边、三角形个体间的拓扑关系。TIN模型示意图见下图。如果建立了TIN模型图形实体（三角形顶点、三角形边、三角形）的拓扑关系，将大大加快处理三角形的速度。数字高程模型的主要优点是能够方便地进行空间分析和计算，如对地表坡度、坡向的计算等。

数据点三角形边三角形图TIN模型

第47页，共87页，2023年，2月20日，星期四图A不规则三角网

图B与TIN有关的特殊空间对象

TIN表达法有以下特点：能够表达不连续的空间变量（图A）。栅格方法很难处理逆断层、悬崖峭壁等特殊空间对象（图B(a)、(b)），而TIN的处理则相当容易。第48页，共87页，2023年，2月20日，星期四由于三角形顶点(Vertex)就是实际的控制点，所以，它对空间对象的表达精度较高。能够精确表达河流、山脊、山谷等线性地形特征(图B(c))。TIN的空间几何特征为：三角形顶点（Vertex）。三角形边（Edge）。三角面（Triangularfacet）。

第49页，共87页，2023年，2月20日，星期四

在TIN模型中，采用不规则多边形拟合地表，点的位置控制着三角形的顶点，这些三角形尽可能接近等边，地表地形就可由一组三角形很好地表示出来。三角网的一个优点是，其三角形大小随点密度变化而自动变化，当数据点密集时生成的三角形小，表示地形陡峭，数据点较稀时生成的三角形较大，表示地形平缓。TIN也能表示不连续对象，如悬崖、断层、海岸线和山谷谷底。把TIN转化为栅格，可用线性内插方法，也可用非线内插方法。

第50页，共87页，2023年，2月20日，星期四第51页，共87页，2023年，2月20日，星期四第52页，共87页，2023年，2月20日，星期四矢量数据模型特别适用于表示和保存诸如建筑、管线或地类界线这样的具体特征。点是x,y坐标对；线是决定其形状的一组坐标；面是定义所包围区域界线的一组坐标。第53页，共87页，2023年，2月20日，星期四ArcGIS中是以特征类和在拓扑关系上相关联的特征类保存矢量数据。与这些特征相关的属性被保存在数据表中。ArcGIS采用三种方式实现矢量数据模型：CoverageShapefileGeodatabase第54页，共87页，2023年，2月20日，星期四3.4矢量数据结构数据结构即数字数据文件的结构和文件之间的关系。数据结构是数据模型和文件格式之间的中间媒介，是数据模型的具体实现。

数据结构的选择主要取决于数据的性质和使用方式。

基于拓扑关系的矢量数据结构有利于数据文件的组织，并减少数据冗余。例如：两个多边形共享一个边界。第55页，共87页，2023年，2月20日，星期四矢量拓扑数据结构点要素可用标识号码（IDs）和成对的x，y坐标来编码。拓扑关系不适于应用点，因为点是彼此分开的。线要素由弧段-坐标表表示。弧段-节点表列出了弧段与节点之间的关系。面要素中，多边形/弧段清单显示多边形和弧段之间的关系；左/右多边形清单显示弧段及其左多边形与右多边形之间的关系。第56页，共87页，2023年，2月20日，星期四1）Spaghetti结构第57页，共87页，2023年，2月20日，星期四2）拓扑数据结构

VanRoessel(1997)拓扑结构：对拓扑关系分析过程做了清晰阐释。Roessel拓扑数据结构使用的空间构件：A-多边形，B-环，C-链与结点，D-中间点Roessel拓扑表中的关系连接：多边形与环，环与链，链与结点和多边形，链与中间点第58页，共87页，2023年，2月20日，星期四拓扑关系的关联表达

(a)多边形、弧段、结点（自上到下）

多边形弧段弧段结点

P1a4a5a6a1N1N2P2a1a8a5a2N2N4P3a3a6a7a3N4N5P4a2a7a8a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3（b）结点、弧段、多边形结点弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6

弧段左多边形右多边形

a10P2a20p4a30p3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2第59页，共87页，2023年，2月20日，星期四半显式表示

弧段起结点终结点左多边形右多边形坐标

a1N1N20P2a2N2N40p4a3N4N50p3a4N1N5p10a5N1N3p2p1a6N3N6p3p1a7N3N4p4p3a8N2N3p4p2。

第60页，共87页，2023年，2月20日，星期四

与Spaghetti结构相比，Roessel结构优点：①消除了相邻多边形之间共同边界的重复记录；②拓扑信息与空间坐标分别存储，有利于空间关系查询与分析。

Roessel结构缺点：①拓扑表必须一开始时就创建，这需要一定时间和空间；②一些简单操作，如图形显示较慢，因为显示要的是坐标而非拓扑结构。第61页，共87页，2023年，2月20日，星期四TIN数据结构

TIN数据结构与编码第62页，共87页，2023年，2月20日，星期四第63页，共87页，2023年，2月20日，星期四

我们通过设计分类方案来理解和描述一个现实世界的复杂关系。分类是以所要描述实体的共同特征为基础进行的，它能够帮助我们组织数据以建立观察世界的数据模型，而通过对这一数据模型实施数据编码，则能够将我们对现实世界的观察模型转换成GISs可以接收的数据编码模型。

1.空间数据组织

2.空间数据编码空间数据组织与编码第64页，共87页，2023年，2月20日，星期四

依据地理实体之间不同特征（如因公路和铁路的建造方式不同而将它们视为不同的类）、相似特征（如因公路和铁路都具有运输功能而将它们视为一类）以及不同地理实体的组合特征（如飞机跑道、出租车道、建筑楼群和停车场共同组成飞机场）来对地理特征进行分类，以实现空间数据的组织。

上表中每一条道路都有一组属性对其进行描述，这样的表被称为属性表。属性表中每一行都是一个记录，它包含了针对某个空间实体的描述信息；表中每一列称为信息描述的一个项。空间数据组织第65页，共87页，2023年，2月20日，星期四

空间特征数据的表达方式包括各种数据结构，并表现为点、线、面等各种图形符号信息；属性特征数据的表达方式包括基于地理特征（包括空间特征和属性特征）的多种分类关系的表格。GISs正是通过建立空间特征数据的图形符号表达与属性特征数据的表格表达之间的联系，才具备了强大的空间分析能力。多边形拓扑关系表与多边形属性表之间的联系第66页，共87页，2023年，2月20日，星期四一个空间特征可以具有多个属性特征描述第67页，共87页，2023年，2月20日，星期四GISs中对实体（对象）的描述一般包括三种基本信息：语义信息、量度信息和关系结构信息。语义信息表明实体的类型，量度信息用于描述实体的形状和位置等几何属性，关系结构信息用于描述一个实体与其它实体的联系。空间数据的编码则主要是指语义信息的数据化，它是建立在地理特征的分类及其等级组织基础之上的空间信息数据编码，用于表明实体元素在数据分类分级中的隶属关系和属性性质。编码方式：主码+子码。其中，主码表示实体元素类别，子码则是对实体元素的标识和描述。

空间数据编码第68页，共87页，2023年，2月20日，星期四ESRI矢量数据格式简介1.Coverage–基于拓扑的矢量数据格式Coverage是ArcInfoworkstation的原生数据格式。称之为“基于文件夹的存储”。所有信息都以文件夹的形式来存储。空间信息以二进制文件的形式存储在独立的文件夹中，文件夹名称即为该coverage名称，属性信息和拓扑数据则以INFO表的形式存储。Coverage将空间信息与属性信息结合起来，并存储要素间的拓扑关系。第69页，共87页，2023年，2月20日，星期四coverage二进制文件与存储属性信息的INFO文件夹中的INFO表联合表达为coverage，当使用ArcCatalog对coverage进行创建、移动、删除或重命名等操作时，ArcCatalog将自动维护他们的完整性，将coverage和INFO文件夹中的内容同步改变。所以对coverage进行操作，一定要在ArcCatalog中进行。第70页，共87页，2023年，2月20日，星期四Coverage是一个集合，它可以包含一个或多个要素类。图3中简要介绍了一下常见的coverage类型及其要素类。第71页，共87页，2023年，2月20日，星期四2.Shapefile—非拓扑矢量数据格式

Shapefile是ArcViewGIS3.x的原生数据格式，属于简单要素类，用点、线、多边形存储要素的形状，却不能存储拓扑关系，具有简单、快速显示的优点。

一个shapefile是由若干个文件组成的，空间信息和属性信息分离存储，所以称之为“基于文件”。在windows资源管理器下，可以看见这个名为actc的shapefile是由actc.shp、actc.shx、actc.dbf三个文件组成。第72页，共87页，2023年，2月20日，星期四shapefile的三个基本文件，每个shapefile，都至少有这三个文件组成，其中：

*.shp：存储的是几何要素的的空间信息，也就是XY坐标

*.shx：存储的是有关*.shp存储的索引信息。它记录了在*.shp中，空间数据是如何存储的，XY坐标的输入点在哪里，有多少XY坐标对等信息

*.dbf：存储地理数据的属性信息的dBase表这三个文件是一个shapefile的基本文件。

shapefile还可以有其他一些文件，但所有这些文件都与该shapefile同名，并且存储在同一路径下。下面简要介绍一下其他一些较为常见文件：

*.prj：如果shapefile定义了坐标系统，那么它的空间参考信息将会存储在*.prj文件中；

*.shp.xml：这是对shapefile进行元数据浏览后生成的xml元数据文件

*.sbn和*.sbx：这两个存储的是shapefile的空间索引，它能加速空间数据的读取。这两个文件是在对数据进行操作、浏览或连接后才产生的，也可以通过ArcToolbox>DataManagementTools>Indexes>AddspatialIndex工具生成。第73页，共87页，2023年，2月20日，星期四当使用ArcCatalog对shapefile进行创建、移动、删除或重命名等操作，或使用ArcMap对shapefile进行编辑时，ArcCatalog将自动维护数据的完整性，将所有文件同步改变。所以需要使用ArcCatalog管理shapefile。

虽然Shapefile无法存储拓扑关系，但它并不是普通用于显示的图形文件，作为地理数据，它自身有拓扑的。比如一个多边形要素类，shapefile会按顺时针方向为它的所有顶点排序，然后按顶点顺序两两连接成的边线向量，在向量右侧的为多边形的内部，在向量左侧的是多边形的外部。第74页，共87页，2023年，2月20日，星期四3.Geodatabase–基于对象的矢量数据格式Geodatabase体现了很多第三代地理数据模型的优势。带有空间信息的地理数据也利用成熟的数据库技术进行管理。ESRI推出了geodatabase数据模型，利用数据库技术高效安全地管理地理数据。第75页，共87页，2023年，2月20日，星期四像shapefile一样，Geodatabase使用点、线和多边形表示基于矢量的空间要素。点要素可以是单一的一个点，也可以由多个点组成；聚合线由一系列线组成，线段之间可以相互连接或者不连接；多边形要素由一个或多个环组成。Geodatabase将矢量数据组织成要素类和要素数据集。要素类存储具有相同几何类型的空间要素；要素数据集存储具有相同坐标系和区域范围的要素类。如果一个要素类属于Geodatabase，但不是要素集的一部分，称为独立要素类。此外，Geodatabase还能存储栅格数据、不规则三角网、网络数据、属性表格等。第76页，共87页，2023年，2月20日，星期四Geodatabase可以分为三种：一是基于MicrosoftAccess的personalgeodatabase，称为单用户数据库，以mdb为扩展名。受到access存储能力的限制，单个文件不能大于2GB。二是文件Geodatabase，以许多小文件的形式存储在文件夹中，以gdb为扩展名。没有数据库大小的限制，可以跨平台作业。多用户或者ArcSDEGeodatabase，在数据库管理系统如Oracle、SQLServer、Informix或者DB2中存储数据。它需要中间件ArcSDE进行连接，也被称为enterprisegeodatabase。虽然底层使用的数据库各不相同，但是geodatabase给用户提供的是一个一致的操作环境。Geodatabase将拓扑定义为关系规则，在要素数据集中执行。第77页，共87页，2023年，2月20日，星期四三种矢量数据模型的优点：Coverage：

基于拓扑关系的数据结构，有利于数据文件的组织，减少数据冗余。（如：相邻的多边形共享边界只存储一次，减少冗余，便于修改、维护）Shapefile：1）非拓扑数据结构比拓扑数据结构能更快速地显示；2）非拓扑数据具有非专业性和互操作性，使其可以在不同软件间通用。Geodatabase：1）Geodatabase的等级结构对于数据组织和管理十分有利；2）Geodatabase是ArcObjects的一部分，具有面向对象的优势；3）Geodatabase提供了即时拓扑，适用于要素类内的要素或者两个、多个要素共同参与（如数据编辑、要素间关系等）；4）在ArcObjects中有许多对象、属性、方法可供GIS用户定制应用，减少大量工作的重复性（如数据集的投影等）；5）ArcObjects提供了一个可以按照各行各业需要定制对象的模型。可以将显示世界中各个对象的不同属性、行为定制到数据模型中（如交通对象等）。第78页，共87页，2023年，2月20日，星期四3.5 空间数据的元数据元数据(Metadata)是描述数据的数据。在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。传统的图书馆卡片、图书的版权说明、磁盘的标签等都是元数据。地图的元数据包括地图类型、地图图例，图名、空间参照系和图廓坐标、地图内容说明、比例尺和精度、编制出版单位和日期或更新日期、销售信息等。在这种形式下，用户通过它可以非常容易地确定该地图是否能够满足其应用的需要。

第79页，共87页，2023年，2月20日，星期四元数据的概念

元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户准确、高效与充分的开发与利用数据集。元数据的内容包括：对数据集的描述；对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序代（数据生产历史）等的说明；对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、元数据的比例尺等；对数据处理信息