北师大地理信息系统原理与应用课件第3章 GIS矢量数据模型

第三章GIS矢量数据模型简单要素的表示拓扑地理关系矢量数据模型基于对象的矢量数据模型现实空间世界空间数据模型空间数据结构空间数据库组织与管理计算机存储认知与抽象空间数据模型：不同的模型下有不同的空间要素认知、抽象和表达方式以及不同的空间关系定义。空间数据结构：不同空间数据模型在计算机内的存储和表达方式。空间实体的表达

常用的空间数据模型/结构：矢量Vector数据模型/结构：通过坐标值精确地表示点、线、面等地理实体的方法。

特点：定位明显，属性隐含栅格Raster数据模型/结构：以规则像元阵列表示空间对象的数据结构。特点：属性明显，定位隐含矢量数据模型的演变ESRI,Inc.Arc/Info:coverageArcView:shapefileArcGIS:geodatabase基于地理关系的数据模型基于对象的数据模型详见注释栏3.1第一节简单要素的表示矢量数据模型（Vectordatamodel）——用点、线、面等几何对象表示空间要素。点：零维，只有位置性质；线：一维，具有长度特性；面：二维，具有面积和周长性质；时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。点Point

只有位置，无宽度和长度一个点或一系列独立点美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置线Line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度量实体距离香港城市道路网分布面Area具有长度和宽度通常用来表示自然或人工的封闭多边形中国土地利用分布图（不连续面）地图比例尺MapScale地图要素的表示取决于地图比例尺如：一个城市在1:1,000,000地图以一点出现，在1:24,000则为一个区域有时还取决于政府制图标准。现实世界的各种现象比较复杂，往往需要由不同的空间要素组合而成。1、定义：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。

拓扑变换（橡皮变换）非拓扑属性（几何）拓扑属性（没发生变化的属性）两点间距离一点指向另一点的方向弧段长度、区域周长、面积等一个点在一条弧段上一条弧是一简单弧段（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/外部一个点在一个环的内/外部一个面是一个简单面（面上没有“岛”）一个面的连通性（面内任两点从一点可在面的内部走向另一点）第二节拓扑（Topology）拓扑常被解释为用图表或图形来研究几何对象排列及其相互关系。Directedlines有向线——arcs弧段Nodes节点——弧段会合点或交叉点有向图（Directedgraph）有向图中可建立节点和弧段间的邻接和关联关系。有向图的邻接矩阵和关联矩阵2、TIGERTopologicallyIntegratedGeographicEncodingandReferencing

拓扑综合地理编码格式在点、线、面之间定义空间关系。TIGER数据库中的拓扑3、拓扑的意义：拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，能确保数据质量和完整性，比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。有助于空间要素的查询，可强化GIS分析，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。可重建地理实体（例如由弧段构成多边形等）。但是GIS中保持空间数据的拓扑关系相应也增加了系统的数据维护负担。拓扑矢量数据——coverage非拓扑矢量数据——shapefile复合要素矢量数据结构——TIN第三节地理关系矢量数据模型空间数据属性数据图形文件存储关系数据库存储地理关系数据模型用两个独立的系统分别存储空间和属性数据。Coverage模型将拓扑关系与要素数据结构结合起来。拓扑矢量数据TopologicalVectorData——Coverage实例分析

连接性：弧段间通过节点彼此连接。面定义：由一系列相连的弧段定义面。邻接性：弧段有方向性，且有左、右多边形。Coverage支持以下三种基本拓扑关系：点的coverage的数据结构线的coverage的数据结构面的coverage的数据结构非拓扑矢量数据NontopologicalVectorData—shapefile快速显示非专有性和互操作性主要优势：Shapefile文件至少包含3个文件：dbf、shp、shx

。dbf文件：存储矢量数据的属性信息

shp文件：存储矢量数据的空间信息

shx文件：保留要素几何学特征的索引文件另外，还可以包括其它文件，如sbn

、sbx

、prj等。

sbn

、sbx

也是空间索引文件，.prj属于数据的投影文件。GIS软件商的共同选择，ESRI中采用的标准非拓扑数据格式；与coverage可相互转换。不规则三角网TIN（Triangulatedirregularnetworks）：用一组互不重叠的不规则三角面来拟合连续分布现象的覆盖表面。

TIN的定义：

复合要素矢量数据结构——TIN根据不规则的采样高程点，用Delaunay三角网来构造初始的TIN，它是一个与其最近两个相邻点连接以尽可能形成等角三角形的反复过程。TIN的数据结构

类：一系列具有相似属性的对象。如：一个名为feature的类可能包括点、线、多边形要素对象，在此类中可共享相同的属性（如形状和范围）和方法（删除、增加等）。第四节基于对象的矢量数据模型用对象来表示和组织空间要素，空间数据和属性数据存储于同一个系统中。允许一个空间要素（对象）与一系列属性和方法相联系。2、聚合aggregation——类之间的整体与部分的关系1、联合

association——类之间有多种对应关系类间的关系3、合成composition——不能独立于整体存在的一种联合4、类继承typeinheritance——父类和子类的关系5、实例化instantiation——一个类的对象可由另一个类中的对象创建接口接口代表类或对象的一系列外部可视化操作。用户可以使用接口来操作对象的属性和方法。Geodatabase是成千上万的对象、属性和方法的集合。

Geodatabase数据模型——典型的基于对象的矢量数据模型地理数据库要素数据集要素类要素类要素类Geodatabase将拓扑定义为关系规则供用户选择。25条拓扑规则详见书P52表3.1+实习书P287拓扑规则TopologyRulesFeatureTypeRulePolygonmustnotoverlap,mustnothavegaps,mustnotoverlapwith,mustbecoveredbyfeatureclassof,mustcovereachother,mustbecoveredby,boundarymustbecoveredby,areaboundarymustbecoveredbyboundaryof,andcontainspointLinemustnotoverlap,mustnotintersect,mustnothavedangles,mustnothavepseudo-nodes,mustnotintersectortouchinterior,mustnotoverlapwith,mustbecoveredbyfeatureclassof,mustbecoveredbyboundaryof,endpointmustbecoveredby,mustnotselfoverlap,mustnotselfintersect,andmustbesinglepartPointmustbecoveredbyboundaryof,mustbeproperlyinsidepolygons,mustbecoveredbyendpointof,andmustbecoveredbyline具有面向对象技术的新功能优势；等级结构利于数据的组织和管理；空间和属性要素同时存储，减少了数据处理的工作量；即时拓扑给用户提供多种选择；可根据不同的需求定制对象。

Geodatabase数据模型的优点：1、理解空间要素的表达。2、拓扑关系是明确定义空间结构关系的数学