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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（Topological）简单
2、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数据模型全貌,矢量数据模型,适用范围现实世界中，离散的空间要
3、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
4、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（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
5、、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 131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2,4,9,6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（conti
6、guity）,Arc-polygon间的关系2个多边形分享1个弧段，如多边形B和FArc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
7、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
8、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
9、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2ARC#：弧段号，如弧段4STREET_ID：内部编码NUM_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
10、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“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,AnimalsA head and a body,feed,MammalsA head and a body,feedFour legs,sit,F
11、ishA head and a body,feedFins,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
12、（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 GeodatabaseSingle
13、user editingStored in MS AccessSize limit of 2 GBFile Geodatabase1 TB per tableCross platformEnterprise GeodatabaseStored in an enterprise DBMSSupports multi-user editing via versioningExtremely large datasets,Personal Geodatabase,EnterpriseGeodatabaseOracleSQL ServerDB2InformixPostgreSQL,ArcGIS,Fil
14、e 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Geodatabase,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,Ge
15、odatabase 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 Feature 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
16、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,polygonsSingle and multipart features,Text and surfacesFlexible coordinatesXY,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,viewe
17、d as a mosaicAdvanced 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”区位处理按不同的应用定制数据模型,复合要素,以点、线、面复合的方式表示地理要素类型不规则三角网（TIN）分区（regions）,不规则三角网（TIN）,英文名称：Triangulated irregular network特点用一系列不叠置三角形近似表示地形不规则采样的高程数据采用方法：德老内三角测量法辅助信息：加上道路、河流、湖泊等,分区（Region）,具有类似特征的地理范围，如行政区层级组织结构省、市、县等可叠置或不连续Geodatabase能用,路径（Route）,特点线状要素带有测量系统应用在交通部门如，事故的地点,
