—矢量数据模型.pptx

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1、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ObjectIDPark_typePark_type_description10City park21Reservoir32Sports ComplexObjectIDShapeNameTypeAddress1PointChance Town Center0216 Manatee Ave2PointGold Valley11955 Iris Street3Poin

2、tRiley Fields235453 Chestnut Dr第1页/共52页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第2页/共52页空间数据组织 GIS数据模型

3、基本的空间数据模型 矢量数据模型 (Vector) 栅格数据模型 (Raster)Real worldVectorRaster第3页/共52页Raster data 连续的地理要素ElevationImageryVegetation第4页/共52页GIS数据模型全貌AccessDBaseShapefileCoverageGeoDataBaseGISpatial DataAttribute DataAccessDBaseOther DBsGridRasterIDRISIVectorTopologicalNon-TopologicalShapefileHigh levelData ModelsSi

4、mple DataTINObject OrientedCoverageRegionsDynamicsegmentationGeoDataBaseAccessDBaseShapefileCoverageGeoDataBaseGISpatial DataAttribute DataAccessDBaseOther DBsGridRasterIDRISIVectorTopologicalNon-TopologicalShapefileHigh levelData ModelsSimple DataTINObject OrientedCoverageRegionsDynamicsegmentation

5、GeoDataBasePCWorkstationThe two flavors of coverages第5页/共52页矢量数据模型 适用范围 现实世界中，离散的空间要素，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X0Y0X0X0Y0X0Y0(0,0)YX第6页/共52页矢量数据模型 明确的空间位置和边界第7页/共52页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

6、一个坐标点相同 围成一个区域 如宗地、湖泊等第8页/共52页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、导航等第9页/共52页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

7、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第10页/共52页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、右多边形第11页/共52页拓扑性质：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 13 1条弧段连接2个节点，如 arc 2连接node 11, 12（说明方向）

8、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虎踞路汉口西路汉口西路西西康康路路虎踞路第12页/共52页拓扑性质：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 = A = 外围多边形外围多边形第13页/共52页拓扑性质：邻接性（ contiguity） Arc-polygon间的关系 2个多边形分享1个弧段，如多边形B和F Arc有方向，多边形分左、右 如，西康路，由北向南，在河海1号门，左

9、多边形南师，右多边形河海A = A = 外围多边形外围多边形第14页/共52页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第15页/共52页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，组织地理信息 如， Coverage模型 第三代：地理对象关系模型 采用对象关系

10、模型，组织地理信息 如， Geodatabase模型第16页/共52页矢量数据模型CAD模型第一代：第一代：CAD模型模型-强调强调地理要素的几何特征（位置、地理要素的几何特征（位置、形状等）形状等）-用点、线、面表示地理要素，为用点、线、面表示地理要素，为了计算机存储了计算机存储-地图语言加工：注记、符号和色地图语言加工：注记、符号和色彩，为了图形可视化彩，为了图形可视化-按图层组织，方便计算机操作按图层组织，方便计算机操作-忽视忽视地理要素的非几何特征地理要素的非几何特征-没有数据库的支持没有数据库的支持-无法与地理要素的属性关联无法与地理要素的属性关联第17页/共52页矢量数据模型地理关

11、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 增加图形文件和关系数据库的联动第18页/共52页地理关系模型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：左边门牌

12、号码：左边600、700；右；右边边601、701街区号：左街区号：左58202，右，右58201第19页/共52页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第20页/共52页Coverage模型线 ARC 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 右多边形北京西路北京西路第21页/共52页Coverage模型节点 STREET.NAT：节点的数据组织 RECNO#、S

13、TREET#：节点号，如节点2 ARC#：弧段号，如弧段4 STREET_ID：内部编码 NUM_ARCS：节点上连接的弧段数，如节点5上有3根弧段第22页/共52页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农业用地第23页/共52页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 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

14、言北京西路查询查询“北京西路北京西路”-列出列出“弧段弧段1”、“弧段弧段5”、“弧弧段段6”、“弧段弧段7”第24页/共52页地理对象关系模型 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, sitFishA head and a body, feedFins, swim第25页/共52页地理对象关系模型 地理对象的组织 几何性质的表示Geo

15、metry类，Point类、Line类、Polygon类 Point类、Line类、Polygon类“继承”于Geometry类第26页/共52页地理对象关系模型 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等第27页/共52页地理对象关系模型 类之间的关系 联合（association） 聚合（aggregation） 合成（composition） 类继承（type inheritance） 实例化（instantiation）第

16、28页/共52页地理对象关系模型 联合 两个类之间的对应关系 如，1条道路有至少1个以上路灯第29页/共52页地理对象关系模型 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第30页/共52页地理对象关系模型 类继承 父类与子类间的关系 如建成区分为居民区、商业区、工业区第31页/共52页地理对象关系模型 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第32页/共52页地理对象关系模型Geodatabase Personal Geod

17、atabase Single user editing Stored in MS Access Size limit of 2 GB File Geodatabase 1 TB per table Cross platform Enterprise Geodatabase Stored in an enterprise DBMS Supports multi-user editing via versioning Extremely large datasetsPersonal GeodatabaseEnterpriseGeodatabaseOracleSQL ServerDB2Informi

18、xPostgreSQLArcGISFile Geodatabase第33页/共52页地理对象关系模型GeodatabasePersonal GDBFile GDBEnterprise gdb(3 Types)Cool GraphicStorage FormatMicrosoftAccessFolder ofbinary filesDBMSStorage capacity2 GB1 TBper table*Depends oneditionSupported OS platformWindowsAny platformDepends oneditionNumber of usersSingle

19、editorMultiple readersSingle editorMultiple readersMultiple editors& readers* By default; option to have 256 TB per table第34页/共52页地理对象关系模型GeodatabasePersonal GDBFile GDBEnterprise gdb(3 Types)Cool GraphicStorage FormatMicrosoftAccessFolder ofbinary filesDBMSStorage capacity2 GB1 TBper table*Depends

20、oneditionSupported OS platformWindowsAny platformDepends oneditionNumber of usersSingle editorMultiple readersSingle editorMultiple readersMultiple editors& readers第35页/共52页地理对象关系模型GeodatabasePersonal GDBFile GDBEnterprise gdb(3 Types)Cool GraphicStorage FormatMicrosoftAccessFolder ofbinary filesDBM

21、SStorage capacity2 GB1 TBper table*Depends oneditionSupported OS platformWindowsAny platformDepends oneditionNumber of usersSingle editorMultiple readersSingle editorMultiple readersMultiple editors& readers第36页/共52页地理对象关系模型GeodatabasePersonal GDBFile GDBEnterprise gdb(3 Types)Cool GraphicStorage Fo

22、rmatMicrosoftAccessFolder ofbinary filesDBMSStorage capacity2 GB1 TBper table*Depends oneditionSupported OS platformWindowsAny platformDepends oneditionNumber of usersSingle editorMultiple readersSingle editorMultiple readersMultiple editors& readers* By default; option to have 256 TB per table第37页/

23、共52页Geodatabase数据结构 分为分为 feature class 和和 feature dataset 一种要素类仅存储相同的几何一种要素类仅存储相同的几何要素要素 一个要素集存储的要素类，它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们具有相同的坐标系统和地理范围范围 要素类可以不在要素数据集中要素类可以不在要素数据集中 独立要素类 第38页/共52页Geodatabase 数据结构Additional geodatabase elementsParcel fabricsTerrain datasetsRepresentations LocatorsFeature Cla

24、ssesBehaviorAttribute defaultsConnectivity rules Attribute domainsRelationship rulesSplit/merge policyTopology rules Feature datasetSpatial referenceRelationship classesTopologyGeometric networks Polygon Route Line Dimension Point Annotation Raster DatasetsToolboxesToolModelScriptNetwork datasetsTab

25、lesGeodatabase第39页/共52页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ParcelCornerParcelParcelAnnoLotLinesParcel_TopoLotDimensionsSubdivisionBoundryLines第40页/共52页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, wh

26、ere each row has a geographic column第41页/共52页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第42页/共52页Geodatabase特点Point, lines, polygons-Single and multipart featuresText and surfacesFlexible coordinates-XY, Z, MOne record in feature class tableFeature with

27、many parts第43页/共52页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, viewed as a mosaic Advanced querying and processing第44页/共52页拓扑规则 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，见下表第45页/共52页Topology rules in the geodatabas

28、e data modelFeature TypeRulePolygonmust not overlap, must not have gaps, must not overlap with, must be covered by feature class of, must cover each other, must be covered by, boundary must be covered by, area boundary must be covered by boundary of, and contains pointLinemust not overlap, must not

29、intersect, must not have dangles, must not have pseudo-nodes, must not intersect or touch interior, must not overlap with, must be covered by feature class of, must be covered by boundary of, endpoint must be covered by, must not self overlap, must not self intersect, and must be single partPointmus

30、t be covered by boundary of, must be properly inside polygons, must be covered by endpoint of, and must be covered by line第46页/共52页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第47页/共52页复合要素 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）第48页/共52页不规则三角网（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、湖泊等第49页/共52页分区（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能用第50页/共52页路径（Route） 特点 线状要素 带有测量系统 应用在交通部门 如，事故的地点第51页/共52页