矢量數(shù)據(jù)模型PPT課件

1、第4講 矢量數(shù)據(jù)模型,葛 瑩,第1周 第12周,內(nèi)容提要,從GIS數(shù)據(jù)模型的分類著手 GIS數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型 組織方式 表示方法 地理關(guān)系模型Coverage模型 地理對象關(guān)系模型Geodatabase模型,GIS數(shù)據(jù)模型,地理信息（GI）分為兩個部分 空間數(shù)據(jù)（spatial data） 表示地理要素的幾何特征 如，位置、形狀、面積、長度等 屬性數(shù)據(jù)（attribute data） 表示地理要素的非幾何特征 如，河流名稱、土地利用類型等,GIS數(shù)據(jù)模型,GIS數(shù)據(jù)模型的組織方式 矢量數(shù)據(jù)模型（vector） 非拓撲模型（Non-topological），如 shapefile 拓撲模型

2、（Topological） 簡單模型（Simple），如 coverage 高級模型（High-level），如 TIN、分區(qū)、路徑、geodatabase 柵格數(shù)據(jù)模型（raster） 如，ESRI Grid、Tiff、 JPEG等 屬性數(shù)據(jù)模型 低層次，如 dBase 中等層次，如 Access 高層次，如 Oracle,空間數(shù)據(jù)組織 GIS數(shù)據(jù)模型,基本的空間數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型 (Vector) 柵格數(shù)據(jù)模型 (Raster,Real world,Vector,Raster,Raster data 連續(xù)的地理要素,Elevation,Imagery,Vegetation,GIS數(shù)據(jù)模

3、型全貌,矢量數(shù)據(jù)模型,適用范圍 現(xiàn)實世界中，離散的空間要素，如控制點、道路、湖泊等 X,Y 坐標表示地理要素 矢量數(shù)據(jù)特征 經(jīng)度和緯度 投影后 X,Y 坐標,矢量數(shù)據(jù)模型 明確的空間位置和邊界,矢量數(shù)據(jù)模型絕對位置表示,表示地理要素的“絕對位置” 點：0維 單個(x，y)坐標表示 沒有面積 如井、控制點等 線：1維 兩個以上(x，y)坐標點鏈接而成 如道路、河流等 面：2維 三個以上坐標點，有序鏈接，且第一個和最后一個坐標點相同 圍成一個區(qū)域 如宗地、湖泊等,矢量數(shù)據(jù)模型相對位置表示,表示地理要素之間的“相對位置” 空間關(guān)系 如，南師在河海對面，向前直走，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)等 現(xiàn)實生活中，比絕對位置更

4、廣泛 采用“拓撲”表示 拓撲：研究幾何對象在彎曲或拉伸等變換下仍保持不變的性質(zhì) 以“圖論”為數(shù)學基礎(chǔ) 用“圖表”或“圖形”來描述幾何對象排列及其相互關(guān)系 GIS采用“圖形”方式 用途：空間分析、導航等,矢量數(shù)據(jù)模型拓撲元素,拓撲元素4個基本的幾何對象 點（point）：表示點狀地物要素 弧段（arc）：一個起點、一個終點及一系列中間點組成的一段有向線 節(jié)點（node）：兩條或多條弧段的連接點，或者一條弧段的一個端點 多邊形（polygon）：面狀地物,節(jié)點,弧段,點,多邊形,矢量數(shù)據(jù)模型拓撲關(guān)系,拓撲關(guān)系幾何對象間的3條相互關(guān)系 連接性（ connectivity ） 弧段（arc）間通過節(jié)點

5、（node）彼此連接在一起 面定義 由一系列彼此連接的弧段組成面 鄰接性（ contiguity ） 弧段有方向性，且有左多邊形、右多邊形,拓撲性質(zhì)：連接性（connectivity,Arc-node間的關(guān)系 2條以上的弧段通過1個節(jié)點連接，如 arc 3、4、5 通過 node 13 1條弧段連接2個節(jié)點，如 arc 2連接node 11, 12（說明方向） 如，節(jié)點13河海1號門，弧段3西康路，弧段5漢口西路，弧段4虎踞路,漢口西路,西康路,虎踞路,拓撲性質(zhì)：面定義,Polygon-arc間的關(guān)系連接性 1個polygon由一系列連接的arc組成，如 polygon c 由弧段2, 4,

6、9, 6 如，河海校園可以用 polygon F 表示 如， 河海操場可以用 polygon E 表示,A = 外圍多邊形,拓撲性質(zhì)：鄰接性（ contiguity,Arc-polygon間的關(guān)系 2個多邊形分享1個弧段，如多邊形B和F Arc有方向，多邊形分左、右 如，西康路，由北向南，在河海1號門，左多邊形南師，右多邊形河海,A = 外圍多邊形,矢量數(shù)據(jù)模型拓撲關(guān)系,拓撲的好處 保證地理數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性 面定義保證湖泊正確表示，否則湖泊決堤了 連接性保證道路正確表示，否則道路死胡同 鄰接性保證道路方向正確表示，否則單行線違規(guī)，罰款 強化GIS空間分析 連接性、鄰接性保證找到最短路徑尋找

7、導航 建立在拓撲關(guān)系基礎(chǔ)上,矢量數(shù)據(jù)模型如何表示,矢量數(shù)據(jù)模型變化最大，發(fā)展至今已經(jīng)有三代 第一代：CAD模型 采用圖形文件，組織地理信息 第二代：地理關(guān)系模型 采用關(guān)系模型，組織地理信息 如， Coverage模型 第三代：地理對象關(guān)系模型 采用對象關(guān)系模型，組織地理信息 如， Geodatabase模型,矢量數(shù)據(jù)模型CAD模型,第一代：CAD模型 強調(diào)地理要素的幾何特征（位置、形狀等） 用點、線、面表示地理要素，為了計算機存儲 地圖語言加工：注記、符號和色彩，為了圖形可視化 按圖層組織，方便計算機操作 忽視地理要素的非幾何特征 沒有數(shù)據(jù)庫的支持 無法與地理要素的屬性關(guān)聯(lián),矢量數(shù)據(jù)模型地理關(guān)

8、系模型,第二代：地理關(guān)系模型 建模原因 源于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，能表示任何事物的特征，如土地屬性 不再滿足于只表現(xiàn)地理要素的幾何特征 建模三部曲 保留圖形文件，存儲地理要素的幾何特征 引入關(guān)系數(shù)據(jù)庫，存儲地理要素的非幾何特征 增加圖形文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的聯(lián)動,地理關(guān)系模型Coverage,它脫胎于TIGER 數(shù)據(jù)模型 TIGER 全稱：Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing system 美國人口調(diào)查局推出 規(guī)定：點（住址）、線（道路）和面（街區(qū)）的組織 重新用“關(guān)系數(shù)據(jù)庫”組織數(shù)據(jù),門牌號碼：左邊600、700；右

9、邊601、701 街區(qū)號：左58202，右58201,Coverage模型點,LAB file：存儲點的圖形文件 WELL.PAT：存儲屬性的關(guān)系數(shù)據(jù)庫 WELL# “鏈接” LAB file和WELL.PAT,Coverage模型線,ARC file：線的幾何數(shù)據(jù)組織 STREET.AAT：線的非幾何數(shù)據(jù)組織 STREET# “鏈接” ARC file和STREET.AAT,起始點,終結(jié)點,左多邊形,右多邊形,北京西路,Coverage模型節(jié)點,STREET.NAT：節(jié)點的數(shù)據(jù)組織 RECNO#、STREET#：節(jié)點號，如節(jié)點2 ARC#：弧段號，如弧段4 STREET_ID：內(nèi)部編碼 NU

10、M_ARCS：節(jié)點上連接的弧段數(shù)，如節(jié)點5上有3根弧段,Coverage模型面,LANDUSE.PAT 面的數(shù)據(jù)組織，如多邊形 3 面積、周長等基本屬性 LU_CODE等非幾何特征，如 AGR農(nóng)業(yè)用地,矢量數(shù)據(jù)模型地理對象關(guān)系模型,第三代：地理對象關(guān)系模型 建模原因 關(guān)系數(shù)據(jù)庫表示復合要素時的缺陷 源于對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，如一個記錄表示 建模方法 用戶層：以面向?qū)ο笏枷雭斫M織數(shù)據(jù) 計算機層：以關(guān)系數(shù)據(jù)庫來組織數(shù)據(jù) 中間層：增加一個轉(zhuǎn)換機制，將用戶語言“翻譯”成計算機語言,北京西路,查詢“北京西路” 列出“弧段1”、“弧段5”、“弧段6”、“弧段7,地理對象關(guān)系模型,與人的思維方式更接近 用“

11、對象”說明一個地理要素，如一條道路北京西路 按“類”組織，如Animals、Mammals、Fish；有層次 類：具有相似屬性的對象,Animals A head and a body, feed,Mammals A head and a body, feed Four legs, sit,Fish A head and a body, feed Fins, swim,地理對象關(guān)系模型,地理對象的組織 幾何性質(zhì)的表示Geometry類，Point類、Line類、Polygon類 Point類、Line類、Polygon類“繼承”于Geometry類,地理對象關(guān)系模型,模型的特點 空間數(shù)據(jù)和屬性

12、數(shù)據(jù)存儲在一起，用BLOB表示空間數(shù)據(jù)，如Polygon BLOB，與屬性Category 一個空間要素與一系列“屬性”和“方法”相聯(lián)系，如Polygon1有屬性Category5等,地理對象關(guān)系模型,類之間的關(guān)系 聯(lián)合（association） 聚合（aggregation） 合成（composition） 類繼承（type inheritance） 實例化（instantiation,地理對象關(guān)系模型,聯(lián)合 兩個類之間的對應(yīng)關(guān)系 如，1條道路有至少1個以上路燈,地理對象關(guān)系模型,聚合 整體和部分之間的關(guān)系 如，一件衣服有領(lǐng)子、袖子、前片、后片等組成 合成 整體和部分之間的關(guān)系，部分依附于整

13、體，沒有整體，就沒有部分 如，中國共產(chǎn)黨和共產(chǎn)黨員之間的關(guān)系,地理對象關(guān)系模型,類繼承 父類與子類間的關(guān)系 如建成區(qū)分為居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū),地理對象關(guān)系模型,實例化 一個類的對象由另一個類的對象創(chuàng)建 如，高密度住宅區(qū)對象可以有住宅區(qū)對象生成,地理對象關(guān)系模型Geodatabase,Personal Geodatabase Single user editing Stored in MS Access Size limit of 2 GB File Geodatabase 1 TB per table Cross platform Enterprise Geodatabase Stored

14、in an enterprise DBMS Supports multi-user editing via versioning Extremely large datasets,Personal Geodatabase,Enterprise Geodatabase Oracle SQL Server DB2 Informix PostgreSQL,ArcGIS,File Geodatabase,地理對象關(guān)系模型Geodatabase,By default; option to have 256 TB per table,地理對象關(guān)系模型Geodatabase,地理對象關(guān)系模型Geodatab

15、ase,地理對象關(guān)系模型Geodatabase,By default; option to have 256 TB per table,Geodatabase數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),分為 feature class 和 feature dataset 一種要素類僅存儲相同的幾何要素 一個要素集存儲的要素類，它們具有相同的坐標系統(tǒng)和地理范圍 要素類可以不在要素數(shù)據(jù)集中 獨立要素類,Geodatabase 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),Geodatabase,Feature Dataset,存放地理對象的容器 相同的空間參照 類似于 coverage 限制更少 包含幾何網(wǎng)絡(luò)、拓撲、地形等 關(guān)系類可選,Features and Fe

16、ature Classes,建立關(guān)系模型 一個要素是一個地理對象 一個要素是地理要素集的實例 擴展的關(guān)系模型 幾何屬性類型,A feature class is a table of rows, where each row has a geographic column,Objects and Object Classes Tables,屬性表按照對象和對象類組織 對象是具有屬性和表現(xiàn)的實體 一個對象是對象類的實例 對象類的所有對象具有相同的屬性和表現(xiàn),Geodatabase特點,Point, lines, polygons Single and multipart features,Tex

17、t and surfaces Flexible coordinates XY, Z, M,One record in feature class table,Feature with many parts,Raster and Imagery,支持多種數(shù)據(jù)格式 Tiff, bmp, GRID, among others 表的屬性域 Mosaic dataset 管理柵格數(shù)據(jù) Stored as a catalog, viewed as a mosaic Advanced querying and processing,拓撲規(guī)則,Geodatabase的拓撲規(guī)則特點 關(guān)系規(guī)則，存放在要素數(shù)據(jù)集 即時拓撲使用時再建立，不再與地理要素捆綁 定義了25條拓撲規(guī)則，見下表,Topology rules in the geodatabase data model,Geodatabase優(yōu)點,層級結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)按要素數(shù)據(jù)集、要素類、屬性類組織 有些操作直接定義在類上，如道路網(wǎng)絡(luò)直接定義在道路層 按面向?qū)ο蠼M織 拓寬對象的表示，從屬性到操作，如，刪除、增加操作 即時拓撲 符合人的工作流程，將地理要素的“絕對位置”和“相對位置”