矢量數(shù)據(jù)模型

1、第3章 矢量數(shù)據(jù)模型3.1 簡(jiǎn)單要素的表示簡(jiǎn)單要素的表示 注釋欄3.1 Google 和 OpenStreetMap 的空間要素規(guī)范3.2 拓?fù)渫負(fù)?3.2.1 拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式（TIGER） 注釋欄3.2 鄰接和關(guān)聯(lián) 3.2.2 拓?fù)涞闹匾?注釋欄3.3 拓?fù)浠蚍峭負(fù)?.3 地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型 3.3.1 Coverage 3.3.2 Coverage 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3.3.3 非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù) 3.4 基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型 3.4.1 類和類之間的關(guān)系 3.4.2 接口 注釋欄3.4 ArcObjects 和ArcGIS 3.4.3 Geodatabase 2 3

2、.4.4 拓?fù)湟?guī)則 3.4.5 Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn) 注釋欄3.5 NHDinGEO3.5 復(fù)合要素的表示復(fù)合要素的表示 3.5.1 不規(guī)則三角網(wǎng)（TINs） 3.5.2 分區(qū) 3.5.3 路徑重要概念和術(shù)語重要概念和術(shù)語復(fù)習(xí)題復(fù)習(xí)題應(yīng)用應(yīng)用: 地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型 習(xí)作1：查看Coverages 和 Shapefile 的數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu) 習(xí)作2: 創(chuàng)建文件 Geodatabase、要素?cái)?shù)據(jù)集和要素類 習(xí)作3: 將 Shapefile 轉(zhuǎn)成個(gè)人 Geodatabase 要素類 習(xí)作4: 查看帶測(cè)度的折線 習(xí)作5: 查看分區(qū)和路徑 習(xí)作6: 查看TIN挑戰(zhàn)性任務(wù)

3、挑戰(zhàn)性任務(wù)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)3矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型,也稱為離散對(duì)象模型, 采用離散對(duì)象來表示地球表面的空間特性。矢量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備包括三個(gè)基本步驟： 第一步在一個(gè)空白空間把空間要素分為點(diǎn)線和多邊形并用點(diǎn)及其 x、 y坐標(biāo)表示點(diǎn)、線和面表示這些要素的位置和形狀； 第二步構(gòu)建這些幾何對(duì)象在邏輯框架中的性質(zhì)和空間關(guān)系； 第三步把矢量數(shù)據(jù)編碼和儲(chǔ)存為計(jì)算機(jī)可讀取、解譯和處理的數(shù)字化數(shù)據(jù)文件使。4圖圖3.1 顯示愛達(dá)荷州和該州由美國(guó)為土著美洲人代管土地的周邊州縣的參考地圖。5簡(jiǎn)單要素簡(jiǎn)單要素矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型用點(diǎn)、線和面等幾何對(duì)象來表示簡(jiǎn)單的空間要素。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指那些在某些轉(zhuǎn)換如彎曲

4、或伸展下保持不變的幾何對(duì)象的屬性。地鐵地圖即是拓?fù)涞貓D的一個(gè)例子。 在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用圖表或圖形來研究幾何對(duì)象的安排和對(duì)象之間的關(guān)系。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)7圖圖3.2 臺(tái)灣臺(tái)北市的地鐵線路圖.8拓拓 撲撲n 拓?fù)渫負(fù)涫茄芯繋缀螌?duì)象在彎曲或拉伸等變換下仍保持不變的性質(zhì)。n 圖和表用于研究空間幾何對(duì)象的分布及其空間關(guān)系。9圖圖3.3 有向圖的鄰接矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣。10拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式（拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式（TIGER） 拓?fù)湓诘乩砜臻g技術(shù)上的早期應(yīng)用是來自美國(guó)人口普查局的拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式(TIGER)數(shù)據(jù)庫(kù)。11圖圖3.4 TIGER 數(shù)據(jù)庫(kù)中的拓?fù)?，包?0 像元或點(diǎn)、1像元或線和2像元或面。1

5、2圖圖3.5 TIGER 數(shù)據(jù)庫(kù)中的地址和郵政編碼，根據(jù)街道方向區(qū)分成右側(cè)或左側(cè)。13拓?fù)涞闹匾酝負(fù)涞闹匾酝負(fù)渲辽儆袃蓚€(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：首先，能確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性；其次，拓?fù)淇蓮?qiáng)化GIS 分析。14地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型 地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型用兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)分別存儲(chǔ)空間和屬性數(shù)據(jù)：用圖形文件存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù) (“地理”) ，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)。15圖圖3.6 地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型的例子，ArcInfo coverage由兩部分組成：圖形文件存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，INFO文件存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，兩者間以標(biāo)識(shí)碼相連接。16CoverageCoverage 支持以下三種基本拓?fù)潢P(guān)系：n連接性連

6、接性: 弧段間通過節(jié)點(diǎn)彼此連接。n面定義面定義: 由一系列相連的弧段定義面。n鄰接性鄰接性: 弧段有方向性，且有左多邊形和右多邊形。17圖圖3.7 點(diǎn)的 coverage 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。18圖圖3.8 線的coverage 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。19圖圖3.9 多邊形的 coverage 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)20Shapefilen Shapefile是用于Esri產(chǎn)品的一種標(biāo)準(zhǔn)的非拓?fù)鋽?shù)據(jù)格式。n 盡管Shapefile將點(diǎn)看做一對(duì)x、 y 坐標(biāo)值 ，把線看作一系列點(diǎn)，把多邊形看作一系列線段，但沒有文件描述這些空間幾何體之間的空間關(guān)系。n非拓?fù)鋽?shù)據(jù)例如 shapefiles 有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：首先非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)能比拓?fù)?/p>

7、數(shù)據(jù)更快速地在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來；其次，非拓?fù)鋽?shù)據(jù)具有非專有性和互操作性。21基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型 基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型在兩個(gè)重要方面不同于地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型： n基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型把空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)系統(tǒng)中； n基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型允許一個(gè)空間要素（對(duì)象）與一系列屬性和方法相聯(lián)系。 22圖3.10 基于對(duì)象數(shù)據(jù)模型中，每條記錄存儲(chǔ)一個(gè)土地利用多邊形，Shape字段存儲(chǔ)土地利用多邊形的空間數(shù)據(jù)，其它字段存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，如土地利用_ID和類型。23類和類之間的關(guān)系類和類之間的關(guān)系n 類是一系列具有相似屬性的對(duì)象。 n 類之間的關(guān)系包含：聯(lián)合（Association）、聚合（a

8、ggregation）、合成(composition)、類繼承（Type inheritance）和實(shí)例化（Instantiation）。24接接 口口 接口代表類或者對(duì)象的一系列外部可視化操作。允許用戶使用對(duì)象的屬性和方法。25圖圖3.11 一個(gè)Feature 對(duì)象可以執(zhí)行IFeature接口。IFeature可調(diào)用屬性Extent和Shape 以及方法Delete。面向?qū)ο蠹夹g(shù)用不同符號(hào)來表示接口、屬性和方法。該例子中兩種屬性的符號(hào)不同，因?yàn)镋xtent是只讀屬性而Shape為可讀寫屬性。26圖圖3.12 顯示了如何用兩個(gè)接口來獲得一個(gè)要素圖層的區(qū)域范圍，它是一種 Geodataset 類

9、型。首先通過IGeodataset 這一 Geodataset 對(duì)象所支持的接口來訪問 Extent 屬性。屬性 Extent 返回對(duì)象 Envelope, 用于執(zhí)行 IEnvelope接口。然后，可以用接口的屬性XMin、XMax、YMin和YMax 來獲得區(qū)域范圍。27Geodatabase Geodatabase是 ArcObjects 的一部分，包含許多對(duì)象、屬性和方法，為ArcGIS Desktop提供基礎(chǔ)。28Geodatabase數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Geodatabase 將矢量數(shù)據(jù)集組織成要素類和要素?cái)?shù)據(jù)集n 要素類存儲(chǔ)具有相同幾何類型的空間要素；n 要素?cái)?shù)據(jù)集則存儲(chǔ)具有相同坐標(biāo)系和區(qū)域范

10、圍的要素類。29圖圖3.13 在Geodatabase中，要素類可以獨(dú)立存在，也可以是一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集的組成部分。30拓?fù)湟?guī)則拓?fù)湟?guī)則n Geodatabase將拓?fù)涠x為關(guān)系規(guī)則，讓用戶選擇規(guī)則，并在要素?cái)?shù)據(jù)集中執(zhí)行。n Geodatabase提供了31種拓?fù)湟?guī)則。 31要素類要素類規(guī)規(guī) 則則多邊形不重疊, 沒有間隙, 不與其它圖層重疊, 必須被另一要素類覆蓋, 必須相互覆蓋, 必須被覆蓋, 邊界必須被覆蓋, 區(qū)域邊界必須被另一邊界覆蓋, 包含點(diǎn)，包含一個(gè)點(diǎn)。線不重疊, 不相交, 不交叉，沒有懸掛弧段, 沒有偽結(jié)點(diǎn), 不相交或內(nèi)部接觸，不與其它圖層相交或內(nèi)部接觸，不與其它圖層重疊, 必須被另一

11、要素類覆蓋, 必須被另一圖層的邊界覆蓋，必須在內(nèi)部，終節(jié)點(diǎn)必須被覆蓋, 不能自重疊, 不能自相交, 必須是單一部分。點(diǎn)必須與其它圖層一致，不分離，必須被另一圖層的邊界覆蓋，必須位于多邊形內(nèi)部, 必須被另一圖層的終節(jié)點(diǎn)覆蓋, 必須被線覆蓋。表表3.1 Geodatabase中的拓?fù)湟?guī)則32Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)n Geodatabase 的等級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)于數(shù)據(jù)組織和管理十分有利。n Geodatabase 是 ArcObjects的一部分，它具有面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)。n Geodatabase 提供即時(shí)拓?fù)?，適用于要素類內(nèi)的要素或者兩個(gè)或更多的參與要素類。 n 在 ArcO

12、bjects 中有許多的對(duì)象、屬性和方法可供GIS 用戶定制應(yīng)用。n ArcObjects提供了一個(gè)可以按照各行各業(yè)的需求定制對(duì)象的模型。33復(fù)合要素復(fù)合要素n復(fù)合要素是指以點(diǎn)、線和面合成應(yīng)用而更好表示的空間要素。n復(fù)合要素包括三角網(wǎng)(TIN)、分區(qū)和路徑。34TINTINTIN 把地表近似描繪成一組互不重疊的三角面。35圖圖3.14 TIN模型把地表近似描繪成一組互不重疊的三角面。36圖圖3.15 TIN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)37分分 區(qū)區(qū)n 分區(qū)在這里是指具有相似特征的地域范圍。n 分區(qū)數(shù)據(jù)模型應(yīng)能處理好兩個(gè)空間特征：第一，分區(qū)可以在空間上相連和分離；第二，分區(qū)可重疊或涵蓋相同區(qū)域。38圖圖3.16

13、美國(guó)本土上的縣和州形成的等級(jí)結(jié)構(gòu)。39圖圖3.17 分區(qū)數(shù)據(jù)模型允許分區(qū)相互重疊(a)，且可有空間上分離的多邊形（b)。40圖圖3.18 分區(qū)亞類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)41路路 徑徑 路徑路徑是諸如高速公路、自行車道或河流等線要素，但它與其它線要素不同在于它有度量系統(tǒng)，可使線性測(cè)量用于投影坐標(biāo)系統(tǒng)中。42圖圖3.19 路徑亞類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 43圖圖3.20 在geodatabase中，路徑的線性測(cè)度 (m) 以x、y坐標(biāo)存儲(chǔ)。本例中，m的單位是英里，而x、y坐標(biāo)單位是英尺。44圖圖3.21 Geodatabase中的一條路徑（粗的灰線），由帶有線性測(cè)度的聚合線構(gòu)成。45U.S. Census Bureau / Open GIS Consortium, Inc. http:/www.opengeospat