矢量數(shù)據(jù)模型

1、第3章 矢量數(shù)據(jù)模型3.1 簡單要素的表示簡單要素的表示 注釋欄3.1 Google 和 OpenStreetMap 的空間要素規(guī)范3.2 拓撲拓撲 3.2.1 拓撲統(tǒng)一地理編碼格式（TIGER） 注釋欄3.2 鄰接和關(guān)聯(lián) 3.2.2 拓撲的重要性 注釋欄3.3 拓撲或非拓撲3.3 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 非拓撲矢量數(shù)據(jù) 3.4 基于對象數(shù)據(jù)模型基于對象數(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 拓撲規(guī)則 3.4.5 Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點 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、要素數(shù)據(jù)集和要素類 習(xí)作3: 將 Shapefile 轉(zhuǎn)成個人 Geodatabase 要素類 習(xí)作4: 查看帶測度的折線 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)參考文獻參考文獻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,也稱為離散對象模型, 采用離散對象來表示地球表面的空間特性。矢量數(shù)據(jù)的準備包括三個基本步驟： 第一步在一個空白空間把空間要素分為點線和多邊形并用點及其 x、 y坐標表示點、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)編碼和儲存為計算機可讀取、解譯和處理的數(shù)字化數(shù)據(jù)文件使。4圖圖3.1 顯示愛達荷州和該州由美國為土著美洲人代管土地的周邊州縣的參考地圖。5簡單要素簡單要素矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型用點、線和面等幾何對象來表示簡單的空間要素。 拓撲結(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象的屬性。地鐵地圖即是拓撲地圖的一個例子。 在拓撲結(jié)構(gòu)中使用圖表或圖形來研究幾何對象的安排和對象之間的關(guān)系。拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)7圖圖3.2 臺灣臺北市的地鐵線路圖.8拓拓 撲撲n 拓撲拓撲是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)。n 圖和表用于研究空間幾何對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拓撲統(tǒng)一地理編碼格式（拓撲統(tǒng)一地理編碼格式（TIGER） 拓撲在地理空間技術(shù)上的早期應(yīng)用是來自美國人口普查局的拓撲統(tǒng)一地理編碼格式(TIGER)數(shù)據(jù)庫。11圖圖3.4 TIGER 數(shù)據(jù)庫中的拓撲，包括 0 像元或點、1像元或線和2像元或面。1

5、2圖圖3.5 TIGER 數(shù)據(jù)庫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拓撲的重要性拓撲的重要性拓撲至少有兩個主要優(yōu)點：首先，能確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性；其次，拓撲可強化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)模型用兩個獨立的系統(tǒng)分別存儲空間和屬性數(shù)據(jù)：用圖形文件存儲空間數(shù)據(jù) (“地理”) ，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲屬性數(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：圖形文件存儲空間數(shù)據(jù)，INFO文件存儲屬性數(shù)據(jù)，兩者間以標識碼相連接。16CoverageCoverage 支持以下三種基本拓撲關(guān)系：n連接性連

6、接性: 弧段間通過節(jié)點彼此連接。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)品的一種標準的非拓撲數(shù)據(jù)格式。n 盡管Shapefile將點看做一對x、 y 坐標值 ，把線看作一系列點，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非拓撲數(shù)據(jù)例如 shapefiles 有兩個主要優(yōu)點：首先非拓撲矢量數(shù)據(jù)能比拓撲

7、數(shù)據(jù)更快速地在計算機屏幕上顯示出來；其次，非拓撲數(shù)據(jù)具有非專有性和互操作性。21基于對象的數(shù)據(jù)模型基于對象的數(shù)據(jù)模型 基于對象的數(shù)據(jù)模型在兩個重要方面不同于地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型： n基于對象的數(shù)據(jù)模型把空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲在一個系統(tǒng)中； n基于對象的數(shù)據(jù)模型允許一個空間要素（對象）與一系列屬性和方法相聯(lián)系。 22圖3.10 基于對象數(shù)據(jù)模型中，每條記錄存儲一個土地利用多邊形，Shape字段存儲土地利用多邊形的空間數(shù)據(jù)，其它字段存儲屬性數(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）和實例化（Instantiation）。24接接 口口 接口代表類或者對象的一系列外部可視化操作。允許用戶使用對象的屬性和方法。25圖圖3.11 一個Feature 對象可以執(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)用不同符號來表示接口、屬性和方法。該例子中兩種屬性的符號不同，因為Extent是只讀屬性而Shape為可讀寫屬性。26圖圖3.12 顯示了如何用兩個接口來獲得一個要素圖層的區(qū)域范圍，它是一種 Geodataset 類

9、型。首先通過IGeodataset 這一 Geodataset 對象所支持的接口來訪問 Extent 屬性。屬性 Extent 返回對象 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數(shù)據(jù)集n 要素類存儲具有相同幾何類型的空間要素；n 要素數(shù)據(jù)集則存儲具有相同坐標系和區(qū)域范

10、圍的要素類。29圖圖3.13 在Geodatabase中，要素類可以獨立存在，也可以是一個要素數(shù)據(jù)集的組成部分。30拓撲規(guī)則拓撲規(guī)則n Geodatabase將拓撲定義為關(guān)系規(guī)則，讓用戶選擇規(guī)則，并在要素數(shù)據(jù)集中執(zhí)行。n Geodatabase提供了31種拓撲規(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，包含一個點。線不重疊, 不相交, 不交叉，沒有懸掛弧段, 沒有偽結(jié)點, 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)點必須被覆蓋, 不能自重疊, 不能自相交, 必須是單一部分。點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)點覆蓋, 必須被線覆蓋。表表3.1 Geodatabase中的拓撲規(guī)則32Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點n Geodatabase 的等級結(jié)構(gòu)對于數(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。n Geodatabase 提供即時拓撲，適用于要素類內(nèi)的要素或者兩個或更多的參與要素類。 n 在 ArcO

12、bjects 中有許多的對象、屬性和方法可供GIS 用戶定制應(yīng)用。n ArcObjects提供了一個可以按照各行各業(yè)的需求定制對象的模型。33復(fù)合要素復(fù)合要素n復(fù)合要素是指以點、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、美國本土上的縣和州形成的等級結(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)，可使線性測量用于投影坐標系統(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，路徑的線性測度 (m) 以x、y坐標存儲。本例中，m的單位是英里，而x、y坐標單位是英尺。44圖圖3.21 Geodatabase中的一條路徑（粗的灰線），由帶有線性測度的聚合線構(gòu)成。45U.S. Census Bureau / Open GIS Consortium, Inc. http:/www.opengeospat