矢量和柵格數(shù)據(jù)模型介紹PPT課件

1、李李 攀攀內(nèi)容內(nèi)容三種數(shù)據(jù)模型的發(fā)展史Shapefile數(shù)據(jù)模型Coverage數(shù)據(jù)模型Geodatabase數(shù)據(jù)模型三種數(shù)據(jù)模型之間的轉(zhuǎn)化在過去20年中，矢量數(shù)據(jù)模型是GIS中變化最大的方面。例如，ESRI公司所開發(fā)每種新軟件包都對應(yīng)一種新的矢量數(shù)據(jù)模型， ArcView對應(yīng)Shapefile；Arc/Info對應(yīng)Coverage；ArcGIS對應(yīng)Geodatabase。由于1990年代地理信息的迅速發(fā)展以及ArcView GIS 3.x軟件在世界范圍內(nèi)的推廣，shapefile格式的數(shù)據(jù)使用非常廣泛，數(shù)據(jù)來源也較多。Coverage數(shù)據(jù)模型源于1981年ESRI公司推出的第一個(gè)商業(yè)GIS軟

2、件ArcInfo。此模型比Shapefile數(shù)據(jù)模型有了較大的改進(jìn)。發(fā)展史發(fā)展史隨著IT技術(shù)的發(fā)展，普通的事務(wù)型數(shù)據(jù)的管理模式，早已從傳統(tǒng)的基于文件的管理轉(zhuǎn)向利用基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，這種基于數(shù)據(jù)庫的管理方式的優(yōu)點(diǎn)是不言而喻的。那么帶有空間信息的地理數(shù)據(jù)是否也可以利用這種非常成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行管理呢？于是ESRI推出了Geodatabase數(shù)據(jù)模型，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)高效安全地管理我們的地理數(shù)據(jù)。 發(fā)展史發(fā)展史Shapefile數(shù)據(jù)模型-非拓?fù)銼 Shapfile圖形文件是ESRI ( Environmental Systems Research Institute) 公司提供

3、的一種矢量數(shù)據(jù)格式， Shapefile圖形文件存儲了空間地理要素的非拓?fù)鋷缀涡畔⒁约皩傩孕畔?，其中幾何信息由一系列矢量坐?biāo)組成。Shapefile可以支持點(diǎn)，線，面等圖形要素的存儲。 ShapefileShapefile數(shù)據(jù)模型簡介數(shù)據(jù)模型簡介ShapefileShapefile數(shù)據(jù)模型簡介數(shù)據(jù)模型簡介由于Shapefile 沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此在繪制速度和可編輯功能上明顯的優(yōu)于其它數(shù)據(jù)格式，而且該數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)格式一般只需要較少的硬盤空間，且更容易讀寫處理。一個(gè) shapefile是由若干個(gè)文件組成的，空間信息和屬性信息分離存儲，所以稱之為“基本文件”。其中必要的基本文件包括主文件(. shp

4、)、索引文件(. shx)和屬性文件(. dbf)3 個(gè)文件。shpshp存儲幾何要素的空間信息，即存儲幾何要素的空間信息，即XYXY坐標(biāo)，是一個(gè)直接存取，變量記錄坐標(biāo)，是一個(gè)直接存取，變量記錄長度文件，其中每個(gè)記錄描述一個(gè)由一系列坐標(biāo)點(diǎn)組成的圖形。長度文件，其中每個(gè)記錄描述一個(gè)由一系列坐標(biāo)點(diǎn)組成的圖形。 shxshx存儲了有關(guān)存儲了有關(guān).shp.shp存儲的索引信息，即存儲的索引信息，即shpshp中空間數(shù)據(jù)的存儲方式，中空間數(shù)據(jù)的存儲方式，主要包含坐標(biāo)文件的索引信息，文件中每個(gè)記錄包含對應(yīng)的坐標(biāo)文件主要包含坐標(biāo)文件的索引信息，文件中每個(gè)記錄包含對應(yīng)的坐標(biāo)文件記錄距離坐標(biāo)文件的文件頭的偏移量

5、。通過索引文件可以很方便地在記錄距離坐標(biāo)文件的文件頭的偏移量。通過索引文件可以很方便地在坐標(biāo)文件中定位到指定目標(biāo)的坐標(biāo)信息。（坐標(biāo)文件中定位到指定目標(biāo)的坐標(biāo)信息。（XYXY坐標(biāo)的輸入點(diǎn)在哪里，坐標(biāo)的輸入點(diǎn)在哪里，有多少有多少XYXY坐標(biāo)對等信息）坐標(biāo)對等信息）dbfdbf存儲地理數(shù)據(jù)的屬性信息的存儲地理數(shù)據(jù)的屬性信息的dBasedBase表，表中每條記錄包含了一個(gè)單表，表中每條記錄包含了一個(gè)單要素的信息。要素的信息。 prjprj存儲了文件的空間參考信息，存儲了文件的空間參考信息，如坐標(biāo)系統(tǒng)等。如坐標(biāo)系統(tǒng)等。 shp.xmlshp.xml這是對這是對 shapefile shapefile 進(jìn)

6、行進(jìn)行元數(shù)據(jù)瀏覽后生成的元數(shù)據(jù)瀏覽后生成的 xml xml 元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)文件文件 。 sbnsbn和和sbxsbx存儲對存儲對shapefileshapefile的空間的空間索引，加速空間數(shù)據(jù)的讀取。索引，加速空間數(shù)據(jù)的讀取。ShapefileShapefile數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)ShapefileShapefile主文件實(shí)體信息的內(nèi)容主文件實(shí)體信息的內(nèi)容(1)(1)點(diǎn)目標(biāo)點(diǎn)目標(biāo)(2)(2)線目標(biāo)線目標(biāo)(3)(3)面目標(biāo)面目標(biāo)幾種常見的shapefile文件當(dāng)使用ArcCatalog對shapefile進(jìn)行創(chuàng)建、移動(dòng)、刪除或重命名等操作，或使用ArcMap對shapefile 進(jìn)行編輯時(shí)，ArcCatal

7、og將自動(dòng)維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，將所有文件同步改變。所以需要使用 ArcCatalog 管理 shapefile。 ShapefileShapefile文件管理文件管理Coverage數(shù)據(jù)模型-拓?fù)銫overage數(shù)據(jù)模型是第二代地理數(shù)據(jù)模型，也被稱為地理相關(guān)模型（Georelational Data Model）。它采用的是一種混合數(shù)據(jù)模型定義和管理地理數(shù)據(jù)。Coverage也是ArcGIS中主要的矢量文件格式之一，用其來表示矢量數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛。Coverage 是ArcInfo workstation 的原生數(shù)據(jù)格式。之所以稱之為“基于文件夾的存儲”，是因?yàn)樵?windows資源管理

8、器下，它的空間信息和屬性信息是分別存放在兩個(gè)文件夾里，所有信息都以文件夾的形式來存儲。空間信息以二進(jìn)制文件的形式存儲在獨(dú)立的文件夾中，文件夾名稱即為該 coverage 名稱，屬性信息和拓?fù)鋽?shù)據(jù)則以 INFO表的形式存儲。Coverage將空間信息與屬性信息結(jié)合起來，并存儲要素間的拓?fù)潢P(guān)系。 CoverageCoverage數(shù)據(jù)模型簡介數(shù)據(jù)模型簡介CoverageCoverage數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Coverage有三種主要的拓?fù)潢P(guān)系是連通性、面狀地物定義和鄰接性。它包含主要的結(jié)構(gòu)和次要的要素類型，Coverage 要素的主要類型是點(diǎn)、弧、多邊形和節(jié)點(diǎn)，具有拓?fù)潢P(guān)聯(lián)。次要類型是控制點(diǎn)、連接和注釋。 Cov

9、erageCoverage數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)?？臻g數(shù)據(jù)放在建立了索引的二進(jìn)制文件中，屬性數(shù)據(jù)則放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的標(biāo)識編碼關(guān)聯(lián)。 矢量數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系得以保存。由此拓?fù)潢P(guān)系信息，我們可以得知多邊形是哪些弧段（線）組成、弧段（線）由哪些點(diǎn)組成、兩條弧段（線）是否相連以及一條弧段（線）的左或右多邊形是誰？CoverageCoverage數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)除結(jié)點(diǎn)外,每個(gè)空間對象都是由更基本的對象組成;只有結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)是被實(shí)際存儲的,其它復(fù)雜對象的坐標(biāo)實(shí)際上是邏輯構(gòu)成的,任一復(fù)雜對象能分解為一組結(jié)點(diǎn)及其拓?fù)潢P(guān)系的定義;點(diǎn)、弧段、多邊

10、形坐標(biāo)信息存儲具有依賴關(guān)系。該模型的主要優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、拓?fù)潢P(guān)系明晰、系統(tǒng)中預(yù)先存儲的拓?fù)潢P(guān)系可以有效地提高系統(tǒng)在拓?fù)洳樵兒途W(wǎng)絡(luò)分析方面的效率。缺點(diǎn)：對單個(gè)地理實(shí)體的操作效率不高;難以表達(dá)復(fù)雜的地理實(shí)體;難以實(shí)現(xiàn)快速查詢和復(fù)雜的空間分析;局部更新困難,系統(tǒng)難以維護(hù)與擴(kuò)充。 CoverageCoverage文件管理文件管理通過 ArcCatalog，我們能將存儲空間信息的文件夾中的 coverage二進(jìn)制文件與存儲屬性信息的 INFO 文件夾中的 INFO表聯(lián)合表達(dá)為 coverage，當(dāng)使用 ArcCatalog 對 coverage 進(jìn)行創(chuàng)建、移動(dòng)、刪除或重命名等操作時(shí)，ArcCata

11、log 將自動(dòng)維護(hù)他們的完整性，將 coverage和 INFO文件夾中的內(nèi)容同步改變。所以對 coverage進(jìn)行操作，一定要在 ArcCatalog 中進(jìn)行。 Geodatabase數(shù)據(jù)模型-面向?qū)ο驡eodatabaseGeodatabase數(shù)據(jù)模型簡介數(shù)據(jù)模型簡介 ArcGIS推出新的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型Geodatabase是將空間對象的屬性和行為結(jié)合起來的智能化地理數(shù)據(jù)模型。GIS數(shù)據(jù)集中的屬性可以被賦予自然行為，屬性間的任何類型的關(guān)系都可以在Geodatabase中定義。 地理數(shù)據(jù)庫(Geodatabase)是為了更好的管理和使用地理要素?cái)?shù)據(jù)而按照一定的模型和規(guī)則組合起來的存儲空間

12、數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的容器。地理數(shù)據(jù)庫是按照層次性的數(shù)據(jù)對象來組織地理數(shù)據(jù)的，這些數(shù)據(jù)對象包括對象類(Object classes)，要素類(Feature classes)和要素?cái)?shù)據(jù)集(feature dataset)。在該模型中，實(shí)體表示為具有屬性、行為和關(guān)系的對象;支持內(nèi)建于系統(tǒng)中的各種不同的地理對象類型。這些對象類型包括簡單對象、地理要素、網(wǎng)絡(luò)要素、注記要素以及其他更專業(yè)的要素類型。該模型還允許用戶定義對象間的關(guān)系，并通過規(guī)則來維護(hù)對象間的參照和拓?fù)渫暾?。GeodatabaseGeodatabase的分類的分類 Geodatabase可以分為三種，一種是基于 Microsoft Acces

13、s的personal geodatabase，另一種是file geodatabase,最后一種是基于 Oracle、SQL Server、Informix 或者DB2 的 enterprise geodatabase，由于它需要中間件 ArcSDE 進(jìn)行連接，所以 enterprise geodatabase又稱為 ArcSDE geodatabase。 PersonalAccessFileArcGIS DesktopArcGIS ServerFilePersonal-AccessEnterpriseWorkgroupEnterprisePersonalGeodatabaseGeodatab

14、ase的分類的分類GeodatabaseGeodatabase數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)以以personal geodatabasepersonal geodatabase為例為例Objects Objects 和和 Object ClassesObject ClassesObjects 屬性和行為的結(jié)合體。一個(gè) object 是 object class 的一個(gè)實(shí)例。object class 里的所有 object 對象擁有相同的屬性和行為。一個(gè) object 可以通過 relationships 和另一個(gè) object 對象關(guān)聯(lián)。建立在關(guān)系模型上一個(gè) feature 是一個(gè)空間對象一個(gè) feature 是一

15、個(gè) feature class 的實(shí)例使用下列字段類型擴(kuò)展關(guān)系模型幾何屬性類型Features Features 和和 Feature ClassesFeature Classes字段類型關(guān)系類對源類和目標(biāo)類之間進(jìn)行連接通過關(guān)鍵字段建立關(guān)聯(lián)提供了:讀/寫 通路內(nèi)容參考關(guān)系規(guī)則 支持版本源源目標(biāo)目標(biāo)GeodatabaseGeodatabase數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象GeodatabaseGeodatabase拓?fù)潢P(guān)系處理的優(yōu)勢拓?fù)潢P(guān)系處理的優(yōu)勢一直以來一直以來, ,基于基于CoverageCoverage數(shù)據(jù)模型的拓?fù)潢P(guān)系處理是數(shù)據(jù)模型的拓?fù)潢P(guān)系處理是Arc/Info“Arc/Info“標(biāo)簽式標(biāo)簽式”的

16、的著名功能著名功能, ArcGIS 8.3, ArcGIS 8.3版在版在GeodatabaseGeodatabase中引入了全新的拓?fù)潢P(guān)系管理機(jī)制中引入了全新的拓?fù)潢P(guān)系管理機(jī)制, ,新的機(jī)制除了能夠完全覆蓋原有的功能以外新的機(jī)制除了能夠完全覆蓋原有的功能以外, ,在如下幾個(gè)方面具有明顯的在如下幾個(gè)方面具有明顯的優(yōu)勢優(yōu)勢: : 1) 1)用戶可自行定義哪些要素類將受拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則約束。用戶可自行定義哪些要素類將受拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則約束。 2) 2)多個(gè)點(diǎn)、線、面要素類多個(gè)點(diǎn)、線、面要素類( (層層) )可以同時(shí)受同一組拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則約束?？梢酝瑫r(shí)受同一組拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則約束。 3) 3)提供了大量的拓?fù)潢P(guān)系

17、規(guī)則提供了大量的拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則(ArcGIS 9.0(ArcGIS 9.0版提供版提供2727個(gè)個(gè), ,以后將提供更多以后將提供更多) )。 4) 4)用戶為自己的數(shù)據(jù)可以自行指定必要的拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則。用戶為自己的數(shù)據(jù)可以自行指定必要的拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則。 5) 5)拓?fù)潢P(guān)系及規(guī)則在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的拓?fù)潢P(guān)系及規(guī)則在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的DBMSDBMS中進(jìn)行管理中進(jìn)行管理, ,可支持多用戶并發(fā)處理。可支持多用戶并發(fā)處理。 6) 6)用戶可以局部建立或檢查拓?fù)潢P(guān)系以提高效率。用戶可以局部建立或檢查拓?fù)潢P(guān)系以提高效率。GeodatabaseGeodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)(1)(1)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大，性

18、能穩(wěn)定，具有完備的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，具有完備的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以將GISGIS看成是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的擴(kuò)展，能夠存儲、管理和更新空間信息?？闯墒菙?shù)據(jù)庫技術(shù)的擴(kuò)展，能夠存儲、管理和更新空間信息。(2)(2)統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)存儲。所有地理數(shù)據(jù)均可集中存儲和管理，并獨(dú)立統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)存儲。所有地理數(shù)據(jù)均可集中存儲和管理，并獨(dú)立于于 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的底層。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的底層。(3)Geodatabase(3)Geodatabase允許多用戶通過使用版本管理和長事務(wù)處理訪問數(shù)據(jù)允許多用戶通過使用版本管理和長事務(wù)處理訪問數(shù)據(jù)庫。多個(gè)用戶可以讀寫同一個(gè)、共享的數(shù)據(jù)庫。庫。多個(gè)用戶可以讀寫同一

19、個(gè)、共享的數(shù)據(jù)庫。(4)(4)數(shù)據(jù)對象更加直觀。包含與用戶數(shù)據(jù)模型相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象，而不是數(shù)據(jù)對象更加直觀。包含與用戶數(shù)據(jù)模型相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象，而不是普通的點(diǎn)、線、面。普通的點(diǎn)、線、面。(5)(5)支持智能化的要素、規(guī)則和關(guān)系?？臻g數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型支持對象支持智能化的要素、規(guī)則和關(guān)系?？臻g數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型支持對象( (數(shù)據(jù)庫表中的行數(shù)據(jù)庫表中的行) )和要素和要素( (有幾何形狀的對象有幾何形狀的對象) )集合?？臻g數(shù)據(jù)庫還支持高集合?？臻g數(shù)據(jù)庫還支持高級功能，例如幾何和邏輯網(wǎng)絡(luò)，真實(shí)曲線，復(fù)雜多邊形和用戶定義要素。級功能，例如幾何和邏輯網(wǎng)絡(luò)，真實(shí)曲線，復(fù)雜多邊形和用戶定義要素。矢量數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以有矢量數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以有2 2維，維，3 3維或維或4 4維維(x(x，y y，z z，m)m)。用戶能定義拓?fù)?、關(guān)。用戶能定義拓?fù)?、關(guān)系和規(guī)則。所有這些都可以用菜單驅(qū)動(dòng)的系和規(guī)則。所有這些都可以用菜單驅(qū)動(dòng)的GUIGUI做到，無需編程。做到，無需編程。三種數(shù)據(jù)模型之間的轉(zhuǎn)化三種數(shù)據(jù)模型之間的轉(zhuǎn)化Shapefile轉(zhuǎn)換為Cove