矢量数据模型1
空间分析-矢量数据分析
Clip （裁剪）生成的输出图层，仅含有落在 裁剪专题图区域范围内的输入地图的要素。
Append （合并）把两幅邻接地图拼合成 一幅地图，合并不能去除地图之间的共 享边界
Select生成的新图层 (b)含有从输入图 层(a)选择的地图要素
Eliminate 能将小于指 定大小的多边形消除 ，上图破碎多边形A 被除去
距离量测
点与点之间、点与其对应的线之间 的直线距离的量算。（欧氏距离） 可直接用于数据分析
如测试鹿的重置地点是否靠近原始林 与皆伐区的边缘
可用于数据分析的输入
重力模型（移民和商业研究模型）
模式分析
定量分析的方法描述和分析要素的
空间分布特征 可以揭示分布模式包括随机的，分 散的或群集的
最近邻域分析
最小制图单元
由政府机构或组织指定的最小面积单元。例 如国家林地采用5acre作为最小制图单元，小 于5acre的破碎多边形可以被合并消除
上部边界显示一系列破碎多边形，这些破碎多边形 是由叠加操作的两幅地图的海岸线形成的，如果这 两个图层的海岸线完全配准，则不会出现破碎多边 形。
点和线如果落在指定模 糊容差之内，就被捕捉 到一起，沿着上部边界 （A）的许多破碎多边 形通过模糊容差的应用 而被消除，模糊容差也 可捕捉不是破碎多边形 的弧段（B）
模 式 分 析
利用每一个点及其最邻近点之间的 距离，来确定分布模式是随机的， 规则的或群集的方式
邻域统计是观测到的平均距离与假 设的随机分布的期望值的比率 比率小于1则点模式为集群的，大于 1则为分散的
鹿场的点分布模式图 分析表明比率为0.58
空间自相关性
模 式 分 析
不仅包含位置信息还包含有属性信息
构建点、线和多边形的空间特征
矢量数据模型
地理相关数据模型 基于对象数据模型
4
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4.1 Georelational Data Model 地理相关数据模型
• Geographically referenced data: 地理参照数据：
• Vector data model 矢量数据模型 – Uses x, y coordinates of points to represent points, lines, areas 用点的 x, y 坐标来代表点、线、面 – Organizes geometric objects thus represented into digital data files 将如此表示的几何对象组织成数字化数据文件
复合要素数据模型
2
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How does a computer “see” map features? 计算机如何“看”地图要素？(请看课本第72页)
Vector Data Model 矢量数据模型
1
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CHAPTER 4: VECTOR DATA MODEL 第 4 章 矢量数据模型
– Uses geometric objects of point, line, area to represent spatial features
地理信息系统第三四章作业
1 、试分析 GIS 的几种主要的数据模型各自的优缺点。
答：GIS主要的数据模型有：矢量数据模型、栅格数据模型、矢量-栅格一体化数据模型、镶嵌数据模型、面向对象数据模型。
矢量数据模型：优点：1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；2.数据结构紧凑、冗余度低；3.有利于网络分析；4.图形显示质量好、精度高。
缺点：1.数据结构复杂；2.软件与硬件的技术要求比较高；3.多边形叠合等分析比较困难；4.显示与绘图成本比较高。
栅格数据模型：优点：1.数据结构简单；2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；4.输出方法快速，成本比较低廉。
缺点：1.图形数据量大；2.投影转换比较困难；3.栅格地图的图形质量相对较低；4.现象识别的效果不如矢量方法。
2 、简述栅格数据压缩编码的几种方式和各自优缺点。
答：1.游程长度编码结构优缺点：对于游程长度编码，区域越大，数据的相关性越强，则压缩越大，适用于类型区域面积较大的专题图，而不适合于类型连续变化或类别区域分散的分类图（压缩比与图的复杂程度成反比）。
这种编码在栅格加密时，数据量不会明显增加，压缩率高，并最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单，且易于检索，叠加，合并等操作，这种编码应用广泛。
2. 块码结构优缺点：具有可变分辨率，即当属性变化小时图块大，对于大块图斑记录单元大，分辨率低，压缩比高。
小块图斑记录单元小，分辨率高，压缩比低。
所以，与行程编码类似，随图形复杂程度的提高而降低分辨率。
3. 链式编码（弗里曼编码或边界链码）优缺点：可以有效的压缩栅格数据，特别是对计算面积、长度、转折方向和凹凸度等运算十分方便。
缺点是对边界做合并和插入等修改，编辑比较困难。
这种结构有些类似矢量结构，但不具有区域的性质，因此对区域空间分析运算比较困难。
4. 四叉树编码优缺点：对于团块图像，四叉树表示法占用空间要少得多，四叉树表示法基本上是一种非冗余表示法。
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(xn,yn) (x(1x,ny,1y)n) (x1,y1)
(a) (xn,yn)
(b)
(xn,yn)
A
KI
H
J
BC
G
FE
D
(c)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一维矢量具有方向、长度
方向：即有起始结点和终止结点
长度：可以用以下方式表达：
引入欧氏空间的距离概念：
n
长度 [(xi xi1)2 ( yi yi1)2 ]1/2 i2
一．基本概念 二．关系数据模型和关系表 三．矢量数据模型（ Spaghetti Model ） 四．矢量数据模型（拓扑数据模型）
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一、基本概念
• 现实世界和矢量表达 • 位置和边界被清楚地记录 • 对象可以被识别 • 属性值与对象相联系 • 空间关系可以清晰表达
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(1) 地理要素被当成单个对象对待
空间边界可以被清晰的编码
(2)对象之间没有关系
要素间的空间拓扑不被记录
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
矢量表达法
• 不同的空间特征具有不同的矢量维数
– 0维矢量-点：即空间中的一个点，没有大小、 方向，二维和三维欧氏空间中为：（x,y),(x,y,z)
– 一维矢量-线：空间中的线划要素或空间对象间 的边界，也称为弧段、链
用的概念，是三维空间中曲面法向矢量的 另外一种描述方法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
空间曲面
• 矢量实现方法多样 • 常用等值线法、剖面法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
三维矢量-体
• 指三维空间中的实体
栅格数据与矢量数据的比较
栅格数据与矢量数据的比较栅格数据和矢量数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据模型。
它们在数据表示、数据结构、数据处理和应用方面存在一些差异。
本文将对栅格数据和矢量数据进行比较，并详细介绍它们的特点、优缺点以及适合场景。
一、栅格数据栅格数据是由像素组成的网格状数据模型。
每一个像素代表一个地理位置，并包含该位置的属性信息。
栅格数据以栅格单元为基本单位，可以表示连续或者离散的现象。
栅格数据通常用于描述地表覆盖类型、遥感影像、数字高程模型等。
1. 特点：（1）数据结构简单：栅格数据由规则的网格组成，每一个像素都有相同的大小和形状，数据结构相对简单。
（2）数据表达精度有限：栅格数据以像素为单位，像素的大小决定了数据表达的精度，较大的像素会导致信息丢失。
（3）数据处理速度较快：栅格数据在处理时可利用并行计算的优势，处理速度相对较快。
（4）适合于连续型数据：栅格数据适合于表示连续型数据，如遥感影像等。
2. 优点：（1）适合于大范围数据：栅格数据在表示大范围地理现象时具有优势，如全球气候模型等。
（2）容易进行空间分析：栅格数据在进行空间分析时，可以利用栅格之间的邻近关系，进行空间模型的构建和分析。
（3）适合于定量分析：栅格数据可以进行定量分析，如地表覆盖类型的分类、土地利用变化的监测等。
3. 缺点：（1）数据量大：栅格数据由大量像素组成，数据量较大，存储和传输成本较高。
（2）数据表达精度有限：栅格数据以像素为单位，无法准确表示边界和形状，容易引起数据含糊。
（3）不适合于离散型数据：栅格数据不适合于表示离散型数据，如道路、河流等。
二、矢量数据矢量数据是由点、线、面等几何要素构成的数据模型。
每一个要素都有自己的属性信息，可以精确表示地理对象的位置和形状。
矢量数据通常用于描述道路、河流、边界等离散型地理现象。
1. 特点：（1）数据结构复杂：矢量数据由点、线、面等几何要素组成，数据结构相对复杂。
（2）数据表达精度高：矢量数据可以精确表示地理对象的位置和形状，数据表达精度高。
地理信息系统GIS—第3章矢量数据
空间关系及其表达
绝对空间关系：坐标、角度、方位、距离等 相对空间关系：相邻、包含、关联（连接）
等
相对空间关系的类型
拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含、关联 关系等。
顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序 ，如前后、左右、东、西、南、北等。
地图、遥感影像上的空间关系是通过图形识别的， 在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达
地理信息系统
第三章 矢量数据模型
第二章内容回顾
1、什么叫坐标系？ 2、为什么要建立坐标系？ 3、为什么要建立地球的坐标系？ 4、如何建立地球的坐标系统？ 5、坐标系统与地图绘制有什么关系？
第二章内容回顾
1. 什么是地图投影？ 2. 地图投影主要有几种分类方法？ 3. 中国、美国的地图投影主要有哪几种？ 4. 在地图投影过程中需要设置哪两部分内容？需要设
3.2 拓扑
Topology一词来自希腊文，它的原意是“形状 的研究”。拓扑学属于数学中几何学的内容， 最早由德国数学家莱布尼茨1679年提出。历 史上著名的哥尼斯堡七桥问题、多面体的欧 拉定理、四色问题等都是拓扑学发展史的重 要问题。
3.2 拓扑-哥尼斯堡七桥问题
问：能不能每座桥都 只走一遍，最后又回 到原来的位置？
空间数据结构
数据结构的概念：
数据结构即指数据组织的形式，是适于计算机存 储、管理和处理的数据逻辑结构。
对空间数据而言，数据结构则是地理实体的空间 排列方式和相互关系的抽象描述。
在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数 据主要包括：空间位置、拓扑关系和属性三个方 面的内容。
常用的空间数据结构
ArcGIS中的矢量数据模型
Coverage Shapefile
第三章 矢量数据模型
路 面材 料 柏油 柏油 柏油 混凝土 混凝土 柏油
宽度 48 48 48 60 60 32
行车道数 道路名称 4 4 4 4 4 2 解放路 珞瑜路 中北路 胜利路 中山路 鲜花路
2.2 基本空间对象的矢量表示
地理实体的空间特 征抽象为点、线、 面、体 在二维图形中，矢 量数据模型用点、 线、面等几何对象 来表示简单的空间 要素，三种空间对 象的区别在于维度 与性质。
Figure 3.10 A polygon coverage, shown in a, has topological errors. Each small square symbol represents an error caused by lines that do not meet correctly. The shapefile, shown in b, is converted from the polygon coverage.
矢量数据结构（vector ） ——适合表达离散要素
108
道2
道路 河流
道 A1
218
地質
新
山 165 庫 水
111 89
植被
1.3.2 基于栅格模型的数据结构
栅格数据结构以一定方式把整个空间区域分成若干 规则的格网区（通常是正方形）。格网的大小是预 先设好的，每个栅格的大小代表定义的空间分辨率。 这种用格网（像元）阵列方式表达图件的每一点的 位置及其属性的数据表达方式，称为栅格结构 地理实体的位置用它们占据的栅格行、列号来定义。 栅格（网格）的大小取决于所需空间信息的精度， 栅格的值代表该位置的状态。
通过记录坐标的方式尽可能精确地表示地理实体， 即地理实体的形状和位置是由一组所在的坐标参 考系中坐标确定的。矢量数据结构是人们较为习 惯的一种表示空间数据的方法 在GIS中，地理实体的空间特征首先抽象为点、线、 面、体四种基本类型，而这些特征可以用颜色、 符号、注记来区分，并由图例、图符和描述性文 本来解释。
矢量数据模型适用范围
矢量数据模型适用范围1. 什么是矢量数据模型在地理信息系统（GIS）中，数据模型是描述和组织地理数据的方式。
矢量数据模型是其中的一种，它以点、线、面等几何对象来表示地理实体和属性。
2. 矢量数据模型的基本元素矢量数据模型的基本元素包括点、线、面和属性。
这些元素可以表示为几何对象和属性表。
2.1 几何对象•点（Point）：在地理坐标系中用一个坐标对表示，通常表示一个地理位置或地物的中心点。
•线（Line）：由一系列连续的点组成，可以表示道路、河流等线状地理实体。
•面（Polygon）：由一系列闭合的线组成，可以表示湖泊、建筑物等面状地理实体。
2.2 属性表属性表是一个包含特定属性的表格，每一行对应一个几何对象，每一列对应一个属性。
属性可以描述地理实体的特征，例如道路的名称、人口数量等。
3. 矢量数据模型的特点矢量数据模型具有以下特点：3.1 精确度高矢量数据模型能够精确表示地理实体的几何形状和空间关系，因此在精细化建模和分析方面有优势。
3.2 模型扩展性强矢量数据模型可以不断扩展，添加新的几何对象和属性，以适应数据的增长和需求的变化。
3.3 拓扑关系表达能力强矢量数据模型能够准确表达线与点、线与面、面与面之间的拓扑关系，例如相交、包含、相邻等。
3.4 空间分析功能强大矢量数据模型支持各种空间分析操作，如缓冲区分析、叠加分析等，可以对地理实体进行复杂的空间分析和处理。
4. 矢量数据模型的应用矢量数据模型广泛应用于各个领域，包括地理信息系统、测绘、城市规划、环境保护等。
4.1 地理信息系统地理信息系统是矢量数据模型的主要应用领域之一。
利用矢量数据模型，可以对地理实体进行建模、查询、分析和可视化等操作，为地理空间数据管理和决策提供支持。
4.2 测绘测绘是通过测量和绘制方法获取地理信息的过程。
矢量数据模型可以精确表示地理要素的几何形状和位置，可以用于测绘地物的绘制和更新。
4.3 城市规划城市规划涉及到对城市空间的分析和设计。
矢量数据模型
3.1 简单要素的表示
注释栏3.1 Google 和 OpenStreetMap 的空间要素规范
3.2 拓扑
3.2.1 拓扑统一地理编码格式（TIGER）
注释栏3.2 邻接和关联
3.2.2 拓扑的重要性
注释栏3.3 拓扑或非拓扑
3.3 地理关系数据模型
3.3.1 Coverage
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图3.4 TIGER 数据库中的拓扑，包括 0 像元或点、1像元或 线和2像元或面。
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图3.5 TIGER 数据库中的地址和邮政编码，根据街道 方向区分成右侧或左侧。
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拓扑的重要性
拓扑至少有两个主要优点： 首先，能确保数据质量和完整性； 其次，拓扑可强化GIS 分析。
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Coverage
Coverage 支持以下三种基本拓扑关系： 连接性: 弧段间通过节点彼此连接。 面定义: 由一系列相连的弧段定义面。 邻接性: 弧段有方向性，且有左多边形和右多边 形。
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图3.7 点的 coverage 数据结构。
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简单要素
矢量数据模型用点、线和面等几何对象来表示简单的 空间要素。
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拓扑结构
■ 拓扑结构是指那些在某些转换如弯曲或伸展下保持 不变的几何对象的属性。地铁地图即是拓扑地图的一 个例子。
■ 在拓扑结构中使用图表或图形来研究几何对象的安 排和对象之间的关系。
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01 GIS与ArcView
第一章 GIS与ArcView第一节地理信息系统简介一、什么是地理信息系统在信息化高速发达的现代社会，至少在知识界，人们对“信息系统”都不感陌生，各种各样的管理信息系统、咨询服务系统、决策支持系统乃至专家系统在夜以继日地帮助着人们进行着规划、管理、决策、事务处理及信息咨询，极大地提高了人们的工作效率和方便了人们的生活。
但在更多的时候，人们规划、管理、决策、事务处理及信息咨询的信息内容常常要求必须与周围的地理环境和地理位置相联系，就像人们经常使用的地图或图纸，不仅要求能表达事件发生的过程和结果，还要求能表达事件发生的地点、周围环境、以及与其它事物之间的空间相互关系等，这就产生了地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS）。
从地理信息系统的专业角度看，可以将人们经常使用的信息划分为两类信息—即空间信息和非空间信息，所谓空间信息，就是信息内容本身就包含有形状、分布、空间定位、空间相互关系等内容的信息。
如一条道路，一座桥梁，或一幢建筑物，一个行政区，一个天体等的几何形状及其所处的空间位置等。
地理信息是人们应用最多的空间信息，根据统计，人们日常使用的信息80%以上都是地理信息。
远在四千多年前，人们就知道了使用地图，从而掌握与地理空间信息打交道的直观、简易的方法。
而现代科学技术的发展，已将人们带入了一个以前从未想象到的高速发展的信息时代，计算机的使用和数据库技术的快速发展更使得人们学会了用信息系统管理和使用信息。
地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的信息系统。
地理信息系统是信息系统技术发展到高级阶段的产物，这不仅是随机算机软件技术发展的“应运而生”，其实在很大程度上也得益于计算机硬件水平的发展，试想，一个有实际应用价值的地理信息系统少则几十兆、大则数十G（1G=109）字节或更大规模的图形或图像信息，其存储、显示和快速的处理分析，对早期的计算机系统，特别是早期的微型计算机系统来说是多么的不可思义！二、地理信息系统的产生地理信息系统最早萌芽于北美，上世纪60年代初，加拿大的Roger F.Tomlinson 和美国的Duane F.Marble在不同的地方、从不同角度提出了地理信息系统的构想。
矢量坐标数据
矢量坐标数据矢量坐标数据是一种用于描述空间中点的位置的数据形式。
在地理信息系统(GIS)和计算机图形学中，矢量坐标数据被广泛应用。
它可以表示地球上的地理位置、建筑物的轮廓、道路的路径等各种空间对象。
矢量坐标数据由一系列点组成，每个点都有一个具体的位置。
这些点的位置是通过两个数值来表示的，一般是经度和纬度。
经度表示点在东西方向上的位置，纬度表示点在南北方向上的位置。
通过这两个数值，我们可以确定地球上任意一个点的位置。
矢量坐标数据的优点之一是可以准确地表示空间对象的形状和位置。
由于矢量坐标数据是基于数学模型的，因此可以进行精确的计算和分析。
在GIS中，我们可以使用矢量坐标数据来计算两个点之间的距离、面积、方位角等信息，这些信息对于地理空间分析非常重要。
除了经度和纬度，矢量坐标数据还可以包含其他属性信息，如高程、颜色、名称等。
这些属性信息可以进一步丰富空间对象的描述，使得矢量坐标数据更加丰富多样。
在实际应用中，矢量坐标数据可以被用于多种用途。
在地图应用中，矢量坐标数据可以用来绘制地理位置、标注地标、显示道路网络等。
在城市规划中，矢量坐标数据可以用于分析建筑物的密度分布、道路的交通状况等。
在环境保护中，矢量坐标数据可以用于分析植被的分布、土壤的质量等。
矢量坐标数据的应用不仅局限于地理领域，它也可以用于计算机图形学中的三维模型表示。
通过将矢量坐标数据与其他属性信息结合起来，我们可以创建逼真的三维场景，用于游戏开发、虚拟现实等领域。
然而，矢量坐标数据也有一些限制。
首先，矢量坐标数据的描述精度取决于经度和纬度的位数。
通常情况下，经度和纬度都是以浮点数的形式存储，因此存在精度损失的问题。
其次，矢量坐标数据只能描述点的位置，对于曲线和面的描述需要更复杂的数据结构。
总的来说，矢量坐标数据是一种重要的数据形式，可以用于描述空间对象的位置和形状。
它在GIS和计算机图形学中有广泛的应用，可以用于地理空间分析、地图绘制、城市规划等领域。
第三章 矢量数据模型
3.3.2 拓扑矢量数据
• 拓扑数据模型定义：不仅表达几何位置和属 性，还表示空间拓扑关系的矢量数据模型。 • 拓扑关系具体可由4个关系表来表示：
– （1）结点—弧段关系 – （2）弧段—结点关系 – （3）弧段—多边形关系 – （4）多边形—弧段关系
结点-弧
1
A b a 3 2
c
B e D 6 C 5 7
线：位置： (x1,y1),(x2,y2),„,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺寸
面：位置： (x1,y1),(x2,y2),„,(xi,yi),„,(xn,yn) 属性：符号变化 等值线
点
抽象的点, 有位置，无宽度和长度；
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可 能的500个地震位置
1)关联性
• 关联性： 不同 类要素之间关 系
– 结点与弧段 如V9与L5,L6,L3 – 多边形与弧段 如P2与L3,L5,L2
2)邻接性
• 邻接性：同类元素 之间关系
– 多边形之间、结 点之间。 – 邻接矩阵 ： 重叠：-- 邻接：1 不邻接：0
P1 P2 P3 P4 P -1 1 1 P2 1 -1 0 P3 1 1 -0 P4 1 0 0 --
5 6
表中数字前负号为相反方向
7
B
—
空间拓扑关系表达：面与弧
1
A b a 3 2 c B
多边形-弧拓扑
e
D 7
面号
6
弧号 -1,-2,3 2,-7,5,0,-6 -3,-5,4 6
A B
C
5
4
d
a: 结点号 1: 弧段号
A: 多边形号 弧段数字化方向
C D
表中数字前负号为相反方向
第五章 矢量数据的空间分析方法
第五章 矢量数据空间分析方法
5.2 矢量数据的包含分析 在包含分析的具体算法中，点与点，点与线的包含分 析一般均可以分别通过先计算点到点，点到线之间的距离， 然后利用最小距离阈值判断包含的结果。 点与面之间的包含分析，或者称为Point-Polygon分析， 具有较为典型的意义。
5.2 矢量数据的包含分析
5.4 矢量数据的叠置分析
通过点与多边形叠置，可以计算出每个多边形类型里 有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还要描述在 多边形内部的点的属性信息。 例如将油井与行政区划叠置可以得到除油井本身的属 性如井位、井深、出油量等外，还可以得到行政区划的目 标标识，行政区名称，行政区首长姓名等。
5.4 矢量数据的叠置分析
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5.1 矢量数据
(2)线状数据的拓扑关系 线状数据的拓扑关系 一条线段叫做一条弧段，由节点的连线组成。 一条线段叫做一条弧段，由节点的连线组成。开始点称为始 节点，结束点称为终节点。 节点，结束点称为终节点。 弧段-节点清单 列出了弧段-节点的关系 节点清单” “弧段 节点清单”列出了弧段 节点的关系 弧段-坐标清单 显示组成每条弧段的x、 坐标 坐标清单” “弧段 坐标清单”显示组成每条弧段的 、y坐标
第五章 矢量数据空间分析方法
5.4 矢量数据的叠置分析
其基本的处理方法是：根据两组多边形边界的交点来建立具有 多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特性的统计分析。 其中，前者叫做地图内容的合成叠置，如左图。后者称为地图 内容的统计叠置，如右图。
5.4 矢量数据的叠置分析
合成叠置的目的，是通过 区域多重属性的模拟，寻找和 确定同时具有几种地理属性的 分布区域。 或者按照确定的地理目标， 对叠置后产生的具有不同属性 多边形进行重新分类或分级， 因此叠置的结果为新的多边形 数据文件。
矢量和栅格数据模型介绍课件
在环境监测中，栅格数据模型可以用 于分析空气质量、水质、土壤状况等 环境要素的空间分布和变化趋势。
在城市规划中，栅格数据模型可以用 于城市空间布局规划、交通规划、公 共设施布局等方面。
矢量和栅格数据模型的比 较
数据精度比 较
矢量数据模型
矢量数据模型通过记录坐标点之间的几何关系来表达空间实 体，能够精确表示点、线、面等几何要素的位置和形状。因 此，矢量数据模型在表示复杂几何形状和细节方面具有较高 的精度。
栅格数据模型
栅格数据模型通过将空间划分为规则的格网或像素来表达空 间实体，每个像素或格网表示一个离散的地理空间单元。栅 格数据模型的精度取决于格网的大小，格网越小，精度越高。
数据结构比较
矢量数据模型
矢量数据模型的数据结构通常包括要素类和特征类，分别用于表示空间实体和 几何要素。矢量数据模型的数据结构相对简单，但表达的空间关系和属性信息 较为丰富。
栅格数据模型
栅格数据模型的数据结构通常包括网格矩阵和栅格地图，分别用于表示地理空 间单元和地表覆盖信息。栅格数据模型的数据结构相对复杂，但表达的空间信 息和属性信息较为有限。
数据处理速度比较
矢量数据模型
矢量数据模型的数据处理速度通 常较快，因为矢量数据模型的数 据结构相对简单，可以进行高效 的几何运算和空间分析。
02
矢量数据模型以离散方式表示空 间信息，每个几何对象都有明确 的坐标信息，可以精确表示地理 实体的位置和形状。
矢量数据模型特点
数据精度高
数据结构紧凑
由于矢量数据模型基于几何对象表示，可 以精确表示地理实体的位置和形状，因此 具有较高的数据精度。
矢量数据模型采用高效的数据压缩和编码 技术，使得数据存储和传输更加紧凑，节 省存储空间和网络带宽。
05矢量数据结构
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§ 2 实体数据结构
实体数据结构 – 以基本的空间实体（点、线、多边形）为单位进行 组织 – 只记录空间对象的位置坐标和属性信息 – 不记录拓扑关系的矢量数据模型。（又称面条结 构）。
线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺
寸
面：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn)
属性：符号变化 等值线
5
2.几何对象 点：空间的一个坐标点； 线：多个点组成的弧段； 面：多个弧段组成的封闭多边形；
B
t124
1,6,7,4,5,1
6
B 5
点号
坐标
1
1，2
2
3，4
4
3
5，6
4
7，8
5
…
35
§4 点位字典数据结构
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索引式结构
37
§5空间实体间关系
1.关系类型 2.识别与描述 3.拓扑关系 4.GIS中引入拓扑关系的优缺点 5.拓扑结构采用原则
38
§4空间实体间关系
1 关系类型 – 拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等 – 顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序， 如前后、左右、东、西、南、北等。 – 度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。
2 识别与描述 – 地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的。 – 在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。 – 空间关系的描述多种多样。不同的GIS可能采用不同 的方法进行描述。
如何进行地理空间数据的模型建立与分析
如何进行地理空间数据的模型建立与分析地理空间数据是指带有地理位置信息的数据，其记录了地球上不同区域的各种属性。
在如今数据驱动的社会中，地理空间数据的模型建立与分析对于城市规划、交通管理、环境保护等方面具有重要意义。
本文将介绍如何进行地理空间数据的模型建立与分析，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、地理空间数据的模型建立地理空间数据的模型建立是指将真实世界的地理信息通过抽象和建模的方式转化为计算机可以处理的形式。
从数据形式上来说，地理空间数据可以分为矢量数据和栅格数据两种类型。
1. 矢量数据建模矢量数据是通过点、线、面等几何要素来表示地理对象的数据形式。
在矢量数据建模中，常用的数据模型包括欧几里得模型和拓扑模型。
欧几里得模型是一种基于空间坐标的数据模型，通过确定空间中的点、线、面的位置和相对关系来描述地理要素。
在欧几里得模型中，地理要素的属性信息和几何信息被分开存储，常用的数据格式有Shapefile和GeoJSON等。
拓扑模型是一种基于地理实体之间的拓扑关系来描述地理要素的数据模型。
在拓扑模型中，地理要素的几何信息和属性信息被统一存储，可以更好地描述地理要素之间的关系。
常用的拓扑模型有面邻接关系模型和图结构模型等。
2. 栅格数据建模栅格数据是将地理空间划分为规则的像素网格，并将地理要素的属性信息以栅格的形式进行存储。
在栅格数据建模中，常用的数据模型有格网模型和格网金字塔模型。
格网模型是一种将地理空间划分为等大小的像素网格，每个像素网格存储一个值来表示地理要素的属性信息。
格网模型适用于连续变量的表示，如高程数据和遥感影像等。
格网金字塔模型是一种将地理空间划分为多个层级的像素网格，每个层级的像素网格存储了不同分辨率的地理要素属性信息。
格网金字塔模型适用于多尺度分析，可以在不同层级上对地理要素进行分析。
二、地理空间数据的分析地理空间数据的分析是指通过空间统计、空间交互和空间模拟等方法对地理空间数据进行解释和预测的过程。
矢量数据模型名词解释
矢量数据模型名词解释
1. 啥是矢量数据模型呀？就好比是一幅精确的地图！比如说，你看城市的地图，那些线条清晰的道路、边界，那就是矢量数据模型的体现呀！它能准确地记录和表示各种地理要素的位置和形状呢！
2. 嘿，矢量数据模型啊，就像一个超级细致的记录员！好比你画一个房子的图形，每一条线、每一个角都被准确记录下来，这就是矢量数据模型在起作用啦！你说神奇不神奇？
3. 矢量数据模型哟，这可是个厉害的家伙！就好像是一个精准的导航仪，能指引你找到具体的地点。
比如你要找一家特定的商店，它就能通过矢量数据准确地定位呢！
4. 哎呀呀，矢量数据模型呀，相当于一个无比严谨的建筑师！举个例子，设计大楼的时候，它能把每根柱子、每堵墙的位置都精确呈现，是不是很牛？
5. 矢量数据模型，那可是如同一个聪明的侦探一样的存在！比如在追踪犯罪现场的线索时，它能把每个细节都清晰展现，帮助找到关键信息呢！
6. 哇塞，矢量数据模型呀，简直就是一个神奇的魔法盒！像画一幅美丽的插画，那些线条和形状都是通过矢量数据模型来完美呈现的呀！
7. 矢量数据模型呢，就好像是一个耐心的老师！比如说在地理课上，它能清楚地告诉我们山脉的走向、河流的路径，是不是很厉害？
8. 嘿哟，矢量数据模型啊，不就是个超棒的工具嘛！就像做手工时，用它来精确裁剪出各种形状，厉害得很呢！
9. 矢量数据模型，这可是个不能小瞧的角色呀！好比一场精彩的球赛，球员的位置和动作都可以通过矢量数据模型来记录和分析呢！
10. 矢量数据模型呀，那绝对是个超级实用的东西！就像你要去一个陌生的地方，它能准确地给你指引方向，太有用啦！
我的观点结论：矢量数据模型真的是非常重要且实用的，在各种领域都有着广泛的应用，能帮助我们更准确、更清晰地理解和处理各种信息。
矢量数据结构课件
03
添加点
在矢量数据Leabharlann 构中，可以 通过添加点来构建几何图 形。
删除点
对于不再需要的点，可以 将其从矢量数据结构中删 除。
移动点
通过移动点，可以改变几 何图形的形状和位置。
线的操作
绘制线
使用线段连接一系列点， 形成所需的线条。
删除线
对于不再需要的线，可以 将其从矢量数据结构中删除。
修改线
可以通过添加、删除或移 动线上的点来修改线的形 状和长度。
它能够准确地表示空间几何实体， 并且可以通过几何运算进行数据 更新和操作。
矢量数据结构还支持拓扑关系和 几何对象的层次结构，方便进行
空间关系查询和地图可视化。
矢量数据结构的应用场景
矢量数据结构广泛应用于地理信息系统 （GIS）、地图绘制、遥感图像处理、计 算机图形学等领域。
在计算机图形学中，矢量数据结构用于 生成三维模型和场景，实现逼真的图形 渲染和动画效果。
矢量数据结构课件
• 矢量数据结构概述
01
矢量数据结构概述
矢量数据结构的定义
01
矢量数据结构是一种基于几何对 象（如点、线、面）的数据结构， 用于表示和存储空间信息。
02
它通过使用坐标系和几何对象的 位置、形状、方向等属性来表示 空间实体。
矢量数据结构的特点
矢量数据结构具有精度高、数据 量小、易于进行空间分析等特点。
优势，而栅格数据结构在表示大范围连续空间现象（如地形表面）方面更为合适。
与其他数据结构的比较
除了栅格数据结构外，还有许多其他的数据结构可以用于表示空间信息，如不规则三角 形网格（TIN）和基于文本的地理编码系统等。这些数据结构各有优缺点，适用于不同 的应用场景。矢量数据结构在表示几何形状方面具有优势，但在表达空间关系和现象的
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N2
e6
N1
N4
e7
N5
N5
e1
P1 N2 e5
P2
e2
结点 N1 N2 N3 N4 N5
N1
P3
e6
N5
e3
N4
e4
P4 e7
N3 弧段号
e1，e3，e6 e1，e2，e5 e2，e3，e4 e4，e5，e6
e7
多边形与弧段 的拓扑关联表
e1 P1
N2 e5
P2
多边形号
P1 P2 P3 P4
弧段号 e2
数据按点、线或多边形为单元组织，数字化 操作简单
多边形之间的公共边界被数字化和存储两次 ，由此产生冗余和碎屑多边形
每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以 进行邻域处理，如消除某两个多边形之间的 共同边界；
不易检查拓扑错误。
点字典模型
▪ 点字典模型是对多边形模型的改进，记录的 是各多边形的编码，并以数据字典的方式记 录各点的坐标值。由于相同点坐标只记录一 次，所以不会产生多边形碎片，但公共边界 的编码仍然被记录两次。
栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）
矢量数据表达考虑内容
矢量数据自身的存储和管理 几何数据和属性数据的联系 空间对象的空间关系（拓扑关系）
矢量数据表达
简单数据结构 拓扑数据结构 属性数据组织
矢量数据模型
一、矢量数据模型的概念 以坐标点对来描述点、线、面三类地理实体。
L10 p11(x11,y11)
L11 p12(x12,y12)
p5(x5,y5) L5 p6(x6,y6)
P2
L12
L19
p14(x14,y14)
p4(x4,y4)
p19(x19,y19)
p13(x13,y13) L13
L3
L2 P3(x3,y3) P2(x2,y2)
L18
L1
P1
P3
L14 L15
P15(x15,y15)
p16(x16,y16 L16
p1(x1,y1)
p18(x1817)
面条模型
用坐标串的方式来记录多边形，用串码标识坐标串，但 并不与多边形的标识码对应，难以实现对多边形的操作
串码
S1 S2 S3 S4 S5
坐标串
（x1,y1），（x2,y2），…，（x10,y10） （x10,y10），（x11,y11），…，（x17,y17） （x1,y1），（x18,y18），（x17,y17） （x6,y6），（x19,y19），（x18,y18） （x19,y19），（x13,y13）
P P6(X6,Y6)
C5
2
C6
P4(X4,Y4)
P19(X19,Y19)
P11(X11,Y11) P12(X12,Y12)
P14(X14,Y14) P13(X13,Y13)
C1 P3(X3,Y3)
P2(X2,Y2)
P1
C4
P3
C3 P15(X15,Y15)
P16(X16,Y1
P1(X1,Y1)
P18(X18,Y18)
▪ 矢量数据模型与栅格数据模型的比较：
A. 矢量方法是面向实体的表示方法，以具体的空间物 体为独立描述对象，而栅格栅格方法是面向空间的 表示方法。
B. 矢量方法显式地描述空间物体间的关系，而栅格方 法隐式地描述空间物体间的关系。
C. 矢量方法基于物体的分析比较容易，而栅格方法基 于空间位置的分析比较则相对容易些。
e1
N1
P1
e6
N2 e5
N4
P2
e4
P3
e3
N5
P4 e7
e2
N3
多边形之间 的邻接性
弧段 号
e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7
左多 边形 － － －
P3 P2 P3 P4
右多 边形 P1 P2 P3 P2 P1 P1 P3
e1 P1
N2 e5
P2
N1
P3
e6
N5
e3
N4
e4
P4 e7
e2
e1,e5,e6 e2,e4,e5 e3, e4,e6
e7
N1
P3
e6
N5
e3
N4
e4
P4 e7
N3
矢 量 数 据 结 构
定义：
矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来 表达空间对象的位置。
点：空间的一个坐标点； 线：多个点组成的弧段； 面：多个弧段组成的封闭多边形；
获取方法
定位设备（全站仪、GPS、常规测量等） 地图数字化 间接获取
多边形模型
以多边形为单位记录多边形的边界点坐标，相对于面条模型的 优点是更容易识别和提取多边形
多边形码
坐标串
P1 P2 P3
（x1,y1），…，（x18,y18），（x1,y1） （x6,y6），…，（x19,y19）（x6,y6） （x13,y13），…，（x19,y19）（x13,y13）
▪ 特点：
NODE模型
▪ 前面的两点模型都是以线性要素作为存储记 录结点间，链间以及多边形间相互关系的基 本单元，但没有对线性要素间邻接关系的显 式描述。
▪ 而NODE模型用结点来组织结点间、链间以 及多边形间的空间关系。这种模型能够显式 地描述线性要素间的邻接关系。
NODE模型：
结点码
相关链
N1
C1,C3,C4
点: 点号文件 线: 点号串 面: 点号串
点号 X Y 1 11 22 2 33 44 … …… n 55 66
路径拓朴常用的数据模型
▪ 面条模型 ▪ 多边形模型 ▪ 点字典模型 ▪ 链/点字典模型
p9(x9,y9)
L9
p10(x10,y10)
p7(x7,y7) L7 L6
L8 p8(x8,y8)
多边形码
P1 P2 P3
链码 C1，C5，C4 C5，C2，C6 C4，C6，C3
链码
C1 C2 C3 C4 C5 C6
点列
p18，…，p6 p6，…，p13 p13，…，p18
p18,p19 p19,p6 p19,p13
网络拓朴模型
除了将多边形中的结点，边和面分别显示描述 ，还记录它们之间的空间关系。
存储：
独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象； 点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成
特征
无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦
适用范围：
制图及一般查询，不适合复杂的空间分析
二、地理实体的描述方法 描述地理实体的矢量方法有很多，这些不同 的矢量数据模型间的一个最主要的差别是采 用路径拓扑（Path Topology）模型，还是 采用网络拓扑（Graph Topology）模型
矢量数据表达
▪ 一、路径拓朴
只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。 又称面条结构。
矢 量 数 据 结 构
数据库
独立编码
标识码 属性码 存储方法
点位字典
空间对象编码 唯一 连接几何和属性数据
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
多边形码 P1 P2 P3
点码
p1 … p19
点列 p1，…，p6，p19，p18，p1 p6，p7，…，p13，p19，p6
p13，p14，…，p19,p13
点坐标
(x1,y1) …
(x19,y19)
链/点字典模型
▪ 每个多边形记录下构成它的链，每个条链再记录下构成它的点，每个记 录再记录其坐标值。
P1 P2 P3 P4
P1 － 1 1 0 P2 1 － 1 0 P3 1 1 － 1 P4 0 0 1 －
N3
邻接多边形 P1 P2， P3 P2 P1，P3 P3 P1，P2 ，P4 P4 P3
弧段和结点之 间的关系表
弧段 起点 终点 号
e1
N2
N1
e2
N3
N2
e3
N1
N3
e4
N4
N3
e5
N4
D. 矢量数据相对于栅格数据精度高，数据冗余度小 E. 栅与遥感等图象数据难以结合 F. 输出图形质量好，精度高
矢量数据模型
空间数据的拓扑关系
▪ 拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。 ▪ 拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。 ▪ 拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。
拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3
拓扑关联：N1/е1、е3 、е6 ；P1/е1、е5 、е6
拓扑包含：P3与P4
P17(X17,Y17)
▪ DIME模型与POLYVRT模型种模型的本质是 一样的，区别在于：
1. 描述多边形的空间关系并作为关系文件记录 的基本单元的边的选择不同。
2. DIME模型以两个数据点间的线段为关系的 描述和记录单元，而POLYVRT模型以两个 结点的链为记录单元。两种模型都不能对线 性要素间的邻接关系进行显式描述。
N2
C1,C5,C2
N3
C6,C3,C2
N4
C4,C6,C2
右多边形
P0,P3,P1 P0,P1,P2 P3,P0,P2 P1,P3,P2
相关结点
N2,N3,N4 N1,N4,N3 N4,N1,N2 N2,N1,N3
矢量数据结构：特点