矢量数据模型
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。
栅格数据结构与矢量数据结构的比较
栅格数据结构与矢量数据结构的比较栅格数据结构和矢量数据结构是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据表示方式。
它们都有自己的优势和适用场景。
本文将详细比较栅格数据结构和矢量数据结构的特点、优缺点以及适用范围。
一、栅格数据结构栅格数据结构是将地理空间数据划分为规则的网格单元，每个单元存储一个值。
栅格数据结构主要用于表示连续型数据，如高程、温度等。
以下是栅格数据结构的特点：1. 数据表示：栅格数据结构以像素（或单元格）为基本单位，每个像素具有固定的大小和位置。
每个像素存储一个值，可以是数字、字符或颜色等。
2. 数据模型：栅格数据模型是基于网格的，可以是二维或三维的。
二维栅格用于表示平面地理数据，如地图；三维栅格用于表示立体地理数据，如地形。
3. 数据精度：栅格数据结构具有固定的分辨率，即像素的大小和数量。
较小的像素可以提供更高的精度，但会增加数据量和计算复杂度。
4. 数据分析：栅格数据结构适用于各种空间分析，如栅格代数、栅格统计和栅格重分类等。
它可以进行基于像素的计算和模型建立，适合处理大规模数据集。
5. 数据存储：栅格数据结构以栅格文件格式（如TIFF、GRID）存储，每个像素的数值以二进制形式存储，文件较大。
栅格数据结构的优点是适用于连续型数据的表示和分析，可以进行复杂的空间分析。
然而，它也存在一些缺点，如数据量大、不适合表示离散型数据和复杂几何对象等。
二、矢量数据结构矢量数据结构是将地理空间数据表示为离散的几何对象，如点、线、面。
矢量数据结构主要用于表示离散型数据和复杂几何对象，以下是矢量数据结构的特点：1. 数据表示：矢量数据结构以几何对象为基本单位，如点、线、面等。
每个对象由一组坐标点表示，可以附加属性信息。
2. 数据模型：矢量数据模型是基于几何对象的，可以是二维或三维的。
二维矢量用于表示平面地理数据，如道路、河流；三维矢量用于表示立体地理数据，如建筑物。
3. 数据精度：矢量数据结构具有可变的精度，可以根据需要选择不同的精度级别。
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
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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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。
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、数据分析等方面有着不同的特点和应用场景。
本文将详细介绍栅格数据和矢量数据的比较。
一、栅格数据栅格数据是由一个规则的网格或者像元组成的数据模型。
每一个像元代表一个地理区域的特定属性值，例如高程、温度、植被类型等。
栅格数据以像元为单位进行存储和处理，像元之间的相对位置和属性值决定了地理空间的特征。
1. 数据表示：栅格数据使用像元矩阵来表示地理现象。
每一个像元都有一个固定的大小和位置，类似于像素。
栅格数据可以分为不同的图层，每一个图层代表一个特定的属性。
2. 数据结构：栅格数据采用二维数组的结构，每一个像元都有一个惟一的行列索引。
这种结构使得栅格数据在存储和处理时具有较高的效率，特别适合于大规模的空间数据。
3. 空间分辨率：栅格数据具有固定的空间分辨率，即像元的大小。
较小的像元可以提供更精细的空间描述，但也会增加数据量和计算复杂度。
4. 数据分析：栅格数据在地理分析中具有一定的优势。
通过栅格数据，可以进行地形分析、遥感影像处理、地貌摹拟等操作。
栅格数据还可以进行一些基于像元值的统计分析，如均值、方差等。
二、矢量数据矢量数据是由点、线和面等几何要素组成的数据模型。
每一个要素都有自己的几何形状和属性信息。
矢量数据以要素为单位进行存储和处理，要素之间的空间关系和属性值决定了地理空间的特征。
1. 数据表示：矢量数据使用几何要素和属性表来表示地理现象。
几何要素可以是点、线、面等，属性表包含了与几何要素相关的属性信息。
2. 数据结构：矢量数据采用拓扑结构来表示要素之间的空间关系。
拓扑结构包括节点、边和面等，可以准确描述要素之间的邻接、相交等关系。
3. 空间精度：矢量数据具有较高的空间精度，可以准确表示地理现象的几何形状和位置关系。
矢量数据可以进行精确的空间分析和拓扑操作。
4. 数据分析：矢量数据在地理分析中具有一定的优势。
第三章矢量数据模型ppt课件
(2)拓扑元素 点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点； 线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段； 面：若干弧段组成的多边形。
点 :
线 :
起点
弧段 3
面 :
弧段 4
中间点
弧段 2
终点
弧段 1
(3)拓扑关系类型
• (3)拓扑关系类型
关联：不同拓扑元素之间的关系； 邻接：相同拓扑元素之间的关系； 包含：面与其他元素之间的关系； 连通：拓扑元素之间的通达关系； 层次：相同拓扑元素之间的层次关系；
拓扑关系的表示
结点 弧段
面域 弧段
A a, c, e
A
P0
P1 a, b, c, -g
B a, d, b
P2 b, d, f
C d, e, f
e
c
P1
P3 c, f, e
D b, f, c
P3 f C
P2 d
E
D
P4 g
b
B
P4 g
a
弧段 结点 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A
2、拓扑数据结构
(1)拓扑空间关系 拓扑空间关系是GIS中重点描述的空间关系。“拓 扑”（Topology）一词来源于希腊文，它的原意是 “形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研 究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性，即拓扑 属性。理解拓扑变换和拓扑变换属性时，可以设想 一块高质量的橡皮，它的表面时欧氏平面，这块橡 皮可以任意拉伸、压缩，但不能扭转和折叠，表面 上有点、线、面等组成的几何图形。在变换中，图 形的有些属性会消失，有的属性则保持不变。前者 称为非拓扑属性，后者称为拓扑属性。象拉伸、压 缩这样的变换，称为拓扑变换。
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
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§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
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§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。
栅格数据和矢量数据的优缺点
栅格数据和矢量数据的优缺点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。
它们各自具有一些优点和缺点，下面将详细介绍它们的特点。
一、栅格数据栅格数据是由像素组成的网格状数据模型。
每一个像素都包含一个数值，表示某种属性或者现象的值。
栅格数据适合于描述连续的表面，如高程模型、气象数据等。
以下是栅格数据的优点和缺点：1. 优点：a. 空间分辨率高：栅格数据可以提供高分辨率的空间信息，适合于研究较小区域的细节。
b. 数据结构简单：栅格数据的结构简单，易于存储和处理。
c. 数值计算方便：栅格数据适合于进行数值计算和摹拟，如地形分析、水文模型等。
d. 可以表示连续变化：栅格数据可以准确地表示连续变化的现象，如温度、降雨量等。
2. 缺点：a. 空间精度有限：由于栅格数据是由像素组成的，其空间精度有限，不能准确表示细小的空间对象。
b. 数据量大：栅格数据通常需要较大的存储空间，特殊是在高分辨率下。
c. 不适合于复杂边界：栅格数据对于复杂边界的表示较为难点，可能会引入较大的误差。
d. 不适合于矢量分析：栅格数据在进行矢量分析时效率较低，可能需要进行数据转换。
二、矢量数据矢量数据是由点、线、面等几何对象组成的数据模型。
每一个对象都具有几何形状和属性信息。
矢量数据适合于描述离散的空间对象，如道路、建造物等。
以下是矢量数据的优点和缺点：1. 优点：a. 空间精度高：矢量数据可以提供较高的空间精度，能够准确表示细小的空间对象。
b. 数据量相对较小：相比于栅格数据，矢量数据通常需要较小的存储空间。
c. 适合于复杂边界：矢量数据能够准确地表示复杂边界，如河流、行政区划等。
d. 适合于矢量分析：矢量数据在进行矢量分析时效率较高，可以进行拓扑关系分析、空间查询等操作。
2. 缺点：a. 空间分辨率有限：矢量数据的空间分辨率有限，可能无法准确表示连续变化的现象。
b. 数据结构复杂：矢量数据的结构相对复杂，存储和处理的难度较大。
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。
栅格数据与矢量数据的比较
栅格数据与矢量数据的比较一、引言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。
它们分别以不同的方式存储和表示地理空间信息。
本文将对栅格数据和矢量数据进行比较，包括定义、数据结构、数据存储、数据分析和适合场景等方面，以匡助读者更好地理解和应用这两种数据模型。
二、定义1. 栅格数据：栅格数据是由网格单元组成的数据模型，每一个单元都包含一个值，用于表示某一特定位置的属性信息。
栅格数据通常用于连续型数据，如高程、温度等。
2. 矢量数据：矢量数据是由点、线、面等几何要素组成的数据模型，每一个要素都包含了其位置和属性信息。
矢量数据通常用于离散型数据，如道路、河流等。
三、数据结构1. 栅格数据结构：栅格数据由规则的网格单元组成，每一个单元都具有相同的大小和形状。
栅格数据可以通过像素值来表示空间属性，像素值可以是整数或者浮点数。
2. 矢量数据结构：矢量数据由几何要素和属性表组成。
几何要素包括点、线、面等，每一个要素都有自己的位置信息。
属性表存储了每一个要素的属性信息，如名称、面积等。
四、数据存储1. 栅格数据存储：栅格数据通常以栅格文件的形式存储，其中包含了栅格单元的像素值和空间参考信息。
常见的栅格文件格式有TIFF、JPEG、PNG等。
2. 矢量数据存储：矢量数据通常以矢量文件的形式存储，其中包含了几何要素和属性表的信息。
常见的矢量文件格式有Shapefile、GeoJSON、KML等。
五、数据分析1. 栅格数据分析：栅格数据适合于连续型数据的分析，如地形分析、遥感影像处理等。
栅格数据可以通过栅格代数运算、统计分析等方法进行处理和分析。
2. 矢量数据分析：矢量数据适合于离散型数据的分析，如空间查询、网络分析等。
矢量数据可以通过空间关系运算、属性查询等方法进行处理和分析。
六、适合场景1. 栅格数据适合场景：栅格数据适合于需要对连续型数据进行精细分析的场景，如地形分析、气候摹拟等。
栅格数据能够提供高精度的空间分辨率和准确的数值计算。
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！
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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！
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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！
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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。
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数字化数据文件使。
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图3.1 显示爱达荷州和该州由美 国为土著美洲人代管土地 的周边州县的参考地图。
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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
要素类 多边形
规 则
不重叠, 没有间隙, 不与其它图层重叠, 必须被另一要素类覆盖, 必须相互覆盖, 必须被覆盖, 边界必须被覆盖, 区域边界必须被 另一边界覆盖, 包含点，包含一个点。
线
不重叠, 不相交, 不交叉，没有悬挂弧段, 没有伪结点, 不相交 或内部接触，不与其它图层相交或内部接触，不与其它图层重叠, 必须被另一要素类覆盖, 必须被另一图层的边界覆盖，必须在内 部，终节点必须被覆盖, 不能自重叠, 不能自相交, 必须是单一 部分。 必须与其它图层一致，不分离，必须被另一图层的边界覆盖，必 须位于多边形内部, 必须被另一图层的终节点覆盖, 必须被线覆 盖。
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Geodatabase
Geodatabase是 ArcObjects 的一部分，包含许多对象、
属性和方法，为ArcGIS Desktop提供基础。
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Geodatabase数据结构
Geodatabase 将矢量数据集组织成要素类和要素数据集 要素类存储具有相同几何类型的空间要素； 要素数据集则存储具有相同坐标系和区域范围的要素类。
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图3.18 分区亚类的数据结构
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路 径
路径是诸如高速公路、自行车道或河流等线要 素，但它与其它线要素不同在于它有度量系统，可 使线性测量用于投影坐标系统中。
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图3.19 路径亚类的数据结构
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图3.20 在geodatabase中，路径的线性测度 (m) 以x、y坐标存储。本例 中，m的单位是英里，而x、y坐标单位是英尺。
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图3.15 TIN的数据结构
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分 区
分区在这里是指具有相似特征的地域范围。
分区数据模型应能处理好两个空间特征：第一，分 区可以在空间上相连和分离；第二，分区可重叠或涵 盖相同区域。
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图3.16 美国本土上的县和州形成的等级结构。
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图3.17 分区数据模型允许分区相互重叠(a)，且可有空间上分离的多边形（b)。
第3章 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 3.3.2 Coverage 数据结构 3.3.3 非拓扑矢量数据
其次，拓扑可强化GIS 分析。
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地理关系数据模型
地理关系数据模型用两个独立的系统分别
存储空间和属性数据：用图形文件存储空间数
据 (“地理”) ，用关系数据库存储属性数据。
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图3.6 地理关系数据模型的例子，ArcInfo coverage由两部分组成：图 形文件存储空间数据，INFO文件存储属性数据，两者间以标识 码相连接。
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图3.11 一个Feature 对象可以执行IFeature接口。IFeature可调用属性Extent 和Shape 以及方法Delete。面向对象技术用不同符号来表示接口、属性和 方法。该例子中两种属性的符号不同，因为Extent是只读属性而Shape为 可读写属性。
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图3.12 显示了如何用两个接口来获得一个要素图层的区域范围，它是一种 Geodataset 类型。首先通过IGeodataset 这一 Geodataset 对象所支持的接口来访 问 Extent 属性。属性 Extent 返回对象 Envelope, 用于执行 IEnvelope接口。然 后，可以用接口的属性XMin、XMax、YMin和YMax 来获得区域范围。
来；其次，非拓扑数据具有非专有性和互操作性。
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基于对象的数据模型
基于对象的数据模型在两个重要方面不同于地理关系数据模型： 基于对象的数据模型把空间数据和属性数据存储在一个系统中； 基于对象的数据模型允许一个空间要素（对象）与一系列属性 和方法相联系。
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图3.10 基于对象数据模型中，每条记录存储一个土地利用多边形，Shape字段存储 土地利用多边形的空间数据，其它字段存储属性数据，如土地利用_ID和类 型。
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点
Geodatabase数据模型的优点
Geodatabase 的等级结构对于数据组织和管理十分有利。
Geodatabase 是 ArcObjects的一部分，它具有面向对象技术的优势。 Geodatabase 提供即时拓扑，适用于要素类内的要素或者两个或更 多的参与要素类。 在 ArcObjects 中有许多的对象、属性和方法可供GIS 用户定制应用。
ArcObjects提供了一个可以按照各行各业的需求定制对象的模型。
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复合要素
复合要素是指以点、线和面合成应用而更好表示的空 间要素。 复合要素包括三角网(TIN)、分区和路径。
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TIN
TIN 把地表近似描绘成一组互不重叠的三角面。
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图3.14 TIN模型把地表近似描绘成一组互不重叠的三角面。
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图3.13 在Geodatabase中，要素类可以独立存在，也可以是一个要素 数据集的组成部分。
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拓扑规则
Geodatabase将拓扑定义为关系规则，让用户选择 规则，并在要素数据集中执行。
Geodatabase提供了31种拓扑规则。
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表3.1 Geodatabase中的拓扑规则
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类和类之间的关系
类是一系列具有相似属性的对象。 类之间的关系包含：联合（Association）、聚合 （aggregation）、合成(composition)、类继承 （Type inheritance）和实例化（Instantiation）。
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接 口
接口代表类或者对象的一系列外部可视化操作。 允许用户使用对象的属性和方法。
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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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图3.8 线的coverage 数据结构。
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图3.9 多边形的 coverage 的数据结构
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口普查局的拓扑统一地理编码格式(TIGER)数据库。
10
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。
12Leabharlann 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；
排和对象之间的关系。
图3.2 台湾台北市的地铁线路图 .
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拓 扑
拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保 持不变的性质。
图和表用于研究空间几何对象的分布及其空间关
系。
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图3.3 有向图的邻接矩阵和关联矩阵。
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拓扑统一地理编码格式（TIGER）
拓扑在地理空间技术上的早期应用是来自美国人
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Shapefile
Shapefile是用于Esri产品的一种标准的非拓扑数据格式。
尽管Shapefile将点看做一对x、 y 坐标值 ，把线看作一系列点，把 多边形看作一系列线段，但没有文件描述这些空间几何体之间的空 间关系。 非拓扑数据例如 shapefiles 有两个主要优点：
首先非拓扑矢量数据能比拓扑数据更快速地在计算机屏幕上显示出
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图3.21 Geodatabase中的一条路径（粗的灰线），由带有线性测度的聚合线构成。
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U.S. Census Bureau / Open GIS Consortium, Inc. / ESRI: topology rules /datamodels National Hydrography Dataset /data.html The National Map / Ordnance Survey: OS MasterMap /oswebsite/
3.4 基于对象数据模型
3.4.1 类和类之间的关系 3.4.2 接口
注释栏3.4 ArcObjects 和ArcGIS
3.4.3 Geodatabase
3.4.4 拓扑规则 3.4.5 Geodatabase数据模型的优点
注释栏3.5 NHDinGEO
3.5 复合要素的表示 3.5.1 不规则三角网（TINs） 3.5.2 分区 3.5.3 路径 重要概念和术语 复习题 应用: 地理关系矢量数据模型 习作1：查看Coverages 和 Shapefile 的数据文件结构 习作2: 创建文件 Geodatabase、要素数据集和要素类 习作3: 将 Shapefile 转成个人 Geodatabase 要素类 习作4: 查看带测度的折线 习作5: 查看分区和路径 习作6: 查看TIN 挑战性任务 参考文献
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矢量数据模型
矢量数据模型,也称为离散对象模型, 采用离散对象来表示地球表 面的空间特性。矢量数据的准备包括三个基本步骤： 第一步在一个空白空间把空间要素分为点线和多边形并用点及 其 x、 y坐标表示点、线和面表示这些要素的位置和形状； 第二步构建这些几何对象在逻辑框架中的性质和空间关系； 第三步把矢量数据编码和储存为计算机可读取、解译和处理的