06 第三章 空间数据模型 4- 7节 TIN模型及模型比较

Shape Point Directory
SID S1 S2 S3 S4 S5 S6 X Y
xs1 xs2 xs3 xs4 xs5 xs6
ys1 ys2 ys3 ys4 ys5 ys6
2、空间查询
A. 查询 Smith的农场 B. 找出土地与Bow River毗邻的农场主
A. 查询 Smith的农场
• 缺点：
– A 同一点集有可能产生多个三角形 – B 生成速度很慢 (slow to create one) – C 难以进行空间叠加操作 高度压缩和难以进行空间叠加的特性使之成为 一种用于地形数据存储的数据模型
第五节 空间数据模型总结
一．模型的比较 二．数据模型间的转换 三．空间数据模型的选择
Polygon
Labeling Map
S1 N3 A4 A2 A3 S2
P1
S3 S4 A6 S5
P2
A5 N5 A8
N4 A7 N6
N2
P3
A9 N7
A1
P5
A10
P4
A11 S6
N1
Arc Topology Table
AID A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 From N1 N2 N3 N3 N4 N2 N4 N5 N6 N1 N1 To N2 N3 N5 N4 N5 N6 N6 N7 N7 N6 N7 LP NIL NIL NIL P2 P2 P1 P3 NIL P3 P5 P4 RP P5 P1 P2 P1 P3 P5 P1 P3 P4 P4 NIL Shape Points NIL S1 S2 NIL NIL S3,S4,S5 NIL NIL NIL NIL S6
• 地籍图（Land Ownership Map）
3、实践
• 如果你是计算机，请计算Bow River沿岸农 场主的家庭平均收入
二、栅格方法
• 栅格表达 • 每种属性用一个栅格层表达
– One raster layer for one attribute type
所有者栅格表达 Smith Taylor Weber Smith Clark
TIN 的表达
2 1 3
Triangle-Node Table
Triangle Node 1
Node 2 7 5 5 3 3 4 10 6 11 9 ...
Node 3 8 7 2 5 6 6 7 10 6 8 ...
C B A
7 8 5
D E
6
A
1 1 1 2 5 3 5 5 4 7 ...
F I L R
矢量
栅格
1. 数据结构简单 2. 技术实现成本低 3. 由于所有数据层由像元组成 （简单和规则的形状）所以数学 建模和空间叠加容易实现 4. 通过增加空间分辨率可以适应 不同空间变化 1. 压缩数据结构 2. 能够反映空间变化 3. 坐标变换容易 4. 拓扑关系以三角形表面形式反 映出
具有连续空间 变化的专题， 如高程、温度、 降雨量等
4
B C D E F
G K P
12
H
10
J M
9
11
G H I J ...
N
13 14
O
Q
S
15
Node Attribute Table
Node 1 2 3 X x1 x2 x3 Y y1 y2 y3 Z z1 z2 z3
...
...
...
...
三、TIN的生成
1. 如何选择点（How to pick points）？
– 断点和断线（break points and break lines） – 实线和虚线
2. 如何将点联接成三角形
– 用实线将区域分割成子区 – 对于每个子区
• 尽可能用相等的边线生成三角形 • 常用的一种方法为Delaunay Triangulation，也称为泰森多边形
3. 如何模拟表面
– 采用平面（线性） – 采用曲面
– 空间数据 – 属性表
Land Ownership Map Smith Taylor Weber Smith Clark
Owner Smith Taylor Weber Clark Population 10 2 3 5 PPD Cow Wheat Corn Bean Income $500,000 $100,000 $20,000 $230,000
第三章 空间数据模型
主要内容
第一节 关系数据模型 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型 第四节 矢量数据模型TIN TIN 第五节 空间数据模型比较 第六节 属性数据与空间数据的连接 第七节 数据模型发展趋势
第四节 空间数据模型－TIN模型
一．什么是 TIN？ 二．TIN 的表达 三．TIN的生成 四．TIN 表达的评价 TIN
Polygon Tables
Polygon Topology Table
PID P1 P2 P3 P4 P5 LABEL X LABEL Y
xp1 xp2 xp3 xp4 xp5
yp1 yp2 yp3 yp4 yp5
Polygon Attribute Tables
Measurement Table PID P1 P2 P3 P4 P5 AREA Perimeter OWNER Smith Taylor Weber Clark Smith
矢量数据结构
• Spaghetti 结构（直接记录）：坐标表是与每一个 基本的空间对象相联系的，不用拓扑属性，对查 询不便，且数据的冗余大 • 拓扑数据结构：点是相互独立的，点互相连接构 成线，线由一系列点相连而成，始于起始结点， 止于终止结点，链是一个或多个多边形上的一条 线，又称为弧或边，多边形内部可以有“岛”或 “洞” • 表面格网数据结构：对不规则的空间数据进行内 插，并反映到规则的格网上
TIN
最常用于存储 高程数据，不 用于进行数据 分析
二、数据模型间的转换
1. 数据质量－通常很低
– 精度 – 空间可变性
2. 拓扑关系
三、空间数据模型的选择
1. 空间可变性 2. 拓扑性质的需求 3. 项目性质 (预算，精度)
思考题
1. 给一个TIN 图，构造三角形-结点表 （TriangleNode table），每个结点的高程数据和 x-y 坐标数 据如何存储？ 2. 为什么说TIN用于表达地形表面并可以抓住地形 TIN 表面的结构特征？ 3. 对照并比较用栅格数据结构表达的数字高程模型 （DEM-Digital Elevation Data）和TIN模型。 4. 对照并比较三种基本的空间数据模型 （raster, vector and TIN）。
实线和虚线
构造 Thiessen 多边形或 Voronoi 网
构造 Thiessen 多边形或 Voronoi 网
Thiessen 多边形或 Voronoi 网
从Thiessen 多边形生成TIN
带有TIN 痕迹的数字高程模型
四、TIN 表达的评价
• 优点：
– A 压缩，无冗余 – B 促进表面属性计算的发展
Arc Tables
Arc Attribute Tables
Road Table AID A4 A7 A10 TYPE Undvd Undvd Undvd #LANE 1 1 1 RiverTable AID A6 A9 WIDTH 15 15 POLLUTION Minimal Minimal NAME Bow River Bow River SPEED LIMIT 55 55 55 NAME Hwy 10 Hwy 10 Hwy 10
第六节 空间数据与属性数据的联接
一．矢量方法 二．栅格方法 三．TIN方法
一、矢量方法
1. 表达: 矢量中的联接 2. 空间查询
A 查询 Smith的农场 B 找出土地与Bow River毗邻的农场主
3. 实践 如果你是计算机，请计算Bow River沿岸农 场主的家庭平均收入
1、表达
• 矢量中的联接
Bow River: Width 15 meters, minimal pollution Hwy 10: Undivided, 1 lane, Speed limit 55 mi/h Smith Bridge: Width 5m, Concrete type
Topology Needed
Arc
Node
ap1 ap2 ap3 ap4 ap5
Owner Table
pp1 pp2 pp3 pp4 pp5
OWNER Smith Taylor Weber Clark
POPULATION 10 2 3 5
PPD Cow Wheat Corn Bean
INCOME $500,000 $100,000 $20,000 $230,000
Parcel
Oil Well
不同数据结构特征的比较
空间数据模型 优点 1. 压缩数据结构 2. 对象可以精确表达 3. 拓扑关系描述清晰 4. 由于每个对象由点定义故坐标 变换容易 缺点 1. 数据结构复杂 2. 技术成本高 3. 因对象在不同数据层中具有 不同的形状所以数学建模和空 间叠加难以实现 4. 多边形内属性的空间变化不 能表达出 1. 数据量大 2. 当像元过大时对象形状不能 清晰表达 3. 不能清晰地进行拓扑编码 4. 由于使用像元重采样技术， 在进行坐标变换时将损失信息 1. 由于多种不同的可能配置， 生成时会比较麻烦 2. 数学建模和空间叠加十分困 难 应用 有明确对象的 专题，如地籍 数据、作物类 型、行政界线、 街道等
一、模型的比较
1. 理解和感知的差异 2. 模型特性的差异
理解和感知的差异
现实世界
完全定义或可定义 的实体(如地籍)
概念模型
连续但可定义的对象 (如高程表面)
平滑和连续的空间变化 (如温度)
数据模型 及其表达
边界轮廓 (点、线、多边形)
矢量
表面 (三角形表面) TIN
Fra Baidu bibliotek
镶嵌 (正方形, 像元)
栅格
3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 1 7 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 1 7 7 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 1 7 7 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 1 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 1 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 1 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 1 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 7 7 7 7 7 7 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7
一、什么是 TIN？
• TIN模型将地球表面表达为具有不同形状的 三角形表面 • 三角形是表达地球表面的基本单元 • 每个三角形由三个点及其表面定义 • 三角形所覆盖的表面被认为是均匀变化的， 每个边代表其均匀变化 • 通常用于地形表达
二、TIN 的表达
• 由两个表组成
– 三角形结点表 – 结点属性表
• 查询所需要的空间信息
– Arc、polygon、node表 – River、 owner信息 – shape 点目录
• 地籍图（Land Ownership Map）
B. 找出土地与Bow River毗邻的农场主
• 查询所需要的空间信息
– Arc、polygon、node表 – River、 owner信息 – shape 点目录
Node Tables
Node Topology Table
NID N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 X Y
xn1 xn2 xn3 xn4 xn5 xn6 xn7
yn1 yn2 yn3 yn4 yn5 yn6 yn7
Node Attribute Tables
Bridge Table NID N6 WIDTH 5 TYPE contrete NAME Smith Bridge