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
4.2矢量数据模型
5
f
2
b3
g
6
拓扑关系表见书66、67 页；应 用。
五、三维数据结构
• 对于地下矿体分布、大气流场在某一 时刻的状态等，需要一种能描述真三 维的数据结构来表达。
• 三维数据结构一般用八叉树结构编码。
八叉树结构编码
• 它是在四叉树结构直接发展而来的，其原 理是将空间区域不断地分解为八个同样大 小的区域，一直到同一区域的属性单一为 止。
一、基本概念
• 1、矢量数据： 地图图形离散化成计算机能 识别和处理的数据。代表地 图图形的各离散点的平面坐 标。
• 2、空间数据： 地图数据大多反映空间地物的地
理分布，具有空间定位的性质。
3、属性数据
• 用来描述地物的质量和数量特征的 数据。
二、基本表示方法
点——用一坐标对表示：（X,Y）; 线——用一串有序的坐标对表示：
（X1,Y1）、 （X2,Y2）…（Xn,Yn） 面——用一串有序的但首尾坐标相同的x,y
坐标表示其轮廓范围：即（X1,Y1）、 （X2,Y2）…（Xn,Yn），（X1,Y1）.
三、矢量数据组织方法
• 点实体数据结构：P60 • 线实体数据结构： • 面实体数据结构：
线实体数据结构
唯一 线标 起始 终止 坐标 显示 非几 非几 非几 非几
• 缺点：
• 1、对于邻域函数运算、消除无用 边、处理岛状信息及检查拓扑关系 等方面较为困难。
• 2、编码表均需要人工方式建立， 工作量大，容易出错。
四、拓扑关系及其应用
• 通过一幅地图，我们可以了解地理要 素的区域信息、属性信息和空间信息。
• 而在计算机中，地理信息可以用坐标 对表示，属性信息以一组特征码的数 字或字符形式存储。而空间关系只能 靠拓扑结构来定义。
第二章 空间数据的表达和管理——矢量(3)
可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)， 然后转到地理数据库中。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数
据。
3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明 显，属性隐含。 用拓扑关系描述空间对象之间的关系。 面向目标操作，精度高，数据冗余度小。 与遥感等图象数据难以结合。 输出图形质量好，精度高。
+ 有关属性、其它属性
矢量数据结构中的属性表达
属性特征类型
– 类别特征：是什么 – 说明信息：同类目标的不同特征 属性特征表达 – 类别特征：类型编码 – 说明信息：属性数据结构和表格 属性表的内容取决于用户 图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内 部记录号实现。
属性表达
点状 对象
目标标识 地物编码 目标标识 控制点等级 目标标识 地物编码 坐 标 精度 坐 标串 关联的线目标 测量年限 测量单位 ……
特点：
属性隐含，定位明 显 坐标空间假定为连 续空间，能比栅格 模型更精确地定义 位置、长度和大小 。
2.3.1 基本概念
矢量数据结构编码的基本内容
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；
2.3 矢量数据模型
赵 姗 环境与水利学院
2010.09
第二章 空间数据的表达和管理
内容概览
第一节 空间数据的表达 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型
2.3.1 基本概念 2.3.2 实体型矢量数据模型 2.3.3 拓扑型矢量数据模型 2.3.4 矢量数据组织 2.3.5 栅格、矢量数据模型比较
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。
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。
它们分别以不同的方式存储和表示地理空间信息，具有各自的优点和适用范围。
本文将对栅格数据和矢量数据进行比较，并探讨它们在不同应用场景中的优劣势。
一、栅格数据栅格数据模型将地理空间划分为规则的网格或像元，每个像元都包含一个值，表示某种属性或特征。
栅格数据通常用于连续型数据，如高程、温度、降雨量等。
栅格数据的特点如下：1. 存储方式：栅格数据以像元矩阵的形式存储，每个像元都有一个固定的位置和数值。
2. 表示方式：栅格数据使用像元的属性值来表示地理特征，比如每个像元表示一个区域的平均温度。
3. 空间分辨率：栅格数据的空间分辨率是固定的，取决于像元的大小。
较小的像元可以提供更高的空间分辨率，但会增加数据存储和处理的复杂性。
4. 分析方法：栅格数据适用于基于像元的分析方法，如栅格代数、栅格统计和栅格插值等。
5. 精确度：栅格数据的精确度受到像元大小和采样密度的影响。
较小的像元和更高的采样密度可以提供更精确的结果。
6. 数据量：由于栅格数据以像元矩阵的形式存储，因此数据量通常较大。
二、矢量数据矢量数据模型使用点、线、面等几何要素来表示地理空间信息，每个要素都有一组属性值。
矢量数据通常用于离散型数据，如道路、建筑物、河流等。
矢量数据的特点如下：1. 存储方式：矢量数据以几何要素和属性表的形式存储，几何要素用于表示空间形状，属性表用于存储属性值。
2. 表示方式：矢量数据使用几何要素和属性值的组合来表示地理特征，比如一个点表示一个城市的位置，属性表中的字段表示城市的名称、人口等信息。
3. 空间分辨率：矢量数据的空间分辨率可以根据需要进行调整。
较高的空间分辨率可以提供更精确的几何表示，但会增加数据存储和处理的复杂性。
4. 分析方法：矢量数据适用于基于几何要素的分析方法，如缓冲区分析、空间叠加和网络分析等。
5. 精确度：矢量数据的精确度受到几何要素的精确度和属性值的准确性的影响。
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
矢量数据模型
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图3.15 TIN的数据结构
2021/5/18
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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。
2021/5/18
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图3.16 美国本土上的县和州形成的等级结构。
2021/5/18
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。
点
2021/5/18
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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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)。
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图3.18 分区亚类的数据结构
2021/5/18
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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3.2 台湾台北市的地铁线路图 .
7
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。
2021/5/18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 口普查局的拓扑统一地理编码格式(TIGER)数据库。
空间数据模型名词解释
空间数据模型名词解释
空间数据模型是地理信息系统（GIS）中的核心组成部分，理解它对于要深入
理解GIS的工作原理至关重要。
它们是对现实世界中的几何图形以及这些图形之
间的空间关系的抽象和整理。
根据对空间数据的编码方法的不同，空间数据模型通常可以分为矢量数据模型和栅格数据模型两大类。
矢量数据模型用点、线、面来表示空间信息。
点，例如地理位置、纪念碑，被视为0D，即没有长度和宽度；线，例如公路、河流，被视为1D，即有长度但没有宽度；面，例如湖泊、城市，被视为2D，即既有长度又有宽度。
矢量数据模型的
优点在于其准确性高且能很好地维持空间信息的拓扑结构，但其处理步骤复杂且
需要更多的计算量。
栅格数据模型则将空间分成许多规则的网格，每个网格单元存储一些特定的信息。
比如气候数据、土壤类型数据、人口分布数据等等。
栅格数据模型的特点是
处理速度快，但存储空间大，并且精度受到栅格大小的限制。
另外，现还有一种TIN（Triangulated Irregular Network）数据模型，它是矢量
数据模型的一种，是通过非规则三角网来表达三维地理形状的。
可以将区域分割为许多三角形，每个三角形的三个顶点都有一个Z值（高程）。
由于它们可以为不
规则形状的地面提供良好的表达，因此在解决地貌问题中尤为有效。
以上就是空间数据模型的基本概念，以及其中主要的几种模型类型和他们的特点。
在实际应用中，不同的数据模型类型会根据具体的需求和数据特性进行选择。
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。
测绘技术的地理信息系统数据模型
测绘技术的地理信息系统数据模型随着科技的不断发展，地理信息系统（GIS）在地理测绘领域的应用越来越广泛。
作为测绘技术的一种重要支撑，地理信息系统通过整合地理、地貌、气候等多种信息，实现了对地理空间数据的高效管理和分析。
而地理信息系统的核心，就是数据模型。
数据模型是地理信息系统的基础，它决定了我们如何组织、存储和分析地理数据。
简单来说，数据模型是对现实世界中地理现象和属性进行抽象和描述的方法和规范。
目前常用的地理信息系统数据模型有两种，分别是矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型将地理现象划分为点、线、面等几何对象，通过对这些几何对象的拓扑关系进行描述，来表达地理空间的结构和属性。
矢量数据模型的好处是精度高，可以清晰地表示地理对象之间的关系。
在矢量数据模型中，常用的数据结构有点、线和多边形。
点代表一个具体的地理位置，线代表地理对象之间的连续关系，多边形则代表一个封闭的地理区域。
通过将这些几何对象与属性数据进行关联，就可以实现对地理现象的全面描述和分析。
栅格数据模型则将地理空间划分为均匀的网格或像元，在每个像元中记录了特定位置的属性信息。
栅格数据模型的优势是可以直接利用图像处理技术进行数据分析和处理，对于一些连续变化的地理现象，如地形、气候等有很好的表达效果。
然而，栅格数据模型也存在一些问题，比如存储空间需求大、数据精度有限等。
在实际应用中，矢量数据模型和栅格数据模型往往需要结合使用。
矢量数据模型可以用于描述地理对象之间的拓扑关系和属性信息，而栅格数据模型则可以用来处理连续变化的地理现象。
比如，在测绘应用中，我们可以使用矢量数据模型来表示道路网络、建筑物等离散的地理对象，同时使用栅格数据模型来表示地形和地貌等连续变化的地理现象。
除了矢量数据模型和栅格数据模型，还有一些其他的地理信息系统数据模型。
比如，拓扑数据模型将地理对象之间的拓扑关系和拓扑操作进行了形式化和抽象，可以更精确地表示和处理地理空间数据。
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。
它们各自具有独特的优点和缺点，下面将详细介绍这两种数据模型的特点。
一、栅格数据栅格数据是由等大小的像素单元组成的网格，每一个像素单元包含一个值或者一组值。
栅格数据模型将地理现象离散化为规则的网格，适合于连续分布的数据。
以下是栅格数据的优点和缺点：1. 优点：a. 空间分析能力强：栅格数据模型具有强大的空间分析能力，可以进行复杂的地理分析和摹拟，如地形分析、遥感影像处理等。
b. 数据一致性高：栅格数据中每一个像素单元的值都是相同的，因此数据的一致性较高，适合于需要精确度较高的分析。
c. 显示效果好：栅格数据可以直接显示为图象，适适合于可视化展示，如遥感影像的显示和分析。
2. 缺点：a. 数据量大：栅格数据中的每一个像素单元都需要存储一个值或者一组值，因此数据量较大，对存储和处理要求较高。
b. 空间分辨率固定：栅格数据的空间分辨率是固定的，无法灵便调整，可能会导致数据精度不高或者过于细腻。
c. 数据处理复杂：栅格数据的处理通常需要进行像元级别的计算，对计算机的处理能力要求较高。
二、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，通过坐标和拓扑关系来描述地理现象。
以下是矢量数据的优点和缺点：1. 优点：a. 精度高：矢量数据模型可以精确地表示地理现象的几何形状和位置，适合于需要高精度的地理分析和测量。
b. 数据量小：相比栅格数据，矢量数据通常具有较小的数据量，对存储和传输要求较低。
c. 空间分辨率可调：矢量数据的空间分辨率可以根据需求进行调整，可以灵便地表示不同尺度的地理现象。
2. 缺点：a. 空间分析能力有限：相比栅格数据，矢量数据的空间分析能力较弱，不适合于复杂的地理分析和摹拟。
b. 数据一致性较差：矢量数据中的要素之间可能存在拓扑错误或者不一致的情况，需要进行拓扑修正和数据清理。
c. 难以表示连续数据：矢量数据模型难以表示连续分布的数据，如遥感影像等。
数据模型的名词解释
数据模型的名词解释数据模型是计算机科学术语，用来描述用于表达数据的概念模型或数学模型的集合。
它抽象地定义了系统或实体之间的关系，这些系统或实体之间的关系称为“模型”。
模型旨在建立系统之间的一致性，使其易于管理，运行，或用于分析。
数据模型包括：关系数据模型，对象-关系数据模型，结构化数据模型，网状数据模型，面向对象数据模型，树型数据模型，网页数据模型，组合数据模型，位图数据模型，和矢量数据模型等。
关系数据模型是指以表格形式表示的类似行列或多维阵列的数据项的模型。
它将数据分解为表格，表格中的行表示记录，列表示字段，而单元格则表示这些字段的值。
这种模型可以用于存储和处理关系型数据，包括客户数据、产品数据、订单数据等。
对象-关系模型是一种将关系数据模型与对象-关系模型结合在一起的模型。
它主要用于把大型数据库中的对象与关系数据连接起来的应用。
它通常包含多个特殊的物件，这些物件可以在数据库中被表达为关系，并遵循特定的规则来检索数据。
结构化数据模型是一种数据模型，用于表示结构化数据。
它是一种数据存储和管理层面的模型，它被用于创建数据库，以及保存和管理由多个数据表所组成的大型数据集。
它主要用于复杂的业务逻辑，它可以追溯数据，记录数据，跨表查询数据，并保证数据的统一性和一致性。
网状模型是一种数据模型，用于表达网络结构，并通过将数据元素以连接的方式组织起来来存储和处理数据。
它可以用于多种数据存储，比如电话号码簿，路线图，组织结构图，电子邮件地址，网络连接等。
面向对象模型是数据模型的一种，它用于表达和处理一组被称为对象的非结构化或半结构化数据。
它可以存储和处理复杂的数据，不同于关系型数据模型，它可以表达复杂的关系和模糊概念。
树状模型是一种数据模型，它使用树状图表示数据。
它是有很多子类的数据模型，形式上包括完全二叉树，文件系统树，二叉搜索树，分层树，属性树等等。
它可以用于存储复杂的数据或记录，如多级类别结构，可以被用来表示组织结构，森林，路线图等。
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。
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ESRI的Coverage模型
（1）连接性：弧段间通过节点连接； （2）面定义：由一系列相连的弧段定义面 （3）邻接性：弧段有方向性，且有左右多边形
Coverage数据结构
点的coverage数据结构 点的清单
Coverage数据结构
线的coverage数据结构 弧段-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点清单 弧段坐标清单
总的来说，有两个目的：保证数据质量，保证空间对象表 达的合理性和正确性、一致性。二是提高空间分析的效 率。
当对地理空间实体进行建模时，有时需要考 虑实体间存在的关系或规则。如相邻的两个 省（两个多边形对象），之间不能有间隙， 存在公共边界，但不能有重叠。两条街道总 是在交叉口处相交，但从来不会出现共享某 一段的问题，公共汽车的站总是位于道路上 等关系或规则。这些关系或规则的定义和维 护是由拓扑关系来建立的。
从历史的观点来看拓扑关系的使用，过去拓 扑关系主要用于数据结构的创建，以保证具 有相关联的地理对象能够形成一致的、清晰 拓扑的数据结构。但随着面向对象的概念和 数据模型建模技术的发展，这个概念的使用 开始产生了一些变化。拓扑关系作为数据结 构的一部分开始弱化。主要是约束空间对象 的行为，以及定义一些描述表达规则。
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。
Coverage数据结构
多边形的coverage数据结构 左/右多边形清单 多边形-弧段清单 弧段坐标清单
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
一、GIS空间数据的分类
根据数据的来源不同分 为
• 几何图形数据
• 影像数据
• 属性数据
• 地形数据
➢ 地图数据 ➢ 影像数据 ➢ 文本数据
根据表示对象的不同 分为：
• 类型数据 • 区域数据 • 网络数据 • 样本数据 • 曲面数据 • 文本数据 • 符号数据
GIS空间数据的分类
按照数据结构 ✓ 矢量数据 ✓ 栅格数据
一、矢量数据结
构
1、实体数据结构（简单数据结构、无拓扑关系的矢 量数据结构）
无拓扑关系的矢量数据结构是对Spaghetti数据模型
的具体定义和描述。它仅记录空间对象的位置坐标 和属性数据，而不记录空间关系。它有两种方式， 一种是每个点、线、面目标分别记录其坐标，称为 多边形环路法，另一种方式是一个文件记录点坐标 对，其他一些文件记录点与线、点与面的关系，称 为点位字典法。
1 地图对地理空间的描述
地图是地理空间实体的图形模型。它是按照一定 的比例、一定的投影原则，有选择地将复杂的三维 地理实体的某些内容投影绘制在二维平面媒体上， 并用符号将这些内容要素表现出来。地图上各种要 素之间的关系，是按照地图投影建立的数学规则， 使地表各点和地图平面上的相应各点保持一定的函 数关系，从而在地图上准确表达空间各要素的关系 和分布规律，反映它们之间的方向、距离和面积。
按照数据特征 ✓ 空间数据 ✓ 非空间属性数据
按照几何特征 ✓点 ✓线 ✓ 面、曲面 ✓体
按照数据发布形式 ✓ 数字线画图 ✓ 数字栅格图 ✓ 数字高程模型 ✓ 数字正射影像图
空间数据的基本特征
1、基本特征 空间特征 属性特征 时间特征
2、基本信息 定位信息 属性信息 拓扑信息
二、地理空间的表达
矢量数据除几何特征外，还具有属性特征。
空间属性特征分为两种，一种是类别特征， 即它是什么；第二种是具体的说明信息，或 者统计信息，以解决两个同类目标的不同特 征问题，如道路的宽度、等级、路面质量等 。第一类特征一般用类型编码来表达，第二 类特征用属性表格来说明。属性数据表格的 一行称为一个记录，描述一个地理实体特征 的属性，用空间数据对象的联接则通过特征 的标识码找到对应关系。
2、有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实 际问题。如某县的邻接县（面面相邻问题）。又如供水 管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询 该线与哪些点关联。
3、根据拓扑关系可以重建地理实体。例如根据弧段构建多 边形，实现面域的选取；根据弧段与结点的关联关系重 建道路网络，进行最佳路径选择等。
DEM TIN, GRID
矢量数据 栅格数据
数字高程
三、空间实体的表达
1、实体 • 地理系统：地理系统是一个开放的复杂巨系统。 • 地理实体：将地理系统中复杂的地理现象进行抽
象得到的地理对象称为地理实体或空间实体、空 间目标，简称实体（Entity）。实体是现实世界 中客观存在的，并可相互区别的事物。抽象程度 与研究区域的大小、规模不同而有所不同。实体 是一个具有概括性、复杂性、相对意义的概念。
在地图学上，把地理空 间实体分为点、线、 面三种地理要素，分 别用点状、线状、面 状符号来表示。
符号化表示的地形图
2、影像对地理空间的描述
影像是记录了地理实体分布的写照模型。写 真的程度受摄影比例尺的影响，或空间分辨 率的影响。
3、地理信息的数字化描述
在GIS中，地理信息是以数字化的形式 存在的。表达地理信息的地理数据的几何空 间数据主要有四种数据类型，即矢量数据、 栅格数据、属性数据和数字高程模型数据。
1、实体数据结构
多边形环路法的缺点是，除了多边形轮廓外，其它 公共边均存储了两次，因而会产生数据在结点处不 重合、边界处易产生裂缝和重叠。点位字典法避免 了这些情况，但仍没有存储必需的拓扑关系。
矢量本身是数学上的概念，运用到GIS中， 则不同的空间特征具有不同的矢量维数。
（1）零维矢量表示空间中的一个点，点在二 维欧氏空间中用唯一的实数对（x, y）来表 示，在三维空间中用唯一的实数组（x, y, z ）来表示。在数学上，点没有大小和方向。 在GIS中，点的类型包括实体点、标记点、 面标识点、结点和节点等
在大多数的GIS软件中，仅存储部分的拓扑关系，主 要是关联关系（不同类元素之间的关系），其他关 系可以从这些关系导出，或通过空间运算得到。拓 扑关系可以有两种表达方式，全显式和半隐含表达。
2、拓扑数据结构
空间关系 空间关系是指地理实体之间存在的与空间特 性有关的关系，如度量关系、顺序关系和拓 扑关系等。是刻画数据组织、查询、分析和 推理的基础。空间关系的描述和表达，是 GIS区别于CAD等计算机图形处理系统的主 要标志。空间关系的研究，直接影响GIS的 设计、开发与应用。
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
Eg
弧段 左邻面
a
P0
b
P2
c
P3
d
P0
e
P0
右邻面
P1 P1 P1 P2 P3
f C,D
f
P3
P2
g E,E
g
P1
拓扑的重要性
1、拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比 集合关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
（2）一维矢量表示空间中的一个线状要素， 或者空间实体对象之间的边界，包括线段、 弦列、拓扑连线、弧段、链、环等。 线段是两个结点之间的连线 。
一维矢量可以闭合，即弧段首尾相接， 存在x1=xn ,y1=yn ,或z1=zn。但弧 段不能自身相交。如果相交，则应以交 点为界，将该一维矢量分成几个一维矢 量。
2、实体的描述及存储
描述内容
位置、形状、尺 寸
识别码（名称） 、实体的角色、 功能、行为、实 体的衍生信息
时间
测量方法、编码 方法、空间参考 系等
实体基本特征
属性特征：名 称、等级、类 别等
空间特征：地 理位置和空间 关系
时间特征
空间数据类型
几何数据（空间数 据、图形数据）
关系数据：实体间 的邻接、关联包含 等相互关系
2、拓扑数据结构
(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。
拓扑元素
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；
1、实体数据结构
不含有拓扑关系的信息 ArcView GIS，*.shp MapInfo, *.tab 特点： 直接将地图翻译描述，只记录空间对象的位置结构，不
记录相互关系 每条记录都有首末坐标，每条记录都是单独的实体 没有共享公共边，矢量型多边形公共边界需重复输入 存储重复、冗余，难以确保独立性和一致性 无法表示边界和多边形之间的关系 不适合复杂的空间分析，在不以分析为目的的CAD系
1、实体数据结构
2、拓扑数据结构
在拓扑数据结构中，点是相互独立存储的，它们相 互连接构成线，线始于起结点，止于终结点。面由 线（线段、弧段、链、环等）构成。一个多边形可 以由一个外环和领个内环或多个内环组成，简单多 边形没有内环，复杂多边形由一个或多个内环组成。 这些内环所包围的区域称为“岛”或“洞”。前者 有实体意义，后者无实体意义。