05 矢量数据结构

§ 3 实体数据结构
优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和 显示。 缺点： – 1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造 成数据冗余和碎屑多边形数据不一致。 – 2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系， 难以进行邻域处理。 – 3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。 不易检查拓扑错误。 – 这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。
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3.拓扑关系
(1)拓扑关系定义： 指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。
非拓扑属性（几何） 拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
拓扑变换 （橡皮变换）
两点间距离 一点指向另一点的方 向
一条弧是一简单弧段（自身不相交） 一个点在一个区域的边界上 一个点在一个区域的内部/外部 一个点在一个环的内/外部 一个面是一个简单面
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实体数据结构实例
MapInfo 的Tab文件 – *.tab：头文件，软件版本号、存储坐标投影、地图 边界、属性项名等，是ASCII码文件。 – *.map：图形文件，存储所有GIS图形。 – *.id ：索引文件，存储图形与属性的关联关系。 – *.dat：属性文件，存储所有属性项值。
Supermap的文本文件
地理信息系统基础
WWW . SDJTU . EDU.CN
Geographical Information System
矢量数据模型
2
序
矢量数据模型定义：用欧几里得（Euclid）几何学中的 点、线、面及其组合体来表示实体空间分布，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的数 据结构。
14
矢量数据模型类型
矢量数据模型分类 按其是否明确表达实体间拓扑关系可以分为： − 实体型：不明确，代表软件为MapInfo的TAB，ARCVIEW的 shapefile。 − 拓扑型：明确，软件为ARC/INFO，Supermap 地理相关（关系）数据模型（Georelational data model ） – Arc/Info: coverages – ArcView: shapefiles 基于对象数据模型（Object-based data model ） – ArcGIS: geodatabase
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实体数据结构实例ESRI Shapefile
ESRI Shapefile（shp） – 美国ESRI公司开发的空间数据开放格式。该文件格式已经成为 了地理信息软件界的一个开放标准 ESRI shapefile基本文件 – *.shp: 图形文件，保存元素的几何实体 ，坐标文件 – *.dbf：属性文件，保存关于元素的属性信息 – *.shx：索引文件 ，保存几何实体索引 ESRI的其它文件，用于优化访问数据库的性能 – .sbn 和 .sbx - 保存实体的空间索引。 – .fbn 和 .fbx - 保存只读实体的空间索引。 – .ain 和 .aih - 保存列表中活动字段的属性索引。 – .prj - 保存坐标系统信息。 – .shp.xml - 保存shapefile的元数据。
香港城市道路网分布
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面
具有长和宽的目标, 通常用来表示自然或人工的封闭多 边形, 一般分为连续面和不连续面
中国土地利用分布图（不连续面）
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体
有长、宽、高的目标, 通常用来表示人工或自然的三维 目标，如建筑、矿体等三维目标
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矢量数据模型定义
定义
–
利用欧里几得（Euclid）几何学中的点、线、面及其 组合体来表示实体空间分布的一种数据组织方式 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。 将如此表示的几何对象组织成化数据文件。
弧段长度、区域周长、 一个面的连通性 面积 等
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3.拓扑关系
(2)拓扑元素：点、线、面 (3)基本拓扑关系： − 关联：不同拓扑元素之间的关系
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
数据库
独立编码
标识码
属性
几何 位置
点号
点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串
空间对象编码 唯一 连接几何和属性数据
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shp文件
shp文件组成 – 固定长度的文件头 – 变长度空间数据记录
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Byte Order
All the contents in a shapefile can be divided into two categories: – Data related · Main file record contents · Main file header’s data description fields (Shape Type, Bounding Box, etc.) – File management related · File and record lengths · Record offsets, and so on
3
矢量数据模型
§ 1 矢量结构概述 § 2 实体数据结构 § 3 点位字典数据结构 § 4 空间实体间关系 § 5 拓扑数据模型 § 6典型的拓扑数据结构 § 7 不规则三角网 § 8 动态分段模型
4
§ 1矢量数据模型概述
(1).矢量数据模型
点：位置：（x，y） 属性：符号 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
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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）。
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实体数据结构存储方式
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
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实体数据结构存储方式
38wk.baidu.com
§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。
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Supermap2D数据实验演示
保存数据 打开Supermap 菜单：工具->文本转换为sdb 打开sdb
31
Supermap平面坐标系2D数据示例
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§4 点位字典（索引式）数据结构
点位字典: 对所有点的坐标按顺序建坐标文件，再建边 与点号、多边形与点号的索引文件。 索引式编码 1、点文件：
标识码
属性
几何 位置
点号
点: 点号文件 点位字典 线: 点号串 面: 点号串
空间对象编码 唯一 连接几何和属性数据
X 11 33 … 55
Y 22 44 … 66
1 2 … n
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例：
独立编码
多边形 A
编码 t123
坐标 1，2 3，4 …
B
t124 多边形 A 编码 T123 t124 坐标 1，2 3，4 5，6 7，8 …
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Main File Header
固定长度的文件头 – 文件头由100字节的说明信息组成的，主要说明文件 的长度、Shape类型、整个Shape图层的范围等等， 这些信息构成了空间数据的元数据。
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shp文件实体类型（Shape Type） shp文件实体类型（ Type） 文件实体类型
Value Shape Type 0 Null Shape 1 Point 3 PolyLine 5 Polygon 8 MultiPoint 11 PointZ 13 PolyLineZ 15 PolygonZ 18 MultiPointZ 21 PointM 23 PolyLineM 25 PolygonM 28 MultiPointM 31 MultiPatch
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ESRI Shapefile
Shp
–
主文件是一个直接存取，变长度记录的文件，其中每个记录描 述构成一个地理实体（Feature）的所有vertices坐标值。
索引文件 – 每条记录包含对应主文件记录距离主文件头开始的偏移量 dBASE表包含SHP文件中每一个Feature的特征属性，表中几何记 录和属性数据之间的一一对应关系是基于记录数目的ID。 在dBASE文件中的属性记录必须和主文件中的记录顺序是相同的。 图形数据和属性数据通过索引号建立一一对应的关系。
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Supermap平面坐标系2D数据示例
–
文本文件
– – – – – – – – – – – – – – – – –
ID{dbLong} X{dbDouble} Y{dbDouble} NAME{dbText/20} 1 804.751 1032.665 CHANGAN 2 1083.89 907.944 BEIJING ## 3 1394.209 1305.865 WUZHOU 4 1199.703 1519.673 CANGWU ## 5 855.234 1342.9843 XIAN 6 874.536 1775.056 TANGSHAN ## 7 498.886 1729.027 WULUMUQI 8 544.915 1464.736 HUHEHAOTE ## 9 164.811 1384.558 FANGCAOHU 10 345.954 962.88 MEIZHOU ## ##
–
–
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矢量数据模型组成
矢量数据模型组成 ：空间数据+ 属性数据
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矢量数据模型组成
分离系统 空间数据+ 属性数据 空间数据和属性数据需要链接
属性表 几何位置坐标文件 连 接
点：坐标对（x,y） 坐标对（ ） 线：坐标对系列(x1,y1)..(xn,yn) 坐标对系列 面：首尾相同的坐标串
+识别符 识别符 及有关属性、其它属性 有关属性、
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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；
6
几何对象类型
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
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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
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线
有长度，但无宽度和高度 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 度量实体距离
5,6 点号串 1,2,3,4,7,6,1 1,6,7,4,5,1
2 3 点位字典 A 1 6 B 4 5 7
点号 1 2 3 4 5
B
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
点号 1 弧段号 坐标 x1,y1 点号 7,8,9,10
2、弧段文件:
A
3、面文件：
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面号 P1
点号 1，3，5…,1
数据库
独立编码
点: ( x ,y ) 线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
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shp文件记录组成
变长度空间数据 – 有多条记录组成 记录组成 – 固定长度的记录头 – 变长度记录内容（空间坐标对）
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shp文件记录头的内容
记录头的内容 – 记录号（Record Number），从1开始 – 坐标记录长度（Content Length）， 16位字 记录内容 – 目标的几何类型（ShapeType） – 具体的坐标记录（X，Y），主要包括空Shape记录， 点记录，线记录和多边形记录。
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X 11 33 … 55
Y 22 44 … 66
1 2 … n
多边形 A
编码 t123
坐标 1，2 3，4 …
点号 1 2 3 4 5
坐标 1，2 3，4 5，6 7，8 …
B
t124
5,6
2 3 A 1 6 B 4 5 7
A B T123 t124 多边形 编码
点号串 1,2,3,4,7,6,1 1,6,7,4,5,1