三维GIS空间数据模型课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,单击此处编辑母版标题样式,第,三章,空间数据,模型,空间数据模型,：,指利用特定的数据结构来表达空间对象的空间位置、空间关系和属性信息；是对空间对象的数据描述1,第三章 空间数据模型空间数据模型：指利用特定的数据结构来表达,内容,第一节 空间实体的描述和分类和数据组织,第二节 矢量数据模型,第三节 栅格数据模型,第四节 三角网数据模型,(TIN),第五节 属性信息,第八节 面向对象的空间数据模型,2,内容第一节 空间实体的描述和分类和数据组织 2,第一节 空间实体的描述、分类和表示,空间实体的描述,空间实体的几何分类,空间实体在地理信息系统中的表达,3,第一节 空间实体的描述、分类和表示空间实体的描述3,一、空间实体的描述,空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物,空间位置：,主要指位置信息，也包括位置信息的扩展，如形态及实体的组成（复合对象）等；位置,用笛卡尔坐标系中,X,Y,坐标表示；,空间关系：,主要指空间对象的拓扑关系；,非几何属性：,表示空间特征的非几何属性；,实体的行为、功能及时态特征：,实体的行为，功能特征以及实体属性随时间的变化。

如岛屿的侵蚀、水体污染的扩散、建筑的变形等；,实体的衍生信息：,如一个实体有多个名称4,一、空间实体的描述空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物4,三种最主要的拓扑关系,相邻性,(Adjacency),：,,表示两个多边形是否相邻（同类元素间的相邻关系）；,包含性,(Containment),：,表示一个图元要素是否包含于某个多边形中同类不同级别对象之间的包含关系）,连通性,(Connectivity),：,表示两条线段是否相连空间数据的拓扑关系是空间对象空间关系的一种，但却是最重要的空间关系，在,GIS,中最主要的拓扑关系包括5,三种最主要的拓扑关系相邻性(Adjacency)： 表示两个,拓扑数据举例,C4,N4,C8,C6,P3,C7,N6,C10,N3,C3,N1,P1,C2,N2,C1,P2,C5,N5,P4,P5,C9,N7,弧段号,起结点,终结点,左多边形,右多边形,C,1,N,1,N,2,P,2,P,1,C,2,N,3,N,2,P,1,P,4,C,3,N,1,N,3,P,1,Ø,C,4,N,1,N,4,Ø,P,2,C,5,N,2,N,5,P,2,P,4,C,6,N,4,N,5,P,3,P,2,6,拓扑数据举例C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P,二、空间实体的几何分类,点,(Point),线,(Line),面,(Area),体,(Volume),根据（,1,）实体本身的特征、（,2,）所用地图的比例尺（,3,）项目中使用这类实体空间数据的目的，将地理形象抽象为：,空间现象,离散,连续,7,二、空间实体的几何分类点(Point)根据（1）实体本身的特,Point,：有特定位置，延展度为,0,的物体。

1,）,表示本身无长度、无面积的地理现象，如井位，山顶；（,2,）或者,表示现实世界中,长度和面积太小，在特定空间尺度下，不能表示为线或面的地理现象；（,3,）或者用于组成实体线或用于标别实体面等1,、点状实体,8,Point：有特定位置，延展度为0的物体1）表示本身无长,2,、线状实体,Line,：在现实世界中,有长度、无面积,的地理实体；或者在某个空间尺度下太窄不能用区域表示如河流、街道中线等由一列有序坐标表示，有如下特性：,长度：,从起点到终点的总长；,方向性：,长流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之分形状和弯曲度：,用于表示像道路拐弯时弯曲的程度；,连通性：,线状实体包括线段、边界、链、弧段、网络等,9,2、线状实体Line：在现实世界中有长度、无面积的地理实体；,3,、面状实体,Area,：面状实体也称为多边形，,有明确的闭合边界，而且其针对某个属性专题其内部特征是均一的在空间数据模型中可由一封闭曲线来表示面状实体有如下空间特性：,面积；,周长；,内岛,形状（锯齿状、凸凹性等）；,重叠性与非重叠性独立性或与其它的地物相邻，如中国及其周边国家；,10,3、面状实体Area：面状实体也称为多边形，有明确的闭合边界,Volume,：,立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性。

体积：如工程开掘和填充的土方量；,每个二维平面的面积；,每个二维平面的,周长；,断面图与剖面图内岛或锯齿状外形；,含有孤立块或相邻块；,,4,、,立体状实体,11,Volume：立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具,立体实体的特例：表面,Surface,表面,Surface,：每个点都有值的连续变化的地理现象，如降水量、地形12,立体实体的特例：表面Surface表面Surface：每个点,空间实体实际上是点、线、面、体多种要素的复杂组合，即空间实体常常被认为由一些基本的空间单元（指那些基本的、实际存在的、不可再分的元素）,组合,生成；,这种组合,既表示了不同类型的空间关系，也同时组合成不同的实体类型,：,复杂实体有可能由不同延展度和类型的空间单元组合而成；,某一类型的空间单元组合形成一个新的类型或一个复合实例；,某一类型的空间实体可以转换为另一类型；,某些空间实体具有二重性，也就是说，由不同的维数组合而成5,、实体类型组合,13,空间实体实际上是点、线、面、体多种要素的复杂组合，即空间实体,,实体类型组合图例,14,实体类型组合图例14,三、空间实体在地理信息系统中的表示,1,、单一实体,2,、多种特征的实体,3,、带有属性的空间实体的表示,4,、多层属性信息的表示,15,三、空间实体在地理信息系统中的表示1、单一实体15,（,3,，,3,）可用于表示一个点的位置。

1,，,7,），（,3,，,5,），（,5,，,5,），（,5,，,3,），（,6,，,1,），可用于表示一条线3,，,10,），（,6,，,9,），（,7,，,10,），（,10,，,7,），（,9,，,5,），（,4,，,6,），（,3,，,8,），（,3,，,10,）可用于表示 一个多边形注意第一个坐标和最后一个坐标相同，因为多边形总是封闭的1,、单一实体,点实体用一组,x,、,y,坐标表示,线实体用一组,有序,的,x,、,y,坐标表示,面实体用一组,首尾相同,的坐标表示16,（3，3）可用于表示一个点的位置1、单一实体点实体用一组x,2,、多种实体的表示,如果具有多种实体，就需要对每一实体给定一个识别码对每一实体用其识别码和相应的坐标列表有关的序号来描述17,2、多种实体的表示如果具有多种实体，就需要对每一实体给定一个,表示道路的一组线特征的属性包括：,道路类型：,1=,分隔行驶的公路,,2=,干线公路,,3=,主要公路,,4=,住宅区街道,,5=,未铺完的公路,路面材料：混凝土、柏油、砾石,路面宽度：以米计量,道路名称：,,在,GIS,系统中可有如下的描述，并通过属性表的方式来表示：,道路类型 长度 路面材料 宽度 道路名称,,2 2715.5,混凝土,52,八一路,,3,、带有属性的空间实体的表示,用属性表表示属性信息,18,表示道路的一组线特征的属性包括：3、带有属性的空间实体的表示,坐标表和属性表之间共享同一识别码,通过坐标表和属性表之间共享同一识别码来使属性信息和位置信息相结合,19,坐标表和属性表之间共享同一识别码通过坐标表和属性表之间共享同,4,、多类信息的表示,空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信息层,(,见下图,),；,20,4、多类信息的表示空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范,用于表示地理实体的数据模型,GIS,的数据模型分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。

21,用于表示地理实体的数据模型GIS的数据模型分为两大类：矢量数,Spatial data model,,22,,Spatial data model22,第,二,节 矢量数据模型,矢量数据的编码方法,矢量数据结构的优点和缺点,矢量数据,表示面类型数据的方法,23,第二节 矢量数据模型矢量数据的编码方法23,二、矢量数据的编码方法,坐标序列法,拓扑结构法,(Arc-node,数据结构,),24,二、矢量数据的编码方法坐标序列法24,1,、,坐标序列法,简单数据结构（也称面条数据结构）,将地理实体抽象成点、线或区域，其位置信息用,xy,坐标表示这样点表示为单个的,xy,坐标，线表示为一组,有序,的,xy,坐标，而区域表示为一组,有序的,xy,坐标，但,其起点的坐标和终点的坐标相同,，即区域是闭合的多边形为了区别不同实体,，,每个实体都赋予一个唯一的标识符25,1、坐标序列法简单数据结构（也称面条数据结构）25,2,、,Shapefiele,的要素类别,在,Catalog,中，所有这些组成,Shapefile,的文件都显示为一个要素类,,26,,2、Shapefiele的要素类别在 Catalog 中，所,2,、,Shapefile,文件格式概述,ArcView,存储空间数据的内部缺省,文件,格式,至少有三个文件组成：,,＊,.shp——,储存地理要素的几何关系的文件 ，主文件,,＊,.shx——,储存图形要素的几何索引的文件 ，索引文件,,＊,.dbf——,储存要素属性信息的,dBase,文件 ，属性文件,还会出现的文件：,,＊,.shn——,当执行类似 “主题之主题”选择，“空间连接”，或者对一个主题（属性表）的,shape,字段创建过一个索引，就会出现这个文件,,＊,.ain,和,.aih——,储存地理要素主体属性表或其他表格的活动字段的 属性索引信息的文件。

当之行过“表格链接（,link,）操作，这两个文件就会出现27,,2、Shapefile文件格式概述ArcView存储空间数据,主文件结构,(.shp,),主文件由一个定长头,section,和一个变长的记录,section,组成,变长的记录文件由一个定长的记录文件头部和一个变长的记录文件内容组成,主文件的文件头是一个长度固定,(100 bytes),的记录段，一共有,9,个,int,型和,8,个,double,型数据,File header,（,100,字节）,Record header,（,8,字节，,存储记录数和记录内容的长度,）,Record contents,Record header,Record contents,……,Record header,Record contents,28,,主文件结构(.shp)主文件由一个定长头section和一个,shapefiles,头文件表,,起始位置,名称,数值,类型,位序,0,File Code,9994,Integer,big,4,Unused,0,Integer,big,8,Unused,0,Integer,big,12,Unused,0,Integer,big,16,Unused,0,Integer,big,20,Unused,0,Integer,big,24,文件长度,文件的实际长度,Integer,big,28,版本号,1000,Integer,Little,32,几何类型,表示这个,Shapefile,文件所,记录的空间数据的几何类型,Integer,Little,36,Xmin,空间数据所占空间范围的,X,方向最小值,Double,Little,44,Ymin,空间数据所占空间范围的,Y,方向最小值,Double,Little,52,Xmax,空间数据所占空间范围的,X,方向最大值,Double,Little,60,Ymax,空间数据所占空间范围的,Y,方向最大值,Double,Little,68*,Zmin,空间数据所占空间范围的,Z,方向最小值,Double,Little,76,*,Zmax,空间数据所占空间范围的,Z,方向最大值,Double,Little,84,*,Mmin,最小,Measure,值,Double,Little,92,*,Mmax,最大,Measure,值,Double,Little,29,,shapefiles 头文件表 起始位置名称数值类型位序0F,记录的内容,实体信息负责记录坐标信息，它以记录段为基本单位，每一个记录段记录一个地理实体目标的坐标信息，每个记录段分为记录头和记录内容两部分。

记录头,的内容包括记录号（,Record Number,）和坐标记录长度,(Content Length),两个记录项，都是,int,型，并且,shapefile,文件中的记录号都是从,1,开始的记录内容,包括目标的几何类型（,ShapeType,）和具体的坐标记录,(X,、,Y),，记录内容因要素几何类型的不同其具体的内容及格式都有所不同30,,记录的内容实体信息负责记录坐标信息，它以记录段为基本单位，每,,Shapefile,文件支持的几何类（,ShapeType,）,,编号,几何类型,0,Null Shape,（表示这个,Shapefile,文件不含坐标）,1,Point,（表示,Shapefile,文件记录的是点状目标，但不是多点）,3,PolyLine,（表示,Shapefile,文件记录的是线状目标）,5,Polygon,（表示,Shapefile,文件记录的是面状目标）,8,MultiPoint,（表示,Shapefile,文件记录的是多点，即点集合）,11,PointZ,（表示,Shapefile,文件记录的是三维点状目标）,13,PolyLineZ,（表示,Shapefile,文件记录的是三维线状目标）,15,PolygonZ,（表示,Shapefile,文件记录的是三维面状目标）,18,MultiPointZ,（表示,Shapefile,文件记录的是三维点集合目标）,21,PointM,（表示含有,Measure,值的点状目标）,23,PolyLineM,（表示含有,Measure,值的线状目标）,25,PolygonM,（表示含有,Measure,值的面状目标）,28,MultiPointM,（表示含有,Measure,值的多点目标）,31,MultiPatch,（表示复合目标）,31,,Shapefile文件支持的几何类（ShapeType）,点状目标,shapefile,中的点状目标由一对,X,、,Y,坐标构成，坐标值为双精度型（,double,）,记录项,数值,数据类型,长度,个数,位序,几何类型（,ShapeType,）,1,（表示点状目标）,int,型,4,1,Little,X,方向坐标,X,方向坐标值,double,型,8,1,Little,Y,方向坐标,Y,方向坐标值,double,型,8,1,Little,32,,点状目标shapefile中的点状目标由一对X、Y坐标构成，,线状目标,shapefile,中的线状目标是由一系列点坐标串构成，一个线目标可能包括多个子线段，子线段之间可以是相离的，同时子线段之间也可以相交,。

记录项,数值,数据类型,长度,个数,位序,几何类型（,ShapeType,）,3,（表示线状目标）,int,型,4,1,Little,坐标范围（,Box,）,表示当前线目标的坐标范围,double,型,32,4,Little,子线段个数（,NumParts,）,表示构成当前线目标的子线段的个数,int,型,4,1,Little,坐标点数（,NumPoints,）,表示构成当前线目标所包含的坐标点个数,int,型,4,1,Little,Parts,数组,记录了每个子线段的坐标在,Points,数组中的起始位置,int,型,4×,NumParts,NumParts,Little,Points,数组,记录了所有的坐标信息,Point,型,根据点个数来确定,NumPoints,Little,33,,线状目标shapefile中的线状目标是由一系列点坐标串构成,面状目标,shapefile,中 的面状目标是由多个子环构成，每个子环是由至少四个顶点构成的封闭的、无自相交现象的环对于含有岛的多边形，构成它的环有内外环之分，每个环的顶点的排列顺序或者方向说明了这个环到底是内环还是外环一个内环的顶点是按照逆时针顺序排列的；而对于外环，它的顶点排列顺序是顺时针方向。

如果一个多边形只由 一个环构成，那么它的顶点排列顺序肯定是顺时针方向34,,面状目标shapefile中 的面状目标是由多个子环构成，每,面状目标,记录项,数值,数据类型,长度,个数,位序,几何类型（,ShapeType,）,5,（表示面状目标）,int,型,4,1,Little,坐标范围（,Box,）,表示当前面目标的坐标范围,double,型,32,4,Little,子环个数（,NumParts,）,表示构成当前面状目标的子环的个数,int,型,4,1,Little,坐标点数（,NumPoints,）,表示构成当前面状目标所包含的坐标点个数,int,型,4,1,Little,Parts,数组,记录了每个子环的坐标在,Points,数组中的起始位置,int,型,4×,NumParts,NumParts,Little,Points,数组,记录了所有的坐标信息,Point,型,根据点个数来确定,NumPoints,Little,35,,面状目标记录项数值数据类型长度个数位序几何类型（ShapeT,索引文件结构,(.shx),索引文件（,.shx,）主要包含坐标文件的索引信息，文件中每个记录包含对应的坐标文件记录距离坐标文件的文件头的偏移量。

通过索引文件可以很方便地在坐标文件中定位到指定目标的坐标信息,索引文件也是由头文件和实体信息两部分构成，其中文件头部分是一个长度固定,(100 bytes),的记录段，其内容与坐标文件的文件头基本一致它的实体信息以记录为基本单位，每一条记录包括偏移量（,offset,）和记录段长度（,Content Length,）两个记录项，两个记录项都是,int,型,36,,索引文件结构(.shx)索引文件（.shx）主要包含坐标文件,索引文件的记录内容,37,,索引文件的记录内容37,属性,文件的组织,(.dbf,),包含所有要素的属性和属性关键字,是标准的,DBF,文件格式，由头文件和实体信息两部分组成,对字段的任何设置都会在表中体现出来,文件头,记录,1,,记录,2,,记录,3,,记录,4,,,记录,n,…,38,,属性文件的组织(.dbf)包含所有要素的属性和属性关键字文件,属性文件的文件头,文件头部分的长度是不定长的，它主要对,DBF,文件作了一些总体说明，其中最主要的是对这个,DBF,文件的记录项的信息进行了详细地描述，比如对每个记录项的名称、数据类型、长度等信息都有具体的说明在文件中的位置,内容,说明,0,1,个字节,表示当前的版本信息,1,－,3,3,个字节,表示最近的更新日期，按照,YYMMDD,格式。

4,－,7,1,个,32,位数,文件中的记录条数8,－,9,1,个,16,位数,文件头中的字节数10,－,11,1,个,16,位数,一条记录中的字节长度12,－,13,2,个字节,保留字节，用于以后添加新的说明性信息时使用，这里用,0,来填写14,1,个字节,表示未完成的操作15,1,个字节,dBASE IV,编密码标记16,－,27,12,个字节,保留字节，用于多用户处理时使用28,1,个字节,DBF,文件的,MDX,标识在创建一个,DBF,表时 ，如果使用了,MDX,格式的索引文件，那么,DBF,表的表头中的这个字节就自动被设置了一个标志，当你下次试图重新打开这个,DBF,表的时候，数据引擎会自动识别这个标志，如果此标志为真，则数据引擎将试图打开相应的,MDX,文件29,1,个字节,Language driver ID.,30,－,31,2,个字节,保留字节，用于以后添加新的说明性信息时使用，这里用,0,来填写32,－,X,（,n*32,）个字节,记录项信息描述数组n,表示记录项的个数X,＋,1,1,个字节,作为记录项终止标识39,,属性文件的文件头文件头部分的长度是不定长的，它主要对DBF文,属性文件的实体信息：,实体信息部分就是一条条属性记录，每条记录都是由若干个记录项构成，因此只要依次循环读取每条记录就可以了,40,,属性文件的实体信息：实体信息部分就是一条条属性记录，每条记录,Shape,格式的优点：,基于非拓扑性，可以使文件迅速在视图中显示出来,“主体元素”的编改功能只能在,Shape,格式下才能实现,利用,Shape,文件格式可以生成用户感兴趣的“新主题”,以共同字段属性值为基础，,Shpae,格式易于实现图形要素的合并或分解,其开放性的文件格式不仅与,ARC/INFO,的数据格式完全兼容，而且能够被多种桌面,GIS,软件直接调用,41,,Shape格式的优点：基于非拓扑性，可以使文件迅速在视图中,坐标序列法的缺点,数据冗余：,对于交叉点或相连的线，交叉点要重复输入和存储；对于多边形其公共边也要重复输入和存储，从而产生数据冗余和分析处理不便的问题；,复杂多边形：,不能方便解决多边形中,“,岛,”,、,“,洞,”,之类的镶套问题，,“,岛,”,或,“,洞,”,只能作为单个的多边形来构造，没有和周围的多边形建立关系；,闭合性和重叠性：,很难检查多边形的边界正确与否，即多边形的完整性，也很难检查重叠性和空白区；,拓扑关系：,每个多边形自成体系，缺少有关邻域的信息，使拓扑关系，即相邻关系很难跟踪。

42,坐标序列法的缺点数据冗余：对于交叉点或相连的线，交叉点要重复,3,、拓扑数据结构,拓扑数据模型是一种比较有效的矢量数据模型；,首次在空间数据结构中采用拓扑结构的是美国人口调查局于,1980,年建立的,双重独立地图编码系统,简称,DIME(Dual Independent Map Encoding),；,具有有拓扑结构的数据模型除,DIME,外，还有,POLYVRT(,多边形转换器,),、,TIGER,（地理编码和参照系统的拓扑集成），,ArcGIS,的,Coverage,；,其,实质是通过地理实体之间的空间关系来表示线和多边形43,3、拓扑数据结构拓扑数据模型是一种比较有效的矢量数据模型；4,3,、拓扑数据结构的构成,弧段：,弧段是最基本的空间数据单元之一，每个弧段包含两个节点,——,起节点和终节点,，起节点和终节点定义了,弧段的方向,，从而也定义了该弧段的,左右多边形,；在节点之间由零个或多个,拐点,，弧段的长度和形状由节点和拐点的坐标所决定；,多边形,：,多边形由一系列的,相互连结的弧段组成,，并通过其内部的,唯一标识点来标识,标识点的标识码和该多边形属性表中的标识码相一致，由此建立的多边形空间信息和属性信息的关系。

节点：,节点,(Node),定义为弧段的,起点、终点,或几条线的,交点,节点和拐点的差别在于节点具有拓扑特征，用于表示弧段是否相连，而拐点没有拓扑特征，只是表示了弧段的位置和形状属性44,3、拓扑数据结构的构成弧段：弧段是最基本的空间数据单元之一，,拓扑关系图示,45,拓扑关系图示45,a,、点拓扑：表示弧段的连通性,表示连通性（,Connectivity,），即弧段在节点相连,要检查弧段的连通性，如果两条弧段共享一个节点，那么这两个弧段是直接相连的；,46,a、点拓扑：表示弧段的连通性表示连通性（Connectivi,b,、弧拓扑：,Arc-Node,,拓扑结构,表示弧段的方向,47,b、弧拓扑：Arc-Node 拓扑结构表示弧段的方向47,c,、,弧拓扑：,Left-Right,多边形拓扑结构,通过弧段的左右多边形，定义了相临性（,Contiguity,）,要检查多边形的相邻性，在,Arc-Node,数据模型中，只需检查两个多边形是否共享一条公共弧段48,c、弧拓扑：Left-Right多边形拓扑结构通过弧段的左右,d,、,面拓扑：,Polygon-Arc,拓扑结构,定义了区域，即多边形由弧段组成,49,d、面拓扑：Polygon-Arc拓扑结构定义了区域，即多边,e,、面拓扑：检查多边形的包含关系,要检查多边形,B,是否包含多边形,A,，在,Arc-Node,数据模型中，选择所有定义多边形,A,的弧段，然后检查所选弧段两侧多边形的标识码。

如果在所选弧段的一侧有多边形,A,，另一侧有多边形,B,，那么，多边形,B,必定包含多边形,A,A,B,b,a,,A,B,b,a,c,C,50,e、面拓扑：检查多边形的包含关系要检查多边形B是否包含多边形,3,、拓扑数据结构的优点,虽然建立拓扑结构需要额外的存储数据，但对坐标数据的存储却没有数据冗余的问题；,数据结构和数据输入的牵连不多，即对多边形地物类型，只需输入多边形边界和多边形标识点即可通过计算形成多边形；,多边形中镶套多边形没有限制，可以无限镶套；,Arc-Node,数据模型的最大优点是有利于拓扑结构的编码，而拓扑结构的编码是某些空间分析的基础51,3、拓扑数据结构的优点虽然建立拓扑结构需要额外的存储数据，但,三、,ArcGIS,的数据结构,ArcGIS,的矢量数据模型,——,图层,图层的扩展－－分区和路径系统,容差的概念,Grid,的数据保存,TIN,的数据保存,属性表的保存,52,三、ArcGIS的数据结构ArcGIS的矢量数据模型——图层,（一）、,ArcGIS,的矢量数据模型,——,图层,图层在计算机中保存为目录，目录名即图层名,图层的组合称作,工作空间,，,但工作空间不是简单的图层目录的组合，其中毕竟包含一个,INFO,目录,，,用于对图层进行索引管理和管理相关属性信息,。

某一图层由若干文件组成，每一文件都包含不同的信息,53,（一）、ArcGIS的矢量数据模型——图层图层在计算机中保存,1,、图层及其组成,以矢量形式的点、线和面的空间信息和属性特征一个图层由空间数据和属性数据两部分组成,,,54,1、图层及其组成以矢量形式的点、线和面的空间信息和属性特征1,）、点的信息存储,点位置信息存贮在,LAB,文件中，每个点由其标识号和一对,XY,坐标来描述点的属性信息存储于,PAT,表中，,每个点在属性表中都有一条记录,，,通过内部序列号即,COVER#,和,LAB,文件中的空间点建立关系每个,PAT,文件至少有以下四个字段：,AREA,PERIMETER,#,-ID,引用方式：,.pat,55,1）、点的信息存储点位置信息存贮在LAB文件中，每个点由其标,2,）、弧段和节点,,56,2）、弧段和节点 56,A,、弧段的保存,ARC,文件保存弧段的空间分布信息；,AAT,文件保存弧段的描述性信息,,AAT,文件中至少包含以下字段：,FNODE#,TNODE#,LPOLY#,RPOLY#,LENGTH,#,-ID,引用方式：,.aat,57,A、弧段的保存ARC文件保存弧段的空间分布信息；57,B,、节点的类型,悬节点,伪节点,普通节点,58,B、节点的类型悬节点58,C,、节点的保存,节点的位置信息保存在弧段坐标文件,Arc,中。

如果节点代表实体，则其属性信息保存在,NAT,文件中NAT,文件有：,ARC#,：连到该节点的某个弧段,#,-ID,POINTNODE {search_radius},：,59,C、节点的保存节点的位置信息保存在弧段坐标文件Arc中59,3,）、多边形的数据存贮,多边形的组成：,弧段和其内部内部的标识点,多边形弧段列表文件（,PAL,）,包含了组成每个多边形边界的所有弧段和节点，其位置信息保存在,Arc,文件之中CNT,文件中存贮了每个多边形的,label,点号，但其位置信息保存在,LAB,文件中多边形的描述性信息保存在多边形属性表,(PAT),文件中PAT,文件至少包含四项：,AREA,PERIMETER,#,-ID,引用方式：,.pat,60,3）、多边形的数据存贮多边形的组成：弧段和其内部内部的标识点,4,）、标注,,标注可定义子类，不同的子类表示不同的标注类别，保存在不同的标注文件中61,4）、标注 标注可定义子类，不同的子类表示不同的标注类别，保,标注的数据保存,TXT,文本中子类信息包括：,#,：子类中每一标注的内部序列号,(,如记录号,),-ID,：子类中每一标注的用户码,文本字符串,文本符号：用来描述文本的显示性特征，包括字体 、颜色、字号、倾斜等。

标注尺寸：文本符号的高度位置,标注的属性,TAT,标注子类有一个文本属性表,(TAT),文件来保存属性每一子类都有一个,TAT,文件，它包含至少两项：,#,：子类中每一标注的内部序列号,(,如记录号,),-ID,：子类中每一标注的用户码,62,标注的数据保存TXT 文本中子类信息包括：62,5,）、控制点,TICS,Tic,点是图层的地理控制点使图层统一到相同的坐标系中 ，并使图层上的特征点保持与地面上对应位置相一致63,5）、控制点TICSTic点是图层的地理控制点使图层统一到,控制点数据保存,IDTIC,用户定义的,tic,点号,XTIC Tic,点的,X,坐标,YTIC Tic,点的,Y,坐标,引用方式：,.tic,,投影定义文件,PRJ,64,控制点数据保存IDTIC 用户定义的tic点号64,6,）、图层范围,图层范围表示图层的外部范围它是定义坐标时的最小边界BND,主要用于图层范围的存储,65,6）、图层范围图层范围表示图层的外部范围它是定义坐标时的最,图层范围,,图层中有关范围的信息都保存在,BND,文件中，结构如下：,XMIN,左下角的,X,坐标,YMIN,左下角的,Y,坐标,XMAX,右上角的,X,坐标,YMAX,右上角的,Y,坐标,66,图层范围 图层中有关范围的信息都保存在BND文件中，结构如下,（二）,、,ArcGIS,拓扑数据结构的扩展,分区,路径和分段,67,（二）、ArcGIS拓扑数据结构的扩展分区67,1,、分区,分区的含义,分区的数据保存,68,1、分区分区的含义68,1,），拓扑结构的扩展：,ArcGIS,用分区表示空间等级关系,用来形成高一级区域的一系列小区域组成分区。

例如：一个人口调查区是由多个街区组成,69,1），拓扑结构的扩展：ArcGIS用分区表示空间等级关系用,2,），拓扑结构的扩展： 分区表示同级地理特征与其它特征的重叠,一个商店的营业面积与其它其它商店的营业面积可能重叠70,2），拓扑结构的扩展： 分区表示同级地理特征与其它特征的重,3,），拓扑结构的扩展：分区表示同一类别的地理特征用多个多边形表示,,71,3），拓扑结构的扩展：分区表示同一类别的地理特征用多个多边,4,），拓扑结构的扩展：分区是多边形的组合,72,4），拓扑结构的扩展：分区是多边形的组合72,5,）分区的数据存储,分区和弧段的关系保存在分区,子集多边形弧段列表文件,中,RXP,，通过,RXP,定义了那些弧段组成了分区分区地理属性可以与多边形关联，而又与单独的多边形属性不同分区属性保存在,子集多边形属性表,中，文件名同图层,PAT,文件，后跟分区名：如,.PAT,TRACT,73,5）分区的数据存储分区和弧段的关系保存在分区子集多边形弧段列,2,，拓扑结构的扩展：路径,--,分段,--,量测,74,2，拓扑结构的扩展：路径--分段--量测74,路径系统的数据存储,路径的原始数据存贮在路径的属性表,RAT,中,分段的数据存储在分段属性表,SEC,文件中,75,路径系统的数据存储路径的原始数据存贮在路径的属性表RAT 中,要素类,空间数据,要素属性表,INFO,中的图元属性表,Point,lab.adf,pat.adf,.PAT,Arc,arc.adf,aat.adf,.AAT,Node,arc.adf,nat.adf,.NAT,Polygon,pal.adf, cnt.adf, lab.adf, arc.adf,pat.adf,.PAT,Section,arc.adf,.sec,.SEC,,,,,Region,rxp.adf, .pal,.pat,.PAT,Annotation,.txt,.tat,.TAT,Tic,tic.adf,tic.adf,.TIC,Coverage extent,bnd.adf,bnd.adf,.BND,小结,76,要素类空间数据要素属性表INFO 中的图元属性表Pointl,（三）、,容差的概念,模糊容差,悬挂弧段长度,结点闭合容差,拐点容差,RMS,误差,TOL,文件,图层的分辨率,77,（三）、容差的概念模糊容差77,1,、模糊容差,,模糊容差是指一个,coverage,内所有弧段坐标点间的最小距离，在进行,CLEAN,清图运算时，所有位于模糊容差距离之间的拐点、结点都被合并在一起，变成一个坐标点，所以模糊容差起删除弧段拐点、减少数据存储量的作用。

若在,coverage,中存在,TOL,文件，则从该文件中获得模糊容差,如果,BND,的宽度在,1,到,100,之间，设此容差为,0.002,设容差＝在,BND,中（,XMAX,－,XMIN,）与（,YMAX,－,YMIN,）较大者除以,10000,78,1、模糊容差 模糊容差是指一个coverage内所有弧段坐标,2,、悬挂弧段长度,悬挂弧段具有相同的左、右多边形代码，悬挂弧段长度是指,coverage,中容许的悬挂弧段的最短长度，悬挂弧段长度在,CLEAN,清图运算,中使用，任何长度小于悬挂弧段长度的弧段均被删除79,2、悬挂弧段长度悬挂弧段具有相同的左、右多边形代码，悬挂弧段,3,、结点闭合容差,编辑环境中，闭合容差是用于将邻近结点归并在一起的距离，例如在使用,MNODE,命令的过程中，所有相互距离小于闭合容差的结点均被归并在一起80,3、结点闭合容差编辑环境中，闭合容差是用于将邻近结点归并在一,4,、拐点容差,,拐点容差是指在,数字化过程中,弧段内两拐点间的最小距离，在输入一个新拐点时，新拐点与已有拐点间距离必须大于拐点容差，否则就会被删除，拐点容差可以在,ADS,进程中或,ARCEDIT,中任一时刻加以定义,81,4、拐点容差 拐点容差是指在数字化过程中弧段内两拐点间的最小,5,、,RMS,误差,,RMS,误差是在数字化仪上输入,Tic,点时将新输入的一组,Tic,点的坐标与最初输入的同一组,Tic,点作误差分析得到的。

RMS,误差越大，则数字化误差越大；反之，数字化误差越小当,RMS,超出允许值时（通常为,0.005,），则应重新输入,Tics,控制点在使用,TRANSFORM,命令进行,coverage,坐标变换时系统也要计算,RMS,误差，该误差代表了坐标变换的精度82,5、RMS误差 RMS误差是在数字化仪上输入Tic点时将新输,6,、,TOL,文件,Coverage,的容差（,TOL,）文件含有模糊容差和悬挂弧段长度的取值，当用到地理分析和生成拓扑关系的功能时，,TOL,文件被自动创建或更新，,TOL,文件只能存储当前容差值，曾经用到的容差值可以用,LOG,命令调出，,TOLERANCE,命令可以列出和预设,TOL,文件的值83,6、TOL文件Coverage的容差（TOL）文件含有模糊容,7,、图层的分辨率,指图层坐标点间的最小距离，由在进行数字化时的地图比例尺分母和数字化仪分辨率的乘积来确定，例如原图比例尺为,1,：,10,万，做数字化输入时所采用数字化仪的分辨率为,0.002,英寸，则,coverage,的分辨率就是,100000×0.002,英寸＝,200,英寸＝,5.08,米,84,7、图层的分辨率指图层坐标点间的最小距离，由在进行数字化时的,第,三,节,、,栅格数据模型,一、栅格数据模型的原理,二、栅格,系统的组成,要素,三、栅格数据模型表示地理现象的方法,四、栅格赋值方法,五、栅格数据的组织,六、,栅格数据的优点和缺点,85,第三节、栅格数据模型一、栅格数据模型的原理85,一、栅格数据模型的原理,栅格数据结构指将,分析空间,划分成多个,规则的,网格单元（多为,矩形区域,,,也偶有表示为三角形或六边形的），然后给各个格网单元赋以相应空间对象的属性值，用这多个格网单元组成的规则格网（,GRID,）来表示地理现象的空间位置和属性特征。

86,一、栅格数据模型的原理栅格数据结构指将分析空间划分成多个规则,二、栅格系统的组成要素,,1,、栅格数据模型的坐标系统,2,、栅格单元,87,二、栅格系统的组成要素 1、栅格数据模型的坐标系统87,1,、栅格数据模型的坐标系统,栅格数据模型的坐标系统：,坐标系统由单元格尺寸、行列序号和栅格的原点坐标所决定，坐标轴平行于栅格的行和列；,栅格系统的原点：,栅格系统的原点通常选为栅格的左上角；栅格系统的原点坐标应与,国家基本比例尺公里网,的交点相一致栅格方位：,大多采用公里网的纵横坐标轴作为栅格系统的纵横坐标；但也有以经纬网来作为栅格方位的参考轴，这样为栅格系统的隐含位置编码提供了方便88,1、栅格数据模型的坐标系统栅格数据模型的坐标系统：坐标系统由,2,、栅格单元,规则的网格单元叫做,单元格,(Cell),，每个单元格都有一定的,尺寸和取值，尺寸对应一定的地理空间范围,，取值可能表示不同的地物类别或同一类地物的不同属性；,单元格的尺寸表示栅格数据的分辨率，单元格尺寸越小，分辨率越高单元格的合理尺寸,应有效地逼近空间对象的分布特征，以保证空间数据的精度显然，凡是用来逼近的空间实体，不论采用的栅格多细，与原来实体比较，信息都会丢失，这是由于,采用统一的格网尺寸来表示大小不同的复杂实体,所造成的。

但是可以根据最小地物的大小来确定栅格的尺寸，假定某个地物的面积为,Ai,，则栅格的边长为：,H=1/2(min{Ai}),1/2,i=1,2,3,…,.n(,区域多边形数,),89,2、栅格单元规则的网格单元叫做单元格(Cell)，每个单元格,栅格取值的数据类型,整型：多表示类型,浮点型：表示连续变化的地理现象,字符：表示类型,逻辑型,,栅格取值可能表示,:,某一类地物，如房产图；,颜色或灰度，如航空相片；,某个相对值，如数字地面模型90,栅格取值的数据类型整型：多表示类型栅格取值可能表示:90,三、栅格数据表示地理现象的方法,,1,、,表示点,2,、,表示线,3,、,表示多边形,4、表示连续面,91,三、栅格数据表示地理现象的方法 1、表示点91,1,、表示点,,点使用,离散,分布的,单个单元格,来表示，单元格的值表示某个地理现象的属性，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性92,1、表示点 点使用离散分布的单个单元格来表示，单元格的值表示,2,、表示线,,单条线,通过一系列,有序相连,的,具有相同值,单元格来表示，不同的值表示不同的地理对象或同一地理现象的不同属性93,2、表示线 单条线通过一系列有序相连的具有相同值单元格来表示,3,、表示多边形,,单个,面表示为,一簇具有相同值,的单元格，不同的值表示不同的地理对象,或同一地理现象的不同属性,94,3、表示多边形 单个面表示为一簇具有相同值的单元格，不同的值,4,、表示曲面,——,lattice,,这时单元格的值并不代表整个单元格范围地理形象的取值，而代表单元格中心点的取值，其它点的值要靠插值得到。

在,ArcGIS,中，,Lattice,是用,规则分布的样本点,表示曲面类型地理现象的数据模型，每一样本点表示表示面上该位置的,xyz,95,4、表示曲面—— lattice 这时单元格的值并不代表整个,四、栅格,赋值方法（,1,）,,中心点法,(Centroid Type),：,用处于单元格中心的地物属性值，决定单元格的取值主要用于连续变化的地理现象，即曲面类型地物的取值优势类型法,(Predominant Type),：,面积：,对于面状地物，以占单元格面积最大的地物类型决定单元格的取值适合分类较细、图斑较小的情况长度,：,对于线状地物，以占单元格长度最大的地物类型决定单元格的取值栅格数据的输入，可在地图上均匀划分网格，每一单元格中的地物属性值作为该单元格的属性值，从而形成栅格数字文件单元格的取值方法有：,96,四、栅格赋值方法（1） 中心点法(Centroid Type,四、栅格,赋值方法,（,2,）,重要性法,(Most Important Type),：,根据单元格内不同地物的重要性，选取最重要的地物来决定单元格的取值，适当突出特别重要的地物，这些地物或者其面积较小，或,不经过,单元格的中心，如稀有金属矿点的表示；,分层结构法（,Hierarchical Method,）,：赋值之前需要建立决策树。

97,四、栅格赋值方法（2）重要性法(Most Important,从矢量到栅格的转换,——,点,POINTGRID {value_item} {lookup_table} {weight_table},98,,从矢量到栅格的转换——点POINTGRID

这种数据结构的主要特点是坐标隐含，但属性数据冗余较大，而且空间数据的操作需要按顺序进行，影响数据处理的效率102,1.  基于空间变量的数据组织针对单个空间变量，每个实体变量,2.,基于栅格单元的数据组织,基于栅格单元的数据组织，针对,一组,空间变量，按同一栅格单元为基点，进行属性数据的组织即分别对每个单元格记录各个变量在这个单元格上的属性值，多个变量构成一个数据文件这种数据结构存取容易，但数据量大，数据处理的效率较低例如，设有变量,A,和变量,B,，则数据结构如图所示：,103,2.  基于栅格单元的数据组织基于栅格单元的数据组织，针对一,3.,基于同质图斑的数据组织,按照制图单元（同质图斑）组织数据的方法这种数据结构对每个同质图斑只需存储一个属性值，但（以游程编码的方式）保存同质图斑中各个单元格的位置这种数据结构便于采用各种数据压缩方法，减少存储量，同时可以大大加快数据处理的效率，是一种比较优化的栅格数据结构形式104,3.  基于同质图斑的数据组织按照制图单元（同质图斑）组织数,六、栅格数据编码,变长编码,四叉树编码,105,六、栅格数据编码变长编码105,1,、变长编码,106,,1、变长编码106,2,、四叉树编码,107,2、四叉树编码107,108,108,四叉树编码法的优点,1,）容易而有效地计算多边形的数量特征；,2,）阵列各部分的分辩率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辩率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辩率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；,3,）栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的比其它压缩方法容易；,4,）多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。

109,,四叉树编码法的优点1）容易而有效地计算多边形的数量特征；10,七、,栅格数据的优点,易于地理定位；,数据结构简单，软件开发容易；,Grid,可以表示连续变化的变量,,,如高程、污染扩散可以进行一些矢量模型不能进行的空间分析操作，能有效表达空间变化；,对于空间建模，由于其基本单元的尺寸和形状是一致的，因此,单元格之间的空间关系,是恒量，且易于跟踪，适合于空间建模；,叠置运算处理速度快，易于进行各类空间分析；,大量的数据源以栅格形式存储，这些已有的数据源不通过矢量化就可为系统使用，特别栅格图象便于做图象的有效增强110,七、栅格数据的优点易于地理定位；110,七、,栅格数据的缺点,数据结构不严密不紧凑，,存储量巨大，,需要用压缩技术解决这个问题；,特征之间的拓扑关系难以跟踪和建立，不能进行网络分析,;,投影变化所需时间较多，几何变换可能产生形状扭曲,;,空间形态的计算和处理精度不能满足需要，特别是当分辨率较低时，要损失大量信息,;,当分辨率低时,，制图效果,不太美观,，,对线形图元，,线条有锯齿,;,单元格尺寸的一致导致对空间现象的表达不准确,111,七、栅格数据的缺点数据结构不严密不紧凑，存储量巨大，需要用压,八、,Grid,的数据保存,,Grid,文件也存储在子目录中，子目录中文件包含栅格的不同信息。

BND,保存栅格范围；,STA,保存相关统计信息；,HDR,保存单元格大小和坐标信息,；,z,保存在一个或多个,TIL,文件中,；,整型栅格有值属性表,(VAT).,浮点栅格无值属性表,(VAT),112,八、Grid的数据保存 Grid文件也存储在子目录中，子目录,九,、矢量数据模型和栅格数据模型的比较,出发点：,矢量数据模型侧重于地理实体的空间和属性特征，即某个空间实体所具备的空间和属性特征；栅格数据模型侧重于位置信息，侧重于表达某个位置上存在什么地理形象（实体）位置表示：,矢量数据模型以,X,Y,坐标表示地理现象的位置和形状；而栅格数据模型用行或列来表示地理现象的位置边界和精度：,矢量数据模型能明确定义地理现象的边界，而栅格数据模型则不能精确表示地理现象的边界矢量数据模型表现地理实体比较精确；而栅格数据模型则比较概括；,曲面类型的表示：,栅格数据模型可以更好地表示连续变化的地理现象,――,如降水量的变化；并可进行特定类型的空间分析，如流域模型；污染扩散模型等运算：,复合运算,(Overlay),中栅格数据模型由于运算简单而速度较快；矢量数据模型则运算复杂且速度较慢但是栅格数据要比矢量数据占更多的存储空间。

……,拓扑关系和空间关系的空间建模,113,九、矢量数据模型和栅格数据模型的比较出发点：矢量数据模型侧重,第,四,节,三角网数据,模型,一、三角网数据模型的原理,二、三角网数据存储方式,三、三角网数据模型的生成,四、栅格数据模型和,TIN,数据模型的比较,114,第四节 三角网数据模型一、三角网数据模型的原理114,一、三角网数据模型的原理,TIN,是使用彼此相邻而不重叠的,三角形,组成的,三角网来模拟表面,，每个三角形顶点的,xyz,坐标已知，通过在一个三角形表面使用简单的线性插值和多项式插值，可以估计任何位置的表面值；,TIN,的基本组成是三角形（,Triangles,），而三角形由节点（,Nodes,）和边,(Edge),Nodes,是由,x,y,z,定义的坐标和变量值组成，边,Edges,即指三角形的边三角形,Triangles,由节点按一定规则相连形成的；,TIN,不但由连续点组成，也可包含突变或断线（表示为三角形的边）115,一、三角网数据模型的原理TIN是使用彼此相邻而不重叠的三角形,由两个坐标文件、结点文件、边文件组成,二、三角网数据的存储,116,由两个坐标文件、结点文件、边文件组成二、三角网数据的存储。