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1、地理信息系统原理邬国锋武汉大学资源与环境科学学院第八讲几种常见的空间数据模型 1.ArcView数据模型2.ARC/INFO数据模型ArcView数据模型q ArcView采用一种混合数据模型定义和管理地理数据,空间数据采用无拓扑关系的矢量数据,属性数据采用关系数据库表示。q q Layer Layerq 一个Layer只能表示一种几何类型的空间目标。对于矢量层由三个文件组成shp文件，shx文件，dbf文件，sbn、sbx文件和ain、aih文件。Shp文件存储无拓扑关系的几何数据，shx包含几何数据索引，dbf文件存储属性数据，sbn、sbx文件包含空间索引，ain、aih文件包含属性索引
2、。ArcView数据模型Theme(Layer)Theme(Layer)ProjectProjectARC/INFO数据模型q ARC/INFO是ESRI开发的GIS软件q ARC/INFO采用一种混合数据模型定义和管理地理数据q 在ARC/INFO中,“ARC”是指用于定义地物空间位置和关系的拓扑数据结构,“INFO”是指用于定义地物属性的表格数据（关系数据）结构q 支持空间目标的矢量表示和栅格表示；位置数据用矢量和栅格数据表示；属性数据存储在一组数据库表格中；通过空间和属性数据的连接实现对空间数据的查询、分析和制图输出。ARC/INFO数据模型qq ARC/INFOARC/INFO的数据模
3、型支持六种重要的数据结构的数据模型支持六种重要的数据结构 CoverageCoveragell 矢量数据表示的主要形式矢量数据表示的主要形式 GRIDGRIDl l 栅格数据表示的主要形式 栅格数据表示的主要形式 TINTINll 适合于表达连续表面适合于表达连续表面 属性表属性表 影像影像 l l 用作地理特征的描述性数据 用作地理特征的描述性数据 CAD CAD图 图像 像 l l 用作地理特征的描述性数据 用作地理特征的描述性数据ARC/INFO数据模型q ARC/INFO的数据空间特征 ArcInfo的主要基本空间特征l 点 定义为空间的一套XY或XYZ坐标；l 线l 定义为一系列有顺
4、序的空间点；l 面 由一组或多组线围成的多边形；l 注记ARC/INFO数据模型q ARC/INFO的数据空间特征 ArcInfo的高级空间特征 l 区划（Region）定义为一组相互不重叠的多边形，用于描述具有相同属性单元的不连续多边形。如行政区划上的群岛、地籍上的飞地。l 事件（Event）定义为基于基本线特征基础上离起点或终点一定距离的一点。如要找高速公路上200公里处的事故点不需直接求出这一点的坐标，同时对线路或事件点修改不会造成不一致问题。l 路径（Route）定义为基于基本线特征基础上的路由。如在道路网上划分出的公共汽车线路，不同的公共汽车线路公用部分道路时不用重复输入线特征。路径
5、的起点或终点可不与线特征起始点或终点重合，可定义为线路上离起点或终点一定距离的点，这样就不用断开线特征。ARC/INFO数据模型qq 地理相关模型（地理相关模型（GeoRelationalGeoRelational model,Coverage model,Coverage）vv 在在Arc/Info 7.XArc/Info 7.X及更早期的版本中使用及更早期的版本中使用；vv 强调的是空间要素的拓扑关系。强调的是空间要素的拓扑关系。要关心点、线和多边形这些几何类型，几何与拓扑储存要关心点、线和多边形这些几何类型，几何与拓扑储存在二进制文件中，而与之相关的属性数据位于关系数据库在二进制文件中，
6、而与之相关的属性数据位于关系数据库（DBMSDBMS）中。中。qq 地理数据地理数据库库（GeoDatabaseGeoDatabase）v v GeoDatabase GeoDatabase是 是ArcInfo8 ArcInfo8之后引入的一个 之后引入的一个全新全新全新的空间数据模 的空间数据模型 型v v 是建立在 是建立在DBMS DBMS之上的 之上的统一的统一的统一的、智能化智能化智能化的空间数据库。的空间数据库。ARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）q q 描述描述l ARC/INFO7.X以前版本以Coverage作为矢量数据的基本
7、存储单元。一个Coverage存储指定区域内地理要素的位置、拓扑关系及其专题属性。每个Coverage一般只描述一种类型的地理要素（一个专题Theme）。位置信息用X,Y表示，相互关系用拓扑结构表示，属性信息用二维关系表存储。RDBMS几何空间数据存储子系统GISID IDARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）q q 数据组织数据组织 标示点 标示点 位置数据：Cover#，Cover_ID，和X，Y，存储在LAB文件中。属性数据：存储在PAT文件中，包含四个基本的数据项，Area，Perimeter，cover#和Cover-ID。结点 结点
8、位置数据：不明显地存储，而是作为弧段的起始结点和终止结点存储在ARC文件中。Cover#,Cover_ID。属性数据：存储在结点属性表NAT中，它包含3个标准数据项。ARC#,Cover#,Cover_ID。q q 数据组织 数据组织 弧段 弧段 位置数据：Cover#,Cover-ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#，坐标串,存储在ARC文件中。属性数据：存储在结点属性表AAT中，它包含7个标准数据项。Cover#，Cover-ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#，LENGTH。多边形 多边形 位置数据：由一组弧段和位于多边形内的一个标示点来定
9、义。它不直接存储坐标信息,坐标信息存储在ARC文件和LAB文件中。Cover#,Cover_ID,Lab#,Arc#1Arc#n。属性数据：存储在结点属性表AAT中，它包含7个标准数据项。Cover#，Cover_ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#，LENGTH。ARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）q q 数据组织数据组织 控制点 控制点 存储于tic文件中。覆盖范围 覆盖范围 存储于bnd文件中。ARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）q q Coverage的优点 空间
10、数据与属性数据关联 空间数据与属性数据关联 空间数据放在建立了索引的二进制文件中，属性数据则放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的标识编码关连。矢量数据间的拓扑关系得以保存 矢量数据间的拓扑关系得以保存 由此拓扑关系信息，我们可以得知多边形是哪些弧段（线）组成、弧段（线）由哪些点组成、两条弧段（线）是否相连以及一条弧段（线）的左或右多边形是谁？这就是通常所说的“平面拓扑”。ARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）q q 新技术条件下 新技术条件下Coverage的缺陷q q Coverage Coverage模型可取的方面，有的已经可以不
11、再继续作为强 模型可取的方面，有的已经可以不再继续作为强调的因素；调的因素；q 拓扑关系的建立可以由面向对象技术解决（记录在对象中）q 硬件的发展，不再将存储空间的节省与否作为考虑问题的重心q 计算机运算能力的提高，已经可以实时地通过计算直接获得分析结果。空间数据不能很好地与其行为相对应；空间数据不能很好地与其行为相对应；以文件方式保存空间数据，而将属性数据放在另外的 以文件方式保存空间数据，而将属性数据放在另外的DBMS DBMS系统中。这种方式对于日益趋向企业级和社会级的 系统中。这种方式对于日益趋向企业级和社会级的GIS GIS应用 应用而言，已很难适应（如海量数据、并发等）而言，已很难
12、适应（如海量数据、并发等）ARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）q q 新技术条件下 新技术条件下Coverage的缺陷q q Coverage Coverage模型拓扑结构不够灵活，局部的变动必须 模型拓扑结构不够灵活，局部的变动必须对全局的拓扑关系重新建立（对全局的拓扑关系重新建立（Build Build）q“牵一发而动全身”，且费时q q 在不同的 在不同的Coverage Coverage之间无法建立拓扑关系；之间无法建立拓扑关系；河流与国界 人井与管道ARC/INFO数据模型地理相关模型（地理相关模型（CoverageCoverage）
13、l 在实现上使用了标准的关系 关系 对象数据库 对象数据库技术，它支持一套完整地拓扑特征集，提供了大型数据库系统在数据管理方面的所有优势（如数据的一致性、连续的空间数据集合、多用户并发操作等）。Geodatabase用更先进的几何特征（例如三维坐标和Beizer曲线）、复杂网络、特征类的关系、平面几何拓扑和别的对象组织模式扩展了coverage和shape文件模型，使得空间数据对象及其相互间的关系、空间数据对象及其相互间的关系、使用和连接规则等均可以方便地表示、存储、管理和扩展 使用和连接规则等均可以方便地表示、存储、管理和扩展。引入这种新的数据模型的目的在于让用户可以通过在他的数据中加入其应
14、用领域的方法或行为以及其他任意的关系和规则，使数据更具智能和面向应用领域。ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）GeoDatabase的结构qq 要素类（要素类（Feature classFeature class）同类空间要素的集合即为要素类。如：河流、道路、电缆等。同类空间要素的集合即为要素类。如：河流、道路、电缆等。qq 要素数据集（要素数据集（Feature datasetFeature dataset）要素数据集由一组具有相同空间参考（要素数据集由一组具有相同空间参考（Spatial ReferenceSpatial Reference）的要素的要素类组成。类组
15、成。专题归类表示 专题归类表示 当不同的要素类属于同一范畴当不同的要素类属于同一范畴（如水系的点线面要素）（如水系的点线面要素）（如水系的点线面要素）创建几何网络创建几何网络 在同一几何网络中充当连接点和边的各种要素类在同一几何网络中充当连接点和边的各种要素类（如配电网络中，有各种开关、变压器、电缆等）（如配电网络中，有各种开关、变压器、电缆等）（如配电网络中，有各种开关、变压器、电缆等）考虑平面拓扑 考虑平面拓扑 共享公共几何特征的要素类 共享公共几何特征的要素类（如：水系、行政区界等（如：水系、行政区界等（如：水系、行政区界等)ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）q
16、q 关系类（关系类（Relationship classRelationship class）定义两个不同的要素类或对象类之间的关联关系定义两个不同的要素类或对象类之间的关联关系如：我们可以定义房主和房子之间的关系如：我们可以定义房主和房子之间的关系如：我们可以定义房主和房子之间的关系qqq 几何网络（几何网络（Geometric networkGeometric network）几何网络是在若干要素类的基础上建立的一种新的类。定义几 几何网络是在若干要素类的基础上建立的一种新的类。定义几何网络时，我们指定哪些要素类加入其中，同时指定其在几何网何网络时，我们指定哪些要素类加入其中，同时指定其在
17、几何网络中扮演什么角色络中扮演什么角色如：定义一个供水网络，我们指定同属一个要素数据集的如：定义一个供水网络，我们指定同属一个要素数据集的如：定义一个供水网络，我们指定同属一个要素数据集的“阀阀阀门门门”、“泵站泵站泵站”、“接头接头接头”对应的要素类加入其中，并扮演对应的要素类加入其中，并扮演对应的要素类加入其中，并扮演“连连连接（接（接（junctionjunctionjunction）”的角色；同时，我们指定同属一个要素数据集的角色；同时，我们指定同属一个要素数据集的角色；同时，我们指定同属一个要素数据集的的的“供水干管供水干管供水干管”、“供水支管供水支管供水支管”和和和“入户管入户管
18、入户管”等对应的要素类加等对应的要素类加等对应的要素类加入供水网络，由其扮演入供水网络，由其扮演入供水网络，由其扮演“边（边（边（edgeedgeedge）”的角色。的角色。的角色。ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）q 域（Domains）定义属性的有效取值范围。可以是连续的变化区间，也可以是离散的取值集合。q 有效规则（Validation rules）对要素类的行为和取值加以约束的规则。如：规定不同管径的水管要连接，必须通过一个合适的转接头。规定一块地可以有一到三个主人。q 栅格数据集（Raster Datasets）用于存放栅格数据。可以支持海量栅格数据，支持影
19、像镶嵌，可通过建立“金字塔”索引，并在使用时指定可视范围提高检索和显示效率。q TIN Datasetsq LocatorsARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）q Geodatabase的拓扑关系规则q 拓扑关系规则可作用于同一要素数据集中的不同要素类或者同一要素类中的不同要素。用户可以指定空间数据必须满足的拓扑关系约束，譬如：要素之间的相邻关系、连接关系、覆盖关系、相交关系、重叠关系等。所有这些关系都对应相应的规则。q 在城市规划应用中，两个相邻的地块之间不能有“飞地”，我们可以有一条对应的规则：“相邻多边形
20、间不能存在间隙”。再如，当以河流作为国界时，河流（线状）与国界线必须一致，可用规则：“线必须被多边形边线覆盖”。ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）q GeoDatabase中并不实际保存拓扑关系q GeoDatabase的拓扑属性 容限值 指落在以此值为半径的圆形区域内的所有点被看成是一致的，会被捕捉（snap）到一起。精度级别 每个参与拓扑约束的要素类都可以人为地赋予一个精度级别，精度级别越高，在容限值范围内需要移动时就越稳定，即：级别低的要向级别高的靠拢。当不同的要素类数据精度不一致时，通常应将精度较高者设定为较高级别。ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoD
21、atabase）q GeoDatabase拓扑关系检查与处理 以错误查看器提供拓扑关系的错误信息 用户可选择错误处理方式 用编辑工具改正这个错误 对该错误暂不处理 将该错误置为例外 ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）q GeoDatabase拓扑关系的优势 用户可自行定义哪些要素类将受拓扑关系规则约束。多个点、线、面要素类（层）可以同时受同一组拓扑关系规则约束。提供了大量的拓扑关系规则（8.3版提供25个，以后将提供更多）。用户为自己的数据可以自行指定必要的拓扑关系规则。拓扑关系及规则在工业标准的DBMS中进行管理，可支持多用户并发处理。用户可以局部建立或检查拓扑关系
22、以提高效率。ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）qGeoDatabase优势优势q 在同一数据库中统一管理各种类型的空间数据；q 空间数据的录入和编辑更加准确。这得益于空间要素的合法性规则检查q 空间数据更面向实际的应用领域。不在是无意义的点、线、面，而代之以电杆、光缆和用地等q 可以表达空间数据之间的相互关系q 可以更好地制图。对不同的空间要素，我们可定义不同的“绘制”方法，而不受限于ArcInfo等客户端应用已经给出的工具q 空间数据的表示更为精确。除了可用折线方式以外，还可用圆弧、椭圆弧和Bezier曲线描述空间数据的空间几何特征q 可管理连续的空间数据，无需分幅、分块q 支持空间数据的版本管理和多用户并发操作 ARC/INFO数据模型地理数据库（GeoDatabase）