几种常见的空间数据模型.ppt

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,ArcView数据模型 ARC/INFO数据模型,ArcView数据模型,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。 Layer 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。,ArcView数据模型,Theme(Layer),Project,ARC/INFO数据模型,ARC/INFO是ESRI开发的GIS软件 ARC/INFO采用一种混合数据模型定义和管理地理数据 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 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,ARC/INFO的数据模型支持六种重要的数据结构 Coverage 矢量数据表示的主要形式 GRID 栅格数据表示的主要形式 TIN 适合于表达连续表面 属性表 影像 用作地理特征的描述性数据 CAD图像 用作地理特征的描述性数据,ARC/INFO数据模型,ARC/INFO的数据空间特征 ArcInfo的主要基本空间特征 点 定义为空间的一套XY或XYZ坐标； 线 定义为一系列有顺序的空间点； 面 由一组或多组线围成的多边形； 注记,ARC/INFO数据模型,ARC/INFO的数据空间特征 ArcInfo的高级空间特征 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。 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。 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,地理相关模型（GeoRelational model, Coverage） 在Arc/Info 7.X及更早期的版本中使用； 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，几何与拓扑储存在二进制文件中，而与之相关的属性数据位于关系数据库（DBMS）中。 地理数据库（GeoDatabase） GeoDatabase是ArcInfo8之后引入的一个全新的空间数据模型 是建立在DBMS之上的统一的、智能化的空间数据库。,ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）,描述 ARC/INFO7.X以前版本以Coverage作为矢量数据的基本存储单元。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。,ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）,数据组织 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 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。,数据组织 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 位置数据：由一组弧段和位于多边形内的一个标示点来定义。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（Coverage）,数据组织 控制点 存储于tic文件中。 覆盖范围 存储于bnd文件中。,ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）,Coverage的优点 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 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（Coverage）,新技术条件下Coverage的缺陷 Coverage模型可取的方面，有的已经可以不再继续作为强调的因素； 拓扑关系的建立可以由面向对象技术解决（记录在对象中） 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 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； 以文件方式保存空间数据，而将属性数据放在另外的DBMS系统中。这种方式对于日益趋向企业级和社会级的GIS应用而言，已很难适应（如海量数据、并发等）,ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）,新技术条件下Coverage的缺陷 Coverage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（Build） “牵一发而动全身”，且费时 在不同的Coverage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（Coverage）,在实现上使用了标准的关系对象数据库技术，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、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,要素类（Feature class） 同类空间要素的集合即为要素类。如：河流、道路、电缆等。 要素数据集（Feature dataset） 要素数据集由一组具有相同空间参考（Spatial Reference）的要素类组成。 专题归类表示 当不同的要素类属于同一范畴（如水系的点线面要素） 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 （如配电网络中，有各种开关、变压器、电缆等） 考虑平面拓扑 共享公共几何特征的要素类（如：水系、行政区界等),ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）,关系类（Relationship class） 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 几何网络（Geometric 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“阀门”、“泵站”、“接头”对应的要素类加入其中，并扮演“连接（junction）”的角色；同时，我们指定同属一个要素数据集的“供水干管”、“供水支管”和“入户管”等对应的要素类加入供水网络，由其扮演“边（edge）”的角色。,ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）,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。 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。 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。 TIN Datasets Locators,ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）,ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）,Geodatabase的拓扑关系规则 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。 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）,GeoDatabase中并不实际保存拓扑关系 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（GeoDatabase）,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）,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以提高效率。,ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）,GeoDatabase优势 在同一数据库中统一管理各种类型的空间数据； 空间数据的录入和编辑更加准确。这