环境信息系统的GIS基础 03讲 空间数据模型

环境信息系统的GIS基础南京信息工程大学环境科学与工程学院本部分分为6讲第1讲地理信息系统（GIS）导论第2讲空间信息基础第3讲空间数据模型第4讲空间数据采集与处理第5讲地理信息系统空间分析原理与方法第6讲地理信息可视化寄地理信息系统产品输出第3讲空间数据模型引子：GIS描述的方法现实世界的方法——矢量与栅格第一节地理关系矢量数据模型（传统）第二节栅格数据模型第三节基于对象数据模型第四节矢量栅格数据的比较与转化GIS描述现实世界的方法现实世界矢量表示栅格表示地理信息系统地理信息的数字化表示方法常用的空间数据结构XYijx1y1x2y2xiyixn

yn矢量数据结构(隐式表示)栅格数据结构(显式表示)隐式表示隐式表示：由一系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述，线的始点和终点坐标定义为一条表示椅子形式的矢量，线之间的指示字，告诉计算机怎样把这些矢量连接在一起形成椅子，隐式表示的数据为：

椅子的属性——一系列矢量——连接关系

矢量数据模型（隐式）ID，属性码，（x1,y1)ID，属性码，（x2,y2)ID，属性码，（x1,y1),(x2,y2)…(x5,y5)12345123456789ID，属性码，（x1,y1),(x2,y2)…(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。特点：定位明显，属性隐含。获取方法：

(1)手工数字化法；

(2)手扶跟踪数字化法；

(3)数据结构转换法。矢量数据结构矢量空间数据模型显式描述显式表示：就是栅格中的一系列像元(点)，为使计算机认识这些像元描述的是某一物体而不是其它物体。注：“c”不一定用c的形式，而可以用颜色、符号、数字、灰度值来显示。则得到椅子的简单数据结构为：

椅子的属性——符号／颜色——像元x点线面对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。栅格数据结构：坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。特点：属性明显，定位隐含。获取方法：

(1)手工网格法；

(2)扫描数字化法；

(3)分类影像输入法；

(4)数据结构转换法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322栅格数据结构2431111135111111311111131111113111311333333栅格数据的表示方法——显式0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，2，0，0，0，0，0，4，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，0，0，0，0，3，0，0，5，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，地理关系数据模型是用图形文件存储空间数据，用关系数据库存储属性数据来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式；一般用要素的标号或标识码链接。地理关系矢量数据模型分为简单矢量数据模型（Shapefile数据结构）拓扑矢量数据模型（coverage数据结构）；第一节地理关系矢量数据模型只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。用点、线和面等几何对象表示简单的空间要素。存储：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、面由点号组成一简单矢量数据模型标识码属性码空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn

,yn

)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法1简单矢量数据模型——点实体编码基本结构比例方向线指针与线相交的角度比例方向字体排列x,y坐标其它非几何属性建立和显示数据库联系的属性简单点——符号文本点——字符结点——符号统一标识类别或系列号点类型简单点文本点结点点实体编码线实体编码唯一标示码线标示码起始点终止点坐标对序列显示信息非几何属性2简单矢量数据模型——线实体编码基本内容多边形环路法树状索引编码法拓扑结构编码法由多边形边界的x,y坐标队集合及说明信息组成对所有边界点数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系形成完整的拓扑结构3简单矢量数据模型——面实体编码面实体编码多边形环路法ⅠⅡⅢⅣⅤ123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3；x4，y4；

x5，y5；x6，y6；P2x7，y7；x8，y8；

x9，y9；x10，y10；

x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15树状索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3点文件点号坐标

1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……树状索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P312345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ线号起点终点点号

Ⅰ656,1,2,3,4,5Ⅱ56

5,6

Ⅲ

6

56,7,8,9,10,11,5

Ⅳ121312,15,14,13树状索引法多边形文件多边形号边界线号

1Ⅰ，Ⅱ2Ⅱ，Ⅲ

3ⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ树状索引法1、点文件点号坐标1x1,y12、线文件:线文件是以线段为记录单位

线号左多边形

右多边形

起点终点L210P1P22101234567891011

1213

1415PPP3、面文件面号线号P1L210,L109…关联邻接关联连通拓扑关系明确在DIME中做如下改进：将以线段为记录单位改为以弧段为单位链状双重独立式编码

又称双重独立地图编码DIME(Dual

lndependentMapEncoding)是美国人口调查系统所采用的编码方法。它通过有向编码建立了多边形、边界、节点之间的拓扑关系，DIME是一种拓扑编码结构，是其它拓扑编码结构的基础。拓扑结构编码——双重独立式编码线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件

拓扑结构编码——双重独立式编码

链状双重独立式编码是DIME编码的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立式编码中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。注意：要彻底解决邻域和岛状信息处理问题必须建立一个完整的拓扑关系结构，这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值）。采用拓扑结构编码可以较好地解决空间关系查询等问题，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。矢量编码最重要的是信息的完整性和运算的灵活性，这是由矢量结构自身的特点所决定的，目前并无统一的最好的结构编码方法，在具体工作中应根据数据的特点和任务的要求而灵活设计。拓扑结构编码——链状双重独立式编码1、弧段坐标文件：弧段号坐标系列（串)Ax2,y2；X10,y10；…2、弧段文件：链—面，链—结点关系

弧段号

左多边形

右多边形

起点终点AP1P2251234567891011

1213

1415PPP3、面文件:面号弧段号

P1A,B,-C4、点拓扑文件：结点—链关系

点号

弧段号

2A,B,D在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。

拓扑结构编码——链状双重独立式编码弧段文件弧段号 起始点 终结点 左多边形 右多边形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C弧段坐标文件弧段号 点号 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31多边形文件多边形号弧段号周长面积中心点坐标

A h,b,a

B g,f,c,h,-j

C j D e,i,f

E e,i,d,b

拓扑结构编码——链状双重独立式编码链状双重独立式编码的特点：

拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。因为一般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析是却没有必要以这些中间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象.

被一些成熟的商品化软件采用，如ARC/INFO软件。

例：ARC文件：二进制文件:弧段号点数坐标串

在GIS数据输入中，建拓扑是指给图形数据（点、线、面）增加拓扑结构，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中输入图形后，需用BUILD建图形拓扑，具体生成许多文件，如AAT，PAT等.INFO：属性表.如AAT（ArcAttributeTable）用户标识码，表明地物类型当图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，需重新建拓扑。弧段号USER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它属性:（名称)4简单矢量数据模型特征数据结构简单，直观，主要用于显示、输出及一般查询；便于系统的维护和更新。公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性。处理嵌套多边形比较麻烦5Arcgis软件Shape文件数据模型Shape文件将空间要素的图形及属性信息以非拓扑的形式存储在数据集中。要素的几何形状数据存储成为具有矢量坐标的图形。Shape文件数据模型是非拓扑的数据库模型。因此，在数据显示速度上比较快，数据的编辑也比较容易实现。通过编程的方式很容易实现对Shape文件的存取操作。这一特性是其优点，也是缺点。5Shape文件数据模型特点：基于其非拓扑性，可以使文件迅速显示出来。简单要素类型：点、线、面分别存储。一个Shape文件中只能存储一种类型的要素。Shape文件的构成一个Shape文件至少包括一个主文件、一个索引文件及一个dBASE

数据表文件Shape文件示例： .SHP主文件Mainfile: counties.shp贮存地理要素的几何数据.SHX

索引文件Indexfile: counties.shx，贮存图形要素索引信息，用于查询.DBF

dBASE

数据表文件:counties.dbf

，贮存要素属性信息的dBASE文件.PRJ投影参数文件:counties.prj1拓扑关系的关联表达:显式表示(a)多边形、弧段、结点（自上而下）（b）结点、弧段、多边形（自下而上）

二拓扑矢量数据模型多边形弧段

P1

a4a5a6

P2

a1a8a5

P3

a3a6a7

P4

a2a7a8弧段结点a1N1N2a2N2N4a3N4N5a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3弧段左多边形右多边形a10P2a20p4a30p3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2结点弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6优点：数据结构紧密、拓扑关系明确，便于空间数据的拓扑查询和拓扑分析如网络分析；更能确保数据质量和强化GIS分析。缺点：数据结构复杂，不便于系统的维护和更新，对单个实体的操作效率不高，如增加、删除、修改一个实体时涉及一系列的文件和数据库表格；2GIS中建立拓扑关系的优缺点3拓扑编辑过程——总步骤1）以弧为基本单元进行数字化，记录其坐标值，形成坐标数据；2）由坐标数据提取弧和结点数据；3）由结点、弧及坐标数据产生表达面实体拓扑关系的数据。

栅格数据模型是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。特点：属性明显，定位隐含。表示连续现象获取方法：

(1)手工网格法；

(2)扫描数字化法；

(3)分类影像输入法；

(4)数据结构转换法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322第二节栅格数据模型一栅格数据模型要素点：表示为单个像元。线：在一定方向上连接成串的相邻像元的集合。面：由聚集在一起的相邻像元的集合。四方向相邻和八方向相邻像元值和像元大小X：列Y：行西南角格网坐标（XWS，YWS）像元大小格网方向A.OBC中心点法重要性法长度占优法面积占优法混合像元的处理方案一方案二：缩小栅格单元的面积二栅格数据类型卫星影像USGS的数字高程模型（DEM）非USGS的数字高程模型全球数字高程模型数字正射影像二值扫描文件数字栅格图图形文件特定GIS软件的栅格数据（grid）三栅格数据结构逐个像元编码（完全栅格编码）游程编码(Run_lengthEncoding)链状编码(chainEncoding)块状编码四叉树编码(quarter_treeEncoding)压缩编码1逐个像元编码（完全栅格编码）将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0°开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。2、链码12345076001076701100链码编码：

2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000链码编码示例3、游程长度编码(1)只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的次数；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向进行编码：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。3、游程长度编码（2）逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向进行编码：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。

4、块码采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的代码组成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。

5、四叉树编码

是根据栅格数据二维空间分布的特点，将空间区域按照4个象限进行递归分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的数值单调为止，最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解，各子象限大小不完全一样，但都是同代码栅格单元组成的子块，其中最上面的一个结点叫做根结点，它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点，可能落在不同的层上，该结点代表子象限单一的代码，所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，最下面的一排数字表示各子区的代码。为了保证四叉树分解能不断的进行下去，要求图形必须为2n×2n的栅格阵列。n为极限分割次数，n＋1是四叉树最大层数或最大高度0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南东南西北东北栅格数据压缩编码总括AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,4块状编码正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,4,1,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码逐个栅格编码：简单直观，是压缩编码方法的逻辑原型（栅格文件）；链码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。一、基于对象数据模型二、GeoDatabase数据模型三、拓扑规则第三节基于对象数据模型一基于对象数据模型基于对象数据模型把空间要素的空间数据和属性数据都储存于同一个系统中允许一个空间要素与一系列属性和方法相联系。类：相似属性的对象。共性和特殊性原则来归并和区分对象。类间关系：联合、合成、聚合、类继承和实例化二 GeoDatabase数据模型GeoDatabase是geographicdatabase的简写，是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型。是ArcGIS软件中最主要的数据库模型。Geodatabase支持在标准的数据库管理系统（DBMS）表中存储和管理地理信息。Geodatabase支持多种DBMS结构和多用户访问，且大小可伸缩。从基于MicrosoftJetEngine的小型单用户数据库，到工作组，部门和企业级的多用户数据库，Geodatabase都支持。目前有两种geodatabase结构：个人Geodatabase

和多用户Geodatabase(multiusergeodatabase)。GeoDatabase有两种实现形式一种是基于Access数据库文件的实现形式另一种是通过ArcSDE空间数据库引擎，在Oracle、SQLServer等RDBS中实现的可支持分布式处理的形式在Geodatabase数据库模型中，可以将图形数据和属性数据同时存储在一个数据表中，每一个图层对应这样一个数据表。Geodatabase可以表达复杂的地理要素（如，河流网络、电线杆等）。比如：水系可以同时表示线状和面状的水系。ArcCatalog的Geodatabase中所提供的创建拓扑规则，主要是用于进行拓扑错误的检查，其中部分规则可以在所设容差内对数据进行一些修改调整。建立好拓扑规则后，就可以在ArcMap中打开由拓扑规则所产生的文件，根据错误提示对SHAPE图层进行修改。三拓扑规则

（一）Geodatabase中如何创建拓扑规则

对ArcGIS的Geodatabase而言，能为包含在要素集中的一个或多个要素类定义拓扑。它可以为多点、线和多边形要素类定义拓扑。拓扑作为一系列用于空间关系的完整性规则，有一些重要的属性：一个群组容限（clustertolerance，容差），要素类等级（rank，对坐标精度而言），错误（error，违规）和你所定义的规则（rules）的任何异常情况。（一）Geodatabase中如何创建拓扑规则在9.0版中，ArcCatalog包含一个拓扑向导来选择参与拓扑的要素类，并定义它们的属性。创建拓扑规则具体步骤如下：创建一个新的geodatabase（个人数据集）在其下创建一个featuredataset(要素集)，并为该要素集定制坐标系统创建featureclass(要素类)或将其它数据作为要素类导入到该要素集下进入到该要素集下，在窗口右边空白处单击右键，在弹出的右键菜单中有new->topolopy按所给提示操作，设定合适容差，添加一些所需拓扑规则，若导入的要素类为多个图层，还需为图层划分等级，接着就可完成拓扑规则的检查最后在ArcMap中打开由拓扑规则产生的文件，利用topolopy工具条中给出的错误记录信息进行修改执行拓扑规则产生的文件

（二）geodatabase的拓扑规则

1.mustnothavedangle：线，不能有悬挂节点2.mustnothavepseudo-node：线，不能有伪节点3.mustnotoverlay：线，不能有线重合（不同要素间）4.mustnotselfoverlay：线，一个要素不能自覆盖5.mustnotintersect：线，不能有线交叉（不同要素间）6.mustnotselfintersect：线，不能有线自交叉7.mustnotintersectortouchinterrior：线，不能有相交和重叠8.mustbesinglepart：线，一个线要素只能由一个path组成9.mustnotcoveredwith：线＋线，两层线不能重叠10.mustbecoveredbyfeatureclassof：线＋线，两层线完全重叠11.endpointmustbecoveredby：线＋点，线层中的终点必须和点层的部分（或全部）点重合12.mustbecoveredbyboundaryof：线＋多边形，线被多边形边界重叠13.mustbecoveredbyendpointof：点＋线，点被线终点完全重合14.pointmustbecoveredbyline：点＋线，点都在线上具体规则包括：⑴线topology（二）geodatabase的拓扑规则

1.mustnotoverlay：单要素类，多边形要素相互不能重叠2.mustnothavegaps：单要素类，连续连接的多边形区域中间不能有空白区（非数据区）3.containspoint：多边形＋点，多边形要素类的每个要素的边界以内必须包含点层中至少一个点4.boundarymustbecoveredby：多边形＋线，多边形层的边界与线层重叠（线层可以有非重叠的更多要素）5.mustbecoveredbyfeatureclassof：多边形＋多边形，第一个多边形层必须被第二个完全覆盖（省与全国的关系）6.mustbecoveredby：多边形＋多边形，第一个多边形层必须把第二个完全覆盖（全国与省的关系）7.mustnotoverlaywith：多边形＋多边形，两个多边形层的多边形不能存在一对相互覆盖的要素8.mustcovereachother：多边形＋多边形，两个多边形的要素必须完全重叠9.areaboundarymustbecoveredbyboundaryof：多边形＋多边形，第一个多边形的各要素必须为第二个的一个或几个多边形完全覆盖10.mustbeproperlyinsidepolygons：点＋多边形，点层的要素必须全部在多边形内11.mustbecoveredbyboundaryof：点＋多边形，点必须在多边形的边界上(2)多边形topology利用拓扑查错Geodatabase里建立的拓扑用来捕捉要素的几何形体，检查结点是否在群组容限内，以及是否有违规。拓扑首先是捕捉要素的结点，这些结点在考虑等级的要素类的群组容限范围以内。如果要素的结点在这个范围外，则视为违规，都会在验证过程中被发现并标记为错误。完整的错误列表可以在ArcCatalog和ArcMap的拓扑属性中看到。在ArcMap中拓扑中的错误和异常可以在图上显示出来，也可以在错误探测器中列出。然后用户可根据错误提示对图层要素进行修改。三Geodatabase数据模型的优点

具有面向对象技术；提供一个存储和管理不同GIS数据的便利框架。更多的地图图层——非常多的图层能存放在一个单一的数据库中。改善的数据完整性——你可以为数据指定合适的拓扑规则。更多的数据建模机会——大量可能的空间约束可以应用到你的数据上。避免了空间和属性要素间协同的复杂性，减少了数据处理的工作量。矢量结构栅格结构第四节矢量栅格数据的比较与转化一、矢量与栅格数据结构的比较优点缺点矢量数据结构1.便于面向现象(土壤类、土地利用单元等)；

2.数据结构紧凑、冗余度低；

3.有利于网络分析；

4.图形显示质量好、精度高。1.数据结构复杂；

2.软件与硬件的技术要求比较高；

3.多边形叠合等分析比较困难；

4.显示与绘图成本比较高。栅格数据结构1.数据结构简单；

2.空间分析和地理现象的模拟均比较容易；

3.有利于与遥感数据的匹配应用和分析；

4.输出方法快速，成本比较低廉。1.图形数据量大；

2.投影转换比较困难；

3.栅格地图的图形质量相对较低；

4.现象识别的效果不如矢量方法。矢量+栅格（1）矢量+栅格（2）二、矢量、栅格数据结构选择栅格结构:

大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。

在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构。矢量结构：城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。三、相互转换算法矢量结构与栅格结构的相互转换，是地理信息系统的基本功能之一，目前已经发展了许多高效的转换算法；但矢栅转换，特别是扫描图像的自动识别，仍然是目前研究的重点。对于点状实体，每个实体仅由一个坐标对表示，其矢量结构和栅格结构的相互转换基本上只是坐标精度变换问题，不存在太大的技术问题。线实体的矢量结构由一系列坐标对表示，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格行列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间