三维GIS空间数据模型

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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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。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。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。拓扑数据举例C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2二、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；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。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、实体类型组合实体类型组合图例三、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（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。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。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22715.5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 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 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)；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。Spatialdatamodel第二节矢量数据模型矢量数据的编码 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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)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。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。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(100bytes)的记录段，一共有9个int型和8个double型数据Fileheader（100字节）Recordheader（8字节，存储记录数和记录内容的长度）RecordcontentsRecordheaderRecordcontents……RecordheaderRecordcontentsshapefiles头文件表起始位置名称数值类型位序0FileCode9994Integerbig4Unused0Integerbig8Unused0Integerbig12Unused0Integerbig16Unused0Integerbig20Unused0Integerbig24文件长度文件的实际长度Integerbig28版本号1000IntegerLittle32几何类型表示这个Shapefile文件所记录的空间数据的几何类型IntegerLittle36Xmin空间数据所占空间范围的X方向最小值DoubleLittle44Ymin空间数据所占空间范围的Y方向最小值DoubleLittle52Xmax空间数据所占空间范围的X方向最大值DoubleLittle60Ymax空间数据所占空间范围的Y方向最大值DoubleLittle68*Zmin空间数据所占空间范围的Z方向最小值DoubleLittle76*Zmax空间数据所占空间范围的Z方向最大值DoubleLittle84*Mmin最小Measure值DoubleLittle92*Mmax最大Measure值DoubleLittle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（RecordNumber）和坐标记录长度(ContentLength)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。 Shapefile文件支持的几何类（ShapeType）编号几何类型0NullShape（表示这个Shapefile文件不含坐标）1Point（表示Shapefile文件记录的是点状目标，但不是多点）3PolyLine（表示Shapefile文件记录的是线状目标）5Polygon（表示Shapefile文件记录的是面状目标）8MultiPoint（表示Shapefile文件记录的是多点，即点集合）11PointZ（表示Shapefile文件记录的是三维点状目标）13PolyLineZ（表示Shapefile文件记录的是三维线状目标）15PolygonZ（表示Shapefile文件记录的是三维面状目标）18MultiPointZ（表示Shapefile文件记录的是三维点集合目标）21PointM（表示含有Measure值的点状目标）23PolyLineM（表示含有Measure值的线状目标）25PolygonM（表示含有Measure值的面状目标）28MultiPointM（表示含有Measure值的多点目标）31MultiPatch（表示复合目标）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41LittleX方向坐标X方向坐标值double型81LittleY方向坐标Y方向坐标值double型81Little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41Little坐标范围（Box）表示当前线目标的坐标范围double型324Little子线段个数（NumParts）表示构成当前线目标的子线段的个数int型41Little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41LittleParts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×NumPartsNumPartsLittlePoints数组记录了所有的坐标信息Point型根据点个数来确定NumPointsLittle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。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41Little坐标范围（Box）表示当前面目标的坐标范围double型324Little子环个数（NumParts）表示构成当前面状目标的子环的个数int型41Little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41LittleParts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×NumPartsNumPartsLittlePoints数组记录了所有的坐标信息Point型根据点个数来确定NumPointsLittle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(100bytes)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（ContentLength）两个记录项，两个记录项都是int型索引文件的记录内容属性文件的组织(.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…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01个字节表示当前的版本信息1－33个字节表示最近的更新日期，按照YYMMDD格式。4－71个32位数文件中的记录条数。8－91个16位数文件头中的字节数。10－111个16位数一条记录中的字节长度。12－132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。141个字节表示未完成的操作。151个字节dBASEIV编密码标记。16－2712个字节保留字节，用于多用户处理时使用。281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。291个字节LanguagedriverID.30－312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＋11个字节作为记录项终止标识。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。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(DualIndependentMapEncoding)；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。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。拓扑关系图示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；b、弧拓扑：Arc-Node拓扑结构表示弧段的方向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。d、面拓扑：Polygon-Arc拓扑结构定义了区域，即多边形由弧段组成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。ABbaABbacC3、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。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（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：AREAPERIMETER#-ID引用方式：.pat2）、弧段和节点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：.aatB、节点的类型悬节点伪节点普通节点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#-IDPOINTNODE{search_radius}：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：AREAPERIMETER#-ID引用方式：.pat4）、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。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5）、控制点TICSTic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。控制点数据保存IDTIC用户定义的tic点号XTICTic点的X坐标YTICTic点的Y坐标引用方式：.tic投影定义文件PRJ6）、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（二）、ArcGIS拓扑数据结构的扩展分区路径和分段1、分区分区的含义分区的数据保存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。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4），拓扑结构的扩展：分区是多边形的组合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.PATTRACT。2，拓扑结构的扩展：路径--分段--量测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文件中要素类空间数据要素属性表INFO中的图元属性表Pointlab.adfpat.adf.PATArcarc.adfaat.adf.AATNodearc.adfnat.adf.NATPolygonpal.adf,cnt.adf,lab.adf,arc.adfpat.adf.PATSectionarc.adf.sec.SECRegionrxp.adf,.pal.pat.PATAnnotation.txt.tat.TATTictic.adftic.adf.TICCoverageextentbnd.adfbnd.adf.BND小结（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100002、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。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。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。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。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 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 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。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。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})1/2i=1,2,3….n(区域多边形数)。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。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。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。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。四、栅格赋值方法（1）中心点法(CentroidType)：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(PredominantType)：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：四、栅格赋值方法（2）重要性法(MostImportantType)：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（HierarchicalMethod）：赋值之前需要建立决策树。从矢量到栅格的转换——点POINTGRID{value_item}{lookup_table}{weight_table}从矢量到栅格的转换——线LINEGRID{value_item}{lookup_table}{weight_table}从矢量到栅格的转换——多边形POLYGRID{value_item}{lookup_table}{weight_table}五、栅格数据的组织一般地说，地理信息系统的数据库包含着多个相关的地理变量，例如地形、土壤和土地利用等。这些变量的栅格数据如何组织，关系到数据的存取速度、存储容量和数据处理的有效性，目前常用的栅格数据组织方法分为三类：基于空间变量的数据组织基于栅格单元的数据组织基于同质图斑的数据组织1. 基于空间变量的数据组织针对单个空间变量，每个实体变量构成一个栅格数据文件，矩阵中的每个元素表示相应变量的属性。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。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：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。六、栅格数据编码变长编码四叉树编码1、变长编码2、四叉树编码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。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。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)。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）。由两个坐标文件、结点文件、边文件组成二、三角网数据的存储三、三角网数据模型的生成点（MassPoint）：形成三角形的节点；线(Breakline)：形成三角形的边，通常表示地理现象大的转折点；多边形(ClipEdge)：对多边形以外的区域不予考虑；多边形（fillPolygon）：多边形内部统一的Z值。TIN模型生成图示三角形的构造ArcGIS下的操作TagValue：三角形属性值BreaklinesinsurfacemodelingSoftbreaklinesareusedtoensurethatknownz-valuesalongalinearfeaturearemaintainedinaTIN.softbreaklinesdonotdefineinterruptionsinsurfacesmoothness.Hardbreaklinesdefineinterruptionsinsurfacesmoothness，usedtodefinestreams,ridges,shorelines,buildingfootprints,dams,andotherlocationsofabruptsurfacechange.PolygonsurfacefeaturetypesClippolygons,InputdatathatfallsoutsidetheclippolygonisexcludedfromtheinterpolationandanalysisoperationsErasepolygons，Inputdatathatfallswithintheerasepolygonisexcludedfromtheinterpolation.Replacepolygonssettheboundaryandallinteriorheightstothesamevalue..Fillpolygonsassignanintegerattributevaluetoalltrianglesthatfallwithinthefillpolygon.Thesurfaceheightisunaffected,andnoclippingorerasingtakesplace.六、TIN的数据保存三角形编号相邻三角形编号定义三角形的三个节点每个节点的x,y坐标和每个节点的表面Z值三角形边的类型(hardorsoft)文件有tdenv、tedg、thul、tmsk、tmsx、tnodtnxy和tnz四、栅格数据模型和TIN数据模型的比较侧重点：TIN模型侧重于面的三角部分，回答某个三角区域的表面像什么；而栅格模型侧重于单个单元格位置，回答每个单元格代表的区域是什么；形状：TIN能精确地表示曲面类型地理现象的形状；而栅格模型不能精确表示；空间对象的表示：栅格数据模型可以表示离散的地理现象，而TIN模型只能表示联系变化的地理现象；但两种模型都可表示曲面上的地理现象的渐变；表面模型的精度，栅格使用统一的CELL大小来表示，CELL越小，精度越高，而TIN具有随坡度变化而不同的点密度，在坡度变化大的地区点密度较高；栅格模型不能精确定位如山脊、山峰等，而TIN模型中这些典型地形特征被特别存储，位置和表面值都很精确；栅格模型适合进行空间一致性分析、近邻分析、离散度分析及表面最低成本分析，TIN模型适合进行坡度、坡向、体积计算和视线分析等第五节属性信息通常用属性表来存储对象的描述性信息，大多以关系性数据库的格式保存一、属性表类型二、属性表的结构四、属性信息的作用一、属性表类型1、要素属性表（featureattributetable）2、值属性表(ValueAttributetable)3.Info表由ArcGIS的Info或Tables功能模块生成。4. 外部表来.自于关系性数据库 管理系统 工资管理系统慧云智能化管理系统免费考勤管理系统员工工资计算excel病人信息管理系统 (RDBMS)中的表，通过DatabaseIntegrator可以实现对这些表的管理。图元属性表和值属性表针对矢量数据模型：图元属性表和值属性表具有的特定的结构和最小属性集。这种记录集随图元类型不同而不同。图元属性表每条记录和空间实体一一对应；针对栅格数据模型：值属性表的每条记录与某个特定值一一对应，而不是和单个单元格相对应（仅对离散类型的数据有效）。二、属性表的结构现有GIS软件的属性表是一种类似于dBase的表格，用项目来表示属性类别，每条记录描述了单个空间实体的非几何特征，通过属性表中的唯一标识号使属性信息和图形信息相互关联。Row/record：记录/行Column/Item/Field：列/项目/字段三、属性信息的作用是地理信息系统区别于其他制图系统的标志。查询不但有由图查文；还可以实现以文查图。属性表是某些建模运算和统计分析的基础。用于关联其它类别的信息，如显示图像或CAD图形。七、属性表的保存一、图元属性表――图层二、值属性表――栅格三、INFO表四、外部表总结（1）地理实体划分为点、线、区域和连续面，以便使用计算机来处理。GIS用位置和属性描述地理现象的特征。位置信息或称空间信息用栅格或矢量数据表示，而属性数据存于属性表中。图层是表示矢量数据的主要数据模型，能够以点、弧段和多边形的方式精确表示地理实体的位置和形状等几何特征。总结（2）分区是一系列相互关联的多边形的集合，而路径是由一定顺序的弧段组成。连续变化的面状地理要素既可以用TIN模型表示，也可以用作为栅个格数据模型（Grid）子集的Lattice表示，用矢量数据模型的等值线表示时，不利于进行空间分析。ArcGIS用拓扑关系存储线和多边形。第六节、Geodatabse的概念什么是GeodatabaseGeodatabase的基本特征Geodatabase的类型1、什么是Geodatabase面向对象的地理数据模型——⑴空间数据容器：将空间数据和属性数据都保存在关系型数据库中，享受关系型数据库的诸多优点，如对编辑具有版本控制和长事务处理功能；⑵作为新的数据模型它能够无需编写代码而表达要素的自然行为以及这些行为的关联，⑶对应用软件开发提供一种新的数据处理对象，支持基于组件的开发……。GeodataBase空间数据模型空间数据库2、Geodatabase的基本特征Geodatabase本质上是空间数据和属性数据的存储机制，Geodatabase之中有许多专门的存储结构，用来存储要素、属性、属性间的关联以及要素间的关联，也存贮栅格和TIN以及地址数据；Geodatabase中的要素被配置成为一系列的相关表。这些相关表的一部分是用于描述要素的属性和要素位置，另一部分描述要素之间的关系，验证规则和属性域。DBMS管理这些表的结构和完整性；Geodatabase无缝地关联地理数据，它并不将地理数据分割成块，而是使用一个高效的空间索引来对要素表达的区域进行管理；Geodatabase具有内置的有效性规则、高级的数据存储选项；2、Geodatabase的基本特征GeodataBase赋予GIS数据集要素以行为的能力。通过查看数据的对象图获取Geodatabase的数据结构。ArcSDE提供一个面向对象的地理数据模型供用户访问。使用ArcGIS的ArcCatalog应用程序，用户可以创建、修改和管理Geodatabase数据的结构。3、Geodatabase的类型PersonalGeodatabase单用户编辑存储在MSAccess中大小限制2GBFileGeodatabase(9.2)每个表1TB减少存储需求ArcSDEGeodatabase企业级通过版本化支持多用户编辑需要ArcEditor或ArcInfo进行编辑1）个人GeodatabasePersonalGeodatabase使用Access数据库，即arcgis使用微软Jet引擎创建和更新Access数据库；ArcGISDesktop对个人Geodatabase操作有全功能支持；在ArcInfo软件中一般来说，个人Geodatabase支持的对象少于250，000个，不能超过2GB的存储；它只支持同一时刻的单一用户编辑用；个人Geodatabase适用于小型项目的地理信息系统。2）FileDataBase以文件夹方式存储在文件系统中支持全部Geodatabase信息模型：要素、注记、关系、网络、拓扑、栅格单用户编辑模型，与现有的单用户编辑模型personalGeodatabase类似包含标准格式和只读的压缩格式可以运行在Windows和unix上3）ArcSDE和多用户Geodatabase对于大型的企业数据库，使用ArcSDE软件。ArcSDE安装在大型关系数据库的服务器上。通过TCP/IP，ArcSDE为运行在客户端的ArcGIS应用程序提供Geodatabase服务。ArcSDE提供对地理数据的远程访问；允许多用户同时编辑同一地理数据；ArcSDE可实现海量数据的中央化管理。Geodatabase(ORACLE)ArcCatalog/ArcMap/CustomApplicationGeoDataObjectsSDE不同类型Geodatabase的比较第七节、Geodatabase的组成要素集空间参考对象类，子类要素类，子类关联类几何网络拓扑域和属性验证栅格数据集栅格不规则三角形网络数据集位址x,y定位邮政编码位置名称Route定位1、要素类要素（feature）是空间实体的表示方式；要素类（featureclass）是同种类型（相同几何形状）要素的集合；存储空间对象具有同样的几何类型具有同样的空间参考系统要素位置特征保存在shape字段中要素可参与拓扑关系和网络几何简单要素类和拓扑要素类简单要素类：没有任何拓扑关系的点、线、多边形或注记。也就是说，一个要素类内的点与另一要素类中线的终点可以是位置一致的，但它们是彼此独立的。拓扑要素类：在一定的图形范围内，是一个由完整拓扑单元的一组要素类所限定的对象，需要进行拓扑编辑。2、要素集和空间参考要素集（FeatureDataset）是具有相同坐标系统的要素类（点、线或多边形）的集合。在要素集中可存储拓扑关系，而相同的空间参考（SpatialReference）是维护拓扑关系的基础。除存储要素外，要素集中还可以存储对象类、关联类（和几何网络。对象、要素类和关联类不一定存放在要素集中，这时……。3、对象类对象类是Geodatabase中的一个表，保存与地理对象相关联的描述性信息，但它们不是地图上的要素。对象保存为一个元组。对象是对象类的实例；对象类中的对象具有相同属性和方法，对象可以和其他对象相关联。地块所有者就是对象类的一个例子。可以建立一个地块要素类与所有者对象类之间的数据库连接。4、关联类关联类存储了对象类、要素类两两之间的关联信息。关联可以是：对象类之间的要素类之间的要素类和对象类之间的5、拓扑拓扑功能，用以表示要素类之间的拓扑关系，用于类要素空间关系的定义和分析。6、几何网络几何网络（GeometricNetwork）用于模拟线性系统，如道路交通网络等。支持丰富的网络跟踪和分析功能。利用一系列要素类来构建几何网络，每个要素类在网络上有拓扑角色几何网络图示LateralServiceMainFeedValveFeatureClassesGeometricNetwork几何网络图示WaterWaterFD=FeatureDatasetGN=GeometricNetworkFC=FeatureClassOC=ObjectClassJ=JunctionE=EdgeFDGNFCFCFCFCFCJJEEEServiceValveMainLateralFeed7、域和属性验证域（Domain）：对象属性的有效值集合；属性验证：在Geodatabase中保存对象的属性、连接和空间规则；ArcMap的属性域AttributeeditorusesdomainvaluesIdentifiesillegalvaluesProvideslegalvaluelistsTheGeodatabaseDataModel对象模型和关系模型的比较GeoDataBase几何对象模型8、栅格数据集栅格数据模型是一个由大小相同的像元组成的矩阵，这个矩阵作为整体用来描述专题数据（如高程和植被数据）、光谱数据（卫星影像数据）和照片数据（扫描地图和照片）GeoDataBase栅格对象9、不规则三角形网络数据集不规则三角形网络数据集（TINdatasets）是从表面上采样高程点数据生成的不规则三角形。TIN可以用于模拟地球表面，同时也可用于连续性的环境因子的分布研究，比如碳元素的分布。10、位址位址包含很多定位信息，这样可以利用这些信息创建要素，并且使用地图将这些要素显示：地址(Addresses)x,y定位邮政编码位置名称Route定位第八节、要素的特点要素具有形状要素具有空间参考要素具有属性要素具有子类要素具有关联要素属性可以被限制要素能用规则来验证要素具有拓扑关系要素具有复杂的行为1）要素具有形状要素的形状是以geometry这个特殊字段存储在要素类表中的。要素可以用以下