6矢量数据模型

第六讲矢量数据模型学习目标·掌握矢量数据模型、拓扑数据结构·了解非拓扑关系的矢量数据·掌握ARC/INFO拓扑与非拓扑数据的组织·了解不规则三角网·了解区域及动态分段重点：矢量数据模型、拓扑数据结构，ARC/INFO拓扑与非拓扑数据的组织。主要内容一、矢量数据的表示二、拓扑数据结构三、非拓扑关系的矢量数据四、高级对象查看纸质地图可得知地图要素及其空间相互关系；地图通过符号和文字向人们传递信息。我们容易获知地图要素及其空间关系，但是如何才能使计算机懂得这些要素和空间关系？一、矢量数据的表示矢量数据模型：用点及其x、y坐标系来构建空间要素。基于矢量的要素是作为空间不连续的几何对象来看待。构建矢量数据模型步骤：用简单的几何对象（点、线和面）来表示空间要素；明确地表达空间要素之间的相互关系；建立恰当的数据文件逻辑结构；陆地表面数据、重叠的空间要素和路网适用于简单几何对象的组合来表示。1．几何对象矢量数据模型用x、y坐标和点、线、面简单几何对象表示空间要素。如水井、采石场，道路、河流或行政区边界，菜地、水体等这三种类型的几何对象由维数和性质来区别。点对象的维数为零，且只有位置性质；线对象是一维的，且有长度特性；面对象是二维的且有面积和边界性质点及其坐标是矢量数据模型的基本单元；线要素由点构成，面要素由线定义；面要素可以在其他面要素内形成岛，彼此可以重叠产生叠置区。岛和叠置区在简单数据模型中视为单独对象点线面表示矢量数据取决于地图比例尺，有时还取决于政府地图出版机构建立的指标地图比例尺：地图上距离与地面距离的比率2．拓扑关系拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下仍保持不变的性质。用图表和图形来研究几何对象排列及其相互关系对矢量数据模型重要的是有向图，包括点和有向线（弧段）在有向图中可以建立点、线对象之间的邻接和关联关系拓扑统一地理编码格式（TIGER）点：0-像元，线：1-像元，面：2-像元每一个1-像元是一条从起点指向终点的且有明确左右侧的有向线，每个2-像元和0-像元都有与之相关联的1-像元。GIS厂商如ESRI和Intergraph也拥有其拓扑关系数据结构ARC/INFO标准拓扑矢量数据格式图层（Coverage）以点、线和面对图层归类，支持3种基本拓扑关系：连接性：弧段间通过节点彼此连接面定义：由一系列相连接的弧段定义面邻接性：弧段有方向性，且有左多边形和右多边形二、拓扑数据结构点要素很简单，可用标识号码（IDs）和成对的x和y坐标来编码，拓扑关系不适于应用点，因为点是彼此分开的一条线段叫做一条弧段，它与称为节点的两个端点连接，开始节点叫做始节点（from-node），结束点叫做到节点（to-node）对于面要素而言，多边形/弧段清单显示多边形和弧段之间的关系三、非拓扑关系的矢量数据20年前，GIS开发者为了把GIS从CAD（计算机辅助设计）中分离出来而引进了拓扑关系，AutoCAD用来转换数据文件的一种数据格式叫做DXF（数据交换格式）。DXF以分开的图层来保持数据，并允许用户使用不同的线符号、颜色和文字来绘制每个图层，但是不支持拓扑关系使用非拓扑矢量数据的主要优点是能比拓扑数据更快速地在计算机屏幕上显示出来ARC/INFO中采用的标准的非拓扑数据格式叫做Shapefile，不同于ARC/INFO的图层所用的多个文件，shapefile的几何学性质存储于2个基本文件：以.shp为扩展名的文件存储要素几何学特征，而以.shx为扩展名的文件保留拓扑数据与非拓扑数据的转换Shapefile可转换为图层，反之亦然从shapefile转换到图层需要建立拓扑关系并去除重复的弧段从图层转换到shapefile比较简单，但是如果图层存在拓扑错误，会导致在shapefile中出现要素丢失问题四、高级对象1．不规则三角网一种用于地形制图和分析的矢量数据结构成为TIN，TIN模型把地表近似描述成一组互不重叠的三角面，每个三角面在TIN中都有一个恒定的倾斜度，用德老内（Delaunay）三角测量来构造这些三角面TIN由两个基本数据元素组成：一是有x、y和z值的高程点，二是连接这些点以形成三角形的边界；x、y值表示点的位置，z值表示该点的海拔高度，由构成三角形的三个点的x、y和z值可计算得每个三角形的坡度和坡向TIN数据结构包括三角形编号、每个邻接三角形的编号和数据文件，数据文件列表显示点、边界以及每个高程点的x、y和z值。2．区域在简单的线和面上建立起来的区域数据模型由区域层和区域组成区域数据模型特征：区域层可以重叠或涵盖相同的范围一个区域可以有分离或者隔开的部分在ARC/INFO中区域层视为一个多边形图层中的亚类区域数据结构由两个基本元素组成：区域和弧段关系区域和多边形关系3．动态分段动态分段模型联合图层与线性量测系统诸如里程标志系统而形成高级对象。ARC/INFO对该模型使用区段、路径和事件等基本元素。