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1、经典空间数据模型,按照空间属性的组织形式及空间数据库的实现方式不同，矢量模型可分为地图分层模型、超图模型、面向对象模型和基于约束的模型等四大类 ：,经典空间数据模型,以“结点-弧段-多边形”拓扑关系为基础的数据模型，面向整个空间区域，以基本几何元素点、线、多边形为数据组织单元，以点、线、多边形的拓扑关系为中心来组织和存储几何数据。存储复杂的拓扑关系，没有重视具有完整地理含义和独立意义的地理实体作为个体存在的事实。,经典空间数据模型,Back,一、地理实体模型 （空间目标模型、实体几何模型） 二、专题地图矢量模型 （路径拓扑模型、 网络拓扑模型、NODE模型、网络模型） 三、矢/栅混合数据模型
2、（苏森古特二叉树、 矢/柵一体化模型） 四、变焦数据模型 五、基于现象的超图数据模型 （概念、模型、 基本实体表示、复合实体表示）,地理实体模型（空间目标模型1）,一、空间目标模型 空间目标是表达空间记录的逻辑数据单位，主要特征是均质性。空间目标可能是一个具有完整地理含义的地理实体，也可能是一个地理实体的组成部分，还可能既是一个地理实体又是另一个地理实体的组成部分。一个空间目标主要表达的信息：,1、标识：区分一个实体与另一个实体。 2、分类信息：分类体系和分类码，定义、区分实体，描述类别或含义。 3、几何信息：描述地理实体的位置、形状和大小等。 4、几何类型：说明地理实体的形状属于哪种几何类型
3、。 5、地名信息：地理实体的命名字符串及参考定位点等，具有标识作用。 6、组成关系：复合对象与成分对象的组成关系。 7、数量/质量特征：地理实体的各种主题属性。 8、文字描述信息：地理实体的文字描述信息。,地理实体模型（空间目标模型2）,表达一个空间目标的形状与大小、数量与质量特征的信息结构称为空间目标模型，也称微观模型，用目标头来定义。,Back,地理实体模型（实体集合模型1）,二、实体集合模型 描述地理空间的宏观结构，表达地理实体或空间目标之间的分类关系、定位关系、拓扑关系。 （一）分类关系 地理实体之间的一种类别层次关系。按地理分类体系对实体进行分类，为每个类别分配一个分类编码，这种分类
4、编码构成一个分类层次树，反映地理实体的类别和等级归属关系。通常按照国家基本地形图图示规定的分类标准+专业分类标准进行分类，地理实体的分类关系是一种层次模型。如果不同的地理实体在空间上发生部分共位现象，则将地理实体划分为多个空间目标，空间目标间的分类关系是一种网状模型。,地理实体模型（实体集合模型2）,（二）定位关系 描述地理实体或空间目标的空间位置分布。采用一种面向位置的数据结构，用近似方法表示地理实体或空间目标间的接近度，目的是实现定位检索。首先用一定的方法（如正方形方格网）划分空间，建立空间索引，每个索引单元中记录位于或穿过该单元的地理实体的关键字，用一定的数据结构（如变长指针或位图法）组
5、织索引单元。 （三）拓扑关系 拓扑关系通常存储在几何数据模型之中。,Back,专题地图矢量模型（路径拓扑1）,路径拓扑模型的主要特点是将二维空间要素（多边形）的边界作为独立的一维要素（边）来单独处理，将一维要素看作一条路经，只考虑一维要素内部点和线的连接关系（路径拓扑），不考虑二维要素之间的相邻关系（网络拓扑）。,专题地图矢量模型（路径拓扑2）,一、面条模型（Spaghetti Model） 无拓扑关系的、冗余的矢量逻辑模型。图3-16为图3-15中多边形网络对应的面条模型，各多边形的边界以坐标串方式记录，坐标串和多边形间不必相互对应，所有拓扑关系都根据需要来计算，难以实现对多边形的操作。这种
6、模型可以毫无限制的将异类对象点、线、面混合存储，且容许多条折线在平面中相交，数据库中不显式存储各折线的交点。,专题地图矢量模型（路径拓扑3）,二、多边形模型（Polygon Model） 多边形模型也叫“多边形环路法”，“面域边界法”或“独立实体法”。 将多边形的边界点坐标以多边形为单位独立记录，每个多边形的编码与存贮毫不顾及相邻的多边形，图3-17为图3-15中多边形网络对应的多边形模型。每个多边形很容易被识别和提取，但两个相邻多边形的共用边界均获取与存贮两次，增加了数据的存储量，会产生裂隙或重叠。没有建立各个多边形实体之间的拓扑关系。,专题地图矢量模型（路径拓扑4）,三、点/字典模型（Po
7、int Dictionary Model） 点/字典模型是对多边形模型的一种改进，它记录多边形边界上各点的编码，以数据字典形式记录各点的坐标值，通过字典可实现点编码到点坐标间的转换，图3-18为图3-15中多边形网络对应的点/字典模型。由于相同点坐标的唯一性，不会产生“裂片”，但公共边界上点的编码仍被记录两次。克服了多边形之间可能出现的裂隙与重叠，但仍没建立多边形间必要的拓扑关系。,专题地图矢量模型（路径拓扑5）,四、链点字典模型 (Chain/Point Dictionary Model） 链点字典模型（3-19）记录构成每个多边形的链、构成每条链的点及每个点的坐标值。点字典实现所有点编码到
8、点坐标的转换，每条公共边作为一个独立边由一个点号序列来定义，每个多边形由边序列来定义。,Back,专题地图矢量模型（网络拓扑1）,对路径拓扑模型的改进与完善，强调多边形之间关系的描述。 一、DIME数据模型 GBFDIME(Geographic Base FileDual IndePendent Map Encode 地理基础文件/双独立坐标地图编码系统)是美国人口调查局在人口调查基础上发展的地理信息系统，形成于1969年，对空间数据模型和结构发展有很重要的贡献，具有典型性。,专题地图矢量模型（网络拓扑2）,DIME文件的概念基础是图论，DIME模型通过直线段序列显式存储拓扑关系，基本元素是由
9、两个顶点定义的直线线段。复杂曲线由一系列逼近曲线的直线线段表示，对每条直线段、每个顶点和结点都唯一标识。直线的各端点有坐标，每条直线段有起点与终点，直线段两侧有左右多边形。,专题地图矢量模型（网络拓扑3）,二、POLYVRT数据模型(Po1ygon Convertor) 多边形转换器(Po1ygon Convertor)由哈佛大学计算机图形及空间分析实验室（Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis) 研制和发展。是一种改进的简单拓扑模型，在数据处理等方面比DIME模型效率高。POLYVRT模型的基本元素是“链段”，链段由任意多个
10、顶点（形状特征点）构成，这些顶点的序列表示了链段的几何形状。链段两端为结点，链段两侧有两个多边形区域。,专题地图矢量模型（网络拓扑4）,POLYVRT由链段和结点文件构成，链段中不仅存贮了描述多边形形状的几何信息，还存贮了构成多边形的各元素（面域、链段和结点）之间的拓扑关系，另外，还为每个多边形建立了一个环绕其边界的链段目录表。以链段为基础的POLYVRT系统是当今各种图形数据结构的基本骨架。,专题地图矢量模型（网络拓扑5）,三、TIGER模型 TIGER（Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing System）系
11、统是美国人口调查局将GIS技术应用于人口调查的典范。美国人口调查从早期借助地图的人工走访（1950年以前），经地理信息支撑初步自动化的DIME阶段（1980年前后），到地理信息支撑高度自动化的TIGER系统。其中DIME文件是由数百人单独完成的，彼此之间缺乏一致性检测，而TIGER系统能确保人口调查数据的精确性和一致性。 一、TIGER的详细含义 T（拓扑Topologically）：用科学的方法描述地图上点和线的相关性。 I（集成 Integrated）：TIGER是一个数据库系统，将地图信息、GBF/DIME文件和地理区域联系文件集成在一起，防止不同文件间的不一致和错误。 G（地理 Geo
12、graphic）：表达了TIGER的空间定位含义。TIGER文件是用来表示地球表面上的地理要素或区域的技术方法，TIGER系统的主要目的是确保这些要素或区域既不重复也不遗漏。 E（编码 Encoding）：把地理信息存贮到TIGER系统中，以数据形式存在。 R（参考Referencing）：TIGER系统确保对地球表面上的要素能自动地存取协调一致的信息，TIGER模型是世界上最大的集成数字地理数据库。,专题地图矢量模型（网络拓扑6）,(二)TIGER模型的整体结构 地理实体或空间目标分为 0 维元素点、1 维元素链与 2 维元素多边形。 0 维元素：两个或更多 1 维元素的交点或端点，不是中间
13、点（顶点）。 1 维元素：指连结两个 0 维元素的链，它不表达线段形状。 2 维元素：由一组联接起来的 1 维元素所形成的最小多边形区域。 TIGER模型的整体结构包含 0 维元素表、1 维元素表与 2 维元素表，及为0 维元素和 2 维元素表分别建立的索引目录（1 维元素表不含目录）。目录表与相应数据表中的记录1-1对应，目录表存储为 B树结构。,专题地图矢量模型（网络拓扑7）,(三) 0 维元素结构,专题地图矢量模型（网络拓扑8）,图3-24(b)表示了TIGER模型中 0 维元素的结构及各种联系。0 维元素有 0 维目录和 0 维元素表两文件，两文件中的纪录 1-1 对应，可从 0 维元
14、素目录进入 0 维元素表。0 维元素表通过指针与其属性表相连，0 维元素表具有指向1维元素的指针。1维元素表中通过始点和终点字段，建立了0元素与1维元素之间的拓扑关系。 四、2 维元素结构 图3-24(c)表示了TIGER模型中 2 维元素的结构及各种联系。2 维元素有 2 维目录和 2 维元素表两文件，两个文件中的纪录 1-1 对应，可从 2 维元素目录进入 2 维元素表。 2 维元素表中的记录包含一些数据字段和指针，其中一个指针指向 1 维元素表中以该 2 维元素为左侧或右侧多边形的第一个1 维元素记录，用以遍历那些环绕该 2 维元素的其它 1 维元素。如果 2 维元素表中需要存储的属性太
15、多，可建立2 维元素描述符表和其他属性表，存储不经常存取的属性，诸如形心、周长、面积或人口数等属性。图3-13(c) 表示了TIGER文件中 2 维元素的各种联系。,Back,专题地图矢量模型（网络拓扑9）,专题地图矢量模型（网络拓扑10）,五、1维元素结构 图3-24(d) 表示了TIGER文件中 1 维元素的结构及各种联系，1 维元素表示线状要素，是TIGER模型的中心元素。1 维元素表中含有指向 0 维元素表、2 维元素表、1 维元素形状表、1 维元素描述符表、甚至1维元素表内部其它记录的指针，往返和穿行于1维元素表的指针把TIGER模型的各部分集成在一起。1 维元素表包含要素属性或指向
16、属性文件的指针，常用的属性存贮在元素表中，其它属性存储在 1 维元素描述符表中。1 维元素记录还设置最小外接矩形字段，用于建立空间索引，以加快空间查询。,专题地图矢量模型（网络拓扑11）,Back,专题地图矢量模型（NODE模型）,NODE模型用结点结构来组织点、线、多边形之间的网络拓扑关系。任何一个结点有且仅有三个相邻结点，如果存在四个以上的相邻结点，则补入一个具有相同位置的虚拟结点，原结点与虚拟结点间的长度为0，以保证每个结点具有三个相邻结点的特性。每个结点都具有且仅有三条相关链和与这三条相关链相关的右多边形（按右手法则确定）。拓扑文件中记录各结点的三个相邻结点、三条相关链和三个右多边形。图3-25为NODE模型的一般形式。,Back,专题地图矢量模型（网络模型）,2、折线Polyline（1维）：几何类型为“线类型”，表示网络弧段和区域边界。呈线状分布、有确定长度，面积不重要的空间现象抽象为线，线的形状用其中心线上拐点构成的坐标串序列来表示。两相邻拐点间用直线连接叫线段或边，用曲线连接叫弧线，线段或弧线的端点叫顶点，顶点表示线的形状。有限条线段或边连接成折线（Pol
