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第一章 矢量数据模型

矢量数据模型，也称为离散对象模型，是用离散的几何对象来表示地球表面的空间要素。基于这一概念，矢量数据可以通过三个基本步骤进行准备和管理。

3.1 简单要素的表示

矢量数据模型通过点、线和面等几何对象来表示简单的空间要素。这些集合对象的区别在于它们的维度和性质：

• 点：维数为0，仅有位置性质。
• 线：维数为1，除位置外还包含长度特性。
• 面：维数为2，除位置外还包含面积和周长等二维性质。

3.2 拓扑

拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变换下保持不变的性质。在GIS中，矢量数据可以是拓扑的，也可以是非拓扑的，这取决于是否建立了对象之间的空间关系。

3.2.1 拓扑统一地理编码格式（TIGER）

TIGER是一种拓扑统一的地理编码格式，常用于表示地理区域的边界。它能够确保数据的完整性和一致性。

3.2.2 拓扑的重要性

拓扑具有以下三个主要优点：

3.3 地理关系数据模型

地理关系数据模型将空间数据和属性数据存储在两个独立的系统中：

• “地理”：存储空间数据，例如Coverage。
• “关系”：存储属性数据，例如关系数据库。

两者通过要素标识码（ID）进行关联，确保空间和属性数据的同步更新。

3.3.1 Coverage

Coverage支持以下三种拓扑关系：

3.3.2 Coverage 数据结构

• 点的Coverage仅包含ID和坐标信息。
• 线的Coverage由弧段构成，每个弧段有始节点和终节点。
• 面的Coverage定义多边形和弧段之间的关系。

3.3.3 非拓扑矢量数据

Shapefile是非拓扑矢量数据的典型表示方式。多边形文件中，共享边界的要素会有重复的弧段，并可能存在重叠。

3.4 基于对象数据模型

基于对象数据模型将空间数据和属性数据存储在同一个系统中，通过类和类之间的关系来实现数据的关联。

3.4.1 类与类之间的关系

类之间的关系主要包括：

• 联合（Association）：两个类之间有多种对应关系。
• 聚合（Aggregation）：定义类之间的整体与部分关系。
• 合成（Composition）：描述部分无法独立于整体存在的联合。
• 类继承（Type inheritance）：父类和子类之间的关系。
• 实例化（Instantiation）：类实例的创建。

3.4.2 接口

接口定义类或对象的一系列外部操作，例如方法调用。

3.4.3 Geodatabase

Geodatabase是基于对象矢量数据模型的典型实现，支持拓扑规则和等级结构，能够高效地组织和管理空间数据。

3.4.4拓扑规则

Geodatabase提供即时拓扑规则，可根据要素类的需求进行动态处理。

3.4.5 Geodatabase 数据模型的优点

3.5 复合要素的表示

一些空间要素可以通过复合点、线和面的方式进行表示，以更好地满足实际应用需求。

3.5.1 不规则三角网（TINs）

不规则三角网通过一组互不重叠的三角面近似表示地表。每个三角面的切斜度保持恒定，不规则三角网能够适应不同地形的复杂性。

3.5.2 分区

分区是指具有相似特征的地域范围，通过逐步细化形成等级分区模型。

3.5.3 路径

路径是具有度量系统的线要素，常用于表示诸如高速公路、河流等空间要素。

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