2_04矢量GIS的数据模型与结构
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该记录的左右多边形字段的值。 ▪ 顺序连接及呼应检测；必要时作记录顺序调整。
⑹ 关系模型与关系数据库 p.120
▪ 关系模型是基于集合论的关系（relation）概念的数据模型。 （E.F. Codd ，1970）
▪ 关系数据结构：元组与属性、关系、码 ▪ 关系的三类完整性约束 ▪ 关系操作与SQL语言
▪ 1NF：当且仅当关系表的记录没有重复的属性（字段值）， 则称该表处在1NF之中。
▪ 违例：关系R1 ={学号，姓名，系别，选修课程}
2NF 与 3NF
▪ 2NF：当关系表满足1NF的条件，且每一个非主键值完全函 数依赖于主键值，则称该表处在2NF之中。
▪ 3NF：当关系表满足2NF的条件，同时非主键值彼此独立， 则称该表处在3NF之中。
⑷ 拓扑关系的表达 Connectivity p.33
▪ 连通性：指弧在节点彼此连接
拓扑关系的表达 Area definition
▪ 区域定义：环绕一个区域的弧定义一个多边形；0 指明其后 的弧定义了多边形的内部边界(岛屿或洞)
拓扑关系的表达 Contiguity
▪ 邻接性：弧的左右侧多边形相邻
⑸ 平面增强过程
5800
1464
100000
7182
100000
4456
130000
6184
120000
3299
160000
4191
150000
8838
▪ 关系 R 是定义在笛卡儿乘积D1×D2×…×Dn 之上的元组的集合。
码（关键字 key）
▪ 候选码（candidate key）为关系中能唯一地标识每个元组的某一属性 或属性组。
个范式（Normal Form）
Alias Pen
Column name Pen (line) style setting
之中。
Brush Font Symbol
Brush (fill) style setting Font (text) style setting Symbol (point-marker) style setting
ID常设定为 0 ）。
点坐标文件
弧段-点索引文件
弧段文件
节点文件
多边形文件
平面增强（基于Mapinfo）的步骤
▪ 弧段交点计算 ▪ 更新弧段目标 ▪ 生成 Vertex、Polyline_Vertex、Polyline的始终点、 Node 表 ▪ 确定 Polyline 的左右多边形 ▪ 过头线、断头线的编辑 ▪ 生成 Polygon 表
拓扑编辑功能 p.39
多边形连接编辑
▪ 编辑多边形P1，使组成P1的弧段顺序连接且闭合。 ▪ 若组成P1的弧段顺序连接但不闭合、或存在多余记录，则表示这些记
录需要改正。 ▪ 算法步骤：
▪ 从左、右多边形字段中选择含有P1值的记录。 ▪ 若左多边形字段中有P1值，则将其与同记录的右多边形字段中的值交换；且
▪ 2-Cell （多边形）： ▪ 指每一组相连的 1-Cell构成的闭合区域；且不包括任何不 属于该区域边界的1-Cell。
平面增强前的数据特点
▪ 面条结构 ▪ 两个相邻的多边形可能重叠，或
分离 ▪ 多边形不闭合 ▪ 过头（Overshoot）线 ▪ 缩头（Undershoot）线 ▪ ……
平面增强的结果
么做”。
SQL语言
▪ SQL（ Structured Query Language）为标准化的关系数据库语言。 1981年由IBM公司最先推出，至1986年为美国国家标准协会（ANSI） 正式发布。
▪ 不同RDBMS系统的SQL的细节有区别，但大同小异。故学会了 SQL 的用户，只要查一下具体系统的用户说明书，均能操作自如；而用 SQL 编写的程序，其操作和运行结果是相同的。
▪ 如：Local SQL是美国 SQL-92标准的的一个子集， 适用于dBASE、Paradox、 和FoxPro数据库表格。
⑺ 关系表及其结
构
▪ 关系表由行列组成：
▪ 行 = 元组 = 记录（record） ▪ 列 = 属性 = 字段（field）
主键
▪ 主键为关系表的标识（identifier）字段，或字段组合；
the length of the string, in bytes); fixed-length strings
bytes, up are padded
with trailing blanks
性，关系表始终应规范化。 Logical
TRUE or FALSE, stored in 1 byte: zero=FALSE, non-zero=TRUE Date, stored in four bytes: two bytes for the
使用点或有向线段构成的图形
元素来描述地理空间。
▪ 该模型假设现实世界是空的空
间，离散分布着各类地理实体。
▪ 实体可被表达为有点、线、多
边形等目标。
▪ 目标模型：{e, a, s, t}
▪ 一定区域里某一类实体的集合，称专题（theme）。每个专题的所有
实体，其属性在区域内呈现地理变化。
⑵ 面条结构
p.37
如果关系表满足规定的条 Date
year, one byte for the month, one byte for the day
件集合，则称该表处在某 Object
Graphical object (Point, Region, Line, Polyline, Arc, Rectangle, Rounded Rectangle, Ellipse, Text, or Frame)
▪ 0-Cells 或是孤立的点，或是邻接一个或多个1-Cells 的节点。
▪ 所有的1-Cells ，恰好结束于两个0-Cells。 ▪ 相邻的两个0-Cells之间的每个线段被指定为一个1-Cell。 ▪ 所有的1-Cells 恰好位于两个2-Cells 之间。 ▪ 线段两两之间的区域被指定为单个2-Cell（制图区以外的区域也是一个2-Cell，其
▪ 但空间属性为二进制数据流，空间语义不清，对空间查询与分析无益。 关系操作在此失效。
▪ 对空间数据的操作必须在RDBMS外实现。这方面的功能，ArcInfo 提 供了空间数据库引擎（SDE）。MapInfo 提供了Spatialwere。
3NF的违例： ⑼ 基本操作：投影
▪ 选出感兴趣的字段，并生成一张新表
基本操作：选择
▪ 选出满足条件的记录，并生成一张新表。
▪ 条件：（库存量＞ 0） and （单价≥ 50）
基本操作：连接
▪ 从两个表格中选出满足连接条件的对应行， 组合成新表。
▪ 连接条件：产品.产品ID=定单明细.产品ID
⑽ 空间与属性数据的 连接
▪ 每个目标表示为一对或一对以上顺序排列的（ x, y ）坐标组 成的记录
▪ 缺点：空间关系隐含；相邻边界两度存储
▪ 优点：有利于显示与硬拷贝输出
⑶ 拓扑结构 p.38
▪ 仅存储点的（x,y） 坐标。线段（弧）由节点与形态点组成， 多边形由线段组成
▪ 优点：坐标仅存储一次；有利于空间分析 ▪ 缺点：输出效率略低于面条结构
▪ 主码（primary key）为一个关系的候选码之一。主码中的各属性为主 属性。
▪ 在最简单的情况下，只有一个候选码，并只包含一个属性；如上表中 的“省名”属性。
完整性约束 p.121
▪ 实体完整性规则：主属性不能取空值。 ▪ 参照完整性规则 ：外码值或是某一关系某个元组的主码值，或取空
值。
▪ 如有学生（学号，专业号，班长，…）和专业（专业号，专业名）两个关系， 学生关系中专业号的取值，或为空（未定专业），或为专业关系中专业号的值。
必须一致，且有相同的值。
▪ 如：
▪ Grade关系中的课程ID是引用Course关系的外键； ▪ Course中的先修课程ID是引用本关系主键的值的外键。
关系表格的结构
▪ 关系表的结构指字段名及其数据类型。
▪ 注意Access的数据类型 Variable Type
Description
MapInfo 数据类型 SmallInt Integer
⑻ 关系表的规范化： Float
Whole numbers from -32767 to 32767 (inclusive); stored in 2 bytes Whole numbers from -2,147,483,647 to +2,147,483,647 (inclusive); stored in 4 bytes Floating point value; stored in eight-byte IEEE format
▪ 平面增强（plane enforcement）是为了解决空间数据中存在 的数据不完整性而提出的一组规则。
▪ 通过平面增强过程，使数据规范化，使点、线段和多边形之 间形成拓扑关系。
平面增强的规则
▪ 0-Cell（节点）： ▪ 指线段的端点和两条线段的交点。
▪ 1-Cell （弧）： ▪ 指两个相连的 0-Cell 之间的线段。
▪ 混合数据模型（Hybrid Data Model）
▪ 在一张关系表与一个数据文 件之间建立起联系，使一个空 间目标的唯一的ID与一条关 系数据表的记录相对应。
空间与属性数据的连接
▪ 集成数据模型（Integrated Data Model）
空间与属性数据的连接
▪ 空间数据连同属性数据都以关系表格文件形式存储，并由RDBMS统 一管理，可利用其管理机制保证了较好的数据一致性、安全性、并发 控制和事务管理。
⒋ 矢量GIS的数据模型与结构
▪ 矢量数据模型的概念 ▪ 面条结构 ▪ 拓扑结构 ▪ 拓扑关系的表达 ▪ 平面增强过程与拓扑关系生成 ▪ 关系模型与关系数据库 ▪ 关系表及其结构 ▪ 三级范式 ▪ 基本操作 ▪ 空间数据与属性数据的连接
⑹ 关系模型与关系数据库 p.120
▪ 关系模型是基于集合论的关系（relation）概念的数据模型。 （E.F. Codd ，1970）
▪ 关系数据结构：元组与属性、关系、码 ▪ 关系的三类完整性约束 ▪ 关系操作与SQL语言
▪ 1NF：当且仅当关系表的记录没有重复的属性（字段值）， 则称该表处在1NF之中。
▪ 违例：关系R1 ={学号，姓名，系别，选修课程}
2NF 与 3NF
▪ 2NF：当关系表满足1NF的条件，且每一个非主键值完全函 数依赖于主键值，则称该表处在2NF之中。
▪ 3NF：当关系表满足2NF的条件，同时非主键值彼此独立， 则称该表处在3NF之中。
⑷ 拓扑关系的表达 Connectivity p.33
▪ 连通性：指弧在节点彼此连接
拓扑关系的表达 Area definition
▪ 区域定义：环绕一个区域的弧定义一个多边形；0 指明其后 的弧定义了多边形的内部边界(岛屿或洞)
拓扑关系的表达 Contiguity
▪ 邻接性：弧的左右侧多边形相邻
⑸ 平面增强过程
5800
1464
100000
7182
100000
4456
130000
6184
120000
3299
160000
4191
150000
8838
▪ 关系 R 是定义在笛卡儿乘积D1×D2×…×Dn 之上的元组的集合。
码（关键字 key）
▪ 候选码（candidate key）为关系中能唯一地标识每个元组的某一属性 或属性组。
个范式（Normal Form）
Alias Pen
Column name Pen (line) style setting
之中。
Brush Font Symbol
Brush (fill) style setting Font (text) style setting Symbol (point-marker) style setting
ID常设定为 0 ）。
点坐标文件
弧段-点索引文件
弧段文件
节点文件
多边形文件
平面增强（基于Mapinfo）的步骤
▪ 弧段交点计算 ▪ 更新弧段目标 ▪ 生成 Vertex、Polyline_Vertex、Polyline的始终点、 Node 表 ▪ 确定 Polyline 的左右多边形 ▪ 过头线、断头线的编辑 ▪ 生成 Polygon 表
拓扑编辑功能 p.39
多边形连接编辑
▪ 编辑多边形P1，使组成P1的弧段顺序连接且闭合。 ▪ 若组成P1的弧段顺序连接但不闭合、或存在多余记录，则表示这些记
录需要改正。 ▪ 算法步骤：
▪ 从左、右多边形字段中选择含有P1值的记录。 ▪ 若左多边形字段中有P1值，则将其与同记录的右多边形字段中的值交换；且
▪ 2-Cell （多边形）： ▪ 指每一组相连的 1-Cell构成的闭合区域；且不包括任何不 属于该区域边界的1-Cell。
平面增强前的数据特点
▪ 面条结构 ▪ 两个相邻的多边形可能重叠，或
分离 ▪ 多边形不闭合 ▪ 过头（Overshoot）线 ▪ 缩头（Undershoot）线 ▪ ……
平面增强的结果
么做”。
SQL语言
▪ SQL（ Structured Query Language）为标准化的关系数据库语言。 1981年由IBM公司最先推出，至1986年为美国国家标准协会（ANSI） 正式发布。
▪ 不同RDBMS系统的SQL的细节有区别，但大同小异。故学会了 SQL 的用户，只要查一下具体系统的用户说明书，均能操作自如；而用 SQL 编写的程序，其操作和运行结果是相同的。
▪ 如：Local SQL是美国 SQL-92标准的的一个子集， 适用于dBASE、Paradox、 和FoxPro数据库表格。
⑺ 关系表及其结
构
▪ 关系表由行列组成：
▪ 行 = 元组 = 记录（record） ▪ 列 = 属性 = 字段（field）
主键
▪ 主键为关系表的标识（identifier）字段，或字段组合；
the length of the string, in bytes); fixed-length strings
bytes, up are padded
with trailing blanks
性，关系表始终应规范化。 Logical
TRUE or FALSE, stored in 1 byte: zero=FALSE, non-zero=TRUE Date, stored in four bytes: two bytes for the
使用点或有向线段构成的图形
元素来描述地理空间。
▪ 该模型假设现实世界是空的空
间，离散分布着各类地理实体。
▪ 实体可被表达为有点、线、多
边形等目标。
▪ 目标模型：{e, a, s, t}
▪ 一定区域里某一类实体的集合，称专题（theme）。每个专题的所有
实体，其属性在区域内呈现地理变化。
⑵ 面条结构
p.37
如果关系表满足规定的条 Date
year, one byte for the month, one byte for the day
件集合，则称该表处在某 Object
Graphical object (Point, Region, Line, Polyline, Arc, Rectangle, Rounded Rectangle, Ellipse, Text, or Frame)
▪ 0-Cells 或是孤立的点，或是邻接一个或多个1-Cells 的节点。
▪ 所有的1-Cells ，恰好结束于两个0-Cells。 ▪ 相邻的两个0-Cells之间的每个线段被指定为一个1-Cell。 ▪ 所有的1-Cells 恰好位于两个2-Cells 之间。 ▪ 线段两两之间的区域被指定为单个2-Cell（制图区以外的区域也是一个2-Cell，其
▪ 但空间属性为二进制数据流，空间语义不清，对空间查询与分析无益。 关系操作在此失效。
▪ 对空间数据的操作必须在RDBMS外实现。这方面的功能，ArcInfo 提 供了空间数据库引擎（SDE）。MapInfo 提供了Spatialwere。
3NF的违例： ⑼ 基本操作：投影
▪ 选出感兴趣的字段，并生成一张新表
基本操作：选择
▪ 选出满足条件的记录，并生成一张新表。
▪ 条件：（库存量＞ 0） and （单价≥ 50）
基本操作：连接
▪ 从两个表格中选出满足连接条件的对应行， 组合成新表。
▪ 连接条件：产品.产品ID=定单明细.产品ID
⑽ 空间与属性数据的 连接
▪ 每个目标表示为一对或一对以上顺序排列的（ x, y ）坐标组 成的记录
▪ 缺点：空间关系隐含；相邻边界两度存储
▪ 优点：有利于显示与硬拷贝输出
⑶ 拓扑结构 p.38
▪ 仅存储点的（x,y） 坐标。线段（弧）由节点与形态点组成， 多边形由线段组成
▪ 优点：坐标仅存储一次；有利于空间分析 ▪ 缺点：输出效率略低于面条结构
▪ 主码（primary key）为一个关系的候选码之一。主码中的各属性为主 属性。
▪ 在最简单的情况下，只有一个候选码，并只包含一个属性；如上表中 的“省名”属性。
完整性约束 p.121
▪ 实体完整性规则：主属性不能取空值。 ▪ 参照完整性规则 ：外码值或是某一关系某个元组的主码值，或取空
值。
▪ 如有学生（学号，专业号，班长，…）和专业（专业号，专业名）两个关系， 学生关系中专业号的取值，或为空（未定专业），或为专业关系中专业号的值。
必须一致，且有相同的值。
▪ 如：
▪ Grade关系中的课程ID是引用Course关系的外键； ▪ Course中的先修课程ID是引用本关系主键的值的外键。
关系表格的结构
▪ 关系表的结构指字段名及其数据类型。
▪ 注意Access的数据类型 Variable Type
Description
MapInfo 数据类型 SmallInt Integer
⑻ 关系表的规范化： Float
Whole numbers from -32767 to 32767 (inclusive); stored in 2 bytes Whole numbers from -2,147,483,647 to +2,147,483,647 (inclusive); stored in 4 bytes Floating point value; stored in eight-byte IEEE format
▪ 平面增强（plane enforcement）是为了解决空间数据中存在 的数据不完整性而提出的一组规则。
▪ 通过平面增强过程，使数据规范化，使点、线段和多边形之 间形成拓扑关系。
平面增强的规则
▪ 0-Cell（节点）： ▪ 指线段的端点和两条线段的交点。
▪ 1-Cell （弧）： ▪ 指两个相连的 0-Cell 之间的线段。
▪ 混合数据模型（Hybrid Data Model）
▪ 在一张关系表与一个数据文 件之间建立起联系，使一个空 间目标的唯一的ID与一条关 系数据表的记录相对应。
空间与属性数据的连接
▪ 集成数据模型（Integrated Data Model）
空间与属性数据的连接
▪ 空间数据连同属性数据都以关系表格文件形式存储，并由RDBMS统 一管理，可利用其管理机制保证了较好的数据一致性、安全性、并发 控制和事务管理。
⒋ 矢量GIS的数据模型与结构
▪ 矢量数据模型的概念 ▪ 面条结构 ▪ 拓扑结构 ▪ 拓扑关系的表达 ▪ 平面增强过程与拓扑关系生成 ▪ 关系模型与关系数据库 ▪ 关系表及其结构 ▪ 三级范式 ▪ 基本操作 ▪ 空间数据与属性数据的连接
