CHAR2ARC INFO数据模型.docx
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CHAR2ARCINFO数据模型
第2章ARC/INFO数据模型
本章在简单分析地图表示方法的基础上，详细介绍了ARC/INFO的基本表达模型、数据组织策略和它作为拓扑结构模型的显著特点。
§2.1地图如何描述空间数据
现实世界有两种基本的地理信息：
一种是描述地理要素空间位置和几何形状的空间信息；一种是描述地理要素其他属性的描述性信息。
地图是最常用的表示空间数据的方法。
让我们先回顾一下地图有关的一些基本概念和知识。
2.1.1地图怎样表述空间信息
由一幅地图所传递的信息在图形上表示为一组地图元素。
位置信息是通过点（表示点状要素，如井和电线杆位置）、线（表示线状要素，如水系、管道和等高线等）、面（表示面状要素，如湖、县域和人口调查片等）来表示的。
点状要素：
一个点状要素由一个单一位置表示，它规定这样一个地图目标，其整个界线或形状太小以至不能表现为一条线和面状要素。
通常用一个特殊符号或标识号来描绘一个点位。
线状要素：
一个线状要素是一组有序坐标，连接起来表示线形地图目标。
它们太窄而不能显示为一个面，或者可能是一个没有宽度的要素，如等值线。
面状要素：
一个面状要素是一个封闭的图形，其界线包围一个同类型区域，如州、县区域和水体区域。
2.1.2地图怎样表达描述性信息
地图用符号和标记来表示描述性信息。
下面列举了一些地图表示描述性信息的常用方法。
（1）道路采用不同线宽、线型颜色和标识号进行描述，用以表示不同道路的类型；
（2）水流和水体绘成蓝颜色；
（3）机场位置以专门的示意符号表示；
（4）山峰标上它们的高程；
（5）市区图标出街道名字。
2.1.3地图如何表示空间关系
地图要素之间的空间关系也是以图形表示于一幅地图上，这要依靠读者解释它们。
例如，观察一幅地图可以确定一个城市是否邻近湖泊，确定沿某条道路两个城市间的相对距离及两者间的最短路径，识别最近的医院以及开车去的街道。
由周围的等高线可以确定一个湖泊的相对高程，等等。
这类信息并不是明显地表示在地图上，但是，你可以由地图来派生或解释出这些空间关系。
在GIS中，这类空间关系是用拓扑结构来描绘的。
拓扑结构定义特征间的相互连接，或者可以把一种特征，如一个面定义为一组其他特征（线）来表示。
§2.2空间信息在计算机中的表示
地球表面的特征都可以绘制到一个由点、线、面组成的平面的二维地图上。
利用笛卡尔坐标系，地面上的位置可用以X，Y坐标表示在地图上。
这样，空间信息就可以用计算机来表示。
在计算机中，每个点用X，Y坐标记录，线用一组有序的X，Y坐标来记录，面用一组线段（这些线段构成一个封闭区域）的X，Y坐标来记录。
“多边形”这一术语即来源于此，它的意思是“具有多条边的图形”。
有了X，Y坐标，你就可以用一组坐标而不是一张图片或图形来表示点、线和多边形了。
y-axis
10
5
x-axis
51015
例如，在图2.1中：
2,3可用于表示一个点的位置；2,63,65,79,1013,1215,12可用于表示一条线；5,35,46,57,48,49,311,310,28,27,15,3可用于表示一个多边形。
值得注意的是，在多边形的表示中，多边形的第一个坐标和最后一个坐标总是相同的，因为多边形总是封闭的。
从概念上说，这些坐标对序列表示了地图要素是如何作为一组X，Y数字存贮在计算机中的（“数字化”这一术语就是由此用来表示地图数据的自动化输入的）。
上述坐标都是以英寸或厘米这种纸面大小的单位来表示的，而地图通常是执照实际的地球坐标存贮的。
在这个例子中，实际的地球坐标是用一种叫做统一横轴墨卡托投影（UTM）的坐标系统来测量的，单位为米。
2.2.1多种特征的表示
对单一特征的坐标存贮是容易理解的。
如果具有多种特征，就需要对每一特征给定一个序号，或叫做“用户标识号”。
每一特征的坐标可以用与每一特征的坐标对序列有关的一个序号来表示，图2.2是特征的计算机表示的一个实例。
Point点序号x,y坐标
+1
+3
+2+4
12,4
23,2
35,3
46,2
Lines（Arcs）线序号x,y坐标
1
2
11,53,66,57,6
21,13,36,27,3
Polygons多边形序号x,y坐标
1
2
12,42,53,64,53,4
2,4
23,23,34,35,46,2
5,14,14,23,2
图2.2特征的计算机表示
2.2.2计算机中描述性数据的表示
与地图特征有关的描述性属性，在计算机中的存贮方式是与坐标的存贮方式相似的。
属性是以一组数字或字符的形式存贮的。
例如，表示道路的一组线的属性包括：
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=未铺完道路
路面材料：
混凝土
柏油
砾石
路面宽度：
以英尺丈量
行车道数：
计数
道路名称：
每条道路的名字
这些描述码是按照预先定义的格式，作为一组数值存放在计算机中的。
例如：
2Concrete524N.MainSt
这就是干线公路
（2）的属性，即长2715.5英尺，路面材料为混凝土，路宽52英尺，有4个行车道，道路名称为“N.MainStreet”。
还可以用另一形式列出这些数据。
例如：
ROAD-TYPE
LENGTH
PAVEMT-TYPE
WIDTH
LANES
NAME
2
2715.5
Conrete
52
4
NMainSt
如果有多种特征，那么每一种特征都需要存贮一组属性。
为了使属性与特征之间建立关系，需要对属性存贮一个与坐标相关的同一序号。
例如，在下图所示的地图上的一组道路具有坐标X,Y，它们被存贮在一组记录中，其属性也被存贮在相对应的一组计算机的记录块中。
4
6
123
5
ROADS特征坐标
ROADS#
X,Ypairs
1
3,5
5,5
2
5,5
8,5
3
8,5
11,5
4
6,9
5,8
5,7
5,6
5,5
5
5,5
4,4
4,1
6
8,5
8,7
特征属性
ROADS#
ROAD-TYPE
SURFACE
WIDTH
LANES
NAME
1
2
Asphalt
48
4
NMainST
2
2
Asphalt
48
4
NMainST
3
2
Asphalt
48
4
NMainST
4
1
Concrete
60
4
Highway42
5
1
Concrete
60
4
Highway42
6
4
Asphalt
32
2
ElmST
图2.3坐标记录与属性记录的关联
§2.3ARC/INFO的表达模型
2.3.1地理数据库
ARC/INFO描述两类地理数据——空间数据和属性数据。
这些数据组织在一个地理数据库中。
为了能有效地利用数据，在地理数据库中，不同类型的数据按照不同结构存贮。
属性数据存贮在数据库中，地理特征按信息的类型和主题组织为一些层次，每层称为一个Coverage。
2.3.2Coverage
Coverage是ARC/INFO的基本存贮单元，它是地图某个专题的地理特征的空间信息的逻辑集合。
通常一个Coverage只描述一种类型的地图要素，如道路、居民区、土壤单元、森林分布等。
Coverage是地理关系模型的体现，它同时包含指定区域内地理特征的位置数据和属性数据，并可以实现它们的有效连接。
Coverage通常按照要素类型和地理主题来划分。
通常，某个地理区域的同一个主题的同类型的地理要素可以组织成一个层。
例如，一幅地图常常划分为道路、水系、植被、地形和居民地等主题，同一个主题的地理要素又需要根据地理类型进一步细分。
例如，水系要素可以分成面状水系要素和线状水系要素。
因此，一幅地图常常被划分成面状水系、线状水系、点状居民地、面状居民地以及面状植被和点状植被等Coverage来存贮。
本章最后将更详细地讨论这个问题。
2.3.3地理特征
在ARC/INFO中，地理特征是描述Coverage的最基本的数据单位。
最常见的地理特征类型包括弧（arc），结点（node），标识点（labelpoint）和多边形（polygon），除此之外，还有一些其他特征类型。
例如，道路、河流Coverage由线状特征（弧）构成，地块Coverage由面状特征（多边形）构成。
这些特征类型可以看成是对现实世界地理现象的高度抽象和概括。
表2.1简单地描述了ARC/INFO提供的每个特征类型和它们模拟的地理现象。
表2.1ARC/INFO提供的主要特征类型
特征类型
含义（表示）
地理实例
弧
线状特征，用一组X,Y坐标表示
道路、河流、管道
结点
线状特征上的点，用出现在ARC端点的X,Y坐标表示
交通灯、电线杆
标识点
点位置，用一对X,Y坐标表示
井、建筑物
多边形
面状特征
居民点、土壤单元、人口统计片
控制点
地理配准和控制
数字化时用于配准
注记
特征注记
街道名称、土壤名称
链接
图形伸缩与调整
用于图幅接边、特征接合和数据调整
路网
线性特征
公共交通路线
路段
定义路网特征
------
地理范围
定义地理范围
------
§2.4数据组织
2.4.1Coverage的存贮
在ARC/INFO中，每个Coverage以一个目录、目录下包含一组文件的形式存贮在计算机中，目录名就是Coverage名。
每个文件包括关于该Coverage某种特征类型的某类信息的描述。
存贮在Coverage中的这组文件的种类和目录随Coverage中特征类型的不同而变化。
一些最常见的Coverage文件包括AAT（弧属性表）、ARF（弧坐标和拓扑关系表）、ARC（弧相互对照文件）、BND（Coverage最小最大坐标文件）、CNT（多边形中心点表）、LAB（标识点坐标表）、LOG（Coverage或工作空间的历史文件）和MSK（编辑区配准模式文件）。
图2.4是一个典型的Coverage的存贮结构。
图中，Soils、Streams、Roads和Sewers都是工作区下的Coverage，图2.4详细列出了SoilsCoverage的全部文件。
可以看出，Soils是一个目录名，Coverage即以此命名，目录下包含描述该Coverage的一组文件。
tattyp
OtherCoverages
SOILS.TIC
SOILS.BND
SOILS.PAT
SOILS.TATTYP
ROADS.TIC
（Andsoon）
图2.4一个典型的Coverage的存贮结构
2.4.2特征属性表（FAT）
特征属性表分为点属性表（PAT）、弧属性表（AAT）、结点属性表（NAT）和多边形属性表（PAT）。
当为Coverage构造拓扑结构时，特征属性表由系统自动生成。
此时特征属性表包括它的标准数据项（如图2.5所示），这些数据项由系统定义，其中存放了系统生成的拓扑特征和几何特征，用户不得随意更改。
点特征属性表
Area
Perimeter
Cover#
Cover-ID
面特征属性表
Area
Perimeter
Cover#
Cover-ID
线特征属性表
FNode#
TNode#
LPoly#
RPoly#
Length
Cover#
Cover-ID
图2.5特征属性表的标准数据项
对于不同的特征类型，特征属性表的内容也有所不同，但它们有一些共同的性质：
（1）特征属性表是INFO数据文件。
（2）每个特征在特征属性表中占据一行或一个记录。
（3）对于一组空间数据，可以有不止一个特征属性表。
例如，对于一个街区图，这个Coverage可以有多边形特征属性表和弧特征属性表。
2.4.3特征标识号及其作用
Coverage由表示某种主题的多边形、线或点要素组成。
这些要素需要进行标识，ARC/INFO引入了两种数值标识号。
它们是
#——内部顺序号（系统分配）；
-ID——用户标识号（用户指定）。
在ARC/INFO中，它们分别命名为Cover#和Cover-ID。
其中，Cover要以某个具体的Coverage名字替代。
例如，对于名为Roads的Coverage，其道路特征的内部顺序号和用户标识号分别命名为Roads#和Roads-ID。
内部顺序号（Cover#）是由系统为特征分配的流水号。
具体来说，它是包含特征数据的数据文件中的记录序号。
顺序号对于建立拓扑结构很重要，更为重要的是，ARC/INFO正是通过内部顺序号实现了地理特征和属性数据之间的连接。
通常，内部顺序号由ARC/INFO自动产生和管理，对于每个要素它们是唯一的。
用户一般不要轻易改变特征的内部顺序号。
4
6
123
5
ROADS特征坐标
ROADS#
X,Ypairs
1
3,5
5,5
2
5,5
8,5
3
8,5
11,5
4
6,9
5,8
5,7
5,6
5,5
5
5,5
4,4
4,1
6
8,5
8,7
特征属性
ROADS#
ROAD-TYPE
SURFACE
WIDTH
LANES
NAME
1
2
Asphalt
48
4
NMainST
2
2
Asphalt
48
4
NMainST
3
2
Asphalt
48
4
NMainST
4
1
Concrete
60
4
Highway42
5
1
Concrete
60
4
Highway42
6
4
Asphalt
32
2
ElmST
图2.6内部顺序号把坐标记录和属性记录连接在一起
用户标识号是由用户给每个特征指定的一个整数标识符，以便用来区别和标识同一类特征的各个实体。
用户标识号一般也要求唯一。
因为在ARC/INFO对Coverage的许多操作中，可能要借助用户标识号把特征的某些属性与特征的属性表或空间信息联系起来。
前面已经提到过，ARC/INFO采用Coverage的数据模型。
Coverage模型的特色在于它能将图形（空间）数据和表格（属性）数据有机地连为一体，这种连接就是通过为每个特征指定一个唯一的内部顺序号实现的。
后面的章节我们会详细地讨论这一点。
概括地说，这种连接有以下特点：
（1）特征的内部顺序号物理地存贮在两个位置。
一个位置是在包含特征位置数据（如X,Y坐标）的文件中，另外一个位置则是在特征属性表对应特征的记录中。
（2）Coverage的特征和特征属性表的记录通过内部顺序号建立了一一对应关系。
（3）这种连接由ARC/INFO自动产生和维护。
图2.6中，坐标记录和属性记录共享一个元素——特征内部顺序号。
内部顺序号把特征的坐标和属性连接在起，在坐标记录和属性记录之间维持一一对应关系。
一旦这种联系已经建立，你可以通过地图查询属性信息或者根据特征属性表中存贮的属性信息来绘制地图。
§2.5ARC/INFO支持的特征类型
下面，我们要进一步讨论ARC/INFO支持的主要特征类型。
着重介绍它们的数据结构和实现方式。
这是ARC/INFO数据模型的核心部分。
2.5.1弧
弧表示线性特征，多边形的边界或两者同时表示（见图2.7）。
由弧表示的线状要素有长度，没有面积，例如等高线；或者可以是长而窄的特征，它的宽度在给定的地图比例尺下不明显，例如街道。
（1）弧线坐标数据
ARC/INFO在弧线输入系统（如数字化）时记录和存贮坐标信息，写入ARC文件中。
每条弧线在ARC文件中有一个记录，每个记录中包含弧线的用户标识符、位置和形状信息（由一组坐标定义）以及起始结点和终止结点。
如果Coverage包含多边形特征，ARC文件中还包含左右多边形内部顺序号，否则，左右多边形号置为0。
（2）弧线属性数据
弧线属性数据由ARC/INFO生成，存贮在弧属性表AAT中。
弧属性表包含7个标准数据项，用户以后可以增加其他关于弧的描述性数据到此表中。
这7个标准属性数据项是：
Fnode#——弧的起始结点的内部顺序号；
Tnode#——弧的终止结点的内部顺序号；
Lpoly#——弧左边多边形的内部顺序号，如果无多边形拓扑结构，置为0；
Rpoly#——弧右边多边形的内部顺序号，如果无多边形拓扑结构，置为0；
Length——弧的长度（用Coverage单位表示）；
Cover#——内部顺序号；
Cover-ID——用户标识号。
2.5.2结点
弧的端点或弧的交点称为结点（见图2.8）。
结点有两种不同的用途：
①用作弧段的拓扑结构元素。
例如，起始点和终止结点定义弧线的数字化方向。
②结点用来表示网络中的相交特征。
例如，在一个输电网络中的电杆位置。
这种情况下，结点用来表示沿线性特征出现的点的位置。
3
201918
7641
53233
3635348
45
STREET.NAT
RECNO
ARC#
STREET#
STREET-ID
NUM_ARCS
1
7
1
3
1
2
1
2
18
1
3
4
3
19
1
4
6
4
20
1
5
1
5
33
3
6
2
6
34
2
7
3
7
35
3
8
5
8
36
3
9
8
9
45
1
NODE特征NODE属性表
图2.8结点特征的数据表示
（1）结点坐标数据
结点坐标数据不明显地存贮，而是作为弧的起点和终点存贮在ARC文件中。
（2）结点属性数据
结点属性数据存贮在结点属性表NAT（在为结点Coverage生成拓扑结构时由ARC/INFO生成）中，它包含3个标准数据项。
用户以后可以增加其他关于结点的描述性数据到此表中。
这3个标准数据项是：
ARC#——在结点位置交会的弧线的最小内部顺序号；
Cover#——内部顺序号；
Cover-ID——用户标识号。
2.5.3标识点
标识点（见图2.9）表示点要素，或用于给多边形指定用户标识。
每个标识点都用一对X,Y坐标和一个用户标识符来描述。
如果表示点要素（如井位、电话亭、电线杆或山峰），标识点的X,Y坐标就是该要素所在的位置；如果标识多边形，则标识点可在多边形内部任何位置。
在后一种情况下，点的精确位置就不重要了。
Y
7+1
6+37
5
4
3+24
2+5+4
1+28
0X
012345678
坐标信息
WELL_ID
X
Y
1
1
7
37
3
6
28
5.4
1
24
3
3
5
1.8
2
4
7
2
WELL_PAT
RECNO
AREA
PERIMETER
WELL#
WELL-ID
WELL_CODE
1
0
0
1
1
10
2
0
0
2
37
20
3
0
0
3
28
10
4
0
0
4
24
30
5
0
0
5
4
30
6
0
0
6
5
20
POINT特征POINT属性表
图2.9点特征的数据表示
标识点的两个用途是相互独立的，换句话说，对任何一个特定的Coverage，标识点要么表示点要素，要么标识一个多边形，不能两者同时表示。
（1）标识点坐标数据
标识点坐标数据存贮在LAB文件中，每个标识点在LAB中有一个记录，记录该标识点的X,Y坐标和一个用户标识号。
LAB中每个标识点的记录号用作标识点的内部顺序号。
（2）标识点的属性数据
标识点属性数据存贮在点属性表PAT中。
它包含4个标准数据项，用户以后可以增加其他关于标识点的描述性数据到此表中。
这4个标准数据项是：
Area——该值为0；
Perimeter——该值为0；
Cover#——内部顺序号；
Cover-ID——用户标识号。
注意，点和多边形属性表都称为PAT，且有相同的数据格式。
尽管这样，两者不难区别，因为，点属性表的Area的Perimeter数据项的值总为零。
2.5.4多边形
多边形表示面状特征。
一个多边形由一组拓扑结构上组成多边形边界的弧线及位于多边形内的一个标识点来定义（见图2.10）。
标识点用来给用户指定一个用户标识号。
多边形常用来表示州、国家、人口统计片、土壤单元、居民区和土地利用区等。
+1272+1271
LANDUSE.PAT
RECONE
AREA
PERIMETER
LANDUSE#
LANDUSE-ID
LUCODE
1
-205083.647
8259.42037
1
0
2
241117.08072
2014.93519
2
1272
AGE
+1581
+1838
+1285
+1835+1837
3
243411.74367
2022.87122
3
1271
AGR
4
75947.52161
1620.94453
4
1581
VAC
5
1378978.3671
6195.87668
5
1285
AGR
6
68441.32721
1071.41379
6
1038
RES
7
24652.33079
648.36701
7
1835
RES
8
18283.27748
570.49583
8
1837
RES
Polygon特征Polygon属性表
图2.10多边形特征数据表示
（1）多边形坐标数据
多边形不直接存贮坐标信息，多边形的坐标信息作为弧和标识点坐标数据存贮在ARC文件和LAB文件中。
多边形通过拓扑结构来定义。
PAL（polygonarclist）由组成多边形边界的所有弧线和结点的一个列表来定义每个多边形，每个多边形在PAL中有一个记录，第一个记录总是用来定义外部的或背景多边形，PAL的记录号指定为每个多边形的内部顺序号；CNT文件存贮每个多边形标识点和内部顺序号；ARC文件包含弧线的坐标信息；LAB文件包含标识点的坐标信息。
必要时，可以用来构造一个多边形（例如，当填充多边形时）。
系统能记录多边形包含多于一个标识点的情况。
这时，可能带来的问题是没有系统的方法知道哪个标识点最终用来指定多边形的用户标识号（记住，标识点的用户标识号用来指定多边形的用户标识号）。
每个多边形在CNT中有一个记录，它保存每个多边形全部标识点的列表。
系统总是用该表中的第一个标识点来指定多边形的用户标识号。
（2）多边形属性数据
多边形属性数据存贮
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