環境信息系統的GIS基礎南京信息工程大學環境科學與工程學院本部分分為6講第1講地理信息系統（GIS）導論第2講空間信息基礎第3講空間數據模型第4講空間數據采集與處理第5講地理信息系統空間分析原理與方法第6講地理信息可視化寄地理信息系統產品輸出第3講空間數據模型引子：GIS描述的方法現實世界的方法——矢量與柵格第一節地理關系矢量數據模型（傳統）第二節柵格數據模型第三節基于對象數據模型第四節矢量柵格數據的比較與轉化GIS描述現實世界的方法現實世界矢量表示柵格表示地理信息系統地理信息的數字化表示方法常用的空間數據結構XYijx1y1x2y2xiyixn

yn矢量數據結構(隱式表示)柵格數據結構(顯式表示)隱式表示隱式表示：由一系列定義了始點和終點的線及某種連接關系來描述，線的始點和終點坐標定義為一條表示椅子形式的矢量，線之間的指示字，告訴計算機怎樣把這些矢量連接在一起形成椅子，隱式表示的數據為：

椅子的屬性——一系列矢量——連接關系

矢量數據模型（隱式）ID，屬性碼，（x1,y1)ID，屬性碼，（x2,y2)ID，屬性碼，（x1,y1),(x2,y2)…(x5,y5)12345123456789ID，屬性碼，（x1,y1),(x2,y2)…(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

矢量結構是通過記錄坐標的方式來表示點、線、面等地理實體。特點：定位明顯，屬性隱含。獲取方法：

(1)手工數字化法；

(2)手扶跟蹤數字化法；

(3)數據結構轉換法。矢量數據結構矢量空間數據模型顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點)，為使計算機認識這些像元描述的是某一物體而不是其它物體。注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號、數字、灰度值來顯示。則得到椅子的簡單數據結構為：

椅子的屬性——符號／顏色——像元x點線面對于柵格數據結構點：為一個像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。柵格數據結構：坐標系與描述參數Y：列X：行西南角格網坐標（XWS，YWS）格網分辨率柵格結構是以規則的陣列來表示空間地物或現象分布的數據組織，組織中的每個數據表示地理要素的非幾何屬性特征。特點：屬性明顯，定位隱含。獲取方法：

(1)手工網格法；

(2)掃描數字化法；

(3)分類影像輸入法；

(4)數據結構轉換法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322柵格數據結構2431111135111111311111131111113111311333333柵格數據的表示方法——顯式0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，2，0，0，0，0，0，4，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，0，0，0，0，3，0，0，5，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，3，0，0，地理關系數據模型是用圖形文件存儲空間數據，用關系數據庫存儲屬性數據來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式；一般用要素的標號或標識碼鏈接。地理關系矢量數據模型分為簡單矢量數據模型（Shapefile數據結構）拓撲矢量數據模型（coverage數據結構）；第一節地理關系矢量數據模型只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關系。用點、線和面等幾何對象表示簡單的空間要素。存儲：獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成一簡單矢量數據模型標識碼屬性碼空間對象編碼唯一連接幾何和屬性數據數據庫獨立編碼點:(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn

,yn

)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點位字典點:點號文件線:點號串面:點號串點號XY1112223344………n5566存儲方法1簡單矢量數據模型——點實體編碼基本結構比例方向線指針與線相交的角度比例方向字體排列x,y坐標其它非幾何屬性建立和顯示數據庫聯系的屬性簡單點——符號文本點——字符結點——符號統一標識類別或系列號點類型簡單點文本點結點點實體編碼線實體編碼唯一標示碼線標示碼起始點終止點坐標對序列顯示信息非幾何屬性2簡單矢量數據模型——線實體編碼基本內容多邊形環路法樹狀索引編碼法拓撲結構編碼法由多邊形邊界的x,y坐標隊集合及說明信息組成對所有邊界點數字化，將坐標對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯系，以線索引與各多邊形相聯系形成完整的拓撲結構3簡單矢量數據模型——面實體編碼面實體編碼多邊形環路法ⅠⅡⅢⅣⅤ123456789101112131415P1P2P3P1x1，y1；x2，y2；x3，y3；x4，y4；

x5，y5；x6，y6；P2x7，y7；x8，y8；

x9，y9；x10，y10；

x11，y11；x5，y5；x6，y6P3x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ12345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3點文件點號坐標

1x1，y1

2x2，y2

15x15，y15……樹狀索引法ⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P312345656567891012131415ⅠⅡⅢⅣ線號起點終點點號

Ⅰ656,1,2,3,4,5Ⅱ56

5,6

Ⅲ

6

56,7,8,9,10,11,5

Ⅳ121312,15,14,13樹狀索引法多邊形文件多邊形號邊界線號

1Ⅰ，Ⅱ2Ⅱ，Ⅲ

3ⅣⅠⅡⅢⅣ123456789101112131415P1P2P3ⅠⅡP1P3P2ⅡⅢⅣ樹狀索引法1、點文件點號坐標1x1,y12、線文件:線文件是以線段為記錄單位

線號左多邊形

右多邊形

起點終點L210P1P22101234567891011

1213

1415PPP3、面文件面號線號P1L210,L109…關聯鄰接關聯連通拓撲關系明確在DIME中做如下改進：將以線段為記錄單位改為以弧段為單位鏈狀雙重獨立式編碼

又稱雙重獨立地圖編碼DIME(Dual

lndependentMapEncoding)是美國人口調查系統所采用的編碼方法。它通過有向編碼建立了多邊形、邊界、節點之間的拓撲關系，DIME是一種拓撲編碼結構，是其它拓撲編碼結構的基礎。拓撲結構編碼——雙重獨立式編碼線號左多邊形右多邊形起點終點aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92這種數據結構除了通過線文件生成面文件外，還需要點文件

拓撲結構編碼——雙重獨立式編碼

鏈狀雙重獨立式編碼是DIME編碼的一種改進。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點的序號及相鄰的面域來表示，而在鏈狀數據結構中，將若干直線段合為一個弧段（或鏈段），每個弧段可以有許多中間點。在鏈狀雙重獨立式編碼中，主要有四個文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標文件、結點文件。注意：要徹底解決鄰域和島狀信息處理問題必須建立一個完整的拓撲關系結構，這種結構應包括以下內容：唯一標識，多邊形標識，外包多邊形指針，鄰接多邊形指針，邊界鏈接，范圍（最大和最小x、y坐標值）。采用拓撲結構編碼可以較好地解決空間關系查詢等問題，但增加了算法的復雜性和數據庫的大小。矢量編碼最重要的是信息的完整性和運算的靈活性，這是由矢量結構自身的特點所決定的，目前并無統一的最好的結構編碼方法，在具體工作中應根據數據的特點和任務的要求而靈活設計。拓撲結構編碼——鏈狀雙重獨立式編碼1、弧段坐標文件：弧段號坐標系列（串)Ax2,y2；X10,y10；…2、弧段文件：鏈—面，鏈—結點關系

弧段號

左多邊形

右多邊形

起點終點AP1P2251234567891011

1213

1415PPP3、面文件:面號弧段號

P1A,B,-C4、點拓撲文件：結點—鏈關系

點號

弧段號

2A,B,D在拓撲結構中，多邊形（面）的邊界被分割成一系列的線（弧、鏈、邊）和點（結點）等拓撲要素，點、線、面之間的拓撲關系在屬性表中定義，多邊形邊界不重復。

拓撲結構編碼——鏈狀雙重獨立式編碼弧段文件弧段號 起始點 終結點 左多邊形 右多邊形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C弧段坐標文件弧段號 點號 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31多邊形文件多邊形號弧段號周長面積中心點坐標

A h,b,a

B g,f,c,h,-j

C j D e,i,f

E e,i,d,b

拓撲結構編碼——鏈狀雙重獨立式編碼鏈狀雙重獨立式編碼的特點：

拓撲關系明確，也能表達島信息，而且以弧段為記錄單位，滿足實際應用需要。因為一般數字化一條街道時，必然有許多中間點，但我們在做空間分析是卻沒有必要以這些中間點所組成的折線為研究對象，而應以整條弧段（某條街道）為研究對象.

被一些成熟的商品化軟件采用，如ARC/INFO軟件。

例：ARC文件：二進制文件:弧段號點數坐標串

在GIS數據輸入中，建拓撲是指給圖形數據（點、線、面）增加拓撲結構，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中輸入圖形后，需用BUILD建圖形拓撲，具體生成許多文件，如AAT，PAT等.INFO：屬性表.如AAT（ArcAttributeTable）用戶標識碼，表明地物類型當圖形數據修改、刪除、增加點、線、面要素后，其拓撲關系也發生改變，所以，需重新建拓撲?；《翁朥SER_IDLPOLYRPOLYFROM_NODETO_NODE其它屬性:（名稱)4簡單矢量數據模型特征數據結構簡單，直觀，主要用于顯示、輸出及一般查詢；便于系統的維護和更新。公共邊重復存儲，存在數據冗余，難以保證數據獨立性和一致性。處理嵌套多邊形比較麻煩5Arcgis軟件Shape文件數據模型Shape文件將空間要素的圖形及屬性信息以非拓撲的形式存儲在數據集中。要素的幾何形狀數據存儲成為具有矢量坐標的圖形。Shape文件數據模型是非拓撲的數據庫模型。因此，在數據顯示速度上比較快，數據的編輯也比較容易實現。通過編程的方式很容易實現對Shape文件的存取操作。這一特性是其優點，也是缺點。5Shape文件數據模型特點：基于其非拓撲性，可以使文件迅速顯示出來。簡單要素類型：點、線、面分別存儲。一個Shape文件中只能存儲一種類型的要素。Shape文件的構成一個Shape文件至少包括一個主文件、一個索引文件及一個dBASE

數據表文件Shape文件示例： .SHP主文件Mainfile: counties.shp貯存地理要素的幾何數據.SHX

索引文件Indexfile: counties.shx，貯存圖形要素索引信息，用于查詢.DBF

dBASE

數據表文件:counties.dbf

，貯存要素屬性信息的dBASE文件.PRJ投影參數文件:counties.prj1拓撲關系的關聯表達:顯式表示(a)多邊形、弧段、結點（自上而下）（b）結點、弧段、多邊形（自下而上）

二拓撲矢量數據模型多邊形弧段

P1

a4a5a6

P2

a1a8a5

P3

a3a6a7

P4

a2a7a8弧段結點a1N1N2a2N2N4a3N4N5a4N1N5a5N1N3a6N3N5a7N3N4a8N2N3弧段左多邊形右多邊形a10P2a20p4a30p3a4p10a5p2p1a6p3p1a7p4p3a8p4p2結點弧段N1a1a4a5N2a1a2a8N3a5a6a7a8N4a2a3a7N5a3a4a6優點：數據結構緊密、拓撲關系明確，便于空間數據的拓撲查詢和拓撲分析如網絡分析；更能確保數據質量和強化GIS分析。缺點：數據結構復雜，不便于系統的維護和更新，對單個實體的操作效率不高，如增加、刪除、修改一個實體時涉及一系列的文件和數據庫表格；2GIS中建立拓撲關系的優缺點3拓撲編輯過程——總步驟1）以弧為基本單元進行數字化，記錄其坐標值，形成坐標數據；2）由坐標數據提取弧和結點數據；3）由結點、弧及坐標數據產生表達面實體拓撲關系的數據。

柵格數據模型是以規則的陣列來表示空間地物或現象分布的數據組織，組織中的每個數據表示地理要素的非幾何屬性特征。特點：屬性明顯，定位隱含。表示連續現象獲取方法：

(1)手工網格法；

(2)掃描數字化法；

(3)分類影像輸入法；

(4)數據結構轉換法。8888888888888888888888888888888888888888888881111111111111122222222222322第二節柵格數據模型一柵格數據模型要素點：表示為單個像元。線：在一定方向上連接成串的相鄰像元的集合。面：由聚集在一起的相鄰像元的集合。四方向相鄰和八方向相鄰像元值和像元大小X：列Y：行西南角格網坐標（XWS，YWS）像元大小格網方向A.OBC中心點法重要性法長度占優法面積占優法混合像元的處理方案一方案二：縮小柵格單元的面積二柵格數據類型衛星影像USGS的數字高程模型（DEM）非USGS的數字高程模型全球數字高程模型數字正射影像二值掃描文件數字柵格圖圖形文件特定GIS軟件的柵格數據（grid）三柵格數據結構逐個像元編碼（完全柵格編碼）游程編碼(Run_lengthEncoding)鏈狀編碼(chainEncoding)塊狀編碼四叉樹編碼(quarter_treeEncoding)壓縮編碼1逐個像元編碼（完全柵格編碼）將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數行從左到右而偶數行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。

02255555222225550000033322223355002333550033335300033333000033330，2，2，5，5，5，5，5；2，2，2，2，2，5，5，5；2，2，2，2，3，3，5，5；0，0，2，3，3，3，5，5；0，0，3，3，3，3，5，3；0，0，0，3，3，3，3，3；0，0，0，0，3，3，3，3；0，0，0，0，0，3，3，3。由起點位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個后續點相對其前繼點的可能的8個基本方向之一表示。8個基本方向自0°開始按逆時針方向代碼分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長度默認為一個柵格單元。2、鏈碼12345076001076701100鏈碼編碼：

2，2，6，7，6，0，6，5123450760500000000500000000000000500000000550000000500000050000000000000鏈碼編碼示例3、游程長度編碼(1)只在各行（或列）數據的代碼發生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復的次數；0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿行方向進行編碼：(0，1），（2，2），（5，5）；（2，5），（5，3）；（2，4），（3，2），（5，2）；（0，2），（2，1），（3，3），（5，2）；（0，2），（3，4），（5，1），（3，1）；（0，3），（3，5）；（0，4），（3，4）；（0，5），（3，3）。3、游程長度編碼（2）逐個記錄各行（或列）代碼發生變化的位置和相應代碼。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333沿列方向進行編碼：(1，0），（2，2），（4，0）；（1，2），（4，0）；（1，2），（5，3），（6，0）；（1，5），（2，2），（4，3），（7，0）；（1，5），（2，2），（3，3），（8，0）；（1，5），（3，3）；（1，5），（6，3）；（1，5），（5，3）。

4、塊碼采用方形區域作為記錄單元，數據編碼由初始位置行列號加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333（1，1，1，0），（1，2，2，2），（1，4，1，5），（1，5，1，5），（1，6，2，5），（1，8，1，5）；（2，1，1，2），（2，4，1，2），（2，5，1，2），（2，8，1，5）；（3，3，1，2），（3，4，1，2），（3，5，2，3），（3，7，2，5）；（4，1，2，0），（4，3，1，2），（4，4，1，3）；（5，3，1，3），（5，4，2，3），（5，6，1，3），（5，7，1，5），（5，8，1，3）；（6，1，3，0），（6，6，3，3）；（7，4，1，0），（7，5，1，3）；（8，4，1，0），（8，5，1，0）。

5、四叉樹編碼

是根據柵格數據二維空間分布的特點，將空間區域按照4個象限進行遞歸分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的數值單調為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。四叉樹分解，各子象限大小不完全一樣，但都是同代碼柵格單元組成的子塊，其中最上面的一個結點叫做根結點，它對應于整個圖形。不能再分的結點稱為葉子結點，可能落在不同的層上，該結點代表子象限單一的代碼，所有葉子結點所代表的方形區域覆蓋了整個圖形。從上到下，從左到右為葉子結點編號，最下面的一排數字表示各子區的代碼。為了保證四叉樹分解能不斷的進行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數，n＋1是四叉樹最大層數或最大高度0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北柵格數據壓縮編碼總括AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點行列號，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈式編碼游程長度編碼逐行編碼數據結構:行號,屬性,重復次數1,A,4,R,1,A,4塊狀編碼正方形區域為記錄單元數據結構:初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,4,1,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼逐個柵格編碼：簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）；鏈碼：壓縮效率較高，以接近矢量結構，對邊界的運算比較方便，但不具有區域性質，區域運算較難；游程長度編碼：在很大程度上壓縮數據，又最大限度的保留了原始柵格結構，編碼解碼十分容易，十分適合于微機地理信息系統采用；塊碼和四叉樹編碼：具有區域性質，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進行大量圖形圖象運算，效率較高，是很有前途的編碼方法。一、基于對象數據模型二、GeoDatabase數據模型三、拓撲規則第三節基于對象數據模型一基于對象數據模型基于對象數據模型把空間要素的空間數據和屬性數據都儲存于同一個系統中允許一個空間要素與一系列屬性和方法相聯系。類：相似屬性的對象。共性和特殊性原則來歸并和區分對象。類間關系：聯合、合成、聚合、類繼承和實例化二 GeoDatabase數據模型GeoDatabase是geographicdatabase的簡寫，是一種采用標準關系數據庫技術來表現地理信息的數據模型。是ArcGIS軟件中最主要的數據庫模型。Geodatabase支持在標準的數據庫管理系統（DBMS）表中存儲和管理地理信息。Geodatabase支持多種DBMS結構和多用戶訪問，且大小可伸縮。從基于MicrosoftJetEngine的小型單用戶數據庫，到工作組，部門和企業級的多用戶數據庫，Geodatabase都支持。目前有兩種geodatabase結構：個人Geodatabase

和多用戶Geodatabase(multiusergeodatabase)。GeoDatabase有兩種實現形式一種是基于Access數據庫文件的實現形式另一種是通過ArcSDE空間數據庫引擎，在Oracle、SQLServer等RDBS中實現的可支持分布式處理的形式在Geodatabase數據庫模型中，可以將圖形數據和屬性數據同時存儲在一個數據表中，每一個圖層對應這樣一個數據表。Geodatabase可以表達復雜的地理要素（如，河流網絡、電線桿等）。比如：水系可以同時表示線狀和面狀的水系。ArcCatalog的Geodatabase中所提供的創建拓撲規則，主要是用于進行拓撲錯誤的檢查，其中部分規則可以在所設容差內對數據進行一些修改調整。建立好拓撲規則后，就可以在ArcMap中打開由拓撲規則所產生的文件，根據錯誤提示對SHAPE圖層進行修改。三拓撲規則

（一）Geodatabase中如何創建拓撲規則

對ArcGIS的Geodatabase而言，能為包含在要素集中的一個或多個要素類定義拓撲。它可以為多點、線和多邊形要素類定義拓撲。拓撲作為一系列用于空間關系的完整性規則，有一些重要的屬性：一個群組容限（clustertolerance，容差），要素類等級（rank，對坐標精度而言），錯誤（error，違規）和你所定義的規則（rules）的任何異常情況。（一）Geodatabase中如何創建拓撲規則在9.0版中，ArcCatalog包含一個拓撲向導來選擇參與拓撲的要素類，并定義它們的屬性。創建拓撲規則具體步驟如下：創建一個新的geodatabase（個人數據集）在其下創建一個featuredataset(要素集)，并為該要素集定制坐標系統創建featureclass(要素類)或將其它數據作為要素類導入到該要素集下進入到該要素集下，在窗口右邊空白處單擊右鍵，在彈出的右鍵菜單中有new->topolopy按所給提示操作，設定合適容差，添加一些所需拓撲規則，若導入的要素類為多個圖層，還需為圖層劃分等級，接著就可完成拓撲規則的檢查最后在ArcMap中打開由拓撲規則產生的文件，利用topolopy工具條中給出的錯誤記錄信息進行修改執行拓撲規則產生的文件

（二）geodatabase的拓撲規則

1.mustnothavedangle：線，不能有懸掛節點2.mustnothavepseudo-node：線，不能有偽節點3.mustnotoverlay：線，不能有線重合（不同要素間）4.mustnotselfoverlay：線，一個要素不能自覆蓋5.mustnotintersect：線，不能有線交叉（不同要素間）6.mustnotselfintersect：線，不能有線自交叉7.mustnotintersectortouchinterrior：線，不能有相交和重疊8.mustbesinglepart：線，一個線要素只能由一個path組成9.mustnotcoveredwith：線＋線，兩層線不能重疊10.mustbecoveredbyfeatureclassof：線＋線，兩層線完全重疊11.endpointmustbecoveredby：線＋點，線層中的終點必須和點層的部分（或全部）點重合12.mustbecoveredbyboundaryof：線＋多邊形，線被多邊形邊界重疊13.mustbecoveredbyendpointof：點＋線，點被線終點完全重合14.pointmustbecoveredbyline：點＋線，點都在線上具體規則包括：⑴線topology（二）geodatabase的拓撲規則

1.mustnotoverlay：單要素類，多邊形要素相互不能重疊2.mustnothavegaps：單要素類，連續連接的多邊形區域中間不能有空白區（非數據區）3.containspoint：多邊形＋點，多邊形要素類的每個要素的邊界以內必須包含點層中至少一個點4.boundarymustbecoveredby：多邊形＋線，多邊形層的邊界與線層重疊（線層可以有非重疊的更多要素）5.mustbecoveredbyfeatureclassof：多邊形＋多邊形，第一個多邊形層必須被第二個完全覆蓋（省與全國的關系）6.mustbecoveredby：多邊形＋多邊形，第一個多邊形層必須把第二個完全覆蓋（全國與省的關系）7.mustnotoverlaywith：多邊形＋多邊形，兩個多邊形層的多邊形不能存在一對相互覆蓋的要素8.mustcovereachother：多邊形＋多邊形，兩個多邊形的要素必須完全重疊9.areaboundarymustbecoveredbyboundaryof：多邊形＋多邊形，第一個多邊形的各要素必須為第二個的一個或幾個多邊形完全覆蓋10.mustbeproperlyinsidepolygons：點＋多邊形，點層的要素必須全部在多邊形內11.mustbecoveredbyboundaryof：點＋多邊形，點必須在多邊形的邊界上(2)多邊形topology利用拓撲查錯Geodatabase里建立的拓撲用來捕捉要素的幾何形體，檢查結點是否在群組容限內，以及是否有違規。拓撲首先是捕捉要素的結點，這些結點在考慮等級的要素類的群組容限范圍以內。如果要素的結點在這個范圍外，則視為違規，都會在驗證過程中被發現并標記為錯誤。完整的錯誤列表可以在ArcCatalog和ArcMap的拓撲屬性中看到。在ArcMap中拓撲中的錯誤和異?？梢栽趫D上顯示出來，也可以在錯誤探測器中列出。然后用戶可根據錯誤提示對圖層要素進行修改。三Geodatabase數據模型的優點

具有面向對象技術；提供一個存儲和管理不同GIS數據的便利框架。更多的地圖圖層——非常多的圖層能存放在一個單一的數據庫中。改善的數據完整性——你可以為數據指定合適的拓撲規則。更多的數據建模機會——大量可能的空間約束可以應用到你的數據上。避免了空間和屬性要素間協同的復雜性，減少了數據處理的工作量。矢量結構柵格結構第四節矢量柵格數據的比較與轉化一、矢量與柵格數據結構的比較優點缺點矢量數據結構1.便于面向現象(土壤類、土地利用單元等)；

2.數據結構緊湊、冗余度低；

3.有利于網絡分析；

4.圖形顯示質量好、精度高。1.數據結構復雜；

2.軟件與硬件的技術要求比較高；

3.多邊形疊合等分析比較困難；

4.顯示與繪圖成本比較高。柵格數據結構1.數據結構簡單；

2.空間分析和地理現象的模擬均比較容易；

3.有利于與遙感數據的匹配應用和分析；

4.輸出方法快速，成本比較低廉。1.圖形數據量大；

2.投影轉換比較困難；

3.柵格地圖的圖形質量相對較低；

4.現象識別的效果不如矢量方法。矢量+柵格（1）矢量+柵格（2）二、矢量、柵格數據結構選擇柵格結構:

大范圍小比例尺的自然資源、環境、農林業等區域問題的研究。

在GIS建立過程中，應根據應用目的和應用特點、可能獲得的數據精度以及地理信息系統軟件和硬件配置情況，選擇合適的數據結構。矢量結構：城市分區或詳細規劃、土地管理、公用事業管理等方面的應用。三、相互轉換算法矢量結構與柵格結構的相互轉換，是地理信息系統的基本功能之一，目前已經發展了許多高效的轉換算法；但矢柵轉換，特別是掃描圖像的自動識別，仍然是目前研究的重點。對于點狀實體，每個實體僅由一個坐標對表示，其矢量結構和柵格結構的相互轉換基本上只是坐標精度變換問題，不存在太大的技術問題。線實體的矢量結構由一系列坐標對表示，在變為柵格結構時，除把序列中坐標對變為柵格行列坐標外，還需根據柵格精度要求，在坐標點之間