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目标: | 了解地理信息系统中使用的矢量数据模型。 |
关键词: | 矢量、点、多段线、多边形、顶点、几何图形、比例、数据质量、符号、数据源 |
Vector data provide a way to represent real world features within the GIS environment. A feature is anything you can see on the landscape. Imagine you are standing on the top of a hill. Looking down you can see houses, roads, trees, rivers, and so on (see figure_vector_landscape). Each one of these things would be a feature when we represent them in a GIS Application. Vector features have attributes, which consist of text or numerical information that describe the features.
矢量特征的形状表示为 几何学. 几何图形由一个或多个相互连接的图形组成。 顶点. 顶点使用 X, Y 任选地 Z 轴。具有顶点的几何图形 Z
轴通常被称为 2.5D 因为它们描述的是每个顶点的高度或深度,而不是两者。
当特征的几何图形仅由一个顶点组成时,它被称为 point 特征(见插图“几何图形”点)。如果几何体由两个或多个顶点组成,并且第一个和最后一个顶点不相等,则 polyline 形成特征(参见插图“几何图形”折线图)。如果存在三个或更多顶点,并且最后一个顶点等于第一个,则为封闭的 polygon 形成特征(参见插图“几何图形”和“多边形”)。
回顾我们向您展示的景观图片,您应该能够以地理信息系统现在表示的方式看到不同类型的特征(参见插图“几何图形”和“景观”)。
在讨论点特征时,我们首先需要认识到的是,我们在地理信息系统中所描述的点是一个观点问题,并且通常取决于规模。例如,让我们看看城市。如果您有一个小比例地图(覆盖一个大区域),使用点特征来表示城市可能是有意义的。然而,当你放大地图,向更大的比例移动时,将城市边界显示为多边形更有意义。
当您选择使用点来表示特征时,主要是一个比例问题(您离特征有多远)、便利性(创建点特征比创建多边形特征花费的时间和精力更少)和特征类型(有些事情,如电话线杆,将其存储为多边形是没有意义的)。
如图中所示,点特征具有X、Y和可选的Z值。x和y值取决于 Coordinate Reference System (CRS)正在使用。我们将在后面的教程中详细介绍坐标参考系。现在,让我们简单地说,CRS是一种精确描述地球表面某个特定位置的方法。最常见的参考系统之一是 经度和纬度. 经线从北极到南极。纬度线从东向西延伸。你可以通过给某人你的经度(x)和纬度(y)来精确地描述你在地球上任何地方的位置。如果对树或电话线杆进行类似的测量并在地图上标记,则会创建一个点特征。
因为我们知道地球不是平的,所以向点特征添加z值通常很有用。这说明你在海平面以上有多高。
如果点特征是单个顶点, 多段线有两个或多个顶点. 折线是通过每个顶点绘制的连续路径,如图“几何体”折线所示。当两个顶点连接时,将创建一条线。当两个以上连接时,它们形成一条“线”,或 折线.
折线用于显示 linear features 如道路、河流、轮廓、人行道、飞行路线等。有时我们对多段线有特殊的规则,除了它们的基本几何。例如,轮廓线可能会接触(例如在悬崖表面),但不应相互交叉。同样,用于存储道路网络的多段线应在交叉口连接。在某些GIS应用程序中,您可以为特征类型(例如道路)设置这些特殊规则,并且GIS将确保这些多段线始终符合这些规则。
如果曲线多段线顶点之间的距离非常大,则可能会出现 angular 或锯齿状,取决于查看比例(参见图u polyline_jagged_uuu)。因此,将多段线数字化(捕捉到计算机中)是很重要的,因为顶点之间的距离要小于要使用数据的比例。
这个 attributes 描述折线的特性。例如,道路多段线可能具有一些属性,这些属性描述路面是用碎石还是柏油,有多少车道,是否是单行道,等等。GIS可以使用这些属性以适当的颜色或线条样式来表示折线特征。
多边形特征是 enclosed areas 像水坝,岛屿,国界等等。与折线特征一样,多边形是由一系列与连续线相连的顶点创建的。然而,因为多边形总是描述一个封闭的区域,所以第一个和最后一个顶点应该总是在同一个位置!多边形通常 shared geometry –——与相邻多边形相同的边界。许多地理信息系统应用程序能够确保相邻多边形的边界完全一致。我们将在 拓扑 本教程后面的主题。
与点和多段线一样,多边形具有 属性. 属性描述每个多边形。例如,水坝可能具有深度和水质属性。
既然我们已经描述了什么是矢量数据,那么让我们看看如何在地理信息系统环境中管理和使用矢量数据。大多数地理信息系统应用将矢量特征分组为 层. 一个图层中的要素具有相同的几何类型(例如,它们都是点)和相同的属性类型(例如,关于树木图层的树种信息)。例如,如果您已经记录了学校中所有人行道的位置,它们通常会存储在计算机硬盘上,并作为一个单独的层显示在地理信息系统中。这很方便,因为它允许您通过单击鼠标隐藏或显示GIS应用程序中该层的所有功能。
GIS应用程序将允许您在一个层中创建和修改几何数据——这个过程称为 digitising –——我们将在后面的教程中更详细地了解这一点。如果一个图层包含多边形(例如农场水坝),则GIS应用程序将只允许您在该图层中创建新的多边形。同样,如果您想更改特征的形状,应用程序只允许您在更改的形状正确的情况下进行更改。例如,它不允许您以只有一个顶点的方式编辑一条线——请记住,在我们对上面的线的讨论中,所有线必须至少有两个顶点。
创建和编辑矢量数据是GIS的一项重要功能,因为它是您可以为感兴趣的事物创建个人数据的主要方法之一。比如说你正在监测河流中的污染。您可以使用地理信息系统将雨水排放口(作为点特征)数字化。您还可以将河流本身数字化(作为折线特征)。最后,您可以读取河流沿线的pH值,并将这些读数的位置(作为点图层)数字化。
除了创建自己的数据之外,还可以获取和使用大量的自由矢量数据。例如,您可以从“首席理事会:调查和地图”获取1:50000地图页上显示的矢量数据。
地图 scale 是在地理信息系统中处理矢量数据时需要考虑的一个重要问题。当数据被捕获时,通常会从现有地图中数字化,或者从测量记录和全球定位系统设备中获取信息。地图具有不同的比例,因此,如果将地图中的矢量数据导入到地理信息系统环境中(例如通过数字化纸质地图),数字矢量数据将与原始地图具有相同的比例问题。这种效果可以在插图中看到,图中的“矢量”和“小尺度”以及“矢量”和“大尺度”。在地图比例尺选择不当时,会产生许多问题。例如,使用图中的矢量数据“矢量小尺度”规划湿地保护区,可能会导致湿地的重要部分被排除在保护区之外!另一方面,如果您试图创建一个区域地图,使用1:1000 000捕获的数据可能是很好的,这将节省您捕获数据的大量时间和精力。
在GIS应用程序中将矢量图层添加到地图视图中时,它们将以随机颜色和基本符号绘制。使用地理信息系统的一个巨大优势是,您可以非常容易地创建个性化地图。地理信息系统程序将允许您选择颜色来配合特征类型(例如,您可以告诉它用蓝色绘制一个水体矢量层)。GIS还允许您调整所使用的符号。因此,如果您有一个树点图层,您可以用一个树的小图片来显示每个树的位置,而不是地理信息系统在第一次加载图层时使用的基本圆标记(请参见插图Figure_Vector_Symbology_u、Figure_Generic_Symbology_u和Figure_Custom_Symbology_u)。
符号学是一个强大的功能,它使地图变得栩栩如生,使地理信息系统中的数据更容易理解。在下面的主题中( 向量属性数据 )我们将更深入地探索符号学如何帮助用户理解矢量数据。
在最简单的层次上,我们可以在地理信息系统应用程序中使用矢量数据,方法与使用普通地形图的方法大致相同。当你开始问这样的问题时,地理信息系统的真正力量开始显现出来,比如“在一条河的100年洪水位内有哪些房屋?”“哪里是放置医院的最佳位置,以便尽可能多的人能够方便地到达医院?”“哪个学生住在特定的郊区?”地理信息系统是一个很好的工具,可以借助矢量数据来回答这些类型的问题。一般来说,我们将回答这些类型问题的过程称为 空间分析. 在本教程后面的主题中,我们将更详细地介绍空间分析。
使用矢量数据确实有一些问题。我们已经提到了在不同尺度捕获向量时可能出现的问题。矢量数据还需要大量的工作和维护,以确保它的准确性和可靠性。当用于捕获数据的工具设置不正确、捕获数据的人不小心、时间或金钱不允许在收集过程中提供足够的细节等情况下,可能会出现不准确的矢量数据。
如果有质量较差的矢量数据,则在查看GIS中的数据时,通常可以检测到这一点。例如 slivers 当两个多边形区域的边缘不能正确相交时,就会发生这种情况(参见图“矢量条”)。
Overshoots can occur when a line feature such as a road does not meet another road exactly at an intersection. Undershoots can occur when a line feature (e.g. a river) does not exactly meet another feature to which it should be connected. Figure figure_vector_shoots demonstrates what undershoots and overshoots look like.
由于这些类型的错误,仔细和准确地数字化数据是非常重要的。在接下来的主题中 拓扑, 我们将更详细地研究其中一些类型的错误。
让我们总结一下我们在工作表中介绍的内容:
我们在图中总结了GIS矢量数据概念。
以下是一些建议,您可以尝试与您的学习者一起学习:
真实世界特征 | 合适的几何类型 |
---|---|
学校旗杆 | |
足球场 | |
学校内外的人行道 | |
水龙头位置 | |
等。 |
表向量1:创建这样的表(将“几何类型”列保留为空),并要求学习者决定合适的几何类型。
如果没有可用的计算机,可以使用地形图和透明度表向学习者显示矢量数据。
《qgis用户指南》还提供了有关在qgis中使用矢量数据的更详细信息。
在接下来的部分中,我们将仔细观察 attribute data 以了解如何使用它来描述向量特征。