数据管理篇
25
第7章MAPGIS7.0基本概念
7.1GIS体系演变
随着人们对空间信息认识的逐步深入，以及相关需求的迅速增长，GIS的应用不论在深度还是
广度上都以迅猛的势头发展。与此同时，GIS技术的研究和开发也有了长足的进步。但是，当前的
GIS软件与日益提高的社会需求相比，还存在着明显的差距。在数据组织与处理模式方面，仍然沿
袭地图处理的模式，而不是面向真实的地理实体；不同尺度不同来源的空间对象之间缺乏互动关系；
对三维空间数据和时序数据还缺乏有效的处理手段；在网络和分布式系统组成方面，还没有实现真
正意义下的RPC和“对等”的工作模式；GIS功能共享和互操作问题尚未解决，以系统为中心的问
题没有得到根本的克服。
随着计算机网络技术的发展，J2EE和.net技术的日趋成熟，以单一系统或网络为核心向全球信
息网格(GIG)体系发展,GIS的横向也相应向空间信息网格(SIG)体系发展。随着计算机组件技术的发
展，特别是分布式服务组件技术日趋成熟，在纵向上,GIS朝着三层、多层结构体系发展。
“多层结构、空间信息网格(SIG)”的核心是：“面向服务”。“面向服务”的提出，使以往的“共
享”、“异构数据互操作”渐渐得以解决。同时解决了“海量空间数据在互联网上调用速度问题”、“不
同系统之间数据不通问题”，因为从用户角度来说，它不考虑数据只要服务。因此，管理数据的软件
必须提供数据服务，“谁管数据谁提供服务”；“应用端请求服务而不是直接操作数据”；“服务端提
供服务而不是提供数据内部结构”。各个站点管理数据的软件、提供应用服务功能的软件都可以由不
同的厂商提供。
针对当前GIS软件的局限，中地数码在多年研究的基础上，致力于开发以“第四代GIS技术”
为特征的新一代超大型GIS基础软件平台。其设计面向“纵向多层、横向网格”的分布式体系，“面
向服务”的最新思想，适应广域网络环境下空间数据的分布式计算，达到海量TB级空间数据的管
理，支持Unix／Linux大型服务器，以满足国家空间基础设施建设的需要。
下图是GIS体系的演变示意图。
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7.2系统架构
MAPGIS7.0按照N层体系结构建立大型GIS总体架构，具体可分为表示层、web服务层、应用
逻辑层以及数据服务层（如图7-2）。多层结构提供了灵活的系统伸缩性，在数据服务层、Web服务
层、应用逻辑层、以及表示层之间建立符合国际标准的访问接口。
实际应用部署时，某个Web服务器可以调用多个应用服务器提供的功能；应用服务器可以是针
对某个专题的专用服务器，也可以是针对主题或领域的集成服务器；应用服务器与不同的专题数据
库服务器连接，根据应用逻辑获取、更新专题数据库中的数据，并完成相应的功能。
图7-1GIS体系演变示意图
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?表示层
表示层直接面向客户，提供空间数据表示和信息可视化功能，运行于Windows系列操作系统，
可以是浏览器、瘦客户或胖客户。客户端可以通过SOAP、HTTP、XML、HTML等协议与web服
务层建立连接，发送请求，接收后者提供的web服务，这种模式下，系统是一种多层的结构体系。
客户端还可以通过DCOM、CORBA、RMI等协议或规范连接到应用逻辑层，通过远程过程调用（RPC）
使用应用逻辑层上的远程服务，应用逻辑层再与数据服务层连接，获取或更新数据库中的数据，构
成三层结构。胖客户也可以直接与数据服务层连接，获取或更新数据库中的数据，客户端完成全部
分析运算，形成典型的两层结构。
?web服务层
Web服务层提供空间信息WebServices，基于.NET或J2EE构架，在Internet网络上实现空间
信息服务的远程过程调用（RPC）以及空间信息共享和发布。系统采用分布式组件技术和高效空间
数据压缩还原技术解决服务器负载均衡并减少信息传输量，支持构建B/S业务应用和大用户量并发
访问。系统同时支持栅格和矢量的信息发布模式，适应不同的应用需求。
WindowsWindowsNTWindowsNTWindowsNT
Windows2000/XPWindows2000/XPWindows2000/XP
LinuxLinuxLinux/Unix
图7-2MAPGIS7.0的多层体系结构
表示层Web服务层应用逻辑层数据层
Web服务器：
应用服务器：
DBMS
SDE
SDE
SDE
SQL、JDBC、
OCI、
空间数据库服务器：
SOAP
HTTP
XML
HTML
浏览
瘦客户
胖客户
移动电话
掌上电脑
笔记本
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Web服务层采用ASP、PHP或WSDL提供Web服务接口。提供空间元数据发布、空间数据获取、
空间分析、空间定位（如手机定位服务、最短路径、最佳路径等）等方面的Web服务功能。
?应用逻辑层
应用逻辑层实现下列功能：
?提供空间数据的管理与一致性维护；
?实现多源数据集成；
?建立不同类型数据之间的关联关系，如空间元数据和空间数据之间的关系；
?提供各种分析处理功能。
应用逻辑层包括数据驱动层、数据管理层、核心功能层、概念层、接口层等二级层次。
?数据层
数据层由空间数据库引擎和大型商用数据库构成，用于建立空间数据库，存储、管理和维护各类
数据，建立并维护空间、非空间索引。
空间数据库建立在大型商用数据库管理系统（DBMS）基础之上，采用两种技术路线实现对空
间数据的存储、管理、检索和维护，一种是直接基于关系建立空间数据库；另一种是利用某些数据
库提供的空间对象，建立空间数据库。
空间数据库引擎建立适应海量数据存储管理的空间数据组织机制和空间索引机制。
数据层存储和管理以下类型的空间数据：矢量数据、栅格数据、遥感影像数据、时态数据、空间
元数据。
7.3数据模型
空间数据模型是对地理世界的抽象，是空间数据库设计的基础。从地理世界到计算机世界，空
间数据模型可以分为多个层次，如OpenGIS抽象规范将要素模型分为9个层次，这是较为详细的
划分。粗略地划分，则空间数据模型可划分成两个层次：第一层是空间数据抽象模型或者空间数据
概念模型，其目的在于提取地理世界的主要特征，不考虑在计算机中的具体实现；第二层是空间数
据组织模型，是空间数据概念模型在计算机中的具体实现。
新一代MAPGIS空间数据模型的第一层是一种面向地理实体的空间数据模型，它首先强调人对
地理世界的理解，其次才是如何将人对地理世界的理解图示化。这种模型将地理世界分解为实体，
通过描述实体的特性和实体间的关系，建立观察范围内的地理世界的视图，通过定义与实体特性、
实体关系相关的操作，模拟人类理解地理世界的语义环境。
7.3.1模型的概念层次
MAPGIS空间数据模型的概念分6个层次：地理数据库、数据集、类、几何元素、几何实体、坐
标点，如图7-3所示。
非空间实体被抽象为对象，空间实体被抽象为要素；相同类型的要素构成要素类；相同类型的对
象构成对象类；若干对象类或要素类组成要素数据集；若干要素数据集构成地理数据库。
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要素在某个空间参照系中的几何特征被抽象为几何元素，几何元素由任意的点状、线状或面状几
何实体组成，几何实体通过几何坐标点表达。
图7-3MAPGIS7.0空间数据模型概念层次
7.3.2模型的特点
MAPGIS7的空间数据模型将现实世界中的各种现象抽象为对象、关系和规则，各种行为（操作）
基于对象、关系和规则，模型更接近人类面向实体的思维方式。该模型还综合了面向图形的空间数
据模型的特点，使得模型表达能力强，广泛适应GIS的各种应用。该模型具有以下特点：
(1)真正的面向地理实体，全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性规则、数据集、
地理数据库等概念；
(2)对象类型覆盖GIS和CAD对模型的双重要求，包括：要素类、对象类、关系类、注记类、
修饰类、动态类、几何网络；
(3)具备类视图概念，可通过属性条件、空间条件和子类型条件定义要素类视图、对象类视图、
注记类视图和动态类视图。
(4)要素可描述任意几何复杂度的实体，如水系。
(5)完善的关系定义，可表达实体间的空间关系、拓扑关系和非空间关系。空间关系按照9交
模型定义；拓扑关系支持结构表达方式和空间规则表达方式；完整地支持4类非空间关系，
包括关联关系、继承关系(完全继承或部分继承)、组合关系（聚集关系或组成关系）、依赖
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关系。
(6)支持关系多重性，包括1-1、1-M、N-M。
(7)支持有效性规则的定义和维护，包括定义域规则、关系规则、拓扑规则、空间规则、网络
连接规则。
(8)支持多层次数据组织，包括地理数据库、数据集、数据包、类、几何元素、几何实体、几
何数据，如图7-2所示。
(9)几何数据支持向量表示法和解析表示法，包括折线、圆、椭圆、弧、矩形、样条、bezier
曲线等形态。能够支持规划设计等应用领域。
要素数据集域集规则集栅格数据集TIN数据集
要素类对象类几何网络关系类
地理数据库
空间参照系
要素
注记类动态类
逻辑网络
弧段（TOP）点(nodDat)
块
维
1
0..
1
1
1
1
1
1..
1
0..
1
0..1
1
1
1
0..
1
0..
连通性
连接边
连接点
1
1
0..
0..
1
0..几何实体
几何形态
1111
属性
转角元素
0..
1
1..
区线点
1
1..
1
1..
1
1..
坐标点
1
坐标点
1
1
1
0..
静态注记
1
0..
1
1
1
1
属性注记
0..
1
指北针
图框
修饰类
1
模版库
贴片
1
图例
接图表
几何图形
1
轨迹
1
0..
1
0..
包
栅格目录
1
1
1
图7-4MAPGIS7.0面向实体的空间数据模型
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7.4系统特点
1、分布式跨平台可拆卸的多层多级体系结构：
最新的第四代多层结构体系；
具备完全支持“全球空间网格”能力；
.net和j2ee架构；
分布式全组件化的跨平台系统；
面向互连网的系统设计；
面向“服务”的最新思想；
基于GML的开放式接口；
适应异构数据库的多级服务器协同工作环境；
2、面向地理实体的空间数据模型：
面向地理实体的抽象模型；
可描述任意复杂度的空间特征和非空间特征的地理实体特征；
完全表达空间、非空间、非空间的多重性、实体的空间共生性的关系；
面向实体语义关系的操作；
统一了GIS与CAD对模型的要求的面向实体的信息可视化；
3、海量空间数据存储与管理：
TB级的空间数据存贮与处理能力；
矢量、栅格、三维、影像四为一体的海量数据存贮；
异构数据库的多级服务器数据更新与同步；
完全一致的存储无关的概念模型（文件系统或RDBMS；）
基于版本和数据锁的长事务解决机制；
高效的空间索引（外包络矩形、R树、索引分割格网、空间编码四叉树）；
4、时空处理：
采用“元组级基态+增量修正法”实施方案；
版本与增量相结合的时空数据模型；
元组级的时空数据控制粒度；
可实现单个实体时态演变；
“事件”作为时态追踪的参考点；
通过时态数据索引管理；
任意时刻的历史回朔；
多用户并发的历史事件的控制；
5、真三维建模与可视化：
三维海量数据的有效存储和管理；
三维模型数据一体化管理（TIN、三维景观、三维地质）；
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三维数据的LOD_RTree索引组织技术；
面向实体和拓扑的数据组织；
三维数据专业模型的快速建立；
高程数据TIN/GRD模型的建立、处理等基本功能；
三维地质构造建模、断层处理技术；
地质体内属性三维分布建模技术；
三维数码景观动态建模技术；
三维数据的综合可视化和融合分析；
基于拓扑的三维剖切分析；
基于拓扑的等值面提取；
三维体数据的面绘制技术；
三维体数据直接体绘制技术；
6、空间信息应用服务：
提供基于SOAP和XML的空间信息WebServices；
遵循OpenGIS规范，支持WMS、WFS、WCS等标准，以及XML和GML3标准；
支持互联网和无线互联网，支持各种智能移动终端；
提供各类高速缓存、无状态的负载平衡策略，满足高速度访问的需要；
提供用户权限的控制和安全策略；
提供空间分析、以及应用逻辑分析等服务，满足对空间数据库的专业查询和分析；
7、版本与长事务处理：
长事务期间，可以自由地编辑要素、执行地理分析、编辑地图；
长事务完时，如被实施，则更新到地理数据库中，否则丢弃；
使用乐观的并发访问控制技术实现长事务机制，没有对要素加锁；
允许产生编辑冲突，当提交事务时，检测冲突，并协调解决冲突；
版本控制使多个用户可直接编辑数据而不用锁定要素或复制数据；
版本管理具有版本创建、删除、归并、冲突解决等功能和机制；
8、作流管理：
基于网络拓扑数据模型的工作流控制引擎；
实现了业务的灵活调整和定制，解决了GIS和OA的无缝集成；
符合国际工作流联盟制定的规范；
不同业务流程之间的交叉，融合；
历史案件的办理过程不受模板变化的影响；
通过拓扑关系能够自动实现条件判断、循环、会签等功能；
工作流“可扩充”性与动态表单可“自定义”性；
支持多级子表和数据字典；
9、空间元数据：
元数据模式管理；
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元数据采集、编辑和录入；
元数据存储、建库和管理；
元数据读取、查询和共享发布；
面向Web的客户端操作界面；
支持SRW协议（新一代Z3950协议），分布式检索能力强；
基于XML、J2EE和WebService技术构建；
7.5主要功能
1空间数据管理
新一代MAPGIS空间数据管理具有以下特点：
?面向实体的空间数据模型
以地理实体及其关系的描述为核心，具有2维和3维的空间表达能力，同时支持基于结构和基
于空间规则的空间拓扑关系，全面支持继承、组合等非空间关系，适应复杂地学应用，同时兼顾制
图和CAD方面的需求。
?具有面向网络的分布式数据管理机制
提供符合国际标准的数据服务，具有多级服务器体系结构。
?多源数据集成管理
不同格式、不同尺度、不同类型（矢量、影像、格网、数字高程模型）的空间实体数据一体化
存储、管理和调度；互动、派生、更新；转换、分析、查询与融合。
?针对海量空间数据管理的设计
TB级的空间数据管理设计能力。
?数据存储、查询管理
提供对要素类等十余种空间数据类的高效存储和目录管理功能；建立基于R树、四叉树、网格
分割索引等方法的多级索引；提供高效的查询功能，包括：SQL属性条件查询、空间条件查询、综
合查询。
?空间数据安全管理
空间数据安全管理涵盖使用空间数据的用户、角色以及权限的管理。
?空间数据备份与恢复管理
空间数据备份和恢复机制保证了空间数据库在遭受偶然故障时，将损失降至最小。空间数据库
管理系统提供完备的数据备份与恢复手段，包括完全备份、增量备份、定期备份等功能。
2空间信息应用服务
空间信息应用服务，主要是提供基于SOAP和XML的空间信息WebServices，包含空间数据
的存取、交换、空间分析和空间运算、空间信息查询等空间信息服务。
空间应用服务器是WebServices中操作数据的中心，负责响应数据访问请求并将结果以合适的
数据格式返回到浏览器端。空间应用服务器可以将地理数据翻译成不同形式的可视数据，如：栅格、
矢量、属性表、地理元数据等。
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新一代MAPGIS的空间信息应用服务遵循OpenGIS规范，支持WMS、WFS、WCS等信息服
务标准，以及XML和GML3标准。
新一代MAPGIS支持互联网和无线互联网，支持各种智能移动终端。提供各类高速缓存、无状
态的负载平衡策略，满足高速度访问的需要。根据用户权限的控制和安全策略，提供用户数据库访
问、分析、以及应用逻辑分析等服务，满足对空间数据库的专业查询和分析，完成系统的各类空间
信息服务。
3三维动态建模与可视化
新一代MAPGIS中的三维矢量模型采用面向实体和拓扑的数据组织，实现TIN、三维景观及三
维地质模型数据的一体化存储管理；采用栅格数据目录和栅格数据库组织方式，实现DEM与DRG、
遥感影像等栅格类数据的统一存储管理。
三维景观系统支持通过二维矢量数据自动构建三维实体模型，如建筑物的自动建模；允许对场
景中三维实体进行多级组合形成专题要素并对其进行管理和查询；提供触发点机制实现在指定位置
或时间执行预设的事件，如切换场景、播放音乐等；提供网络远程操纵三维场景的能力，支持三维
模型数据的网络分布式应用。
在地形建模方面，开发出顾及地形特征点/线（如山脊、沟谷、水边界等）约束机制的分块调
度建模算法，实现了对大数据量地形数据的快速有效建模；针对大范围数字高程模型快速生成的需
求，提供了基于数字摄影测量技术的解算方法，实现了SPOT5、IKONOS、QUICKBIRD等影像数
据的DEM生成。
系统采用纹理库统一管理纹理数据，支持海量纹理数据的压缩存储调度；采用LOD_OR树索引
技术实现基于视觉特性与自适应技术的大规模三维模型的快速浏览和对三维模型的快速查询；提供
统一的三维视窗开发平台，兼顾OPENGL1.3和DIRECT3D8.1两种三维渲染引擎，并保持对高低
端硬件的兼容。
4空间信息可视化与制图
空间信息表达就是将大量复杂的空间数据快速、有效的以地图的形式可视化的表现出来。新一
代MAPGIS版秉承了地图出版印刷和地图表现方面的优势，能对2D、3D空间数据完成快速可视化，
具有符号库、颜色库管理；具有多样式的要素绘制表现能力。空间数据表达原理图如下所示：
图7-5空间信息表达原理示意图
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新一代MAPGIS兼顾GIS和数字制图的需要，设计了可视化规则库，应用规则来控制空间数据
的可视化和符号化，同一空间要素集应用不同的规则可以得到不同的可视化效果。根据数据量和应
用的不同，系统提供多种实现策略来提高可视化的效率；专题制图、辅助分析和决策能力得到较大
提升。
5空间元数据管理
空间元数据是地理空间数据的描述信息，主要用于海量、分布式信息数据的检索。新一代
MAPGIS中空间元数据系统主要由元数据采集器和元数据服务器组成，其设计面向元数据的建库管
理、网络发布及分布式检索，基于XML和J2EE技术构建，具有分布式、跨平台、能兼容异构数据
源等特点，提供如下主要功能：
?元数据模式管理：元数据的标准由元数据模式来描述；系统提供元数据模式的注册、注销及
根据模式校验元数据有效性等功能。
?元数据建库：元数据库的基本数据组织单位是符合某一元数据模式的元数据集合；系统提供
元数据库的创建、删除、备份及导出等功能。
?元数据录入编辑：通过元数据采集器可对元数据进行编辑，根据元数据模式动态调整录入界
面，确保数据与模式的一致性。
?数据缓冲管理：元数据服务器提供元数据及其摘要的缓冲管理，提高元数据查询和Web发布
等操作的性能。
?分布式检索支持：支持新一代Z3950协议（ZING）的检索服务SRW（Search/RetrieveWeb
Service），实现分布式检索。
6时态数据管理
MAPGIS通过对历史数据建立可追溯的机制，实现时态数据管理，其原理可以简单地称为“元组
级基态修正法”，具有以下特点：
?历史数据记录的粒度可达元组级
历史数据的粒度可分为数据集、实体、元组、字段这四个级别，粒度越小，历史数据的冗余也
越小，但技术难度越大，历史数据管理成本（如历史数据索引）越大。
MAPGIS历史数据管理建立在元组级，既能够有效控制和减少历史数据的冗余，又不会使历史
数据管理太复杂。
?基态+增量修正法
MAPGIS记录发生变化的元组的历史数据，对空间数据集而言，是局部增量。
MAPGIS在初始时刻记录完整的历史数据集，通过初始状态和元组集历史数据正向推演出任意
历史时刻的数据集。完整的历史数据集是数据集在某一历史时刻的快照，为了不使任意时刻数据状
态的推演过程太长，MAPGIS在历史数据记录累计到一定程度时，自动建立一个数据快照。
?单个实体历史演变可追踪
通过在历史数据中记录新的空间实体的父实体标识，实现正向和反向追踪单个实体的历史演变
过程。引发实体演变的原子操作包括添加、修改、删除、分解、合并
?“历史事件”作为历史追踪的参照点
历史数据管理建立在“历史事件”和“历史动作”这两个基本概念之上，历史动作产生历史数据，
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历史事件以历史动作为标志，从而得到任意时刻的数据。
7版本与长事务处理
GIS的许多应用都涉及长期的设计工作，许多人需要并发地编辑地理数据。采用商业数据库
提供的短事务模型不能满足这种长时间并发访问的要求。
新一代MAPGIS数据模型通过一个称为版本化的数据管理框架，提供长事务处理机制来满足这
些应用需要。在长事务处理期间，可以自由地添加设计的要素、执行地理分析、编辑地图，所有这
些都不影响正常的地理数据库。当设计完成时，如果设计被实施，则把变更更新到地理数据库中，
否则丢弃变更。
在实际应用中，相对于海量地理数据，编辑的量很小，所以新一代MAPGIS使用乐观的并发性
访问控制技术实现长事务机制，即一个长事务开始时，没有任何锁加到要素上。这种方式允许产生
编辑冲突，当提交事务时，检测冲突，并协调解决冲突。在实际的工作流程实践中，编辑冲突并不
经常发生，并且比起长事务期间锁住要素来说，协调冲突的代价比较小。
版本控制是新一代MAPGIS长事务的实现机制，它使多个用户可直接编辑某个地理数据库而不
用明确地锁定要素或复制数据。
新一代MAPGIS版本管理具有版本创建、删除、归并、冲突解决等功能和机制。
8工作流管理
通过对GIS网络数据模型和工作流需求的深入研究，提出一个将工作流控制变成网络控制的工
作流模型。工作流定义和实例数据统一存放在关系数据库中，实现了业务的灵活调整和定制，解决
了GIS和办公自动化的无缝集成。案件的描述是通过“一个模板多个实例”和“多个实例统一存储”的
机制实现的，相同类型的案件都是参照同一模板建立起来的不同实例，实例之间相互隔绝，多个按
同一或不同模板建立的实例在数据库中统一存储，这样便于不同业务流程之间的交叉，有力的促进
系统间的必要融合，历史案件的办理过程能够不受任何模板变化的影响。通过拓扑关系能够自动实
现条件判断、循环、会签等功能。工作流控制模块与动态表单模块充分考虑了“MAPGIS工作流+
其他厂商自定义表单”和“其他厂商工作流+MAPGIS自定义表单”两种情况，与多层安全体系挂钩，
不同用户可以对应不同表单，支持多级子表和数据字典。
7.6地理数据库
MAPGIS7.0推出地理数据库（GeoDatabase，简称GDB）新概念，它集成了地理数据库创建、
管理、浏览等多种功能。启动后，左边是MAPGIS的目录树，记录了GDB的信息，包括各种类，
如：要素类、对象类、注记类、修饰类、动态类、栅格数据集、元数据库、地图集等。
7.6.1地理数据库的数据组织
MAPGIS7.0按照“地理数据库－数据集－类”这几个层次组织数据，以满足不同应用领域对不
同专题数据的组织和管理需要。如图7-6所示。
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图7-6地理数据库数据组织
?地理数据库
地理数据库是面向实体空间数据模型的全局视图，完整地、一致地表达了被描述区域的地理模
型。一个地理数据库包括1个全局的空间参照系、1个域集、1个规则集、多个数据集、多数据包和
各种对象类。
?数据集
数据集是地理数据库中若干不同对象类的集合，通过命名数据集提供了一种数据分类视图，便
于数据组织、管理和授权。根据不同的用途，数据集分为：要素数据集、栅格目录、栅格数据集。
(1)要素数据集
要素数据集是地理数据库中具有相同空间参照系的要素类、对象类、关系类、注记类、修饰类、
动态类、几何网络的集合；
在一个要素数据集下存放不同的类，有利于以下情况的数据组织：
n专题归类：当不同的要素类属于同一范畴时，可将其组织到一个要素数据集中。例如：全
空间参照系
栅格数据集
域集
规则集
要素数据集
对象类
关系类
注记类
修饰类
动态类
要素类
视图
对象类
关系类
注记类
修饰类
动态类
要素类
视图
几何网络
地理数据库
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38
国范围内某种比例尺的地质图数据。
n共享几何特征：如用地、水系、行政区界等不同的要素类需要共享公共几何边界时，将其
组织到一个要素数据集中，当移动其中的一个要素时，公共的部分也要求一起移动,并可保
持这种公共边的关系不变。
n创建几何网络：同一个几何网络中作为边要素和点要素的各种要素类，必须组织到一个要
素数据集中，以便于管理和建立网络模型。例如：通讯网络中，各种交换机、交接箱、路
由器、电缆、光缆等，分别对应点要素类和线要素类，在通讯网络建模时,将其全部考虑到
通讯网络对应的几何网络模型中。
(2)栅格目录
栅格目录用于管理有相同空间参照系的多幅栅格数据，各栅格数据在物理上独立存储，易于更
新，常用于管理更新周期快、数据量较大的影像数据。同时，栅格目录也可实现栅格数据和栅格数
据集的混合管理，其中目录项既可以是单幅栅格数据，也可以是地理数据库中已经存在的栅格数据
集，具有数据组织灵活、层次清晰的特点。
(3)栅格数据集
栅格数据集用于管理具有相同空间参照系的一幅或多幅镶嵌而成的栅格影像数据，物理上真正
实现数据的无缝存储，适合管理Dem等空间连续分布、频繁用于分析的栅格数据类型。由于物理上
的无缝拼接，因此以栅格数据集为基础的各种栅格数据空间分析具有速度快、精度较高的特点。
?存储策略
MAPGIS7.0地理数据库存储和管理地理数据，它采取基于文件和基于商业数据库两种存储策略。
由于这两种存储策略支持相同的空间数据模型，因此在文件和数据库之间能够实现无损的平滑的数
据迁移；同时，两种策略具有共同的平台，这使得上层软件不需要因为数据迁移而改变。
图7-7MAPGIS7.0存储策略概念图
地理数据库层
对象管理层
数据存储层
数据管理层
文件数据存储驱动器
文件数据管理器
文件对象类、
要素类、关系
类、注记类等
并发
控制
管理器
安全
管理
器
地理数据库管理器接口
数据库对象类、要
素类、关系类、注
记类等
数据库数据存储驱动器
数据库数据管理器
文件
系统DBMS
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数据管理篇
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针对不同的应用规模和应用阶段，给用户提供了多种最佳的性价比和最大的投资收益率选择方
案。例如：
n应用规模小的用户、二次开发团体、教学单位、数据累积规模较小的用户都可选择基于文
件的存储策略，以节省昂贵的商业数据库费用；
n大型、超大型应用可选择基于商业数据库的存储策略；
n分多个阶段进行开发的应用，在前期阶段，数据规模较小，用户不多，在后期阶段数据规
模大，用户多，则可先采用文件存储策略，再购买适当许可数的商业数据库和服务器设备、
以后根据数据规模和业务情况再增加数据库许可数和服务器等软硬件设备。这不仅提高了
用户的资金利用率，而且在软硬件性能迅速提高，让用户享受到多重好处。
7.6.2地理数据库的数据管理
MAPGIS7.0的分布式数据管理体系是采取“纵向多级、横向网格”的组网方案，如下图所示，
在级与级之间，节点与节点之间的连接是采用一种“松耦合”方式。“松耦合”方式是互连网的最佳
耦合方式，它受网络环境影响最小。分布式数据的存取操作采取面向“服务”方式进行，就是把“进
行数据存取操作”变为“请求数据存取服务”，“数据存取服务”是所有“服务”的特例，充分体现“面
向服务”的最新设计思想。
MAPGIS7.0分布式数据管理的面向“地理实体”的增量式订阅和发布技术有效地支持分布式数
据的增量更新与同步。由于采用面向“服务”设计思想和面向“地理实体”的数据模型相结合，克
服了传统分布式数据库面向“记录”的增量式订阅和发布只能用于“同构数据库”的缺点，使网格
节点之间、父节点与子节点之间，因不同操作系统、不同数据库平台、不同数据大小而产生的“异
构数据库”可实现增量更新与同步。空间数据的增量更新与同步解决了“海量空间数据在互联网上调
用速度问题”。
MAPGIS7.0分布式数据管理是跨平台的，按照“面向服务”的思想，每个节点上的数据“管理者”
必须提供“服务”，在“谁管数据谁提供服务”的原则基础下，可解决网格节点之间、父节点与子节点
之间、不同平台不同系统之间数据不通问题，因为从用户角度来说，它不考虑数据只要服务。因此，
管理数据的软件必须提供数据服务，“应用端请求服务而不是直接操作数据”；“服务端提供服务而不
是提供数据内部结构”。各个站点管理数据的软件、提供应用服务功能的软件都可以由不同的厂商提
供。
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40
PC
笔记本
NC
一级服务器
二级服务器
三级服务器
空间数据管理服务器
PC
笔记本
NC
Internet
Internet
PC
笔记本
NC
二级服务器
三级服务器
PC
笔记本
NC
Internet
Internet
图7-8MAPGIS7.0分布式数据管理原理图
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数据管理篇
41
第8章空间参照系与地图投影
空间参照系（SpatialReferenceSystem）是平面坐标系和高程系的统称，用于确定地理目标的平
面位置和高程。这包含两方面的内容：一是在把大地水准面上的测量成果换算到椭球体面上的计算
工作中，所采用的椭球的大小有不同的参数；二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点
的地理坐标所计算的结果将有不同的值。因此，选定了一个一定大小的椭球体，并确定了它与大地
水准面的相关位置，就确定了一个坐标系。
一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中，因为GIS所描述是位于地球表面的信息，
所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为所有要素的参照系统。因为地球是一个不
规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，必须进行坐标变换。
8.1地球椭球体基本要素
8.1.1地球椭球体
1、地球的形状
为了从数学上定义地球，必须建立一个地球表面的几何模型。这个模型由地球的形状决定的。
它是一个较为接近地球形状的几何模型，即椭球体，是由一个椭圆绕着其短轴旋转而成。
地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，有高山、丘陵和平原，又有江河湖海。地
球表面约有71%的面积为海洋所占用，29%的面积是大陆与岛屿。陆地上最高点与海洋中最深处相
差近20公里。这个高低不平的表面无法用数学公式表达，也无法进行运算。所以在量测与制图时，
必须找一个规则的曲面来代替地球的自然表面。当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的
重力方向（铅垂线方向）成正交，我们把这个面叫做水准面。但水准面有无数多个，其中有一个与
静止的平均海水面相重合。可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，
这就是大地水准面（图8-1）。
图8-1大地水准面
大地水准面所包围的形体，叫大地球体。由于地球体内部质量分布的不均匀，引起重力方向的
变化，导致处处和重力方向成正交的大地水准面成为一个不规则的，仍然是不能用数学表达的曲面。
大地水准面形状虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的。它是一个很接近于绕自转轴（短轴）
旋转的椭球体。所以在测量和制图中就用旋转椭球来代替大地球体，这个旋转球体通常称地球椭球
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42
体，简称椭球体。
2、地球的大小
关于地球椭球体的大小，由于采用不同的资料推算，椭球体的元素值是不同的。现将世界各国
常用的地球椭球体的数据列表如下：
表8-1：各种地球椭球体模型
椭球体名称年代长半轴（米）短半轴（米）扁率
白塞尔(Bessel)1841637739763560791：299.15
克拉克(Clarke)1880637824963565151：293.5
克拉克(Clarke)1866637820663565841：295.0
海福特(Hayford)1910637838863569121：297
克拉索夫斯基（北京54）1940637824563568631：298.3
I．U．G．G（西安80）1975637814063567551：298.25
WGS-841979637813763567591：298.26
3、椭球体的半径
地球椭球体表面是一个规则的数学表面。椭球体的大小，通常用两个半径：长半径a和短半径b，
或由一个半径和扁率来决定。扁率α表示椭球的扁平程度。扁率的计算公式为：α=（a-b）/a。这
些地球椭球体的基本元素a、b、α等，由于推求它的年代、使用的方法以及测定的地区不同，其结
果并不一致，故地球椭球体的参数值有很多种。中国在1952年以前采用海福特（Hayford）椭球体，
从1953-1980年采用克拉索夫斯基椭球体。随着人造地球卫星的发射，有了更精密的测算地球形体
的条件。1975年第16届国际大地测量及地球物理联合会上通过国际大地测量协会第一号决议中公
布的地球椭球体，称为IUGG（1975），中国自1980年开始采用IUGG（1975）新参考椭球体系。由
于地球椭球长半径与短半径的差值很小，所以当制作小比例尺地图时，往往把它当作球体看待，这
个球体的半径为6371公里。
4、高程
地面点到大地水准面的高程，称为绝对高程。如图8-2所示，P0P0''为大地水准面，地面点A和B
到P0P0''的垂直距离HA和HB为A、B两点的绝对高程。地面点到任一水准面的高程，称为相对高程。
如图8-2中，A、B两点至任一水准面P1P1''的垂直距离HA''和HB''为A、B两点的相对高程。
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数据管理篇
43
图8-2地面点的高程
我国高程的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛设立了水准原点，其他各控制点的绝对高
程都是根据青岛水准原点推算的，称此为1956年黄海高程系。1987年国家测绘局公布：中国的高
程基准面启用《1985国家高程基准》取代国务院1959年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985国
家高程基准》比《黄海平均海水面》上升29毫米。
5、大地坐标系
在地面上建立一系列相连接的三角形，量取一段精确的距离作为起算边，在这个边的两端点，
采用天文观测的方法确定其点位（经度、纬度和方位角），用精密测角仪器测定各三角形的角值，根
据起算边的边长和点位，就可以推算出其它各点的坐标。这样推算出的坐标，称为大地坐标。
当前我国采用的以大地坐标表明原点的坐标系主要有：1954年北京坐标系、1980年西安坐标系、
新1954年北京坐标系、WGS84坐标系。
1、1954年北京坐标系
该坐标系是通过与原苏联1942年坐标系联测而建立的。解放后，为了建立我国天文大地网，鉴
于当时历史条件，在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，推算出其坐标作为我国天文大地网的起
算数据；随后，通过锁网的大地坐标计算，推算出北京点的坐标，并定名为1954年北京坐标系。因
此，1954年北京坐标系是苏联1942年坐标系的延伸，其原点不在北京，而在苏联普尔科沃。该坐
标系采用克拉索夫斯基椭球作为参考椭球，高程系统采用正常高，以1956年黄海平均海水面为基准。
2、1980年西安坐标系
1978年4月召开的“全国天文大地网平差会议”上决定建立我国新的坐标系，称为1980年国
家大地坐标系。其大地原点设在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球参数选用1975年国际大地
测量与地球物理联合会第16界大会的推荐值。简称IUUG-75地球椭球参数或IAG-75地球椭球。
3、新1954年北京坐标系
将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为
新1954年北京坐标系。该坐标系与1980年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。
4、WGS84坐标系
在GPS定位中，定位结果属于WGS-84坐标系。该坐标系是使用了更高精度的VLBL、SLR等成果
而建立的。坐标系原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0协议地极(CTP)。
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44
8.1.2地图比例尺
1、比例尺表示法
地图比例尺通常认为是地图上距离与地面上相应距离之比。地图比例尺可用下述方法表示。
1）数字比例尺
这是简单的分数或比例，可表示为1：1000000或1/1000000，最好用前者。这意味着，地图上
（沿特定线）长度1毫米、1厘米或1英寸（分子），代表地球表面上的1000000毫米、厘米或英寸
（分母）。
2）文字比例尺
这是图上距离与实地距离之间关系的描述。例如，1：1000000这一数字比例尺可描述为“图1
毫米等于实地1公里”。
3）图解比例尺或直线比例尺
这是在地图上绘出的直线段，常常绘于图例方框中或图廓下方，表示图上长度相当于实地距离
的单位。
4）面积比例尺
这关系到图上面积与实地面积之比，表示图上1单位面积（平方厘米）与实地上同一种平方单
位的特定数量之比。
2、比例系数
表明确定的比例尺与实际比例尺数值之间的关系叫做比例系数（SF）。可以这样理解比例系数，
首先将地球缩小为所选比例尺的地球仪地图；然后将该球形地图转换为平面地图。上述平面地图的
数字比例尺就是地球仪的比例尺，叫做主比例尺（或名义比例尺）；真实比例尺就是平面地图上的实
际比例尺，当然各处是不相同的。
比例系数可按下式计算：SF=实际比例尺/主比例尺
该公式表明，比例系数是实际比例尺与单位（1）主比例尺之比。当比例系数为2时，实际比例尺为
主比例尺的两倍。比例系数只在小比例尺世界地图上比较明显。在大比例尺地图上，各处的比例系
数对于1只有很小的变化。
8.2坐标系
所谓坐标系，包含两方面的内容：一是在把大地水准面上的测量成果化算到椭球体面上的计算
工作中，所采用的椭球的大小；二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点的地理坐标所
计算的结果将有不同的值。因此，选定了一个一定大小的椭球体，并确定了它与大地水准面的相关
位置，就确定了一个坐标系（图8-3）。
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45
图8-3现实世界和坐标空间的联系
8.2.1地理坐标
地球除了绕太阳公转外，还绕着自己的轴线旋转，地球自转轴线与地球椭球体的短轴相重合，
并与地面相交于两点，这两点就是地球的两极，北极和南极。垂直于地轴，并通过地心的平面叫赤
道平面，赤道平面与地球表面相交的大圆圈（交线）叫赤道。平行于赤道的各个圆圈叫纬圈（纬线）
（Parallel），显然赤道是最大的一个纬圈。
通过地轴垂直于赤道面的平面叫做经面或子午圈（Meridian），所有的子午圈长度彼此都相等。
图8-4地球的经线和纬线
1、纬度（Latitude）
设椭球面上有一点P（图8-4），通过P点作椭球面的垂线，称之为过P点的法线。法线与赤道
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46
面的交角，叫做P点的地理纬度（简称纬度），通常以字母φ表示。纬度从赤道起算，在赤道上纬度
为0度，纬线离赤道愈远，纬度愈大，至极点纬度为90度。赤道以北叫北纬、以南叫南纬。
2、经度（Longitude）
过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做P点的地理经度（简
称经度），通常用字母λ表示。国际规定通过英国格林尼治天文台的子午线为本初子午线（或叫首子
午线），作为计算经度的起点，该线的经度为0度，向东0-180度叫东经，向西0-180度叫西经。
3、地面上点的位置
地面上任一点的位置，通常用经度和纬度来决定。经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为
90度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。地表面某两点经度值之差称为经
差，某两点纬度值之差称为纬差。例如北京在地球上的位置可由北纬39°56''和东经116°24''来确
定。
8.2.2平面上的坐标系
地理坐标是一种球面坐标。由于地球表面是不可展开的曲面，也就是说曲面上的各点不能直接
表示在平面上，因此必须运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面
上任一点由地理坐标（φ、λ）确定的点，在平面上必有一个与它相对应的点，平面上任一点的位
置可以用极坐标或直角坐标表示。
1、平面直角坐标系（PlaneCoordinateSystem）
在平面上选一点O为直角坐标原点，过该点O作相互垂直的两轴X’OX和Y’OY而建立平面直
角坐标系，如图8-5所示。
直角坐标系中，规定OX、OY方向为正值，OX、OY方向为负值，因此在坐标系中的一个已知点P，
它的位置便可由该点对OX与OY轴的垂线长度唯一地确定，即x=AP，y=BP，通常记为P(x，y)。
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47
2、平面极坐标系（PolarCoordinateSystem）
平面直角坐标系
O
BP
Y
X
A
O
X
Y
Y
Q
X
P
O''
平面极坐标系
ρδ
X''
Y''
图8-5平面直角坐标系和极坐标系
如图8-5所示，设O’为极坐标原点，O’O为极轴，P是坐标系中的一个点，则O’P称为极距，
用符号ρ表示，即ρ=O’P。∠OO’P为极角，用符号δ表示，则∠OO’P=δ。极角δ由极轴起算，
按逆时针方向为正，顺时针方向为负。
极坐标与平面直角坐标之间可建立一定的关系式。由图8-5可知，直角坐标的x轴与极轴重合，
二坐标系原点间距离OO’用Q表示，则有：
X=Q–ρcosδ
Y=ρsinδ
8.2.3直角坐标系的平移和旋转
1、坐标系平移
如图8-6所示，坐标系XOY与坐标系X’O’Y’相应的坐标轴彼此平行，并且具有相同的正向。
坐标系X’O’Y’是由坐标系XOY平行移动而得到的。设P点在坐标系XOY中的坐标为(x，y)，在
X’O’Y’中坐标为(x’，y’)，而(a，b)是O’在坐标系XOY中的坐标，于是：
x=x’+a
y=y’+b
上式即一点在坐标系平移前后之坐标关系式。
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O''
O
X
Y
X''
Y''b
a
P
图8-6坐标平移
2、坐标系旋转
如图8-7所示，如坐标系XOY与坐标系X’O’Y’的原点重合，且对应的两坐标轴夹角为θ，坐
标系X’O’Y’是由坐标系XOY以O为中心逆时针旋转θ角后得到的。
x=x’cosθ+y’sinθ
y=y’cosθ-x’sinθ
上式即为经过旋转θ角后的二直角坐标系中某一点坐标的关系式。
O
X
Y
X''
Y''
P
θ
图8-7坐标旋转
3、坐标系平移和旋转
如图8-8所示，坐标系X’O’Y’的原点在坐标系XOY中的坐标为a、b，X轴与X’轴之夹角为
θ。可以认为坐标系X’O’Y’原是与坐标系XOY重合，后因为O’分别平移了a、b之距离，并且
坐标系二坐标轴O’X’与O’Y’又相对OX与OY逆时针旋转了θ角而得到的。
在二坐标系之间引入一个辅助坐标系X”O’Y”，使它的二坐标轴O’X”与O’Y”分别与OX、
OY平行。
在X”O’Y”系中有一点P，其坐标为(x”，y”)，则由坐标系平移公式与坐标系旋转公式可得：
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数据管理篇
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x=x”+a
y=y”+b
故有
x”=x’cosθ+y’sinθ
y”=y’cosθ-x’sinθ
即
x=x’cosθ+y’sinθ+a
y”=y’cosθ-x’sinθ+b
上式即坐标系平移和旋转后新、旧坐标系中某一点坐标之关系式。
O
X
Y
X''
Y''
P
θ
O''
Y''''
X''''
图8-8坐标平移和旋转
8.3地图投影
8.3.1地图投影的概念
在数学中，投影（Projection）的含义是指建立两个点集间一一对应的映射关系。同样，在地图
学中，地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。地图投影的基本
问题就是利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。凡是地理信息系统就必然要
考虑到地图投影，地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性，在各类地理信息系统
的建立过程中，选择适当的地图投影系统是首先要考虑的问题。由于地球椭球体表面是曲面，而地
图通常是要绘制在平面图纸上，因此制图时首先要把曲面展为平面，然而球面是个不可展的曲面，
即把它直接展为平面时，不可能不发生破裂或褶皱。若用这种具有破裂或褶皱的平面绘制地图，显
然是不实际的，所以必须采用特殊的方法将曲面展开，使其成为没有破裂或褶皱的平面。
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8.3.2地图投影的变形
1、变形的种类
地图投影的方法很多，用不同的投影方法得到的经纬线网形式不同。用地图投影的方法将球面
展为平面，虽然可以保持图形的完整和连续，但它们与球面上的经纬线网形状并不完全相似。这表
明投影之后，地图上的经纬线网发生了变形，因而根据地理坐标展绘在地图上的各种地面事物，也
必然随之发生变形。这种变形使地面事物的几何特性（长度、方向、面积）受到破坏。把地图上的
经纬线网与地球仪上的经纬线网进行比较，可以发现变形表现在长度、面积和角度三个方面，分别
用长度比、面积比的变化显示投影中长度变形和面积变形。如果长度变形或面积变形为零，则没有
长度变形或没有面积变形。角度变形即某一角度投影后角值与它在地球表面上固有角值之差。
1）长度变形
即地图上的经纬线长度与地球仪上的经纬线长度特点并不完全相同，地图上的经纬线长度并非
都是按照同一比例缩小的，这表明地图上具有长度变形。
在地球仪上经纬线的长度具有下列特点：第一，纬线长度不等，其中赤道最长，纬度越高，纬
线越短，极地的纬线长度为零；第二，在同一条纬线上，经差相同的纬线弧长相等；第三，所有的
经线长度都相等。长度变形的情况因投影而异。在同一投影上，长度变形不仅随地点而改变，在同
一点上还因方向不同而不同。
2）面积变形
即由于地图上经纬线网格面积与地球仪经纬线网格面积的特点不同，在地图上经纬线网格面积
不是按照同一比例缩小的，这表明地图上具有面积变形。
在地球仪上经纬线网格的面积具有下列特点：第一，在同一纬度带内，经差相同的网络面积相
等。第二，在同一经度带内，纬线越高，网络面积越小。然而地图上却并非完全如此。如在图4-9-a
上，同一纬度带内，纬差相等的网格面积相等，这些面积不是按照同一比例缩小的。纬度越高，面
积比例越大。在图8-9-b上，同一纬度带内，经差相同的网格面积不等，这表明面积比例随经度的变
化而变化了。由于地图上经纬线网格面积与地球仪上经纬线网格面积的特点不同，在地图上经纬线
网格面积不是按照同一比例缩小的，这表明地图上具有面积变形。面积变形的情况因投影而异。在
同一投影上，面积变形因地点的不同而不同。
3）角度变形
是指地图上两条所夹的角度不等于球面上相应的角度，如在图8-9-b和图8-9-c上，只有中央经
线和各纬线相交成直角，其余的经线和纬线均不呈直角相交，而在地球仪上经线和纬线处处都呈直
角相交，这表明地图上有了角度变形。角度变形的情况因投影而异。在同一投影图上，角度变形因
地点而变。
地图投影的变形随地点的改变而改变，因此在一幅地图上，就很难笼统地说它有什么变形，变
形有多大。
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图8-9地图投影变形
2、变形椭圆
变形椭圆是显示变形的几何图形，从图8-9可以看到，实地上同样大小的经纬线在投影面上变
成形状和大小都不相同的图形（比较图8-9中三个格网）。实际中每种投影的变形各不相同，通过考
察地球表面上一个微小的圆形（称为微分圆）在投影中的表象——变形椭圆的形状和大小，就可以
反映出投影中变形的差异（图8-10）。
图8-10微分圆表示投影变形
8.3.3地图投影的分类
地图投影的种类很多，为了学习和研究的方便，应对其进行分类。由于分类的标志不同，分类
方法就不同。从使用地图的角度出发，需要了解下述几种分类。
1、按变形性质分类
按变形性质地图投影可以分为三类：等角投影、等积投影和任意投影。
1）等角投影
定义为任何点上二微分线段组成的角度投影前后保持不变，亦即投影前后对应的微分面积保持
图形相似，故可称为正形投影。投影面上某点的任意两方向线夹角与椭球面上相应两线段夹角相等，
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52
即角度变形为零。等角投影在一点上任意方向的长度比都相等，但在不同地点长度比是不同的，即
不同地点上的变形椭圆大小不同。
2）等积投影
定义为某一微分面积投影前后保持相等，亦即其面积比为1，即在投影平面上任意一块面积与
椭球面上相应的面积相等，即面积变形等于零。
3）等距投影
在任意投影上，长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。但是在任意投影中，有一
种比较常见的等距投影，定义为沿某一特定方向的距离，投影前后保持不变，即沿着该特定方向长
度比为1。在这种投影图上并不是不存在长度变形，它只是在特定方向上没有长度变形。等距投影
的面积变形小于等角投影，角度变形小于等积投影。任意投影多用于要求面积变形不大、角度变形
也不大的地图，如一般参考用图和教学地图。经过投影后地图上所产生的长度变形、面积变形和角
度变形，是相互联系相互影响的。它们之间的关系是：在等积投影上不能保持等角特性，在等角投
影上不能保持等积特性；在任意投影上不能保持等角和等积的特性；等积投影的形状变形比较大，
等角投影的面积变形比较大。
2、按构成方法分类
地图投影最初建立在透视的几何原理上，它是把椭球面直接透视到平面上，或透视到可展开的
曲面上，如圆柱面和圆锥面。圆柱面和圆锥面虽然不是平面，但可以展为平面。这样就得到具有几
何意义的方位、圆柱和圆锥投影。随着科学的发展，为了使地图上变形尽量减小，或者为了使地图
满足某些特定要求，地图投影就逐渐跳出了原来借助于几何面构成投影的框子，而产生了一系列按
照数学条件构成的投影。因此，按照构成方法，可以把地图投影分为两大类：几何投影和非几何投
影。
1）几何投影
几何投影是把椭球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将几何面展为平面而得到。根据几何
面的形状，可以进一步分为下述几类（图8-11）：
（1.1）方位投影：以平面作为投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平
面上而成。
（1.2）圆柱投影：以圆柱面作为投影面，使圆柱面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影
到圆柱面上，然后将圆柱面展为平面而成。
（1.3）圆锥投影：以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影
到圆锥面上，然后将圆锥面展为平面而成。这里，我们可将方位投影看作圆锥投影的一种特殊情况，
假设当圆锥顶角扩大到180度时，这圆锥面就成为一个平面，再将地球椭球体上的经纬线投影到此
平面上。圆柱投影，从几何定义上讲，也是圆锥投影的一个特殊情况，设想圆锥顶点延伸到无穷远
时，即成为一个圆柱。
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图8-11各种几何投影
2）非几何投影
不借助几何面，根据某些条件用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。在这类投
影中，一般按经纬线形状又分为下述几类：
（2.1）伪方位投影：纬线为同心圆，中央经线为直线，其余的经线均为对称于中央经线的曲线，
且相交于纬线的共同圆心。
（2.2）伪圆柱投影：纬线为平行直线，中央经线为直线，其余的经线均为对称于中央经线的曲
线。
（2.3）伪圆锥投影：纬线为同心圆弧，中央经线为直线，其余经线均为对称于中央经线的曲线。
（2.4）多圆锥投影：纬线为同周圆弧，其圆心均为于中央经线上，中央经线为直线，其余的经
线均为对称于中央经线的曲线。
3、按照投影面积与地球相割或相切分类
1）割投影
以平面、圆柱面或圆锥面作为投影面，使投影面与球面相割，将球面上的经纬线投影到平面上、
圆柱面上或圆锥面上，然后将该投影面展为平面而成。
2）切投影
以平面、圆柱面或圆锥面作为投影面，使投影面与球面相切，将球面上的经纬线投影到平面上、
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54
圆柱面上或圆锥面上，然后将该投影面展为平面而成。
8.3.4地图投影的选择
地图投影选择得是否恰当，直接影响地图的精度和使用价值。这里所讲的地图投影选择，主要
指中、小比例尺地图，不包括国家基本比例尺地形图。因为国家基本比例尺地形图的投影、分幅等，
是由国家测绘主管部门研究制订，不容许任意改变的，另外编制小区域大比例尺地图，无论采用什
么投影，变形都是很小的。
选择制图投影时，主要要考虑以下因素：制图区域的范围、形状和地理位置，地图的用途、出
版方式及其他特殊要求等，其中制图区域的范围、形状和地理位置是主要因素。
对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在世界地图中常用墨卡托投影绘
制世界航线图、世界交通图与世界时区图；
我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以及与
四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大。
对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；南、北半球图常选用正轴方位投影；水、
陆半球图一般选用斜轴方位投影。
对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与
制图区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形。因此，圆形地区一般适于采用方位投影，在两
极附近则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影，在中纬度地区采用斜轴方位
投影。在东西延伸的中纬度地区，一般多采用正轴圆锥投影，如中国与美国。在赤道两侧东西延伸
的地区，则宜采用正轴圆柱投影，如印度尼西亚。在南北方向延伸的地区，一般采用横轴圆柱投影
和多圆锥投影，如智利与阿根廷。
8.3.5常用的一些地图投影
1、世界地图的投影
世界地图的投影主要考虑要保证全球整体变形不大，根据不同的要求，需要具有等角或等积性
质，主要包括：等差分纬线多圆锥投影、正切差分纬线多圆锥投影（1976年方案）、任意伪圆柱投
影、正轴等角割圆柱投影。
2、半球地图的投影
东、西半球有横轴等面积方位投影、横轴等角方位投影；南、北半球有正轴等面积方位投影、
正轴等角方位投影、正轴等距离方位投影。
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数据管理篇
55
3、各大洲地图投影
1）亚洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、彭纳投影。
2）欧洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥投影。
3）北美洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、彭纳投影。
4）南美洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、桑逊投影。
5）澳洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥投影。
6）拉丁美洲地图的投影：斜轴等面积方位投影。
4、中国各种地图投影
1）中国全国地图投影：斜轴等面积方位投影、斜轴等角方位投影、彭纳投影、伪方位投影、正
轴等面积割圆锥投影、正轴等角割圆锥投影。
2）中国分省（区）地图的投影：正轴等角割圆锥投影、正轴等面积割圆锥投影、正轴等角圆柱
投影、高斯-克吕格投影（宽带）。
3）中国大比例尺地图的投影：多面体投影（北洋军阀时期）、等角割圆锥投影（兰勃特投影）（解
放前）、高斯-克吕格投影（解放以后）。
8.4高斯-克吕格投影
由于这个投影是由德国数学家、物理学家、天文学家高斯于19世纪20年代拟定，后经德国大
地测量学家克吕格于1912年对投影公式加以补充，故称为高斯-克吕格投影。
高斯-克吕格投影在英美国家称为横轴墨卡托投影。美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星
象片所采用的全球横轴墨卡托投影（UTM）是横轴墨卡托投影的一种变型。高斯克吕格投影的中央
经线长度比等于1，UTM投影规定中央经线长度比为0.9996。在6度带内最大长度变形不超过0.04%。
高斯-克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经线的
曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交。在这个投影上，角
度没有变形。中央经线长度比等于1，没有长度变形，其余经线长度比均大于1，长度变形为正，距
中央经线愈远变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上；面积变形也是距中央经线愈远，变
形愈大。为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不
超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影（图8-12）。高斯-克吕格投影的
变形特征是：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，
长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。在6度带范围内，长度最大变形不超过0.14%。
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图8-12高斯-克吕格投影示意
我国规定1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万比例尺地形图，均采用
高斯-克吕格投影。1：2.5至1：50万比例尺地形图采用经差6度分带，1：1万比例尺地形图采用经
差3度分带。
6度带是从0度子午线起，自西向东每隔经差6为一投影带，全球分为60带，各带的带号用自
然序数1，2，3，…60表示。即以东经0-6为第1带，其中央经线为3E，东经6-12为第2带，其中
央经线为9E，其余类推（图8-13）。
3度带，是从东经1度30分的经线开始，每隔3度为一带，全球划分为120个投影带。图4-13
表示出6度带与3度带的中央经线与带号的关系。
在高斯-克吕格投影上，规定以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。
图8-13高斯-克吕格投影的分带
X坐标值在赤道以北为正，以南为负；Y坐标值在中央经线以东为正，以西为负。我国在北半
球，X坐标皆为正值。Y坐标在中央经线以西为负值，运用起来很不方便。为了避免Y坐标出现负
值，将各带的坐标纵轴西移500公里，即将所有Y值都加500公里。
由于采用了分带方法，各带的投影完全相同，某一坐标值（x，y），在每一投影带中均有一个，
在全球则有60个同样的坐标值，不能确切表示该点的位置。因此，在Y值前，需冠以带号，这样
的坐标称为通用坐标。
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57
高斯-克吕格投影各带是按相同经差划分的，只要计算出一带各点的坐标，其余各带都是适用的。
这个投影的坐标值由国家测绘部门根据地形图比例尺系列，事先计算制成坐标表，供作业单位使用。
8.5地形图的分幅和编号
国家基本比例尺地形图有1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：20万、1：50万和1：
100万七种。普通地图通常按比例尺分为大、中、小三种，一般以1：10万和更大比例尺的地图称
为大比例尺地图；1：10万至1：100万的称为中比例尺地图；小于1：100万的称为小比例尺地图。
对于一个国家或世界范围来讲，测制成套的各种比例尺地形图时，分幅编号尤其必要。通常这是由
国家主管部门制定统一的图幅分幅和编号系统。
8.5.1地形图的分幅
目前，我国采用的地形图分幅方案，是以1：100万地形图为基准，按照相同的经差和纬差定义
更大比例尺地形图的分幅。百万分之一地图在纬度0o—60o之间的图幅，图幅大小按经差6o，纬差
4o分幅；在60o—76o之间的图幅，其经差为12o，纬差为4o；在76o—80o之间图幅的经差为24o，纬
差为4o，所以各幅百万分之一地图都是经差6o，纬差4o分幅的。
每幅百万分之一内各级较大比例尺地形图的划分，按规定的相应经纬差进行，其中，1：50万、
1：20万、1：10万三种比例尺地形图，以百万分之一地图为基础直接划分。一幅百万分之一地形图
划分四幅1：50万地形图，每幅为经差3o，纬差2o；一幅百万分之一地图划分为36幅1：20万地形
图，每幅为经差1o，纬差40’；一幅百万分之一地图划分144幅1:10万地形图，每幅为经差30’，
纬差20’。
每幅大于1：10万比例尺的地形图，则以1：10万图为基础进行逐级划分，一幅1：10万地形
图划分四幅1：5万地形图；一幅1：5万地形图划分为四幅1：2.5万地形图。在1：10万图的基础
上划分为64幅1：1万地形图；一幅1：1万地形图又划分为4幅1：5000地形图，（见表8-2）。
表8-2：基本比例尺地形图的图幅大小及其图幅间的数量关系。
图幅大小比例尺
（万）经度纬度图幅间的数量关系
1：1006度4度1
1：503度2度41
1：201度40分3691
1：1030分20分1443641
1：515分10分5761441641
1：2.57.5分5分2304576641641
1:13分45秒2.5分9216230425664164
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8.5.2分幅编号
地形图的编号是根据各种比例尺地形图的分幅，对每一幅地图给予一个固定的号码，这种号码
不能重复出现，并要保持一定的系统性。
地形图编号的最基本的方法是采用行列法，即把每幅图所在一定范围内的行数和列数组成一个
号码。
1、1:100万地图的编号
该种地形图的编号为全球统一分幅编号。
列数：由赤道起向南北两极每隔纬差4o为一列，直到南北88o（南北纬88o至南北两极地区，采
用极方位投影单独成图），将南北半球各划分为22列，分别用拉丁字母A、B、C、D……V表示。
行数：从经度180o起向东每隔6o为一行，绕地球一周共有60行，分别以数字1、2、3、4……60
表示。
由于南北两半球的经度相同，规定在南半球的图号前加一个S，北半球的图号前不加任何符号。
一般来讲，把列数的字母写在前，行数的数字写在后，中间用一条短线连接。例如北京所在的一幅
百万分之一地图的编号为J-50（如图8-14所示）。
由于地球的经线向两极收敛，随着纬度的增加，同是6o的经差但其纬线弧长已逐渐缩小，因此
规定在纬度60o-76o间的图幅采用双幅合并（经差为12o，纬差为4o）；在纬度76o-88o间的图幅采
用四幅合并（经差为24o，纬差为4o）。这些合并图幅的编号，列数不变，行数（无论包含两个或四
个）并列写在其后。例如北纬80o-84o，西经48o-72o的一幅百万分之一的地图编号应为U-19、20、
21、22（图8-14）。
图8-14100万地形图的分幅和编号（北半球）
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2、1:50万、1:20万、1:10万地形图的编号
一幅1:100万地图划分四幅1:50万地图，分别用甲、乙、丙、丁表示，其编号是在1:100万地
形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-乙。
一幅1:100万地图划36幅1:20万地图，分别用带括号的数字（1）-（36）表示，其编号是在1：
100万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-（28）。
一幅1:100万地图划分144幅1：10万地图，分别用数字1—144表示，其编号是在1:100万地
形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32。（图8-15）
图8-151:50万、1:20万、1:10万地形图的分幅和编号示例
3、1:5万、1:2.5万、1:1万地形图的编号
以1:10万地形图的编号为基础，将一幅1：10万地图划分四幅1:5万地图，分别用甲、乙、丙、
丁表示，其编号是在1:10万地形图的编号后加上它本身的序号，如J-50-32-甲。再将一幅1:5万地图
划分四幅1:2.5万地形图，分别用1、2、3、4表示，其编号是在1:5万地形图的编号后加上它本身
的序号，如J-50-32-甲-1。
1：1万地形图的编号，是以一幅1:10万地形图划分为64幅1:1万地形图，分别以带括号的（1）
-（64）表示，其编号是在1:10万图号后加上1：1万地图的序号，如J-50-32-（10）。
一幅1:1万地形图划分为4幅1:5000地形图，分别用小写拉丁字母a、b、c、d表示，其编号是
在1:1万图号后加上它本身的序号，如J-50-32-（10）-a。
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第9章空间数据
空间数据是描述地球表层一定厚度、一定范围内的地理事物及其关系的数据。
9.1空间数据的基本特性
9.1.1数据的基本特性
数据是对事物的复写和描述，可以文字、数字、图形、影像、声音等多种方式存在，但是数据
不是事物本身，这是因为：数据只能从有限的方面去描述事物，而不可能也没必要全面、详尽、保
真的复制事物本身。因此，一般地说，数据所反映的只是事物的某些特性。
数据是以诸如人工统计、仪器测量、社会调查等多种方式获得的，这必然导致甚至是必然存在
的各种误差，如认为差错、仪器的系统误差等等。此外，数据与其描述对象——事物是以不同方式
存在的，从一种存在方式转化为另一种存在方式，其间的转换误差肯定是存在的，而且还有可能是
极为复杂的。如地图是关于地理事物的数据的图形表达，地图是以二维平面方式存在的，而地理事
物是存在于三维空间中的，其间要经过地图投影这一数学转换，这种转换必然会导致误差，并且还
可能很大。
尽管数据不等于事物本身，但因为它可以从某些方面反映事物的特性，因此是我们分析认识事
物的重要途径。经过对数据的分析处理，使我们更清楚地对事物有所了解，掌握了事物的某些特性，
因此获得了事物的有关信息。
一般地说，数据具有以下基本特性：
（1）选择性数据只是从某一（些）侧面描述事物本身，这些侧面就是被选择的事物的属性和
角度，数据的选择性还不仅仅指这种“侧面”的取舍，同时，还有存在方式的选择，因为存在方式
的选择将直接影响“侧面”的选择。用文字来描述事物与用数字描述事物显然直接涉及到“描述什
么”的问题。而用图像来描述事物的选择性则直接就是视觉和视角的选择。
（2）可靠性如果不是直接获取的第一手资料，数据就必然存在是否可靠的问题。有些数据不
是通过直接量测统计得到的，而是分析估算而来，则更存在可靠性问题。即使采用的是精密的仪器、
规范的统计方法，仍会有误差，影响数据的可靠性。数据在存储、管理、传播过程中发生差错也可
能影响其可靠性。可靠性亦可被理解为正确性。
（3）时间性数据是静态的，而事物本身则可能是动态的、不断变化的，任何数据只能反映事
物的某个特定时刻或特定时间段内的情况，在空间数据处理中，数据的时间性已构成一个重要的研
究分支。
（4）完备性完备性是指数据是否系统，是否有缺失。不完备的数据往往对分析造成困难，尤
其是数据的数值分析，没有完备的数据是不可能进行的。完备性有空间的完备性、时间的完备性和
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数据管理篇
61
主题的完备性。空间的完备性指统计对象要全面，如对一个地区降水的观测，观测点要不满整个地
区。时间的完备性指每一个时间段和时间点上的数据都要具备。
（5）详细性详细性指数据的分辨率，也就是可描述最细微差异的程度及最微小物体的大小。
详细性根据数据的属性可分为空间详细性、时间详细性、质量详细性和数量详细性。空间详细性是
指统计单元的级别高低，在非空间数据中，空间详细性可指统计（抽样）的基本单位，如关于高等
学校科研成果的统计是以学校为单位、以院（系）为单位，还是以区为单位。
在空间数据中，空间详细性指空间统计单元的大小、地图比例尺、图像的分辨率、格网和抽样
点的密度等等。时间详细性是指统计的周期、时间间隔的大小。质量的详细性是分类指标体系的详
细性，一般地说，各类指标的分类体系会形成一个分类树，那么质量详细性意味着分类树中的哪一
级分类被采用，如关于人口的统计，可以只统计总人口，也可以以区分性别、职业、学历等，不同
的质量详细性将决定分析的可能性。数量详细性指计量的单位、分级情况、使用的量，如人口可以
按百万、万、人等不同单位进行统计。
9.1.2空间数据的基本特性
空间数据作为数据的一类而具有数据的一般特性，但它由具备自身的一些特性。空间数据的自
身特性构成了空间分析的条件和任务。
a)抽样性
空间物体以连续的模拟方式存在于地理空间，为了能以数字的方式对其进行描述，必须将其离
散化，即以有限的抽样数据表述无限的连续物体。空间物体的抽样不是对空间物体的随机选取，而
是对物体形态特征点的有目的的选取，其抽样方法根据物体的形态特征的不同而不同。抽样的基本
准则就是能够力求准确地描述物体的全局和局部的形态特征。
b)概括性
概括是地图数据处理的一种手段，是对地理物体的简化和综合。空间物体的概括性区别于前面
所述的数据的详细性。空间数据的空间详细性反映人为规定的系统的数据分辨力，而空间物体的概
括性指对物体形态的化简综合以及对物体的取舍。
c)多态性
空间数据的多态性具有两层含义：一是同样地物在不同情况下的形态差异，二是不同地
物占据同样的空间位置。就形态而言，任何城市在地理空间都占据一定范围的地域，因此可以认为
其是面状地物，但在比例尺较小的空间数据中，或者在相对宏观的分析中，城市是点状地物处理的。
关于后者，大多表现为社会经济人文数据与自然环境数据在空间位置上的重叠，如长江是水系要素，
但同时在不同的地段上，长江又与省界、县界相重叠。
d)空间性
空间性是空间数据的最主要特性，它是指空间物体的位置、形态以及由此产生的系列特性。
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9.2空间数据的表示
空间数据表示的基本任务，就是将以图形模拟的空间物体表示成计算机能够接受的数字形式，
因而空间数据的表示必然涉及到空间数据模式和数据结构的问题。
空间数据有两种基本的表示模型：栅格数据模型和矢量数据模型。
在栅格数据模型中，地理空间被划分为规则的小单元（像元），空间位置由像元的行、列号表示。
像元的大小反映了数据的分辨率即精度，空间物体由若干像元隐含描述。例如，一条道路由其值为
道路编码值的一系列相连的像元表示，要从数据库中删除这条道路，则必须将所有有关像元的值改
变成该道路邻域的背景值。栅格模型的设计思想是将地理空间看成一个连续的整体，在这个空间中
处处有定义。
矢量模型将地理空间看成是一个空域，地理要素存在其间。在矢量模型中，各类地理要素根据
其空间形态特征分为点、线、面三类。点状要素用坐标点对表示其位置，线状要素用其中心轴线（或
侧边线）上的抽样点的坐标串来表示它的位置和形状，面状要素用范围轮廓线上的抽样点坐标串表
示其位置和范围，因此在矢量模型中，地物是显式描述的。
9.2.1栅格数据模型
在栅格数据模型中，它的基本单元是一个格网，每个格网称为一个栅格（像元），被赋予一个特
定值。这种规则格网通常采用三种基本形式：正方形、三角形、六边形（如图9-1）。每种形状具有
不同的几何特性。其一是方向性：正方形和六边形栅格数据模型中的所有格网都具有相同的方向，
而三角形栅格数据模型中的格网却具有不同的方向；其二是可再分性：正方形和三角形格网都可以
无循环地再细分成相同形状的子格网，而六边形格网则不能进行相同形状的无限循环再分；其三是
对称性：每个六边形格网的邻居与该六边形格网等距，也就是说该六边形格网的中心点到其周围的
邻居格网的中心点的距离相等，而三角形和正方形格网就不具备这一特征。
三角形正方形六边形
图9-1栅格数据模型中常用的三种基本单元
栅格模型中最常用的也是最简单的是正方形格网，除了因为它具有上述方向性和可再分性外，
还因为大多数栅格地图和数字图像都采用了这种栅格数据模型。
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栅格模型的缺点在于难以表示不同要素占据相同位置的情况，这是因为一个栅格被赋予一个特
定的值。因而一幅栅格地图仅适宜表示一个主题（土地貌、土地利用等）。
在栅格模型中，栅格大小的确定是一个关键，根据抽样原理，当一个地物的面积小于1/4个栅
格时就无法予以描述，而只有面积大于一个栅格时才能确保被反映出来。从中可以发现很多栅格具
有相同的值，数据冗余非常大。在地图数据库中，为了节约存储空间，通常不是直接存储每个像元
的值，而是采用一定的数据压缩方法，常用的有“行程编码”和“四叉树”方法。
一、行程编码
行程编码方法是逐行将具有相同取值的栅格用两个数值（L，V）表示，L表示栅格数，V表示
栅格的值。行程编码法也可以是按列压缩，其压缩倍率与按行压缩一般不相等。行程编码的数据在
处理时需要还原，因此研究数据压缩还应考虑到数据还原的可能性与方便性。
二、四叉树
四叉树是一个分层的多分辨率的栅格地图表示方法。它首先将整幅图以22的方式四等分，如
果其中任一栅格内属性不唯一，则将该栅格再进行22四等分，如此循环直至每个栅格内的值唯一，
图9-2就是一个对多边形表示的面状地物的四叉树描述，每个像元的大小并不相等，各像元根据其
所处层次的编号逐层记录，如图左上角的像元处于第一层，右上角的像元处于第二层左下角的像元
处于第三层，以此类推。四叉树就其本质而言不仅是一种数据压缩方法，还是一种数据结构，用四
叉树表示的栅格地图一般无需还原即可进行数据分析。四叉树曾经是一个相当活跃的研究领域，基
于四叉树的算法非常丰富。
图9-2四叉树压缩编码原理图
9.2.2矢量数据模型
矢量数据模型是以坐标点对来描述点、线、面三类地理实体。描述地理实体的矢量方法有许多，
这些不同的矢量数据模型间的一个最重要的差别是采用路径拓扑（PathTopology）模型，还是采用
网络拓扑（GraphTopology）模型。这两种模型间的主要区别在于前者将而维要素的边界作为独立
的一维要素来单独处理，而不考虑要素之间的相互关系；而后者则是在一个关于边界的关系网络模
型中来考查二维要素。
路径拓扑常用的有“面条模型”（SpaghettiModel）、“多边形模型”（PolygonModel）、“点字
典模型”（PointDictionaryModel）、“链/点字典模型”（Chain/PointDictionaryModel）。
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64
9.2.3栅格数据模型和矢量数据模型比较
栅格模型与矢量模型似乎是两种截然不同的空间数据结构，栅格模型“属性明显、位置隐含”，
而矢量模型“位置明显、属性隐含”，栅格数据操作总的来说比较容易实现，尤其是作为斑块图件的
表示更易于为人们接受；而矢量数据操作则比较复杂，许多分析操作（如两张地图的覆盖操作，点
或线状地物的邻域搜索等）用矢量模型实现十分困难，矢量模型表达线状地物是比较直观的，而面
状地物则是通过对边界的描述而表达。无论哪种结构，数据精度和数据量都是一对矛盾，要提高精
度，栅格模型需要更多的栅格单元，而矢量模型则需记录更多的线段结点。一般来说，栅格模型只
是矢量模型在某种程度上的一种近似，如果要使栅格模型描述的图件取得与矢量模型同样的精度，
甚至仅仅在量值上接近，则数据也要比后者大得多。
栅格模型在某些操作上比矢量模型更有效更易于实现，如按空间坐标位置的搜索，对于栅格模
型是极为方便的，而对矢量模型则搜索时间要长得多；在给定区域内的统计指标运算，包括计算多
边形形状、面积、线密度、点密度，栅格模型可以很快算得结果，而采用矢量模型则由于所在区域
边界限制条件难以提取而降低效率，对于给定范围的开窗、缩放栅格模型也比矢量模型优越；另一
方面，矢量模型用于拓扑关系的搜索则更为高效，即诸如计算多边形形状搜索邻域、层次信息等；
对于网络信息只有矢量模型才能完全描述；矢量模型在计算精度与数据量方面的优势也是矢量模型
比栅格模型受到欢迎的原因之一，采用矢量模型记录数据量大大少于栅格模型的数据量。
栅格模型除了可使大量的空间分析模型得以容易实现之外，还具有以下两个特点：（1）易于与
遥感相结合。遥感影像是以象元为单位的栅格模型，可以直接将原始数据或经过处理的影像数据纳
入栅格模型的地理信息系统。（2）易于信息共享。目前还没有一种公认的矢量模型地图数据记录格
式，而不经压缩编码的栅格格式即整数型数据库阵列则易于为大多数程序设计人员和用户理解和使
用，因此以栅格数据为基础进行信息共享的数据交流较为实用。
许多实践证明，栅格模型和矢量模型在表示空间数据上可以是同样有效的，对于一个GIS软件，
较为理想的方案是采用两种数据结构，即栅格模型与矢量模型并存，对于提高地理信息系统的空间
分辨率、数据压缩率和增强系统分析、输入输出的灵活性十分重要。两种格式的比较见表9-1。
表9-1矢量格式与栅格格式的比较
优点缺点
矢量数据1．数据结构紧凑、冗余度低
2．有利于网络和检索分析
3．图形显示质量好、精度高
1．数据结构复杂
2．多边形叠加分析比较困难
栅格数据1．数据结构简单
2．便于空间分析和地表模拟
3．现势性较强
1．数据量大
2．投影转换比较复杂
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数据管理篇
65
第10章实体表达和类
10.1实体表达
10.1.1对象
在MAPGIS7.0中，现实世界中的实体用对象表示。诸如房子、湖泊或顾客之类的实体，均可用
对象表示。对象有属性、行为和一定的规则，以记录的形式存储对象。对象是各种实体一般性的抽
象，特殊性对象包括要素、关系、注记、修饰符、轨迹、连接边、连接点等。
10.1.2对象类型、子类型
根据对象的行为和属性可以将对象划分成不同的类型，具有相同行为和属性的对象构成对象类，
特殊的对象类包括要素类、关系类、注记类、修饰类、动态类、几何网络。不特别声明的情况下，
对象类指没有空间特征的同类对象集。
子类型是对象类的轻量级分类，以表达相似对象，如供水管网中管材可以分为钢管、塑料管、
水泥管。不同类或子类型的对象可以有不同的属性缺省值和属性域。
10.1.3类
地理数据库中最基础的数据组织形式是类，包括要素类、对象类、关系类、注记类、修饰类、
动态类、几何网络和视图。从用户的观点看，类是可命名的对象集合，具有内在的完整性和一致性，
以目录项为表现形式。
10.2对象类
对象类是具有相同行为和属性的对象的集合。在空间数据模型中，一般情况下，对象类是指没
有空间特征的对象（如房屋所有者、表格记录等）的集合；在忽略对象特殊性的情况下，对象类可
以指任意一种类型的对象集。
10.3要素类
要素类是具有相同几何类型、相同属性和相同空间参照的地理要素的集合，可以分为点，线，
区和混合要素类。
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66
10.3.1要素
要素是现实世界中现象的抽象，往往用于表达某种类型的地理实体，如道路、学校等。要素是
真实世界中的地理对象在地图上的表示，要素具有几何和属性。如果该要素与地球上的某一地理位
置相关，则该要素就为地理要素。
要素类是相同类型要素的集合。要素按其数据组织方式的不同可以分为简单要素模型和复杂要
素模型。
10.3.2简单要素模型
10.3.2.1基本概念
1、点
0维几何，表示坐标空间中的一个单独位置。点有一个x坐标值和一个y坐标值。
2、线
是一维的几何实体。用来表示较狭窄的要素。包括折线和弧线。
3、曲线
1维几何基形，表示一条线的连续影像。曲线的边界是该曲线起止端点的集合。如果该曲线是
一个环，两端点是相同的，该曲线是拓扑闭合，被认为没有边界。第一个点称为起始点，最后一个
点称为终止点。该曲线的连通性由“一条线的连续影像”定义保证。拓扑理论认为一个连通的集合
的连续影像是连通的。
4、曲面
是一个2维几何对象。OpenGIS抽象规范将简单表面定义为由一个简单碎片（patch）组成，该
碎片(patch)与一个外部边界和0个或更多的内部边界相联系。
5、多边形
是一个平面表面，通过一个外部边界和0个或更多的内部边界定义。每个内部边界定义一个多
边形的一个洞（hole）。
多边形的断言（assertion）（定义有效多边形的规则）是：
1）多边形是拓扑闭合的。
2）多边形的边界是由一组线性环组成的，这些线性环构成多边形的外部边界和内部边界。
3）在边界交叉处不会出现两个环，在多边形的边界中的环可能在一点上相交，但只可能相切。
4）多边形不可能有分割线（cutlines），刺穿(spikes)或者小孔(punctures)。
5）每个多边形的内部是一组相连的点。
6）带有一个或者多个洞（hole）的多边形的外部是不相连的。每个洞（hole）定义一个外部的相
连组件。
6、多点
多点是0维几何集。多点的组成元素限制为点。这些点不是相连或有序的。如果多点中没有两
个相同的点（有相同的坐标值），那么多点是简单的。
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数据管理篇
67
7、多线
是一个1维几何集，它的组成元素是线。
8、多面
是一个2维几何集，组成元素是表面（surface）。多面中的任意两个表面的内部都可能相交。多
面的任意两个组成元素的边界都只可能相交于有限多个点。
9、多多边形
多多边形是一个由多边形组成的多面。
多多边形的断言（assertion）（定义有效多多边形的规则）为：
1）组成多多边形的两个多边形的内部不可能相交。
2）组成多多边形的两个多边形不可能相交（cross），但可能与有限个点相连。（注意，穿过在上
面的第一条中就被禁止了）
3）多多边形被定义为拓扑闭合的。
4）多多边形不能有分割线（cutlines），刺穿（spikes）或者小孔（punctures）。一个多多边形是
一个规则的，闭合的点集。
5）带有多于1个多边形的多多边形的内部的是不连通的，多多边形的内部的连通组件的数量就
等于多多边形中的多边形的数量。一个多多边形的边界是一组对应于它的成员多边形的边界的封闭
曲线。多多边形的边界中的每一条曲线都在一个成员多边形的边界中，而成员多边形边界的每条曲
线都是在多多边形的边界中的。
10、子元素
子，指一个元素c是另一个元素（它的父元素）p的内容，但不是p中的任何其它元素的内容。
多点、多线、多多边形拥有子元素。子元素即构成多点、多线、多多边形的点、线、多边形。子元
素的个数即构成多点、多线、多多边形的点、线、多边形的个数。
11、解析线
解析线指由解析线参数控制的曲线。如弧线、圆心半径园、3点圆、椭圆、圆心半径起始角终
止角（顺时针旋转）的弧、3点弧、矩形（对角点＋角度）、矩形（单点＋长度宽度＋角度）、样
条曲线、Bezier曲线。
10.3.2.2数据模型
简单要素模型支持的几何形态有：
1、点和多点
单个点或多个点构成的几何实体（支持三维数据）。
2、线
支持折线，弧线、圆心半径圆、3点圆、椭圆、圆心半径起始角终止角（顺时针旋转）的弧、3
点弧、矩形（对角点＋角度）、矩形（单点＋长度宽度＋角度）、样条曲线、Bezier曲线。
3、多线
由多个符合2、的线构成
4、多边形
支持由符合2、的线构成的多边形。
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68
5、多多边形
由多个符合3、的多边形构成。
6、混合形态
支持由1、2、3、4、5的任意组合构成的几何形态。
10.3.2.3数据组织结构图
图10-1简单要素数据组织结构图
10.3.3复杂要素模型
10.3.3.1基本概念
1、属性（Attribute）
要素的特性（characteristic）。
2、几何实体
地理对象的外观特征或可视化形状。地理对象可以用三种几何实体表示在地图上：点、线、多
边形。
3、弧段
空间数据层中的坐标点序列，包括折线、圆、椭圆、弧、矩形、样条曲线、Bezier曲线等。
4、点
空间数据层中单一坐标点；点分为“一般点”、“实结点”、“虚结点”。
虚结点：为了实现连通性由系统内部产生的点。它没有对应的地物，也不能引用。
5、假点
空间数据层中的引用点。
6、假弧段
空间数据层中的引用弧段。
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69
10.3.3.2概念层次
图10-2复杂要素概念层次图
10.3.3.3数据组织结构图
图10-3复杂要素数据组织结构图
属性几何实体
点弧段
图形信息空间实体
要素类
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70
10.4关系类
10.4.1关系
关系是指地理数据库中两个或多个对象之间的联系（association）或连接（link）。
关系可以存在于空间对象之间、非空间对象之间、空间和非空间对象之间，对象之间的关系可
分为空间关系和非空间关系。
空间关系是与实体的空间位置或形态引起的空间特性关系，包括：分离、包含、相接、相等、
相交、覆盖等九种。
非空间关系是对象的语义引起的对象属性之间存在的关系，如甲乙方之间的合同关系。，包括：
关联、继承(完全、部分)、组合（聚集、组成）、依赖。非空间关系具有多重性：一对一1-1、一对
多1-M、多对多N-M。
关系的集合称为关系类，一般在对象类、要素类、注记类、修饰类的任意两者之间建立关系类。
10.4.2关联关系
关联关系也叫一般关系。如果多个对象之间互相独立，不存在依赖，则这种关系称为一般关系。
一般关系有1-1、1-M和N-M的映射。见下图10-4。
源要素类关系类目的要素类源要素类关系类目的要素类源要素类关系类目的要素类
（1-1）（1-M）（N-M）
图10-41-1、1-M和N-M的映射图
10.4.3继承关系
继承关系是指目的对象类继承原始对象类的某些或全部特性。继承关系分为部分继承关系和完
全继承关系。
部分继承是指子类继承了父类的部分特性。
完全继承是指子类继承了父类的全部特性。
O1
O2
R1
R2
D1
D2
O
1
O
2
R
1
R
2
D
2
D
1
D
6
D
5
D
4
D
3
R
1
R
2
D
2
D
1
D
6
D
5
D
4
D
3
O1
O
2
O
3
O
4
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71
10.4.4组合关系
如果一个对象控制其它对象的生命，则这种关系称为组合关系。例如：电线杆（原始类）和变
压器（目的类）是一个一对多的组合关系，一旦电线杆被删除，一个删除消息就会发送给与它相关
联的变压器，随之变压器也从其要素类中被删除。
组合关系的映射只能是1-1或1-M。
组合关系分为聚集和组成。
聚集是指组合体与各部分具有不同的生命期。
组成是指组合体与各部分具有相同的生命期（同生共死）。
10.4.5依赖关系
依赖关系由对象的语义引起，但与空间有关，只能建立在要素类之间。如要素类1中的弧段A
引用了要素类2中的弧段B，则成为A依赖于B，如行政边界以河流中心线为准。
10.4.6N-M的关系和属性化的关系
N-M的关系需要独立的表格（关系表）来存储关系。
属性化（表格化）的关系是指两对象间的关系还需要用额外的属性字段来表现它们间的联系，
这种关系也需要建立独立的表格（关系表）。例如：在土地和所有者的关系中，若某个所有者只拥有
某块土地20％的股份，对于这个属性，它即不能存在于所有者要素类中，也不能存在于土地要素类
中，它是在两个要素类有了关系之后才存在，所以我们需要创建一个独立的表格，来存放这样的属
性。
10.4.7关系规则
每一个关系类都可以有一个关系规则集，这个规则集由多个规则组成。一条关系规则可以控制
着原始类中的某个子类型对象与目的类中的另一个子类型对象间的关系。
关系规则也可以定义每种关系的有效基数范围（validatecardinalityrange），即取值的范围。例如：
电线杆要素类按材质分为木头子类型和钢铁子类型，木头型电线杆上可以放0～3个变压器，而钢铁
型电线杆可以放0～5个变压器。所以在这里应用到电线杆和变压器关系上的规则有2种，一种是木
头型电线杆和变压器之间存在0～3的映射关系，另一种是钢铁型电线杆和变压器之间存在0～5的
映射关系。
10.4.8标签
标签分为前向标签和后向标签。这两个标签用于描述原始类和目的类之间的关系，例如：定义
前向标签为“管理”，后向标签为“被管理”。
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72
10.4.9通知
通知是作用在原始类和目的类上的一个管理机制，它分为四种类型：不通知、向前通知、向后
通知和互相通知。
10.5注记类
10.5.1注记
表现地理现象的地理要素除了有几何形状和空间位置外，还有一些描述文本，例如表示城市的
要素类具有与其名称相关的文本，通常将这些文本称为注记。在地理数据库中注记是在制图显示时
用来标注要素的文本，它可以确定位置或者识别要素。注记按类型分为文本注记、属性注记和维注
记三种。
10.5.2文本注记
文本注记的文字内容和注记位置均由用户输入。根据版式的不同，文本态注记又分为静态文本
注记和HTML版面注记。
10.5.2.1静态文本注记
静态文本注记的文字内容只能是与windows的记事本内容格式相同的文本。
10.5.2.2HTML版面注记
HTML版面注记也是一种静态注记，它可以用来描述地图上某些现象的信息。HTML所代表的
意义是静态超文本标记语言，它是全球广域网上描述网页内容和外观的标准。标记描述了每个网页
上的组件，例如文本段落，表格或图像。对于地图上需要用一段文字描述的信息，就可以用HTML
版面注记来标注。用HTML方便的控制版面的格式。
10.5.3属性注记
属性注记是地理数据库中与要素属性字段相关联的注记。属性注记所在的注记类与同一个要素
数据集下的一个(且只能是一个)要素类相关联，每一个属性注记和要素类中的一个要素相关联。属性
注记的文本可以是要素属性表中的一个字段或者多个字段合成的文本信息。
属性注记的特性有如下一些：
１．属性注记类与某个要素类相关联。用户可以选定要素类的全部或者部分要素，在关联的属
性注记类中为这些要素添加相应的记录。
２．当要素类的要素移动时，属性注记类的注记也随之移动，属性注记的这种行为在注记类创
建的时候就产生了，并且是默认存在的。
３．当改变要素的某个属性，该属性正是要素与属性注记相关联的字段，那么属性注记的文本
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73
内容也会随之发生改变。
４．当要素被删除时，与之建立关系的属性注记也同时被删除；若与要素对应的注记被删除，
则要素不受影响。
5．属性注记类的文本内容不能被修改。
10.5.4维注记
维注记是一种特殊的地图注记，用来表示地图上的长度或者距离，一个维注记可能表示一个建
筑或小区某一边界的长度，或者表示两个要素之间的距离，例如一个消防栓到某一建筑拐角的距离。
10.5.4.1维注记的组成元素
基线：表示地图上要描述的地物的一条边或者某一区域的边。
维注记符号：维注记符号由扩展线、维线、引导线组成的一个整体。
图10-5维注记的组成元素
10.5.4.2维的类型
根据基线和维线的位置关系，维分为平行维和线性维；根据维线箭头的方向可以分为内向维和
外向维。
平行维：平行维是指维线平行于基线，维线的长度表示的是真实的基线起点和终点的距离。平
行维可以分为简单平行维和平行维。简单平行维是由两点（起始点和终止点）确定的，基线和维线
是重合，基线和维线之间没有扩展线。如图10-6所示。平行维由三点（起始点、终止点以及确定维
线高度的一个点）确定，基线和维线不重合，由扩展线连接基线和维线。如图10-7所示。
图10-6简单平行维图10-7平行维
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线性维：维线和基线不平行，所以线性维表示的不是基线起点到终点的实际距离。线性维可以
是水平的、垂直的、旋转的。
(a)水平线性维表示的是基线起点和终点之间的水平距离。如图10-8(a)所示；
(b)垂直线性维表示的是基线起点到终点之间的垂直距离，如图10-8(b)所示；水平线性维和垂
直线性维由起始点、终止点和确定维线高度的第三个点确定。第三个点决定线性维是水平垂直的。
(c)旋转线性维指维的基线和维线相隔一个角，维的长度是用维线的长度来表示，与基线无关。
如图10-8(c)所示。旋转线性维由四个点确定：起始点、终止点、确定维线高度的点以及确定扩展
线角度的点。
图10-8(a)水平线性维(b)垂直线性维(c)旋转线性维
图10-9表明的是根据箭头方向的不同而形成的内向维和外向维。它是根据构造参数的设置绘制时
调整箭头和文本的结果。
图10-9(a)内向维(b)外向维
10.5.4.3维的文本
1、平行维的文本的值是基线的长度，计算公式为：
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75
图10-10维注记长度
2、线性维的文本值是基线在某个方向上的距离，计算公式为：
10.5.5注记模板
注记模板是用来存放注记的一个容器，注记的文字写在模板中。模板包括两个主要部分，存放
文字的部分和指示位置的部分。在地图上，使用模板的注记一般由两个点确定，第一个点是注记的
控制点，用于确定注记标注的位置；第二个点是文字的定位点，用于确定注记文字开始的位置。文
字外框图形的相对位置和文字的定位位置有关，标注位置和文字外框图形是两个相互独立的部分。
图10-11注记模板示意图
模板和注记类型：当两种文本注记（静态文本注记和HTML版面注记）使用模板时，注记文字
必须在模板的文字框中显示。此时，模板的文字框大小根据注记的类型确定。若注记是静态文本注
记则根据文字的大小将文字框确定为单行文字区。若是HTML版面注记则文本框是整个版面的大小。
10.6修饰类
修饰类用于存储修饰地图或者辅助制图的要素，包括几何图形、接图表、图例、指北针、图框、
中地公司
标注控制点
文字的定位点
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贴片、块和字符串。
10.6.1几何图形
包括简单点、简单线、简单多边形的几何实体，点可以是单点，也可以是多点；线可以是任意
类型的线（折线、弧线…），也可以是多条单线组成的多线，多边形可以是单面，也可以是多面,多
边形的端点不要求严格重合，这些几何图形主要考虑图面的要求。每个几何图形带各自的图形信息。
几何图形只能是单一类型的几何实体,即不能为点，线，面的混合实体。几何图形的所有实体
均是二维的。
10.6.2接图表
记录需要选中的图块的相邻八个图幅的信息的表。
如下图所示：
图10-12接图表
10.6.3图框
分为内图框和外图框。
在生成图框之前，应该确定图框所采用的投影类型，图幅范围，及编号，坐标网以及比例尺。
自定义图框包括：内图廓线、外图廓线、外框线、刻度注记、四角坐标注记、经纬线、网格线。
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77
(1)图框设置模板：
十字坐标线实线坐标线仅边上向内仅边上向外
十字经纬线实线经纬线无网线且四角不注记无网线
图10-13图框的几种类型
(2)图框注记图示：
图10-14图框注记偏移量示意图
偏移量是指相对于字符串左下角点的距离。
90
x
X方向偏移
Y方向偏移
y
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78
四角注记：
图10-15图框注记示意图
经线点密度：绘制经线时经线上点的密度；
纬线点密度：绘制纬线时纬线上点的密度；
地图参数：地图投影方式相应的参数；指定使用何种投影。
内图廓线
106°30′
29
°
29
°
106°30′106°45′
29
°
106°45′
29
°
20°
30′
20°
33′
29°36′29°30′
最小起
始经度
最大结
束经度
经度线
间隔
纬度线
间隔
最小起
始纬度
最大结
束纬度
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10.6.4图例
图例是表明地图中用到的标记的意义的信息。当地图上某种地图标记变化时，图例中的符号应
相应变化。地图上没有标记的事物，图例中绝不应该有。
图例由图例框(LegendFrame)、图例名(LegendTitle)、图例元素(LegendItem)三部分组成,其中
图例元素又由符号显示块(Patch)及其描述(Description)组成.具体如下图所示：
图10-16图例示意图
断裂带
天然气层
煤层
石油层
地表植被层
川东地层
符号
图例框
符号
符号
元素
图例名
描述
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80
10.6.5指北针
标识地图上北向的指针图示。
修饰类中的指北针有几何形态、属性信息、边框信息；
10.6.5.1几何形态
指北针的几何形态引用自模板库中的指北针模板，这些指北针其元素由点、线、面组成，
其常见形态如下所示。
图10-17指北针的几何形态示意图
10.6.5.2属性
指北针通过改变其属性来改变元素的一些特性，其有如下属性：
颜色改变：如下图是改变后的图示：
图10-18指北针改变颜色属性示意图
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倾斜角度：下图是改变后的图示：
图10-19指北针改变角度属性示意图
10.6.5.3边框信息
1)边框线型：边框线采用的线型。
2)边框线颜色：边框线采用的颜色。
3)边框线宽：边框线采用的线型的线宽。
4)边框填充背景色：边框线采用的填充背景色。
10.6.6贴片
贴片是带填充色的矩形框，用于遮盖不需要的图形显示。贴片有自己的填充色，覆盖方式，不
影响原地图本身的图形信息。
其表现形式如下图所示：
图10-20贴片示意图
10.6.7比例尺
标志地图上的比例尺图示。
比例尺分为几何形态、属性、边框三方面的信息。
10.6.7.1几何形态
比例尺的几何形态引用自模板库中的比例尺模板。其几何形态由以下几方面的元素组成：
1)刻度线/子刻度线形态；
2)刻度值/刻度单位的位置；
3)尺身形态：直线、方格、双层方格、带填充色的方格等；
10.6.7.2属性
用户可以通过修改属性信息,来改变比例尺的元素的一些特性，有如下常见属性：
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82
1)刻度线/子刻度线/尺身边线的线宽，线颜色；
2)尺身的填充色(如果为条形比例尺)；
3)刻度值，刻度单位显示的字串属性；
4)刻度值数字的有效位数字或小数点后位数等格式化信息；
下图是一些属性改变后比例尺变化的图示：
1）刻度值字体信息：
图10-21比例尺刻度值字体
2）比例尺尺主体信息：如颜色，线形等
图10-22比例尺尺主体信息
10.6.7.3边框信息
1)边框线型：边框线采用的线型。
2)边框线颜色：边框线采用的颜色。
3)边框线宽：边框线采用的线型的线宽。
4)边框填充背景色：边框线采用的填充背景色。
下面是边框填充色改变后比例尺变化的图示：
03707401,1101,480
Meters
03707401,1101,480
Meters
图10-23比例尺边框填充色
10.7动态类
动态类是一种特殊的对象类，是空间位置随时间变化的动态对象的集合。动态对象的位置随时
间变化形成轨迹，动态类中记录轨迹的信息，包括x、y、z、t和属性。
动态集是用于存放用户需求的记录的数据集合，每个动态集对应着一个用户的查询。
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83
10.8网络类
MAPGIS的网络模型主要在两个方面发挥作用：作为GIS平台网络分析功能的基础。这些网络
分析功能包括路径分析、连通分析、流向分析、资源分配、定位分配等等；作为城市基础设施（给
水排水、能源供应、道路交通、邮电、园林绿化、防灾）的数据模型，为城市基础设施GIS应用软
件提供支持。
10.8.1网络类型
根据网络的使用方法，可以把网络分为设备网和交通网。设备网是指那些根据参与网络的网络
要素属性值，确定网络边要素网络流向的一类网络，例如：输电网（右图）、供水网、污水排放网、
煤气管网等；交通网是指那些以人为方式指定网络边要素网络流向的一类网络，例如：城市交通网
（左图）、商业物流网等等。
图10-24网络类型
10.8.2几何网络
几何网络是边要素和点要素组成的集合，边要素和点要素相互联系，一条边连接两个点，一个
点可以连接大量的边。边要素可以在二维空间交叉而不相交，如立交桥。几何网络中的要素表示网
络地理实体，如道路、车站、航线等。
城市交通网输电网
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84
图10-25几何网络示意图
10.8.2.1网络要素
参与在几何网络中的要素为网络要素，网络要素类型分为网络简单边要素、网络简单点要素、
网络复杂边要素、网络复杂点要素四种类型，一个网络要素类只能参与一个几何网络。
网络要素与其它要素唯一不同之处：具有保持连通性并自动更新网络元素的行为。
10.8.2.1.1网络简单边要素
网络简单边要素类对应于简单要素模型中的简单线要素类，而且其简单线要素不包含多线要素
类型的简单线要素。
简单边要素和边线元素是一对一的对应关系。
10.8.2.1.2网络简单点要素
网络简单点要素类对应于简单要素模型中的简单点要素类，而且其简单点要素不包含多点要素
类型的简单点要素。
简单点要素和结点元素是一对一的对应关系。
10.8.2.1.3网络复杂边要素
网络复杂边要素类对应于简单要素模型中的简单线要素类，而且其简单线要素不包含多线要素
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数据管理篇
85
类型的简单线要素。
网络复杂边要素允许沿着边要素的线性方向放置多个简单点要素，将一个复杂边与多个边线元
素相对应，即一对多的对应关系。例如：在模拟一个城市交通网时，一个城市的主干道，可能被一
些街道分割成多段，在几何网络中，一个城市的主干道最好是用一个边要素来表示，而在逻辑网络
中，就需要将主干道拆分成多个边线元素。
10.8.2.1.4网络复杂点要素
网络复杂点要素类对应于简单要素模型中的简单点要素类，而且其简单点要素不包含多点要素
类型的简单点要素。
复杂点要素没有生成对应的网络元素，所以复杂点要素不参与任何网络分析。
网络复杂点要素与其所属网络中的其它网络简单点要素、网络简单边要素、网络复杂边要素的
辖属关系通过关系类管理实现。一个复杂点要素类对应一个关系类，网络复杂点要素类与其关系类
共生共灭。
一个网络复杂点要素和网络简单点要素、网络简单边要素、网络复杂边要素为一对多的一般对
应关系；一个网络简单点要素、网络简单边要素、网络复杂边要素可以分别隶属于不同网络复杂点
要素类中的一个网络复杂点要素。
复杂点要素之间没有任何辖属关系。
10.8.2.1.5拓扑点
拓扑点的要素类型为简单点要素类，拓扑点是由网络类产生并维护的要素类，拓扑结点的作用
仅仅是维护网络的连通性，不担任任何网络分析角色。
10.8.2.1.6连接规则
为了保证几何网络中网络要素在相连时的要素类型和数量，可以使用连接规则来检查几何网络
中的网络要素是否违背了连接规则。
以下是几何网络中的连接规则：
1、边对边连接规则
规定要素类A的边要素通过要素类B的点要素可以与C要素类的边要素相连。
2、点对边连接规则
规定要素类A的边要素可以和要素类D的点要素相连。
3、缺省的点要素类型
两种要素类的边要素可以通过多种要素类的结点要素相连通，但可以指定缺省情况下的结点要
素类。
4、连接基数
可以指定一种规则，规定m1至m2条要素类A的边要素可以和一个要素类B的点要素相连通，
或者规定n1至n2个要素类C的点要素可以和一个要素类D的点要素相连。
10.8.2.1.7网络权
网络权值是指从某个结点元素出发经过某个结点元素到某个结点元素、从某个边线元素经过某
个结点元素到另外某个边线元素的所需要克服的阻碍。
在一个几何网络中可以定义多种网络权，每种网络权在网络分析中代表不同含义的阻碍。
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86
10.8.3逻辑网络
10.8.3.1边线元素
根据网络类型划分依据，不同类型的网络，其边线元素的网络流向有不同含义。在设备网中，
是指资源在网络中按照角色属性值，资源在网络中的分配方向；在交通网中，指人为确定边线元素
的网络流向。
所以在逻辑网络中，记录的边线元素的网络流向，若网络类型为设备网，则其含义为作为资源
沿线的边线元素的资源分配方向；若网络类型为交通网，则其含义为网络分析后边线元素的网络流
向。
10.8.3.2结点元素
结点元素是逻辑网络的基本网络元素之一。
10.8.3.3中心元素
担任资源中心的结点元素称之中心元素。
10.8.3.4站点元素
在网络分析资源分配中担任资源站点的结点元素称之站点元素。
10.8.3.5沿线元素
在网络分析资源分配中担任资源沿线的边线元素称之沿线元素。
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数据管理篇
87
第11章视图
11.1视图的概念与范围
11.1.1视图的概念
视图是从一个表或几个表导出的表，它与基表不同,是一个虚表。数据库只存放视图的定义，而
不存放视图对应的数据，这些数据仍存放在原来的基表中。所以基表的数据发生变化，从视图中查
询出的数据也随之变化。
MAPGIS7.0视图具有以下特点：
1)MAPGIS提供要素类、对象类、注记类、动态类的视图；
2)视图是根据给定的空间条件、属性条件在原始类中选择数据，但是这些数据本身并
没有复制，仅仅是逻辑上的拷贝；
3)视图本身仅存储创建这个视图的空间条件和属性条件。空间条件包括矩形范围、类和子类
型，属性条件包括纵向条件和横向条件，纵向条件限制视图所包含的字段，横向条件通过
条件表达式（如：“面积<500”）限制视图的记录范围；
4)MAPGIS7.0将视图分为只读视图和可读写视图。
11.1.2建立视图的意义
需要对哪些表的哪些列过虑到视图里，要对哪些表联合查询得到经常用的数据放到视图，简化
用户操作。提取关心的数据、屏蔽安全数据等等。
MAPGIS7.0可以在要素类、对象类等类数据的基础上建立视图，通过空间条件和属性条件，将
视图限制在一定的空间或记录范围内。由于视图具有灵活的列选择功能，以及空间条件和属性条件
定义，使得视图成为非常重要的数据权限管理机制。
11.2视图与原始类的关系
11.2.1视图与对象类
MAPGIS7.0提供对象类的视图如下：
MPDB_OCLS对象类信息表（OCLSID是主键）
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88
图11-1对象类的视图
11.2.2视图与要素类
MAPGIS7.0提供要素类的视图如下：
MPDB_FCLS要素类信息表（FCLSID是主键）
图11-2要素类的视图
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第12章规则
对象特性的一个特殊表现是某些属性的取值往往存在边界条件，对象之间的关系（包括空间关
系）甚至关系本身存在某种约束条件。所有这些限制条件统称为有效性规则。MAPGIS7.0中，有效
性规则分为4种类型：属性规则，空间规则，连接规则，关系规则。有效性规则可以作用在类上，
也可以作用在子类型上。
12.1属性规则与定义域
属性规则用于约定某个字段的缺省值，限定取值范围，设置合并和拆分策略。属性规则通过“定
义域”来表达，取值范围分连续型和离散型，相应地把定义域分为范围域和编码域。
范围域适用于数值型、日期型、时间型等可连续取值的字段类型，编码域除了可以适用于连续
取值类型外，还可用于字符串等类型的字段。
合并和拆分策略定义要素合并和拆分时属性字段的变化规则，合并策略包括：缺省、累加、加
权平均，拆分策略包括：缺省、复制、按比例。如地块合并，合并后的要素属性“地价”可定义为
“累加”策略。
12.2空间规则
空间规则作用于要素类或要素类之间，用于限定要素在某个空间参照系中的相互关系。常见的
空间规则如：
(1)要素类中每条弧段只能作为两个多边形的边界；
(2)要素类中多边形之间不能重叠；
(3)要素类中多边形之间不能有缝隙；
(4)“城镇”要素必须落在“行政区”要素内部；
(5)不能有悬挂线；
(6)线不能自相交；
（7）“阀门”必须与“水管”的端点重合；
12.3关系规则
关系规则随着关系的产生而产生，用于限定对象之间关系映射的数目。例如：原始类和目的类
之间建立了N-M的关系，则通过关系规则可以限定关系的原始对象数是1-3，目的对象数是0-5，即
原始类中的每个对象与目的类中至少1个、最多3个对象建立关系；而目的类中的对象可以和原始
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对象没关系，但最多只能与5个原始对象有关系。
12.4连接规则
连接规则主要使用在几何网络中，用以约束可能和其它要素相连的网络要素的类型，以及可能
和其它任何特殊类型相连的要素的数量。有两种类型的连接规则：边对边连接规则、点对边连接规
则。
边对边规则约束了哪一种类型的边通过一组结点可以与另一种类型的边相连。
点对边规则约束了哪一种边类型可以和哪一种结点类型相连。
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