Chp3空间数据模型

1、地理信息系统电子教案地理信息系统电子教案任课教师：姚晓军电子邮箱：yaoxj_西北师范大学地理与环境科学学院本章内容本章内容1. 地理空间与空间抽象2. 空间数据概念模型3. 空间关系4. 空间逻辑数据模型地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象v地理空间地理空间 地理空间是指地球表面及近地表空间。地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象v深入理解深入理解 GIS作为对地理空间事物和现象进行描述、表达和分析的计算机系统，首先必须将现实世界描述成计算机能理解和操作的数据形式。观察抽象综合取舍编码简化地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象v数据模型数据模型 数据模型是对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将

2、抽象结果组织成有用、能反映现实世界真实状况数据集的桥梁，是地理信息系统的基础。 层次 概念模型 逻辑数据模型 物理数据模型地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象概念模型逻辑数据模型物理数据模型空间数据库观察和认知概念世界计算机世界现实世界选择、综合、简化和抽象编码、表达、建立空间关系数据结构对数据进行组织最高层中间层最底层空间事物或现象空间实体抽象的空间实体抽象的3个层次个层次信息地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象v概念模型概念模型 概念模型是地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理数据的语义解释。v逻辑数据模型逻辑数据模型 逻辑数据模型是GIS描述概念模型中实体及其关系的逻辑结构，是系统

3、抽象的中间层。v物理数据模型物理数据模型 物理数据模型是概念模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。空间数据概念模型空间数据概念模型房子椅子跷跷板对象模型对象模型空间数据概念模型空间数据概念模型场模型场模型空间数据概念模型空间数据概念模型网络模型网络模型空间数据概念模型空间数据概念模型v对象模型对象模型 对象模型，也称作要素模型，它将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。 按照空间特征分为点、线、面、体4种基本对象。空间数据概念模型空间数据概念模型v对象模型对象模型 对象模型强调地理空间中的单个地理现

4、象。任何现象，不论大小，只要能从概念上与其相邻的其他现象分离开来，都可以被确定为一个对象。 可被标识 在观察中的重要程度 有明确的特征且可被描述空间数据概念模型空间数据概念模型v对象模型对象模型 传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的典型实例。空间数据概念模型空间数据概念模型v场模型场模型 场模型，也称作域模型，是把地理空间中的现象作为连续的变量或体来对待。 由于连续变化的空间现象难以观察，在研究实际问题中，往往在有限时空范围内获取足够高精度的样点观测值来表征场的变化。规则分布的点不规则分布的点规则矩形区不规则多边形区不规则三角形区等值线场模型的场模型的6种表示种表示空间数据概念模型空

5、间数据概念模型场模型场模型v规则分布的点规则分布的点 在平面区域布设数目有限、间隔固定且规则排列的样点，每个点都对应一个属性值，其他位置的属性值通过线性内插方法求得。空间数据概念模型空间数据概念模型场模型场模型v不规则分布的点不规则分布的点 在平面区域根据需要自由选定样点，每个点都对应一个属性值，其他任意位置的属性值通过克里金内插、距离倒数加权内插等空间内插方法求得。空间数据概念模型空间数据概念模型场模型场模型v规则矩形区规则矩形区 将平面区域划分为规则的、间距相等的矩形区域，每隔矩形区域称作格网单元。每个格网单元对应一个属性值，而忽略格网单元内部属性的细节变化。空间数据概念模型空间数据概念模

6、型场模型场模型v不规则多边形区不规则多边形区 将平面区域划分为简单连通的多边形区域，每个多边形区域的边界由一组点来定义；每个多边形区域对应一个属性常量值，而忽略区域内部属性的细节变化。空间数据概念模型空间数据概念模型场模型场模型v不规则三角形区不规则三角形区 将平面区域划分为简单连通三角形区域，三角形的顶点由样点定义，且每个顶点对应一个属性值；三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到。空间数据概念模型空间数据概念模型场模型场模型v等值线等值线 用一组等值线C1,C2,Cn将平面区域划分成若干区域。每条等值线对应一个属性值，两条等值线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值。空间

7、数据概念模型空间数据概念模型v网络模型网络模型 网络是由一系列节点和环链组成的，从本质上看与对象模型没有本质的区别。 网络模型需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的连通情况。空间关系空间关系v定义定义 空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。v内容内容 空间拓扑关系 空间顺序关系 空间度量关系空间关系空间关系v拓扑关系拓扑关系 拓扑关系是指图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等）但图形关系不变的性质。空间关系空间关系v拓扑关系拓扑关系 邻接关系 空间图形中同类元素之间的拓扑关系。如多边形之间的邻接关系、节点之间的邻接关系。和甘肃省相邻的省份都有哪些？空间关系空间关系v拓扑关系拓

8、扑关系 关联关系 空间图形中不同类元素之间的拓扑关系。如节点与弧段的关联关系、弧段与节点的关联关系、弧段与多边形的关联关系等。黄河都流经哪些省（区）？空间关系空间关系v拓扑关系拓扑关系 包含关系 空间图形中不同类或同类但不同级元素之间的拓扑关系。如多边形之间的包含关系。甘肃省包含哪些县（区）级居民点？空间关系空间关系v拓扑关系拓扑关系 连通关系 空间图形中弧段之间的拓扑关系。如弧段A与弧段B连通。长江支流都有哪些？空间关系空间关系v拓扑关系拓扑关系 空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要意义： 拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关系有更大的稳定性，不随投影变换而

9、变化。 利用拓扑关系有利于空间要素的查询。 可以根据拓扑关系重建地理实体。空间关系空间关系v空间顺序关系空间顺序关系 空间顺序关系是基于空间实体在地理空间的分布，采用上下、左右、前后、东南西北等方向名词来描述。怎样计算两个点之间的夹角？空间关系空间关系v空间度量关系空间度量关系 度量空间关系主要指空间实体间的距离关系。怎样计算任意两点之间的距离？空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v概念概念 空间逻辑数据模型是根据概念模型确定的空间信息内容，以计算机能理解和处理的形式，具体地表达空间实体及其关系。对象模型场模型矢量数据模型栅格数据模型矢量-栅格一体化数据模型镶嵌数据模型面向对象数据模型空间逻辑数据

10、模型空间逻辑数据模型v矢量数据模型矢量数据模型 矢量数据模型适合于用对象模型抽象的地理空间对象。 在矢量数据模型中，空间实体对象是由点、线和面等原型实体及其集合来表示。 观察尺度或者概括程度影响着使用原型的种类。空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v矢量数据模型矢量数据模型 点实体用一对空间坐标表示，二维空间中对应为（x,y）。 线实体由一串坐标对组成，二维空间中表示为(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)。 面表示为首尾相连的坐标串，二维空间中对应为(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn),(x1,y2)。每个实体都给定一个惟一标识符来标识该实体。空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v

11、栅格数据模型栅格数据模型 栅格数据模型适宜于用场模型抽象表达的空间对象。 在栅格数据模型中，栅格单元大小是一定的。 点实体是一个栅格单元或像元。 线实体由一串彼此相连的像元构成。 面实体由一系列相邻的像元构成。空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v矢量矢量- -栅格一体化数据模型栅格一体化数据模型 在矢量-栅格数据模型中，对地理空间实体同时按矢量数据模型和栅格数据模型来表述。 面状实体的边界采用矢量数据模型描述，而其内部采用栅格模型表达。 线状实体一般采用矢量数据模型表达，同时将线所经过位置以栅格单元进行填充。 点实体同时描述其空间坐标以及栅格单元位置。空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v矢量矢量-

12、 -栅格一体化数据模型栅格一体化数据模型 优点： 一方面保留了矢量数据模型的全部特性，空间实体具有明确的位置信息，并能建立和描述拓扑关系。 另一方面建立了栅格与实体的联系，即明确了栅格与实体的对应关系。 缺点： 数据量大。龚健雅空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v镶嵌数据模型镶嵌数据模型 镶嵌数据模型采用规则或不规则的小面块集合来逼近自然界不规则的地理单元，适合于用场模型抽象的地理现象。 规则镶嵌数据模型 不规则镶嵌数据模型空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v面向对象数据模型面向对象数据模型 应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系，适合于采用对象模型抽象和建模的空间实体的表达。 对象是指地理空间的实体或现象，是系统的基本单位。一个对象由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为的一组操作（方法）组成的。空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型v面向对象数据模型面向对象数据模型 类是具有部分系