地理信息系统框架新

第二章空间信息基础唐山师范学院资管系李诚第三节空间数据类型和关系1.空间数据的基本特征2.空间数据的类型3.空间数据的拓扑关系唐山师范学院资管系（1）地理信息系统是是指在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。简而言之，地理信息系统是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。（2）空间数据是地理信息系统的操作对象。（3）空间数据的主要来源：地图数据、遥感数据、统计数据、实测数据及各种文字报告

唐山师范学院资管系1.空间数据的基本特征唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系（1）空间特征表示现象（空间实体）的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示，例如笛卡尔坐标系等等。（2）属性特征表示现象（实体）的特征。例如变量、分类、数量特征和名称等等。（3）时间特征描述现象或物体随时间的变化。其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的和长期的。例如人口数的逐年变化目前的GIS还较少考虑到空间数据的时间特征，只考虑其属性特征与空间特征的结合。空间数据具有的其他特征（1）海量特征各种空间数据汇集，导致空间数据急剧膨胀，呈现海量的特征。（2）异质数据各种数据呈现不同的类型，不同的来源，不同的表达方式（比例尺，坐标系统等），年代等不一致。（3）多维数据不仅仅表现在数据的空间三维或时间维方面，也表现在其他方面，如不同的测量方法，遥感数据的不同波段等。（4）动态数据不同时相的空间数据反映地理事物或现象的发展变化过程。唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系2.空间数据的类型（1）类型数据：例如居民点、交通线、土壤类型分布等；（2）面域数据：例如多边形中心点、行政区域界限和行政单元等；（3）网络数据：例如道路交叉点、街道和街区等；（4）样本数据：例如气象站、航线和野外样方分布区等；（5）曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域；（6）文本数据：例如地名、河流名和区域名称；（7）符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号等。根据划分角度不同，可将空间数据划分为不同的类型。空间数据从几何上可以抽象为点、线、面数据，对于点、线、面数据，按其内容又可分为七种类型，如下：唐山师范学院资管系3.空间数据的拓扑关系（1）拓扑（Topology）“拓扑”一词来源于希腊文，其原意是“形状的研究”。（2）拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质（拓扑属性）。（3）拓扑结构是明确定义空间结构关系的一种数学方法。在GIS中，它不但用于空间数据的组织，而且在空间分析和应用中都有非常重要的意义。唐山师范学院资管系е3N1е1е2е5е6е4е7P1P3P2P4N4N3N5N2唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系（4）拓扑（Topology）关系的种类

在GIS中，为了真实地反映地理实体，不仅要包括实体的位置、形状、大小和属性、还必须反映实体之间的相互关系。

①邻接关系：空间图形中同类元素之间的拓扑关系。例如多边形之间的邻接关系，P2/P3，P1/P2，又如结点之间的邻接关系A与D，C与D等。（如图）

②关联关系：空间图形中不同元素之间的拓扑关系。例如结点与弧段的关联关系A与e、a、c；多边形与弧段的关联关系P2与e、c、f。（如图）③包含关系：空间图形中同类但不同级元素之间的拓扑关系。例如多边形P1中包含有多边形P4。（如图）唐山师范学院资管系上图中结点、弧段、面相互之间所有的拓扑关系如表1-4

唐山师范学院资管系表1面域与弧段的拓扑关系面域 弧段 P1 a,b,c,-g P2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2结点与弧段的拓扑关系结点 弧段 A a,c,e Ba,d,b C d,e,f D b,f,c E g 唐山师范学院资管系表2-3弧段与结点的拓扑关系弧段 结点 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E 表2-4弧段与面域的拓扑关系弧段 左邻面 右邻面 a P0P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

（5）点、线、面空间数据的空间关系点—点关系（分离）点和点之间的关系主要有两点（通过某条线）是否相连，两点之间的距离是多少？如城市中某两个点之间可否有通路，距离是多少？这是在实际生活中常见的点和点之间的空间关系问题。点—线关系（分离、重合）点和线的关系主要表现在点和线的关联关系上。如点是否位于线上，点和线之间的距离等等。点—面关系（分离、包含、相邻）点和面的关系主要表现在空间包含关系上。如某个村子是否位于某个县内？或某个县共有多少个村子？线—线关系（分离、相邻、相交）线和线是否邻接、相交是线和线关系的主要表现形式。如河流和铁路的相交，两条公路是否通过某个点邻接？线—面关系（分离、相邻、重合、相交、包含）线和面的关系表现为线是否通过面或和面关联或包含在面之内？面—面关系（分离、相邻、重合、覆盖、包含、相交）面和面之间的关系主要表现为邻接和包含的关系。唐山师范学院资管系（6）拓扑关系的重要意义①根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何数据有更大的稳定性，不随地图投影而变化。②利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如某条铁路通过哪些地区，某县与哪些县邻接。又如分析某河流能为哪些地区的居民提供水源，某湖泊周围的土地类型及对生物栖息环境作出评价等。③可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的选择等。

唐山师范学院资管系第三节元数据1.元数据的概念2.空间数据元数据的概念和标准3.空间数据元数据应用唐山师范学院资管系1.元数据的概念与分类

⑴定义“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。科学界至今没有确切的定义.一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。

唐山师范学院资管系（2）元数据的主要作用

①帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档

②提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearinghouse)及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据

③提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断

④提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。

唐山师范学院资管系（3）元数据的内容

对数据库的描述；对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明；对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等；对数据处理信息的说明，如量纲的转换等；对数据转换方法的描述；对数据库的更新、集成方法等的说明。唐山师范学院资管系（4）元数据的性质元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用。不同领域的数据库，其元数据的内容会有很大差异。

唐山师范学院资管系1.空间数据元数据的概念和标准

⑴定义空间数据(Geospatialdata)用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置、属性及其边界的信息空间数据元数据指对于空间数据的描述或说明，主要包括（见书27页）唐山师范学院资管系（2）空间数据元数据的标准

元数据标准名称建立标准的组织

CSDGM地球空间数据元数据内容标准FGDC，美国联邦空间数据委员会

GDDD数据集描述方法MEGRIN，欧洲地图事务组织

CGSB空间数据集描述CSC，加拿大标准委员会

CEN地学信息一数据描述一元数据CEN／TC287

DIF目录交换格式NASA

ISO地理信息ISO／TC211唐山师范学院资管系3.空间数据元数据应用（1）GIS中使用元数据的原因完整性(Completeness)可扩展性(Extensibility)特殊化(Specialization)安全性(Safety)查错功能(Debugging)浏览功能(Browsing)程序生成(Programgeneration)唐山师范学院资管系（2）空间数据元数据的应用

①帮助用户获取数据②空间数据质量控制③在数据集成中的应用④数据存贮和功能实现唐山师范学院资管系思考题：唐山师范学院资管系1、简述地理空间模型是怎样建立的？2、简述在GIS中为什么要考虑地图投影？3、描述地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？4、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的数字化描述方法有哪些？ebc41325ABC76Dada:结点号A:多边形号1:弧段号弧段数字化方向5、利用关系表来表达下图的空间拓扑关系。6、什么是元数据？为什么要使用元数据？唐山师范学院资管系第三章空间数据结构唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系思考上述图片隐含什么信息？唐山师范学院资管系第一节栅格数据结构第二节矢量数据结构第三节两种数据结构的比较和转换第三章空间数据结构数据结构：指数据的组织形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。空间数据结构：是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。空间数据结构的重要作用：沟通GIS与信息的桥梁；充分理解和正确使用GIS的保证。GIS空间数据结构的主要类型：栅格结构和矢量结构唐山师范学院资管系引言唐山师范学院资管系第一节栅格数据结构1.简单栅格数据结构2.栅格数据的压缩编码方式栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构(raster或gridcell)或像元结构(pixel)，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素,由行、列号定义，并包含一个代码,表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。唐山师范学院资管系1.简单栅格数据结构换句话说：栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特。栅格数据结构的表示唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系(a)点、线、面数据(b)栅格表示在栅格数据结构中点：为一个栅格单元（或像元）；线：在一定方向上连接成串的相邻栅格单元（像元）的集合；面或区域：聚集在一起的相邻栅格单元（像元）集合。唐山师范学院资管系栅格数据结构的显著特点：属性明显，定位隐含。现实世界地理实体地理实体栅格数据结构表示栅格数据结构容易实现，算法简单；栅格数据结构易于扩充、修改，表达直观；栅格数据结构便于同遥感图像结合；适合作计算机高级语言或作矩阵处理。唐山师范学院资管系栅格数据结构的优点：唐山师范学院资管系栅格数据表示的是二维表面上的地理数据的离散化数值。在栅格数据结构中，地表被分割为相互邻接、规则排列的矩形方块（特殊的情况下也可以是三角形或菱形、六边形等。如下图所示），每个地块与一个像元相对应。唐山师范学院资管系栅格数据的比例尺就是栅格(像元)的大小与地表相应单元的大小之比。当像元所表示的面积较大时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个像元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值，因而有可能产生属性方面的偏差。例如遥感影像的混合像元问题。目读法：在专题图上均匀划分网格，逐个网格地决定其代码，最后形成栅格数字地图文件；矢量数字化法：利用数字化仪手扶或自动跟踪数字化地图，得到矢量结构数据后，再转换为栅格结构；扫描数字化：逐点扫描专题地图，将扫描数据重采样和再编码得到栅格数据文件；分类影像输入：将经过分类解译的遥感影像数据直接或重采样后输入系统，作为栅格数据结构的专题地图。唐山师范学院资管系栅格结构数据的获取途径：第一，在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性，保证最大的信息容量。

唐山师范学院资管系栅格代码的确定，为了尽可能保持原图和原始数据的精度、质量，通常采用中心点法：用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码。常用于具有连续分布特性的地理要素，如降雨量分布，人口密度图等。面积占优法：以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码。常用于分类较细，地物类别斑块较小的情况。重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码。常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素，特别是点、线状地理要素，如城镇、交通枢钮、交通线、河流水系等，百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与。唐山师范学院资管系第二，缩小单个栅格单元的面积，即增加栅格单元的总数，行列数也相应地增加。优点：更精细表达地理实体，减少混合分类，提高量算精度，接近真实地物形态。缺点：数据量大幅增加，数据冗余严重。需要栅格数据压缩编码唐山师范学院资管系编码的概念地理数据编码，是根据GIS的目的和任务，把地图、图像等资料按一定数据结构转换为适于计算机存贮和处理的数据过程。地理内容的编码，要反映出地理实体的几何特征，以及地理实体的属性特征，空间数据的编码，是地理信息系统设计中最重要的技术步骤，它表现由现实世界到数据世界之间的界面，是联结从现实世界到数据世界的纽带。唐山师范学院资管系2.栅格数据的压缩编码方式又称为弗里曼链码(Freeman，1961)或边界链码。链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。它把线状地物和面状地物的边界表示为：由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东＝0，东南＝l，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7等八个基本方向唐山师范学院资管系1）链式编码（ChainCodes）唐山师范学院资管系线状地物链式编码为：1，5，3，3，3，3，3，3，3多边形边界按顺时针方向的链式编码为：5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，1

链式编码的优点：具有很强的数据压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，探测边界急弯和凹进部分等都比较容易，类似矢量数据结构，比较适于存储图形数据。

链式编码的缺点：对叠置运算如组合、相交等则很难实施，对局部修改将改变整体结构，效率较低，而且由于链码以每个区域为单位存储边界，相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。唐山师范学院资管系基本思路：对于一幅栅格图像，常常有行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。编码方案：只在各行(或列)数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。

唐山师范学院资管系2）游程长度编码（run-lengthcode）如图a，沿行方向进行如下游程长度编码：(9,4),(0,4),(9,3),(0,5),(0,1)(9,2),(0,1),(7,2),(0,2),(0,4),(7,2),(0,2),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4),(0,4),(7,4)唐山师范学院资管系图a图b唐山师范学院资管系两种方案只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而实现数据的压缩：压缩比的大小与图的复杂程度成反比，在变化多的部分，游程数就多，变化少的部分游程数就少,图件越简单，压缩效率就越高逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码：数据量没有明显增加，压缩效率较高，且易于检索、叠加合并等操作，运算简单，适用于机器存储容量小，数据需大量压缩，而又要避免复杂的编码解码运算，增加处理和操作时间的情况。块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。具体编码如图优点：适合大而边界简单的多边形；在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。缺点：对某些运算不适应，例如相交，必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。唐山师范学院资管系3）块状编码(blockcode)如图b，块状具体编码为如下：(1,1,2,9),(1,3,1,9),(1,4,1,9),(1,5,2,0),(1,7,2,0),(2,3,1,9),(2,4,1,0),(3,1,1,0),(3,2,1,9),(3,3,1,9),(3,4,1,0),(3,5,2,7),(3,7,2,0),(4,4,1,0),(4,2,1,0),(4,3,1,0),(4,4,1,0),(5,1,4,0),(5,5,4,7)唐山师范学院资管系图a图b四叉树的数据结构的概念在20世纪60年代中期就被应用到加拿大地理信息系统中（世界上第一个地理信息系统）。基本思想：将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值。则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。换句话说，将2n×2n像元阵列连续进行4等分，一直分到正方形的大小正好与象元的大小相等为止。如下图唐山师范学院资管系4）四叉树编码(quad-treecode)唐山师范学院资管系1）从上而下法：根据这些表达式可以求得任一层的某个子象限在全区的行列位置，并对这个位置范围内的网格值进行检测。若数值单调，就不再细分。2）从下而上法：对栅格数据按如下的顺序进行检测。如果每相邻四个网格值相同则进行合并，逐次往上递归合并，直到符合四叉树的原则为止。这种方法重复计算较少，运算速度较快。唐山师范学院资管系建立四叉树的方法：唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系四叉树编码法有许多有趣的优点：1）容易而有效地计算多边形的数量特征；2）阵列各部分的分辩率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级多，分辩率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辩率低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量；3）栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的比其它压缩方法容易；4）多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。转换的不定性，用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构，故不利于形状分析和模式识别。唐山师范学院资管系四叉树编码法的缺点：四叉树结构按编码分类有：常规四叉树：除了记录叶结点之外，还要记录中间结点。

线性四叉树：只存贮最后叶结点的信息。唐山师范学院资管系5）八叉树编码

八叉树结构就是将空间区域不断地分解为八个同样大小的子区域(即将一个六面的立方体再分解为八个相同大小的小立方体)，同—区域的属性相同。八叉树主要用来解决地理信息系统中的三维问题。

链式编码：压缩效率较高，以接近矢量结构，对边界的运算比较方便，但不具有区域性质，区域运算较难；游程长度编码：在很大程度上压缩数据，又最大限度的保留了原始栅格结构，编码解码十分容易，十分适合于微机地理信息系统采用；块码和四叉树编码：具有区域性质，又具有可变的分辨率，有较高的压缩效率，四叉树编码可以直接进行大量图形图象运算，效率较高，是很有前途的编码方法。唐山师范学院资管系几种编码方式的对比：唐山师范学院资管系第一节栅格数据结构第二节矢量数据结构第三节两种数据结构的比较和转换第三章空间数据结构唐山师范学院资管系第二节矢量数据结构1.矢量数据结构的基本内容2.矢量数据结构编码的方式矢量数据结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，其坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。矢量数据结构绝对精确的值不存在。矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。

唐山师范学院资管系引言矢量数据结构是将地理现象或事物抽象为点、线、面实体，通过记录它们在特定空间坐标系下的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点实体：空间上的一个坐标点，用来表达空间上不可再分的地理实体的坐标和属性代码；线实体：多个点组成的弧段，记录两个或一系列采样点的坐标，并加属性代码；面实体：多个弧段组成的封闭多边形，记录边界上一系列采样点的坐标，并加面域属性代码。唐山师范学院资管系1.矢量数据结构的基本内容唐山师范学院资管系点实体的矢量数据结构

唐山师范学院资管系线实体矢量编码的基本内容

系统排列序号

用点号或直接用坐标表示组成线实体的n个坐标对的序列

既可直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识码联接查找显示线的文本或符号等标识线的类型

用点号或直接用坐标表示

唐山师范学院资管系面实体矢量编码不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作。多边形网的探讨：①形状、面积和周长唯一；②拓扑结构；③多等级的多边形。唐山师范学院资管系2.矢量数据结构的编码方式矢量数据结构的编码形式，按照其功能和方法可分为：实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式。实体式定义：是指构成多边形边界的各个线段，以多边形为单元进行组织。按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。

唐山师范学院资管系多边形数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)唐山师范学院资管系实体式数据结构的优点：具有编码容易、数字化操作简单和数据编排直观等。实体式数据结构的缺点：相邻多边形的公共边界要数字化两遍，造成数据冗余存储，可能导致输出的公共边界出现间隙或重叠；缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。

唐山师范学院资管系索引式索引式数据结构采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息。具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。唐山师范学院资管系线与多边形之间的树状索引

点与线之间的树状索引

多边形原始数据唐山师范学院资管系双重独立式来源：由美国人口统计局研制来进行人口普查分析和制图的，简称为DIME(DualIndependentMapEncoding)系统或双重独立式的地图编码法。双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。特点：采用了拓扑编码结构唐山师范学院资管系线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92双重独立式（DIME）编码

多边形原始数据链-面关系中O为制图区域外部的多边形，常称为包络多边形。

（DIME）数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件。唐山师范学院资管系链式双重独立式链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。唐山师范学院资管系多边形号弧段号周长面积中心点坐标Ah,b,aBg,f,c,h,-jCjDe,i,fEe,i,d,b弧段号起始点终结点左多边形右多边形a51OAb85EAc168EBd195OEe1519ODf1516DBg115OBh81ABi1619DEj3131BC弧段文件多边形原始数据多边形文件弧段号点号a5,4,3,2,1b8,7,6,5c16,17,8d19,18,5e15,23,22,21,20,19f15,16,g1,10,11,12,13,14,15h8,9,1i16,19j31,30,29,28,27,26,25,24,31弧段坐标文件

唐山师范学院资管系比较内容矢量格式栅格格式数据量小大图形精度高低图形运算复杂、高效简单、低效遥感影像格式不一致一致或接近输出表示抽象、昂贵直观、便宜数据共享不易实现容易实现拓扑和网络分析容易实现不易实现栅格、矢量数据结构特点比较

第三节两种数据结构的比较和转换显著特点：栅格数据结构“属性明显、位置隐含”；矢量数据结构“位置明显、属性隐含”。

1.两种数据结构的比较

唐山师范学院资管系2.矢量数据结构向栅格数据结构的转换矢量数据的基本坐标是直角坐标X、Y，其坐标原点一般取图的左下角。网格数据的基本坐标是行和列(i,j),其坐标原点一般取图的左上角。两种数据变换时,令直角坐标X和Y分别与行与列平行。由于矢量数据的基本要素是点、线、面，因而只要实现点、线、面的转换，各种线划图形的变换问题基本上都可以得到解决。

唐山师范学院资管系2.矢量数据结构向栅格数据结构的转换(1)点的变换

唐山师范学院资管系2.矢量数据结构向栅格数据结构的转换（2）矢量线段的变换唐山师范学院资管系2.矢量数据结构向栅格数据结构的转换（3）多边形数据的转换

全栅格数据结构

多边形矢量结构向栅格结构的转换

闭合多边形

唐山师范学院资管系3.栅格数据结构向矢量数据结构的转换（1）基于图象数据的矢量化方法

扫描前的矢量数据

扫描得到的灰度值

根据给定的阈值二值化后得到的栅格数据

①二值化：将扫描后线划图形产生的栅格数据，依据灰度值，将256或128级不同的灰阶压缩到2个灰阶，即0和1两级。即：最大与最小灰阶之间定义一个阈值。

唐山师范学院资管系3.栅格数据结构向矢量数据结构的转换②细化

细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线(对面状符号而言)位置的单个栅格的宽度。对于栅格线划的“细化”方法，可分为“剥皮法”和“骨架化”两大类。

栅格-矢量转换过程

（a）(b)(c)(d)唐山师范学院资管系3.栅格数据结构向矢量数据结构的转换（3）跟踪

跟踪的目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标(图3—23(d))。3*3栅格组合图

唐山师范学院资管系3.栅格数据结构向矢量数据结构的转换(2)基于再生栅格数据的矢量化方法再生栅格数据是指根据弧段数据或多边形数据生成的栅格数据。具体矢量化方法：

边界线追踪：边界线跟踪的目的就是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少冗余。唐山师范学院资管系思考与练习解释栅格数据结构和矢量数据结构。简述栅格数据链式编码、游程长度编码、块状编码及四叉树编码。简述矢量数据结构编码的基本内容。简述实体式矢量数据结构编码的优缺点。简述实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式矢量数据结构编码。叙述出矢量和栅格数据结构的特点比较和优缺点比较。叙述由矢量数据向栅格数据的转换的方法。叙述由栅格数据向矢量数据的转换的方法。第四章空间数据库数据库概述1传统数据库系统的数据模型2GIS中空间数据库的组织方式3面向对象数据库系统4资源管理系唐山师范学院数据库概述1数据库技术（20世纪60年代初）：一门数据管理自动化的综合性新技术。主要目的是有效地管理和存取大量的数据资源，主要研究如何存储,使用和管理数据。GIS的数据库是一种专门的数据库，具有明显的空间特征。GIS的数据库是空间数据库，空间数据库的理论与方法是GIS的核心问题。资源管理系唐山师范学院数据库的定义⑴数据库（Database）:是指为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。数据库管理阶段文件管理阶段程序管理阶段数据管理高级阶段发展后的数据管理阶段最早的形式一是数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益；二是在数据间建立了联系，从而使数据库能反映出现实世界中信息的联系。资源管理系唐山师范学院数据量特别大：地理系统是一个复杂的综合体。要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往大得惊人

数据应用面广：如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等等。属性数据与空间数据密切联系：区别与一般数据库的特征。建空间数据库时，应注意两个问题。空间数据库是指某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系数据库的主要特征⑵数据集中控制数据保护

复杂的数据模型

数据独立性

数据冗余度小

主要特征数据库资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系数据库的系统结构⑶1物理级：数据库最内的一层。它是物理设备上实际存储的数据集合(物理数据库)。它是由物理模式(也称内部模式)描述的。

2概念级：数据库的逻辑表示，包括每个数据的逻辑定义以及数据间的逻辑联系。它是由概念模式定义的，这一级也被称为概念模型。3用户级：用户所使用的数据库，是一个或几个特定用户所使用的数据集合(外部模型)，是概念模型的逻辑子集。它由外部模式定义。

资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系数据库的系统结构资源管理系唐山师范学院数据组织方式⑷数据项记录文件数据库是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等；域；物理特点在于它具有确定的物理长度，一般用字节数表示；组合数据项。

由若干相关联的数据项组成；是处理和存储信息的基本单位；“型”是同类记录的框架，它定义记录，“值”是记录反映实体的内容。；关键字。文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合；根据记录的组织方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件等等。是具有特定联系的数据的集合，或是具有特定联系的多种类型的记录的集合。其内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。

数据是现实世界中信息的裁体，是信息的具体表达形式。数据库中的数据组织一般可以分为四级：资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系逻辑数据单位之间的关系数据的层次单位物理单位:

位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷逻辑单位:

数据项、数据项组、记录、文件和数据库数据库文件记录数据项数据项组文件唐山师范学院资管系数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。数据之间的逻辑联系主要有三种：

数据间的逻辑关系⑸一对一的关系（1:1）一对多的关系（1:N）多对多的关系（M:N）唐山师范学院资管系（1）地理名称空间位置1：11：N1：N1：N省市县市县乡（2）土壤类型农作物（3）M：N传统数据库系统的数据模型2数据模型是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。

唐山师范学院资管系层次模型⑴唐山师范学院资管系它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。层次数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组织。实例长江干支流关系。

原始地图层次数据模型

层次模型⑴唐山师范学院资管系优点：存取方便且速度快结构清晰，容易理解数据修改和数据库扩展容易实现检索关键属性十分方便缺陷：结构呆板，缺乏灵活性，慎用删除命令同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）不适合于拓扑空间数据的组织数据独立性较差网络模型⑵网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。基本特征是，结点数据间没有明确的从属关系，一个结点可与其它多个结点建立联系。采用有向图结构唐山师范学院资管系网络数据模型

优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小一定程度上支持数据的重构，具有一定的数据独立性和共享特性，并且运行效率较高

缺陷：网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。网状数据操作命令具有过程式性质。不直接支持对于层次结构的表达

唐山师范学院资管系网络模型⑵关系模型⑶关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。关系模型是根据数学概念建立的，它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表形式。实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，这种表就称为关系。一个实体由若干个关系组成，而关系表的集合就构成为关系模型。唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系关系模型⑶关系数据模型示意图

关系模型的本质：不是人为地设置指针，而是由数据本身自然地建立它们之间的联系，并且用关系代数和关系运算来操纵数据。表格是同类实体的各种属性的集合，在数学上把这种二维表格叫做关系。二维表的表头，即表格的格式是关系内容的框架，这种框架叫做模式，关系由许多同类的实体所组成，每个实体对应于表中的一行，叫做一个元组。表中的每一列表示同一属性，叫做域。优点：能够以简单、灵活的方式表达现实世界中各种实体及其相互间关系，使用与维护也很方便结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求；关系模型具有严密的数学基础和操作代数基础——如关系代数、关系演算等，可将关系分开，或将两个关系合并，使数据的操纵具有高度的灵活性；能搜索、组合和比较不同类型的数据；在关系数据模型中，数据间的关系具有对称性，增加和删除数据非常方便。唐山师范学院资管系关系模型⑶缺陷：实现效率不够高；描述对象语义的能力较弱；不直接支持层次结构；模型的可扩充性较差；模拟和操纵复杂对象的能力较弱。唐山师范学院资管系关系模型⑶地理数据及其基本特征：地理空间数据及其基本特征：GIS中空间数据库的组织方式3唐山师范学院资管系地理数据：各种地理特征和现象之间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。（与空间位置有关的各种地理信息，或者是可以用地图来描述的各种地理信息）其基本特征：空间分布性、数据量大、信息载体多样性地理空间数据：是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。（基本上包括三种互相联系的数据类型：某个已知坐标系中的位置、实体间的空间相关性、与几何位置无关的属性）其基本特征：空间特征、属性特征、时间特征。唐山师范学院资管系空间数据库：是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。目的：方便用户能够灵活地查询出所需的地理空间数据操作对象：地理空间数据（包括空间和非空间数据，能够进行有关地理空间数据的存储、插入、删除、更新等操作）与传统数据库的区别：1）将被管理的数据从一维推向了二维、三维甚至更高维；2）针对复杂的地理对象，可进行模拟和推理；3）是传统数据库技术的扩充；4）突破了传统数据库理论(如将规范关系推向非规范关系)，其实质性发展必然导致理论上的创新。唐山师范学院资管系传统数据库管理地理空间数据存在的局限性：1）传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理信息数据是连续的，且具有很强的空间相关性。2）传统数据库系统管理的实体类型较少，且实体类型之间的空间关系简单、固定；而地理空间数据的实体类型繁多、实体类型之间空间关系复杂，且还有新关系产生(如拓扑关系)。3）传统数据库系统通常存贮等长记录的数据；而地理空间数据不同空间目标的坐标串长度不定，具有变长记录，且数据项也可能很大，很复杂。4）传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如相邻、连通、包含、叠加等。唐山师范学院资管系混合结构模型（HybridModel）

基本思想：用两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据，其中属性数据存储在常规的RDBMS中，几何数据存储在空间数据管理系统中，两个子系统之间使用一种标识符联系起来。

唐山师范学院资管系建立在关系数据库管理系统(RDBMS)基础上的三种主要的综合数据模型。图4-9混合结构模型RDBMS几何空间数据存储子系统GIS混合结构模型优点：属性数据建立在RDBMS上，存储和检索数据比较有效、可靠。缺点：两个存储子系统相互独立，查询操作难以优化；空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。（例如在几何空间数据存储子系统中目标实体仍然存在，但在RDBMS中却已被删除。）实际应用代表：ARC／INFO、MGE、SICARD、GENEMAP等。唐山师范学院资管系GIS用户界面图形处理RDBMS几何空间数据属性数据库高级语言数据库开发语言扩展结构模型（ExtendedModel）基本思想：采用同一DBMS存储空间数据和属性数据。其做法是在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。

唐山师范学院资管系空间数据标准RDBMS属性数据GIS扩展数据模型优点：联结简单，存取速度较快；缺点：两子系统相互独立，数据存储、操作很难统一；间接操作效率较低，查询过程复杂。实际应用代表:SYSTEM9、SmallWorld、Geovision等。

唐山师范学院资管系GIS界面属性数据（定长记录）空间数据（变长记录）RDBMS空间数据库关系表二进制块统一模数据型（IntegratedModel）基本思想：在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。

唐山师范学院资管系统一数据模型优点:DBMS扩种方便；数据类型的直接操作很方便、有效；用户可以开发自己的空间存取算法；解决了空间数据变长记录的存储问题。缺点：用户必须在DBMS环境中实施自己的数据类型，对有些应用将相当复杂。实际应用：TIGRIS(intergraph)、GEO++(荷兰)等。唐山师范学院资管系GIS界面空间数据处理RDBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面、圆等）面向对象（Object-OrientedParadigm，简称OO）：其概念起源于程序设计语言——面向对象的编程语言(简称OOPL)，强调对象概念的统—，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。它以OOPL为核心，集各种软件开发工具为一体，建立OO计算环境，配有很强的图形功能和多窗口用户界面。

基本出发点：以对象作为最基本的元素，尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。唐山师范学院资管系面向对象数据库系统41）面向对象技术概述2）面向对象方法中的基本概念对象：是对客观世界实体的抽象描述，是由描述该对象状态的—组数据和表达它的行为的一组操作(方法)组成的。GIS中的地理对象：描述一个实体的空间和属性数据以及定义一系列对实体有意义的操作函数的统一体。object＝(ID，S，M)ID为对象标识，M为方法集，S为对象的内部状态。总之，一个对象就是一个具有名称标识并有自身的状态与功能的实体。唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系对象类：简称“类”，是对多个相似对象共同特性的描述，具有相同属性和操作的对象组合在一起形成“类”(class)。

消息：是对象之间通信的手段，用来指示对象的操作。分公有消息和私有消息。方法：对一个类所定义的所有操作，是对象接收到消息后应采取的动作序列的描述。唐山师范学院资管系协议：是一个对象对外服务的说明，它告知一个对象可以为外界做什么。封装：是将某件事物包围起来，使外界不必知道其实际内容。封装技术的优点：提高了面向对象方法开发软件的可重用性，从而大大提高了复杂软件的开发效率、质量和可靠性，更加易于维护。3）面向对象方法的数据抽象技术和数据抽象工具

面向对象的方法除数据与操作的封装性以外，还具有极强的抽象表达能力，具有分类(classification)、概括(generalization)、聚集(aggregation)和联合(association)等数据抽象技术以及继承(inheritance)和传播(propagation)等强有力的抽象工具。

唐山师范学院资管系分类：把一组具有相同结构的实体归纳成类的过程。超类：在定义类型时，将几种类型中某些具有公共特征的属性和操作抽象出来。概括：是把一组具有相同特征和操作的对象归纳在一个更一般的超类中。唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系继承：是一种服务于概括的工具。（单个继承和多个继承）多个继承实例

唐山师范学院资管系联合：是相似对象的抽象组合，可看作是更高层次的集合对象。如西安市是新城区、雁塔区、碑林区等区的联合。又联合关系的对象叫成员。聚集：是类似于联合的抽象化概念，不强调整个对象的具体细节，例如建筑物是墙、窗、门、房顶和楼板几部分的聚集。传播：作为联合和聚集的一种工具，通过一种强制性的手段将子对象的属性信息传递给复杂对象。例如唐山市大学生数量可以由各个大学的学生数求和派生得到。把一组具有相同结构的实体归纳成类的过程。4）面向对象的几何抽象类型唐山师范学院资管系空间对象的几何抽象模型

5）面向对象的属性数据模型

GIS中的地物可根据国家分类标准或实际情况划分类型。如一个大学GIS的对象可分为建筑物、道路、绿化、管线等几大类，地物类型的每一大类又可以进一步分类，如建筑物可再分成教学楼、科研实验楼、行政办公楼、教工住宅、学生宿舍、后勤服务建筑、体育楼等子类，管线可再分为给水管道、污水管道、电信管道、供热管道、供气管道等，另一方面，几种具有相同属性和操作的类型可综合成一个超类。6）面向对象数据库系统的实现方式

面向对象的数据模型从概念上将人们对GIS的理解提高到了一个新的高度。一方面，它巧妙地容纳了GIS中拓扑数据结构的思想，能有效地表达空间数据的拓扑关系。另一方面，面向对象数据模型在表达和处理属性数据时，又具有许多独特的优越性。目前，采用面向对象数据模型，建立面向对象数据库系统，主要有三种实现方式：扩充面向对象程序设计语言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性扩充RDBMS，在RDBMS中增加面向对象的特性建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS唐山师范学院资管系7）Geostar

中的空间对象模型简述数据组织方式。简述传统数据库的几种数据模型，并进行各自优缺点的分析。简述GIS空间数据库的几种组织方式，并进行各自优缺点分析。简述GIS数据管理方法的发展过程和趋势。唐山师范学院资管系思考题第四章空间数据库数据库概述1传统数据库系统的数据模型2GIS中空间数据库的组织方式3面向对象数据库系统4资源管理系唐山师范学院数据库概述1数据库技术（20世纪60年代初）：一门数据管理自动化的综合性新技术。主要目的是有效地管理和存取大量的数据资源，主要研究如何存储,使用和管理数据。GIS的数据库是一种专门的数据库，具有明显的空间特征。GIS的数据库是空间数据库，空间数据库的理论与方法是GIS的核心问题。资源管理系唐山师范学院数据库的定义⑴数据库（Database）:是指为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。数据库管理阶段文件管理阶段程序管理阶段数据管理高级阶段发展后的数据管理阶段最早的形式一是数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益；二是在数据间建立了联系，从而使数据库能反映出现实世界中信息的联系。资源管理系唐山师范学院数据量特别大：地理系统是一个复杂的综合体。要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往大得惊人

数据应用面广：如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等等。属性数据与空间数据密切联系：区别与一般数据库的特征。建空间数据库时，应注意两个问题。空间数据库是指某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系数据库的主要特征⑵数据集中控制数据保护

复杂的数据模型

数据独立性

数据冗余度小

主要特征数据库资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系数据库的系统结构⑶1物理级：数据库最内的一层。它是物理设备上实际存储的数据集合(物理数据库)。它是由物理模式(也称内部模式)描述的。

2概念级：数据库的逻辑表示，包括每个数据的逻辑定义以及数据间的逻辑联系。它是由概念模式定义的，这一级也被称为概念模型。3用户级：用户所使用的数据库，是一个或几个特定用户所使用的数据集合(外部模型)，是概念模型的逻辑子集。它由外部模式定义。

资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系数据库的系统结构资源管理系唐山师范学院数据组织方式⑷数据项记录文件数据库是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等；域；物理特点在于它具有确定的物理长度，一般用字节数表示；组合数据项。

由若干相关联的数据项组成；是处理和存储信息的基本单位；“型”是同类记录的框架，它定义记录，“值”是记录反映实体的内容。；关键字。文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合；根据记录的组织方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件等等。是具有特定联系的数据的集合，或是具有特定联系的多种类型的记录的集合。其内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。

数据是现实世界中信息的裁体，是信息的具体表达形式。数据库中的数据组织一般可以分为四级：资源管理系唐山师范学院唐山师范学院资管系逻辑数据单位之间的关系数据的层次单位物理单位:

位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷逻辑单位:

数据项、数据项组、记录、文件和数据库数据库文件记录数据项数据项组文件唐山师范学院资管系数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。数据之间的逻辑联系主要有三种：

数据间的逻辑关系⑸一对一的关系（1:1）一对多的关系（1:N）多对多的关系（M:N）唐山师范学院资管系（1）地理名称空间位置1：11：N1：N1：N省市县市县乡（2）土壤类型农作物（3）M：N传统数据库系统的数据模型2数据模型是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。

唐山师范学院资管系层次模型⑴唐山师范学院资管系它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。层次数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组织。实例长江干支流关系。

原始地图层次数据模型

层次模型⑴唐山师范学院资管系优点：存取方便且速度快结构清晰，容易理解数据修改和数据库扩展容易实现检索关键属性十分方便缺陷：结构呆板，缺乏灵活性，慎用删除命令同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）不适合于拓扑空间数据的组织数据独立性较差网络模型⑵网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。基本特征是，结点数据间没有明确的从属关系，一个结点可与其它多个结点建立联系。采用有向图结构唐山师范学院资管系网络数据模型

优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小一定程度上支持数据的重构，具有一定的数据独立性和共享特性，并且运行效率较高

缺陷：网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。网状数据操作命令具有过程式性质。不直接支持对于层次结构的表达

唐山师范学院资管系网络模型⑵关系模型⑶关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。关系模型是根据数学概念建立的，它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表形式。实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，这种表就称为关系。一个实体由若干个关系组成，而关系表的集合就构成为关系模型。唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系关系模型⑶关系数据模型示意图

关系模型的本质：不是人为地设置指针，而是由数据本身自然地建立它们之间的联系，并且用关系代数和关系运算来操纵数据。表格是同类实体的各种属性的集合，在数学上把这种二维表格叫做关系。二维表的表头，即表格的格式是关系内容的框架，这种框架叫做模式，关系由许多同类的实体所组成，每个实体对应于表中的一行，叫做一个元组。表中的每一列表示同一属性，叫做域。优点：能够以简单、灵活的方式表达现实世界中各种实体及其相互间关系，使用与维护也很方便结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求；关系模型具有严密的数学基础和操作代数基础——如关系代数、关系演算等，可将关系分开，或将两个关系合并，使数据的操纵具有高度的灵活性；能搜索、组合和比较不同类型的数据；在关系数据模型中，数据间的关系具有对称性，增加和删除数据非常方便。唐山师范学院资管系关系模型⑶缺陷：实现效率不够高；描述对象语义的能力较弱；不直接支持层次结构；模型的可扩充性较差；模拟和操纵复杂对象的能力较弱。唐山师范学院资管系关系模型⑶地理数据及其基本特征：地理空间数据及其基本特征：GIS中空间数据库的组织方式3唐山师范学院资管系地理数据：各种地理特征和现象之间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征（简称属性）及时域特征三部分。（与空间位置有关的各种地理信息，或者是可以用地图来描述的各种地理信息）其基本特征：空间分布性、数据量大、信息载体多样性地理空间数据：是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。（基本上包括三种互相联系的数据类型：某个已知坐标系中的位置、实体间的空间相关性、与几何位置无关的属性）其基本特征：空间特征、属性特征、时间特征。唐山师范学院资管系空间数据库：是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。目的：方便用户能够灵活地查询出所需的地理空间数据操作对象：地理空间数据（包括空间和非空间数据，能够进行有关地理空间数据的存储、插入、删除、更新等操作）与传统数据库的区别：1）将被管理的数据从一维推向了二维、三维甚至更高维；2）针对复杂的地理对象，可进行模拟和推理；3）是传统数据库技术的扩充；4）突破了传统数据库理论(如将规范关系推向非规范关系)，其实质性发展必然导致理论上的创新。唐山师范学院资管系传统数据库管理地理空间数据存在的局限性：1）传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理信息数据是连续的，且具有很强的空间相关性。2）传统数据库系统管理的实体类型较少，且实体类型之间的空间关系简单、固定；而地理空间数据的实体类型繁多、实体类型之间空间关系复杂，且还有新关系产生(如拓扑关系)。3）传统数据库系统通常存贮等长记录的数据；而地理空间数据不同空间目标的坐标串长度不定，具有变长记录，且数据项也可能很大，很复杂。4）传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如相邻、连通、包含、叠加等。唐山师范学院资管系混合结构模型（HybridModel）

基本思想：用两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据，其中属性数据存储在常规的RDBMS中，几何数据存储在空间数据管理系统中，两个子系统之间使用一种标识符联系起来。

唐山师范学院资管系建立在关系数据库管理系统(RDBMS)基础上的三种主要的综合数据模型。图4-9混合结构模型RDBMS几何空间数据存储子系统GIS混合结构模型优点：属性数据建立在RDBMS上，存储和检索数据比较有效、可靠。缺点：两个存储子系统相互独立，查询操作难以优化；空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。（例如在几何空间数据存储子系统中目标实体仍然存在，但在RDBMS中却已被删除。）实际应用代表：ARC／INFO、MGE、SICARD、GENEMAP等。唐山师范学院资管系GIS用户界面图形处理RDBMS几何空间数据属性数据库高级语言数据库开发语言扩展结构模型（ExtendedModel）基本思想：采用同一DBMS存储空间数据和属性数据。其做法是在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。

唐山师范学院资管系空间数据标准RDBMS属性数据GIS扩展数据模型优点：联结简单，存取速度较快；缺点：两子系统相互独立，数据存储、操作很难统一；间接操作效率较低，查询过程复杂。实际应用代表:SYSTEM9、SmallWorld、Geovision等。

唐山师范学院资管系GIS界面属性数据（定长记录）空间数据（变长记录）RDBMS空间数据库关系表二进制块统一模数据型（IntegratedModel）基本思想：在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。

唐山师范学院资管系统一数据模型优点:DBMS扩种方便；数据类型的直接操作很方便、有效；用户可以开发自己的空间存取算法；解决了空间数据变长记录的存储问题。缺点：用户必须在DBMS环境中实施自己的数据类型，对有些应用将相当复杂。实际应用：TIGRIS(intergraph)、GEO++(荷兰)等。唐山师范学院资管系GIS界面空间数据处理RDBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面、圆等）面向对象（Object-OrientedParadigm，简称OO）：其概念起源于程序设计语言——面向对象的编程语言(简称OOPL)，强调对象概念的统—，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。它以OOPL为核心，集各种软件开发工具为一体，建立OO计算环境，配有很强的图形功能和多窗口用户界面。

基本出发点：以对象作为最基本的元素，尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。唐山师范学院资管系面向对象数据库系统41）面向对象技术概述2）面向对象方法中的基本概念对象：是对客观世界实体的抽象描述，是由描述该对象状态的—组数据和表达它的行为的一组操作(方法)组成的。GIS中的地理对象：描述一个实体的空间和属性数据以及定义一系列对实体有意义的操作函数的统一体。object＝(ID，S，M)ID为对象标识，M为方法集，S为对象的内部状态。总之，一个对象就是一个具有名称标识并有自身的状态与功能的实体。唐山师范学院资管系唐山师范学院资管系对象类：简称“类”，是对多个相似对象共同特性的描述，具有相同属性和操作的对象组合在一起形成“类”(class)。

消息：是对象之间通信的手段，用来指示对象的操作。分公有消息和私有消息。方法：对一个类所定义的所有操作，是对象接收到消息后应采取的动作序列的描述。唐山师范学院资管系协议：是一个对象对外服务的说明，它告知一个对象可以为外界做什么。封装：是将某件事物包围起来，使外界不必知道其实际内容。封装技术的优点：提高了面向对象方法开发软件的可重用性，从而大大提高了复杂软件的开发效率、质量和可靠性，更加易于维护。3）面向对象方法的数据抽象技术和数据抽象工具

面向对象的方法除数据与操作的封装性以外，还具有极强的抽象表达能力，具有分类(classification)、概括(generalization)、聚集(aggregation)和联合(association)等数据抽象技术以及继承(inheritance)和传播(propagation)等强有力的抽象工具。

唐山师范学院资管系分类：把一组具有相同结构的实体归纳成类的过程。超类：在定义类型时，将几种类型中某些具有公共特征的属性和操作抽象出来。概括：是把一组具有相同特征和操作的对象归纳在一个更一般的超类中