电子地图空间数据模型的概念

电子地图分析与导航电子地图空间数据模型的概念《电子地图分析与导航》课程组目录CONTENTS空间数据模型的概念及类型电子地图的空间实体0102电子地图的空间数据构成03空间数据模型的概念及类型01地理空间数据是电子地图的主要处理对象。电子地图大众化的特点客观上要求电子地图的表达必须具有直观性、丰富性和现势性，并且电子地图空间数据直接和最终目的就是为可视化服务，因而要求电子地图的空间数据的类型选取、组织与管理的解决方案必须能对电子地图的表达与应用提供充分的支持，必须具有类型的多样性、制图优化和可扩展性的特征。需要说明一点，由于内容的需要，在本章节中虽然我们把空间数据与非空间数据分开讨论，但是两者之间仍然是相互联系的，只是在讨论的时候侧重点不同。01空间数据模型的概念及类型空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念描述，它独立于任何空间数据库系统，但同时又为空间数据的组织和空间数据库的建立提供了方法依据。在电子地图中，空间数据模型具有自身的特点，它必须考虑地图表达与应用的需要。从客观上分析，电子地图是真实地理环境在地图空间中的抽象结果，其空间数据模型的作用是最终建立地理实体集合从地理空间到地图空间的逻辑映射关系。因此，如何研究、认识电子地图的空间对象？这些对象应该如何进行科学的分类、概括和抽象？如何对电子地图空间数据进行描述和有效的逻辑组织，这些都是电子地图空间数据模型需要探讨的内容。01空间数据模型的概念及类型首先，考虑映射后的空间维数差异，电子地图的空间数据模型可分为二维空间数据模型、三维空间数据模型和时空数据模型。目前大多数数字地图（即地图数据库）主要采用了二维空间数据模型，即把地理实体抽象为欧氏平面空间下的空间数据形式，并把实体的第三维信息作为属性数据，如带有高程属性的等高线数据。此外，考虑到三维电子地图的应用需要，在二维空间数据模型的基础上进一步拓展三维空间数据模型。时空数据模型则是在二维或三维数据模型基础上再考虑时间变化因子的作用而建立的。01空间数据模型的概念及类型其次，从映射后的空间数据特征出发，电子地图的空间数据模型包括基于对象（要素）的模型、网络模型和场模型。基于对象（要素）模型强调了对象的离散特征与个体现象，以独立的方式或者以与其他实体之间的关系的方式来处理目前许多电子地图系统都采用了对象模型的方法；网络模型反映了现实世界中常见的多对多的网状关系，并通过将地物抽象后的链、节点等表达对象以及其间的连通关系，从而将数据组织成有向图结构，这种结构比树结构具有更大的灵活性，但该模型的结构复杂性限制了它在空间数据库中的应用，如道路交通网；场模型表示了在二维或者三维空间中被看作是连续变化的空间现象，如地形、地表气压等，一个二维场就是在二维空间中任何已知的地点上都有一个表现这一现象的值，而三维场就是在三维空间中的任何位置都有一个对应的值。01空间数据模型的概念及类型下表表示了电子地图的空间数据模型的组合形式，在一幅电子地图中通常可能采用其中的一种或同时采用多种模型方式。01空间数据模型的概念及类型电子地图空间数据模型的组合方式电子地图的空间实体02地理实体是指现实世界存在的地理事物或现象，空间实体是地理实体在信息世界的抽象。在电子地图中，空间实体可以抽象为点（point)、线（line)、面polygon)、曲面（surface)和体（volume)等多种类型。02电子地图的空间实体(1)点实体：点实体是指只有一个特定的位置，而没有方向、长度、面积、体积的零维实体。在电子地图中可以具体指一个独立的地物，如碑、树、泉；也可以表示在小比例尺图中逻辑意义上无法再分的地物，如城市、村庄、桥梁等。02电子地图的空间实体(2)线实体：线实体是指由一组点顺序连接而成，有方向、长度而没有面积、体积的一维实体。线的范围由起始点和终止点确定。如道路、河流、铁路等。线实体可以再分为若干性质相同的弧段。02电子地图的空间实体(3)面实体：面实体是指一个由封闭的曲线围成的二维平面区域，有周长、面积但没有体积，是对湖泊、岛屿以及地块等一类现象的描述。面实体中具有岛或洞的复杂形式，如一个湖泊的面实体，其中央包含湖心岛形成一个洞。02电子地图的空间实体(4)曲面实体：曲面实体是在三维空间中由一连串的线实体序列按照一定顺序连接而成的封闭区域，线上的每个空间点都记录为一个三维坐标（x,y,z)。曲面实体有周长和表面积，没有体积，因此，曲面实体仍然为二维实体，如三维城市模型中建筑物的方面。(5)体实体：体实体是用于描述三维空间中的现象与物体，可以用有向封闭的曲面为边界。体具有点、线、面的一切特性，同时也具有体积，如岩矿体、建筑物、大气云团等。02电子地图的空间实体电子地图的空间数据构成03电子地图的空间数据主要由基础和专题两部分地理空间数据组成，两者之间既相互区别又紧密联系，缺一不可。从区别上看，首先，基础空间数据是处于电子地图最底层的空间数据形式，用于反映制图区域地理背景的空间几何信息，它是电子地图表达的重要内容。基础空间数据主要强调底图表达的效果，既不需要考虑信息查询，也不需要考虑空间分析，因此在通常情况下可以忽略其空间关系信息；其次，专题空间数据是电子地图应用的主要空间数据，是各种专题属性和统计信息的空间载体。在同一幅电子地图中，作为背景信息的基础空间数据往往具有普遍性与多样性，即要素类型多，数量大，层次关系复杂；而专题空间数据一般针对一个或少量几个主题信息，类型要素少，数量少，其重点用于专题目标的查询与应用分析，这主要依赖于专题信息的空间关系的支持。03电子地图的空间数据构成但是同时两者之间又相互联系。基础空间数据和专题空间数据都是关于地理实体的空间几何数据，可以具有相同的数据表示方式和组织方法。其中基础空间数据是专题空间数据的地图空间参照与背景，具有非常重要的铺垫作用。专题空间数据提供的进一步的地图查询、分析功能才使基础底图摆脱了仅供浏览的单一目的，丰富了地图的应用。当专题地理目标隐含不显示的情况下，如大比例尺城市电子地图中街道是通过街区和街道注记反映出来的，并没有专门的街道数据，要想实现对街道信息的进一步查询，可以在专题地图中增加街道中心线数据及其属性信息，而街道中心线不参加地图表达，用图者实际上是在基础底图上进行相关专题信息的操作，两者巧妙地融合在一起。03电子地图的空间数据构成空间关系是专题地理数据中进行空间分析所必需的，它通常隐含在空间数据中，当把空间关系作为数据的一部分予以存储，叫做空间关系的显式表示；反之，不直接存储空间关系，而是借助某些运算临时生成所需要的空间关系，叫做隐式空间关系。显式空间关系的优点在于应用效率高，并且可通过这种空间联系来有机地组织数据，但是缺点是占用更多的存储空间，一旦空间数据发生变更就需要及时维护，以确保空间关系的一致