1、SCAU Lectures 2010 GIS空间数据模型空间数据模型SCAU Lectures 2010 GIS3.空间数据模型空间数据模型 为了能够利用地理信息系统工具解决现实世界中的问题，首先必需将复杂的地理事物和现象简化和抽象到计算机中进行表示、处理和分析。这就需要对现实世界进行抽象建模对现实世界进行抽象建模，其结果就是空间数据模型。地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象空间数据概念模型空间数据概念模型空间数据与空间关系空间数据与空间关系空间数据逻辑模型空间数据逻辑模型SCAU Lectures 2010 GIS3.1 地理空间与空间抽象地理空间与空间抽象1、地理空间与空间实体地理空间地理
2、空间地理空间是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。SCAU Lectures 2010 GIS空间现象空间现象客观世界的现象划分为客观世界的现象划分为5类类：可精密观测的自然对象（如建筑物边界）受采样限制的自然对象（如河流的边界）受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围）不规则的人为对象（如行政区）规则的人为对象（栅格、立方体元）SCAU Lectures 2010 GIS空间实体空间实体对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简
3、称空间实体空间实体。（哲学分割性）空间实体具有4个基本特征：空间位置特征空间位置特征属性特征属性特征时间特征时间特征（季节河）空间关系空间关系（事物关联性）SCAU Lectures 2010 GIS2、空间认知和空间抽象、空间认知和空间抽象对现实世界现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映形式世界真实状况数据集数据集，是地理信息系统重要任务之一，也是GIS的理论基础。尺度世界（度量语言）项目世界（Project）地理空间世界（GIS语言）概念世界（自然语言）现实世界（基本语言）地理点列世界（Coordinate）地理几何特征世界（Geometry）地理要素世界地理要素
4、集合世界SCAU Lectures 2010 GIS空间实体抽象的空间实体抽象的3个层次个层次空间事物或现象空间事物或现象概念模型概念模型Conceptial model逻辑数据模型逻辑数据模型Logical data model物理数据模型物理数据模型Physical data model空间数据库空间数据库信息信息观察和认知观察和认知现实世界现实世界概念世界概念世界数据世界数据世界（计算机）（计算机）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SCAU Lectures 2010 GIS概念数据模型概念数据模型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
5、释；考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合，集成各用户视图；（专业无关）构造概念模型应该遵循的基本原则语义表达能力强作为用户与GIS软件之间交流的形式化语言，应用于用户理解（如ER模型）；独立于具体计算机实现尽量与系统的逻辑模型保持同一的表达形式，不需要任何转换，或者容易向逻辑数据模型转换。SCAU Lectures 2010 GISSCAU Lectures 2010 GIS逻辑数据模型逻辑数据模型GIS描述概念数据模型中实体及其关系的逻辑结构，是系统抽象的中间层逻辑数据模型的建立既要考虑用户易理解，又要考虑易于物理实现，易于转换成物理数据模型，例如UML模型通常所称的空间数据模型其实是
6、空间数据的逻辑模型SCAU Lectures 2010 GISSCAU Lectures 2010 GIS物理数据模型物理数据模型概念数据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，是系统抽象的最低层。空间数据结构空间数据结构在逻辑数据模型和物理数据模型间，用于对逻辑数据模型描述的数据进行合理的组织，是逻辑数据模型映射为物理数据模型的中间媒介。SCAU Lectures 2010 GIS3.2 空间数据概念模型空间数据概念模型以GIS观点对客观世界建立模型，考虑如下对象：不连续对象，如道路、水域、建筑物；连续变化的对象，如地形的连续变化、温度范围等；分类的对象，如植
7、被类型、气候带、年龄段等；突发事件：事故、水灾；某种人工选择的表达方式，如点、线、面、栅格等。概念模型只能体现地理空间的某一方面SCAU Lectures 2010 GIS地理空间数据的概念模型地理空间数据的概念模型对象模型场模型网络模型SCAU Lectures 2010 GIS3.2.1 对象模型对象模型/要素模型要素模型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，对象模型强调地理空间中的单个地理现象。的对象分布在该空域中，对象模型强调地理空间中的单个地理现象。按照其空间特征分为点、线、面、体
8、四种基本对象基本对象；对象也可能由其他对象构成复杂对象复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系，如点、线、面、体之间的拓扑关系；每个对象对应着一组相关的属性属性以区分各个不同的对象；对象模型对象模型把地理现象当做空间要素（Feature）或空间实体（Entity）一个空间要素空间要素必须同时符合三个条件：可被标识在观察中的重要程度有明确的特征具可被描述传统的地图传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例SCAU Lectures 2010 GIS对象模型对空间要素的描述对象模型对空间要素的描述地理空间地理空间空间要素空间要素分类分类几何坐标几何坐标非属性空间非属性空间空间关系空间关
9、系非空间关系非空间关系时间关系时间关系子类子类超类超类子部分子部分超部分超部分SCAU Lectures 2010 GIS要素模型要素模型SCAU Lectures 2010 GIS3.2.2 场模型场模型场模型，也称作域（field）模型，是把地理空间中的现象作为连续的变量来看待，如大气污染程度、地表温度、地形高度等。SCAU Lectures 2010 GIS3.2.3 网络模型网络模型网络模型可看成对象模型的一个特例，它是由点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的，用以描述公路、通信线路、管道、物质流、信息流等地理事物和现象。SCAU Lectures 2010 GIS 网络模型将数据组织
10、成有向图结构。结构中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的关系。有向图（Digraph）的形式化定义为：Digraph=(Vertex,Relation)其中Vertex为图中数据元素（顶点）的有限非空集合；Relation是两个顶点（Vertex）之间的关系的集合。SCAU Lectures 2010 GIS3.3 空间数据与空间关系空间数据与空间关系空间数据类型空间数据类型（1）几何图形数据（2）影像数据（3）属性数据（4）地形数据（5）元数据（6）规则和知识数据SCAU Lectures 2010 GIS空间数据的表示空间数据的表示点：位置：（点：位置：（x，y）属性：符号属性：符号
11、线：位置：线：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：位置：面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(xn,yn)属性：符号变化属性：符号变化 等值线等值线 SCAU Lectures 2010 GIS空间关系空间关系邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线SCAU Lectures 2010 GIS3.4 空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型作为概念模型向物理数据模型转换的桥梁，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，具体地表达空间按实体及其关系。分类：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
