1、地理信息系统原理GIS第六节第六节 空间数据模型空间数据模型第二章第二章 GIS GIS 数据结构及其数据结构及其表达方法表达方法1地理信息系统原理GIS第五节第五节 三维数据结构三维数据结构返回返回一、概述一、概述二、八叉树结构二、八叉树结构三、三维边界表示法三、三维边界表示法2地理信息系统原理GIS第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量四、空间数据的元数据四、空间数据的元数据3地理信息系统原理GIS数据建模是指把现实世界的数据组织数据建模是指把现实世界
2、的数据组织为备用且能反映真实信息的数据集的过程为备用且能反映真实信息的数据集的过程。根据一定的方案建立的数据逻辑组织方。根据一定的方案建立的数据逻辑组织方式叫数据模型。式叫数据模型。在计算机内描述空间实体涉及地理信在计算机内描述空间实体涉及地理信息的数字化描述方法，即空间数据模型息的数字化描述方法，即空间数据模型。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念1、概念、概念4地理信息系统原理GIS在在GIS中与空间信息有关的信息模型有中与空间信息有关的信息模型有3个，即基于对象或要素个，即基于对象或要素(Feature)的模型的模型、网络、网络(Ne
3、twork)模型模型(也称网状模型也称网状模型)以及以及场场(Field)模型。模型。2、类型第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念5地理信息系统原理GIS1）要素模型）要素模型基于要素的空间模型强调了个体现象基于要素的空间模型强调了个体现象，该现象以独立的方式或者以与其他现象，该现象以独立的方式或者以与其他现象之间的关系的方式来研究，把空间实体抽之间的关系的方式来研究，把空间实体抽象为点、线、面等几何对象。象为点、线、面等几何对象。基于要素的空间信息模型把信息空间基于要素的空间信息模型把信息空间分解为对象分解为对象(Object)或实体或实
4、体(Entity)。一个。一个实体必须符合实体必须符合3个条件：可被识别；重要个条件：可被识别；重要(与问题相关与问题相关)；可被描述；可被描述(有特征有特征)。2、类型第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念6地理信息系统原理GIS2）网状模型）网状模型在网状模型中，地物被抽象为在网状模型中，地物被抽象为链链、节点节点等对象，同时要关注其间的等对象，同时要关注其间的连通连通关系。基关系。基于网状结构的空间模型与基于要素的模型于网状结构的空间模型与基于要素的模型在一些方面有共同点，因为它们经常处理在一些方面有共同点，因为它们经常处理离散的地物，
5、但是最基本的特征就是需要离散的地物，但是最基本的特征就是需要多个要素之间的影响和交互，通常沿着与多个要素之间的影响和交互，通常沿着与它们相连接的通道进行。它们相连接的通道进行。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念7地理信息系统原理GIS但它在应用时存在以下问题：但它在应用时存在以下问题：网状结构复杂，增加了用户查询和定网状结构复杂，增加了用户查询和定位的难度。它要求用户熟悉数据的逻辑位的难度。它要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自身所处的位置。结构，知道自身所处的位置。网状数据操作命令具有过程式性质。网状数据操作命令具有过程式性质。不直接支持
6、层次结构的表达。不直接支持层次结构的表达。基本不具备演绎功能。基本不具备演绎功能。基本不具备操作代数基础。基本不具备操作代数基础。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念8地理信息系统原理GIS3）场模型）场模型对于模拟具有一定空间内连续分布特对于模拟具有一定空间内连续分布特点的现象来说，基于场的观点是合适的。点的现象来说，基于场的观点是合适的。根据应用的不同，场可以表现为根据应用的不同，场可以表现为二维二维或或三维三维。一个二维场就是在二维空间中任。一个二维场就是在二维空间中任何已知的地点上，都有一个表现该现象的何已知的地点上，都有一个表现该
7、现象的值，而一个三维场就是在三维空间中对于值，而一个三维场就是在三维空间中对于任何位置来说都有一个值。任何位置来说都有一个值。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念9地理信息系统原理GIS1）时空数据模型）时空数据模型传统的地理信息系统只涉及地理信息的两个方面：空间维度和属性维度，因此叫做静态地理信息系统SGIS(Static GIS)，而能够同时处理时间维度的GIS则叫做动态地理信息系统TGIS(Spatial-temporal GIS)。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念 3、GIS
8、空间数据模型的学术前沿空间数据模型的学术前沿10地理信息系统原理GIS在在GIS中，具有时间维度的数据可以分中，具有时间维度的数据可以分为两类：一类是可以称为为两类：一类是可以称为结构化的数据结构化的数据；另一类另一类是非结构化的是非结构化的，描述这种数据是描述这种数据是TGIS数据模型要重点解决的问题。数据模型要重点解决的问题。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念 3、GIS空间数据模型的学术前沿空间数据模型的学术前沿11地理信息系统原理GIS2）三维空间数据模型）三维空间数据模型GIS处理与地球有关的数据，即通常所处理与地球有关的数据，
9、即通常所说的空间数据，从本质上说是三维连续分说的空间数据，从本质上说是三维连续分布的布的。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念 3、GIS空间数据模型的学术前沿空间数据模型的学术前沿12地理信息系统原理GIS当前三维空间数据模型主要有当前三维空间数据模型主要有3种，种，即即矢量三维数据模型矢量三维数据模型和和栅格数据模型栅格数据模型，以及将两者有机结合形成的以及将两者有机结合形成的矢量矢量-栅格混栅格混合数据结构合数据结构。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念 3、GIS空间数据模型的学
10、术前沿空间数据模型的学术前沿13地理信息系统原理GIS二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度测量的尺度大致可分成测量的尺度大致可分成4个层次，由粗略个层次，由粗略至详细依次为：至详细依次为：命名或类型命名或类型、次序次序、间隔以间隔以及比率及比率。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型14地理信息系统原理GIS二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度命名式的测量尺度也称为类型测量尺度，只对特定现象进行标识，赋予一定的数值或符号而不定量描述。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型1.命名量命名量15地理信息系统原理GIS二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度线性坐标不按值的大小而是按顺序排列。线性坐标不
11、按值的大小而是按顺序排列。次序测量尺度基于对现象进行排序来标识，次序测量尺度基于对现象进行排序来标识，第六节第六节 空间数据模型空间数据模型2.次序量次序量16地理信息系统原理GIS不参照某个固定点，而按间隔表示相对位不参照某个固定点，而按间隔表示相对位置的数。按间隔量测的值之间可以比较大小置的数。按间隔量测的值之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的。间，并且它们之间的差值大小是有意义的。间隔测量尺度与比率测量尺度相似，但是间隔隔测量尺度与比率测量尺度相似，但是间隔尺度的测量值无真正的零值。间隔数据可用尺度的测量值无真正的零值。间隔数据可用于加、减、乘、除等运算，而且可以求算术于加
12、、减、乘、除等运算，而且可以求算术平均值。平均值。二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度第六节第六节 空间数据模型空间数据模型3.间隔量间隔量17地理信息系统原理GIS比率测量尺度的测量值指那些有真正零值比率测量尺度的测量值指那些有真正零值而且测量单位的间隔相等的数据，比率测量而且测量单位的间隔相等的数据，比率测量尺度与所使用的测量单位无关。与某一固定尺度与所使用的测量单位无关。与某一固定点的比值计算，支持多种算术操作，比如加点的比值计算，支持多种算术操作，比如加、减、乘、除等。、减、乘、除等。比率数据或间隔数据可以十分容易地被转比率数据或间隔数据可以十分容易地被转变成次序或命名数据，而命名数据
13、则很难再变成次序或命名数据，而命名数据则很难再被转化成次序、间隔数据或比率数据。被转化成次序、间隔数据或比率数据。二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度第六节第六节 空间数据模型空间数据模型4.比率量比率量18地理信息系统原理GIS目前已经建立了一套几乎对所有数据目前已经建立了一套几乎对所有数据形式都适用的测量框架，包括地理数据形式都适用的测量框架，包括地理数据在内。这套称为地理数据测量标准的测在内。这套称为地理数据测量标准的测量范围从简单的对象命名到给出精确的量范围从简单的对象命名到给出精确的测量结果，用这种结果可以直接对比不测量结果，用这种结果可以直接对比不同对象的性质。同对象的性质。二、数
14、据的测量尺度二、数据的测量尺度第六节第六节 空间数据模型空间数据模型5.空间数据的测量尺度的选择空间数据的测量尺度的选择19地理信息系统原理GIS三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量空间位置空间位置、专题特征专题特征以及以及时间时间是表达是表达现实世界空间变化的现实世界空间变化的3个基本要素。空间个基本要素。空间数据是有关空间位置、专题特征以及时数据是有关空间位置、专题特征以及时间信息的符号记录，而数据质量则是空间信息的符号记录，而数据质量则是空间数据在表达这间数据在表达这3个基本要素时所能够达个基本要素时所能够达到的准确性、一致性和完整性，以及三到的准确性、一致性和完整性，以
15、及三者之间统一性的程度。者之间统一性的程度。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型1、数据质量的基本概念、数据质量的基本概念20地理信息系统原理GIS(1)误差(Error)：反映数据与真实值或者大家公认的真值之间的差异，它是一种常用的数据准确性表达方式。(2)数据的准确度(Accuracy)：被定义为结果、计算值或估计值与真实值或者大家公认的真值的接近程度。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型1、数据质量的基本概念、数据质量的基本概念数据的质量用以下几方面的指标数据的质量用以下几方面的指标21地理信息系统原理GIS（3）数据的分辨率数据的分辨率(Resolution)：两个可：两个可测量数
16、值之间最小的可辨识的差异。空间测量数值之间最小的可辨识的差异。空间分辨率可以看作记录变化的最小距离。分辨率可以看作记录变化的最小距离。（4）不确定性不确定性(Uncertainty)：关于空间过：关于空间过程和特征不能被准确确定的程度，是自然程和特征不能被准确确定的程度，是自然界各种空间现象自身固有的属性。在内容界各种空间现象自身固有的属性。在内容上，它是以真值为中心的一个范围，这个上，它是以真值为中心的一个范围，这个范围越大，数据的不确定性也越大。范围越大，数据的不确定性也越大。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型1、数据质量的基本概念、数据质量的基本概念数据的质量用以下几方面的指标数据的
17、质量用以下几方面的指标22地理信息系统原理GIS1）空间数据质量标准）空间数据质量标准（1）数据情况说明（2）位置精度或定位精度（3）属性精度（4）时间精度（5）逻辑一致性（6）数据完整性（7）表达形式的合理性三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量第六节第六节 空间数据模型空间数据模型2、空间数据质量评价空间数据质量评价23地理信息系统原理GIS 空间数据描空间数据描述空间数据要素述空间数据要素空间特征空间特征时间特征时间特征专题特征专题特征继承性位置精度属性精度逻辑一致性完整性表现形式准确性第六节第六节 空间数据模型空间数据模型2、空间数据质量评价空间数据质量评价2）空间数据质
18、量的评价）空间数据质量的评价24地理信息系统原理GIS数据处理过数据处理过程程误差来源误差来源数据搜集野外测量误差：仪器误差、记录误差；遥感数据误差：辐射和几何纠正误差、信息提取误差；地图数据误差：原始数据误差、坐标转换、制图综合及印刷数据输入数字化误差：仪器误差、操作误差；不同系统格式转换误差：栅格-矢量转换、三角网-等值线转换数据存储数值精度不够；空间精度不够：每个格网点太大、地图最小制图单元太大3、空间数据质量问题的来源、空间数据质量问题的来源三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量第六节第六节 空间数据模型空间数据模型25地理信息系统原理GIS数据处理过数据处理过程程误差来
19、源误差来源数据输出输出设备不精确引起的误差；输出媒介不稳定造成的误差数据使用对数据所包含信息的误解；对数据信息使用不当3、空间数据质量问题的来源、空间数据质量问题的来源三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量第六节第六节 空间数据模型空间数据模型26地理信息系统原理GIS1）空间现象自身存在的不稳定性2）空间现象的表达3）空间数据处理中的误差4）空间数据使用中的误差三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量第六节第六节 空间数据模型空间数据模型3、空间数据质量问题的来源、空间数据质量问题的来源27地理信息系统原理GISGIS中的误差是指GIS中数据表示与其现实世界本身的差
20、别。数据误差的类型可以是随机的，也可以是系统的。采用Burrough(1986)的误差分类法。包括：数据源误差、数据采集误差和系统处理误差。三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量第六节第六节 空间数据模型空间数据模型4、常见空间数据的误差分析常见空间数据的误差分析28地理信息系统原理GIS四、空间数据的元数据四、空间数据的元数据Metadata可以译成元数据，就是可以译成元数据，就是描述数描述数据的数据据的数据。在地理空间数据中，元数据是。在地理空间数据中，元数据是说明数据说明数据内容内容、质量质量、状况状况和其他有关和其他有关特特征征的背景信息。元数据是关于数据的描述的背景信息
21、。元数据是关于数据的描述性数据信息，它同图书馆中描述相关书目性数据信息，它同图书馆中描述相关书目的目录卡的功能极为相似，提供关于信息的目录卡的功能极为相似，提供关于信息资源或数据的一种结构化数据，是对信息资源或数据的一种结构化数据，是对信息资源的结构化描述。资源的结构化描述。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型1、元数据的概念及类型、元数据的概念及类型29地理信息系统原理GIS四、空间数据的元数据四、空间数据的元数据元数据的内容包括：对数据集的描述、对数据质量的描述、对数据处理信息的说明、对数据转换方法的描述、对数据库的更新、集成等的说明。第六节第六节 空间数据模型空间数据模型1、元数据的概
22、念及类型、元数据的概念及类型30地理信息系统原理GIS1）帮助用户获取数据）帮助用户获取数据2）空间数据质量控制）空间数据质量控制3）数据集成中的应用）数据集成中的应用四、空间数据的元数据四、空间数据的元数据 2、空间数据元数据的应用、空间数据元数据的应用第六节第六节 空间数据模型空间数据模型31地理信息系统原理GIS1）性能上的原因（完整性、可扩展性）性能上的原因（完整性、可扩展性、特殊性、安全性）、特殊性、安全性）2）功能上的原因（差错功能、浏览功）功能上的原因（差错功能、浏览功能、程序生成）能、程序生成）四、空间数据的元数据四、空间数据的元数据 第六节第六节 空间数据模型空间数据模型3、
23、在地理信息系统中使用元数据的原因、在地理信息系统中使用元数据的原因32地理信息系统原理GIS第六节第六节 空间数据模型空间数据模型一、空间数据模型的基本概念一、空间数据模型的基本概念二、数据的测量尺度二、数据的测量尺度三、地理信息系统的数据质量三、地理信息系统的数据质量四、空间数据的元数据四、空间数据的元数据33地理信息系统原理GIS思考与练习题思考与练习题 1.空间实体的概念空间实体的概念 2.空间实体有何特点？它具有哪空间实体有何特点？它具有哪三三种主要种主要特征？特征？3.空间实体分哪几类？空间实体分哪几类？4.空间关系类型有哪些？空间关系类型有哪些？5.主要拓扑空间关系有哪些？主要拓扑
24、空间关系有哪些？6.矢栅数据各自的优缺点有哪些矢栅数据各自的优缺点有哪些34地理信息系统原理GIS思考与练习题思考与练习题 7.矢量数据各种编码方式（需参考其它资矢量数据各种编码方式（需参考其它资料，实体式、索引式、双重独立式、链状料，实体式、索引式、双重独立式、链状双重独立式），大致了解各种方式的特点。双重独立式），大致了解各种方式的特点。8.栅格数据的各种编码方法（行程、块码、栅格数据的各种编码方法（行程、块码、链式编码、四叉树编码），了解各种编码链式编码、四叉树编码），了解各种编码方法的优缺点方法的优缺点35地理信息系统原理GIS思考与练习题思考与练习题 9.四叉树编码的基本思想及其表示
25、方法四叉树编码的基本思想及其表示方法（树形表示，常规四叉树、线性四叉树的（树形表示，常规四叉树、线性四叉树的表示），四进制和十进制表示），四进制和十进制Morton码的计码的计算，计算机将一幅图象压缩为线性四叉树算，计算机将一幅图象压缩为线性四叉树（或二维行程编码）的具体过程。（或二维行程编码）的具体过程。10.矢量栅格一体化数据结构的思想。矢量栅格一体化数据结构的思想。11.对象数据模型和时空数据模型的相关对象数据模型和时空数据模型的相关内容内容36地理信息系统原理GIS思考与练习题思考与练习题 12.矢量、栅格形式的三维数据结构有哪矢量、栅格形式的三维数据结构有哪些？八叉树的存储结构有哪些
26、，三维边界些？八叉树的存储结构有哪些，三维边界法的具体如何表示？法的具体如何表示？13.矢量数据的获取方式矢量数据的获取方式 14.建立栅格结构的方法有哪些？如何确建立栅格结构的方法有哪些？如何确定栅格单元的尺寸、栅格代码（属性值）？定栅格单元的尺寸、栅格代码（属性值）？37地理信息系统原理GIS第三章预习题第三章预习题1.什么叫地图比例尺与高程？什么叫地图比例尺与高程？2.什么叫地理坐标系？平面坐标系？什么叫地理坐标系？平面坐标系？3.坐标系之间如何变换？坐标系之间如何变换？4.绘制地图为什么需要进行投影？投影会绘制地图为什么需要进行投影？投影会产生那些影响？产生那些影响？5.投影有哪些分类？各有什么特点？投影有哪些分类？各有什么特点？6.横（老）式中国地图与纵（新）式中国横（老）式中国地图与纵（新）式中国地图分别采用什么投影方式？地图分别采用什么投影方式？38
