第4讲地理空间数据模型
第四讲-空间计量经济学基本模型
三、模型之间的关系
➢SEM模型等价于SDM模型 ➢SDEM模型是考虑了高阶相关性的SDM
模型
四、空间关系的体现
➢空间关系的三种类型
✓邻接关系
w ij
1 0
if contiguity eles
✓空间距离 w ij 1 / dij
✓经济距离 w ij GDPj / GDPi
➢空间关系的体现方式
计量模型
➢确立最优模型（难点）
✓1、确定OLS、SLM、SEM模型 ✓2、对确定后的模型，展开诊断检验 ✓3、如果各项诊断均通过检验，则确定该模型
为最优模型 ✓4、如果有诊断未通过，一般通过调整W、调
整解释变量重新回归。 ✓重复步骤3、步骤4，直至确定合适的模型。
练习
问题：
◦ 考虑空间溢出效应的地区人均GDP影响因素 分析
➢空间杜宾模型（Spatial Durbin Model, SDM）
y Wy X1 WX2 ~ (0, 2I n )
* 考虑了自变量空间滞后项与因变量之间的相关性。
二、扩展模型
➢广义空间自回归模型（GSAR）
y W1y X u u W2u
➢结果说明
✓模块一：模型的基本统计信息 ✓模块二：回归结果的统计信息 ✓模块三：回归系数及其显著性 ✓模块四：模型结果的诊断（SLM、SEM）
• 蓝色线条以上，异方差诊断，原假设为无异方差 • 蓝色线条以下，空间相关性诊断，原假设为不存在空间相
关性
六、最优模型的确定
➢ 、SLM、SEM的选择
数据文件：
◦ china.shp
论文提纲
◦ 全局MoranI检验 ◦ 局部Moran I检验 ◦ 回归分析 ◦ 运用三类不同的w分别做出结果，选最好的。
第四讲(1)ArcHydro
Template Data Model Approaches Water Resources
Floodplain(河漫滩)
WQ
Arc Hydro
Permitting
Arc Hydro Database Definition
A geospatial and temporal data model for water resources
Semi-Generic
Parameterization(参数化)
Model pre and post-processing(模型预处理与后处
理)
Model Specific
Arc Hydro Template Data Model
Template Data Models(模板数据模型)
Arc Hydro Data Model
Arc Hydro Data Model Details
Detailed representation at the end of corresponding
chapters in the book (e.g. p 51)(详细的描述见书上的 对应章节)
5 应用范例一
6 应用范例二(时间序列管理)
7 应用范例三(H&H Modeling)
1 ArcHydro
Arc Hydro--Template Data Model(模板数据
模型) Arc Hydro--Tools Key Concepts
Review of geodatabase issues
that operates within ArcGIS(在ArcGIS中可操作的用于水资 源的地球空间和时间数据模型) Five key conceptual areas(五大主要的概念领域)
地理信息系统概论重点讲义(4)
重点一空间数据库模型1．空间数据库空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
2．空间数据库模型空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS 空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成。
3．数据库概念模型：( conceptual model)概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型。
人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。
也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型，而是概念级的模型，称为概念模型。
4．逻辑模型逻辑模型，是指数据的逻辑结构。
在数据库中，逻辑模型有关系、网状、层次，可以清晰表示个个关系。
在管理信息系统中，逻辑模型：是着重用逻辑的过程或主要的业务来描述对象系统，描述系统要“做什么”，或者说具有哪些功能。
1)关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，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。
2)关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle 、SQL、access 、db2 等。
3)对象—关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象(如点、线、面)的API 函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
5．物理模型，在管理信息系统中，物理模型：描述的是对象系统“如何做”、“如何实现”系统的物理过程。
《地理信息系统原理与应用》教学大纲
《地理信息系统原理与应用》教学大纲一、说明（一）本课程的目的、要求《地理信息系统原理与应用》是人文地理与城乡规划专业方向必修课，适用于人文地理与城乡规划专业本科生教学。
通过本课程的学习，学生能够了解地理信息系统的产生背景、功能、应用领域及发展方向；掌握GIS的基本概念、GIS的数据结构、GIS数据输入存储编辑方法、GIS空间分析方法、GIS产品等知识点；学会把GIS技术、GIS思想应用于人文地理与城乡规划方面。
通过本课程的学习，学生应对GIS有一个较全面的了解，掌握利用GIS解决人文地理与城乡规划方面实际问题的能力。
（二）内容选取和实施中注意的问题1.本课程主要介绍GIS的基本概念、基本理论和方法。
在教学中应尽量采用通俗易懂、形象化语言和多媒体，密切联系生产、科研、实际，着重讲清GIS基本概念、基本理论和分析问题、解决问题的方法。
2.注意培养学生利用GIS解决实际问题的思路。
3.安排一定学时的实习实践课。
使学生在基本理论指导下，掌握GIS软件的一般使用方法，提高解决问题的能力。
4.根据课程进程的需要，适当的布置课外作业，帮助学生巩固课堂所学知识，锻炼学生分析问题的能力。
（三）教学方法本课程通过课堂讲授、实习操作、课后习题等方式来达到教学目的。
（四）考核方式考核按平时作业（占10％）、实验（占30％）和期末考试（占60％）考核。
期末考试采用闭卷考察的方式。
（五）教学内容与学时分配二、大纲内容第一章绪论1.数据与信息的概念以及两者之间的关系，地理信息与地理信息系统的概念2.地理信息系统的基本组成3.地理信息系统的基本功能和应用领域4.地理信息系统的发展概况说明和要求:本章讲解GIS一些最基本的概念，地理信息系统的概念、数据与信息之间的关键。
第二章地理信息系统的数据结构1.地理空间的概念及空间实体的表达方法2.空间数据的基本特征3.空间数据的计算机表达方法4.矢量数据结构、栅格数据结构的特点5.空间数据结构的建立方法说明和要求：本章主要讲解GIS空间数据的概念、矢量数据和栅格数据的结构及空间数据的拓扑关系。
gis入门知识地理信息系统基础教程
gis入门知识地理信息系统基础教程四、地理空间数据这里的地理空间数据主要是指基于文件的空间数据，即不包括数据库空间数据。
GIS直接支持的空间数据类型主要包括矢量数据文件、3D模型、影像文件等。
•矢量数据文件：SHP、SDC、、CAD、GeoJSON、XML等；•3D模型：3DMAX、SKP等；•影像文件（或被称为栅格文件）：TIF、TIFF、JPEG、GIF等。
介绍最常用的SHP矢量数据类型和TIFF影像文件。
1、SHP矢量数据Esri（Arcmap的公司）的SHP（Shapefile）文件，SHP文件格式最显著特点是它由多个文件组成，有点类似CAD 文件。
至少3种文件，至多可达15种不同的文件，它必须至少由三个文件组成：.shp 要素几何、.shx 形状索引、.dbf 属性数据•.shp：图形格式，用于保存元素的几何实体；•.shx：图形索引格式，几何体位置索引，记录每一个几何体在shp 文件之中的位置，能够加快向前或向后搜索的效率；•.dbf：属性数据格式，以dBase IV的数据表格式存储每个几何形状的属性数据。
点、线、面是GIS 中的三个空间实体，且点是最基本的实体。
因为两个点可以组成一个线，多个点可以组成一个面，SHP文件可以表征点、线、面任何一种空间实体。
2、TIFF 影像文件影像文件，又被称为栅格数据文件，是由若干行或列的单元或者像素组成的，每个单元代表一个数值。
理解栅格数据最简单的方式就是将其看作图片，这也是它在软件中普遍的表现形式。
但栅格数据不一定非要以图片形式存储，它们还可以是ASCII 文本文件或者数据库中的二进制的实体。
TIFF（标记化图片文件格式，The Tagged Image ）是地理空间最常用的栅格格式，且可以为如下后缀的任何一种：.tiff，.tif和.gtif。
最近非常火的夜间灯光数据就是典型的TIFF数据，其后缀为.tif。
栅格的每一个像素都包含了信息值，一般通过聚合某个区域内的像素信息值，就可以得出某个区域内的统计特征。
地理空间的表达数据模型
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3.1.3 空间数据
1）空间数据的基本特征
第 3 章 空间数据模型 空间数据的基本特性（ Jack Dangermond，1984）
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3.1.3 空间数据
2）空间数据的类型
（1）几何图形数据 （2）遥感影像
（3）地形数据
（4）属性数据
（5）元数据
第 3 章 空间数据模型
如何表达一个点，有两种方法： 矢量表示法：采用没有大小的点来表达基本点元素； 栅格表示法：采用有固定大小的点（像元）来表达基本点元素。
道 路
湖泊
河 流
居民地
第 3 章 空间数据模型
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3.1.3 空间数据
GIS空间数据代表着现实世界（Geospace）的空间实体在信息世界中 的映射，它反映的特征包含空间实体向我们传递的基本信息。
香港城市道路网分布
面(polygon)实体
• 具有长和宽的目标
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)… (x1,y1)
中国土地利用分布图（不连续面）
3.2.2 网络模型
网络（Network）是由欧式空间R2中的 若干点及它们之间相互连接的线段构成， 如：道路网、水系网、管网等。 网络由一系列节点（Node）和弧段 （Arc）所组成，在本质上，网络模型 可看作是对象模型的一个特例，由点对 象和线对象之间的拓扑关系构成，它更 侧重于对象间的连通性。 水系网
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
第 3 章 空间数据模型 不规则三角形区
等值线
空间数据模型
空间数据模型空间数据模型可以分为三种：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；要素模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述——9交模型等。
最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。
值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。
1．空间数据模型的基本问题人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。
从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态（在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空间现象和问题。
为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。
1．1概念地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。
地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。
地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。
绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。
在地理信息系统应用中，空间概念贯穿于整个工作对象、工作过程、工作结果等各个部分。
空间数据就是以不同的方式和来源获得的数据，如地图、各种专题图、图像、统计数据等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。
第4讲-空间数据模型-逻辑模型与数据结构
几何抽象类
地理空间参考系
点
曲线
表面
- -1 -1
-
线串类
直线段
线性环
多边形
1 --
-
几何集合
表面集合
曲线集合
点集合
多边形集合
1-
线串集合
1
1-
Open GIS面向对象空间实体模型
表示“is a”概括关系
表示“has a”聚集关系
ArcGIS面向对象空间实体模型
对象1
对象2
对象ID 对象1 对象2
土壤、山脉、丘壑等
1
2
3
类别
位置
电力塔 电力塔 河流
x1, y1
x1, y1
x1, y1；x2, y2；…；xn, yn
杨树林 x1, y1；x2, y2；…；xn, yn; x1, y1
杨树林 x1, y1；x2, y2；…；xn, yn; x1, y1
松树林 x1, y1；x2, y2；…；xn, yn; x1, y1
1 3
24
1
31
3
2
4
Hale Waihona Puke 2413
1
3
2
4
2
4
最大空圆准则
Delaunay三角网
方案一 方案二
Voronoi多边形 数据模型
组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直 多边形内的任何位置总是离该多边形内样点的距离近， 离相邻多边形内样点的距离远，且每个多边形内包含 仅且包含一个样点
5、面向对象数据模型
3. 栅格的空间分辨率确定了描述空间现象的精细程度; 4. 若需要描述统一地理空间的不同属性，则按不同的属
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二、如何描述地理空间实体
➢ 6种场模型
二、如何描述地理空间实体
2、地理空间实体的逻辑模型
（1）矢量数据模型
– 点实体用一对空间坐标表示，线实体由一串坐标对 组成，面由其边界线表示，表示为首尾相连的坐标 串；每一个实体都有一个唯一标识符（Identifier）。
（2）栅格数据模型
– 地理空间坐标隐含在矩阵的行列上；点实体是一个 栅格单元（cell）或像元，线实体由一串彼此相连的 像元构成，面实体则由一系列相邻的像元构成；每 个像元对应于一个表示该实体属性的值。
地理信息系统 I
王建梅 同济大学测绘与地理信息学院
第4讲 地理空间数据模型
主要内容
一、什么是地理空间实体？ 二、如何描述地理空间实体？
主要内容
一、什么是地理空间实体？ 二、如何描述地理空间实体？
一、什么是地理空间实体
地理空间实体就是对复杂地理事物和现 象进行简化抽象得到的结果，简称空间实 体，它们的一个典型特征是与一定的地理 空间位置有关，都具有一定的几何形态， 分布状况以及彼此之间的相互关系。
➢ 随着分辨率的提高，对存储空间的要求成几何级数增加。
二、如何描述地理空间实体
（3）面向对象数据模型
– 对象是指地理空间的实体或现象，是系统的基本单 位。一个对象是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（方法识号（Object－ID） – 对空间实体进行“概括”、“聚集”、“联合”等处理，可
– 按照空间特征分为点、线、面、体四种基本对象， 对象也可由其他对象构成复杂对象，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以区分彼此
对象模型强调地理空间中的单个地理现象或空间实体
二、如何描述地理空间实体
➢ 场模型（域（field）模型）
而是相互之间存在着密切的联系。
主要内容
一、什么是地理空间实体？ 二、如何描述地理空间实体？
二、如何描述地理空间实体
二、如何描述地理空间实体
1、地理空间实体的概念模型
– 对象模型
– 场模型
二、如何描述地理空间实体
➢ 对象模型
– 将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和 空间实体作为独立的对象分布在该空域中。
得到复杂地理对象的逻辑数据模型。 – 类是具有部分系统属性和方法的一组对象的集合
二、如何描述地理空间实体
几何抽象类
地理空间参考系
点
曲线
表面
-
1
-1
-
线串类
直线段
线性环
多边形 1 --
-
几何集合
表面集合
曲线集合
点集合
多边形集合 1-
线串集合 1
1
-
Open GIS面向对象空间实体模型
二、如何描述地理空间实体
– 把地理空间中的现象作为连续的变量或体，根据不 同的应用，场可以表现为二维或三维。一个二维场 就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上， 都有一个表现某现象的属性值，即A＝f(x，y)。一个 三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上， 都对应一个属性值，即A＝f(x，y，z)。
– 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。
二、如何描述地理空间实体
点：位置：（x，y） 属性：符号
线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺寸
面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(xn,yn) 属性：符号变化 等值线
二、如何描述地理空间实体
➢ 矢量数据模型能够精确地表示点、线及多边形面的实体， 能方便地进行比例尺变换、投影变换以及输出到笔式绘 图仪上或视频显示器上。
面 线 点
二、如何描述地理空间实体
➢ 若需要描述统一地理空间的不同属性，则按不同的属性 将数据分层，每层描述一种属性。
➢ 当栅格单元太粗糙，未能与空间目标相吻合时，就会丢 失某些高分辨率情况下的细节信息。
➢ 不同类型的空间数据层可以进行叠加操作，不需要经过 复杂的几何计算。但对于一些变换、运算，如比例尺变 换、投影变换等则操作不太方便。
➢ 根据属性特征的不同，点可用不同的符号来表示，线可 用不同的颜色、粗细不等、样式不同的线型绘制，多边 形则可以填充不同的颜色和图案。
➢ 观察的尺度或者概括的程度影响着使用原型的种类，在 小比例尺图中，房屋用点表示，河流用线表示。在大比 例尺图中，房屋和河流都被表示为一定形状的多边形。
二、如何描述地理空间实体
一、什么是地理空间实体
➢ 地理空间实体的特征
– 空间几何特征：表示空间实体在一定的坐标系中的 位置、大小、形状等。
– 属性特征：与空间实体相联系的、表征空间实体本 身性质的数据或数量，通常分为定性和定量两种。
– 时间特征：空间实体随着时间变化而变化的特性。 – 空间关系特征：空间实体一般都不是独立存在的，