地理信息数据模型-2019年文档

地理信息数据模型
: Geographic information data model is the theoretical basis for describing of data organization and designing of database, it reflects the inter linkage among spatial entities of the real world and is the core problem of the geographic information handling.
1基础地理信息数据的基本特征
①空间特征:用以描述地理实体或现象的地理位置,又称几
何特征、定位特征,一般以坐标数据表示,如界桩的经纬度等。

②属性特征:用以描述地理实体或现象的特性,即用来说明“是什么”,如地理实体或现象的类别、等级、数量、名称等。

③时间特征:用以描述地理实体或现象随时间的变化,其变化的周期有
短期的、中期的、长期的等等。

2基础地理信息数据的类型
①几何数据。

描述空间数据空间特征的数据,也称位置数据、定位数据。

即说明“在哪里”,如用X、Y坐标来表示。

②属性数据。

描述空间数据属性特征的数据,也称非几何数据。

即说明“是什么”,如类型、等级、名称、状态等。

③关系数据。

描述空间数据之间空间关系的数据,如空间数据的相邻、包含等,主要是指拓扑关系。

3传统地理信息数据模型
3.1 层次数据模型层次模型是一种树结构模型,它把数据按自然的层次关系组织起来,以反映数据之间的隶属关系。

它的特点是数据组织成有向有序的树形结构,结构中的结点代表数据记录,连线描述位于不同结点数据间的从属关系(一对多的关系)。

层次模型反映了地理世界中实体之间的层次关系,在描述地理世界中自然的层次结构关系时简单、直观,易于理解,并在一定程度上支持数据的重构。

但它很难描述复杂地理实体之间的联系,描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余;对任何对象的查询效率都很低,很难进行反向查询;数据独立性较差,数据更新涉及许多指针,插入和删除操作比较复杂,父结点的删除意味着其下
层所有子结点均被删除。

3.2 关系数据模型在关系模型中,数据的逻辑结构为满足一定条件的二维表,表具有固定的列数和任意的行数,在数学上称
为“关系”。

二维表是同类实体的各种属性的集合,每个实体对应于表中的一行,在关系中称为元组,相当于一个记录;表中的列表示属性,称为域,相当于记录中的一个数据项。

满足一定条件的规范化关系的集合,就构成了关系模型。

关系模型表示各种地理实体及其之间的关系,方式简单、灵活,支持数据重构;具有严格的数学基础,其数据描述具有较强的一致性和独立性。

尽管如此,关系模型还是存在一些不足:无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构,模拟和操作复杂地理对象的能力较弱;用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时,需对地
理实体进行不自然的分解,导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理;由于概念模式和存储模式的相互独立性,实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作,运行效率不够高。

4面向对象的数据模型
4.1 基本含义面向对象的基本思想是通过对问题领域进行
自然的分割,用更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型,并进行结构模拟和行为模拟,从而使设计出的软件能尽可能地直接表现出问题的求解过程。

因此,面向对象的方法就是以接近人类通常思维方式的思想,将客观世界的一切实体模型化为对象。

每一种对象都有各自的内部状态和运动规律,不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的系统。

任何一种模型都无法反映现实世界的所有方面,对于复杂的事物和现象更是如此。

因而不可能设计出一种通用的数据结构和数据模型来适应所有
的情况,往往是在描述一类问题时,体现了优越性,而在描述另一类问题时,却是低效的。

为了有效地描述复杂的事物或现象,需要在更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模型,并用面向对象的方法进行统一的抽象。

这就是面向对象数据模型的含义,信息工程大学硕士学位论文其具体实现就是面向对象的数据结构。

4.2 面向对象数据模型的特点面向对象的数据模型是一种
基于抽象的模型,允许设计者在基本功能上选择最为适用的技
术。

具有可扩充性。

由于对象是相对独立的,因此可以很自然和容易地增加新的对象,并且对不同类型的对象具有统一的管理机制。

可以模拟和操纵复杂对象。

传统的数据模型是面向简单对象的,无法直接模拟和操纵复杂实体,而面向对象的数据模型具备
对复杂对象进行模拟和操纵的能力。

4.3 面向对象数据模型的四种核心技术分类:分类是把具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一个公共类的过程。

对象和类的关系是“实例”(instance-of)的关系。

概括:概括是把几个类中某些具有部分公共特征的属性和操作方法抽象出来,形成一个更高层次、更具一般性的超类的过程。

子类和超类用来表示概括特征,表明它们之间的关系是“即
是”(is-a)关系,子类是超类的一个特例。

聚集:聚集是将儿个不同类的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。

“部分”或“成分”是复合对象的组成部分,“成分”与“复合对象”的关系是“部分”(parts-of)的关系,反之“复合对象”与“成分”的关系是“组成”的关系。

联合:联合是将同一类对象中的几个具有部分相同属性值的对象组合起来,形成一个更高水平的集合对象的过程。

有联合关系的对象称为成员,“成员”与“集合对象”的关系是“成员”(mernber-of)的关系。

4.4 GIS中面向对象的数据模型对于传统的数据模型,其数据结构是与之分离的。

而对于面向对象的数据模型,其数据模型和数据结构是一致的,数据模型的具体实现就是数据结构。

在GIS的面向对象的数据结构中,通常可以把空间数据抽象为点、线、面三种简单的地物类型,作为三种简单对象。

一个地理实体可以由这三种简单对象之一构成,复杂的地理实体可以由多种简单对象构成,甚至可以由其他复杂对象构成。

每个地理实体都可以通过其标识号和属性数据联系起来。

若干个地理实体可以作为一个图层,若干个图层可以组成一个工作区。

在GIS中可以开设多个工作区。

在GIS中建立面向对象的数据模型时,对象的确定还没有统一的标准,但是,对象的建立应符合人们对客观世界的理解,并且要完整地表达各种地理对象,及它们之间的相互关系。