第三章 空间数据模型

合集下载

第三章空间数据模型第3节矢量数据模型

第三章空间数据模型第3节矢量数据模型

(xn,yn) (x(1x,ny,1y)n) (x1,y1)
(a) (xn,yn)
(b)
(xn,yn)
A
KI
H
J
BC
G
FE
D
(c)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一维矢量具有方向、长度
方向:即有起始结点和终止结点
长度:可以用以下方式表达:
引入欧氏空间的距离概念:
n
长度 [(xi xi1)2 ( yi yi1)2 ]1/2 i2
一.基本概念 二.关系数据模型和关系表 三.矢量数据模型( Spaghetti Model ) 四.矢量数据模型(拓扑数据模型)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一、基本概念
• 现实世界和矢量表达 • 位置和边界被清楚地记录 • 对象可以被识别 • 属性值与对象相联系 • 空间关系可以清晰表达
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(1) 地理要素被当成单个对象对待
空间边界可以被清晰的编码
(2)对象之间没有关系
要素间的空间拓扑不被记录
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
矢量表达法
• 不同的空间特征具有不同的矢量维数
– 0维矢量-点:即空间中的一个点,没有大小、 方向,二维和三维欧氏空间中为:(x,y),(x,y,z)
– 一维矢量-线:空间中的线划要素或空间对象间 的边界,也称为弧段、链
用的概念,是三维空间中曲面法向矢量的 另外一种描述方法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
空间曲面
• 矢量实现方法多样 • 常用等值线法、剖面法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
三维矢量-体
• 指三维空间中的实体

p03第三章 空间数据模型

p03第三章 空间数据模型

一、空间实体的描述
空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物 ① 空间位置:主要指位置信息,也包括位置信息的扩展,
如形态及实体的组成(复合对象)等;位置用笛卡尔坐 标系中X,Y坐标表示; ② 空间关系:主要指空间对象的拓扑关系; ③ 非几何属性:表示空间特征的非几何属性; ④ 实体的行为、功能及时态特征:实体的行为,功能特征 以及实体属性随时间的变化。如岛屿的侵蚀、水体污染 的扩散、建筑的变形等; ⑤ 实体的衍生信息:如一个实体有许多个名称。
坐标序列法的缺点
1) 对于交叉点或相连的线,交叉点要重复输入和存储;对 于多边形其公共边也要重复输入和存储,从而产生数据 冗余和分析处理不便的问题;
2) 对于复杂多边形,不能解决多边形中“岛”、“洞”之 类的镶套问题,“岛”或“洞”只能作为单个的多边形 来构造,没有和周围的多边形建立关系;
3) 很难检查多边形的边界正确与否,即多边形的完整性; 4) 每个多边形自成体系,缺少有关邻域的信息,使拓扑关
第二节 矢量数据模型
一、矢量和矢量数据模型的概念 二、矢量数据的编码方法 三、矢量数据结构的优点和缺点 四、矢量数据表示面类型数据的方法
用于表示地理实体的数据模型
GIS的数据模型分为两大类:矢量数据模型和栅格数据模型。 也可划分为矢量模型、栅格模型和三角网数据模型。
一、矢量和矢量数据模型的概念
①面积范围; ②周长; ③内岛或锯齿状外形; ④重叠性与非重叠性。 ⑤独立性或与其它的地物相邻,如中国及其周边国
家;
面状实体类型
4、立体状实体度、宽度及高度 等属性。
① 体积,如工程开掘和填充的土方量; ② 每个二维平面的面积; ③ 每个二维平面的周长; ④ 断面图与剖面图。 ⑤ 内岛或锯齿状外形; ⑥ 含有孤立块或相邻块;

GIS第三章空间数据模型

GIS第三章空间数据模型

强空间正负自相关模式
2. 场模型
? 栅格数据模型
– 栅格数据模型是 基于连续铺盖的, 它是用二维铺盖 或划分覆盖整个 连续空间;铺盖 可以分为规则的 和不规则的,后 者可当做拓扑多 边形处理
三角形、方格和六角形划分 栅格数据模型
3.要素模型
1. 基本概念
– 欧氏空间:带坐标的可测量点之间的距离和方向的空间 模型
1. 空间数据模型的基本问题
? 空间数据模型 – 概念:是关于现实世界中空间实体及其相互间联 系的概念,它为描述空间数据的组织和设计空间 数据库模式提供着基本方法。 – 类型:
? 场(Field)模型:连续对象的描述(二维,三维) ? 基于对象(要素)(Feature)的模型:离散对象描述 ? 网络(Network)模型:交通、水系等网络状对象描述
地形,温度
4.地理空间及其表达
矢量表达法示意(点、线、面)
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 ) , … , (xn , yn ) 属性:符号变化,等值线
4. 地理空间及其表达
一、空间实体及表达
1、空间实体及类型 空间实体:
指具有形状、属性和时序特征的空间对象,它是对存在于自然世界中地 理实体的抽象。 空间实体类型
任何地理实体都可以抽象为点、线、面、体等基本类型,以表示它的位 置、形状、大小、高低等特征。
4.地理空间及其表达
以地图为例,来了解空间实体的抽象及表达 点实体
学习目标
1. 了解空间数据模型的类型及其特点 2. 理解场模型和要素模型 3. 重点掌握矢量数据模型和栅格数据模型以

地理信息系统第三章

地理信息系统第三章



1.3.2三维空间数据模型
三维矢量模型 体模型


1.3.3分布式空间数据模型
分布式空间数据库管理系统 联邦空间数据库(Federated Spatial Database)


1.3.4 CASE工具 (Computer-Aided Software Engineering)
2.场模型



1.2空间数据模型的类型
在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个,即基于对象 (要素)(Feature)的模型、网络(Network)模型以及 场(Field)模型。 选择某一种模型而不选择另外一种模型主要是顾及数据的 测量方式。




1.3 GIS空间数据模型的学术前沿
1.3.1时空数据模型 核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的 实体及其相互关系随时间不断发生的变化。
е1 P1 е5 P2 е2
N1
е6
N4
P3
N5
е3
N2
е4
N3
P4
е7
2.地理空间数据拓扑关系应用价值
(1)确定地理实体间的相对空间位置,无需坐标 和距离 (2)利于空间要素查询 (3)重建地理实体
3.地理空间数据 拓扑关系的表示
N2
е1
P1 е5
N4
е6
P3
N5
е3
结点集合
P2
е2
е4
N3 针


4.4度量空间关系分析
度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。 这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离, 如A实体距离B实体100m。也可以应用与距离概念相关的术

空间数据模型

空间数据模型


对三角网,表达各三角形的顶点位置和属性、顶点与三 角形的连接关系、三角形的连接关系,就可得到TIN的 逻辑数据模型。
3.4.5 面向对象数据模型


面向对象数据模型应用面向对象方法描述空间实体及其 相互关系,特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间 实体的表达。 面向对象技术的核心是对象(object)和类(class)。


对象是指地理空间的实体或现象,是系统的基本单位。 如多边形地图上的一个结点或一条弧段是对象,一条河流 或一个宗地也是一个对象。 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)组成的。 例如,河流的坐标数据描述了它的位置和形状,而河流的 变迁则表达了它的行为。每个对象都有一个惟一的标识号 (Object-ID)作为识别标志。

主要优点在于


二、不规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据结构是指用来进行镶嵌的小面块具 有不规则的形状或边界。 最典型的不规则镶嵌数据模型有Voronoi图(也称作 Thiessen多边形)和不规则三角网(Triangular Irregular Network,简称TIN)模型。 当用有限离散的观测 样点来表示某地理现 象的空间分布规律时, 适合于采用不规则镶 嵌数据模型。
逻辑数据模型 Logical Data Model
中间层 数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
空间数据库
物理数据模型是概念 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
数据模型与数据结构

信息系统中:


数据模型:对客观实体及其关系的认识和数学描述。 目的是揭示客观实体的本质特征,并对它进行抽象化表达,使 之转化为计算机能够接受、处理的数据。 空间数据模型:对地理空间实体及其关系的描述。 即指数据组织的形式,是适合于计算机存储、管理和处理的数 据逻辑结构形式。 对空间数据而言,则是地理实体的空间排列方式和相互关系的 抽象描述。

第3章 空间数据模型

第3章 空间数据模型

*通过描述小面块的几何形态、相邻关系及面块内属性 特征的变化来建立空间数据的逻辑模型;
*小面块之间不重叠且能完整铺满整个地理空间; *根据面块的形状,镶嵌数据模型可分为 规则镶嵌数据模型 不规则镶嵌数据模型
规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
TIN和Voronoi多边形数据模型
Voronoi 图又称为Dirichlet ( tessellation) ,其概念由 Dirichlet 于1850 年首先提出; 1907 后俄国数学家 Voronoi 对此作了进一步阐述,并提出高次方程化简; 1911 年荷兰气候学Thiessen为提高大面积气象预报 的准确度,应用Voronoi 图对气象观测站进行了有效 区域划分。因此在二维空间中,Voronoi 图也称为泰 森多边形。
2 作为两个面域之间的一个边界。
3 作为一个面域特征,精确表达河流的堤岸、辫 状河道以及河流上的运河。
4 作为一条曲线以构成表面模型上的沟槽。根据 地表上河流的路径,可以算出其横截面、落差度、 排水流域以及在预测降雨下的洪水爆发可能性。
针对真实的世界,每一个人都在创建他 自己的主观模型。GIS的观点是为真实世 界建立一个通用的模型。
泰森(Thiessen)多边形的特点: 1 组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直; 2 多边形内的任意位置总是离该多边形内样点的距 离最近,离相邻多边形内样点距离远; 3 每个多边形内包含且仅包含一个样点。
(五)面向对象数据模型
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。
空间逻辑数据模型作为概念模型向 物理模型转换的桥梁,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,具体地表达空间实体及 其关系。

3 空间数据模型

3 空间数据模型

00090770
06907777
09007770
09007770
90000000
(a)点、线、面数据
(b)栅格表示
点、线、面数据的栅格结构表示
• 栅格数据类型
– 常用的栅格数据类型包括卫星影像、数字高程 数据、数字正射影像、数字扫描地图和数字栅 格图形。
• 栅格数据编码
– 直接栅格编码、链式编码、游程长度编码、四 叉树编码
– “橡皮板几何学”:可以设想一块高质量的橡皮板, 它的表面是欧式平面,这块橡皮可以任意弯曲、拉伸 、压缩,但不能扭转和折叠,表面上有点、线、多边 形等组成的几何图形。
• 拓扑元素:
– 点:
• 孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点
– 线:
• 两结点之间的有序弧段,包括链、弧段和线段
– 面:
• 若干弧段组成的多边形
➢ 特征 无拓扑关系,主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储,存在数据冗余,难以保证数据独立性 和一致性 多边形分解和合并不易进行,邻域处理较复杂; 处理嵌套多边形比较麻烦
➢ 适用范围: 制图及一般查询,不适合复杂的空间分析
3.4.2.2 拓扑数据结构
• 不仅表达几何位置和属性,还表示空间关 系
– 拓扑关系:描述空间对象的邻接、关联、连通和包含 等
– 空间方位关系:描述空间对象在空间上的排列次序, 如前后、左右、东、西、南、北等。
– 空间度量关系:描述空间对象之间的距离等。
• 拓扑关系
– 拓扑(Topology)一词来自于希腊文,意思是形状的研究 。
– 拓扑学是几何学的一个分支,研究在拓扑变换下能够 保持不变的几何属性—拓扑属性。
• 属性特征
– 属性特征也称为专题特征或功能特征,通过属性数据 表达空间实体内在的性质和相关关系。

GIS课件第3章 空间数据模型

GIS课件第3章 空间数据模型

第3章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。

本章从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象建模的过程,其结果就是空间数据模型;空间数据模型可以归纳为空间概念模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个层次。

空间概念数据模型包括:场模型:用于描述空间中连续分布的现象;对象模型: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。

常用的空间逻辑数据模型有矢量数据模型、栅格数据模型和面向对象模型等。

在讲述空间数据模型的同时,又介绍了空间实体和空间关系等相关概念。

3.1地理空间与空间抽象3.1.1地理空间与空间实体在地理学上,地理空间(Geographic Space)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。

在地理空间中存在着复杂的空间事物或地理现象,它们可能是物质的,也可能是非物质的,如山脉、水系、土地类型、城市分布、资源分布、道路网系、环境变迁等。

地理空间中的这些空间事物或地理现象就代表了现实世界;而地理信息系统即是人们通过对各种各样的地理现象的观察抽象、综合取舍,编码和简化,以数据形式存入计算机内进行操作处理,从而达到对现实世界规律进行再认识和分析决策的目的。

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。

空间实体具有4个基本特征:空间位置特征、属性特征、时间特征和空间关系。

1.空间位置特征表示空间实体在一定的坐标系中的空间位置或几何定位,通常采用地理坐标的经纬度、空间直角坐标、平面直角坐标和极坐标等来表示。

空间位置特征也称为几何特征,包括空间实体的位置、大小、形状和分布状况等。

第3章 空间数据模型

第3章  空间数据模型

19
点实体:有特定的位置,维数为0的实体
•如城镇、乡村居民地、交通枢纽、车站、工厂、学校、 医院、机关、火山口、震中、山峰、隘口、基地等等 •从较大的空间规模上来观测这些地物,就能把它们都归 结为呈点状分布的地理现象。
20
点实体
1)实体点:用来代表一个实体。 2)注记点:用于定位注记。 3)内点:用于负载多边形的属性, 存在于多边形内。 4)角点、节点Vertex: 表示线段和弧段上的连接点。
7
空间实体基本特征
空间实体具有4 个基本特征:
空间位置特征 属性特征 时间特征 空间特征
8
空间实体基本特征
• 1)属性特征:
非定位数据,表示现象或特征; • 2)空间特征:地理位置和空间关系
• 定位数据,表示现象的空间位置; • 空间关系,拓扑关系
• 3)时间特征:
指现象或物体随时间的变化。
9
21
3.2 空间数据概念模型 线实体:维数为1的实体,由一系列坐标点表示,有以下
特征: 实体长度:从起点到终点的总长; 弯曲度:用于表示象道路拐弯时弯曲的程度; 方向性:如水流从上游到下游,公路则有单双向之 分; •如河流、海岸、铁路、公路、地下管网、街道、行政边 界等
22
多边形实体:维数为2的实体,,有以下特征: 面积范围; 周长; 独立性或与其它地物相邻:如北京及周边省市; 内岛或锯齿状外形:岛屿及海岸线; 重叠性与非重叠性。
第3章 空间数据模型
地理信息系统
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,其结果就是空间数据 模型。

邬伦_第3章 空间数据模型

邬伦_第3章 空间数据模型

4.基于要素的空间关系分析
4.1 4.2 4.3 4.4 空间关系的基本概念 拓扑空间关系分析 方向空间关系分析 度量空间关系分析
4.1
空间关系的基本概念
• 空间关系包含三种基本类型,即拓扑关系、方向 关系、度量关系。 • 它为地理信息系统数据库的有效建立、空间查询、 空间分析、辅助决策等提供了最基本的关系; • 将空间关系理论应用于地理信息系统查询语言, 形成一个标准的SQL空间查询语言,可以通过API (Application Program Interface,应用程序接 口)进行空间特征的存储、提取、查询、更新
非拓扑属性 两点之间的距离 一个点指向另一个点的方向 弧段的长度 一个区域的周长 一个区域的面积
拓扑空间关系的形式化表达
4.2.2
拓扑描述的数学基础——点集拓扑学
• C(A)=~I(~A)=I(A)∪B(A) • I(A)=~C(~A)=C(A)~B(A) • B(A)=C(A)∩C(~A)=~(I(A)∪I(~A))=B(~A)
场模型 T(z) E(t) H(x,y) 定义域维数 1 1 2 值域维数 1 3 1 自变量 空间坐标(高程) 时间坐标 空间坐标 因变量 高度z处的气温 某时刻的静电力 地表高程
P(x,y,z)
v(λ ,φ ,z) σ(x,y,z)
3
3 3
1
3 9
空间坐标
空间坐标(λ ,φ 经 纬度,z高度) 空间坐标
4种扩展的方向关系
• East(Pi,Qj)=North_East(Pi,Qj) Or Restricted_East(Pi,
Qj) Or South_East(Pi,Qj)
• South(Pi,Qj)=South_West(Pi,Qj) Or

北师大地理信息系统课件03空间数据模型

北师大地理信息系统课件03空间数据模型

因此,最好的通用数据模型是不存在的,数据模型优劣取决于 你的需要,使用数据的方式和目的才是决定数据模型优劣的标 准。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子:
河流作为组成网络的一系列要素。每条线段都拥有流量、容量和其他属性 。这时可以使用线性网络模型(几何网络)来分析水文流量或者船务运输 等。
空间事物或现象 选择、综合、简化和抽象
概念世界
数据世界 (计算机)
概念模型 Conceptial Model
最高层
编码、表达、建立空间关系
逻辑数据模型 Logical Data Model
中间层
数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
信息
11 地理空间数学基础
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子: 即使在同一数据模型中,每种空间数据也有不同的表达方式。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据概念模型类型
现有GIS中常用的空间数据概念模型主要有三个: 场(Field)模型:强调空间要素的连续性
地图使用者的认识模型
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
维度世界:度 量语言
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
地理空间数学基础
对现实世界的抽象
项目世界: 信息团体
点世界:坐标 几何
几何世界:WKT
OpenGIS的九层模 型
要素世界:要 素

第三次、第四次:空间数据模型及数据结构

第三次、第四次:空间数据模型及数据结构

空间数据结构—栅格数据
定义
图形表示
栅格数据结构
数据组织
栅格结构的建立
栅格数据编码
空间数据结构—栅格数据
• 将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格 阵列,每个网格作为一个象元或象素由行、
列定义,并包含一个代码表示该象素的属性
类型或量值,或仅仅包括指向其属性记录的 指针。 • 栅格结构表示的地表是不连续的,是量化和 近似离散的数据。每一个单元格对应一个相
3、拓扑关系的表达
拓扑关系具体可由4个关系表来表示: (1) 面--链关系: (2) 链--结点关系: 面 构成面的弧段 链 链两端的结点
(3) 结点--链关系: 结点 通过该结点的链\ (4) 链—面关系: 链 左面 右面
4、拓扑关系的意义:
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义,因为:
1)拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系,它比几何关 系具有更大的稳定性,不随地图投影而变化。
三角形、方格和六角形划分
栅格数据模型
矢量数据模型
空间数据模型
2. 要素模型
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之间的关系的方式来研 究。 基于要素的空间信息模型把信息空间分解为对象 或实体。一个实体必须符合三个条件: 可被识别
重要(与问题相关)
可被描述(有特征) 对于基于要素的模型,采用面向对象的描述是 合适的。
进行栅格编码、存贮,即得该专题图的栅格数据。 3、由矢量数据转换而来。
4、遥感影像数据,对地面景象的辐射和反射能量的扫描抽样,并按不
同的光谱段量化后,以数字形式记录下来的象素值序列。 5、格网DEM数据,当属性值为地面高程,则为格网DEM,通过DEM 内插得到。

第3章+空间数据模型与数据结构

第3章+空间数据模型与数据结构

clover
栅格数据模型—像元大小



分辨率 – 网格像元的大小 – 30m的网格像元表示 实际面积900m2 像元越小,分辨率和精 度越高 (表现的地物越 细) 存贮和处理成本随分辨 率增加而上升 – 三者均衡
栅格数据模型——空间参照

必须说明的是
– –
原始栅格数据没有空间参照信息 但如果使用栅格数据,需要地理坐标位置,所以需 要给栅格数据配置地理坐标
Satellite Imagery
Scanned Maps
栅格数据模型

优点

– –
高精度
文件大 数据结构简单 有效存储 处理更快 容易检索 多个客户同时操作

需要解决问题
– – – –

上述问题都与数据结构、数据压缩有关
2、矢量数据模型

矢量数据模型适合表达图形对象特征和进行高
精度制图;

在矢量数据模型中,空间实体现象由点、线、 面等原型实体及其集合来表示。
现实世界到信息世界的过程:
客观世界 数据模型 信息世界
抽象
计算机管理的数据
数据模型的抽象分为三个层次:
概念 概念数据模型
结构
计算机上存储 物理数据模型
逻辑数据模型
(三)空间数据模型
空间数据模型是GIS抽象的中间层,即GIS的逻辑数据模型 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,建立在对地理空间的充分认识与完整抽象 的地理空间认知模型(概念模型)的基础上,并用计算机 能够识别和处理的形式化语言来定义和描述现实世界地理
栅格数据模型——元素

由行、列、像元组成,用二维数组存储数据 – 列-x坐标 – 行-y坐标 – 行、列由网格左上角起始 – 像元值由行、列位置唯一决定

空间数据模型

空间数据模型

Equals(anotherGeometry)
Disjoint(anotherGeometry ) Intersects(anotherGeometry ) Touches(anotherGeometry ) 空间 Crosses(anotherGeometry) 关系 Within(anotherGeometry) 运算
3.2.2 网状数据模型
在网状数据模型中,虽然每个结点可以有多个 父结点,但是每个双亲记录和子女记录之间的 联系只能是1:N的联系,对于M:N的联系, 必须人为地增加记录类型, 把M:N的联系分 解为M个1:N的二元联系。
学生/选课/课程的网状模型
3.2.2 网状数据模型
网状模型在具体实现时,把整个模型划
OGC的SFS中定义的空间操作算子包括基本操作、 空间关系运算和空间分析操作。
操作 方法名称
类别 Dimension ( ) GeometryType ( ) SRID ( )
基本 Envelope( ) AsText( )
操作 AsBinary( ) IsEmpty( ) IsSimple( ) Boundary( )
3.3 面向对象模型
类(class):是属性集和方法集相同的所有 对象的组合。
类允许嵌套结构。
可以在现在类的基础上通过继承来构造新的 类。现在的类称为超类,新子类是从现有类 中派生出来的,称派生类。子类继承超类上 定义的全部属性和方法,实现了软件的可重 用性。同时,子类还可以包含其他的属性和 方法。
通过继承构造类,采用多态性为每个类指定 其表现行为。
3.3 面向对象模型
面向对象模型是采用面向对象的观点来描述现实世
界中实体及其联系的模型,现实世界中的实体都被

第3章 空间数据模型

第3章 空间数据模型
– 现实世界许多地理事物和现象可以构成网络,如公路、 铁路、通讯线路、管道、自然界中的物质流、物量流 和信息流等
空间数据概念模型
• 网络是由一系列节点和环链组成的,与对象模型 没有本质的区别 • 网络模型可以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 • 空间数据概念模型归结为对象模型(或称要素模 型)和场模型(或称域模型)两类
空间数据概念模型
• 不规则多边形区。将平面区域划分为简单连通的多边形区 域,每个多边形区域的边界由一组点所定义;每个多边形 区域对应一个属性常量值,而忽略区域内部属性的细节变 化 • 不规则三角形区。将平面区域划分为简单连通三角形区域, 三角形的顶点由样点定义,且每个顶点对应一个属性值; 三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到 • 等值线。用一组等值线C1,C2,…,Cn,将平面区域划 分成若干个区域。每条等值线对应一个属性值,两条等值 线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值
(a) 规则分布的点
( b ) 不规则分布的 点
(c)规则矩形区
(d) 不规则多边形区
(e) 不规则三角形区
(f) 等值线
空间数据概念模型
• 网络模型
– 网络模型与对象模型类似,都是描述不连续的地理现 象,不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个 地理现象之间的连通情况 – 网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接 的线(段)构成
地理空间与空间实体
• 属性特征
– 也称为非空间特征或专题特征,是与空间实体相联系 的、表征空间实体本身性质的数据或数量,如实体的 类型语义定义、量值等 – 类型
• 定性属性,如名称、类型、特性等 • 定量属性,如数量、等级等

第三章空间数据模型第2节栅格数据模型

第三章空间数据模型第2节栅格数据模型

5
7
D
5
8
C
5
8
Full Raster Encoding (100 Values)
Rows
Columns 0123456789 0 AAAAAAAAAA 1 AAAAAAAAAA 2 AAAABBBBBB 3 AAAABBBBBB 4 DDDDBBBBBB 5 DDDDDBBBBB 6 DDDDDCCCCC 7 DDDDDCCCCC 8 DDDDDCCCCC 9 DDDDCCCCCC
(88 bytes)
4、四杈树编码-概念
四 叉 树 分 割
四杈树编码-数据表达
三、计算机中的栅格数据
• DEM示例
地形表达
地形表达 DEM
地形表达
等值线表示
污染浓度表示
等高线的栅格表示
四、栅格数据总结
1. 面积被表达为栅格矩阵
栅格是基本元素(像元)
2. 空间描述的详细程度依赖于栅格的大小 3. 存储要求高,需要压缩
第三章 空间数据模型
主要内容
第一节 关系数据模型 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型 第四节 矢量数据模型TIN 第五节 空间数据模型比较 第六节 属性数据与空间数据的连接 第七节 数据模型发展趋势
第二节 栅格数据模型
一.栅格表达 二.栅格数据压缩技术 三.计算机中的栅格数据 四.栅格数据总结
1 2 34 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
作业:分别用块状编码和标准游程长度编码对此图像进行编码
栅格表达的 精度-分辨率 的大小,依 赖于栅格的 大小
存储量和精 度的矛盾
分辨率与存储单元示意图
思考题
1. 感知世界的二分法是什么?地理信息的空间变化在 这种二分法下是如何被感知的?

第三章 空间数据模型

第三章 空间数据模型

三角形、方格和六角形划分
网格形状:
栅格数据结构
栅格数据的应用模型
栅格数据模型
数据分层
建筑物
Z
森林
土壤 地貌
Y
X
数据组织
栅格数据文件 像元1 X坐标 Y坐标 层1属性值 层2属性值 … 层n属性值 像元2 … 像元n 层1 栅格数据文件 像元1 X,Y,属性值 像元2 X,Y,属性值 … … 栅格数据文件 层1 多边形1 属性值 像元1坐标 … 像元n坐标 多边形N
2.场模型
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。例如,空气中污染物的集 中程度、地表的温度、土壤的湿度水平以及空气与 水的流动速度和方向。根据应用的不同,场可以表 现为二维或三维。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。
场模型可以表示为如下的数学公式: z : s= z ( s ) 上式中,z为可度量的函数,s表示空间中的位置, 因此该式表示了从空间域(甚至包括时间坐标)到 某个值域的映射。
3.要素模型
3.1欧氏(Euclidean)空间和欧氏空间中的 三类地物要素
根据常用的公式就可以测量点之间的距离及方向,这个 带坐标的空间模型叫做欧氏空间,它把空间特性转换成 实数的元组(Tuples)特性,两维的模型叫做欧氏平面。 欧氏空间中,最经常使用的参照系统是笛卡尔坐标系 (Cartesian Coordinates),它是由一个固定的、特殊的 点为原点,一对相互垂直且经过原点的线为坐标轴。此 外,在某些情况下,也经常采用其它坐标系统,如极坐 标系(Polar Coordinates)。 将地理要素嵌入到欧氏空间中,形成了三类地物要素对 象,即点对象、线对象和多边形对象。

第三章空间数据模型(栅格数据模型)

第三章空间数据模型(栅格数据模型)

2)游程长度编码 (Run—length CodeS)
游程指相邻同值网格的数量。 游程编码结构是逐行将相邻同值的网格合并, 并记录合并后网格的值及合并网格的长度, 其目的是压缩栅格数据量,消除数据间的冗 余。
游程长度编码方式
有两种方案:
一种编码方案是,只在各行(或列)数据的代码 发生变化时依次记录该代码以及相同的代码 重复的个数,从而实现数据的压缩。
注意: 在地理信息系统中多采用信息无损编码,而对原始遥 感影像进行压缩编码时,有时也采取有损压缩编码方 法。
(2) 压缩编码方法
目前有一系列栅格数据压缩编码方法:
如链码、游程长度编码、块码和四叉树编码 等。
1)链码(Chain Codes)
链码又称为弗里曼链码(F‘reeman)或边界链码, 链码可以有效地压缩栅格数据。
3.栅格数据表示地理现象的方式
在栅格数据模型中:
线段——由一串有序的相互连接的单元网 格表示,各个网格的值比较一致,但与 邻域的值差异较大。
3.栅格数据表示地理现象的方式
多边形——由聚集在一起的相互连接的单 元网格组成,区域内部的网格值相同或 差异较小,但与邻域网格的值差异较大。
4.栅格的形式
2决定栅格单元代码的方式
——百分比法 根据矩形区域内各地理要素所占面积的百 分比数确定栅格单元的代码。
(三)栅格数据结构、压缩和文 件管理
1.栅格编码
(1) 直接栅格编码
直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵, 逐行(或逐列)逐个记录代码。
——可以每行都从左到右逐个像元记录,也可 以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录。 为了特定目的还可采用其他特殊的顺序。 最简单直观
2决定栅格单元代码的方式
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

建筑
住 宅 城市住宅
农村住宅
2概括:将相同特征和操作的类再抽象为一个更高层次、更具一 般性的超类的过程。子类是超类的一个特例。(继承机制) 子类与超类是“即是”的关系(is-a)
概括可能有任意多层次概括技术避免了说明和存储上的 大量冗余。如住宅地址、门牌号、电话号码等是“住宅”类 的实例(属性),同时也是它的超类“建筑物”的实例(属性)。 概括需要一种能自动地从超类的属性和操作中获取子类 对象的属性操作的机制,即继承机制。

近年来, 部分研究工作集中在矢量数据模型和多种数据模型 的集成和混和以及基于这些模型的处理和分析算法。

根据三维空间数据模型的特点,将其分为基于体元、基于矢 量或边界面、混合或集成、基于点集拓扑学的单纯形数据模 型:

表3-2 3D空间构模法分类
面模型(facial model) 不规则三角网(TIN) 格网(Grid) 体模型(volumetric model) 规则体元 非规则体元 结构实体几何(CSG) 四面体格网(TEN) 体素(Voxel) 金字塔(Pyramid) 混合模型 (mixed model) TIN-CSG混合
3.2.1、面向对象模型基本概念
对象:含有数据和操作方法的独立模块,可以认为是数据和 行为的统一体。 对于一个对象,应具有如下特征: A. 具有一个唯一的标识,以表明其存在的独立性;
B. 具有一组描述特征的属性,以表明其在某一时刻的 状态 (静态属性—数据)
C. 具有一组表示行为的操作方法,用以改变对象的状 态(作用,功能—函数,方法)

拓扑关系空间数据模型示例
拓扑数据结构中弧段和链具有方向性,通常以顺、逆 时针作为方向基准,或将坐标以顺序方式存储。拓扑 元素之间的各种拓扑关系构成了对地理空间实体的拓 扑数据结构表达,如图所示。
四交模型、九交模型表达拓扑关系
4交模型以点集拓扑学为基础,通过边界和内部两 个点集的交进行定义,并根据其内容进行关系划分, 由于它只通过点集交的“空”与“非空”来进行关系 判别,方法简练,所以在一些商用数据库系统、GIs 软件设计中应用广泛。设有空间实体A、B,B(A)、 B(B)表示A、B的边界,J(A)、J(B)表示A、B的内部, 二者之间的关系可用式来表示:
T I N 模 型 生 成 图 示
三角形的构造
3.4.2、Grid模型





Grid模型又称规则网络模型 规则网络将区域空间切分为规则的网格单元,每 个网格单元或数组的一个元素对应一个高程值 对于网格数值 网格栅格观点认为:为所有点高程值,即网格单 元对应的地面面积内高程是均一的。 点栅格观点:网络中心点高程或网络单元的平均 高程值。通常采用距离加权平均、样条函数、趋 势面拟合和克里金插值等方法进行计算
类是抽象的对象,是实例的组合,类、实例是相对的, 类和实例的关系为上下层关系。
类——申请实例——成为具体对象。
消息:对对象进行操作的请求,是连接对象与外部世界的唯 一通道。
方法:对对象的所有操作,如对对象的数据进行操作的函数、 指令等。
对 象 A
消息
对 象 B
请求和协作
3.2.2、面向对象数据模型核心技术
3聚集:是把几个不同性质类的对象组合成一个更高级的复合对 象的过程。 “成分”与“复合对象”的关系是“部分”(parts—of) 的关系, 如医院由医护人员、病人、门诊部、住院部、道路 等聚集而成 每个不同属性的对象是复合对象的一个部分,有自己的 属性数据和操作方法;复合对象也有自己的属性值和操作, 复合对象的操作与其成分的操作是不兼容的
第三章 空间数据模型
一、空间关系 二、面向对象空间数据模型
三、二维空间对象模型
四、数字表面模型
五、三维空间数据模型
六、网络结构模型
3.1空间关系
空间关系是指空间目标之间在一定区域上构成 的与空间特性有关的联系,这种联系可为以下三 类
3.1.1、空间拓扑关系
拓扑关系数据模型中建立拓扑数据结构的关键是对元 素间拓扑关系的描述,最基本的拓扑关系包括以下几种: (1)邻接:借助于不同类型拓扑元素描述相同拓扑元素 之间的关系,如多边形和多边形的邻接关系。 (2)关联:不同拓扑元素之间的关系,如结点与链、链 与多边形等。 (3)包含:面与其它拓扑元素之间的关系,如结点、线、 面都位于某一个面内,则称该面包含这些拓扑元素。 (4)连通关系:拓扑元素之间的通达关系,如点连通度、 面连通度的各种性质(如距离等)及相互关系。 (5)层次关系:相同拓扑元素之间的等级关系。如国家 包含省、省包含市等
3.1.2、空间度量关系
3.1.3、空间顺序关系
顺序关系是用来描述目标在空间中的某种排序关系。 在GIS中应用最为广泛的是方位关系。
方位关系可分为三类:绝对的、相对目标的和基于 观察者的。 绝对方位关系是在全球参照系统的背景下定义的, 如东西、南、北、东北等
相对目标的方位关系是根据与所给目标的方向来定 义,如左、右、前、后、上、下等
继承与传播的区别 1)继承服务于概括,传播作用于联合和聚集; 2)继承是从上层到下层,应用于类,而传播是自 下而上,直接作用于对象; 3)继承包括属性和操作,而传播一般仅涉及属性; 4)继承是一种信息隐含机制,而传播是一种强制 性工具。
3.4.1、TIN模型

TIN(不规则三角网 )是使用彼此相邻而不重叠的三角形组成的 三角网来模拟表面,每个三角形顶点的 xyz 坐标已知,通过在 一个三角形表面使用简单的线性插值和多项式插值,可以估计 任何位置的表面值;
划分原则:找共同点,所有具有共性的系统成份就可为一种对象。

实例A
实例B
类:共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。
从一组对象中抽象出公共的方法和属性,并将它们 保存在一类中,是面向对象的核心内容。如河流均具有共性, 如名称、长度、流域面积等,以及相同的操作方法,如查询、 计算长度、求流域面积等,因而可抽象为河流类。 实例:被抽象的对象,类的一个具体对象
A B A B A B SR 9 A, B A B A B A B A B A B A B
6
拓扑关系描述——面/面拓扑关系
0 0 1
0 1 0 1 1 1
SR 4 A, B A B A B A B A B
拓扑关系描述—九交模型
□ A的边界和B的内部的交,记作 A B □ A的边界和B的边界的交,记作 A B □ A的边界和B的外部的交,记作 A B □ A的外部和B的内部的交,记作 A B □ A的外部和B的边界的交,记作 A B □ A的外部和B的外部的交,记作 A B
住 宅 城市住宅
属性:住宅名 操作:进入住宅
交通运输
人工交通运输线 自然交通运输线
水系 河流 池塘
农村住宅
高速公路 运河
通航河流
不通航河流
5继承:一类对象可继承另一类对象的特性和能力,子类继承父 类的共性,继承不仅可以把父类的特征传给中间子类,还可以 向下传给中间子类的子类。 继承服务于概括。继承机制减少代码冗余,减少相互间 的接口和界面。 A. 单重继承,仅有一个直接父类的继承,要求每一个类最多 只能有一个中间父类。 这种限制意味着一个子类只能属于一个层次,而不能同时 属于几个不同的层次。形成明显的层次关系 B.多重继承,允许子类有多于一个的直接父类的继承。 多重继承允许几个父类的属性和操作传给一个子类,这就 不是层次结构。
边界表示模型(B-Rep) 八叉树(Octree)
线框(Wire Frame)或相 针体(Needle) 连切片(Linked slices
2、网格的创建



网格可以从规则或不规则分布的数据点中生 成 等高线数据:有等高线离散化法、等高线内 插法、等高线构建TIN法; TIN数据:转换为栅格数据,由TIN进行内 插生成网格。
3.5三维空间数据模型
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,它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供 了基本的方法;
0 1 1
0 0 1
1 1 1
0 0 1
0 0 1
1 0 0
1 1 0
1 1 1
Equal
CoveredBy
Inside
Cover
拓扑和非拓扑关系属性
空间关系总结
度量关系是在欧式空间和度量空间上进行的操作, 是一切空间数据定量化的基础。包含长度、周长、面 积、距离等定量的度量关系。定量描述,一般采用欧 几里德距离和曼哈顿距离:
4联合: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。 “成员”与“集合对象”的关系是“成员”(member— of)的关系。 在联合中,强调的是整个集合对象的特征,而忽略成员 对象的具体细节。 集合对象通过其成员对象产生集合数据结构,集合对象 的操作由其成员对象的操作组成。 如一个农场主有三个水塘,它们使用同样的养殖方法, 养殖同样的水产品,由于农场主、养殖方法和养殖水产品等 三个属性都相同,故可以联合成一个包含这三个属性的集合 对象。

TIN模型
三角网数据的存储
由两个坐标文件 、结点文件、边 文件组成
三角网数据模型的生成
1. 2.
3. 4.
点(Mass Point):形成三角形的节点; 线 (Breakline):形成三角形的边,通常表示地理现象大 的转折点; 多边形(Clip Edge):对多边形以外的区域不予考虑; 多边形(fill Polygon):多边形内部统一的Z值。
TIN 的基本组成是三角形( Triangles ),而三角形由节点( Nodes)和边(Edge)。Nodes 是由x,y,z定义的坐标和变量值组 成,边 Edges 即指三角形的边。三角形 Triangles 由节点按一 定规则相连形成的; TIN不但由连续点组成,也可包含突变或 断线(表示为三角形的边)。
相关文档
最新文档