第三次、第四次：空间数据模型及数据结构
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
地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构
面对象 Class
属性
属性
体 3-Complex
面 2-Complex
线对象 Class
属性
线 1-Complex
点对象 Class
属性
点 0-Complex
三角形 2-simplex
线段 1-simplex
节点 0-simplex
33
空间地物
复杂地物
13 类空间对象
复杂
柱状地物
体状地物
数字立体模型
部分
节点 0-simplex
X,Y,Z
31
三维对象的拓扑数据模型
体状对象
面状对象
线状对象
点状对象
1 BodyID
1 SurfaceID
1
LineID
1 PointID
N
体1
N
4
5
面
1
6
N
3 4
边
1
1
2 结点
ElementID
FaceID
EdgeID
NodeID
X
Y
Z
32
三维复杂实体的逻辑模型
体对象 Class
• 模型：
• 时间作为属性（time stamp）
• 序列快照模型( Sequent Snap shots) • 基态修正模型(Base State with Amendments) • 时空复合模型( Space - time Composite) • 时空立方体模型( Space - time Cube)
表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新, 不足之 处是空间分析难以进行。 （2）体模型(Volume model)
空间数据结构的类型
空间数据结构的类型空间数据结构的类型一、点数据结构●单个点：表示一个位置或特定的实体坐标，常用于地理定位等应用。
●多个点：表示多个位置或实体坐标的集合，可以用于点云数据等应用。
●网格点：表示点在规则网格中的分布，常用于栅格数据结构。
二、线数据结构●线段：表示连接两个点的线段，常用于道路、河流等线状实体的表示。
●多段线：表示多个线段的集合，可以用于表示道路网络、管线等复杂线状实体。
●曲线：表示非直线的线段，常用于河流弯曲等需要弯曲路径的表示。
三、面数据结构●多边形：表示有限面积的几何形状，常用于地块、建筑物等实体的表示。
●公差多边形：表示有限面积的几何形状，并可容忍一定误差，用于拓扑匹配等应用。
●多面体：表示由平面构成的立体空间，常用于建筑、地下管线等实体的表示。
四、体数据结构●三维网格：表示立体空间中的网格，常用于体积模型重建、有限元分析等应用。
●八叉树：通过递归划分空间，将三维空间表示为树状结构，常用于空间索引和快速搜索。
●四叉树：将二维空间递归划分为四个象限，常用于地理信息系统等应用。
五、高级数据结构●栅格：将空间划分为规则的网格，用于栅格数据模型，常用于遥感影像、地理信息系统等。
●拓扑关系图：记录空间要素之间的拓扑关系，常用于空间网络分析、路径规划等应用。
●网状图：表示网络结构中连接关系的图形表示，常用于交通流动分析、网络优化等应用。
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法律名词及注释：⒈拓扑关系：空间要素之间的空间关系，例如邻接、相交、包含等关系。
⒉栅格数据模型：一种将空间分为规则网格的数据模型，适用于遥感影像等栅格数据的表示和处理。
⒊有限元分析：在工程结构分析中，使用有限元法对复杂结构进行数值计算和分析的方法。
空间数据模型介绍课件
地理信息系统（GIS）： 用于地理空间数据的 存储、管理和分析
遥感技术（RS）：用 于对地球表面进行观
测和监测
导航定位系统 （GNSS）：用于定位
和导航
城市规划与设计：用 于城市规划、交通规 划、土地利用规划等
环境监测与评估：用 于环境监测、生态评
估、灾害预警等
资源管理与开发：用 于资源调查、资源评
城市规划中的应用
城市用地规划：利用空间数据模型分析土地利 用情况，优化城市用地布局
交通规划：利用空间数据模型分析交通流量和 拥堵情况，优化交通网络和设施布局
公共设施规划：利用空间数据模型分析公共设 施的分布和需求，优化公共设施布局和配置
环境规划：利用空间数据模型分析环境污染和 生态状况，优化环境保护和生态建设措施
04 数据特征提取：从原
始数据中提取出与建 模相关的特征信息， 为后续建模提供基础
空间数据模型的构建方法
01
确定空间数据的类 型和属性
03
构建空间数据的拓 扑关系和几何特征
05
验证空间数据模型 的正确性和有效性
02
设计空间数据的数 据结构和存储方式
04
设计空间数据的查 询和更新方法
06
优化空间数据模型 的性能和效率
面向对象数据模型：以 对象和类表示空间实体， 支持空间数据的继承、 封装和多态性
01
02
03
04
空间数据模型的应用
1
地理信息系统 （GIS）：用于 存储、管理和分 析地理空间数据
4
城市规划：用于 分析城市空间布 局、交通网络和
土地利用情况
2
遥感技术：用于 获取和分析地球 表面的遥感图像
数据
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。
空间数据模型
空间数据模型：场模型，要素模型，网络模型
场模型：表示在二维或者三维空间里被看做连续变化的数据。
例如可以表示地表温度，大气污染物集中程度，土壤的湿度水平等。
其中最常见的是栅格数据模型。
要素模型：强调了离散对象，根据它们界线以及组成它们或者与它们相关的其他对象，可以详细的描述离散对象。
网络模型：表示特殊对象的交互，例如水、交通。
栅格数据
矢量数据和栅格数据
常见的栅格数据类型是正方形，也有三角形和六边形等。
栅格模型中每一个网格是一个象元，每个象元有一个对应的数值，每
一个数值代表一种属性，如环境污染程度、植被覆盖类型、土地利用等空间地理现象。
网格单元的大小对地图的分辨率和计算精度起关键的作用，与计算机存储量和分辨率成反比。
网格越大，信息量越模糊（存储量小），分辨率越低。
网格越小，则反之。
要素模型：
三个地物要素对对象：点对象，线对象，多边形对象。
地理要素间的空间关系（拓扑关系）
矢量数据
影像投影运用到拓扑关系。
网络模型
网络模型将数据组织成有向结构。
结点代表数据记录，连线描述不同节点数据间的关系。
常用来表示航线、海上路线、燃气管道、交通等。
网络模型示意图。
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
第3讲-空间数据模型和空间数据结构
空间现象 客观世界的现象划分为5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、TIN、Voronoi多边形） 规则的人为对象（栅格、立方体元）
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，简称空间实体。
➢ 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 ➢ 空间关系
观察和认知
现实世界
概念世界
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抽还 象原 世世 界界
信息
数据世界 （计算机）
空间事物或现象
选择、综合、简化和抽象
程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域
的流速和方向等;
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)
可被标识 在观察中的重要程度 有明确的特征且可被描述
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。
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
分类
子类 超类
几何坐标 子部分 超部分
非空间属性
对象模型对空间要素的描述
场/域（field）模型
把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染
地理信息系统导论知识点总结
《地理信息系统导论》复习资料（要点）陈诗吉（编）《地理信息系统导论》复习资料（要点）第一章GIS概述第一节GIS概念一、数据、信息和地理信息1、数据（1）定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。
（2）数据项可以按目的组织成数据结构。
但数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
2、信息信息源自数据，信息是经过加工后的数据，它对接受者有用，对决策或行为有现实或潜在的价值。
目前，学术界对信息尚未形成一致的定义。
广义的认为，信息是物质运动状态和状态改变的方式，它通过数字、语音、图像、文本、图形等媒体形式来表现，它蕴含着事物相互间联系、发展趋势、过程规律等。
3、信息的基本属性包括客观性、传输性、共享性、适应性、等级性、可压缩性、扩散性、增殖性、转换性等。
信息最主要的特点：（1）客观性：任何信息都是与客观事实紧密相关的，这是信息正确性和精确度的保证。
（2）传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以一定的形式或格式提供给有关用户，也包括信息在系统内各个子系统之间的流转和交换。
（3）共享性：信息与实物不同，信息可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。
（4）适用性：可为决策提供支持。
4、信息与数据既有区别又有联系（1）信息是与物理介质有关的数据表达；数据中所包含的意义就是信息。
（2）数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。
（3）数据是信息的载体，但并不就是信息。
只有理解了数据的含义，对数据做出解释，才能提取数据中所包含的信息。
（4）数据是原始事实，信息是数据处理的结果。
信息必须是有意义或有用的；使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。
（5）人的知识、经验作用到数据上，可以得到信息，而获得信息量的多少，与人原有的知识水平有关。
第三章 空间数据模型
分类 空间关系 非空间关系 时间关系 非空间属性 地理空间 空间要素
子类 超类 子部分 超部分
几何坐标
对象模型对空间要素的描述
场模型 • 也称域（field）模型，是把地理空间中的现象看作连续 也称域（ ）模型，是把地理空间中的现象看作连续 的变量或体，如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、 变量或体 如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、 地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。 地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。 • 场可分为二维或三维。二维场是在二维空间 2中任意给 在二维空间R 场可分 二维或三维。 场是在二维空间 定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值， 定的一个空间位置上，都有一个表现某现象的属性值， 场是在三维空间R 即A＝f(x，y)。三维场是在三维空间 3中任意给定一个 ＝ ， 。三维场是在三维空间 空间位置上，都对应一个属性值， 空间位置上，都对应一个属性值，即A＝f(x，y，z)。 ＝ ， ， 。
• 由于地理空间事物和现象的复杂性和人们 认识地理空间在观念和方法上的不同， 认识地理空间在观念和方法上的不同，墓 地里信息系统对空间实体的抽象方式也存 在一定的差别，或者说不同的学科或部门 在一定的差别， 可能对地理空间按照各自的认识和思维方 式来构造不同的模型。 式来构造不同的模型。
地理空间认知概念模式（ 地理空间认知概念模式（国际标准化组织地理信息 标准化委员会） 标准化委员会）
机器世界
用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。 用数据模型描述现实世界中的事物及其联系。
1) 字段（field）或数据项（data item）： 字段（ ）或数据项（ ）： 标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。 标记实体属性的命名单位，是数据库中的最小信息单位。 2) 记录（record）：字段值的有序集合。 记录（ ）：字段值的有序集合 ）：字段值的有序集合。 3) 记录型 ： 字段名的有序集合。 字段名的有序集合。 4) 文件 ： 同类记录的集合。对应于实体集。 同类记录的集合。对应于实体集。
第三空间数据模型【实用资料】
栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，即用二维铺盖或划分覆盖整个连续空间；
• 一个点在一个区域的内部 一个点的位置可以二维或者三维中的坐标的单一集合来描述
2．2栅格数据模型
• 栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是将
连续空间离散化，即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
• 基于栅格的空间模型把空间看作像元（
Pixel）的划分（Tessellation），每个像元 都与分类或者标识所包含的现象的一个记 录有关
3．要素模型 3．1要素模型的基本概念
3．2矢量数据ห้องสมุดไป่ตู้型
• 矢量方法强调了离散现象的存在，由边界
线（点、线、面）来确定边界，因此可以 看成是基于要素的。
• 矢量数据模型将现象看作原形实体的集合
，且组成空间实体。在二维模型内，原型 实体是点、线和面；而在三维中，原型也 包括表面和体
• 矢量模型的表达源于原型空间实体本身，
通常以坐标来定义。一个点的位置可以二 维或者三维中的坐标的单一集合来描述
4．1．2拓扑空间关系描述——9交 模型
• 设有现实世界中的两个简单实体A、B，
B(A)、B(B)表示A、B的边界，I(A)、I(B)表 示A、B的内部，E(A)、E(B)表示A、B余。 Egenhofer[1993]构造出一个由边界、内部 、余的点集组成的9-交空间关系模型(9Intersection Model,9-IM)如下：
• 一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点可以 重要（与问题相关）；
拓扑一词来自于希腊文，意思是“形状的研究”。
兰州大学地信概论复习内容
地理信息系统概论复习内容第一章：地理信息系统概论数字地球：1998年美国副总统戈尔提出“数字地球”概念，即一种可以嵌入海量数据、多分辨率和三维的地球。
数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一处理地球问题和最大限度地利用信息资源。
虚拟现实GIS：一种最有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，主要通过虚拟建模语言（virtual reality model language, VRML）把GIS数据转换到VR中，为人们提供一个逼真的模拟环境。
地理信息科学：关于围绕地理信息系统技术的应用, 防碍其成功实施, 或在其潜在能力的理解中出现的一般性问题的研究。
1、说明GIS在几个不同发展阶段的标志性技术是什么，它们的出现如何促进GIS 的发展？答：（1）60年代GIS处于起步阶段： 1963年，R.F.Tomlinson首次提出GIS 这一术语,并建立了世界上第一个地埋信息系统——CGIS，用于处理大量土地调查资料；稍后，哈佛大学计算机图形学与空间分析实验室研制出SYMAP系统，这是一个通用的地图制图软件包，但竭力发展空间分析模型及开发相应的软件；1968年国际地理联合会(IGU)成立了地理数据收集和处理委员会，对促进地理信息系统的发展起了很大作用。
60年代，探索时期（GIS思想和技术方法的探索）人们关注什么是GIS，GIS能干什么。
（2）70年代GIS处于巩固发展阶段：由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，不同规模、不同专题和不同类型的地理信息系统在发达国家纷纷研制成功，如美国森林调查局--美国林业资源信息显示系统。
1976年，美国喷气推动实验室--影像信息系统IBIS。
1978年，ERDAS成立。
GIS的功能并没有得到很大发展，数据库的规模还比较小。
这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理这三个方面。
（3）80年代GIS普及和推广：在发达国家，如加拿大、日本、英国开始将地理信息系统用于国土规划，支持资源和环境管理决策，人们把GIS与RS解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等。
(0784)《地理信息系统原理》网上作业题及答案
（0784）《地理信息系统原理》网上作业题及答案1：第二次2：第一次3：第三次4：第四次5：第五次6：第六次1：[填空题]专题地图按内容可分为__________、__________和其他专题地图参考答案：自然地图、人文地图2：[填空题]拓扑空间关系分为________、________、________。
参考答案：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含1：[论述题]数字高程模型与数字地形模型参考答案：DEM（Digital Elevation Model），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z = f（x，y）。
当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（Digital Terrain Models）。
数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
2：[单选题]以下说法错误的是（）A：在建立拓扑关系过程中，出现的悬挂结点都是错误的，应全部予以删除。
B：缓冲区查询是不破坏原有空间目标的关系，只是检索得到该缓冲区范围内涉及到的空间目标。
C：空间数据分层的目的便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。
D：GIS的英文全称是：Geography Information System。
参考答案：D3：[单选题]计算最短路径的经典算法是（）。
A：HuffmannB：FreemanC：DijkstraD：Morton参考答案：C4：[填空题]4D产品包括________、________、________、________。
参考答案：DEM(数字高程模型）、DLG(数字线划图）、DRG(数字栅格图）、DOM(数字正射影像）5：[填空题]DEM的主要表示模型有__________、__________、__________。
第4讲-空间数据模型-逻辑模型与数据结构
3D空间数据模型分类
面模型
规则体元
体模型 非规则体元
不规则三角网 (TIN)
结构实体几何 (CSG)
四面体格网 (TEN)
格网(Grid)
体素(Voxel)
金字塔 (Pyramid)
边界表示模型
八叉树 (Octree)
三棱柱(TP)
线框(或相连切片) 针体(Needle)
地质细胞
断面(Section) 断面-三角网混合
间属性。 空间对象的维数与比例尺是相关的
道路的维数与尺度
道路的维数与尺度
1、矢量数据模型
矢量数据模型起源于“Spaghetti模型 ”——一种计算机制图模
型
6575000
5 1
4
河流 6555000
5610000
杨树林
2 3
松树林 6
电力塔
5810000
实体类型 点 点 线
多边形
多边形
多边形
实体ID 5 6 4
B
❖❖ ……… …
重 要 性
A
连续分布地理要素
C
具有特殊意义 的较小地物
A
分类较细、 地物斑块较小
4、镶嵌数据模型
镶嵌（Tessellation）数据模型采用规则或不规则的小面块集合来逼近 自然界不规则的地理单元，适合于用场模型抽象的地理现象；
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；
• 空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织 关系和编排方式，对地理信息系统中数据存储、查询检索 和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响。
• 同一空间数据逻辑模型往往采用多种空间数据结构，例如 游程长度编码结构、四叉树结构都是栅格数据模型的具体 实现。
三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构三维空间数据模型与数据结构⒈引言⑴目的本文档旨在介绍三维空间数据模型与数据结构的概念、特点以及常用的方法和技术，以供开发人员参考。
⑵背景随着科技的发展和计算机技术的进步，三维空间数据的处理和应用日益广泛。
三维空间数据模型与数据结构是对三维空间中数据进行组织、存储和管理的重要方法，在计算机图形学、虚拟现实、地理信息系统等领域有着广泛应用。
⒉三维空间数据模型⑴定义三维空间数据模型是对三维空间中实体、属性和关系进行建模的方式。
它包括几何模型、拓扑模型和属性模型等组成部分。
⑵几何模型几何模型描述了实体的形状和位置信息，常用的几何模型有点线面模型、多边形模型和体素模型等。
⑶拓扑模型拓扑模型描述了实体之间的空间关系，主要包括邻接关系、连接关系和关联关系等。
⑷属性模型属性模型描述了实体的属性信息，如颜色、纹理、透明度等。
⒊三维空间数据结构⑴点点是三维空间中最基本的数据单元，由坐标值表示。
⑵线线由两个或多个点连接而成，表示两点之间的直线段。
⑶面面由三个或多个点构成，表示一个封闭的区域。
⑷体体由多个面组成，表示一个封闭的空间。
⒋三维空间数据管理⑴数据采集数据采集是获取三维空间数据的过程，常用的方法包括激光扫描、摄影测量和传感器等。
⑵数据存储数据存储是将采集得到的三维空间数据进行组织和存储，常用的数据存储方法有关系型数据库、面向对象数据库和文件系统等。
⑶数据查询和分析数据查询和分析是对存储的三维空间数据进行搜索和分析，常用的查询和分析方法有空间查询、属性查询和拓扑分析等。
⒌附件本文档附带以下附件：附件1：三维空间数据模型示例代码附件2：三维空间数据结构图示⒍法律名词及注释⑴数据采集法律名词解释●隐私权：指个人或组织在特定情况下不愿意个人信息被获取和使用的权利。
⑵数据存储法律名词解释●数据保护：指对存储的数据进行安全保护，防止未经授权的访问、使用和泄露。
⑶数据查询和分析法律名词解释●聚合分析：指将多个数据进行汇总和统计分析，从中得出有用的信息和洞见。
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以什么形式存储和处理
4、数据结构
矢量、栅格、 TIN（专用于地 表或特殊造型）
位置、形状、尺 寸 、
空间特征：地理 位置和空间关系
识别码（名称） 实体的角色、功 能、行为、实体 的衍生信息
属性特征—名称、 等级、类别等 属性数据—各种 属性特征和时间 时间特征
合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。
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
栅格数据组织
——针对一个栅格单元对应多个属性值的多层栅格文件。
2 2 2 2 2 2 2 土壤
a a a a a
植被
组织方法
空间数据库
空间数据结构—栅格数据
定义 图形表示
2
2 2 2 2 3 3 3 3
3
3 3 3
3
3 3
图形表示—栅格数据特点
• 属性明显
– 数据中直接记录了数据属性或指向数据属性的指针，
因而我们可以直接得到地物的属性代码 • 定位隐含 – 所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是 说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。 – 栅格数据结构结构容易实现，算法简单，且易于扩 充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像的结
矢量（Vector）数据是面向地物的结构，即对 于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以 及目标之间的拓扑关系说明。 栅格（Raster）数据结构是面向位置的结构， 平面空间上的任何一点都直接联系到某一个或某一 类地物。但对于某一个具体的目标又没有直接聚集 所有信息，只能通过遍历栅格矩阵逐一寻找，它也 不能完整地建立地物之间的拓扑关系。
和栅格数据模型
两种数据模型代表着从信息世界观点对现实世界空间目标 的两种不同的数据表达方法，它们在功能、使用方法和应用对 象上都有一定的差异。
地理实体—GIS处理的对象
地理实体
地理实体及其描述
地理实体的描述
实体的空间特征
实体间空间关系
二、地理实体的描述——空间数据 反映了实体的三个特征
1、描述的内容 2、基本特征 3、数据类型
一个图层的要素就占用 200 兆字节的存储空间。 ？
栅格数据编码方法
直接栅格编码
行程编码（变长编码）
块码—游程编码向二维的扩展
链式编码、Freeman 链码、边界链码
空间数据模型
概念：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 供着基本方法。 类型： 基于对象（要素）（Feature）的模型 场（Field）模型 网络（Network）模型
空间数据模型
1. 场模型：空间内连续分布，如污染物的集中程
P1 P1 -P2 1 P3 1 P4 1
P2
P3 P4
1
1 1
-1 0
1
-0
0
0 --
3）连通性：与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用 于网络分析中确定路径、街道是否相通。
连通矩阵： 重叠：-- 连通：1 不连通：0
V3… 0 1 --
V1 V1 V2 V3 -1 0
V2 1 -1
4）包含关系：空间图形中不同类或同类但不同级元素之间 的拓扑关系。
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。
栅格数据结构
数据组织
栅格结构的建立
栅格数据编码
栅格结构的建立
（一）数据获取 （二）栅格系统的确定 (三)栅格代码的确定
1、手工获取，专题图上划分均匀网格，逐个决定其网格代码。 2、扫描仪扫描专题图的图像数据{行、列、颜色（灰度）}，定义颜色
与属性对应表，用相应属性代替相应颜色，得到（行、列、属性）再
矢量数据模型
地理实体
地理实体
地理实体及其描述
地理实体的描述
实体的空间特征
实体间空间关系
地理实体—GIS处理的对象
1、定义：
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有 概括性，复杂性，相对意义的概念。
2、理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国 地图上由于比例尺很小，中国海洋大学就是一个点，这个点不能再分割， 可以把中国海洋大学定为一个空间实体，而在大比例尺的青岛市地图上， 中国海洋大学的许多楼房，道路都要表达出来，所以中国海洋大学必须再 分割，不能作为一个空间实体，应将楼房，道路等作为研究的地理实体， 由此可见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。
地理实体的空间特征
（一）空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。
1、点状实体
（二）空间特征类型： 2、线状实体 3、面状实体 4、体状实体
（三）实体类型组合
地理实体—GIS处理的对象
Hale Waihona Puke 地理实体地理实体及其描述
地理实体的描述
实体的空间特征
实体间空间关系
实体间空间关系
空间关系类型
1、拓扑空间关系： 2、顺序空间关系： （方向空间关系） 用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺 序关系，算法复杂。 3、度量空间关系：主要指实体间的距离关系，远近。 1）在地理空间中两点间的距离有两种度量方法。 a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过 路径的地形起伏有关，复杂,引入第二种。 b、沿地球旋转椭球体的距离量算。
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
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。
空间数据结构—栅格数据
定义 图形表示
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。
一个面的连通性
面内任两点从一点
可在面的内部走向另一点
拓扑空间关系
2、种类
1）关联性： （不同类要素之 间 ） 结 点 与 弧 段 ： 如 V9 与 L5,L6,L3 多边形与弧段：P2与L3,L5,L2 2）邻接性： (同类元素之间) 多边形之间、结点之间。 邻接矩阵
重叠：-- 邻接：1 不邻接：0
地理实体—GIS处理的对象
3、空间实体的表达
地理空间实体必须进行数据表达，计算机才能进行处理
对空间实体表达时，点是构成地理空间实体的基本元素， 所以关键是对点元素的表达。
如果采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素，
称为矢量表示法；如果采用一个有固定大小的点（面元）来表 达基本点元素，称为栅格表示法，它们分别对应矢量数据模型
RDBMS属性表---采用MIS较成熟
时间
测量方法、编码 方法、空间参考 系等
元数据
空间元数据
同物理、化学等学科使用的数据类型相比，空间数据是一种较复杂的数据类型， 涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述
地理实体—GIS处理的对象
地理实体
地理实体及其描述
地理实体的描述
实体的空间特征
实体间空间关系
位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。
3 3 3
点：由单个栅格表达。
线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格 表达。 面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。
1 2 2 2
栅格数据的比例尺就是栅格(象元)的大小与地表 相应单元的大小之比，当象元所表示的面积较大 时，对长度、面积等的量测有较大影响。每个象 元的属性是地表相应区域内地理数据的近似值， 因而有可能产生属性方面的偏差。
2） 距离类别：
欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离、 大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
拓扑空间关系
拓扑空间关系
1、定义 2、种类 3、拓扑关系的表达 4、意义
1、定义：
指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。 拓扑变换 将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。 非拓扑属性（几何） 两点间距离 一点指向另一点的方向 弧段长度、区域周长、 面积 等 拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点 一条弧是一简单弧段（自身不相交） 一个点在一个区域的边界上 一个点在一个区域的内部/外部 一个点在一个环的内/外部 一个面是一个简单面 （橡皮变换）