第二讲(空间数据模型)
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6
• 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Feature World） • 要素集合世界（Feature Collection World） 九层模型中，前五个模型是对现实世界的抽象，并不 在计算机软件中被实现；后四个模型是现实世界的数学和 符号化模型，将在软件中被实现。
在GIS中只有概念世界中一个简化的子集才是兴趣所在。 这个子集叫做地理空间世界。
地理空间世界 11
现实世界与地理空间世界的联系
在地理空间世界中，地理要素被抽象为点、线、面、 体。如河流被看作线，地形被看作等高线多边形的简化， 而森林被看作多边形。
12
• 维度世界（Dimensional World） 维度世界是对地理空间世界的抽象，它通过在欧氏空间
OpenGIS：
（Open Geodata Interoperation Specification） 开放的地理数据互操作规范
5
OpenGIS定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模 型，即将地理对象的抽象过程分为如下9个层次： • 现实世界（Real World） • 概念世界（Conceptual World） • 地理空间世界（Geospatial World） • 尺度世界（Dimensional World） • 项目世界（Project World）
7
8
• 现实世界（Real World） 现实世界是所有客观事物（Fact）的集合。
现实世界
9
• 概念世界（Conceptual World） 概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所
命名的事物，因此这些事物构成了“语言的世界”。
概念世界
10
• 地理空间世界（Geospatial World） 对于GIS来讲，自然语言的概念世界并不是充分抽象的，
OGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术 和商业方式来提高地理信息处理的标准化和互操作性。 OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商（包 括ESRI, Intergraph,MapInfo等知名GIS软件开发商）， 数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员 会负责具体标准的制定工作。
道路 1 河流 2 建筑 3 空地 4
§行 §列 §单元格大小 §分辨率
27
栅格数据模型中，每个像元具有固定的尺寸和位置， 其位置由像元所处的行号和列号决定。
由于栅格模型是用规则的“栅格块”来表现连续的自 然现象，且每个像元具有相同的值，因此分类之间的界限 被迫采用沿着栅格像元的边界线。这可能造成对现象的分 布的误解，其程度则取决于像元的大小（分辨率）。分辨 率的大小决定了Байду номын сангаас格模型与现实世界的接近程度。
根据对地理实体从现实世界到计算机内部表示的不 断抽象，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据 模型和物理数据模型3个有机联系的层次组成。
20
• 概念数据模型 是关于空间实体及实体间联系的抽象概念集。
• 逻辑数据模型 根据概念数据模型确定的空间实体及相互关系，
具体地表达数据项、记录等之间的关系，因而可以有 若干不同的实现方法。（如结构化模型、关系模型） • 物理数据模型
地理编码是项目世界中地理要素的另一重要特征。
15
项目世界与地理空间世界的关系
16
地理要素在信息世界的实现 • 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Feature World） • 要素集合世界（Feature Collection World）
描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据 库结构。
21
空间数据模型的 三个层次
22
目前GIS常用的空间数据模型（概念模型）有场（Field） 模型、要素（Feature）模型和网络（Network）模型。 • 场模型
场模型用于描述在一定空间内具有连续分布特点的地 理现象。例如，空气中污染物指数、地表的温度、土壤的 湿度、森林植被等。
中进行工具测量获取要素的尺度。如距离、面积、方位等。
指北针
维度世界 13
• 项目世界（Project World） 项目世界是维度世界的进一步抽象，它将地理世界抽象
为针对特殊应用领域的具体实现。
制图员、地籍管理员和道路管理人员视角的项目世界
14
在项目世界中，空间参照系统（Spatial Reference System）的概念被引入，最常见的参照系统是环绕地球表 面建立的坐标系统（经纬度）；此外，还有其它的间接的 参照系统，例如线性参照系统可以用一个参数标识出一条 线（如高速公路）上的一个点位。
地理信息系统及应用
云南大学信息学院 梁虹
第二讲 空间数据模型
2
为了能够利用信息系统来描述现实 世界，必须对现实世界进行建模。对于 地理信息系统而言，其结果就是空间数 据模型。
空间数据模型是整个GIS理论中最 为核心的内容。
3
一、现实世界抽象
4
OGC：
（OpenGIS Consortium） 美国的OpenGIS协会。
17
二、空间数据模型
18
• 数据模型 以一定方式组织数据，通过足够的抽象性和概括
性，对客观事物及其联系的进行描述,是连接现实世界 和计算机世界的桥梁。
• 空间数据模型 是关于现实世界中空间实体及其相互联系的概念，
它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供基本方 法。
19
基于计算机的地理信息系统不能直接作用于现实世 界，必须采用一定的空间数据模型对现实世界进行数 据描述。
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。方格、三角形和六角形可完整地铺满一个平面，是栅 格数据模型中最常用的规则覆盖。
25
基于栅格的空间模型把空间看作像元（Pixel）的划分， 每个像元的值表明了在已知类中现象的分类情况。
荒地 1 湖泊 2 湿地 3 树林 4
栅格数据模型
26
栅格数据模型
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；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。
23
场模型可以表示为如下的数学公式： z(s))或f(x,y) 上式表示了从空间域到某个值域的映射，其中z为
空间位置可度量的函数，s表示空间中的位置。
24
• 栅格数据模型 栅格数据模型是场模型在信息系统中的具体实现。它
• 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Feature World） • 要素集合世界（Feature Collection World） 九层模型中，前五个模型是对现实世界的抽象，并不 在计算机软件中被实现；后四个模型是现实世界的数学和 符号化模型，将在软件中被实现。
在GIS中只有概念世界中一个简化的子集才是兴趣所在。 这个子集叫做地理空间世界。
地理空间世界 11
现实世界与地理空间世界的联系
在地理空间世界中，地理要素被抽象为点、线、面、 体。如河流被看作线，地形被看作等高线多边形的简化， 而森林被看作多边形。
12
• 维度世界（Dimensional World） 维度世界是对地理空间世界的抽象，它通过在欧氏空间
OpenGIS：
（Open Geodata Interoperation Specification） 开放的地理数据互操作规范
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OpenGIS定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模 型，即将地理对象的抽象过程分为如下9个层次： • 现实世界（Real World） • 概念世界（Conceptual World） • 地理空间世界（Geospatial World） • 尺度世界（Dimensional World） • 项目世界（Project World）
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• 现实世界（Real World） 现实世界是所有客观事物（Fact）的集合。
现实世界
9
• 概念世界（Conceptual World） 概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所
命名的事物，因此这些事物构成了“语言的世界”。
概念世界
10
• 地理空间世界（Geospatial World） 对于GIS来讲，自然语言的概念世界并不是充分抽象的，
OGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术 和商业方式来提高地理信息处理的标准化和互操作性。 OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商（包 括ESRI, Intergraph,MapInfo等知名GIS软件开发商）， 数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员 会负责具体标准的制定工作。
道路 1 河流 2 建筑 3 空地 4
§行 §列 §单元格大小 §分辨率
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栅格数据模型中，每个像元具有固定的尺寸和位置， 其位置由像元所处的行号和列号决定。
由于栅格模型是用规则的“栅格块”来表现连续的自 然现象，且每个像元具有相同的值，因此分类之间的界限 被迫采用沿着栅格像元的边界线。这可能造成对现象的分 布的误解，其程度则取决于像元的大小（分辨率）。分辨 率的大小决定了Байду номын сангаас格模型与现实世界的接近程度。
根据对地理实体从现实世界到计算机内部表示的不 断抽象，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据 模型和物理数据模型3个有机联系的层次组成。
20
• 概念数据模型 是关于空间实体及实体间联系的抽象概念集。
• 逻辑数据模型 根据概念数据模型确定的空间实体及相互关系，
具体地表达数据项、记录等之间的关系，因而可以有 若干不同的实现方法。（如结构化模型、关系模型） • 物理数据模型
地理编码是项目世界中地理要素的另一重要特征。
15
项目世界与地理空间世界的关系
16
地理要素在信息世界的实现 • 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Feature World） • 要素集合世界（Feature Collection World）
描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据 库结构。
21
空间数据模型的 三个层次
22
目前GIS常用的空间数据模型（概念模型）有场（Field） 模型、要素（Feature）模型和网络（Network）模型。 • 场模型
场模型用于描述在一定空间内具有连续分布特点的地 理现象。例如，空气中污染物指数、地表的温度、土壤的 湿度、森林植被等。
中进行工具测量获取要素的尺度。如距离、面积、方位等。
指北针
维度世界 13
• 项目世界（Project World） 项目世界是维度世界的进一步抽象，它将地理世界抽象
为针对特殊应用领域的具体实现。
制图员、地籍管理员和道路管理人员视角的项目世界
14
在项目世界中，空间参照系统（Spatial Reference System）的概念被引入，最常见的参照系统是环绕地球表 面建立的坐标系统（经纬度）；此外，还有其它的间接的 参照系统，例如线性参照系统可以用一个参数标识出一条 线（如高速公路）上的一个点位。
地理信息系统及应用
云南大学信息学院 梁虹
第二讲 空间数据模型
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为了能够利用信息系统来描述现实 世界，必须对现实世界进行建模。对于 地理信息系统而言，其结果就是空间数 据模型。
空间数据模型是整个GIS理论中最 为核心的内容。
3
一、现实世界抽象
4
OGC：
（OpenGIS Consortium） 美国的OpenGIS协会。
17
二、空间数据模型
18
• 数据模型 以一定方式组织数据，通过足够的抽象性和概括
性，对客观事物及其联系的进行描述,是连接现实世界 和计算机世界的桥梁。
• 空间数据模型 是关于现实世界中空间实体及其相互联系的概念，
它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供基本方 法。
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基于计算机的地理信息系统不能直接作用于现实世 界，必须采用一定的空间数据模型对现实世界进行数 据描述。
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。方格、三角形和六角形可完整地铺满一个平面，是栅 格数据模型中最常用的规则覆盖。
25
基于栅格的空间模型把空间看作像元（Pixel）的划分， 每个像元的值表明了在已知类中现象的分类情况。
荒地 1 湖泊 2 湿地 3 树林 4
栅格数据模型
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栅格数据模型
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；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。
23
场模型可以表示为如下的数学公式： z(s))或f(x,y) 上式表示了从空间域到某个值域的映射，其中z为
空间位置可度量的函数，s表示空间中的位置。
24
• 栅格数据模型 栅格数据模型是场模型在信息系统中的具体实现。它