GIS空间分析的数据模型
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➢在地理信息系统应用模型的高层建模、数据结构设计及地理 信息系统应用中，都会遇到这两种模型的集成问题。
要素模型
现实世界
场模型
选择要素
选择一个位置
它在哪里
那里怎么样
数据
18
3.6 网络结构模型 网络模型
➢ 网络模型把地物抽象为链和节点，同时要关注其 间的连通关系。
➢ 网络模型要考虑多个要素之间的影响和交互。现 象的精确形状并不重要，重要的是具体现象之间 的距离或者阻力的度量。
欧氏空间中的三类地物要素对象： ➢点对象 ➢线对象 ➢多边形对象
13
点对象：有特定位置，维数为零的物体。
1)实体点(point entity)：用来代表一 个实体。 2)注记点：用于定位注记。 3)内点(label point)：用于负载多 边形的属性，存在于多边形内。 4)角点(Vertex)：表示线段和弧 段上的内部点。
➢在基于对象的空间数据模型指导下，引出了矢量 数据模型。
10
3.4 场模型
场模型的数学表示 模拟一定空间内具有连续分布特点的现象。 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。 场可以表现为二维场或三维场。 ➢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； ➢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。
11
场模型的数学公式： z：s z (s)
z为可度量的函数，s表示空间中的位置。 表示从空间域(甚至包括时间坐标)到某个值 域的映射。
12
3.5 要素模型
地理要素是通过地理实体定义的，地理实体是真实 世界中不能再被细分为同一类现象的地理现象。
➢ 地理要素模型只对地理实体的属性(包括空间属性和 地理属性)及关系感兴趣。
4
3.2 空间数据模型
空间数据模型：是关于GIS中空间数据组织的概念， 反映现实世界中的空间实体，及其相互之间的联系， 为空间数据组织和空间数据库模式设计提供基本的概 念和方法。
5
GIS数据模型的三个层次： ➢概念数据模型 ➢逻辑数据模型 ➢物理数据模型
6
GIS空间数据模型的概念模型：
武汉大学遥感信息工程学院遥感科学与技术本科生教案(2012年)
第三章 GIS空间分析的数据模型
秦昆 qinkun163@163.com
1
➢空间分析是基于地理对象的位置和形态 特征的空间数据分析技术。 ➢空间分析方法受空间数据表示形式的制 约和影响， ➢研究空间分析必须考虑空间数据的表示 方法和空间数据模型。
2
3.1 空间数据的表示
空间数据表示的基本任务：将以图形模 拟的空间物体表示成计算机能够接受的 数字形式。
3
空间数据的两种表示模型：
栅格模型：地理空间被划分为规则的小单元，空间位置由栅格 单元的行、列号表示。栅格单元的大小反映了数据的分辨率即 精度，空间物体由若干个栅格单元隐含描述。 矢量模型：各类地理要素根据空间形态特征分为点、线、面三 类/（体状空间对象）。地物是显示描述的。
5)结点(nBiblioteka Baidude):表示线的起点和终点。
14
线对象：维度为1的空间组分，有一系列坐标表示。 线对象的特征：
1）实体长度: 从起点到终点的总长度。 2）弯曲度: 如用于表示道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性: 用于表示线对象的方向，如水流方向是从上游到 下游，公路有单向和双向之分。
线状实体：线段、边界、链、弧段、网络等。
多边线
简单闭合多边线
15
多边形对象/面状实体：由一封闭曲线加内点来表示， 是对湖泊、岛屿、地块等一类对象的描述。 面状实体的特征： ➢面积范围； ➢周长； ➢独立性或与其它地物相邻：如中国及其周边国家； ➢内岛或锯齿状外形； ➢重叠性与非重叠性：如报纸的销售领域、学校的分区、
菜市场的服务范围都有可能出现交叉重叠现象。
影像专题 图
包含
分辨率/比例尺
应用专 题图
水污染评 价图
备注
地理投影
地理坐标
包含
富营养化 图
区域
转化
水质分区 图
透明度矢 量专题图
矢量专题 图
水污染评 价矢量图
传感器名称
叶绿素矢 量专题图
包含
富营养化 矢量图
影像编号
卫星名称
总悬浮物
获取日期
原始遥感 影像
产品等级 分辨率
遥感数据
矢量专题
水质分区
图
矢量图
16
有多种不同类型的多边形：普通多边形、凸多边形、 星状多边形等。
多边形
凸多边形
星状多边形
17
场模型和要素模型
➢场和对象可以在多种水平上共存，基于场的方法和基于要素 的方法并不互相排斥。有些应用可以很自然地应用场来建模； 但是，场模型也并不是适合所有情况。
➢基于场的模型和基于要素的模型各有长处，应该恰当地综合 运用这两种方法来建模。
基本任务：确定感兴趣的现象和基本特性，描述实 体间的相互联系，确定空间数据库的信息内容。
数据来源 图像去噪
原始遥感 影像
辐射定标
大气校正
制作
投影变换 几何校正
区域提取
专题图编号
叶绿素
值：单位
指标编号
值：分布 范围
指标名称
包含
透明 度
指标专 题图
总悬 浮物
高锰 酸盐
总氮 总磷
专题图名称
制作人员 制作单位 制作日期
➢ 网络模型的典型例子：陆上、海上及航空线路， 管线与隧道分析，水、油及电力的流动等。
19
网络组成要素：
➢ 链(Link)：链构成了网络模型的框架。 链代表用于实现运输和交流的相互联接的线性 实体。可用于表示现实世界网络中运输网络的 高速路、铁路，和电网中的传输线和水文网络 中的河流。其状态属性包括阻力和需求。
波段
地理投影
的ER图
数据格式 地理坐标
7
➢ 空间数据的逻辑数据模型是根据概念数据模型确定 的空间数据库的信息内容(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。
湖北省湖区分布图的逻辑模型设计
8
物理数据模型：
是描述数据在计算机中的物理组织、存取路径和 数据库结构。
逻辑数据模型转换为物理数据模型： 涉及空间数据的物理组织、空间存取方法、数据 库总体存储结构等。
9
GIS中的信息模型： ➢基于对象的模型：
• 强调离散对象，根据它们的边界线以及组成或者与它 们相关的其它对象，可详细地描述离散对象。
➢网络模型：
• 表示对象之间的交互，如水或者交通流。
➢场模型：
• 表示在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。
➢在基于场的空间概念模型指导下，引出了栅格数 据模型；
要素模型
现实世界
场模型
选择要素
选择一个位置
它在哪里
那里怎么样
数据
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3.6 网络结构模型 网络模型
➢ 网络模型把地物抽象为链和节点，同时要关注其 间的连通关系。
➢ 网络模型要考虑多个要素之间的影响和交互。现 象的精确形状并不重要，重要的是具体现象之间 的距离或者阻力的度量。
欧氏空间中的三类地物要素对象： ➢点对象 ➢线对象 ➢多边形对象
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点对象：有特定位置，维数为零的物体。
1)实体点(point entity)：用来代表一 个实体。 2)注记点：用于定位注记。 3)内点(label point)：用于负载多 边形的属性，存在于多边形内。 4)角点(Vertex)：表示线段和弧 段上的内部点。
➢在基于对象的空间数据模型指导下，引出了矢量 数据模型。
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3.4 场模型
场模型的数学表示 模拟一定空间内具有连续分布特点的现象。 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。 场可以表现为二维场或三维场。 ➢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； ➢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。
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场模型的数学公式： z：s z (s)
z为可度量的函数，s表示空间中的位置。 表示从空间域(甚至包括时间坐标)到某个值 域的映射。
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3.5 要素模型
地理要素是通过地理实体定义的，地理实体是真实 世界中不能再被细分为同一类现象的地理现象。
➢ 地理要素模型只对地理实体的属性(包括空间属性和 地理属性)及关系感兴趣。
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3.2 空间数据模型
空间数据模型：是关于GIS中空间数据组织的概念， 反映现实世界中的空间实体，及其相互之间的联系， 为空间数据组织和空间数据库模式设计提供基本的概 念和方法。
5
GIS数据模型的三个层次： ➢概念数据模型 ➢逻辑数据模型 ➢物理数据模型
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GIS空间数据模型的概念模型：
武汉大学遥感信息工程学院遥感科学与技术本科生教案(2012年)
第三章 GIS空间分析的数据模型
秦昆 qinkun163@163.com
1
➢空间分析是基于地理对象的位置和形态 特征的空间数据分析技术。 ➢空间分析方法受空间数据表示形式的制 约和影响， ➢研究空间分析必须考虑空间数据的表示 方法和空间数据模型。
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3.1 空间数据的表示
空间数据表示的基本任务：将以图形模 拟的空间物体表示成计算机能够接受的 数字形式。
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空间数据的两种表示模型：
栅格模型：地理空间被划分为规则的小单元，空间位置由栅格 单元的行、列号表示。栅格单元的大小反映了数据的分辨率即 精度，空间物体由若干个栅格单元隐含描述。 矢量模型：各类地理要素根据空间形态特征分为点、线、面三 类/（体状空间对象）。地物是显示描述的。
5)结点(nBiblioteka Baidude):表示线的起点和终点。
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线对象：维度为1的空间组分，有一系列坐标表示。 线对象的特征：
1）实体长度: 从起点到终点的总长度。 2）弯曲度: 如用于表示道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性: 用于表示线对象的方向，如水流方向是从上游到 下游，公路有单向和双向之分。
线状实体：线段、边界、链、弧段、网络等。
多边线
简单闭合多边线
15
多边形对象/面状实体：由一封闭曲线加内点来表示， 是对湖泊、岛屿、地块等一类对象的描述。 面状实体的特征： ➢面积范围； ➢周长； ➢独立性或与其它地物相邻：如中国及其周边国家； ➢内岛或锯齿状外形； ➢重叠性与非重叠性：如报纸的销售领域、学校的分区、
菜市场的服务范围都有可能出现交叉重叠现象。
影像专题 图
包含
分辨率/比例尺
应用专 题图
水污染评 价图
备注
地理投影
地理坐标
包含
富营养化 图
区域
转化
水质分区 图
透明度矢 量专题图
矢量专题 图
水污染评 价矢量图
传感器名称
叶绿素矢 量专题图
包含
富营养化 矢量图
影像编号
卫星名称
总悬浮物
获取日期
原始遥感 影像
产品等级 分辨率
遥感数据
矢量专题
水质分区
图
矢量图
16
有多种不同类型的多边形：普通多边形、凸多边形、 星状多边形等。
多边形
凸多边形
星状多边形
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场模型和要素模型
➢场和对象可以在多种水平上共存，基于场的方法和基于要素 的方法并不互相排斥。有些应用可以很自然地应用场来建模； 但是，场模型也并不是适合所有情况。
➢基于场的模型和基于要素的模型各有长处，应该恰当地综合 运用这两种方法来建模。
基本任务：确定感兴趣的现象和基本特性，描述实 体间的相互联系，确定空间数据库的信息内容。
数据来源 图像去噪
原始遥感 影像
辐射定标
大气校正
制作
投影变换 几何校正
区域提取
专题图编号
叶绿素
值：单位
指标编号
值：分布 范围
指标名称
包含
透明 度
指标专 题图
总悬 浮物
高锰 酸盐
总氮 总磷
专题图名称
制作人员 制作单位 制作日期
➢ 网络模型的典型例子：陆上、海上及航空线路， 管线与隧道分析，水、油及电力的流动等。
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网络组成要素：
➢ 链(Link)：链构成了网络模型的框架。 链代表用于实现运输和交流的相互联接的线性 实体。可用于表示现实世界网络中运输网络的 高速路、铁路，和电网中的传输线和水文网络 中的河流。其状态属性包括阻力和需求。
波段
地理投影
的ER图
数据格式 地理坐标
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➢ 空间数据的逻辑数据模型是根据概念数据模型确定 的空间数据库的信息内容(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。
湖北省湖区分布图的逻辑模型设计
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物理数据模型：
是描述数据在计算机中的物理组织、存取路径和 数据库结构。
逻辑数据模型转换为物理数据模型： 涉及空间数据的物理组织、空间存取方法、数据 库总体存储结构等。
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GIS中的信息模型： ➢基于对象的模型：
• 强调离散对象，根据它们的边界线以及组成或者与它 们相关的其它对象，可详细地描述离散对象。
➢网络模型：
• 表示对象之间的交互，如水或者交通流。
➢场模型：
• 表示在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。
➢在基于场的空间概念模型指导下，引出了栅格数 据模型；