GIS空间分析的数据模型
常见的空间数据逻辑模型
空间数据逻辑模型是地理信息系统（GIS）中的核心部分，它描述了空间实体及其之间的关系。
选择适当的逻辑模型对于有效地组织、存储、管理和查询空间数据至关重要。
以下是几种常见的空间数据逻辑模型：矢量模型：点、线和多边形：这是最基本的矢量数据模型，其中点代表位置，线由一系列的点组成，而多边形则是由闭合的线形成。
这种模型非常适合表示离散的空间特征，如建筑物、道路和行政区划。
拓扑关系：在更复杂的矢量模型中，除了几何形状外，还会考虑空间对象之间的拓扑关系，如相邻、相交和包含等。
这种拓扑信息可以增强空间分析的能力。
栅格模型：像元/网格：栅格模型将空间划分为规则的网格或像元，每个像元都有一个与之关联的值，如高程、温度或土壤类型。
这种模型特别适合于表示连续的空间现象，如地形、气候和某些类型的遥感数据。
面向对象模型：对象和类：面向对象模型将现实世界中的实体表示为对象，这些对象具有属性（如颜色、形状）和方法（如计算面积、查找相邻对象）。
相关的对象可以被组织成类，从而形成一个分类体系。
继承和封装：通过使用面向对象编程的概念，如继承和封装，这种模型可以更有效地组织和管理复杂的空间数据。
网络模型：节点和边：网络模型主要用于表示和分析由节点（如交叉口、城市）和边（如道路、输电线路）组成的网络结构。
这种模型在交通规划、公共设施布局和物流分析等领域非常有用。
时空模型：时间维度：时空模型在传统的空间数据模型上增加了一个时间维度，用于表示和分析空间现象随时间的变化。
这对于环境监测、城市规划和历史研究等应用非常重要。
三维模型：立体表达：三维模型使用X、Y和Z三个坐标来定义空间对象的位置和形状，从而能够更真实地表示现实世界中的三维结构，如建筑物、地形和地下设施。
混合模型：综合应用：混合模型结合了上述两种或多种模型的优点，以适应特定的应用需求。
例如，一个系统可能同时使用矢量和栅格数据来表示不同类型的空间信息。
随着技术的进步和应用需求的增加，未来可能会出现更多创新的空间数据逻辑模型。
GIS空间分析名词解释
：空间数据．．．．拓扑分析、空间叠加、缓冲分析、网络分析P3数字地面模型(DTM)：数字高程模型(DEM)：不规则三角网(TIN)：地质统计学：是利用空间变量的自相关特征研究空间随机场性质的一种统计理论。
它分为(1)结构分析理论；(2)克立格插值理论（插值理论）；(3)条件模拟理论。
协方差、空间采样理论P9估计误差：是指实测值与真实值之间的误差。
估计方差：是指估计误差的离散程度。
数字高程模型DEM：是描述地面特性空间分布的有序数值阵列，所记地面特性是高程z，它的空间分布由x , y水平坐标系统来描述。
DEM派生信息：以数字地面模型为基础，通过数字地形分析（DTA）手段可提取出用于描述地表不同方面特征的参数，这些参数统称为DEM派生信息。
坡度、坡向、曲率P16地面曲率：地面曲率是对地形表面一点扭曲变化程度的定量化度量因子，地面曲率在垂直和水平两个方向上分量分别称为平面曲率和剖面曲率。
剖面曲率、平面曲率、坡形P18汇流量（汇流面积）：一个栅格单元的汇流量是其上游单元向其输送的水流量的总和。
地形湿度指数：单位等高线上的汇流面积与坡度之比。
通视分析：就是利用DEM判断地形上任意点之间是否可以相互可见的技术方法，分为视线分析和视域分析。
缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围,具体指在点. 线. 面实体周围自动建立的一定宽度的多边形。
叠置分析：是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生新的特征的分析方法。
合成叠置、统计叠置P30交、并、剪P31 差、识别P32距离分析：用于分析图像上每个点与目标的距离，如有多目标，则以最近的距离作为栅格值。
距离制图、直线距离分析P32密度分析：针对一些点要素（或线要素）的特征值（如人口数）并不是集中在点上（或线上）的特点，对要素的特征值进行空间分配，从而更加真实地反映要素分布。
密度制图：根据输入的要素数据集计算整个区域的数据聚集状况，从而产生一个连续的密度表面。
GIS第三章空间数据模型
图元素独 立存储
点坐标文件 线坐标文件
通过FID连接
点属性表文件 线属性表文件
面坐标文件
面属性表文件
不包含拓扑数据
101 202
203
301
201 302
102
(b)拓扑模型
图元素非 独立存储
点坐标文件 线坐标文件
通过FID连接
点属性表文件 线属性表文件
几类？
3．要素模型
2）离散欧氏平面上的空间对象
离散一维对象 B 样条曲线
多边线 线段
3．要素模型
3）要素模型和场模型的比较
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
3．要素模型
• 2. 矢量数据模型
空间图形
空间数据
属性数据
101 202
203
301
201 302
102
(a)Spaghetti模型
• 常用的嵌入式空间类型： – 欧式空间（距离、方位） – 量度空间（距离） – 拓扑空间（拓扑关系） – 面向集合的空间（只采用一般的基于集合的关系）
3．要素模型
1）欧氏平面上的空间对象类型
空间对象
零维对象点
延伸对象
一维对象
二维对象
弧
环
面对象
简单弧
简单环
面域对象
域单位对象
要素（对象） 的类型有哪
– 欧氏平面：把空间特性转换成实数的元组特性，而形成 的二维模型即欧氏平面
– 地理实体：分布于地球表面的人文和自然现象的总称 实体必须符合三个条件：
• 可被识别 • 重要（与问题有关） • 可被描述（有特征）
空间数据模型名词解释
空间数据模型名词解释
空间数据模型是地理信息系统（GIS）中的核心组成部分，理解它对于要深入
理解GIS的工作原理至关重要。
它们是对现实世界中的几何图形以及这些图形之
间的空间关系的抽象和整理。
根据对空间数据的编码方法的不同，空间数据模型通常可以分为矢量数据模型和栅格数据模型两大类。
矢量数据模型用点、线、面来表示空间信息。
点，例如地理位置、纪念碑，被视为0D，即没有长度和宽度；线，例如公路、河流，被视为1D，即有长度但没有宽度；面，例如湖泊、城市，被视为2D，即既有长度又有宽度。
矢量数据模型的
优点在于其准确性高且能很好地维持空间信息的拓扑结构，但其处理步骤复杂且
需要更多的计算量。
栅格数据模型则将空间分成许多规则的网格，每个网格单元存储一些特定的信息。
比如气候数据、土壤类型数据、人口分布数据等等。
栅格数据模型的特点是
处理速度快，但存储空间大，并且精度受到栅格大小的限制。
另外，现还有一种TIN（Triangulated Irregular Network）数据模型，它是矢量
数据模型的一种，是通过非规则三角网来表达三维地理形状的。
可以将区域分割为许多三角形，每个三角形的三个顶点都有一个Z值（高程）。
由于它们可以为不
规则形状的地面提供良好的表达，因此在解决地貌问题中尤为有效。
以上就是空间数据模型的基本概念，以及其中主要的几种模型类型和他们的特点。
在实际应用中，不同的数据模型类型会根据具体的需求和数据特性进行选择。
地理空间数据的模型构建与管理
地理空间数据的模型构建与管理地理空间数据的模型构建与管理是地理信息系统（GIS）中的核心内容之一。
随着科技的发展和信息时代的到来，地理空间数据的应用范围逐渐扩大，对于不同行业的决策和规划起着重要的作用。
在建立和管理地理空间数据模型时，需要考虑数据的准确性、一致性和可持续性等因素。
一. 地理空间数据模型的分类地理空间数据模型可以分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型使用点、线、面等几何要素来描述地理空间实体，适用于具有明确几何特征的地理现象，如道路、河流等。
而栅格数据模型则是将地理空间划分为一系列的网格，将每个网格单元作为一个地理单位，适用于连续变化的地理现象，如气温、降雨量等。
二. 地理空间数据模型的构建地理空间数据模型的构建过程包括数据收集、数据预处理、数据建模和数据评估等环节。
首先，需要收集相关的地理空间数据，可以通过地面调查、遥感技术等手段获取。
然后，对数据进行预处理，包括数据清洗、数据匹配和数据转换等操作，以确保数据的准确性和一致性。
接下来，根据具体的要求和目标，进行数据建模，选择适当的数据结构和分析方法，构建出合理的地理空间数据模型。
最后，对所建模型进行评估，验证其在实际应用中的有效性和可靠性。
三. 地理空间数据模型的管理地理空间数据模型的管理包括数据输入、数据存储、数据查询和数据更新等方面。
在数据输入方面，需要考虑数据的来源和获取方式，以及数据的质量控制和完整性检查。
数据存储则包括数据的组织和存储结构的选择，可以采用数据库等技术来进行管理。
数据查询则是指按照特定的条件和要求，对地理空间数据进行检索和提取，可以通过地理信息系统的查询功能来实现。
数据更新则是指对已有数据进行更新和维护，以及添加新的数据内容，确保数据的实时性和可靠性。
四. 地理空间数据模型的应用地理空间数据模型的应用广泛涵盖了各个领域，如环境保护、城市规划、交通管理等。
在环境保护方面，可以利用地理空间数据模型来分析土地利用、水资源分布等情况，从而制定合理的保护措施。
测绘技术GIS空间分析方法介绍
测绘技术GIS空间分析方法介绍近年来，随着技术的发展和需求的增加，地理信息系统（GIS）在测绘领域中的应用越来越广泛。
GIS空间分析是其中一个重要的应用领域，它通过对空间数据的处理和分析，为测绘工作提供了更多的可能性和深度。
本文将介绍一些常用的GIS空间分析方法。
第一部分：空间数据模型在进行GIS空间分析之前，首先需要对空间数据进行建模和组织。
常用的空间数据模型有点、线和面。
点模型适用于表示离散的地理对象，如建筑物、道路交叉口等。
线模型适用于表示地理对象之间的线性关系，如道路、河流等。
而面模型适用于表示具有连续性的地理对象，如土地利用类型、地貌等。
对于不同类型的地理对象，可以选择不同的空间数据模型进行建模和处理。
第二部分：空间查询和空间关系分析一旦空间数据建模完成，就可以进行空间查询和空间关系分析。
空间查询是指根据某个特定条件对空间数据集进行查询，以获得符合条件的地理对象。
例如，可以根据地理坐标范围对地图上的建筑物进行查询，来获取特定区域内的建筑物信息。
空间关系分析则是研究地理对象之间的拓扑和邻近关系，以了解它们的相互作用和关联性。
例如，可以通过空间关系分析，判断某个建筑物是否与某个道路相交。
第三部分：空间插值和空间描绘除了查询和关系分析，GIS空间分析还可以进行空间插值和空间描绘。
空间插值是指根据已有的离散空间数据，通过数学模型来推算未知位置的空间值。
例如，可以根据现有的气象站数据，插值出某个地区的气温分布图。
空间描绘则是将空间数据以图形的形式进行可视化展示。
例如，可以将测量出的地形表面数据转化为等高线图或地形图，来更直观地展示地形特征。
第四部分：空间统计和空间决策支持除了前面提到的基本分析方法，GIS空间分析还可以进行空间统计和空间决策支持。
空间统计是指对空间数据进行统计分析，以获得地理现象的特征和规律。
例如，可以对某个区域的城市人口密度进行空间统计，以了解城市发展的状况。
空间决策支持则是将GIS空间分析应用于决策过程中，以提供决策者更准确的信息和可视化的支持。
几种常见的空间数据模型
ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）
GeoDatabase拓扑关系检查与处理 ➢ 以错误查看器提供拓扑关系的错误信息 ➢ 用户可选择错误处理方式 ▪ 用编辑工具改正这个错误 ▪ 对该错误暂不处理 ▪ 将该错误置为例外
ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）
✓ 位置数据用矢量和栅格数据表示； ✓ 属性数据存储在一组数据库表格中； ✓ 通过空间和属性数据的连接实现对空间数据的查询、分析和制
图输出。
ARC/INFO数据模型
ARC/INFO的数据模型支持六种重要的数据结构
✓ Coverage 矢量数据表示的主要形式
✓ GRID 栅格数据表示的主要形式
路径（Route）
定义为基于基本线特征基础上的路由。如在道路网上划分出 的公共汽车线路，不同的公共汽车线路公用部分道路时不用重复 输入线特征。路径的起点或终点可不与线特征起始点或终点重合， 可定义为线路上离起点或终点一定距离的点，这样就不用断开线 特征。
ARC/INFO数据模型
地理相关模型（GeoRelational model, Coverage）
✓ TIN 适合于表达连续表面
✓ 属性表 ✓ 影像
用作地理特征的描述性数据 ✓ CAD图像
常见的地理分析模型
常见的地理分析模型一空间统计模型：相关分析模型： GIS地理数据库中存储的各种自然和人文地理要素(现象)的数据并不是孤立的，它们相互影响、相互制约，彼此之间存在着一定的联系。
相关分析模型就是用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。
地理数据库中各种地理要素数据之间的相关关系，通常可以分为参数相关和非参数相关两大类。
其中，参数相关又可分为简单(两要素)线性相关，多要素间的相关模型，非参数相关可以分为顺序(等级)相关和二元分类相关。
趋势面分析模型（主要是回归模型）：一元回归模型：我们用多项式方程作为一元回归的基本模型：Y＝a0＋a1x＋a2x2＋a3x3＋……a m x m＋ε式中：Y为因变量，X为自变量，a0,a1,…，a m为回归系数，ε为剩余误差多元线性回归模型多元线性回归模型表示一种地理现象与另外多种地理现象的依存关系，这时另外多种地理现象共同对一种地理现象产生影响，作为影响其分布与发展的重要因素。
设变量Y与变量X1，X2，…，X m存在着线性回归关系，它的n个样本观测值为Y j,X j1,X j2,…X jm(j＝1，2，n)，于是多元线性回归的数学模型可以写为：可采用最小二乘法对上式中的待估回归系数β0，β1，…，βm进行估计，求得β值后，即可利用多元线性回归模型进行预测了。
聚类模型：聚类分析是根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的方法，对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列，如土地分等定级、水土流失强度分级等。
聚类分析的步骤一般是根据实体间的相似程度，逐步合并若干类别，其相似程度由距离或相似系数定义。
进行类别合并的准则是使得类间差异最大，而类内差异最小。
最短距离聚类模型最短距离聚类模型中，定义两类之间的距离用两类间最近样本的距离来表示。
用d ij 表示样本和样本之间的距离，用G1，G2，…表示类，类G p和类G q的距离用D pq表示，则有：具体步骤如下：1、规定样本间的距离，计算样本两两距离的对称表，记作D0，由于每一个样本自成一类，显然D pq＝d pq。
空间数据模型与算法
摘要：对GIS中几种常见的空间数据模型进行了简单总结，分别介绍了二维空间数据模型和三维空间数据模型，并对空间数据模型的分类和组成以及各自的优缺点进行了分析和比较；对空间数据模型算法进行了简单介绍。
并展望了空间数据模型的发展方向。
关键词：GIS；空间数据模型；空间数据模型算法1、研究现状1.1二维空间数据模型目前，在GIS研究领域中，已提出的空间数据模型有栅格模型、矢量模型、栅格-矢量一体化模型和面向对象的模型等。
(1)栅格数据模型栅格数据模型是最简单、最直观的一种空间数据模型，它将地面划分为均匀的网格，每个网格单元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。
在地理信息系统中，扫描数字化数据、遥感数据和数字地面高程数据（DTM）等都属于栅格数据。
由于栅格结构中的行列阵的形式很容易为计算机存储、操作和显示，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎。
在栅格结构中，每一地块与一个栅格像元对应。
不难看出，栅格数据是二维表面上地理数据的离散量化值，而每一个像元大小与它所代表的实地地块大小之比就是栅格数据的比例尺。
(2)矢量数据模型矢量模型是用构成现实世界空间目标的边界来表达空间实体，其边界可以划分为点、线、面等几种类型，空间位置用采样点的空间坐标表达，空间实体的集合属性，如线的长度、区域间的距离等，均通过点的空间坐标来计算。
根据空间坐标数据的组织与存储方式的不同，可以划分为拓扑数据模型和非拓扑数据模型。
(3)矢量-栅格一体化数据模型从几何意义上说，空间目标通常有三种表达方式：（1）基本参数表达。
一个集合目标可由一组固定参数表示，如长方形由长和宽两参数描述；（2）元件空间填充表达。
一个几何目标可以认为是由各种不同形状和大小的简单元件组合而成，例如一栋房子可以由一个长方形的方体和四面体的房顶组成。
（3）边界表达.一个目标由几种基本的边界元素即点、线、面组成。
矢量数据结构和栅格数据结构各有优缺点，矢量-栅格一体化数据模型具有矢量和栅格两种结构的优点。
gis数据模型基本概念
gis数据模型基本概念Title: Basic Concepts of GIS Data Models正文：地理信息系统（GIS）数据模型是用于表示和组织地理空间数据的框架或结构。
它定量地描述了地理现象和空间关系的属性和特征，并提供了一种方法来存储、查询和分析地理数据。
GIS数据模型主要分为两种类型：矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型使用点、线和多边形等几何形状来表示地理实体，如河流、建筑物和国界线等。
矢量数据模型在表示几何形状的同时，还可以包含属性数据，比如地名、人口数据等。
这种数据模型适合存储有界面积的地理对象。
与矢量数据模型不同，栅格数据模型使用像素网格来表示地理空间数据。
每个像素代表一个特定的地理区域，因此栅格数据模型适用于连续性地理现象的表示，如高程数据和气候模型。
栅格数据模型还可以表示定量数据，如土地利用类型和遥感影像。
另一种常见的GIS数据模型是网络数据模型，它用于表示网络结构和连接性关系。
网络数据模型常用于交通规划、电力网络和供水系统等领域。
通过使用网络数据模型，可以进行路径分析、行进成本计算和设施定位等操作。
GIS数据模型还根据数据的拓扑关系进行分类，有点（点要素之间没有拓扑关系）、线（线要素之间有拓扑关系）和面（面要素之间有拓扑关系）数据模型。
拓扑关系是指要素之间的相对位置和连接性，它可以帮助我们在地理数据中进行一些特定的空间分析，比如缓冲区分析和交集分析。
除了以上提到的数据模型，还有一些辅助的数据模型用于解决特定的空间分析问题，例如TIN （三角网数据模型）和DEM（数字高程模型）等。
GIS数据模型是地理信息系统的重要基础，它们提供了一种结构化和一致的方式来组织和处理地理空间数据。
理解和应用不同类型的数据模型对于有效地使用GIS来进行空间分析和决策支持具有重要意义。
GIS空间分析基础(空间对象-数据模型)
➢ 空间对象间的关系 • 空间相关 在连续型的空间对象中，空间两点属性值的差异与两点距离 之间的关系服从地理学第一定律 • 空间关联 空间上不连续的两类或多类对象的属性之间存在着相互对应 的关系
➢ 空间对象间的关系 • 空间配置关系 某种资源在不同对象或对象不同部分之间的分配关系 • 空间过程关系 空间对象属性的时空耦合特征 • 空间尺度关系 空间对象在不同尺度之间的关系
GIS空间分析的目的：分析空间对象的属性、探求空间对象的时空分布规律、 发生原因及发展规律
➢ 空间对象的类型 按空间维数分类： 零维、一维、二维、三维 按空间对象的连续性分类： 连续型、离散型
➢ 空间对象的表达 • 位置 • 编码 • 类型 • 行为 • 描述属性 • 说明 • 关系
➢ 空间对象间的关系 • 距离关系 • 方位关系 • 拓扑关系 • 空间相关 • 空间关联 • 空间配置关系 • 空间过程关系 • 空间尺度关系
网络边（link）、结点（node）、站点（station）、中心（center）、 转向点（turn）
2、GIS的数据模型 格网模型：一系列规则或者不规则的小单元对空间对象进行表 达的模型
• 格网的表达方式简单，对每个单元用行列号进行访问 • 便于对空间对象进行分割
2、GIS的数据模型 格网模型：一系列规则或者不规则的小单元对空间对象进行表 达的模型
GIS空间分析基础
1、空间对象
➢ 空间对象的属性 ➢ 空间对象的表达 ➢ 空间对象间的关系
➢ 空间对象 • GIS空间分析的客体 • 客观存在的、带有空间信息的实体或者现象 ➢ 空间对象的属性 • 空间要素属性：空间对象的位置、大小、形状、速度、发生时间等 • 非空间要素属性：颜色、质地、密度、硬度等
地理信息系统中常用的空间数据模型有哪些？
地理信息系统中常⽤的空间数据模型有哪些？之前在百度知道上看到了这个问题——“地理信息系统中常⽤的空间数据模型有哪些？”今天就针对这个问题做了⼀些整理，看看能不能帮到⼤家。
空间数据模型是指利⽤特定的数据结构来表达空间对象的空间位置、空间关系和属性信息；是对空间对象的数据描述。
空间数据模型是地理信息系统的基础，它不仅决定了系统数据管理的有效性，⽽且是系统灵活性的关键。
⽬前，与GIS设计有关的空间数据模型主要有⽮量模型，栅格模型，数字⾼程模型，⾯向对象模型，⽮量和栅格的混合数据模型等。
前⾯四种模型属于定向性模型，在模型设计时只包括与应⽤⽬标有关的实体及其相互关系，⽽混合模型的设计则包括所有能够指出的实体及其相互关系。
就⽬前的应⽤现状⽽⾔，⽮量模型、栅格模型、数字⾼程模型相当成熟（⽬前成熟的商业化GIS主要采⽤这三类模型），⽽其它模型，特别是混合模型则处于⼤⼒发展之中。
⼀、⽮量模型（vector model）⽮量模型是利⽤边界或表⾯来表达空间⽬标对象的⾯或体要素，通过记录⽬标的边界，同时采⽤标识符(Identifier)表达它的属性来描述空间对象实体。
⽮量模型能够⽅便地进⾏⽐例尺变换、投影变换以及图形的输⼊和输出。
⽮量模型处理的空间图形实体是点（point）、线（line）、⾯（area）。
⽮量模型的基本类型起源于“Spaghetti”模型。
在Spaghetti模型中，点⽤空间坐标对表⽰，线由⼀串坐标对表⽰，⾯是由线形成的闭合多边形。
CAD等绘图系统⼤多采⽤Spaghetti模型。
GIS的⽮量数据模型与Spaghetti模型的主要区别是，前者通过拓扑结构数据来描述空间⽬标之间的空间关系，⽽后者则没有。
在⽮量模型中，拓扑关系是进⾏空间分析的关键。
在GIS的拓扑数据模型中，与点、线、⾯相对应的空间图形实体主要有结点（node）、弧段（arc）、多边形（polygon），多边形的边界被分割成⼀系列的弧和结点，结点、弧、多边形间的空间关系在数据结构或属性表中加以定义。
地理信息系统中的空间数据建模与分析
地理信息系统中的空间数据建模与分析地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种以地理位置为基础，用于捕捉、存储、处理、分析和显示与地理相关的数据的计算机工具。
在GIS中，空间数据建模与分析是其中重要的环节，它涉及到对现实世界中的地理要素进行建模，并通过特定的空间分析方法来描述和解释这些要素之间的空间关系。
空间数据建模是将现实世界中的地理要素以适合计算机处理的方式进行抽象和表达的过程。
在GIS中使用的主要空间数据模型有两种：矢量模型和栅格模型。
矢量模型采用点、线、面等几何要素来描述地理现象的空间属性。
点状模型用于表示离散的地理要素，如城市的位置；线状模型用于表示线状地理要素，如道路、河流；面状模型用于表示面状地理要素，如湖泊、森林。
矢量模型可以准确地表示地理要素之间的拓扑关系，但对于连续的地理要素，由于数据量庞大，会导致存储和计算的难度增加。
栅格模型将地理空间划分为规则的网格单元，并使用离散的栅格单元来表示地理要素。
栅格模型的优势在于能够更好地处理连续的地理要素，对于大规模区域的数据处理也比较高效。
但同时，栅格模型也会导致空间分辨率的损失，并且不易处理复杂的拓扑关系。
空间数据分析是GIS中的关键环节，它通过一系列的算法和方法对空间数据进行处理和分析，并从中提取有用的地理信息。
常见的空间数据分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值、空间推理等。
空间查询是根据一定的空间关系来询问和检索地理要素。
常见的空间查询包括点查询、线查询、面查询以及范围查询等。
通过空间查询，可以快速定位到需要的地理要素，并获取其属性信息。
空间统计是对空间数据进行统计分析和空间模式识别的过程。
它可以帮助我们理解地理要素之间的空间分布规律和相关性。
常用的空间统计方法包括空间自相关、核密度分析、热点分析等。
空间插值是基于已知的离散地理要素数据来推测未知位置的属性值。
在GIS中，空间插值常用于构建等值线图、制作栅格图等，并用于分析地理现象的分布和变化趋势。
GIS空间分析的数据模型
基态修正模型
基态修正模型按事先设定的时间间隔进行采样，它 只存储某个时间数据状态(基态)和相对于基态的变 化量。
33
时空立方体模型( Space-time Cube)
由空间两个维度和一个时间维组成，描述了二维 空间沿着第三个时间维演变的过程。任何一个空 间实体的演变历史都是空间-时间立方体中的一 个实体。
➢ 拐点(Turn)：从一个链到另一个链的过渡。拐点在 网络模型中不用于模拟现实世界中的实体，而是 代表链与链之间的过渡关系。
21
常用的网络模型：
网络跟踪(Trace)
➢用于研究网络中资源和信息的流向； ➢在水文应用中，网络跟踪可用于： • 计算河流中水流的体积， • 跟踪污染物从污染源开始，沿溪流向下游扩散的
28
3.7 时空数据模型
➢ 静态GIS（SGIS）：
传统的地理信息系统应用只涉及地理信息的 两个方面：空间维度和属性维度。
➢时态GIS （TGIS）:
能够同时处理时间维度。 解决历史数据的丢失问题。 实现数据的历史状态重建、时空变化跟踪、
发展势态的预测等功能。
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数据的时间维度：
➢结构化数据：如一个测站历史数据的积累，可以 通过在属性数据表记录中简单地增加一个时间戳 (Time Stamp)实现管理；
➢ 结点(Node)：链的终止点。 链总是在结点处相交。结点可以用来表示道路 网络中道路交叉点、河网中的河流交汇点等。
20
➢ 站点(Stops)：在某个流路上经过的位置。代表现 实世界中邮路系统中的邮件接收点、或高速公路 网中经过的城市等。
➢ 中心(Center)：网络中的一些离散位置，可以提供 资源。如现实世界中的资源分发中心、购物中心、 学校、机场等。其状态属性包括资源容量，如总 的资源量；阻力限额，如中心与链之间的最大距 离或时间限制。
第二章GIS空间分析的数据模型
第二章GIS空间分析的数据模型GIS（地理信息系统）空间分析的数据模型是指在GIS中用于描述和组织地理空间数据的结构和规则。
它主要包括向量数据模型和栅格数据模型两种形式。
以下将详细介绍这两种数据模型。
1.向量数据模型：向量数据模型是一种将地理现象表示为点、线、面等几何要素的数据模型。
它基于几何对象的坐标表示来描述地理空间位置和形状。
向量数据模型的核心要素包括点、线、面。
-点：表示地理要素的离散点，可以是一个地址、一座建筑物、一个村庄等。
-线：表示由多个点连接而成的可视化路径，可以是道路、河流、铁路等。
-面：由若干个线构成的闭合区域，通常表示土地利用类型、行政区域等。
向量数据模型具有描述空间位置精确、几何操作方便等优势，适合表示细节较为复杂的地理现象。
同时，向量数据模型也具备多种关联属性的能力，可以与属性数据进行链接，实现空间与属性信息的关联分析。
2.栅格数据模型：栅格数据模型是一种将地理现象表示为规则的网格单元的数据模型。
它将地理空间划分为规则的网格单元，将每个单元的值表示为一个矩阵中的元素。
栅格数据模型的主要特点是离散、均等和连续。
-离散：地理现象被离散的网格单元坐标所描述，且每个单元代表的是一个相同大小的空间区域。
-均等：每个单元的尺寸相等，表示的面积是均等的。
-连续：栅格中的每个单元都有一个与之对应的属性值，通过单元的连接和相邻单元的信息可以推断出地理现象的空间连续性。
栅格数据模型主要用于描述表面高程、者大气温度等连续变量，适合进行空间分布模拟、插值分析等。
总结来说，向量数据模型适用于描述细粒度且结构复杂的地理现象，同时具备几何对象的精确性和关联属性的优势。
而栅格数据模型则适用于描述连续变量的空间分布，可以进行均等离散和连续性推断。
在GIS空间分析中，根据不同的需求和数据特点，可以选择合适的数据模型来进行分析和建模。
GIS空间数据模型
找离火车站 最近的汽车
站？
2021/3/10
距离最近 的汽车站
GIS分析
属性为火 车站的点
检索
空
间
计
算
所有属性为 汽车站的点
检索
空间 数据库
10
2.5 GIS空间数据模型
二、传统数据模型存储空间数据的局限性
3.关系数据模型用于GIS地理数据库的局限性
对属性数据用通用RDBMS可以很好管理，但对于空间数据一般DBMS却有局限， 表现为： 1）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
三、面向对象模型
2.基本概念
地理 对象
属性 — 数据 行为—方法
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
数据
方法
以使对数据的操作只可通过该对象本身的方法来进行。
一对象不能直接作用于另一对象的数据，对象间的通信只能通过消
息来进行。
封装是一种信息隐蔽技术，封装的目的 在于将对象的使用者和对象的设计者分开， 用户只能见到对象封装界面上的信息， 对象内部对用户是隐蔽的。
2021/3/10
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2.5 GIS空间数据模型
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)。
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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。
➢ 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。
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
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。
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
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@
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➢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。
➢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。
11Biblioteka 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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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；
➢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
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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。
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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。
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。
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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。
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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：
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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。
多边线
简单闭合多边线
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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。