空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构
详细描述
基于激光雷达的三维重建是利用激光雷达设 备获取三维点云数据，然后通过点云处理算 法和计算机视觉技术，将点云数据转化为三 维空间模型。该方法精度高，能够获取丰富 的几何信息，但成本较高，适用于需要高精 度测量的场景。
04
三维空间数据模型优化 技术
数据压缩与编码技术
数据压缩
通过减少数据冗余和去除不必要的信 息，以更紧凑的形式存储和传输三维 空间数据。
基于图像的三维重建
总结词
利用多视角图像和计算机视觉技术，重 建出三维空间模型。
VS
详细描述
基于图像的三维重建是利用多视角图像和 计算机视觉技术，通过图像对齐、特征匹 配和三维重建算法，重建出三维空间模型 。该方法成本较低，但精度相对较低，适 用于纹理信息丰富的场景。
基于激光雷达的三维重建
总结词
利用激光雷达设备获取三维点云数据，通过 算法和计算机视觉技术重建三维空间模型。
要点二
安全保护技术
采用访问控制、身份验证等技术，防止未经授权的访问和 数据泄露。
05
三维空间数据模型应用 案例
城市规划与建筑建模
城市规划
三维空间数据模型能够提供城市的地形、建 筑物、道路等详细信息，帮助规划师更好地 理解城市空间布局，制定合理的城市规划方 案。
建筑建模
利用三维空间数据模型，建筑师可以创建精 确的建筑模型，进行设计优化和施工模拟，
灾害评估
在灾害发生后，三维空间数据模型可以帮助评估灾害损 失、预测灾情发展趋势，为救援和重建工作提供支持。
虚拟现实与游戏设计
虚拟现实
三维空间数据模型是虚拟现实技 术的重要组成部分，能够提供逼 真的场景模拟，增强用户的沉浸 感和体验感。
游戏设计
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1.引言1.1 研究背景1.2 目的与目标1.3 文档结构2.三维空间数据模型2.1 点、线、面的表示方法2.2 基本几何对象的属性2.3 三维坐标系的建立2.4 地理坐标系与投影坐标系3.三维空间数据结构3.1 常见的数据结构3.1.1 三角网格3.1.2 边界表示3.1.3 引索格网3.2 空间索引结构3.2.1 R树3.2.2 KD树3.2.3 四叉树3.3 数据组织与存储方式3.3.1 点云数据3.3.2 体素数据3.3.3 多边形网格数据4.三维空间数据模型与数据结构的应用4.1 地理信息系统4.2 三维建模与可视化4.3 四维空间数据模型4.4 三维分析与计算5.本文档涉及附件5.1 附件一：三维空间数据模型示例代码5.2 附件二：三维空间数据结构图示6.本文所涉及的法律名词及注释6.1 数据模型：指描述现实世界对象及其相互关系的数据结构和操作的概念模型。
6.2 数据结构：指数据元素之间相互关系的一种结构或组织形式。
6.3 三维坐标系：由三个相互垂直的坐标轴构成的坐标系，用于描述点的位置。
6.4 地理坐标系：一种地球表面坐标系统，用经度和纬度表示点的位置。
6.5 投影坐标系：地理坐标系在地图上的投影表示。
6.6 R树：一种用于索引多维空间数据的数据结构，用于加速空间查询操作。
6.7 KD树：一种用于分割k维空间的数据结构，用于加速最近邻搜索等操作。
6.8 四叉树：一种用于划分二维空间的数据结构，用于加速空间查询操作。
6.9 点云数据：由一系列点组成的三维数据表示形式。
6.10 体素数据：将三维空间划分为小立方体，每个立方体存储一个属性值。
6.11 多边形网格数据：由一系列相邻三角形或四边形组成的三维网格数据。
空间数据模型与数据结构ppt课件
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
关系模型
多边形和弧段的关系
多边形号 弧段号
弧段和结点的关系
P1
a1 a2 a3
弧段号 起点 终点
P2
a2 a5 a7
P3
a3 a6 a4
a1
N1
N2
a2
N3
我们生活的世界
8
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
9
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
P1 a2 a5
a4
8 a6
P2
a8
a3
a13 P5
P4
a15 a12
a16 a14
a20
P8
a22
P6
a18
a23 a21
16
a9 a7
P3 a11
a10
P7 a17
a19
P9
a24
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 于记录的数据模型：是把数据库定义为多种固 定格式的记录型，每个记录型由固定数量的域或 属性构成，每个域或属性具有固定的长度。
包括：层次模型、网络模型、关系模型
• 基于对象的数据模型：用于在概念和视图抽象级 别上的数据描述，具有相当灵活的结构和较强的 表达能力，允许明确地定义完整性约束。
空间数据结构与数据库数据模型
三、空间数据结构与GIS数据模型地理信息系统所处理的数据与一般事务性信息系统如银行管理系统、图书检索系统不同。
GIS的数据处理不仅包括所研究对象的属性关系，还包括研究对象的空间位臵以及空间拓扑关系等信息，数据量大，结构复杂。
因此，人们对GIS中的数据结构和数据模型进行了大量的研究，并发展了一整套空间数据处理的算法。
一、空间数据结构的概念数据结构是指数据的组织形式，可以分为抽象数据结构(或称逻辑结构)和数据存贮结构(或称物理结构)来进行研究。
所谓抽象数据结构是指人们仅从概念上描绘数据之间的排列和联系，而并不涉及数据和具体程序管理细节。
数据存贮结构则是为实现某一抽象数据结构而具体设计的数据存贮管理方式.是依照任务的不同，软件系统和设计者的不同而改变的，具有一定的特殊性，是前者的一个具体实现。
地理空间数据在GIS中的流向可以认为经历了四个阶段。
用户认知的数据结构输入GIS系统后转换成为GIS空间数据结构，然后，为有效地进行数据管理，将其转化为数据库结构，最后按某种特定程式以硬件结构写入存贮介质。
上述流程即为数据的输入过程。
地理空间实体可以抽象为点、线、面三种基本地形要素来表示它的位臵、形状、大小、高低等。
---点(零维)：又称为元素或像元，是一个数据点，具有一对(x，y)坐标相至少—个属性，逻辑上不能再分。
这里所谓逻辑上不能再分是指抽象的点而不是几何点，因为事实上抽象的点可以是实体线段或面块，对某个比例尺或图像分辨率而言，它们可以被抽象为以一对坐标表示的数据点。
---线：是由一个(x,y)坐标对序列表示的具有相同属性的点的轨迹。
线的形状决定坐标对序列的排列顺序，线上每个点有不多于二个邻点。
地理实体，如河流、道路、地形线、公共设施走廊、区域边界、地质界线等均属线状地物，其特点是线上各点有相同的公共属性并至少存在一个属性。
---面：是以(x,y)坐标对的集合表示的具有相同属性的点的轨迹。
面的形状不受各点坐标对排列顺序的影响。
空间数据结构
空间数据结构摘要：空间数据模型和空间数据结构是地理信息系统（GIS）课题的中心内容。
本文对空间数据结构的定义、分类进行了一定的研究性的归纳与总结。
关键词：空间数据结构，矢量数据，栅格数据引言GIS中空间数据结构和空间数据模型是紧密相关的。
数据模型的建立必须通过一定的数据结构，但两者之间也有非常大的区别。
数据模型是一个总得概念，是人为概念化的真实，是对现实世界的提取，对现实世界的认识和选择。
而数据结构指数据元素之间的相互关系，它是软件常规内涵，根据空间数据结构和数据模型的特点及其关系，可以建立空间数据库系统。
空间数据结构定义空间数据结构是带有空间数据单元的集合。
这些数据单元是数据的基本单位，一个数据单元可以有几个数据项组成，数据单元之间存在某种联系叫做结构。
所以，研究空间数据结构，是指空间目标间的相互关系，包括几何和非几何的关系，数据结构是数据模型的表述，数据结构往往通过一系列的图表和矩阵，以及计算机码的数据记录来说明。
空间数据结构的分类矢量数据结构定义矢量数据结构是基于矢量模型，利用欧几里得(EUCLID)几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体的空间分布，是通过记录坐标的方式，尽可能精确地表示点线多边形等地理实体，自然地理实体的位置是用其在坐标参考系中的空间位置来定义的，坐标空间设为连续，允许任意位置长度和面积的精确定义，其特点是定位明显，属性隐含。
GIS采用的矢量数据结构模型，是将空间地质实体抽象成点、线、面三种几何要素，矢量数据结构通过优化拓扑结构表达空间实体的相关关系，为空间数据库建立基本框架。
矢量数据结构的特点优点：数据按照点、线或多边形为单元进行组织，结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。
缺点：A. 独立存储方式造成相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，出现数据冗余和细碎多边形，导致数据不一致；点位字典存储可保证公共边的唯一性。
B.自成体系，缺少多边形的邻接信息，邻域处理复杂，需追踪出公共边。
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)
第三章空间数据的组织与结构
第三章空间数据的组织与结构空间数据的组织与结构是指如何有效地管理和存储大量的空间数据，并通过数据结构的设计来支持对空间数据的查询和分析。
本文将介绍空间数据的组织与结构的相关概念和技术，并探讨其在实际应用中的应用。
空间数据的组织与结构主要包括三个方面：空间数据模型、空间索引和空间数据存储。
空间数据模型是描述和表示空间数据的方法和规范。
常用的空间数据模型有欧几里得空间模型、栅格空间模型和矢量空间模型等。
欧几里得空间模型是最简单和常用的空间数据模型，它主要通过坐标系和几何对象来描述和表示空间数据。
栅格空间模型是将空间分为固定大小的网格单元，每个单元可以表示一个值或几何对象。
矢量空间模型是通过点、线、面等几何对象来表示空间数据。
不同的空间数据模型适用于不同的应用场景，选择合适的空间数据模型对于提高数据的可用性和处理效率非常重要。
空间索引是一种数据结构，用于加快对空间数据的查询和分析。
常用的空间索引方法有R树、四叉树和网格索引等。
R树是一种平衡树结构，可以将空间数据划分为不重叠的矩形区域，并将每个矩形区域关联一个叶子节点。
四叉树是一种二叉树结构，将空间数据划分为大小相等的四个象限，并将每个象限关联一个子节点。
网格索引是将空间数据划分为固定大小的网格单元，每个单元可以包含一个或多个空间数据对象。
空间索引可以将相邻的空间数据对象组织在一起，从而加快空间数据的查询和分析。
空间数据存储是指将大量的空间数据有效地存储在物理介质上。
常用的空间数据存储方法有关系型数据库、文件系统和专用数据库等。
关系型数据库是最常用的存储空间数据的方法，它可以通过表和索引来组织和管理多个空间数据对象。
文件系统是一种将空间数据以文件的形式存储在磁盘上的方法，它可以通过目录和文件名来组织和管理空间数据。
专用数据库是一种专门用于存储和处理空间数据的数据库管理系统，它提供了高效的空间数据存储和查询功能。
在实际应用中，空间数据的组织与结构对于地理信息系统、物流管理和地图导航等领域具有重要的意义。
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一、引言⑴提出背景在现代科技发展的背景下，越来越多的领域开始应用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可以帮助我们更好地理解和分析三维空间中的各种数据，如地理环境、建筑结构、工程模型等。
⑵目的本文档旨在介绍三维空间数据模型与数据结构的基本概念、关键技术和应用领域，为相关领域的从业人员和研究者提供一个参考。
二、基本概念⑴三维空间数据模型三维空间数据模型是描述三维空间中各种对象属性和关系的理论模型。
它包括点、线、面等基本几何元素和相关属性信息，如颜色、材质、纹理等。
⑵三维空间数据结构三维空间数据结构是在三维空间数据模型基础上构造的具体数据表示方式。
它包含了数据存储和索引结构，以便于快速检索和查询三维空间数据。
三、关键技术⑴数据模型建模数据模型建模是将现实世界的三维数据抽象为模型的过程。
包括定义数据对象、属性和关系等，选择适合的数据结构和数据类型，并考虑数据的一致性和完整性。
⑵数据存储和索引三维空间数据的存储和索引涉及到对数据进行组织和管理的技术。
常用的数据存储方式包括关系数据库、面向对象数据库和文件系统等。
索引的建立可以提高数据的检索效率，常见的索引结构有R树、Quadtree等。
⑶数据可视化数据可视化是将三维空间数据以直观的方式表达出来的过程。
包括选择合适的表示方法、光照和渲染技术，以及交互式的用户界面设计等。
四、应用领域⑴地理信息系统地理信息系统是应用三维空间数据模型与数据结构进行地理空间数据管理和分析的系统。
它广泛应用于地理环境、地质资源、城市规划等领域。
⑵建筑信息模型建筑信息模型是应用三维空间数据模型与数据结构进行建筑设计和管理的模型。
它能够提供全方位的建筑信息，包括结构、设备、材料等。
⑶虚拟现实与游戏虚拟现实和游戏行业借助三维空间数据模型与数据结构，实现了逼真的视觉效果和交互体验。
它广泛应用于游戏开发、虚拟现实设备等领域。
GIS原理 总复习 总结 试题
将2n×2n像元组成的图像(不足的用背景补上)按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分；不单一：递归分割。最后得到一颗四分叉的倒向树。
1）从四叉树的特点可知，一幅2n *2n栅格阵列图，具有的最大深度数为n，可能具有的层次为0，1，2，……..n、
2）每一层的栅格宽度，即每层边上包含的最大栅格数，反映了所在叶结点表示的正方形集合的大小，其值为：2（最大深度-当前层次）
百分比法
根据矩形区域内各要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码参与，如可记面积最大的两类BA也可根据B类和A类所占面积百分比数在代码中加入数字。
其它方法
10完全栅格数据结构
特点：最直观、最基本的网格存贮结构，没有进行任何压缩数据处理。
A
A
A
A
A
B
B
B
A
A
B
B
A
A
B
B
1）每行都从左到右记录；
AAAAABBBAABBAABB
在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。
链状双重独立式编码特点：
1.拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
2、当图形数据修改、删除、增加点、线、面要素后，其拓扑关系也发生改变，所以，需重新建拓扑。
5)曲面数据结构
拓扑关系的类型（点线面之间关系）
第三章空间数据结构
1.空间数据结构概念
空间数据结构指对空间数据进行合理组织，以便于进行计算机处理，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是数据模型和文件格式之间的中间媒介。
2.从现实世界到计算机世界四个层次（地理空间数据建模）
地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2
第1行第N列亮度值 波段n 波段1 第2行第1列亮度值 波段n
BSQ结构
BIP结构
BIL结构
星蓝海学习网13
以行为记录单位按行存储 地理数据。属性明显，位 置隐含。 缺点：存在大量冗余，精 度提高有限制。
星蓝海学习网14
0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
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• 优点：
• 栅格加密时，数据量不会明显 增加，压缩效率高，最大限度 保留原始栅格结构，
• 编码解码运算简单，且易于检 索、叠加、合并等操作，得到 广泛应用。
• 缺点：
• 不适合于类型连续变化或类型 区域分散的数据。
星蓝海学习网
(2)压缩栅格数据结构
块码（二维游程编码）（行，列，半径，属性值）
弧段ID a b c d e
起始点 5 7 1 13 7
终结点 1 1 13 7 5
… … … 左多边形 Q A Q D D
右多边形 A B B B A
f
13
5
Qห้องสมุดไป่ตู้
D
点号 1 2
…… 25
坐标 （x1，y1） （x2，y2）
…… （x25，y25）
g
25
弧段ID
点号
a
5,4,3,2,1
b
7,8,1
c
1,9,10,11,12,13
• 采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、 列号)和半径，再加上记录单元代码组成。特点：
• 一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。
• 块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。
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
三维空间数据模型与数据结构-精选文档
2.1三维空间数据模型的分类
从总体分 [1] 面模型 [2] 体模型
与二维空间数据模型类比分： [1] 基于镶嵌的数据模型 [2] 基于矢量的数据模型 [3] 分析型数据模型 [4] 混合数据模型
四面体格网法 (TEN)
基于镶嵌的 数据模型
单纯形剖分模型
三维格网等平面
空间枚举法 单元分解法
八叉树可分为常规八叉树、线性八叉树和三维行程 编码八叉树(3DRD)[按照存储结构分]。
某个子立方体被八等分
如图所示的空间物体，其八叉树的逻辑结构可按下图表示。 小圆圈表示该立方体未被某目标填满，或者说它含有多个目标在 其中，需要继续划分; 有阴影线的小矩形表示该立方体被某个目标填满; 空白的小矩形表示该立方体中没有目标，这两种情况都不需继续 划分。
(1)四面体格网模型(TEN)
四面体格网（Tetrahedral Network—TEN）是 一种特殊形式的栅格模型，该模型以四面体作 为描述空间实体的基本几何元素，将任意一个 三维空间实体划分为一系列邻接但不重叠的不 规则四面体。四面体格网由点、线、面和体四 类基本元素组合而成。每个四面体包含4个三 角形，每个三角形包括3条边，每条边与两个 点相关联。
其实质是2D TIN结构在3D空间上的扩展。
用四面体格网表示三维空间物体的例 子及其数据结构
(2)八叉树模型
八叉树数据结构是三维栅格数据的压缩形式，是二 维栅格数据中的四叉树在三维空间的推广，该数据 结构是将所要表示的三维空间V按X、Y、Z三个方 向从中间进行分割，把V分割成八个立方体，然后 根据每个立方体中所含的目标来决定是否对各立方 体继续进行八等分的划分，一直划分到每个立方体 被一个目标所充满，或没有目标，或其大小已成为 预先定义的不可再分的体素为止。
三维空间数据模型与数据结构简版
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1. 引言三维空间数据模型是用来描述物理空间中的对象、关系和属性的数学模型。
在计算机图形学、地理信息系统和计算机辅助设计等领域，对三维空间数据的建模与处理是至关重要的。
本文将介绍三维空间数据模型的概念以及常用的数据结构。
2. 三维空间数据模型三维空间数据模型是对物理空间中的对象和关系进行抽象和建模的数学模型。
它定义了一组与空间相关的基本元素、操作和约束。
常见的三维空间数据模型有：2.1. 矢量数据模型矢量数据模型使用点、线和多边形等基本几何要素来表示空间对象。
每个空间对象由一组坐标点构成，这些坐标点描述了对象的形状和位置信息。
矢量数据模型适合表示简单的几何要素，例如建筑物、道路和河流等。
2.2. 栅格数据模型栅格数据模型将空间对象划分为规则的网格单元，每个单元表示一个空间位置。
每个网格单元可以包含一个属性值，用于表示该位置的特征信息。
栅格数据模型适合表示连续变化的空间数据，例如高程数据和遥感图像等。
2.3. TIN数据模型TIN（三角不规则网格）数据模型使用无结构的三角形网格来表示空间对象。
每个三角形由三个顶点和三条边构成，可以表示任意形状的空间对象。
TIN数据模型在地形建模和计算机图形学中广泛应用。
3. 三维空间数据结构为了有效地存储和操作三维空间数据，需要采用适合的数据结构。
常用的三维空间数据结构有：3.1. 空间索引结构空间索引结构是一种用于加速空间查询的数据结构。
它通过将空间数据分割成多个单元，并为单元建立索引，以实现高效的空间查询。
常见的空间索引结构有四叉树、R树和KD树等。
3.2. 三角网格数据结构三角网格数据结构用于存储和管理三角不规则网格。
它可以表示复杂的空间对象，并提供快速的点定位和拓扑操作。
常见的三角网格数据结构有Delaunay三角剖分和Voronoi图等。
3.3. 多重分辨率数据结构多重分辨率数据结构将空间数据按照不同的精度进行分层存储。
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。
空间数据模型与数据结构
空间数据模型与数据结构空间数据模型是一种用于描述和操作空间数据的理论模型。
空间数据是指与地理、地质、天文等相关的二维或三维地理空间信息。
在空间数据模型中，空间对象被抽象为点、线、面或其他形状，并与属性数据（如颜色、高度等）相关联。
空间数据模型可以帮助我们更好地理解和分析空间数据，并为空间数据的存储和查询提供基础。
向量是由有序的点，线和多边形组成的，向量数据模型是基于几何对象的。
在向量数据模型中，地理空间被划分为离散的几何对象，每个对象都有唯一的标识符和属性。
常见的向量数据模型有对象集模型和拓扑模型。
对象集模型将空间数据表示为一个个独立的对象，而拓扑模型则通过描述空间对象之间的拓扑关系来表示空间数据。
栅格数据模型把地理空间划分为均匀的栅格单元，每个栅格单元都有唯一的标识符和属性。
栅格数据模型适用于以栅格为基本单位的空间数据，例如遥感影像。
栅格数据模型可以将连续的空间数据离散化，便于计算机处理和存储。
除了向量数据模型和栅格数据模型，还有其他的空间数据模型，如网格数据模型和层次化数据模型。
网格数据模型通过将地理空间划分为不规则的网格来表示空间数据。
网格数据模型适用于网格化的空间数据，如地球表面的地理栅格。
层次化数据模型是基于分层结构的数据模型，将地理空间划分为多个层次，每个层次都有不同的细节级别。
层次化数据模型可以在不同的细节级别上处理和分析空间数据。
在实际应用中，空间数据模型通常与数据库系统结合使用。
关系数据库管理系统（RDBMS）可以支持空间数据模型，并提供空间数据的存储、查询、分析和可视化功能。
此外，地理信息系统（GIS）也是空间数据管理和分析的重要工具，它结合了空间数据模型和数据库系统，可以帮助用户更好地管理和利用空间数据。
总之，空间数据模型是描述和操作空间数据的理论模型，包括向量数据模型、栅格数据模型、网格数据模型和层次化数据模型等。
空间数据模型可以帮助我们更好地理解和分析空间数据，并为空间数据的存储和查询提供基础。
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。
空间数据库管理的方法与技巧
空间数据库管理的方法与技巧随着科技的不断进步和发展，人们对于数据的需求也越来越大。
在这个信息爆炸的时代，空间数据库管理成为了一项重要的技术，用于存储和管理各种与空间相关的数据。
本文将探讨空间数据库管理的方法与技巧，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、空间数据库管理的概述空间数据库管理是对空间数据进行存储、查询和分析的过程。
它与传统的关系型数据库管理有所不同，因为空间数据具有地理位置信息，需要考虑空间关系和空间索引等因素。
空间数据库管理主要涉及数据模型、数据结构和查询语言等方面。
二、空间数据模型空间数据模型是对空间数据进行描述和组织的方法。
常用的空间数据模型有层次模型、网络模型和关系模型等。
相对于其他模型，关系模型更具优势，因为它可以方便地进行复杂的空间查询和分析。
在关系模型中，空间数据可以以二维矩阵或几何对象的形式进行存储。
三、空间数据结构空间数据结构是指对空间数据进行索引和组织的方法。
常用的空间数据结构有四叉树、R树、网格和多边形索引等。
这些数据结构可以提高查询效率和空间分析的准确性。
例如，四叉树可以将空间数据按照空间位置划分成四个象限，从而方便地进行范围查询。
四、空间查询语言空间查询语言是指用于查询空间数据的语言和语法。
常用的空间查询语言有SQL和OGC标准中定义的空间查询语言。
SQL是一种通用的关系数据库查询语言，但是对于空间数据的查询需要扩展。
OGC标准中定义的空间查询语言包括空间谓词和空间运算，可以方便地对空间数据进行查询和分析。
五、空间索引优化空间索引优化是指对空间数据进行索引和优化的过程。
由于空间数据的特异性，传统的索引方法可能无法满足对空间查询的需求。
因此，需要针对空间数据设计合适的索引结构，如R树和网格等，以提高查询效率和数据分析的准确性。
六、空间数据可视化空间数据可视化是指将空间数据以图形的方式展示出来，以便于用户的理解和分析。
常用的空间数据可视化方法包括点图、线图和面图等。
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物理表示与组织：物理组织主要是考虑如何在外存储器上 以最优的形式存放数据，通常要考虑操作效率、响应时间、 空间利用和总的开销。
➢ 层次逻辑数据模型的物理表示方法主要有物理邻接法、表结构法、 目录法。
➢ 网络数据模型的物理表示方法主要有变长指针表、位图法、目录 法等。
➢ 关系数据模型的物理表示是用关系表进行的。
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数据建模过程
数据建模过程分为三步：
➢ 选择一种数据模型来对现实世界的数据进行组织； ➢ 选择一种数据结构来表达该数据模型； ➢ 选择一种适合于记录该数据结构的文件格式。
矢量数据模型已经历了CAD模型、地理相关 数据模型（Coverage模型）和面向对象的数 据模型（Geodatabase模型）三个发展阶段。
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矢 量 模 型
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1.4 网络模型
网络模型用于描述现实世界中的线性系统，如道路 交通网络、给排水系统、电力网络等。
因此，一种空间数据建模可能有几种可选的数据结构，而 每一种数据结构又可能有多种文件格式进行存储。
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地理信息系统中最常用的数据组织方式为矢 量模型和栅格模型。在矢量模型中，用点、 线、面表达世界，在栅格模型中用空间单元 （Cell）或像元（Pixel）来表达。
模型是对现实世界的简化表达。 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基本方法。
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1.1 概述
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三个有机联系的层次 组成。
物理数据模型
图3-1-1 空间数据模型的三个层次
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概念数据模型
由于职业、专业等的不同，人们所关心的问题、研究对象、 期望的结果等方面存在着差异，因而对现实世界的描述和 抽象也是不同的，形成了不同的用户视图，称之为外模式。 GIS空间数据模型的概念模型是考虑用户需求的共性，用 统一的语言描述和综合、集成各用户视图。
➢概念数据模型是关于实体及实体间联系的抽象 概念集
➢逻辑数据模型是表达概念数据模型中数据实体 （或记录）及其间关系
➢物理数据模型是描述数据在计算机中的物理组 织、存储路径和数据库结构
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现实空间世界
外模式 1
外模式 2
外模式 3
空间概念数据模型
逻辑数据模型
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Geodatabase 对线性网络系统有两种描述模型：几何 网络模型（ geometric network）和逻辑网络模型 （logical network）。
➢ 几何网络模型是组成线性网络系统的要素的集合，是由 边线和交汇点相连组成的系统 。一条边线有两个交汇点， 而一个交汇点可以与任何数量的边线相连。几何网络模 型是从要素集合的视角来看网络模型。
网络模型将线性系统抽象为边线（Edges）和交汇 点（Junctions）的集合；边线和边线之间通过交汇 点相连，流（flow）（如汽车流、电流和水流）可 以从一条边线传输到另一条边线。
边线如街道、传输线路、管道以及河段等； 交汇点如街道交叉点、保险丝、开关、服务中心以
及河流的汇合点等。
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结构化逻辑数据模型
➢ 层次数据模型：按树型结构组织数据记录，以反映数据之间的隶 属或层次关系。
➢ 网络数据模型
面向操作的逻辑数据模型
➢ 关系数据模型 ：用二维表格表达数据实体之间的关系，用关系操 作提取或查询数据实体之间的关系
对象数据模型
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物理数据模型
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1.2 基于场的栅格模型
场模型用于模拟一定空间内连ห้องสมุดไป่ตู้变化的地 理现象。
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。
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栅格数据模型是场模型的典型代表，它是将连续空间离散 化，即用栅格单元划分整个连续空间；栅格单元可以分为 规则的和不规则的；
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第三部分 空间数据模型与数据结构
目标要求：了解、掌握GIS空间数据模型的 概念；了解、掌握常用的矢量数据结构和栅 格数据结构。
➢ 空间数据模型 ➢ 栅格数据结构 ➢ 矢量数据结构 ➢ 两种数据结构的比较与转换
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§1 空间数据模型
例如，表示地表高程的空间数据可以选用
➢ 栅格模型进行组织，栅格模型选用游程编码这一数据结构进行表 达，处理后的数据则以文件形式进行存储。
➢ 地表也可用矢量模型来组织，即以等高线来表示地表，数据以拓 扑结构进行安排并且以 DLG文件格式存储。
➢ 不规则三角网（TIN）模型，是另一种能很好地表达高程数据的数 据模型。
栅格单元的特征参数有尺寸、形状、方位和间距。 在边数从3到N的规则栅格单元中，方格、三角形和六角形
是空间数据处理中最常用的。
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栅格模型的分层表达
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1.3 基于要素的矢量模型
基于要素的矢量模型将现实世界抽象为各类 要素的集合，要素的空间位置用一系列特征 点的X、Y（、Z）坐标来表达，要素之间的 空间关系主要通过拓扑关系来表达。
概念数据模型是关于实体及实体间联系的抽象概念集。 ➢ 场模型--栅格数据模型 ➢ 要素模型--矢量数据模型 ➢ 网络模型 ➢ ……
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空间逻辑数据模型
逻辑数据模型是根据概念数据模型确定的空间数据库信息 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，可以有若干不同的实现方法。