第三章空间数据模型
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地理信息系统 第三章地理空间数据模型
按实体的属性结构
同种属性表为一个层
按专题分层
每个图层对应一个专题，包含某一种 或某一类数据。如地貌层、水系层、道 路层、居民地层等。。
现实世界
获取
地形信息
+
水系信息
+
道路信息
+
植被信息等
存储
空间 数据库
按时间序列分层
即把不同 时间或不同时 期的数据分别 构成各个数据 层
图层i 图层j
点文件i 线文件i
代码有数字、字母、数字和字母混合三类表示形式。
数字型代码
用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。特点是结构 简单、使用方便、易于排序，但对对象的特征描述不直观。
字母型代码
用一个或若干个字母表示对象的代码。特点是比同样位数 的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信息，易于记 忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。
空间数据的分层和分区
地理信息本身具有层次性。分层和分区 是空间数据组织的高级形式，为管理和 使用提供了便利 分层依据地理实体性质 分区依据平面范围
分层
按专题
地貌、水系、植被、交通、居民地等
按时间
不同时间的数据成为不同层，便于对比、处理、表 现。如每年建的住宅用不同的颜色表现
按实体的几何类型
一般按点、线、面、注记
格网型空间索引
将区域用横竖线条划分大小相等和不等 的格网，记录每一个格网所包含的空间 实体。进行空间查询时，首先计算出查 询对象所在格网，然后再在该网格中快 速查询所选空间实体。
一条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键字分别为5，11和 23。河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅格为 68，69，100，101；省界所通过的栅格为5，37，36，35，67， 99，98，97。
同种属性表为一个层
按专题分层
每个图层对应一个专题，包含某一种 或某一类数据。如地貌层、水系层、道 路层、居民地层等。。
现实世界
获取
地形信息
+
水系信息
+
道路信息
+
植被信息等
存储
空间 数据库
按时间序列分层
即把不同 时间或不同时 期的数据分别 构成各个数据 层
图层i 图层j
点文件i 线文件i
代码有数字、字母、数字和字母混合三类表示形式。
数字型代码
用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。特点是结构 简单、使用方便、易于排序，但对对象的特征描述不直观。
字母型代码
用一个或若干个字母表示对象的代码。特点是比同样位数 的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信息，易于记 忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。
空间数据的分层和分区
地理信息本身具有层次性。分层和分区 是空间数据组织的高级形式，为管理和 使用提供了便利 分层依据地理实体性质 分区依据平面范围
分层
按专题
地貌、水系、植被、交通、居民地等
按时间
不同时间的数据成为不同层，便于对比、处理、表 现。如每年建的住宅用不同的颜色表现
按实体的几何类型
一般按点、线、面、注记
格网型空间索引
将区域用横竖线条划分大小相等和不等 的格网，记录每一个格网所包含的空间 实体。进行空间查询时，首先计算出查 询对象所在格网，然后再在该网格中快 速查询所选空间实体。
一条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键字分别为5，11和 23。河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅格为 68，69，100，101；省界所通过的栅格为5，37，36，35，67， 99，98，97。
06 第三章 空间数据模型 4- 7节 TIN模型及模型比较
4
B C D E F
G K P
12
H
10
J M
9
11
G H I J ...
N
13 14
O
Q
S
15
Node Attribute Table
Node 1 2 3 X x1 x2 x3 Y y1 y2 y3 Z z1 z2 z3
...
...
...
...
三、TIN的生成
1. 如何选择点（How to pick points）？
一、模型的比较
1. 理解和感知的差异 2. 模型特性的差异
理解和感知的差异
现实世界
完全定义或可定义 的实体(如地籍)
概念模型
连续但可定义的对象 (如高程表面)
平滑和连续的空间变化 (如温度)
数据模型 及其表达
边界轮廓 (点、线、多边形)
矢量
表面 (三角形表面) TIN
镶嵌 (正方形, 像元)
栅格
3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 1 7 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 1 7 7 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 1 7 7 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 1 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 1 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 1 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 1 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 2 1 7 7 7 7 7 7 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7 4 4 4 4 4 6 6 6 6 6 6 2 7 7 7 7
第三章 空间数据模型
• 地理系统是个开放的复杂系统，所谓开放就是与 其它系统有关联，所谓复杂就是子系统种类非常 多
• 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统
• GIS涉及范围主要在地球表层空间，即岩石圈、 水圈、生物圈、大气圈
• 地理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
拓扑点n 拓扑链n 拓扑Biblioteka n拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑关系－－隐式表达
拓扑链 始拓扑点 终拓扑点 左拓扑面 右拓扑面
1 .能够派生出所有的以显示表达的拓扑关系 2 .避免数据存储冗余
3 .拓扑数据能以定长关系表格形式存储
4.空间对象的矢量表达
• 矢量模型最小单元与它表达的真实世界空 间实体有直接的对应关系
第三章 空间数据模型
邹逸江
目录
• 地理系统与地理现象 • 空间对象及其定义 • 空间对象描述 • 空间对象关系 • 空间对象的矢量表达 • 空间对象的栅格表达 • 矢量与栅格数据结构比较 • 混合数据结构与一体化数据结构 • 空间对象的地面高程模型表达 • 空间对象的编码体系
1.地理系统与地理现象－－地理系统
• 相离关系：面与面相互隔离（与水库相隔5公里的 湖泊）
• 包含关系：一个面完全落入另一个面内（省级行 政边界内包含了县级行政边界）
• 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－空间拓扑关系
• 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合 • 相离、相交、重合空间对象关系：不适合用固定
的表达式（数学计算）事先表达出来
• 将地理现象进行抽象得到空间对象 • 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对
象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 • 0维空间对象的定义 • 1维空间对象的定义 • 2维空间对象的定义 • 3维空间对象的定义
• 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统
• GIS涉及范围主要在地球表层空间，即岩石圈、 水圈、生物圈、大气圈
• 地理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
拓扑点n 拓扑链n 拓扑Biblioteka n拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑关系－－隐式表达
拓扑链 始拓扑点 终拓扑点 左拓扑面 右拓扑面
1 .能够派生出所有的以显示表达的拓扑关系 2 .避免数据存储冗余
3 .拓扑数据能以定长关系表格形式存储
4.空间对象的矢量表达
• 矢量模型最小单元与它表达的真实世界空 间实体有直接的对应关系
第三章 空间数据模型
邹逸江
目录
• 地理系统与地理现象 • 空间对象及其定义 • 空间对象描述 • 空间对象关系 • 空间对象的矢量表达 • 空间对象的栅格表达 • 矢量与栅格数据结构比较 • 混合数据结构与一体化数据结构 • 空间对象的地面高程模型表达 • 空间对象的编码体系
1.地理系统与地理现象－－地理系统
• 相离关系：面与面相互隔离（与水库相隔5公里的 湖泊）
• 包含关系：一个面完全落入另一个面内（省级行 政边界内包含了县级行政边界）
• 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－空间拓扑关系
• 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合 • 相离、相交、重合空间对象关系：不适合用固定
的表达式（数学计算）事先表达出来
• 将地理现象进行抽象得到空间对象 • 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对
象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 • 0维空间对象的定义 • 1维空间对象的定义 • 2维空间对象的定义 • 3维空间对象的定义
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。
第3章 空间数据模型
＊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；
＊小面块之间不重叠且能完整铺满整个地理空间； ＊根据面块的形状，镶嵌数据模型可分为 规则镶嵌数据模型 不规则镶嵌数据模型
规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
TIN和Voronoi多边形数据模型
Voronoi 图又称为Dirichlet ( tessellation) ,其概念由 Dirichlet 于1850 年首先提出; 1907 后俄国数学家 Voronoi 对此作了进一步阐述,并提出高次方程化简; 1911 年荷兰气候学Thiessen为提高大面积气象预报 的准确度,应用Voronoi 图对气象观测站进行了有效 区域划分。因此在二维空间中,Voronoi 图也称为泰 森多边形。
2 作为两个面域之间的一个边界。
3 作为一个面域特征，精确表达河流的堤岸、辫 状河道以及河流上的运河。
4 作为一条曲线以构成表面模型上的沟槽。根据 地表上河流的路径，可以算出其横截面、落差度、 排水流域以及在预测降雨下的洪水爆发可能性。
针对真实的世界，每一个人都在创建他 自己的主观模型。GIS的观点是为真实世 界建立一个通用的模型。
泰森（Thiessen)多边形的特点： 1 组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直； 2 多边形内的任意位置总是离该多边形内样点的距 离最近，离相邻多边形内样点距离远； 3 每个多边形内包含且仅包含一个样点。
（五）面向对象数据模型
为了有效地描述复杂的事物或现象，需要 在更高层次上综合利用和管理多种数据结构 和数据模型，并用面向对象的方法进行统一 的抽象。
空间逻辑数据模型作为概念模型向 物理模型转换的桥梁，是根据概念模型 确定的空间信息内容，以计算机能理解 和处理的形式，具体地表达空间实体及 其关系。
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）
3 空间数据模型
00090770
06907777
09007770
09007770
90000000
（a）点、线、面数据
（b）栅格表示
点、线、面数据的栅格结构表示
• 栅格数据类型
– 常用的栅格数据类型包括卫星影像、数字高程 数据、数字正射影像、数字扫描地图和数字栅 格图形。
• 栅格数据编码
– 直接栅格编码、链式编码、游程长度编码、四 叉树编码
– “橡皮板几何学”：可以设想一块高质量的橡皮板， 它的表面是欧式平面，这块橡皮可以任意弯曲、拉伸 、压缩，但不能扭转和折叠，表面上有点、线、多边 形等组成的几何图形。
• 拓扑元素：
– 点：
• 孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点
– 线：
• 两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段
– 面：
• 若干弧段组成的多边形
➢ 特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性 和一致性 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦
➢ 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析
3.4.2.2 拓扑数据结构
• 不仅表达几何位置和属性，还表示空间关 系
– 拓扑关系：描述空间对象的邻接、关联、连通和包含 等
– 空间方位关系：描述空间对象在空间上的排列次序， 如前后、左右、东、西、南、北等。
– 空间度量关系：描述空间对象之间的距离等。
• 拓扑关系
– 拓扑(Topology)一词来自于希腊文，意思是形状的研究 。
– 拓扑学是几何学的一个分支，研究在拓扑变换下能够 保持不变的几何属性—拓扑属性。
• 属性特征
– 属性特征也称为专题特征或功能特征，通过属性数据 表达空间实体内在的性质和相关关系。
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2 第1行第1列亮度值
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
星蓝海学习网
• 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
星蓝海学习网
• 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。
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(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。
第三章 空间概念和数据模型
3.1 空间信息模型 三、空间对象操作
面向方位的操作：
绝对的：以全球作为参照系，如东、西、南、 北、东北等 相对的：以给定目标为参照，如左、右、前、 后、上、下等
面向度量的操作：
度量空间：集合X满足下列条件就称为一个度量 空间：如果对X中的任意一点对x、y，都存在与之 相关联的实数d(x,y)，称x到y的距离（也称为一种 度量），且对于任意x、y、z满足如下性质：
3.1 空间信息模型 六、空间对象模型小结
OGIS 标准预定义了一系列空间数据类型和操作 空间对象模型和面向对象的软件有很多相似之处 可以方便地和多种语言集成，采用类似Java, C++, Visual basic等编程实现建模（如2.1.6节中JAVA程序实 现） 和后关系数据库（Post-relational databases, e.g. OODBMS, ORDBMS）集成。
3.1 空间信息模型 二、对象模型
对象模型： 对象：空间信息中可以抽象成明确的、可识别的和 相关的事物或实体。 对象具有相应的属性和方法 以道路图为例： 对象：道路, 里程碑, ... 道路对象属性： 空间属性：位置, 如道路的多边形边界 非空间属性：道路名, 道路类型 (国道、省道等),车 道数, 限速等 道路对象的方法： 确定道路中心线,确定道路长度, 确 定道路交叉口等
Dimension
Point
Curve Surface
City
River Country
0
1 2
OGIS数据模型中的空间对象 UML表示
3.1 空间信息模型 三、空间对象操作
面向集合的：面向集合的空间操作。在所有内
嵌空间中，最简单且最通用的类型是面向集合的 内嵌空间。这种集合可以利用一些常见的关系， 即在基于集合的关系中常见的并、交、包含和属 于关系。层次关系（如森林包含林分，州立公园 包含森林，州包含州立公园）就适于用集合理论 来建模 。如两个多边形的相交操作产生一个新的 多边形。
北师大地理信息系统课件03空间数据模型
因此，最好的通用数据模型是不存在的，数据模型优劣取决于 你的需要，使用数据的方式和目的才是决定数据模型优劣的标 准。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子：
河流作为组成网络的一系列要素。每条线段都拥有流量、容量和其他属性 。这时可以使用线性网络模型（几何网络）来分析水文流量或者船务运输 等。
空间事物或现象 选择、综合、简化和抽象
概念世界
数据世界 （计算机）
概念模型 Conceptial Model
最高层
编码、表达、建立空间关系
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
信息
11 地理空间数学基础
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子： 即使在同一数据模型中，每种空间数据也有不同的表达方式。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据概念模型类型
现有GIS中常用的空间数据概念模型主要有三个： 场(Field)模型：强调空间要素的连续性
地图使用者的认识模型
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
维度世界：度 量语言
地理空间世 界：GIS 语言
概念世界：自 然语言
现实世界：基 本语言
地理空间数学基础
对现实世界的抽象
项目世界： 信息团体
点世界：坐标 几何
几何世界：WKT
OpenGIS的九层模 型
要素世界：要 素
第3章 空间数据模型
第三节 要素模型
1、欧氏平面上的空间对象类型
图3-8表示了在连续的二维欧氏平面上的一种可能的对象继承等级图。
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
图3-8：连续空间对象类型的继承等级
第三节 要素模型
图3-8：连续空间对象类型的继承等级
第三节 要素模型
第二节 场模型
二、场的特征
1、空间分辨率和属性域 2、连续和分段连续
3、各向同性和各向异性：各种性质是否随方向的变化而变化是空间场的一
个重要特征。如果一个场中的所有性质都与方向无关，则称为各向同性场 (Isotropic Field)。反之与方位有关的场称为各向异性场（Anisotropic Field）。 4、空间自相关：空间自相关是空间场中的数值聚集程度的一种量度,距离近 的事物之间的联系性强于距离远的事物之间的联系性。一个空间场中类似的 数值有聚集的倾向，则空间场表现出很强的正空间自相关；如类似属性值在
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
第三节 要素模型
“空间对象”具有最高抽象层次，它派生为零维的点对象和延伸对象，延伸
对象又可以派生一维和二维对象类。一维对象的两个子类：弧和环（Loop），如
果没有相交，则称为简单弧（Simple Arc）和简单环（Simple Loop）。二维空 间对象类中连通的面对象称为面域对象，没有“洞”的简单面域对象称为域单位 对象。 2、离散欧氏平面上的空间对象 欧氏空间的平面因连续而不可计算，必须离散化才适合于计算。图3-8中所 有连续类型的离散形式都存在。图3-9表示了部分离散一维对象继承等级关系。
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。
p03第三章 空间数据模型-第六-八节2
要素的特点
① 要素具有形状 ② 要素具有空间参考 ③ 要素具有属性 ④ 要素具有子类 ⑤ 要素具有关联 ⑥ 要素属性可以被限制 ⑦ 要素能用规则来验证 ⑧ 要素具有拓扑关系 ⑨ 要素具有复杂的行为
1）要素具有形状
要素的形状是以 Geometry （shape）这么一个特殊字段存储在要素类 表中的。要素可以用以下这些几何类型表达： 点或多点（一组点） 线（一组相连或不相连的线段） 多边形（不相邻或嵌套的环）。环是由一组连接的、闭合的、不 相交的线段组成的
• 属性关联：也可以定义非空间对象的关联，如房屋与 其主人的关系。
6）要素属性可以被限制
• 为加强数据录入的准确性，还可以制定属性域对要素的属性 进行限定。属性域，表现为一个数值范围或合法值的列表， 也可以在要素创建之时为其属性自动分配一个缺省值。可以 在要素类中为不同的子类设置不同的属性域和缺省值。
要素集中可以存储对象（Objects）、要素（features）及关联 类（Relationship class）和拓扑、几何网络。
对象、要素和关联类直接存储在 Geodatabase 中，不需要非得 存放在要素集中。
二、对象类
• 对象类是Geodatabase中的一个表，保存与地理对 象相关联的描述性信息；
7）要素能用规则来验证
• 现实世界中的对象存在或改变都是必须遵循一定规则 的。可以用这样的规则来限制几何网络中元素的制约 规则，或者定义这些元素关联的对应基数。
8）要素可具有拓扑关系
各类型要素之间具有的精确的空间位置关系就叫做拓扑。 例如，宗地 的二级小分块必须是彼此严格毗邻的，不允许有缝隙和重叠。这种二 维关系称为平面拓扑。
第八节、面向对象的空间数据模型介绍
空间数据模型
Equals(anotherGeometry)
Disjoint(anotherGeometry ) Intersects(anotherGeometry ) Touches(anotherGeometry ) 空间 Crosses(anotherGeometry) 关系 Within(anotherGeometry) 运算
3.2.2 网状数据模型
在网状数据模型中，虽然每个结点可以有多个 父结点，但是每个双亲记录和子女记录之间的 联系只能是1：N的联系，对于M：N的联系， 必须人为地增加记录类型， 把M：N的联系分 解为M个1：N的二元联系。
学生/选课/课程的网状模型
3.2.2 网状数据模型
网状模型在具体实现时，把整个模型划
OGC的SFS中定义的空间操作算子包括基本操作、 空间关系运算和空间分析操作。
操作 方法名称
类别 Dimension ( ) GeometryType ( ) SRID ( )
基本 Envelope( ) AsText( )
操作 AsBinary( ) IsEmpty( ) IsSimple( ) Boundary( )
3.3 面向对象模型
类（class）：是属性集和方法集相同的所有 对象的组合。
类允许嵌套结构。
可以在现在类的基础上通过继承来构造新的 类。现在的类称为超类，新子类是从现有类 中派生出来的，称派生类。子类继承超类上 定义的全部属性和方法，实现了软件的可重 用性。同时，子类还可以包含其他的属性和 方法。
通过继承构造类，采用多态性为每个类指定 其表现行为。
3.3 面向对象模型
面向对象模型是采用面向对象的观点来描述现实世
界中实体及其联系的模型，现实世界中的实体都被
第3章 空间数据模型
– 现实世界许多地理事物和现象可以构成网络，如公路、 铁路、通讯线路、管道、自然界中的物质流、物量流 和信息流等
空间数据概念模型
• 网络是由一系列节点和环链组成的，与对象模型 没有本质的区别 • 网络模型可以看成对象模型的一个特例，它是由 点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的 • 空间数据概念模型归结为对象模型（或称要素模 型）和场模型（或称域模型）两类
空间数据概念模型
• 不规则多边形区。将平面区域划分为简单连通的多边形区 域，每个多边形区域的边界由一组点所定义；每个多边形 区域对应一个属性常量值，而忽略区域内部属性的细节变 化 • 不规则三角形区。将平面区域划分为简单连通三角形区域， 三角形的顶点由样点定义，且每个顶点对应一个属性值； 三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到 • 等值线。用一组等值线C1，C2，…，Cn，将平面区域划 分成若干个区域。每条等值线对应一个属性值，两条等值 线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值
（a） 规则分布的点
（ b ） 不规则分布的 点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
空间数据概念模型
• 网络模型
– 网络模型与对象模型类似，都是描述不连续的地理现 象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个 地理现象之间的连通情况 – 网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接 的线（段）构成
地理空间与空间实体
• 属性特征
– 也称为非空间特征或专题特征，是与空间实体相联系 的、表征空间实体本身性质的数据或数量，如实体的 类型语义定义、量值等 – 类型
• 定性属性，如名称、类型、特性等 • 定量属性，如数量、等级等
空间数据概念模型
• 网络是由一系列节点和环链组成的，与对象模型 没有本质的区别 • 网络模型可以看成对象模型的一个特例，它是由 点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的 • 空间数据概念模型归结为对象模型（或称要素模 型）和场模型（或称域模型）两类
空间数据概念模型
• 不规则多边形区。将平面区域划分为简单连通的多边形区 域，每个多边形区域的边界由一组点所定义；每个多边形 区域对应一个属性常量值，而忽略区域内部属性的细节变 化 • 不规则三角形区。将平面区域划分为简单连通三角形区域， 三角形的顶点由样点定义，且每个顶点对应一个属性值； 三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到 • 等值线。用一组等值线C1，C2，…，Cn，将平面区域划 分成若干个区域。每条等值线对应一个属性值，两条等值 线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值
（a） 规则分布的点
（ b ） 不规则分布的 点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
空间数据概念模型
• 网络模型
– 网络模型与对象模型类似，都是描述不连续的地理现 象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个 地理现象之间的连通情况 – 网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接 的线（段）构成
地理空间与空间实体
• 属性特征
– 也称为非空间特征或专题特征，是与空间实体相联系 的、表征空间实体本身性质的数据或数量，如实体的 类型语义定义、量值等 – 类型
• 定性属性，如名称、类型、特性等 • 定量属性，如数量、等级等
第三章空间数据模型第2节栅格数据模型
5
7
D
5
8
C
5
8
Full Raster Encoding (100 Values)
Rows
Columns 0123456789 0 AAAAAAAAAA 1 AAAAAAAAAA 2 AAAABBBBBB 3 AAAABBBBBB 4 DDDDBBBBBB 5 DDDDDBBBBB 6 DDDDDCCCCC 7 DDDDDCCCCC 8 DDDDDCCCCC 9 DDDDCCCCCC
(88 bytes)
4、四杈树编码－概念
四 叉 树 分 割
四杈树编码－数据表达
三、计算机中的栅格数据
• DEM示例
地形表达
地形表达 DEM
地形表达
等值线表示
污染浓度表示
等高线的栅格表示
四、栅格数据总结
1. 面积被表达为栅格矩阵
栅格是基本元素（像元）
2. 空间描述的详细程度依赖于栅格的大小 3. 存储要求高，需要压缩
第三章 空间数据模型
主要内容
第一节 关系数据模型 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型 第四节 矢量数据模型TIN 第五节 空间数据模型比较 第六节 属性数据与空间数据的连接 第七节 数据模型发展趋势
第二节 栅格数据模型
一．栅格表达 二．栅格数据压缩技术 三．计算机中的栅格数据 四．栅格数据总结
1 2 34 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
作业：分别用块状编码和标准游程长度编码对此图像进行编码
栅格表达的 精度-分辨率 的大小，依 赖于栅格的 大小
存储量和精 度的矛盾
分辨率与存储单元示意图
思考题
1. 感知世界的二分法是什么？地理信息的空间变化在 这种二分法下是如何被感知的？
第三章-空间数据模型
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
P1 P2 P3 P4 P1 -- 1 1 1 P2 1 -- 1 0 P3 1 1 -- 0 P4 1 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
V1 V2 V3 …
V1 -- 1 0 V2 1 -- 1 V3 0 1 --
4）拓扑包含：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
P2
P1
P2
P3 P2
P1 P1
P2
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： 面 构成面的弧段 （2） 链--结点关系： 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
2 杨树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
3 松树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
空间对象的矢量数据模型
3.4 空间逻辑数据模型
二、栅格数据模型
在栅格数据模型中，点实体是一 个栅格单元（cell）或像元，线实体 由一串彼此相连的像元构成，面实 体则由一系列相邻的像元构成，像 元的大小是一致的。
象）
分类
子类/超类 等效
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性
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
P1 P2 P3 P4 P1 -- 1 1 1 P2 1 -- 1 0 P3 1 1 -- 0 P4 1 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
V1 V2 V3 …
V1 -- 1 0 V2 1 -- 1 V3 0 1 --
4）拓扑包含：指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
主要的拓扑关系：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
P2
P1
P2
P3 P2
P1 P1
P2
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： 面 构成面的弧段 （2） 链--结点关系： 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
2 杨树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
3 松树 x1, y1；x2, y2；…； 林 xn, yn; x1, y1
空间对象的矢量数据模型
3.4 空间逻辑数据模型
二、栅格数据模型
在栅格数据模型中，点实体是一 个栅格单元（cell）或像元，线实体 由一串彼此相连的像元构成，面实 体则由一系列相邻的像元构成，像 元的大小是一致的。
象）
分类
子类/超类 等效
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性
第三章 空间数据模型PPT课件
从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态 （在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动 状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变 化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相 互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、 能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空 间现象和问题。
2
1．1概念
7
2．场模型
对于模拟具有一定空间内连续分布特点的现象来说， 基于场的观点是合适的。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。根据应用的不同，场可以表 现为二维或三维。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。
8
场模型可以表示为如下的数学公式： z:s =z(s) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
值域维数
自变量
因变量
1
空间坐标（高程）
高度z处的气温
3空间坐标
地表高程
1
空间坐标
土壤的孔隙度
3
空 间 坐 标 （ λ , φ 经 纬 度 ，风速（三维矢量）
z高度）
3
9
空间坐标
压力张量
4
1
p压力面，t时间
潜温
3
∞
p压力面
时间序列的潜温
5
1
x,y,z,t时空坐标，λ波长 波长λ的电磁波在x,y,z,t处
11
2．1．2连续的、可微的、离散 的
如果空间域函数连续的话， 空间域也就是连续的，即 随着空间位置的微小变化， 其属性值也将发生微小变 化，不会出现像数字高程 模型中的悬崖那样的突变 值。只有在空间结构和属 性域中恰当地定义了“微 小变化”，“连续”的意 义才确切；
2
1．1概念
7
2．场模型
对于模拟具有一定空间内连续分布特点的现象来说， 基于场的观点是合适的。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。根据应用的不同，场可以表 现为二维或三维。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。
8
场模型可以表示为如下的数学公式： z:s =z(s) 上式中，z为可度量的函数，s表示空间中的位置，因
值域维数
自变量
因变量
1
空间坐标（高程）
高度z处的气温
3空间坐标
地表高程
1
空间坐标
土壤的孔隙度
3
空 间 坐 标 （ λ , φ 经 纬 度 ，风速（三维矢量）
z高度）
3
9
空间坐标
压力张量
4
1
p压力面，t时间
潜温
3
∞
p压力面
时间序列的潜温
5
1
x,y,z,t时空坐标，λ波长 波长λ的电磁波在x,y,z,t处
11
2．1．2连续的、可微的、离散 的
如果空间域函数连续的话， 空间域也就是连续的，即 随着空间位置的微小变化， 其属性值也将发生微小变 化，不会出现像数字高程 模型中的悬崖那样的突变 值。只有在空间结构和属 性域中恰当地定义了“微 小变化”，“连续”的意 义才确切；
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第三章 空间数据模型
邹逸江
目录
? 地理系统与地理现象 ? 空间对象及其定义 ? 空间对象描述 ? 空间对象关系 ? 空间对象的矢量表达 ? 空间对象的栅格表达 ? 矢量与栅格数据结构比较 ? 混合数据结构与一体化数据结构 ? 空间对象的地面高程模型表达 ? 空间对象的编码体系
1.地理系统与地理现象－－地理系统
? 相交关系：点在线上（标示牌往往在道路的某一 位置上）
? 相离关系：点不在线的端点或线上（独立房屋在 道路的一旁）
? 包含关系：线包含点等同相交关系，点包含线等 同不存在
? 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－点与面
? 邻接关系：点在面的公共边界交点上（一个居民 地正好在几个行政区划边界上）
? 相交关系：点在面的边界上（一个居民地正好在 某一行政区划边界上）
? 0维空间对象包括：实体点，非实体点和像素点 ? 实体点：标示地理要素点特征位置的几何点 ? 非实体点：标示地理要素其它特征位置几何点
（1）标号点：标示地理要素文本信息位置几何点 （2）面标示点：标示地理要素面特征位置几何点 （3）拓扑节点：标示地理要素拓扑关系拓扑链的
公共接点 （4）节点：用于组成链的几何点集合 ? 像素点：用于标示图像栅格点
1.地理系统与地理现象－－地理现象
? 呈点状分布的地理现象（城镇、居民地、 车站、工厂、火山口、山峰等）
? 呈线状分布的地理现象（河流、海岸、铁 路、公路、地下管线等）
? 呈面状分布的地理现象（土壤、耕地、森 林、草原、沙漠等）
? 呈体状分布的地理现象（云、水体、矿体、 地铁站、高层建筑等）
2.空间对象及其定义
? 2维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标 系内的二维延展特征
? 2维空间对象包括：面，环，标示点 ? 面：公共面链组成的，如行政区划 ? 环：环链组成的，如独立湖泊 ? 标示点：表示面或环属性的代表点 ? 内面：包括其边界的内部称内部面 ? 外面：包括其边界的外部称外部面 ? GIS通常讨论的是内面
3 维空间对象定义
? 3维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标系内的 三维延展特征
? 3维空间对象包括：体，体元，标示体元 ? 体：由多个体元和相应的标示体元组合而成 ? 体元：表示三维实体的体元素，是一种方形实体，
是三维实体中最小的不可再分割的元素 ? 标示体元：类似于面内的标示点，用来标示一个
三维体空间
? 交通（铁路；铁路车站及附属设施；公路；其它道路；附属 建筑物等 ）
? 居民地及附属设施（建筑物；街区；其它建筑物等 ） ? 地貌（等高线；地貌高程；雪山地貌；黄土地貌；岩溶地貌；
风尘地貌；火山地貌；其他地貌等 ） ? 植被（林地；田地；地类界线等 ） ? 土质（泥、沙、砾石等） ? 管线（电力线；通信线；管道 ） ? 境界与政区（国界；国内境界；行政区；其他界线 ） ? 测量控制点 ? 独立地物
? 地理系统是个开放的复杂系统，所谓开放就是与 其它系统有关联，所谓复杂就是子系统种类非常 多
? 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统
? G理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
? 矢量空间对象具有几何特性、属性特性和空间对 象关系描述，而栅格空间对象具有几何特性、属 性特性
3.空间对象关系
? 矢量空间对象才有空间对象关系描述 ? 矢量空间对象关系种类：相邻、相离、相
交、包含、重合 ? 空间对象关系形式：点与点、点与线、点
与面、线与线、线与面、面与面
3.空间对象关系－－点与点
1 维空间对象定义
? 1维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标 系中的若干个坐标对序列
? 1维空间对象包括：线段，弧段，链 ? 线段：两节点间的直线 ? 弧段：是形成一曲线的节点轨迹，可用数
学函数定义 ? 链：由弧段或线段组合而成，即弧段或线
段的无分支而有方向的序列集合
? 链包括：网链，面链和环链
? 相离关系：点远离面的边界（水塔远离水库 5公里） ? 包含关系：面包含点，点落在面内（沙漠区域中
地球内部系统
地理系统 地球表层空间
天体系统
自然环境系统
专题环境系统
地貌、土壤、气候、 土地利用、水文、 生物、海 洋、 . . . . . .
人口、工业农业、 交通运输、建筑、 商业、贸易业、科 学、教育、卫生、 体育、金融、财 政、. . . . . .
人地关系系统
地理要素
? 水系（岸线、岸；河流；运河、渠道；湖泊、水库、池塘； 水利设施；其它水系要素；一般堤；防波堤；港口、码头； 泊位、系泊绞缆设施；陆地、海洋、岛屿；干出滩 等）
? 将地理现象进行抽象得到空间对象 ? 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对
象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 ? 0维空间对象的定义 ? 1维空间对象的定义 ? 2维空间对象的定义 ? 3维空间对象的定义
0 维空间对象定义
? 0维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标系中的 一对坐标
? 邻接关系：两个点邻接同一位置（相隔 0公里的两 个独立水塔）
? 相交关系：等同重合关系 ? 相离关系：两个点不在同一位置（相隔 10公里的
两个独立水塔） ? 包含关系：等同重合关系 ? 重合关系：两个点在同一位置（两条路交叉口的
信号灯重合）
3.空间对象关系－－点与线
? 邻接关系：点在线的端点上（收费站往往在道路 的一端）
? 网链：一条可以不能定位左右多边形，但 能定位始末拓扑节点的链，是二维网络拓 扑组成部分，如交通网
? 面链：一条可以显示地定位左右多边形， 能定位始末节点的链，是二维面拓扑组成 部分，如行政区划
? 环链：一个由不相交的面链产生的闭合序 列集合，环链表示一个封闭的边界，如独 立湖泊
2 维空间对象定义
3.空间对象描述
? 空间对象种类：矢量、栅格 ? 矢量空间对象归结为：点、线、面、体 ? 栅格空间对象归结为：像素
? 空间对象描述：由几何特性、属性特性和空间对 象关系描述组成
? 几何特性：坐标、角度、方向、距离、周长、面 积、体积等
? 属性特性：分类分级、定性、定量和地名描述 ? 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合
邹逸江
目录
? 地理系统与地理现象 ? 空间对象及其定义 ? 空间对象描述 ? 空间对象关系 ? 空间对象的矢量表达 ? 空间对象的栅格表达 ? 矢量与栅格数据结构比较 ? 混合数据结构与一体化数据结构 ? 空间对象的地面高程模型表达 ? 空间对象的编码体系
1.地理系统与地理现象－－地理系统
? 相交关系：点在线上（标示牌往往在道路的某一 位置上）
? 相离关系：点不在线的端点或线上（独立房屋在 道路的一旁）
? 包含关系：线包含点等同相交关系，点包含线等 同不存在
? 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－点与面
? 邻接关系：点在面的公共边界交点上（一个居民 地正好在几个行政区划边界上）
? 相交关系：点在面的边界上（一个居民地正好在 某一行政区划边界上）
? 0维空间对象包括：实体点，非实体点和像素点 ? 实体点：标示地理要素点特征位置的几何点 ? 非实体点：标示地理要素其它特征位置几何点
（1）标号点：标示地理要素文本信息位置几何点 （2）面标示点：标示地理要素面特征位置几何点 （3）拓扑节点：标示地理要素拓扑关系拓扑链的
公共接点 （4）节点：用于组成链的几何点集合 ? 像素点：用于标示图像栅格点
1.地理系统与地理现象－－地理现象
? 呈点状分布的地理现象（城镇、居民地、 车站、工厂、火山口、山峰等）
? 呈线状分布的地理现象（河流、海岸、铁 路、公路、地下管线等）
? 呈面状分布的地理现象（土壤、耕地、森 林、草原、沙漠等）
? 呈体状分布的地理现象（云、水体、矿体、 地铁站、高层建筑等）
2.空间对象及其定义
? 2维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标 系内的二维延展特征
? 2维空间对象包括：面，环，标示点 ? 面：公共面链组成的，如行政区划 ? 环：环链组成的，如独立湖泊 ? 标示点：表示面或环属性的代表点 ? 内面：包括其边界的内部称内部面 ? 外面：包括其边界的外部称外部面 ? GIS通常讨论的是内面
3 维空间对象定义
? 3维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标系内的 三维延展特征
? 3维空间对象包括：体，体元，标示体元 ? 体：由多个体元和相应的标示体元组合而成 ? 体元：表示三维实体的体元素，是一种方形实体，
是三维实体中最小的不可再分割的元素 ? 标示体元：类似于面内的标示点，用来标示一个
三维体空间
? 交通（铁路；铁路车站及附属设施；公路；其它道路；附属 建筑物等 ）
? 居民地及附属设施（建筑物；街区；其它建筑物等 ） ? 地貌（等高线；地貌高程；雪山地貌；黄土地貌；岩溶地貌；
风尘地貌；火山地貌；其他地貌等 ） ? 植被（林地；田地；地类界线等 ） ? 土质（泥、沙、砾石等） ? 管线（电力线；通信线；管道 ） ? 境界与政区（国界；国内境界；行政区；其他界线 ） ? 测量控制点 ? 独立地物
? 地理系统是个开放的复杂系统，所谓开放就是与 其它系统有关联，所谓复杂就是子系统种类非常 多
? 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统
? G理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
? 矢量空间对象具有几何特性、属性特性和空间对 象关系描述，而栅格空间对象具有几何特性、属 性特性
3.空间对象关系
? 矢量空间对象才有空间对象关系描述 ? 矢量空间对象关系种类：相邻、相离、相
交、包含、重合 ? 空间对象关系形式：点与点、点与线、点
与面、线与线、线与面、面与面
3.空间对象关系－－点与点
1 维空间对象定义
? 1维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标 系中的若干个坐标对序列
? 1维空间对象包括：线段，弧段，链 ? 线段：两节点间的直线 ? 弧段：是形成一曲线的节点轨迹，可用数
学函数定义 ? 链：由弧段或线段组合而成，即弧段或线
段的无分支而有方向的序列集合
? 链包括：网链，面链和环链
? 相离关系：点远离面的边界（水塔远离水库 5公里） ? 包含关系：面包含点，点落在面内（沙漠区域中
地球内部系统
地理系统 地球表层空间
天体系统
自然环境系统
专题环境系统
地貌、土壤、气候、 土地利用、水文、 生物、海 洋、 . . . . . .
人口、工业农业、 交通运输、建筑、 商业、贸易业、科 学、教育、卫生、 体育、金融、财 政、. . . . . .
人地关系系统
地理要素
? 水系（岸线、岸；河流；运河、渠道；湖泊、水库、池塘； 水利设施；其它水系要素；一般堤；防波堤；港口、码头； 泊位、系泊绞缆设施；陆地、海洋、岛屿；干出滩 等）
? 将地理现象进行抽象得到空间对象 ? 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对
象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 ? 0维空间对象的定义 ? 1维空间对象的定义 ? 2维空间对象的定义 ? 3维空间对象的定义
0 维空间对象定义
? 0维空间对象：具有数学坐标系或测量坐标系中的 一对坐标
? 邻接关系：两个点邻接同一位置（相隔 0公里的两 个独立水塔）
? 相交关系：等同重合关系 ? 相离关系：两个点不在同一位置（相隔 10公里的
两个独立水塔） ? 包含关系：等同重合关系 ? 重合关系：两个点在同一位置（两条路交叉口的
信号灯重合）
3.空间对象关系－－点与线
? 邻接关系：点在线的端点上（收费站往往在道路 的一端）
? 网链：一条可以不能定位左右多边形，但 能定位始末拓扑节点的链，是二维网络拓 扑组成部分，如交通网
? 面链：一条可以显示地定位左右多边形， 能定位始末节点的链，是二维面拓扑组成 部分，如行政区划
? 环链：一个由不相交的面链产生的闭合序 列集合，环链表示一个封闭的边界，如独 立湖泊
2 维空间对象定义
3.空间对象描述
? 空间对象种类：矢量、栅格 ? 矢量空间对象归结为：点、线、面、体 ? 栅格空间对象归结为：像素
? 空间对象描述：由几何特性、属性特性和空间对 象关系描述组成
? 几何特性：坐标、角度、方向、距离、周长、面 积、体积等
? 属性特性：分类分级、定性、定量和地名描述 ? 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合