第二章 空间数据与属性数据的集成

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Байду номын сангаас
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
面向对象的数据模型 (一)基本概念
空间地物
点状地物
线状地物
面状地物
复杂地物
杆塔
水井
道路
输电线
配电房
公园
立交桥
矿山
空间地物分类
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 传统数据模型 – 把实体抽象为一系列目标 – 定义这些目标、目标间关系以及目标的行为 – 将空间行为模型与数据模型连接起来 面向对象的数据模型 将物体的空间图形数据和属性数据集成在同一对象中 处理,将空间图形数据与属性数据对应起来,发现目标的
几何性质与属性的对应关系。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
知识点回顾 属性数据:描述空间对象的专题属性,即属性特征
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
引 言 • 地理信息系统 – 以现实世界为研究目标 – 以计算机内部的二进制数字作为存储载体 • 研究对象——地理空间 地理空间(Geographic Space)是指物质、能量、 信息在形式与形态、结构过程、功能关系上的 分布方式和格局及其在时间上的延续。
– 设计在计算机中的物理组织、存储路径和数据
库结果
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
空间数据模型组成
现实世界
外模式1
外模式2
···· ··
外模式N
空间概念数据模型 数 据 模 型 GIS 逻辑数据模型
概念模型解决空间 和属性数据的关系 逻辑模型解决计算 机语言描述地理实 体及关系 物理模型解决数据 存储和操作
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
一体化模型与矢量模型的不同 – 矢量模型对子空间(点、线、面、体)的划分 是不规则的、无序的,而一体化模型则相反; – 矢量模型对目标只表示其端点(线)、边界线 (面)和表面,而一体化模型除此以外,还对目 标内部整个空间进行填充、表达。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
栅格数据模型 • 栅格数据模型:将空间分割成有规则的网格,在各个 风格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据
组织形式。
• 点:由一个单元网格表示 • 线:由一串有序的相互连接的单元网格表示 • 多边形:由聚集在一起的相互连接的单元格组成。 • 栅格数据结构表示的是二维表面上地理要素的离散化
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
超图数据模型
超图数据模型是建立在超图和集合论基础上的拓扑数据模型,也 称为超关系模型。其基本数据单元有:类、对象元素、类属性、对象 元素属性、类关系、对象关系
特征数据模型
特征的概念和基于特征的建模方法是相对于空间数据的图层 (Layer)组织方法而提出的新方法,更适合于人们对现实地理系统
属性数据 (RDBMS)
优点
① 表达方式简单、灵活、规 范
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
矢栅一体化三维数据模型中,只需存储目标 体元一种栅格数据,目标的位置、形状和拓扑关 系等信息都可以得到描述,且目标层次简单、清
晰,实现了栅格与矢量的面向目标的一体化表示。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
地学关系模型——缺点
① 无法适用于按面向对象的方式进行空间数据的“数字 化”采集
② 空间数据不能很好地与其行为对应
③ 采用关系表格管理属性和空间图形数据,语义表达能 力有限 ④ 以文件方式保存空间数据,很难适应海量数据管理、 并发操作
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
地学关系模型:
描述和表达点、线、面空间目标及其相互间的拓扑关系, 并通过用户识别码ID与属性数据连接起来,从而确定空间数 据库的信息内容。 最典型代表就是ESRI公司的混合数据模型,也叫拓扑关 系模型
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
数据模型是连接系统与用户的接口,是用户所 能够看到的数据形式,是连接现实世界和计算
机世界的桥梁,是对数据库框架的一种描述。
数据模型的发展对空间数据与属性数据的集成 有推动作用。
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
GIS数据模型的基本任务 针对所研究的空间现象或问题,描述GIS的空间 数据组织,设计GIS空间数据库模式。 – 定义空间实体及其相互关系 – 确定数据实体或目标及其关系
物理数据模型
计算机系统
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
• 地学关系模型 • 栅格数据模型
• 超图数据模型
• 面向对象的数据模型 • 特征数据模型 • 面向对象的矢栅一体化三维数据模型
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
现实世界真实模型
空间数据处 理
空间数据查询
空间数据分 析
空间数据模型
空间数据复原
空间数据结构
数据库:空间数据物 理结构
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 面向对象的数据模型:
(三)主要优点
• 面向对象模型提供了更丰富的数据表达能力,能够更 “自然”地表示客观世界
• 面向对象的继承机制可以解决混合模型处理属性数据时
出现的“表中表”嵌套问题。 • 聚集和联合是实现GIS混合目标的常用手段。如道路和 桥,立交桥等。 • 面向对象的数据模型便于将空间目标本身所带附的说明
的理解
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-2 空间数据与属性数据的集成
一、空间数据与属性数据分离存储
唯一ID 空间数据 (空间数据文件)
缺点 ① 数据冗余度大且数据重复情况普遍 ② 缺乏数据独立性 ③ 数据缺乏集中管理 ④ 安全性和完整性无法保障 ⑤ 无法进行文件共享和文件的网络操作 ⑥ 造成空间数据和属性数据的分离
二、典型的GIS数据模型
面向对象的矢栅一体化三维数据模型
将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来,采用填满线 状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。
3 3 3 3 3 3 3 3
3 4 4 4 4
4 4 4 4 4 2 2 4 2 2 2
2
1 2
优点
1)保留了矢量的全部性质 2)建立了栅格与地物的关系
(文本、照片等多媒体数据)封装在一起。
• 便于空间目标识别、元数据查询、空间行为模拟等。
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
面向对象的矢栅一体化三维数据模型 矢量数据结构:定位明显,属性隐含
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
二、典型的GIS数据模型
面向对象的矢栅一体化三维数据模型 栅格数据结构:属性明显,定位隐含
2 2 1 3 3 3 2 2 2 2 3 2 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
的数据,每个网格对应一种属性,其空间位置用行和
列标识。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
面 线 点
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 栅格数据模型
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§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 地学关系模型——优点 • 空间数据与属性数据关联 – 空间数据放在建立了索引的二进制文件中,属性 数据存在DBMS表面。 • 矢量数据间的拓扑关系得到保存 – 数据采集、编辑时,可以严格检查多边形是否封 闭,是否存在悬挂点、线等。 – 用点、线、面相互关联的拓扑结构记录空间数据 时,多边形的公共边无需重复存储。 – 便于邻接、连通、包含等空间分析。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
一、GIS数据模型概述
数据模型 – 信息表达和抽象客观世界的概念视图 – 提供了数据的概念结构及表达的形式化手段 – 定义了如何在数据库中表达及其相互关系和 各种操作 – 是描述现实世界的数据在数据库中的逻辑组 织纲领的集合以及操作与完备性规则的目标 集合
静态部分——结构 面向对象 数据模型 动态部分——行为
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 面向对象的数据模型:
(二)四种核心技术 1、分类 分类是把一组具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一 个公共类的过程。
2、概括
将相同特征和操作的类再抽象为一个更高层次、更具一般性的超类 的过程。子类是超类一个特例。(继承机制) 3、联合 把一组属于同一类的对象组合起来,形成一 个更高级的集合对象 4、聚集 把一组不同类型的对象组合起来,形成一个 更高级的复合对象
• 空间现象十分复杂,为此将其抽象到空间对象 (目标)来表达空间实体。
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
引 言
• 地理空间的几何类型 – 点状分布特征 如城镇、基地、气象站、山峰、火山口等。 – 线状分布特征 河流、海岸线、铁路、公路、地下管线等。 – 面状分布特征 土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等,通常称多边形。 – 体状分布特征 如高层建筑、云体、山体、矿体等。
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 栅格数据模型——优点 • 数据结构简单
• 空间分析和地理现象的模拟比较容易
• 有利于遥感数据的匹配应用和分析
• 输出方法快速,成本比较低
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成 栅格数据模型——缺点 • 图形数据量大 • 投影转换比较困难 • 栅格地图的图形质量比较低 • 现象识别的效果不如矢量方法 • 数据精度取决于网格边长 • 不利于网络分析和网格连接关系
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
§2-1 数据模型与空间数据/属性 数据的集成
一体化模型与栅格模型的区别
– 栅格模型通过将目标的标识符作为栅格体元的属性 值来表示目标,属于一种面向栅格元素的方法;而一 体化模型是在地物对象中记录地物所在的栅格元素 的集合,栅格元素不必具有属性值,属于一种面向目 标的方法。这对于叠置、求交等运算,只需通过集 合操作就能实现。(表示方式) – 栅格模型对所有实节点(不管其属于哪一个目标)按 照其内在的空间顺序进行存储,对目标的空间索引 和目标之间的关系的表达只能依赖于体元的属性以 及体元之间的相邻和连通关系进行推理,不利于目 标的空间关系分析,而一体化模型是对目标的子空 间按照层次化的结构进行组织。(存储组织方式)
第二章 空间数据与属性数据的集成
§2-1 空间数据模型与空间数据、属 性数据的集成
§2-2 空间数据与属性数据的集成
§2-3 空间数据与属性数据集成的商 业化解决方案
第 二 章 空 间 数 据 与 属 性 数 据 集 成
知识点回顾 空间数据:描述空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或
拓扑关系,即空间特征
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