第4讲-空间数据模型-逻辑模型与数据结构

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最大空圆准则
Delaunay三角网
方案一 方案二
Voronoi多边形 数据模型
组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直 多边形内的任何位置总是离该多边形内样点的距离近， 离相邻多边形内样点的距离远，且每个多边形内包含 仅且包含一个样点
5、面向对象数据模型
1
2
3
类别
位置
电力塔 电力塔 河流
x1, y1
x1, y1
x1, y1；x2, y2；…；xn, yn
杨树林 x1, y1；x2, y2；…；xn, yn; x1, y1
杨树林 x1, y1；x2, y2；…；xn, yn; x1, y1
松树林 x1, y1；x2, y2；…；xn, yn; x1, y1
地理信息系统原理
第四讲 空间数据模型与数据结构
2020/4/4
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本讲内容
1. 空间数据逻辑模型 2. 空间数据结构
3.4 空间数据逻辑模型
空间数据逻辑模型作为概念模型向物理模型转换的桥梁， 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。
3.4 空间数据逻辑模型
栅格数据模型来表述。 面状实体的边界采用矢量数据模型描述，而其内部采用栅格
数据模型表达； 线状实体一般采用矢量数据模型表达，同时将线所经过位置
以栅格单元进行充填； 点实体则同时描述其空间坐标以及栅格单元位置，这样则将
矢量数据模型和栅格数据模型的特点有机地结合在一起。
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；
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
1. 规则镶嵌数据模型
2. 不规则镶嵌数据模型
规则镶嵌数据模型
Dutton, 2000
David, 2002
不规则镶嵌数据模型
TIN
土壤、山脉、丘壑等
栅格数据模型：数据分层
建筑物 Z
森林 土壤 地貌
Y
X
1. 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栅格构成，面实体则 由一系列相邻的栅格构成；每个栅格对应于一个或一 组表示该实体的类型、等级等特征;
2. 栅格单元的形状通常是正方形，有时也采用矩形。栅 格的行列信息和原点的地理位置被记录在每一层中;
1. 针对对象模型和场模型两类概念模型，一般采用：
矢量数据模型 栅格数据模型 矢量——栅格一体化数据模型 镶嵌数据模型 面向对象数据模型
2. 另外，还有三维空间数据模型、时空数据模型等
空间对象（实体）类型
空间对象一般按地形维数进行归类划分 点：零维 线：一维 面：二维 体：三维 时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时
3. 栅格的空间分辨率确定了描述空间现象的精细程度; 4. 若需要描述统一地理空间的不同属性，则按不同的属
性将数据分层，每层描述一种属性。
栅格数据模型：栅格单元大小
L
L1 S 2
栅格数据模型：单元值确定
C
A
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
3、矢量——栅格一体化数据模型 在矢量－栅格数据模型中，对地理空间实体同时按矢量数据模型和
面向对象的要素描述
1. 编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类 码 表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象 进行表识，是唯一的。
2. 位置：坐标形式给出空间对象的空间位置 3. 类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成 4. 行为：空间对象所具备的行为和功能 5. 属性：空间对象所对应的非几何信息 6. 说明：实体数据来源、精度等 7. 关系：与其他实体之间的关系
坐标几何 …… ……
属性 …… ……
方法 …… ……
面向对象数据模型
6、三维空间数据模型
地理空间目标的分类(据吴立新教授)
地上实体 地球表面
基础设施 房屋建筑 自然地物 地形特征
地貌特征 地质体
坝体、边坡、桥梁、管线、输电线塔等 村庄民房、城市公寓、高楼大厦、会馆厂房、文物古塔、
雕塑等 古树、景观树、雪花、云雾、泥石流、熔岩流等
2、栅格数据模型 点
面 线
栅格数据模型：栅格单元的定义
一个完整的栅格模型需要以下几个参数：
栅格形状；
栅格单元尺寸大小/分辨率；
栅格原点 ； 栅格的倾角；
X 栅格形状
格网分辨率
西南角格网坐标 （XWS，YWS）
列
行 Y
栅格数据基本操作
空 间 对 象 的 栅 格 数 据 模 型
植被类型（栅格）
面向对象技术将对象的属性和方法进行封装（encapsulation），另外还有分类 （classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、联 合（association）等对象抽象技术以及继承（inheritance）和传播 （propagation）等强有力的抽象工具 ；
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
几何抽象类
地理空间参考系
点
曲线
表面
- -1 -1
-
线串类
直线段
线性环
多边形
1 --
-
几何集合
表面集合
曲线集合
点集合
多边形集合
1-
线串集合
1
1-
Open GIS面向对象空间实体模型
表示“is a”概括关系
表示“has a”聚集关系
ArcGIS面向对象空间实体模型
对象1
对象2
对象ID 对象1 对象2
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。 地理空间的实体或现象可看作对象或其实例； 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。