空间数据模型PPT
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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
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8 a6
P2
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a13 P5
P4
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a16 a14
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P8
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a18
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a9 a7
P3 a11
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P7 a17
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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。
空间数据模型 ppt课件
3、数据类型
几何数据（空 间数据、图形 数据）
关系数据—实 体间的邻接、 关联包含等相 互关系
属性数据—各 种属性特征和 时间
元数据
4、数据结构
矢量、栅格 、TIN（专用 于地表或特 殊造型）
RDBMS属性表 ----采用MIS 较成熟
空间元数据
• 几何数据
– 根据空间实体的几何特征，空间对象可分为点 对象、线对象、面对象和体对象。
空间实体类型 :线实体
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 •有一定范围的点元素集合，表示相同专题点的连 续轨迹
香港城市道路网分布
空间实体类型 :面实体
• 具有长和宽的目标 •表示平面区域大范围连续分布的特征 •有些面状目标有确切的边界，有些面状目标 在实地上没有明显的边界
– 关联：不同类图形之间的拓扑关系 – 邻接：同类图形元素之间的拓扑关系 – 连通：由节点和弧段构成的有向图网络图形中，节点之间是否存
在通达的路径，即是否具有连接性，是一种隐含于网络中的关系 – 包含：多边形内是否包含了其他弧段或多边形
• 拓扑关系涉及的术语有：
– 邻接、相交、相离、包含、重合等
点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
第三章 空间数据模型
徐敬海 南京工业大学
本章内容
• 现实世界的抽象 • 空间实体 • 空间数据 • 空间数据结构 • 面向对象的空间数据模型 • 时空数据模型
2.1 现实世界的抽象
空间Байду номын сангаас据模型是现实世界的一个抽象，它通过使用一个
数据对象集合来支持对空间信息的显示、查询、编辑和分析
。
编码
测量
空间数据模型介绍课件
地理信息系统（GIS）： 用于地理空间数据的 存储、管理和分析
遥感技术（RS）：用 于对地球表面进行观
测和监测
导航定位系统 （GNSS）：用于定位
和导航
城市规划与设计：用 于城市规划、交通规 划、土地利用规划等
环境监测与评估：用 于环境监测、生态评
估、灾害预警等
资源管理与开发：用 于资源调查、资源评
城市规划中的应用
城市用地规划：利用空间数据模型分析土地利 用情况，优化城市用地布局
交通规划：利用空间数据模型分析交通流量和 拥堵情况，优化交通网络和设施布局
公共设施规划：利用空间数据模型分析公共设 施的分布和需求，优化公共设施布局和配置
环境规划：利用空间数据模型分析环境污染和 生态状况，优化环境保护和生态建设措施
04 数据特征提取：从原
始数据中提取出与建 模相关的特征信息， 为后续建模提供基础
空间数据模型的构建方法
01
确定空间数据的类 型和属性
03
构建空间数据的拓 扑关系和几何特征
05
验证空间数据模型 的正确性和有效性
02
设计空间数据的数 据结构和存储方式
04
设计空间数据的查 询和更新方法
06
优化空间数据模型 的性能和效率
面向对象数据模型：以 对象和类表示空间实体， 支持空间数据的继承、 封装和多态性
01
02
03
04
空间数据模型的应用
1
地理信息系统 （GIS）：用于 存储、管理和分 析地理空间数据
4
城市规划：用于 分析城市空间布 局、交通网络和
土地利用情况
2
遥感技术：用于 获取和分析地球 表面的遥感图像
数据
《空间数据分析》课件
分析人口分布、消费水平、交通 状况等数据，评估潜在市场的规 模和需求。
为企业提供选址建议，优化资源 配置和提高市场占有率。
犯罪活动的空间数据分析
详细描述
总结词：通过空间数据分析，揭 示犯罪活动的时空规律和特征， 为预防和打击犯罪提供科学依据 。
利用警务数据和GIS技术，分析犯 罪活动的空间分布和热点区域。
探究犯罪活动与人口分布、社会 经济等因素的关联，揭示犯罪活 动的成因和规律。
为警务部门提供情报支持，制定 针对性的防控措施和巡逻计划。
THANKS
感谢观看
空间数据挖掘的方法
包括空间关联规则挖掘、空间聚类、空间分类、时空数据挖掘等 。
空间数据挖掘的应用
在城市规划、环境保护、灾害预测等领域具有广泛的应用价值。
机器学习在空间数据分析中的应用
监督学习
利用已知结果的数据进行训练，建立预测模型，对新的空间数据进行 预测。
无监督学习
通过对无标签数据进行学习，发现数据的内在结构和规律。
空间聚类分析
总结词
将相似的空间数据点聚集成群组
详细描述
空间聚类分析通过将相似的空间数据点聚集成群组，揭示数 据的内在结构和模式。聚类结果可以根据距离度量、密度等 指标进行评估，并用于分类、识别异常值和进行决策支持。
04
空间数据挖掘与机器学习
空间数据挖掘
空间数据挖掘的定义
空间数据挖掘是指从大量空间数据中提取有用信息的过程，这些 信息可以是隐藏的、未知的或非平凡的。
社交媒体数据的获取方式
社交媒体数据可以通过爬虫等技术获取，但需要遵 守相关法律法规和隐私保护原则。
社交媒体数据的处理和分 析
社交媒体数据处理和分析需要针对其特点进 行，包括文本挖掘、情感分析、用户行为分 析等。
几种常见的空间数据模型PPT教学课件
➢ 属性数据：存储在结点属性表NAT中，它包含3个标 准数据项。ARC#, Cover#, Cover_ID。
2020/10/16
10
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织
✓ 弧段
➢ 位置数据：Cover#,Cover-ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#， RPOLY#，坐标串,存储在ARC文件中。
➢ 属性数据：存储在结点属性表AAT中，它包含7个标准数据项。 Cover#，Cover_ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#， LENGTH 。
2020/10/16
11
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织
✓ 控制点 ➢ 存储于tic文件中。
数据组织
✓ 标示点
➢ 位置数据：Cover#，Cover_ID，和X，Y，存储在LAB 文件中。
➢ 属性数据：存储在PAT文件中，包含四个基本的数据 项，Area，Perimeter，cover#和Cover-ID。
✓ 结点
➢ 位置数据：不明显地存储，而是作为弧段的起始结 点和终止结点存储在ARC文件中。Cover#, Cover_ID。
基本存储单元。一个Coverage存储指定区域内地理要素
的位置、拓扑关系及其专题属性。每个Coverage一般只
描述一种类型的地理要素（一个专题Theme）。位置信
息用X,Y表示，相互关系用拓扑结构表示，属性信息用
二维关系表存储。
GIS
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RDBMS
ID 几何空间数据 存储子系统
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ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
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10
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织
✓ 弧段
➢ 位置数据：Cover#,Cover-ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#， RPOLY#，坐标串,存储在ARC文件中。
➢ 属性数据：存储在结点属性表AAT中，它包含7个标准数据项。 Cover#，Cover_ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#， LENGTH 。
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11
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织
✓ 控制点 ➢ 存储于tic文件中。
数据组织
✓ 标示点
➢ 位置数据：Cover#，Cover_ID，和X，Y，存储在LAB 文件中。
➢ 属性数据：存储在PAT文件中，包含四个基本的数据 项，Area，Perimeter，cover#和Cover-ID。
✓ 结点
➢ 位置数据：不明显地存储，而是作为弧段的起始结 点和终止结点存储在ARC文件中。Cover#, Cover_ID。
基本存储单元。一个Coverage存储指定区域内地理要素
的位置、拓扑关系及其专题属性。每个Coverage一般只
描述一种类型的地理要素（一个专题Theme）。位置信
息用X,Y表示，相互关系用拓扑结构表示，属性信息用
二维关系表存储。
GIS
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RDBMS
ID 几何空间数据 存储子系统
9
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
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
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
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
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2、基本特征
空间特征： 地理位置和 空间关系 属性特征— 名称、等级、 类别等
时间特征
3、数据类型
几何数据（空 间数据、图形 数据）
关系数据—实 体间的邻接、 关联包含等相 互关系
属性数据—各 种属性特征和 时间
元 地表或特殊 造型）
RDBMS属性表 ----采用MIS 较成熟
空间数据模型
• 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
空间数据模型
点、弧、面的表现形式
空间数据模型
欧氏平面上实体对象所具有的拓扑和非拓扑属性
一个点在一个弧段的端点
一条弧段是一个简单弧段
一个点在一个区域的边界上
一个点在一个区域的外部
拓扑属性 一个点在一个区域的内部
一个点在一个环的内部
一个面是一个简单面（没有岛）
一个面的连续性（给定面上任意两点，从一点 可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）
两点之间的距离
非拓扑属性
一个点指向另一个点的方向 弧段的长度
一个区域的周长
一个区域的面积 空间数据模型
• 拓扑属性是描述的两个对象之间的关系，故又称拓扑关系 • 拓扑关系就是描述几何特征元素的非几何图形元素之间的逻辑关系。 • 即拓扑关系只关心几何图形元素之间的关系，而忽略几何图形元素的形状、
西、南、北等。 • 空间度量关系：描述空间对象之间的距离等。
空间数据模型
• 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。 • “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。
空间元数据
空间数据模型
• 几何数据
• 根据空间实体的几何特征，空间对象可分为点对象、线对象、面对象和 体对象。
• 点定义为因太小不能描述为线状或面状的地理特征要素的离散位置。 • 线定义为因太细不能描述为面状的地理特征要素的形状和位置 • 多边形定义为封闭的区域面，多边图形用于描述均匀特征的位置和形状
• 空间实体类型 • 空间实体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
空间数据模型
空间实体类型 :点实体
•有位置，无宽度和长度； •抽象的点
2015年全国地震分布图
空间数据模型
空间实体类型 :线实体
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 •有一定范围的点元素集合，表示相同专题点的连 续轨迹
• 邻接、相交、相离、包含、重合等
空间数据模型
点—点 点—线 点—面 线—线 线—面 面—面
邻接
点、线、面之间的拓扑关系
相交
相离
包含
空间数据模型
重合
3.3地理实体的描述——空间数据
1、描述的内容
位置、形状、 尺寸
识别码（名 称）实体的 角色、功能、 行为、实体 的衍生信息
时间
测量方法、 编码方法、 空间参考系 等
在对现实世界的观察过程中，除了会对事物进行选择， 还会进行抽象和综合，通过抽象便于事物在GIS中进行建模、 分析和应用，实现现实世界在GIS中的表达。
空间数据
现实世界
特征 关系 行为
观察
选择 抽象 综合
测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达
地理信息对空现间实数据世模界型 的抽象过程
地图 遥感影像
大 学 校 园 建 筑
空间数据模型
3.2.2 空间实体的特征 • 空间特征 • 空间特征表达了地理事物和现象的客观存在性、几何 形态的多样性和空间相关性，相应的空间特征又包括 空间位置特征、空间几何特征、空间关系特征等。 • 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。 • 时间特征 • 时间特征指空间实体随着时间变化而动态变化的过程。
香港城市道路网分布
空间数据模型
空间实体类型 :面实体
• 具有长和宽的目标 •表示平面区域大范围连续分布的特征 •有些面状目标有确切的边界，有些面状目标 在实地上没有明显的边界
空间数据模型
中国土地利用分布图
空间实体类型 :体实体
•具有长、宽、高的目标； •通常用来表示人工或自然的三维目标，如建
筑、矿体等三维目标。
大小、距离和长度等几何特征信息。基本拓扑关系
• 关联：不同类图形之间的拓扑关系 • 邻接：同类图形元素之间的拓扑关系 • 连通：由节点和弧段构成的有向图网络图形中，节点之间是否存在通达的路径，即是
否具有连接性，是一种隐含于网络中的关系 • 包含：多边形内是否包含了其他弧段或多边形
• 拓扑关系涉及的术语有：
3.2 空间实体（地理实体） 3.2.1空间实体的概念
• 定义：
• 空间实体是存在于自然世界中地理实体，与地理空间位 置或特征相关联，在空间数据中不可再分的最小单元现 象称为空间实体。
• 理解：
• 空间实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的， GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。
空间数据模型
空间数据模型
3.2.3 空间关系
• 空间关系：指地理空间特征或对象之间存在的与空间特征有关的 关系；
• 绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等； • 相对关系：邻接、关联、包含等； • 相对关系类型
• 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、
编码
度量语言 定位
度量
局部度量接口
工程世界； 信息团体
测量 定位
点世界； 几何坐标
构造
实例 实现
地理空间世 界；GIS语
言
选择
GIS学科接 口
概念世界； 自然语言
几何世界； WKT
空间属性
要素世界； 要素
命名 认知接口
现实世界；
基本语言 OGC地理信息空间的数九据模层型抽象模型
成员
要素集世界; 要素集合
第三章 空间数据模型
空间数据模型
本章内容
• 现实世界的抽象 • 空间实体 • 空间数据 • 空间数据结构 • 面向对象的空间数据模型 • 时空数据模型
空间数据模型
2.1 现实世界的抽象
空间数据模型是现实世界的一个抽象，它通过使用一个 数据对象集合来支持对空间信息的显示、查询、编辑和分析。
维度世界；