物流信息管理 第五章地理信息系统-2空间数据模型 图文
交通地理信息系统02_空间数据基础
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．要素模型
嵌入式空间：是指空间对象存在于“空间”之中。空间对象的定义取 决于嵌入式空间的结构。
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）
4.地理空间及其表达
2、空间实体的表达（计算机） 矢量表达 在矢量数据结构中，地理实体的形状和位置是由一组坐标对所确定。矢 量数据结构对地理实体的描述类似于地图对地理信息的描述，一般也把 地理实体分为点、线、面、体等四种，每种实体有不同的编码方法。 栅格表达 在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块（通常为 正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决定，小 块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或 网格中的一组点来构成。这种数据结构和遥感图象的数据相同，因而数
在各向同性与各向异性场中的旅行时间面
强空间正负自相关模式
2. 场模型
栅格数据模型
栅格数据模型是基 于连续铺盖的，它 是用二维铺盖或划 分覆盖整个连续空 间；铺盖可以分为 规则的和不规则的， 后者可当做拓扑多 边形处理
三角形、方格和六角形划分
栅格数据模型
3．要素模型
1. 基本概念
欧氏空间：带坐标的可测量点之间的距离和方向的空间模型 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
点集拓扑学是拓扑描述的数学基础
空间关系数据
主要是指点-点、点-线、点-面、线-线、线-面、面-面之间的相互
5地理信息系统的数据模型与空间数据库
关系模型
属性 实体 E1 E2
…
A1
V11 V12
…
A2
V21 V22
…
A3
V31 V32
…
…
… …
An
Vn1 Vn2
…
E3
V13
V23
V33
…
Em
V1m
V2m
V3m
…
…
Vn3
Vnm
30
关系1：边界关系 多边形 边号 (P) Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 边 号 (E) a b e b c d 边 长 (L) 30 40 30 40 25 28
为“一对一联系”，记为“1:1”。例如省—省会。
一对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零 个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1 中一个实体有联系，那么称E1和E2的联系为“一对
多联系”，记为“1:N”。例如省和湖泊。
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多对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（ 零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么称E1 和E2的联系为“多对多联系”，记为“M:N”。 例如地块—弧段。 关系数据库很难表达多对多联系，这时候必需进 行分解。
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1) 层次模型
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关 系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反 应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰， 较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子 女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦， 需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复 多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修 改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除 一个记录其所有下属记录也同时被删除。
第3讲-空间数据模型--概念222
1、空间认知和空间抽象
对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、 能反映现实世界真实状况数据集，是地理信息系统重要任务之一，也是
GIS的理论基础。
尺度世界 （度量语言） 地理空间世界 （GIS语言） 项目世界 （Project） 地理点列世界 （Coordinate）
地理几何特征世界 （Geometry） 地理要素 集合世界 地理要素世界
空间参照系统 的概念被引入
项目世界 反映了一个制图员、一个地籍管理人员和一个道路管理人员视角的项目世界。
正是项目世界语言的多样性导致了GIS信息交换的难题。
点集世界
几何世界
要素世界
GIS空间抽象举例
观察和认知
空间事物或现象
现实世界
选择、综合、简化和抽象
概念世界
概念模型 Conceptial Model
拓扑属性 一个点在一个弧段的端点 一个弧段是一个简单弧段（弧段自身不相交） 一个点在一个区域的边界上 一个点在一个区域的内部 一个点在一个区域的外部 一个点在一个环的内部 一个面是一个简单面（面上没有“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 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
基准方向
基准方向 点－线顺序关系
基准方向
点－点顺序关系
点－面顺序关系
基准方向 基准方向 线－线顺序关系 线－面顺序关系 基准方向 面－面顺序关系
不同类型实体间的顺序关系
度量空间关系
度量空间关系主要指空间实体间的距离关系； 按照拓扑空间关系中建立点－点、点－线、点－面、线－线、线－ 面 和面－面等不同组合来考察不同类型空间实体间的度量关系； 距离的度量可以是定量的，如按欧几里德距离计算得出A实体距离B实 体500m，也可以应用与距离概念相关的概念如远近等进行定性地描 述； 与顺序空间关系类似，距离值随投影和几何变换而变化。建立点－点 的度量关系容易、点－线和点－面的度量关系较难，而线－线、线 －面和面－面的度量关系更为困难，涉及大量的判断和计算； 在GIS中，一般也不明确描述度量空间关系；
第五章地理信息系统-空间数据模型分析
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(5）线——面关系 线面相邻：线是面的部分或全部边界； 线面相交：一条线部分或全部穿过一个面 线面相离：线与面相互隔离 线面包含：一条线完全落入一个面里 线面不存在重合关系 6）面—面关系 面面相邻：两个面至少有段共同的边界； 面面相交：一个面与另一个面部分相交 面面相离：两个面完全不相交 面面包含：一面完全被另外一个面包含 面面重合：两个面的边界完全相同
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(1)点——点关系 相合：两个点坐标重合 分离：两个点不在同一个位置； 点与点不存在邻接、相交和包含关系 (2)点——线关系 点线相邻：一个点恰好落线的端点； 点线相交：点在线上 点线相离：点为在线上 点线包含：等同于点线相交 点线不存在重合
在边数从3到N的规则覆盖（Regular Tesselations）中， 方格、三角形和六角形是空间数据处理中最常用的。三 角形是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的不 同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角形可完整 地铺满一个平面 。
1. 场模型 1.2栅格数据模型
三角形
四边形
基于栅格的空间 模型把空间看作 像元（Pixel） 的划分 （Tessellatio n），每个像元 都与分类或者标 识所包含的现象 的一个记录有关。
2. 要素模型 2.1欧氏空间和欧氏空间中的三类地物要素
(一)点对象
点是有特定的位置，维数为零的物体 。
(二)线对象
线对象是GIS中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界 的空间属性，由一系列坐标表示，并有实体长度和方向性特征。
(三)面对象
面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示，并有面积范围、周长等 特征。
空间数据模型
空间数据模型空间数据模型可以分为三种：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；要素模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述——9交模型等。
最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。
值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。
1．空间数据模型的基本问题人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。
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。
为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。
1．1概念地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。
地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、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。
地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。
绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。
在地理信息系统应用中，空间概念贯穿于整个工作对象、工作过程、工作结果等各个部分。
空间数据就是以不同的方式和来源获得的数据，如地图、各种专题图、图像、统计数据等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。
地理信息系统数据结构
数据融合
01
将不同来源、不同格式的地理数据进行融合，形成统一的数 据集。
02
数据融合可以提高数据的完整性和准确性，便于分析和应用。
03
数据融合的方法包括数据清洗、坐标转换、格式转换等。
05 地理信息系统数据质量
数据精度
空间精度
地理信息系统数据的空间精度是指数据所表示的地理要素的位置准确性，通常 用地图比例尺来表示。比例尺越大，表示的地理要素位置越详细，精度越高。
自然资源管理
GIS可用于自然资源管理，如森 林资源监测、水资源管理、野 生动物保护等。
灾害应急响应
GIS能够快速获取和处理灾害相 关信息，为灾害应急响应提供 决策支持。
商业与市场分析
GIS在商业和市场分析中也有广 泛应用，如市场区域划分、物 流路线规划等。
02 地理信息系统数据类型
矢量数据
定义
矢量数据是地理信息系统中的一种重要数据类型，它由一系列离散 的点、线、面组成，表示地理实体的空间位置和相互关系。
GIS通过地图、图表、表格等多种形式展示地理信息，帮助用户更好地理解空间 关系和动态变化。
地理信息系统的组成
数据输入与处理
数据存储与管理
地理信息系统需要将各种来源的数据进行 整合、清洗和转换，以便进行后续的分析 和可视化。
GIS需要一个高效的数据存储和管理系统， 以便存储大量的空间数据和属性数据，并 提供快速的数据检索和更新功能。
特点
矢量数据具有数据精度高、信息丰富、易于编辑和更新等优点，能 够精确地表示复杂的地理要素和空间关系。
应用场景
矢量数据广泛应用于地图制作、土地规划、资源管理、城市设计等领 域。
栅格数据
定义
栅格数据是一种以网格单元为基 本单位表示地理信息的数据类型，
地理信息系统与空间分析
地理信息系统与空间分析地理信息系统（GIS）是一种集成地理数据收集、管理、分析和展示功能的软件系统。
它利用计算机技术，将地理空间数据与属性数据相结合，帮助人们更好地理解和解释地理现象。
地理信息系统在各个领域中都有广泛的应用，其中最重要的就是空间分析。
本文将探讨地理信息系统与空间分析的关系，以及在实际应用中的价值和挑战。
一、地理信息系统的基本原理和功能地理信息系统是由地理数据、硬件设备、软件系统和人员组成的综合系统。
它可以收集和管理各种地理数据，包括地图、卫星影像、遥感数据、地理统计数据等。
地理信息系统的主要功能包括数据输入、数据管理、数据查询和分析、数据展示和输出等。
数据输入是地理信息系统的基础，包括地理数据的获取和数据格式的转换。
数据管理是地理信息系统的核心，它包括数据的存储、索引、更新和共享等。
数据查询和分析是地理信息系统的重要功能，它可以通过空间查询、属性查询、地理分析等方法，从海量地理数据中提取有用信息。
数据展示和输出可以通过地图制作、图表生成、报告输出等方式呈现地理信息。
二、空间分析在地理信息系统中的应用空间分析是地理信息系统的重要应用领域，它通过对地理空间数据进行分析和模拟，帮助人们揭示地理现象的分布规律、趋势和变化趋势。
空间分析主要包括网格分析、缓冲区分析、插值分析、栅格分析、网络分析等。
网格分析是一种基于网格数据模型的分析方法，它将地理现象分割为一个个格网单元，并通过对单元内的属性进行计算和统计，揭示地理现象的空间特征。
缓冲区分析是指在地理空间数据上，以某个点、线或面为中心，创建一定距离范围内的缓冲区，并分析缓冲区内的地理现象。
插值分析是通过已有的离散点数据，预测和填补缺失的空间数据，以获得连续和平滑的空间表面。
栅格分析是指将连续的地理现象数据转换为栅格数据，并对栅格数据进行分析和建模。
网络分析是指在地理网络上进行路径分析、设施选址等操作，以解决交通、物流等问题。
三、地理信息系统与空间分析的价值地理信息系统与空间分析在许多领域具有重要价值，包括城市规划、环境保护、交通管理、农业生产、自然资源管理等。
【物流管理】物流地理信息系统(GIS)
(1)系统的特点
①C/S+B/S系统方式
②数据库 ③开发工具
(2)功能简介 ①地图控制
②信息查询
③数据提交
④储备粮专业符号库
⑤专题分析
⑥统计计算
⑦系统维护及安全
1.企业的GIS应用
GIS为公司和企业涉及的空间分布的信息查询 和决策提供服务。专业地理信息系统公司在各种 地理空间数据库的基础上开发相应的桌面或网络 地理信息查询和分析模型，为其他公司和个人地 理信息查询和分析提供桌面、线上及移动的服务。
2.政府部门的GIS应用
应用于政府部门的GIS，首先是存储政府职 能部门的业务信息，完成各种基础地理信息数 据，为社会和个人提供专业信息查询等。其应 用包括设备管理、医疗卫生、旅游、公交、电 信、房地产、城市规划、水利项目等。
3.社会个人的GIS应用
个人是通过利用政府和相关GIS信息公司企 业提供的空间信息服务，满足诸如出行最优线 路选择、公共服务设施定位、旅游线路选择和 网络虚拟等需要。
11.2.2 GIS在物流领域的应用事例
1.基于LBS技术的智能物流管理系统
(1)产品概述
该系统使用最先进的可视化功能，基于世界领先 的MAPINFO平台开发。国内首家提出此方向的智能化 物流解决方案。该系统是务实的企业信息化物流解 决方案，与企业本身的信息化建设有效结合，以及 采用了柔性设计。
2.GIS所具有的功能
应用GIS可以完成以下主要功能，并通过这 些功能实现具体的目标。
(1)地图的利用和维护管理
在指定地址或所有者等条件下，GIS能够检索 该地点的地图并以画面的形式显示。
(2)信息的视觉化
对必要的地图项目进行选择和取舍、变更线 的颜色和种类，并能够单独进行表示和打印。
地理信息系统思维导图
在一个系统的开发过程中进行了需求调研后，按照面向对象的思想来分析问题， 自底向上提取对象进行抽象组合
把系统设计和开发过程作为一个迭代过程的系统设计方法
模块结构分析方法
面向数据流的系统设计方法
1.系统体系结构
应用层、应用服务层、服务其层
系统体系结构设计
2.模块体系设计 3.系统功能设计
模块之间的关系和划分 数据输入模块、编辑模块、处理模块、查询模块、空间分析模块、输出和制图模块
GIS工程标准化 GIS数据质量保证 GIS软件质量保证
GIS标准体系
三层七大类，具有全面性、先进性、适用性、可扩展性特点
GIS软件工程标准
GIS工程质量认证和评价
系统经济评价指标 系统技术评价指标
系统产生的效益和价值、软件商品化程度和用户满意度、技术服务支持能力、软 件易于维护与运行管理能力
可靠性和安全性、可扩展性、可移植性、系统效率
软件测试方法
测试技术
黑盒测试：只检查程序功能是否按照需求规格说明书的规定正常使用，而不考虑 软件内部结构
ALAC测试（用户行为测试）：针对客户知识对最可能发生的错误进行测试
自动化测试方法
调试步骤
系统调试
调式方法
硬性排错 归纳法排错 演绎法排错
跟踪法排错
系统试运行
系统部署和安装
系统部署单元 系统部署模式
3.多边形叠置分析
4.网络分析
最佳路线分析、地址匹配、资源分配分析、最小生成树分析
5.空间定位查询分析
6.邻近分析
1.地形曲面参数提取
坡度分析、坡向分析、表面曲率分析、宏观地形因子分析
2.地形特征提取
山顶点、凹陷点、山脊点等
DEM数据的空间分析方法
地理空间数据模型构建与应用研究
地理空间数据模型构建与应用研究地理信息系统（GIS）的发展，使得地理空间数据的获取、存储、管理和应用变得更加高效和便捷。
而地理空间数据模型正是GIS的核心基础，通过对地球表面的事物进行模拟和描述，实现了对地理数据的有机整合和有效分析。
本文将探讨地理空间数据模型的构建与应用研究，旨在进一步推动地理信息科学的发展。
一、地理空间数据模型的构建地理空间数据模型是地理现象和事物在计算机上的抽象和表示方式，它包含了地理空间数据的结构、关系和行为等属性。
地理空间数据模型的构建是基于对空间对象和地理过程的观察和抽象，以及对数据组织和存储的要求。
常见的地理空间数据模型包括：层次模型、关系模型、对象模型和影像模型等。
这些模型从不同的角度描述了地理空间数据的特征和组织方式，满足了不同领域对地理数据的需求。
1. 层次模型层次模型是地理空间数据模型中较早发展的一种形式，它将地理现象和要素以层次结构的方式进行组织和管理。
在层次模型中，地理要素按照其自然特征和地理关系进行划分和分类，形成了一个树状的结构体系。
这种模型的优点是易于理解和操作，但对于复杂的地理现象和关系的表达能力有所不足。
2. 关系模型关系模型是一种基于关系代数和关系理论的地理空间数据模型。
它采用了属性数据和空间数据相结合的方式，将空间要素的几何形状和属性信息进行统一管理和查询。
在关系模型中，地理要素被存储为表格的形式，通过属性和空间关系的连接实现了地理数据的综合分析。
这种模型具有较强的数据一致性和查询能力，但对于地理拓扑关系和复杂空间操作的支持相对不足。
3. 对象模型对象模型是一种基于对象概念和面向对象编程思想的地理空间数据模型。
它将地理现象和要素看作是具有属性和行为的对象，通过对象之间的关系和操作实现了对地理数据的管理和分析。
对象模型将地理要素的几何形状、属性信息和拓扑关系进行了有效的封装和组织，使得地理数据具有更高的可复用性和可扩展性。
这种模型适用于复杂地理问题的建模和分析，但对于大规模数据的处理和查询性能存在一定的挑战。
物流信息系统
物流信息系统张丽青第一章概述一．信息1.信息是指能够反映事物内涵的知识、资料、情报、图像、数据、文件、语言、声音等。
信息是事物的内容、形式及其发展变化的反映。
2.信息的特征：客观性，时效性，共享性，不对称性，价值性，传递性二．物流信息1.是指反映物流各种活动内容的知识、资料、图像、数据、文件的总称。
2．物流信息的分类（1）根据物流信息的来源划分，物流信息分为物流系统内信息和物流系统外信息两个方面。
（2）根据物流的功能划分，物流信息分为计划信息、控制及作业信息、统计信息和支持信息等。
（3）根据管理层次的划分，物流信息分为操作管理信息、知识管理信息、战术管理信息和战略管理信息。
3．物流信息的特点（1）分布性。
（2）动态性。
（3）复杂性。
4.物流信息的作用物流信息是伴随着物流活动的发生而产生的，贯穿于物流活动的整个过程中，在物流活动中起着中枢神经系统的作用。
（1）物流信息有助于物流活动各环节之间的相互衔接。
（2）物流信息有助于物流活动各环节之间的协调与控制。
（3）物流信息有助于物流管理和决策水平的提高。
三.商流、物流、资金流和信息流“四流”是一个相互联系、相互伴随、共同支撑流通活动的整体。
在这“四流”之间，商流是物流、资金流和信息流的起点，也可以说是后“三流”的前提。
一般来说，没有商流就没有物流、资金流和信息流。
反过来，没有物流、资金流和信息流的匹配和支撑，商流也不可能达到目的。
四．物流信息技术1.物流信息技术主要包括电子数据交换、计算机网络技术、智能标签技术、信息交换技术、数据库技术、数据仓库技术、数据挖掘技术、Web技术、条形码与射频技术、地理信息技术和全球卫星定位技术等。
2.物流信息系统（LogisticsInformationSystem）是根据物流管理运作的需要，在管理信息系统（MIS）基础上形成的物流系统信息资源管理、协调系统。
从本质上讲，物流信息系统是利用信息技术，通过信息流，将各种物流活动与某个一体化过程连接在一起的通道。
《地理信息系统》第五章空间数据处理
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
空间数据库
PPT思考题：绪论：地理信息是描述地表形态及其所附的自然和人文地物特征和属性的总称。
地理空间是一个相对空间，是一个空间实体组合排列集，强调宏观的空间分布和空间实体间的相关关系。
空间数据是指带有空间坐标的数据（非结构化特征）。
1、什么是空间数据库？是以特定的信息结构和数据模型表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。
2、空间数据库系统包括哪几部分？（1）矢量地形图数据库（2）数字高程模型库（3）影像数据库（4）数字栅格地形图（5）专题数据（6）电子地图（7）元数据3、空间数据库主要作用有哪些？（1）海量数据的管理能力（2）空间分析功能（3）设计方式灵活，满足用户要求（4）支持网络功能4、当前空间数据库存在的主要问题是什么？空间数据的获取与处理空间数据组织空间数据库系统空间数据共享研究5、影响空间数据库发展的关键因素是哪几个?空间数据库的计算平台；空间数据模型；空间数据库的组织管理模式。
第二章空间现象计算机表达1、空间实体：具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间的物体2、空间索引相关概念及其包括哪些索引方式？空间索引：依据空间对象所在位置及分布特征，按一定顺序编排的一种数据结构，且该数据结构包含有对象标识和定位这些对象的内容的信息空间数据索引：是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针空间检索: 给定查询条件，利用空间索引从数据库中找出符合条件的空间数据的一种操作索引方式：BSP树、K－D－B树、R树、R+树和CELL树3、数据挖掘，空间数据挖掘有哪些方法？数据挖掘：一般是指从大量的数据中通过算法搜索隐藏于其中信息的过程方法：分类、回归分析、聚类、关联规则、特征、变化和偏差分析、Web页挖掘等4、地理系统：是指各自然地理要素通过能量流、物质流和信息流的作用结合而成的，具有一定结构和功能的整体，即一个动态的多等级开放系统5、栅格结构与矢量结构的比较第三章空间数据的物理组织文件管理：文件系统把有关数据组织成为文件并予以命名分页技术：即把内、外存空间按同样大小分成若干页面系统缓冲区：是主存中特别指定的一块存储空间，以存放从外存读入内存的数据或从内存写进外存的数据缓冲区管理：就是将缓冲区分成若干块，系统用一个程序分配这些缓冲块，并采用分配算法使缓冲区的利用为最佳文件组织：就是按一定的逻辑结构把有关联的数据记录组织成为文件（称为逻辑文件），用体现这种逻辑结构的物理存储形式把文件中的数据存放到某种存储设备上，使之构成物理文件的机构动态存储管理：研究数据结构的空间分配、回收的方法，以满足某种结构对存储的不同要求流水文件：是一种最简单的文件组织方法，即按照数据到达文件的时间顺序依次连续地存储数据，对数据不分析、不规范，记录的类型既可相同，也可不同索引文件：将每页的最后一个单词与页号列表，那么查单词可先查表（称为索引表），等确定页面号后，再细查该页面。
5 GIS数据组织与结构
（a）关系结构表Leabharlann （b）层次模型示例-林地数据库
（c）网状模型示例
第三节 空间数据组织与结构
栅格数据结构 矢量数据结构 栅格与矢量数据结构的选择与转换 两种数据结构的优缺点比较
数据结构：指的是数据之间的相互关系，即数据的组织形式。数据元素之间的逻辑关系，也称数据的逻辑结构，是从逻辑关系上描述数据，与数据的存储无关， 是独立于计算机的。数据的逻辑结构可看作是从具体问题抽象出来的数学模型。数据元素及其关系在计算机存储器上的表示，称为数据的存储结构（物理结构），是逻辑结构用计算机语言的实现，它依赖于计算机语言。对机器语言而言，存储结构是具体的。
空间数据库与一般数据库相比，具有：数据量特别大；不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据；数据应用广泛。
数据库中的数据组织一般可分为四级：数据项、记录、文件和数据库。数据间的逻辑联系：一对一的联系；一对多的联系；多对多的联系。常用的数据文件：顺序文件、索引文件、直接文件和倒排文件。
数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等，数据项与现实世界实体的属性相对应，数据项有一定的取值范围，称为域。记录：是由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息的基本单位，是关于一个实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。为了标识每条记录，都必须有记录的标识符，也叫“关键字”。 文件：是一给定类型记录的全部具体值的集合，文件用文件名称标识。数据库
重要性法：根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码。常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素。 百分比法：根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码。
栅格数据的组织方法主要有以下三种： （1）以栅格单元为记录的序列，不同层上同一像元位置上的各属性值表示为一个列数组（图 (a)）； （2）以层为基础，每一层又以像元顺序记录它的坐标和属性值，一层记录完后再记录第二层（图 (b)）这种方法较为简单，但需要的存贮空间最大； （3）以层为基础，但每一层内则以多边形为序记录多边形的属性值和充满多边形的各栅格单元的坐标（图（c））。
地理信息系统中常用的空间数据模型有哪些？
地理信息系统中常⽤的空间数据模型有哪些？之前在百度知道上看到了这个问题——“地理信息系统中常⽤的空间数据模型有哪些？”今天就针对这个问题做了⼀些整理，看看能不能帮到⼤家。
空间数据模型是指利⽤特定的数据结构来表达空间对象的空间位置、空间关系和属性信息；是对空间对象的数据描述。
空间数据模型是地理信息系统的基础，它不仅决定了系统数据管理的有效性，⽽且是系统灵活性的关键。
⽬前，与GIS设计有关的空间数据模型主要有⽮量模型，栅格模型，数字⾼程模型，⾯向对象模型，⽮量和栅格的混合数据模型等。
前⾯四种模型属于定向性模型，在模型设计时只包括与应⽤⽬标有关的实体及其相互关系，⽽混合模型的设计则包括所有能够指出的实体及其相互关系。
就⽬前的应⽤现状⽽⾔，⽮量模型、栅格模型、数字⾼程模型相当成熟（⽬前成熟的商业化GIS主要采⽤这三类模型），⽽其它模型，特别是混合模型则处于⼤⼒发展之中。
⼀、⽮量模型（vector model）⽮量模型是利⽤边界或表⾯来表达空间⽬标对象的⾯或体要素，通过记录⽬标的边界，同时采⽤标识符(Identifier)表达它的属性来描述空间对象实体。
⽮量模型能够⽅便地进⾏⽐例尺变换、投影变换以及图形的输⼊和输出。
⽮量模型处理的空间图形实体是点（point）、线（line）、⾯（area）。
⽮量模型的基本类型起源于“Spaghetti”模型。
在Spaghetti模型中，点⽤空间坐标对表⽰，线由⼀串坐标对表⽰，⾯是由线形成的闭合多边形。
CAD等绘图系统⼤多采⽤Spaghetti模型。
GIS的⽮量数据模型与Spaghetti模型的主要区别是，前者通过拓扑结构数据来描述空间⽬标之间的空间关系，⽽后者则没有。
在⽮量模型中，拓扑关系是进⾏空间分析的关键。
在GIS的拓扑数据模型中，与点、线、⾯相对应的空间图形实体主要有结点（node）、弧段（arc）、多边形（polygon），多边形的边界被分割成⼀系列的弧和结点，结点、弧、多边形间的空间关系在数据结构或属性表中加以定义。
空间数据模型
坐标表和属性表之间共享同一识别码
通过坐标表和属性表之间共享同一识别码来使属性信息和位置信 息相结合
4、多类信息的表示 、
空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性 或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信 息层(见下图)；
用于表示地理实体的数据模型
①面积； ②周长； ③内岛 ④形状（锯齿状、凸凹性等）； ⑤重叠性与非重叠性。 ⑥独立性或与其它的地物相邻，如中国 及其周边国家；
4、立体状实体 、
Volume：立体状实体用于描述三维空间中 的现象与物体，它具有长度、宽度及高度 等属性。 ① 体积：如工程开掘和填充的土方量； ② 每个二维平面的面积； ③ 每个二维平面的周长； ④ 断面图与剖面图。 ⑤ 内岛或锯齿状外形； ⑥ 含有孤立块或相邻块；
三种最主要的拓扑关系
空间数据的拓扑关系是空间对象空间关系的一种，但却是最 重要的空间关系，在GIS中最主要的拓扑关系包括。 相邻性(Adjacency) (Adjacency)： 表示两个多边形是否相邻（ ① 相邻性 (Adjacency) ： 表示两个多边形是否相邻 （ 同 类元素间的相邻关系） 类元素间的相邻关系）； 包含性(Containment) (Containment)： ② 包含性 (Containment) ： 表示一个图元要素是否包含于 某个多边形中。 同类不同级别对象之间的包含关系） 某个多边形中。（同类不同级别对象之间的包含关系） 连通性(Connectivity) 表示两条线段是否相连。 (Connectivity)： ③ 连通性(Connectivity)：表示两条线段是否相连。
GIS的数据模型分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。
空间数据模型
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1. 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；而一个三维场 就是在三维空间中对于任何位置来说都有一个值。一些现象， 诸如空气污染物在空间中本质上讲是三维的，但是许多情况 下可以由一个二维场来表示。
1. 场模型 1.1场的特征
(一)空间结构特征和属性域 (二)连续的、可微的、离散的 (三)与方向无关的和与方向有关的（各向同性和各向异 性） (四)空间自相关
1. 场模型 1.2栅格数据模型
栅格数据模型是基于连续覆盖的，它是将连续空间离散 化，即用二维覆盖或划分覆盖整个连续空间。
➢规则覆盖
➢不规则覆盖
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
在地理信息系统中集中存储了以下的内容：
➢空间分布位置信息
➢属性信息
➢拓扑空间关系信息。
由此可见，空间位置、关系与度量的描述在GIS中起着举足轻重 的作用。 地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧）、多边 形（区域）之间的空间几何关系，其关系如下图。 空间关系包含三种基本类型，即拓扑关系、方向关系、度量关 系
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(3)点——面关系 点面相邻：点落在面的边界上； 点面相交：与上述相同； 点面相离：点远离一个面； 点面包含：点落在面内； 点面不存在重合。 (4）线——线关系 线线相邻：两个线有公共结点 线线相交：两条线立体或平面相交； 线线相离：两条线没有交点和汇合点； 线线包含：一条线是另一条线的一部分 线线重合：一条线完全与另一条线重合
(a)
(b)
图3.1：Konigsberg Park中的图形理论模型
3.网络模型 3.2网络要素
在网络模型中，地物被抽象为链、节点等对象。网状 模型的基本特征是，结点数据间没有明确的从属关系， 一个结点可与其它多个结点建立联系。网状模型将数 据组织成有向图结构。结构中结点代表数据记录，连 线描述不同结点数据间的关系。有向图（Digraph）的 形式化定义为： Digraph = (Vertex,{Relation}) 其中Vertex为图中数据元素（顶点）的有限非空集合； Relation是两个顶点（Vertex）之间的关系的集合。
2. 要素模型 2.1欧氏空间和欧氏空间中的三类地物要素
3.网络模型 3.1网络空间
网络拓扑系统研究的创始人被公认为数学家Leonard Euler， 他在1736年解决了当时一个著名的问题，叫做Konigsberg桥 问题。图3.1显示了该桥的一个概略的路线图。该问题就是找 到一个循环的路，该路只穿过其中每个桥一次，最后返回到 起点。一些实验表明这项任务是不可能的，然而，从认为没 有这样的路线到说明它的步骤并不是这样容易的。
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(1)点——点关系 相合：两个点坐标重合 分离：两个点不在同一个位置； 点与点不存在邻接、相交和包含关系 (2)点——线关系 点线相邻：一个点恰好落线的端点； 点线相交：点在线上 点线相离：点为在线上 点线包含：等同于点线相交 点线不存在重合
六角形
1. 场模型 1.2栅格数据模型
由于像元具有固定的尺寸和位置， 所以栅格趋向于表现在一个“栅 格块”中的自然及人工现象。因 此分类之间的界限被迫采用沿着 栅格像元的边界线。一个栅格图 层中每个像元通常被分为一个单 一的类型。这可能造成对现象的 分布的误解，其程度则取决与所 研究的相关的像元的大小。
点—点
邻接
点—线
点—面
线—线
线—面
面—面
相交
相离
包含
重合
4.基于要素的空间分析 4.2拓朴空间关系分析
拓朴属性 拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保 持不变的几何属性——拓扑属性。欧氏平面上实体对象所 具有的拓扑和非拓扑属性 ：
物流信息管理
第五章 地理信息系统
空间数据模型
本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。为了能够 利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中的问题， 必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结 果就是空间数据模型。空间数据模型可以分为三种：
场模型(Field)：用于描述空间中连续分布的现象； 要素模型(Feature)：用于描述各种空间地物； 网络模型(Network)：可以模拟现实世界中的各种网络；
在边数从3到N的规则覆盖（Regular Tesselations）中， 方格、三角形和六角形是空间数据处理中最常用的。三 角形是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的不 同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角形可完整 地铺满一个平面 。
1. 场模型 1.2栅格数据模型
三角形
四边形Leabharlann 基于栅格的空间 模型把空间看作 像元（Pixel） 的划分 （Tessellatio n），每个像元 都与分类或者标 识所包含的现象 的一个记录有关。
2. 要素模型 2.1欧氏空间和欧氏空间中的三类地物要素
(一)点对象
点是有特定的位置，维数为零的物体 。
(二)线对象
线对象是GIS中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界 的空间属性，由一系列坐标表示，并有实体长度和方向性特征。
(三)面对象
面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。 通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示，并有面积范围、周长等 特征。
4.基于要素的空间分析 4.1空间关系的基本概念
(5）线——面关系 线面相邻：线是面的部分或全部边界； 线面相交：一条线部分或全部穿过一个面 线面相离：线与面相互隔离 线面包含：一条线完全落入一个面里 线面不存在重合关系 6）面——面关系 面面相邻：两个面至少有段共同的边界； 面面相交：一个面与另一个面部分相交 面面相离：两个面完全不相交 面面包含：一面完全被另外一个面包含 面面重合：两个面的边界完全相同