第3讲1地理空间的表达数据模型

合集下载

地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构

面对象 Class
属性
属性
体 3-Complex
面 2-Complex
线对象 Class
属性
线 1-Complex
点对象 Class
属性
点 0-Complex
三角形 2-simplex
线段 1-simplex
节点 0-simplex
33
空间地物
复杂地物
13 类空间对象
复杂
柱状地物
体状地物
数字立体模型
部分
节点 0-simplex
X,Y,Z
31
三维对象的拓扑数据模型
体状对象
面状对象
线状对象
点状对象
1 BodyID
1 SurfaceID
1
LineID
1 PointID
N
体1
N
4
5
面
1
6
N
3 4
边
1
1
2 结点
ElementID
FaceID
EdgeID
NodeID
X
Y
Z
32
三维复杂实体的逻辑模型
体对象 Class
• 模型：
• 时间作为属性（time stamp）
• 序列快照模型( Sequent Snap shots) • 基态修正模型(Base State with Amendments) • 时空复合模型( Space - time Composite) • 时空立方体模型( Space - time Cube)
表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新, 不足之处是空间分析难以进行。（2）体模型(Volume model)

地理空间的表达数据模型

第 3 章空间数据模型
10
3.1.3 空间数据
1）空间数据的基本特征
第 3 章空间数据模型空间数据的基本特性（ Jack Dangermond，1984）
11
3.1.3 空间数据
2）空间数据的类型
（1）几何图形数据（2）遥感影像
（3）地形数据
（4）属性数据
（5）元数据
第 3 章空间数据模型
如何表达一个点，有两种方法：矢量表示法：采用没有大小的点来表达基本点元素；栅格表示法：采用有固定大小的点（像元）来表达基本点元素。
道路
湖泊
河流
居民地
第 3 章空间数据模型
8
3.1.3 空间数据
GIS空间数据代表着现实世界（Geospace）的空间实体在信息世界中的映射，它反映的特征包含空间实体向我们传递的基本信息。
香港城市道路网分布
面(polygon)实体
• 具有长和宽的目标
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)… (x1,y1)
中国土地利用分布图（不连续面）
3.2.2 网络模型
网络（Network）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，如：道路网、水系网、管网等。网络由一系列节点（Node）和弧段（Arc）所组成，在本质上，网络模型可看作是对象模型的一个特例，由点对象和线对象之间的拓扑关系构成，它更侧重于对象间的连通性。水系网
规则分布的点
不规则分布的点
规则矩形区
不规则多边形区
第 3 章空间数据模型不规则三角形区
等值线

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。

第3讲+++空间数据模型

3.4空间逻辑数据模型
不规则三角网（Triangular Irregular Network，简称TIN）模型
TIN和Voronoi多边形数据模型图中虚线为Voronoi多边形的边界，实线为TIN边，小圆点代表采样观测点
3.4空间逻辑数据模型
3.4空间逻辑数据模型
面向对象数据模型：面向对象程序设计的应用应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系 ; 面向对象技术的核心是对象（object）和类（class） ; 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 ; 类是具有部分系统属性和方法的一组对象的集合，是这些对象的统一抽象描述类的共性抽象构成超类（super-class），类成为超类的一个子类，
3.4空间逻辑数据模型
栅格数据模型比较适宜于用场模型抽象的的空间对象，采用面域或空域的枚举来直接描述空间实体。栅格可以用数字矩阵来表示，地理空间坐标隐含在矩阵的行列上。
栅格数据模型
3.4空间逻辑数据模型
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；栅格和矢量数据模型是最成熟、常用的数据模型二者各有优缺点，两种格式互补，满足了不同的需要
空间认知和抽象过程
空间数据库
计算机世界
物理数据模型编码、表达、编码、表达、建立空间关系
数据结构、数据组织
逻辑数据模型场模型、对象模型、场模型、对象模型、网络模型
概念世界
概念数据模型
现实世界
综合、综合、简化和抽象空间事物和现象
3.2 概念数据模型
概念数据模型：地理空间地理事物与现象抽象概念集；地理数据的语义解释；地理空间数据的概念模型包括：对象模型,网络模型, 场模型

地理空间数据的模型构建与管理

地理空间数据的模型构建与管理地理空间数据的模型构建与管理是地理信息系统（GIS）中的核心内容之一。

随着科技的发展和信息时代的到来，地理空间数据的应用范围逐渐扩大，对于不同行业的决策和规划起着重要的作用。

在建立和管理地理空间数据模型时，需要考虑数据的准确性、一致性和可持续性等因素。

一. 地理空间数据模型的分类地理空间数据模型可以分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。

矢量数据模型使用点、线、面等几何要素来描述地理空间实体，适用于具有明确几何特征的地理现象，如道路、河流等。

而栅格数据模型则是将地理空间划分为一系列的网格，将每个网格单元作为一个地理单位，适用于连续变化的地理现象，如气温、降雨量等。

二. 地理空间数据模型的构建地理空间数据模型的构建过程包括数据收集、数据预处理、数据建模和数据评估等环节。

首先，需要收集相关的地理空间数据，可以通过地面调查、遥感技术等手段获取。

然后，对数据进行预处理，包括数据清洗、数据匹配和数据转换等操作，以确保数据的准确性和一致性。

接下来，根据具体的要求和目标，进行数据建模，选择适当的数据结构和分析方法，构建出合理的地理空间数据模型。

最后，对所建模型进行评估，验证其在实际应用中的有效性和可靠性。

三. 地理空间数据模型的管理地理空间数据模型的管理包括数据输入、数据存储、数据查询和数据更新等方面。

在数据输入方面，需要考虑数据的来源和获取方式，以及数据的质量控制和完整性检查。

数据存储则包括数据的组织和存储结构的选择，可以采用数据库等技术来进行管理。

数据查询则是指按照特定的条件和要求，对地理空间数据进行检索和提取，可以通过地理信息系统的查询功能来实现。

数据更新则是指对已有数据进行更新和维护，以及添加新的数据内容，确保数据的实时性和可靠性。

四. 地理空间数据模型的应用地理空间数据模型的应用广泛涵盖了各个领域，如环境保护、城市规划、交通管理等。

在环境保护方面，可以利用地理空间数据模型来分析土地利用、水资源分布等情况，从而制定合理的保护措施。

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。

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3讲-空间数据模型和空间数据结构

地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。
空间现象客观世界的现象划分为5类：
可精密观测的自然对象（如建筑物边界）受采样限制的自然对象（如河流的边界）受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围）不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形）规则的人为对象（栅格、立方体元）
空间实体
➢ 对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
➢ 空间实体具有4个基本特征：
➢ 空间位置特征 ➢ 属性特征 ➢ 时间特征 ➢ 空间关系
观察和认知
现实世界
概念世界
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抽还象原世世界界
信息
数据世界（计算机）
空间事物或现象
选择、综合、简化和抽象
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;
根据不同的应用，场可以表现为二维或三维; 一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，
都有一个表现某现象的属性值，即 A＝f(x，y)
一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对应一个属性值，即 A＝f(x，y，z)
可被标识在观察中的重要程度有明确的特征且可被描述
传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例。
空间关系非空间关系时间关系
地理空间空间要素
分类
子类超类
几何坐标子部分超部分
非空间属性
对象模型对空间要素的描述
场/域（field）模型
把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染

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。

常见的地理分析模型

常见的地理分析模型一空间统计模型：相关分析模型： GIS地理数据库中存储的各种自然和人文地理要素(现象)的数据并不是孤立的，它们相互影响、相互制约，彼此之间存在着一定的联系。

相关分析模型就是用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。

地理数据库中各种地理要素数据之间的相关关系，通常可以分为参数相关和非参数相关两大类。

其中，参数相关又可分为简单(两要素)线性相关，多要素间的相关模型，非参数相关可以分为顺序(等级)相关和二元分类相关。

趋势面分析模型（主要是回归模型）：一元回归模型：我们用多项式方程作为一元回归的基本模型：Y＝a0＋a1x＋a2x2＋a3x3＋……a m x m＋ε式中：Y为因变量，X为自变量，a0,a1,…，a m为回归系数，ε为剩余误差多元线性回归模型多元线性回归模型表示一种地理现象与另外多种地理现象的依存关系，这时另外多种地理现象共同对一种地理现象产生影响，作为影响其分布与发展的重要因素。

设变量Y与变量X1，X2，…，X m存在着线性回归关系，它的n个样本观测值为Y j,X j1,X j2,…X jm(j＝1，2，n)，于是多元线性回归的数学模型可以写为：可采用最小二乘法对上式中的待估回归系数β0，β1，…，βm进行估计，求得β值后，即可利用多元线性回归模型进行预测了。

聚类模型：聚类分析是根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的方法，对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列，如土地分等定级、水土流失强度分级等。

聚类分析的步骤一般是根据实体间的相似程度，逐步合并若干类别，其相似程度由距离或相似系数定义。

进行类别合并的准则是使得类间差异最大，而类内差异最小。

最短距离聚类模型最短距离聚类模型中，定义两类之间的距离用两类间最近样本的距离来表示。

用d ij 表示样本和样本之间的距离，用G1，G2，…表示类，类G p和类G q的距离用D pq表示，则有：具体步骤如下：1、规定样本间的距离，计算样本两两距离的对称表，记作D0，由于每一个样本自成一类，显然D pq＝d pq。

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。

第三章 GIS空间分析的数据模型

GIS空间数据模型的概念模型：

考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图

基本任务：确定感兴趣的现象和基本特性，描述实体间的相互联系，确定空间数据库的信息内容
基于平面图的点、线、面数据模型基于连续铺盖的栅格数据模型

逻辑数据模型：描述系统中数据的结构

逻辑数据模型：表达概念数据模型中数据实体(或记录)及其间的关系。

规则铺盖方格三角形六角形不规则铺盖

基于栅格的空间模型认为空间是像元(pixel) 的划分,每个像元与分类或标识所包含的现象的一个记录有关; 重要特征:

像元位置确定一个像元仅被赋予一个单一的值
空间实体的栅格表示

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, 数值相等面：由聚集在一起的、相互连接的单元网格组成
“点的内置”是拓扑属性；面积则不是拓扑属性；
欧几里德平面上实体对象所具有的拓扑和非拓扑属性
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（自身不相交）一个点在一个区域的边界上（内部、外部）一个面是简单面（面上没有“岛”）一个面的连接性（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）
3.1 空间数据

定义：用来表示空间实体的位置、形状、大小
及其分布特征诸多方面信息的数据，具定位、定性、时间和空间关系等特征。

定位：在已知坐标系里目标具有唯一的空间位置；定性：空间目标的自然属性时间：空间目标随时间的变换而变化空间关系：拓扑关系

空间数据用点、线、面、体表示人们赖以生存的自然世界

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

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。

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

GIS空间分析的数据模型

32
基态修正模型
基态修正模型按事先设定的时间间隔进行采样，它只存储某个时间数据状态(基态)和相对于基态的变化量。
33
时空立方体模型( Space-time Cube)
由空间两个维度和一个时间维组成，描述了二维空间沿着第三个时间维演变的过程。任何一个空间实体的演变历史都是空间-时间立方体中的一个实体。
➢ 拐点(Turn)：从一个链到另一个链的过渡。拐点在网络模型中不用于模拟现实世界中的实体，而是代表链与链之间的过渡关系。
21
常用的网络模型：
网络跟踪(Trace)
➢用于研究网络中资源和信息的流向； ➢在水文应用中，网络跟踪可用于： • 计算河流中水流的体积， • 跟踪污染物从污染源开始，沿溪流向下游扩散的
28
3.7 时空数据模型
➢ 静态GIS（SGIS）：
传统的地理信息系统应用只涉及地理信息的两个方面：空间维度和属性维度。
➢时态GIS （TGIS）:
能够同时处理时间维度。解决历史数据的丢失问题。实现数据的历史状态重建、时空变化跟踪、
发展势态的预测等功能。
29
数据的时间维度：
➢结构化数据：如一个测站历史数据的积累，可以通过在属性数据表记录中简单地增加一个时间戳 (Time Stamp)实现管理；
➢ 结点(Node)：链的终止点。链总是在结点处相交。结点可以用来表示道路网络中道路交叉点、河网中的河流交汇点等。
20
➢ 站点(Stops)：在某个流路上经过的位置。代表现实世界中邮路系统中的邮件接收点、或高速公路网中经过的城市等。
➢ 中心(Center)：网络中的一些离散位置，可以提供资源。如现实世界中的资源分发中心、购物中心、学校、机场等。其状态属性包括资源容量，如总的资源量；阻力限额，如中心与链之间的最大距离或时间限制。

如何进行地理空间数据的模型建立与分析

如何进行地理空间数据的模型建立与分析地理空间数据是指带有地理位置信息的数据，其记录了地球上不同区域的各种属性。

在如今数据驱动的社会中，地理空间数据的模型建立与分析对于城市规划、交通管理、环境保护等方面具有重要意义。

本文将介绍如何进行地理空间数据的模型建立与分析，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。

一、地理空间数据的模型建立地理空间数据的模型建立是指将真实世界的地理信息通过抽象和建模的方式转化为计算机可以处理的形式。

从数据形式上来说，地理空间数据可以分为矢量数据和栅格数据两种类型。

1. 矢量数据建模矢量数据是通过点、线、面等几何要素来表示地理对象的数据形式。

在矢量数据建模中，常用的数据模型包括欧几里得模型和拓扑模型。

欧几里得模型是一种基于空间坐标的数据模型，通过确定空间中的点、线、面的位置和相对关系来描述地理要素。

在欧几里得模型中，地理要素的属性信息和几何信息被分开存储，常用的数据格式有Shapefile和GeoJSON等。

拓扑模型是一种基于地理实体之间的拓扑关系来描述地理要素的数据模型。

在拓扑模型中，地理要素的几何信息和属性信息被统一存储，可以更好地描述地理要素之间的关系。

常用的拓扑模型有面邻接关系模型和图结构模型等。

2. 栅格数据建模栅格数据是将地理空间划分为规则的像素网格，并将地理要素的属性信息以栅格的形式进行存储。

在栅格数据建模中，常用的数据模型有格网模型和格网金字塔模型。

格网模型是一种将地理空间划分为等大小的像素网格，每个像素网格存储一个值来表示地理要素的属性信息。

格网模型适用于连续变量的表示，如高程数据和遥感影像等。

格网金字塔模型是一种将地理空间划分为多个层级的像素网格，每个层级的像素网格存储了不同分辨率的地理要素属性信息。

格网金字塔模型适用于多尺度分析，可以在不同层级上对地理要素进行分析。

二、地理空间数据的分析地理空间数据的分析是指通过空间统计、空间交互和空间模拟等方法对地理空间数据进行解释和预测的过程。

如何进行地理数据的空间分析与建模

如何进行地理数据的空间分析与建模地理数据的空间分析与建模是一项重要的任务，可以帮助人们更好地理解和判断地球上的各种现象和问题。

在本文中，我将介绍地理数据的空间分析与建模的基本概念、方法和应用，并探讨其在不同领域中的重要性和局限性。

一、地理数据的空间分析与建模概述地理数据的空间分析与建模是将地理现象和数据以空间的方式进行分析、建模和表示的一种方法。

它可以帮助我们理解地理现象的空间分布、相互关系和变化规律，以及预测未来的趋势和可能性。

在地理数据的空间分析与建模中，我们首先需要获取和整理地理数据，这可以通过卫星遥感、GPS定位、测量和问卷调查等方式实现。

然后，我们需要对这些数据进行处理和解析，提取有关地理现象的特征和信息。

接下来，我们可以根据具体的研究目的和问题，选择适当的空间分析和建模方法，来揭示地理现象的内在规律和特征。

二、地理数据的空间分析方法地理数据的空间分析方法有很多，其中包括：空间统计分析、地理信息系统（GIS）、遥感技术和空间插值等。

这些方法可以帮助我们通过统计、计算和可视化等方式，来探索地理现象的分布、集聚和相关性。

空间统计分析是一种常用的方法，它可以帮助我们发现地理现象的变异模式和空间关联关系。

例如，我们可以利用聚类分析来发现城市的空间集聚现象，或者利用回归分析来探索人口增长与经济发展之间的关系。

地理信息系统（GIS）是一种用于存储、管理、分析和可视化地理数据的工具。

通过GIS，我们可以将不同类型的地理数据集成在一起，进行空间查询、叠加分析和空间模拟等操作。

例如，我们可以在GIS中将不同的地理图层叠加在一起，来分析土地利用和环境质量之间的关系。

遥感技术是一种利用卫星图像和遥感数据来获取地理信息的方法。

通过遥感技术，我们可以获取全球范围内的地理数据，例如地表温度、植被覆盖和土地利用等。

这些数据可以用于研究气候变化、环境保护和灾害监测等问题。

空间插值是一种通过已知点的空间分布来估计未知点的值的方法。

第3讲1地理空间的表达数据模型

地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构

地理空间的表达数据模型

空间数据模型

第3章 空间数据模型

第3讲+++空间数据模型

地理空间数据的模型构建与管理

地理空间数据模型构建与应用研究

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3讲-空间数据模型和空间数据结构

北师大地理信息系统课件03空间数据模型

第3章 空间数据模型

常见的地理分析模型

第三章 空间数据模型

第三章 GIS空间分析的数据模型

p03第三章 空间数据模型-第六-八节2

地理信息系统中常用的空间数据模型有哪些？

第3章 空间数据模型

GIS空间分析的数据模型

如何进行地理空间数据的模型建立与分析

如何进行地理数据的空间分析与建模

第3章空间数据模型

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3章空间数据模型

第三章空间数据模型

p03第三章空间数据模型-第六-八节2

第3章空间数据模型