地理信息系统

⏹第3章空间数据模型

使用GIS描述真实世界的前提是将不同类型的地理信息保存在计算机中。空间数据模型是连接现实世界和计算机世界的桥梁。

空间数据模型是人们对现实世界地理空间实体、现象以及它们之间相互关系的认识和理解，是现实世界在计算机中的抽象与表达。

它为建立GIS 数据模型提供了基础，是实现GIS 数据组织、表达、分析和处理的前提。因此，地理空间数据模型是GIS 系统的核心，模型的好坏决定了GIS 系统的优劣。

⏹对真实世界的理解和感知取决于观察者本身。

例如——道路

1 测量人员可能会认为道路是需要进行测量的两条边线；

2 道路管理部门可能会将道路看作是由他们进行维护的、沥青铺成的表面；

3 驾驶员则将道路看作是通行的线路。

⏹例如——河流

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。

⏹本章内容：

一地理空间与空间抽象

二空间数据概念模型

三空间数据与空间关系

四空间逻辑数据模型

⏹一地理空间与空间抽象

1 地理空间与空间实体

2 空间认知和抽象

⏹ 1 地理空间与空间实体

地理空间指地球表层及近地表空间，是地球上五大圈层交汇的区域，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。

⏹空间实体特征：

＊空间位置特征

＊属性特征

＊时间特征

＊空间关系特征

⏹ 2 空间认知和抽象

⏹本章内容：

一地理空间与空间抽象

二空间数据概念模型

三空间数据与空间关系

四空间逻辑数据模型

⏹二空间数据概念模型

以GIS观点对客观世界建立模型，考虑如下对象：

◆不连续对象：如道路、水域、建筑物；

◆连续变化的对象：如地形的起伏、温度的范围等；

◆分类的对象：如植被类型、土壤类型；气候带等；

◆突发事件: 自然灾害，事故；

⏹二空间数据概念模型

1 对象模型

2 场模型

3 网络模型

⏹ 1 对象模型（Feature model-要素模型）

将整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。

⏹ 2 场模型（Field model-域模型）

把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待。

⏹ 3 网络模型(Network model)

——对象模型的特例

网络是由欧式空间R2中的若干个点及它们之间的相互连接的线构成。

许多地理对象即可以采用对象模型也可以采用场模型来建模。

⏹概念模型的选择

场模型：具有连续空间变化

＊海拔

＊气温

＊火灾

＊大气污染

对象模型：具有明确边界和独立地理现象

＊道路

＊建筑物

＊公共设施

⏹本章内容：

一地理空间与空间抽象

二空间数据概念模型

三空间数据与空间关系

四空间逻辑数据模型

⏹三空间数据与空间关系

（一）空间数据类型及其表示

（二）空间关系

⏹（一）空间数据类型及其表示

1 空间数据的类型

＊几何图形数据

＊影像数据

＊属性数据

＊地形数据

＊元数据

⏹ 2 空间数据的表示

空间关系主要有：

1 拓扑空间关系：描述实体之间的相邻、连通、包含和相交等关系。

2 顺序空间关系：描述实体在地理空间上的排列顺序。

3 度量空间关系：描述空间实体之间的距离远近等关系。

⏹ 1 拓扑空间关系

图形在保持连续状态下的变形（缩放、旋转和拉伸等）但图形关系不变的性质。

⏹ 1 拓扑空间关系

空间数据的拓扑关系，对数据处理和空间分析具有重要的意义：

⏹拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何坐标关

系有更大的稳定性，不随投影变换而变化。

⏹利用拓扑关系有利于空间要素的查询。

⏹可以根据拓扑关系重建地理实体。例如根据弧段构建多边形，实现

道路的选取，进行最佳路径的选择等。

⏹点—点关系：如检索距某个水井3KM范围内的所有水井。

⏹ 2 顺序空间关系

⏹ 3 度量空间关系

⏹本章内容：

一地理空间与空间抽象

二空间数据概念模型

三空间数据与空间关系

四空间逻辑数据模型

⏹四空间逻辑数据模型

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。

⏹四空间逻辑数据模型

（一）矢量数据模型

（二）栅格数据模型

（三）矢量-栅格一体化数据模型

（四）镶嵌数据模型

（五）面向对象数据模型

⏹（一）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，适合于用对象模型抽象的地理空间对象。

⏹（二）栅格数据模型

＊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;

＊栅格的空间分辨率确定了描述空间现象的精细程度；

＊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。

⏹栅格分层

栅格数据模型：栅格单元的定义

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