空间数据模型基础

河流网络的图模型
三个基本类（实体）：
结点V：图中的结点表示河段，有标号、位置、名称、类型 边（有向边）E: 表示两河段的连接关系：标号、起结点、终结点、权重 图 G =(V,E)
边表 （流入FallsInto） FallsInt
o
结点表 （河流River ）
网络模型：多个表
River
riveri d 1 2 3 4 5 6 7
• 自然对象
– 河流、湖泊
3.2 对象的矢量数据类型
基本空间数据类型：点、线、面、体
1维
2维
3维
对象矢量数据表达
空间对象的数据类型
欧氏平面上的对象类型
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
3.3 对象数据模型-类图
几何体
空间参照系统
点
线
1…*
2…*
Observations Data Model schema
Arc Hydro Framework Data Model and Observations Data Model related through
SiteID field in the Sites table
6．三维模型
三维GIS的功能 三维GIS所的功能主要有数据编码：据的组织和 重构：变换：查询 逻辑运算：计算：分析：建立
时空数据模型基础
内容安排
1 数字流域概述
2 数字高程模型
3 静态模型
4 动态模型
5 ,6,7,8 流域时空数据模型
9 流域数据存储传输与
处理
10 流域数据获取
11 数字流域模拟及应用
内容
1．概述 2．场模型（空间连续变量数据模型） 3．对象模型 （空间离散实体数据模型） 4．网络模型 5．时间序列模型 （时空模型） 6．三维模型 7．对象要素的时空拓扑关系 8. 移动对象的时空数据模型
场模型的空间分析
3．对象模型（空间离散实体数据模型）
对象模型的特征
空间上离散分布 具有名称或标识 可以用矢量数据结构表达
对象模型：表
{ ID Boundary Attr1 Attr2
}
对象模型和面向对象的编程时两个不同的概念
3.1 对象模型适合表达的空间现象
• 人工建筑物
– 大坝、水闸、水库、各种基础设施等
线串
1…*
面
几何体集合
多边形
2…*
多面
多线
多点
线 线性环
多个多边形 多个线串
1…*
继承
构成 聚合
3.4 SDTS空间数据类型
SDTS 对象
3.5 Oracle Spatial 空间数据类型
3.6 对象模型和场模型的比较
3）
对象模型
现实世界
场模型
选择一个标识
选择一个位置
它在哪里
那里怎么样
数据
4．网络模型
CUAHSI 观测数据模型（时间序列）
Observations Data Model (ODM)
The Consortium of Universities for the Advancement of Hydrologic Science, Inc. (CUAHSI)
Observations Data Model (ODM)
面-点关系
线-线关系
线-点关系
2. 时间拓扑关系
8. 平面移动对象的时空数据模型
It consists of two object classes and one relationship. They are stored in the Time Series and TSTypeInfo geodatabase
table. The relationship exists between the TimeSeries and TSTypeInfo object
网络模型的特征
表达流的起源、流通和汇集特征； 表达路径； 包括节点、边对象； 具有对象数据模型的特点； 网络流具有场模型的特点。 应用：河流洪水演进、水资源调度
4.1 网络建模方法
概括提取空间上的节点、边，建立连接 关系。
(a)
(b)
Konigsberg Park中的图形理论模型
模型 视觉变换系统维护。
三维数据结构 八叉树三维数据结构 用八叉树来表示三维形体 。
三维模型数据结构
体元形式的三维数据
编码 线性八叉树编码
三维模型的层状结构
--借助三维显示技 术，通过离散的 高程点形成等高 线图、截面图、 多层平面和透视 图，可以把这些 最初都是人工完 成的工作，用各 种计算机程序迅 速高效地完成。
8 9 10 11 12 13 14 15
16 17
name
Mississippi Ohio Missouri Red Arkansas Platte Yellowston e P1 P2 Y1 Y2 Colorado Green Gila G1
G2 GI1
source dest
2
1
3
1
4
1
5
1
6
3
同时提供静态（变化不活跃）、动态（变化活跃）数据建模 手段（静态、动态数据类型和操作）。
数据结构里显式表达两种地理事件：地理实体进化事件和地 理实体存亡事件。
时空拓扑关系一般指地理实体空间拓扑关系的拓扑事件间的 时态关系。
Arc Hydro 时间序列模型
Time Series Component in ArcGIS Hydro Data model (ArcHydro) was intended to allow for the storage, access, display and analysis of Time Series data.
栅格数据表达
2.2 场模型的表达（栅格结构）
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
场模型的TIN表达
TIN数据结构
用非规则三角形网 划分覆盖整个连续 空间；
1．概述
概念 :空间数据模型是关于现实世界中空 间实体及其相互间联系的概念，它为描述 空间数据的组织和设计空间数据库模式提 供着基本方法。
类型 :
场（Field）模型。 对象（Object）模型 网络（Network）模型
空间数据模型的基本问题
GIS空间数据模型的学术前沿
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3
8
6
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6
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7
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5．时间序列模型 （时空模型）
时空数据模型概述
研究概述 TGIS的研究思路
时空数据模型设计的基本思想
根据应用领域的特点（如宏观变化观测与微观变化观测）和 客观现实变化规律（同步变化与异步变化、频繁变化与缓慢 变化），折中考虑时空数据的空间/属性内聚性和时态内聚性 的强度，选择时间标记的对象。
通过“围墙”状的剖面表示三维数据
三维模型
--面向模 拟的三维 数据模型。
7．对象要素的时空拓扑关系
1. 空间拓扑关系
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 。
面--面关系 面--线关系 面--点关系 线--线关系 线--点关系
面-面关系
面Leabharlann Baidu线关系
节点、边和流向
4.2 网络的图模型数据结构
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。
时空数据模型 :核心问题是研究如何有效地表 达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系 随时间不断发生的变化；
三维空间数据模型 :三维矢量模型和体模型； 分布式空间数据模型：分布式空间数据库管理
系统和联邦空间数据库； CASE分布式空间数据模型工具 。
2．场模型 （空间连续变量数据模型）
场模型的特征
表示连续的、可微的空间变量； 可以再一定空间分辨率下测量或取样； 可以用栅格数据表达 。 可以用等值线表达。
场模型 f(x,y)
2.1 场模型适合表达的空间现象
• 物理参数
– 降水、土壤湿度、温度、气压、风场、电磁场 – 流速场
• 环境参数
– 化学污染分布、地表化学元素分布
等值线表达