地理信息系统 第3章 空间数据模型

汤国安 地理信息系统 第3章 长安大学 个人课件

第3章 空间数据模型

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3.1 3.2 3.3 3.4

地理空间与空间抽象 空间数据概念模型 空间数据与空间关系 空间数据逻辑模型

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3.1 地理空间与空间抽象

3.1.1地理空间与空间实体 在地理学上，地理空间(Geographic Space)是指地球表面及近地表空间，是 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。 地理空间中的空间事物或地理现象就代表 了现实世界

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地理空间实体就是对复杂地理事物和现象进行简 化抽象得到的结果，简称空间实体，它们的一个 典型特征是与一定的地理空间位置有关，都具有 一定的几何形态，分布状况以及彼此之间的相互 关系。 四个特征？ 空间位置特征(where) 属性特征(what) 时间特征(when) 空间关系特征(topo)

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3.1.2 空间认知和抽象 从现实世界到计算机世界 确定地理空间领域——建立概念模式(概念建 模)——构成既方便人们认知又适合计算机解释 和处理的实现模式。(人们首先对地理事物进行观察，认知其类型、特征、行为和关系，再对它 进行分析、判别归类、简化、抽象和综合取舍。对于同一空间目标，由于人 们对其兴趣点不同，观察视点和尺度不同，分析和抽象的结果也不尽相同。 例如对一栋建筑物，在宏观的尺度或小比例尺下去观察，将会和整个城市一 起被简化为一个点，当在小范围或大比例尺下得到的抽象结果是完整的三维 建筑物或其投影多边形。再对现实世界进行抽象、描述和表达，逐步得到概 念模型，进而转换为逻辑数据模型和物理数据模型。)

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观察和认知 现实世界

空间事物或现象

选择、综合、简化和抽象

概念世界

最高层 概念模型 Conceptial Model

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数据世界 (计算机) 物理数据模型 Physical Data Model 最底层

信息

空间数据库

图3.2 空间实体抽象的三个层次

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概念模型是地理空间中地理事物与现象的抽象概念集，是地理 数据的语义解释，从计算机系统的角度来看，它是抽象的最高 层。构造概念模型应该遵循的基本原则是：语义表达能力强； 作为用户与GIS软件之间交流的形式化语言，应易于用户理解 (如ER模型);独立于具体计算机实现；尽量与系统的逻辑模 型保持同一的表达形式，不需要任何转换，或者容易向逻辑数 据模型转换。 逻辑数据模型是GIS描述概念数据模型中实体及其关系的逻辑 结构，是系统抽象的中间层。

它是用户通过GIS(计算机系统) 看到的现实世界地理空间。逻辑数据模型的建立既要考虑用户 易理解，又要考虑易于物理实现，易于转换成物理数据模型。 通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型。 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取，是系统抽象的最 底层。 在逻辑数据模型和物理数据模型间，空间数据结构用于对逻辑 数据模型描述的数据进行合理的组织，是逻辑数据模型映射为 物理数据模型的中间媒介。

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现实世界

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抽象、概括建筑物的概念： 建筑物通称建筑，属于固定资产范畴，一般指指 供人居住、工作、学习、生产、经营、娱乐、 储藏物品以及进行其他社会活动的工程建筑。 例如，工业建筑、民用建筑、农业建筑和园林 建筑等。 建筑物的构成，按系统工程分，主要有： 地基、基础和墙体：

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逻辑表达实体类型(点、线、面、体)、位置、属性、空 间关系 建筑物：矢量多边形、空间坐标序列、属性数 据(长、宽、高、用途、材料)、相邻空间实 体

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(白宫，The White House,直译是“白色的房子”, 由于是美国总统的官邸、办公室。供第一家庭成员居住， 所以中文译成“白宫”。位于美国华盛顿市区中心宾夕法 尼亚大街1600号。地理坐标：38°53'51.33"N, 77° 2'11.70"W,北接拉斐特广场，南邻爱丽普斯公 园，与高耸的华盛顿纪念碑相望，是一座白色的二层楼 房。)

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数据结构与物理存储 Type:2 NodesNumber:4 Nodes:77.03456789,38.09876543, 77.03456800,38.09876543, 77.03456800,38.09876580, 77.03456789,38.09876580 00000010000000100010011011101001 011111100010101……..

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3.2 空间数据概念模型

地球表面上的各种地理现象和物体错综复 杂，用不同的方法或从不同的角度对地理 空间进行认知和抽象，可能产生不同的概 念模型。许多方法局限于某一范围或反映 地理空间的某一侧面，因此，概念模型只 能体现地理空间的某一方面。根据GIS数据 组织和处理方式，目前地理空间数据的逻 辑模型大体上分为三类，即对象模型、网 络模型和场模型，如图3.2所示。

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3.2.1 对象模型 对象模型，也称作要素模型，将研究的整个地理 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。按照其空间特征分为 点、线、面、体四种基本对象，对象也可能由其 他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保 持特定的关系，如点、线、面、体之间的拓扑关 系。每个对象对应着一组相关的属性以区分各个 不同的对象。

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许多地理现象模型建立的基础就

是嵌入(Embed)在一 个坐标空间中，在这种坐标空间中，根据常用的公式就可 以测量点之间的距离及方向，这个带坐标的空间模型叫做 欧氏空间，它把空间特性转换成实数的元组(Tuples)特 性，两维的模型叫做欧氏平面。欧氏空间中，最经常使用 的参照系统是笛卡尔坐标系(Cartesian Coordinates), 它是由一个固定的、特殊的点为原点，一对相互垂直且经 过原点的线为坐标轴。此外，在某些情况下，也经常采用 其它坐标系统，如极坐标系(Polar Coordinates)。 将地理要素嵌入到欧氏空间中，形成了三类地物要素对象， 即点对象、线对象和多边形对象。

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(1)点实体

有特定位置，维数为0的物体； ■实体点 Entity point:用来代表一个实体； 注记点 Text point:用于定位注记； □内点 Test point:用于负载多边形的属性，存 在于多边形内； ●节点(结点)Node: …… 此处隐藏：2390字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……