地理实体的面向对象描述
地理信息系统(1)
第一部分：1.地球科学的研究为人类监测全球变化和区域可持续发展提供了科学依据和手段。
2.地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学是地球科学体系中的重要组成部分。
3.地球系统科学：是研究地球系统的科学。
地球系统是指由大气圈、水圈、土壤岩石圈和生物圈等四大圈层组成的作为整体的地球。
4.地球信息科学：是地球系统科学的组成部分，是研究地球表层信息流的科学，或研究地球表层资源与环境、经济与社会的综合信息流的科学。
就地球科学的技术特征而言，它是记录、测量、分析、处理和表达地球参考数据或地球空间数据学科领域的科学。
5.地理信息科学：是信息时代的地理学，是地理学信息革命和范式演变的结果，它是关于地理信息的本质特征与运动规律的一门学科，它研究的对象是地理信息，是地球科学的重要组成部分。
6.地球空间信息科学：是以GPS、GIS、RS为主要内容，并以计算机和通信技术为主要技术支撑，用于采集、测量、存储、分析、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。
7.地理信息系统：以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策而建立起来的计算机技术系统。
8.地理信息系统的基本概念包括：信息、数据、地理信息、地理信息的特征、地理数据、地理数据的特征、信息系统及类型、地理信息系统及类型等。
9.信息：是用文字、数字、符号、语言、图形、图像等介质或载体表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
信息具有客观性、适用性、可传输性、共享性等特点。
10.数据：是指对某一事件、事务、现象进行定性、定量描述的原始资料，包括文字、数字、符号、语言、图形、图像以及它们能转换成的形式。
信息来源于数据，数据是信息的载体，但并不就是信息。
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)
面向对象数据模型
第三节面向对象数据模型已于前述，目前非空间数据最主要的数据模型是层次模型、网状模型和关系模型。
这里，我们分别介绍它们用于 GIS 地理数据库的局限性(1)层次模型用于 GIS 地理数据库的局限性层次模型反映了地理世界中实体之间的层次关系，在描述地理世界中自然的层次结构关系时简单、直观，易于理解，并在一定程度上支持数据的重构。
它用于 GIS 地理数据库存在的主要问题是：1)、很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余；2)、对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；3)、数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，插入和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除；4)、层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据控制命令中显式地给出数据的存取路径；5)、基本不具备演绎功能和操作代数基础。
(2)网状模型用于 GIS 地理数据库的局限性网状模型是层次模型的普通形式，反映了地理世界中常见的多对多关系，在一定程度上支持数据的重构，具有一定的数据独立和数据共享特性，且运行效率较高。
用于 GIS 地理数据库的主要问题如下：1)、由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位艰难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置；2) 、网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次模型相同的问题；3)、不直接支持对于层次结构的表达；4)、基本不具备演绎功能和操作代数基础。
(3)关系模型用于 GIS 地理数据库的局限性关系模型表示各种地理实体及此间的关系，方式简单、灵便，支持数据重构；具有严格的数学基础，并与一阶逻辑理论密切相关，具有一定的演绎功能；关系操作和关系演算具有非过程式特点。
尽管如此，关系模型用于 GIS 地理数据库也还存在一些不足。
主要问题是：1)、无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，摹拟和操作复杂地理对象的能力较弱；2)、用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；3)、由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开消较大的联接操作，运行效率不够高。
GIS导论试卷(1)
GIS试卷（1）一、名词解释题15%（每小题3分，共15分）1．地理数据：地理数据是对与地球表面位置相关的地理现象和过程的客观表示。
是一种较复杂的数据类型，涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述，人们常把地理数据称为空间数据。
地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。
2．网络分析一组相互连接的线状实体构成网络，网络分析只对线状实体而言。
这些线状实体表示了某种资源、物质或信息在地理空间上流动的通道。
对地理网络（交通网）、城市基础设施网络（电力线、电话线、给排水管线等）进行地理分析和模块化，是GIS网络分析的目的。
3．拓扑结构4．游程编码通过记录行或列上相邻的若干属性相同点的代码的代码，可实现游程长度编码。
5．DIME文件双重独立地图编码文件，它由美国人口普查局建立起来的为人口普查目的而设计的拓扑编码方法，是一种把几何度量信息（直角坐标）和拓扑逻辑信息结合起来的系统。
二、填空题20%（每空1分，共20分）1．GIS的基本组成一般包括（软件），（硬件），（数据），（人员），（方法）五部分。
2．GIS的操作对象是（地理实体），它具有描述地理实体的（空间），（属性），（时间）特征。
3．数据库作为一个复杂系统，主要由（空间数据库），（空间数据库管理系统），（空间数据库运用系统）三个基本部分构成4．面向对象方法具有（抽象）（封装）（多态）等三特性；四种（分类）（概括）（聚集）（联合）核心技术；5. 我国的国家基本比例尺地形图（除1：100万外）均采用( 高斯-克吕格投影）投影。
三、选择题10%（每小题1分，共10分）1 世界上第一个地理信息系统产生于（C ）A 中国B美国C加拿大D澳大利亚2.计算最短路径的经典算法是（ C ）。
A.Huffmann；B.Freeman；C.Dijkstra；D.Morton3.空间集合分析主要完成（C）A地形分析B缓冲区分析C逻辑运算D叠置分析4.湖泊和河流周围保护区的定界可采用（C ）A空间聚集B统计分析C缓冲区分析D叠加分析5．建立空间要素之间的拓扑关系属于（A ）功能A空间分析B图形分析C空间查询D 地图整饰6. One would normally begin with ________ in a GIS project:（）A、data displayB、database constructionC、data analysisD、data exploration7．Map projection is a process of converting from（）A、three-dimensional to two-dimensional coordinatesB、two-dimensional to three-dimensional coordinatesC、two-dimensional to two-dimensional coordinatesD、none of the above8．When converted from DMS to DD units, 46030’00’’ will read:（）A、46.3°B、46.5°C、46.7°D、none of the above9．Which transformation method is most commonly used in GIS?（）A、Equiarea transformationB、Similarity transformationC、Affine transformationD、Topological transformation 10．Each polygon in a polygon coverage should have ___label(s):（）A、zeroB、oneC、twoD、three四、简答题25%（每小题5分，共25分）1．试比较矢量、栅格两种数据结构的优缺点？矢量数据的优缺点：优点为数据结构紧凑、冗余度低，有利于网络和检索分析，图形显示质量好、精度高；缺点为数据结构复杂，多边形叠加分析比较困难。
geo数据库使用
geo数据库使用在数据管理领域，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）广泛应用于地理空间数据的存储、分析和可视化。
为了实现这些功能，GIS使用一种称为地理数据库（Geographic Database）的特殊类型的数据库。
本文将介绍地理数据库的使用，包括其定义、设计和技术特点。
首先，地理数据库是一个用于存储和管理地理空间数据的数据库。
与传统的关系型数据库不同，地理数据库不仅存储数据本身，还存储与数据相关的地理信息，例如坐标、地理标识、地理特征等。
这使得地理数据库能够提供更丰富的数据分析和查询功能。
在地理数据库的设计中，有两个关键概念：空间数据和关联数据。
空间数据包括点、线、面等几何对象，用于表示地理位置和形状。
关联数据包括属性数据，用于描述地理实体的特征和属性。
这些数据通常是通过地理坐标系统来定位和参考的。
在地理数据库的技术实现中，有几种常见的方法。
其中之一是面向对象的地理数据库（Object-Oriented Geographic Database，简称OGDB）。
OGDB将地理实体和其属性数据封装为对象，使用对象关系映射（Object-Relational Mapping，简称ORM）技术进行数据存储和访问。
另一种常见的地理数据库技术是空间数据库（Spatial Database）。
空间数据库是一种专门用于存储和查询空间数据的数据库。
它提供了一系列空间索引和查询算法，以支持高效的空间数据查询和分析。
常见的空间数据库包括Oracle Spatial、PostGIS等。
除了OGDB和空间数据库，还有一些其他的地理数据库技术，如基于图的数据库（Graph-Based Database）、NoSQL数据库等。
这些技术在不同的应用场景和数据需求下有各自的优势和适应性。
地理数据库的使用广泛应用于各个行业和领域。
在城市规划中，地理数据库可以用于存储和分析城市的地理空间数据，帮助决策者做出合理的规划和设计。
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
测绘技术中的地理信息模型与数据模型
测绘技术中的地理信息模型与数据模型在测绘技术领域中，地理信息模型（Geographic Information Model，简称GIM）和数据模型（Data Model）起着至关重要的作用。
这两种模型的使用，使得测绘数据在地理空间上得以准确描述，并能够实现数据的有效管理和分析。
本文将对地理信息模型和数据模型进行详细探讨，并探究它们在测绘技术中的应用及其相互关系。
一、地理信息模型地理信息模型是一种描述现实世界地理对象与地理属性之间关系的模型。
它基于对地理实体的特征进行抽象，以及地理实体之间的拓扑和关系，实现对地理空间数据的表达与存储。
地理信息模型主要包括图形模型和属性模型。
1. 图形模型图形模型是以地理实体的几何形状为基础，描述地理空间数据的空间分布特征。
在图形模型中，地理实体被描述为点、线、面等几何形状，通过空间关系（如相邻、相交等）和拓扑关系（如包含、被包含等）来构建地理实体之间的关系。
图形模型的常见实现包括矢量模型和栅格模型。
矢量模型利用几何对象（如点、线、面）的坐标信息和属性信息来描述地理实体。
它适用于描述离散对象，如建筑物、河流等。
栅格模型则将空间分为规则网格，在每个网格单元中存储地理属性值。
这种模型适用于描述连续分布的地理现象，如温度、降雨等。
2. 属性模型属性模型是描述地理实体的属性信息，如名称、面积、人口等。
在地理信息模型中，属性模型可以用关系型数据库、面向对象数据库等形式来存储和管理。
通过属性模型，可以根据实体的属性特征进行查询、分析和可视化。
二、数据模型数据模型是一种用于描述数据结构和数据之间关系的模型。
在测绘技术中，数据模型起到组织和管理地理信息数据的作用。
数据模型可以分为概念模型、逻辑模型和物理模型。
1. 概念模型概念模型是对现实世界中某个领域的概念和规则进行抽象和定义的模型。
在测绘技术中，概念模型用于描述地理数据的逻辑结构和特征。
常见的概念模型包括层次模型、关系模型、对象模型等。
地理信息系统简答
5）数据输出误差：比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定（如图纸伸缩）；
2、找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来。这只要在已构建的三角网中找出具有一个相同顶点的所有三角形即可。
3、对与每个离散点相邻的三角形按顺时针或逆时针方向排序，以便下一步连接生成泰森多边形。
4、计算每个三角形的外接圆圆心，并记录之。
5、根据每个离散点的相邻三角形，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，即得到泰森多边形。对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。
2）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。
3）对于线段也采用类似的方法处理。
4）简化距离公式：
点S(x,y)到直线段(x1,y1),(x2,y2)的距离d的计算公式：
6、GIS与其它信息系统的关系和区别。（10分）
答：GIS属于信息系统中的空间信息系统（SIS）中的一类，包括专题GIS和综合信息系统。
一般采用几何坐标 GIS采用地理坐标系
GIS与CAM共同点 GIS与CAM不同点
都有地图输出、空间查询、分析和检索功能 CAM侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有地图辅助设计和产生高质量矢量地图的输出机制； CAM是GIS的重要组成部分
CAM强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺乏拓扑关系； GIS综合图形和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策信息。
4、数据源的分类？
1》按表现形式，数字化数据、多媒体数据、文本资料数据。
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2）地理实体的几何抽象
为了在计算机的抽象空间中，表达复杂的现实世界，在地 理信息系统中，地理实体被抽象简化为简单的几何对象 (geometric object)：
点对象(Point) 线对象(Line) 面对象(Polygon) 体对象(Volume)
9
点对象
点对象是有特定位置的维数为零的物体，代表一个点实体(Point Entity)，如城 市、村庄、钻孔等。
11
体对象
一个体对象代表一个空间三维实体，如地层、断层、矿体等。 一个三维实体由若干平面或曲面包围组成。体中间若包含“空洞”，则为复杂 的体。但体中包含的“空洞”，应作为另一个体对象处理。通过体类主题可将 体对象聚合起来。
12
3）地理实体的空间相互关系
现实生活中的实体大多都不是孤立存在的。国道可能和省道相接， 河流可能穿过城市，学校可能和工厂为邻。这些地理实体在地理 空间中的空间分布关系简称为空间关系。
2
2 地理抽象过程
❖ OGC 九层次抽象
尺度世界 Dimensional world
项目世界 Project world
地理空间世界 Geospatial world
感知世界
概念世界 Conceptual world
现实世界 Real world
工程世界
地理要素集合 Feature collections
13
空间关系的基本类型：拓扑关系、方向关系、度量关系。
拓扑关系描述地理实体之间的相邻、关联、包含等空间关系。 方向关系又称为方位关系、延伸关系，它定义了地物对象之 间的方位。 度量关系主要是指空间对象之间的距离关系，可以用欧几里 德距离、曼哈顿距离、时间距离等来描述。
14
3.2 面向场的认知模型
地理点列 point
几何特征 geometry
地理要素
3
feature
❖ ISO-TC211
现实世界
论域
概念模型
概念模式
概念形式
概念模式语言
4
❖ 三层次模式
概念世界 （大脑）
现实世界 地里实体或现象
认知、抽象与概念模型化
概念模型
设计
最高层
逻辑数据模型
中间层
数据世界
实现
（机器）
物理数据模型
最低层
5
7
例如：地理实体的面向对象描述
实体 学校 铁路
标识符 空间位置
空间关系 属性特征
名称 地面坐标 与另一实体相邻 学生数
编码号 一组坐标 连接两个城市
运输量
钻孔 标识号 地面坐标 蓄水池 名称 地面坐标
位于某个区域 与一水管线相接
孔径 水质
功能 教育 运营 层位 水位
上表中所列的五种特征可分两大类：空间特征和非空间特征，描述地理 实体的数据相应分为空间数据和属性数据。空间数据用来描述地理实体 的空间位置和相互关系。对于“地理实体”，了解其定位属性，也就是 获取其确切的空间坐标值，要比了解其一般的非定位属性更重要。实际 上，实体的许多非定位属性，如长度、面积等都是依附于定位属性的。
采样模型（Sampling） 通过采集有限个样本点的属性值来表达区域属性的连续变化。根据样本点 的分布密度和分布形态，可以采用网格（grid）或者TIN模型进行数据内插， 进而模拟区域属性的连续变化。 等值线模型（Contour） 采用一组等间距的等值线将地理区域划分成一些环状区域。每个区域中的 属性值介于相邻的两条等值线的属性值之间，可以沿着等值线的梯度方向 进行连续插值求得属性值。 图斑模型（piecewise） 将一个平面划分成若干个区域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种 主要属性的变化。一个区域可以包含若干个子区域或其他区域，但不能被 其他区域分隔，即区域内的任意两点至少存在一条完全包含在本区域内的 连接路径。模拟的 数学函数可以是一个常数、也可以是一个线性函数、更 可以是一个高阶函数。
❖ 基于场的认知模型 场（Field）是指一类具有共同属性值的地理实体或者地 理目标的集合。
❖ 该模型把地理空间中的事物和现象作为连续的变量或体 来看待，例如：大气污染、大气降雨、地表温度、土壤 湿度、洋流等。
❖ 根据问题的不同，场（field）可以二维的、也可以是三 维的。ຫໍສະໝຸດ 15二维场的描述方法：
同其他相邻的地理实体区别开来。这些地理实体既可以是一座城市，也可 以是一片住宅，或者是一间房屋。 面向对象的实质就是使用一系列的基本数据来描述这些地理实体，包括： 对象的特定属性（空间、时间、非空间属性），对象之间的特定关系（空 间、时间、语义）。
一般认为，面向对象的地理实体描述方式特别适用于描述地理空间中各种 独立存在的地理特征（discrete spatial features），适合于那些具有完整边 界的地理目标，如：建筑物、街区、道路、行政区划等人文现象、或者湖 泊、河流、植被景观等自然现象。
线对象
线对象是维数为1的物体，代表一个线实体(Line Entity)，如河流、边界、道路 等。 线对象的属性： 实体长度 - 从起点到终点的总长；弯曲度 - 如道路弯曲的程度；方向性 - 如 水流方向(从上游到下游)，公路方向(单向、双向)等。
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面对象
面状实体包括湖泊、森林、岛屿、地块等，在二维图中表现为多边形。面状实体 包括以下空间特性： • 面积、周长。 • 独立性或与其它地物相邻，如中国及其周边国家等。 • 内岛或锯齿状外形:如岛屿的海岸线封闭所围成的区域等。 • 重叠性与非重叠性:如报纸的销售区域、学校的分区等有可能出现交叉重叠现象， 但各个行政区一般是相邻而不出现重叠。
III 地理认知理论与模型
1 地理认知概念 2 地理抽象过程 3 地理认知模型 4 空间拓扑关系
1
1 地理空间认知概念
地理空间认知： 研究人类如何认知自己赖以生存的地理环境（主要指地球的四大圈层 – 岩石 圈、水圈、大气圈、生物圈），包括位置、分布、关系、变化和规律等。
地理空间认知过程： 经过地理感知、表象再现、地理记忆和地理思维四个过程，借助图像或者地 图（心像地图和认知制图）来实现的。心像地图是人类对地理空间多次感知 的基础上（实地考察、地图参考、文献阅读）综合形成的一种印象或者心理 表征；认知制图通常发生在人类使用地图的过程中，把新近获得的信息与地 图信息综合起来进行决策，如：定位、定向、导航等。
3 地理认知模型
❖ 根据GIS数据组织和处理方式，地理认知模型分为三类： 基于对象（OBJECT-BASED） 基于域/场(FIELD-BASED) 基于网络（NETWORK-BASED）
6
3.1 面向对象的认知模型
1）地理实体的面向对象描述 在一定尺度下，客观存在的地理实体都有其精确的位置、形状，可以