获奖科技立项作品范文1

目录 摘要................................................................1 引言................................................................1 1 空间数据........................................................1 1.1 来源......................................................1 1.2 分类......................................................2 2 空间数据模型研究................................................2 2.1 空间数据模型概念 .........................................2 2.2 GIS空间数据模型分类及其基本问题..........................3 2.2.1概念数据模型.......................................3 2.2.2逻辑数据模型.......................................7 2.2.2.1层次数据模型.................................7 2.2.2.2网络数据模型.................................9 2.2.2.3关系数据模型................................10 2.2.2.4面向对象数据模型............................12 2.3 GIS空间数据模型的学术前沿...............................14 2.3.1 时空数据模型......................................15 2.3.2 动态空间数据模型..................................15 2.3.3 三维空间数据模型..................................16 2.3.4 分布式空间数据模型................................17 3 空间数据结构研究...............................................18 3.1 空间数据结构定义.........................................18 3.2 空间数据结构的分类.......................................18 3.3 矢量数据结构.............................................20 3.3.1 定义..............................................20 3.3.2 矢量数据的拓扑关系................................20 3.3.3 无拓扑关系的矢量数据..............................22 3.3.4 矢量数据间的融合..................................23 3.4 栅格数据结构.............................................24 3.4.1 压缩编码存储结构..................................24 3.4.2 栅格结构和矢量结构的相互关系......................26 3.4.3 失栅一体化结构....................................27 3.4.4 发展趋势..........................................28 结语...............................................................29 参考文献...........................................................30 0 1 GIS空间数据模型与结构研究 王乐乐，吴博，张莉，陈丽红 【摘要】：空间数据模型和空间数据结构是地理信息系统（GIS）课题的中心内容。本文对空间数据模型和结构的定义、分类以及发展中的问题与解决方法进行了一定的研究性的归纳与总结。 【关键词】：GIS，空间数据模型，空间数据结构 0 引言

GIS是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的计算机系统。空间数据的采集方法、生产工艺、数据的质量都直接影响到GIS应用的潜力、成本和效率。作为GIS的核心，空间数据的结构与模型直接影响着GIS的运用和发展。合理的空间数据结构和模型能使GIS达到最优化，使生产效益达到最大化。因此，如何完善和改进空间数据结构和模型一直是能否推动GIS不断发展和更新的核心任务。本文对GIS空间数据结构和模型的传统意义和现今发展做了一些初步研究，旨在为GIS空间数据的研究提供一定参考。 1 空间数据

1.1来源 随着GIS系统的广泛应用，地理空间数据的内容也在不断增加，由于应用目的不同，使用的数据在内容和结构上也有很大的区别。由于行业的需求不同，地理空间数据的侧重点和要求也有很大的区别， GIS的数据来源主要有如下几种[1,18]: 1)航空航天遥感 遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结合目标进行探测和识别的技术。遥感数据是地理信息系统的重要数据来源。 2)地图数字化 地图数字化就是通过GIS工具，把纸质地图经过一系列处理转换成可以在屏幕上显示的电子化地图。地图数字化主要有数字化仪手持跟踪数字化和扫描矢量化两种方法。 3)全野外数据采集 全野外数据采集就是应用现代测量技术采集GIS数据，全野外数据采集的GIS数据具有现势性好，精度高的特点。全野外数据采集的方法主要有GPS数据采集、全站仪数据采集、光电测距仪配合计算机进行数据采集及经纬仪配合其它设备进行数据采集等多种数据采集方法。 2 4)合成孔径雷达 合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。既可详细、较准确地观测地形、地貌等地球表面的信息又可收集地表下面的信息，它是空间对地观测的一种有效手段。 5)近景摄影测量 近景摄影测量和全野外数据采集一样是获取一定区域内地理信息的主要方法，它能解决遥感信息在局部区域的精确表示，也能解决地图数字化的时效问题。 6)其它数据 这类数据有文本资料、多媒体数据、试验数据、理论推算与估算数据、历史数据、统计普查数据等。

1.2分类

从概念上分，地理空间数据可分为两大类。一类是空间对象数据，它是指具有几何特征和离散特点的地理要素，如点对象、线对象、面对像、体对象等。另一类是场对象数据，它是指在一定空间范围内连续变化的地理对象，如覆盖某一地理空间的格网数字高程模型、不规则三角网、栅格影像数据等。每个离散的空间数据对象有一个唯一的对象标识或相应的属性扫描信息。一个场对象通常作为一个整体，场内的局部特征已经由构造该数据场的节点特征表达，如一个格网点的高程表现了该点的高度。由于离散的空间对象与场对象的特征不同，所以需要采用不同的方法进行处理和管理。 根据地理实体数字描述方式的不同，空间数据可分为矢量数据和栅格数据。矢量数据是在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位臵和形状的数据。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位臵表现的准确无误。栅格数据是按网格单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。 2 空间数据模型研究

2.1 空间数据模型概念 空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供基本方法[2]。一个空间数据模型可以被定义为一组有关关系联系在一起的实体集。一个实体是存在的和可区别的，即可以从众多实体中区别某一个。如，汽车、河流等都是实体。空间数据模型是在实体概念上发展起来的，它包含两个基本内容：专门的实体组和它们之间的相关关系，实体及相关关系可以通过属性和性质来说明，存储在实体的属性中[3]。 3 2.2 GIS空间数据模型分类及其基本问题（评价） GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个层次所组成，其中概念数据模型是关于实体及实体间联系的抽象概念集，逻辑数据模型表达概念数据模型中数据实体(或记录)及其间关系，而物理数据模型则是描述数据在计算机中的物理组织、存取路径和数据库结构。下面将重点介绍概念及逻辑层面上的GIS空间数据模型。 2.2.1 概念数据模型 GIS空间数据模型的概念模型是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。其基本任务是，确定所感兴趣的现象和基本特性，描述实体间的相互联系，从而确定空间数据库的信息内容。目前广为采用的是基于平面图的点、线、面数据模型和基于连续铺盖(Tessellation)的栅格数据模型[4]。 基于平面图的点、线、面数据模型是一种面向空间实体的模型，其把现实世界的空间实体抽象地看作是由平面上的点、线、面空间目标(Spatial objects)组成的。这些点、线、面空间目标之间存在着一些空间关系，如点、线、面目标与其组成弧段、结点、坐标之间的相交(Junction)、连接(Connection)、连通(Connectivity)和包容(Containment)等拓扑空间关系。基于平面图的点、线、面数据模型的一个核心问题是描述和表达点、线、面空间目标及其相互间的拓扑空间关系。基于连续铺盖的栅格数据模型是将连续空间离散化，即用二维铺盖或面片覆盖整个连续空间；铺盖可分为规则和不规则的，后者可当做拓扑多边形处理，如社会经济分区、城市街区；铺盖的特征参数有尺寸、形状、方位和间距。对同一现象，也可能有若干不同尺度、不同聚分性(Aggregation or subdivisions)的铺盖。 实体--关系法是建立空间概念数据模型时采用的主要方法。其认为现实世界中具有相似性质的实体组成实体类(Entity type)，单个实体或实体类之间存在着多种关系，这种关系可以是一对一的，也可能是多对多的。如道路这一实体穿过城市，对同一城市而言一般有N条道路穿过，表现为ER模型中的1:N关系。此外，实体和关系都有属性。对于一个街区来说，其中一街道有若干路段，一个路段有若干边组成，而每一地块的边界可能有M个边组成。空间实体的点、线、面之间存在的一些关系也可以用ER方法表示。如果将某些实体进一步分类的话，则得到ECR模型(Entity-Category-Relationship Model)。 前述的两种空间概念数据模型在描述、表达现实世界空间实体及其相互关系和进行动态模拟方面，均表现出一定的局限性，存在着一些有待解决的问题：