GIS空间分析的数据模型
常见的空间数据逻辑模型
空间数据逻辑模型是地理信息系统（GIS）中的核心部分，它描述了空间实体及其之间的关系。
选择适当的逻辑模型对于有效地组织、存储、管理和查询空间数据至关重要。
以下是几种常见的空间数据逻辑模型：矢量模型：点、线和多边形：这是最基本的矢量数据模型，其中点代表位置，线由一系列的点组成，而多边形则是由闭合的线形成。
这种模型非常适合表示离散的空间特征，如建筑物、道路和行政区划。
拓扑关系：在更复杂的矢量模型中，除了几何形状外，还会考虑空间对象之间的拓扑关系，如相邻、相交和包含等。
这种拓扑信息可以增强空间分析的能力。
栅格模型：像元/网格：栅格模型将空间划分为规则的网格或像元，每个像元都有一个与之关联的值，如高程、温度或土壤类型。
这种模型特别适合于表示连续的空间现象，如地形、气候和某些类型的遥感数据。
面向对象模型：对象和类：面向对象模型将现实世界中的实体表示为对象，这些对象具有属性（如颜色、形状）和方法（如计算面积、查找相邻对象）。
相关的对象可以被组织成类，从而形成一个分类体系。
继承和封装：通过使用面向对象编程的概念，如继承和封装，这种模型可以更有效地组织和管理复杂的空间数据。
网络模型：节点和边：网络模型主要用于表示和分析由节点（如交叉口、城市）和边（如道路、输电线路）组成的网络结构。
这种模型在交通规划、公共设施布局和物流分析等领域非常有用。
时空模型：时间维度：时空模型在传统的空间数据模型上增加了一个时间维度，用于表示和分析空间现象随时间的变化。
这对于环境监测、城市规划和历史研究等应用非常重要。
三维模型：立体表达：三维模型使用X、Y和Z三个坐标来定义空间对象的位置和形状，从而能够更真实地表示现实世界中的三维结构，如建筑物、地形和地下设施。
混合模型：综合应用：混合模型结合了上述两种或多种模型的优点，以适应特定的应用需求。
例如，一个系统可能同时使用矢量和栅格数据来表示不同类型的空间信息。
随着技术的进步和应用需求的增加，未来可能会出现更多创新的空间数据逻辑模型。
GIS空间分析名词解释
：空间数据．．．．拓扑分析、空间叠加、缓冲分析、网络分析P3数字地面模型(DTM)：数字高程模型(DEM)：不规则三角网(TIN)：地质统计学：是利用空间变量的自相关特征研究空间随机场性质的一种统计理论。
它分为(1)结构分析理论；(2)克立格插值理论（插值理论）；(3)条件模拟理论。
协方差、空间采样理论P9估计误差：是指实测值与真实值之间的误差。
估计方差：是指估计误差的离散程度。
数字高程模型DEM：是描述地面特性空间分布的有序数值阵列，所记地面特性是高程z，它的空间分布由x , y水平坐标系统来描述。
DEM派生信息：以数字地面模型为基础，通过数字地形分析（DTA）手段可提取出用于描述地表不同方面特征的参数，这些参数统称为DEM派生信息。
坡度、坡向、曲率P16地面曲率：地面曲率是对地形表面一点扭曲变化程度的定量化度量因子，地面曲率在垂直和水平两个方向上分量分别称为平面曲率和剖面曲率。
剖面曲率、平面曲率、坡形P18汇流量（汇流面积）：一个栅格单元的汇流量是其上游单元向其输送的水流量的总和。
地形湿度指数：单位等高线上的汇流面积与坡度之比。
通视分析：就是利用DEM判断地形上任意点之间是否可以相互可见的技术方法，分为视线分析和视域分析。
缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围,具体指在点. 线. 面实体周围自动建立的一定宽度的多边形。
叠置分析：是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生新的特征的分析方法。
合成叠置、统计叠置P30交、并、剪P31 差、识别P32距离分析：用于分析图像上每个点与目标的距离，如有多目标，则以最近的距离作为栅格值。
距离制图、直线距离分析P32密度分析：针对一些点要素（或线要素）的特征值（如人口数）并不是集中在点上（或线上）的特点，对要素的特征值进行空间分配，从而更加真实地反映要素分布。
密度制图：根据输入的要素数据集计算整个区域的数据聚集状况，从而产生一个连续的密度表面。
GIS第三章空间数据模型
图元素独 立存储
点坐标文件 线坐标文件
通过FID连接
点属性表文件 线属性表文件
面坐标文件
面属性表文件
不包含拓扑数据
101 202
203
301
201 302
102
(b)拓扑模型
图元素非 独立存储
点坐标文件 线坐标文件
通过FID连接
点属性表文件 线属性表文件
几类？
3．要素模型
2）离散欧氏平面上的空间对象
离散一维对象 B 样条曲线
多边线 线段
3．要素模型
3）要素模型和场模型的比较
要素模型
现实世界
场模型
选择要素
选择一个位置
它在哪里
那里怎么样
数据
3．要素模型
• 2. 矢量数据模型
空间图形
空间数据
属性数据
101 202
203
301
201 302
102
(a)Spaghetti模型
• 常用的嵌入式空间类型： – 欧式空间（距离、方位） – 量度空间（距离） – 拓扑空间（拓扑关系） – 面向集合的空间（只采用一般的基于集合的关系）
3．要素模型
1）欧氏平面上的空间对象类型
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
要素（对象） 的类型有哪
– 欧氏平面：把空间特性转换成实数的元组特性，而形成 的二维模型即欧氏平面
– 地理实体：分布于地球表面的人文和自然现象的总称 实体必须符合三个条件：
• 可被识别 • 重要（与问题有关） • 可被描述（有特征）
空间数据模型名词解释
空间数据模型名词解释
空间数据模型是地理信息系统（GIS）中的核心组成部分，理解它对于要深入
理解GIS的工作原理至关重要。
它们是对现实世界中的几何图形以及这些图形之
间的空间关系的抽象和整理。
根据对空间数据的编码方法的不同，空间数据模型通常可以分为矢量数据模型和栅格数据模型两大类。
矢量数据模型用点、线、面来表示空间信息。
点，例如地理位置、纪念碑，被视为0D，即没有长度和宽度；线，例如公路、河流，被视为1D，即有长度但没有宽度；面，例如湖泊、城市，被视为2D，即既有长度又有宽度。
矢量数据模型的
优点在于其准确性高且能很好地维持空间信息的拓扑结构，但其处理步骤复杂且
需要更多的计算量。
栅格数据模型则将空间分成许多规则的网格，每个网格单元存储一些特定的信息。
比如气候数据、土壤类型数据、人口分布数据等等。
栅格数据模型的特点是
处理速度快，但存储空间大，并且精度受到栅格大小的限制。
另外，现还有一种TIN（Triangulated Irregular Network）数据模型，它是矢量
数据模型的一种，是通过非规则三角网来表达三维地理形状的。
可以将区域分割为许多三角形，每个三角形的三个顶点都有一个Z值（高程）。
由于它们可以为不
规则形状的地面提供良好的表达，因此在解决地貌问题中尤为有效。
以上就是空间数据模型的基本概念，以及其中主要的几种模型类型和他们的特点。
在实际应用中，不同的数据模型类型会根据具体的需求和数据特性进行选择。
地理空间数据的模型构建与管理
地理空间数据的模型构建与管理地理空间数据的模型构建与管理是地理信息系统（GIS）中的核心内容之一。
随着科技的发展和信息时代的到来，地理空间数据的应用范围逐渐扩大，对于不同行业的决策和规划起着重要的作用。
在建立和管理地理空间数据模型时，需要考虑数据的准确性、一致性和可持续性等因素。
一. 地理空间数据模型的分类地理空间数据模型可以分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型使用点、线、面等几何要素来描述地理空间实体，适用于具有明确几何特征的地理现象，如道路、河流等。
而栅格数据模型则是将地理空间划分为一系列的网格，将每个网格单元作为一个地理单位，适用于连续变化的地理现象，如气温、降雨量等。
二. 地理空间数据模型的构建地理空间数据模型的构建过程包括数据收集、数据预处理、数据建模和数据评估等环节。
首先，需要收集相关的地理空间数据，可以通过地面调查、遥感技术等手段获取。
然后，对数据进行预处理，包括数据清洗、数据匹配和数据转换等操作，以确保数据的准确性和一致性。
接下来，根据具体的要求和目标，进行数据建模，选择适当的数据结构和分析方法，构建出合理的地理空间数据模型。
最后，对所建模型进行评估，验证其在实际应用中的有效性和可靠性。
三. 地理空间数据模型的管理地理空间数据模型的管理包括数据输入、数据存储、数据查询和数据更新等方面。
在数据输入方面，需要考虑数据的来源和获取方式，以及数据的质量控制和完整性检查。
数据存储则包括数据的组织和存储结构的选择，可以采用数据库等技术来进行管理。
数据查询则是指按照特定的条件和要求，对地理空间数据进行检索和提取，可以通过地理信息系统的查询功能来实现。
数据更新则是指对已有数据进行更新和维护，以及添加新的数据内容，确保数据的实时性和可靠性。
四. 地理空间数据模型的应用地理空间数据模型的应用广泛涵盖了各个领域，如环境保护、城市规划、交通管理等。
在环境保护方面，可以利用地理空间数据模型来分析土地利用、水资源分布等情况，从而制定合理的保护措施。
测绘技术GIS空间分析方法介绍
测绘技术GIS空间分析方法介绍近年来，随着技术的发展和需求的增加，地理信息系统（GIS）在测绘领域中的应用越来越广泛。
GIS空间分析是其中一个重要的应用领域，它通过对空间数据的处理和分析，为测绘工作提供了更多的可能性和深度。
本文将介绍一些常用的GIS空间分析方法。
第一部分：空间数据模型在进行GIS空间分析之前，首先需要对空间数据进行建模和组织。
常用的空间数据模型有点、线和面。
点模型适用于表示离散的地理对象，如建筑物、道路交叉口等。
线模型适用于表示地理对象之间的线性关系，如道路、河流等。
而面模型适用于表示具有连续性的地理对象，如土地利用类型、地貌等。
对于不同类型的地理对象，可以选择不同的空间数据模型进行建模和处理。
第二部分：空间查询和空间关系分析一旦空间数据建模完成，就可以进行空间查询和空间关系分析。
空间查询是指根据某个特定条件对空间数据集进行查询，以获得符合条件的地理对象。
例如，可以根据地理坐标范围对地图上的建筑物进行查询，来获取特定区域内的建筑物信息。
空间关系分析则是研究地理对象之间的拓扑和邻近关系，以了解它们的相互作用和关联性。
例如，可以通过空间关系分析，判断某个建筑物是否与某个道路相交。
第三部分：空间插值和空间描绘除了查询和关系分析，GIS空间分析还可以进行空间插值和空间描绘。
空间插值是指根据已有的离散空间数据，通过数学模型来推算未知位置的空间值。
例如，可以根据现有的气象站数据，插值出某个地区的气温分布图。
空间描绘则是将空间数据以图形的形式进行可视化展示。
例如，可以将测量出的地形表面数据转化为等高线图或地形图，来更直观地展示地形特征。
第四部分：空间统计和空间决策支持除了前面提到的基本分析方法，GIS空间分析还可以进行空间统计和空间决策支持。
空间统计是指对空间数据进行统计分析，以获得地理现象的特征和规律。
例如，可以对某个区域的城市人口密度进行空间统计，以了解城市发展的状况。
空间决策支持则是将GIS空间分析应用于决策过程中，以提供决策者更准确的信息和可视化的支持。
几种常见的空间数据模型
ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）
GeoDatabase拓扑关系检查与处理 ➢ 以错误查看器提供拓扑关系的错误信息 ➢ 用户可选择错误处理方式 ▪ 用编辑工具改正这个错误 ▪ 对该错误暂不处理 ▪ 将该错误置为例外
ARC/INFO数据模型 地理数据库（GeoDatabase）
✓ 位置数据用矢量和栅格数据表示； ✓ 属性数据存储在一组数据库表格中； ✓ 通过空间和属性数据的连接实现对空间数据的查询、分析和制
图输出。
ARC/INFO数据模型
ARC/INFO的数据模型支持六种重要的数据结构
✓ Coverage 矢量数据表示的主要形式
✓ GRID 栅格数据表示的主要形式
路径（Route）
定义为基于基本线特征基础上的路由。如在道路网上划分出 的公共汽车线路，不同的公共汽车线路公用部分道路时不用重复 输入线特征。路径的起点或终点可不与线特征起始点或终点重合， 可定义为线路上离起点或终点一定距离的点，这样就不用断开线 特征。
ARC/INFO数据模型
地理相关模型（GeoRelational model, Coverage）
✓ TIN 适合于表达连续表面
✓ 属性表 ✓ 影像
用作地理特征的描述性数据 ✓ CAD图像
常见的地理分析模型
常见的地理分析模型一空间统计模型：相关分析模型： GIS地理数据库中存储的各种自然和人文地理要素(现象)的数据并不是孤立的，它们相互影响、相互制约，彼此之间存在着一定的联系。
相关分析模型就是用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。
地理数据库中各种地理要素数据之间的相关关系，通常可以分为参数相关和非参数相关两大类。
其中，参数相关又可分为简单(两要素)线性相关，多要素间的相关模型，非参数相关可以分为顺序(等级)相关和二元分类相关。
趋势面分析模型（主要是回归模型）：一元回归模型：我们用多项式方程作为一元回归的基本模型：Y＝a0＋a1x＋a2x2＋a3x3＋……a m x m＋ε式中：Y为因变量，X为自变量，a0,a1,…，a m为回归系数，ε为剩余误差多元线性回归模型多元线性回归模型表示一种地理现象与另外多种地理现象的依存关系，这时另外多种地理现象共同对一种地理现象产生影响，作为影响其分布与发展的重要因素。
设变量Y与变量X1，X2，…，X m存在着线性回归关系，它的n个样本观测值为Y j,X j1,X j2,…X jm(j＝1，2，n)，于是多元线性回归的数学模型可以写为：可采用最小二乘法对上式中的待估回归系数β0，β1，…，βm进行估计，求得β值后，即可利用多元线性回归模型进行预测了。
聚类模型：聚类分析是根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的方法，对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列，如土地分等定级、水土流失强度分级等。
聚类分析的步骤一般是根据实体间的相似程度，逐步合并若干类别，其相似程度由距离或相似系数定义。
进行类别合并的准则是使得类间差异最大，而类内差异最小。
最短距离聚类模型最短距离聚类模型中，定义两类之间的距离用两类间最近样本的距离来表示。
用d ij 表示样本和样本之间的距离，用G1，G2，…表示类，类G p和类G q的距离用D pq表示，则有：具体步骤如下：1、规定样本间的距离，计算样本两两距离的对称表，记作D0，由于每一个样本自成一类，显然D pq＝d pq。
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线对象：维度为1的空间组分，有一系列坐标表示。 线对象的特征：
1）实体长度: 从起点到终点的总长度。 2）弯曲度: 如用于表示道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性: 用于表示线对象的方向，如水流方向是从上游到 下游，公路有单向和双向之分。
线状实体：线段、边界、链、弧段、网络等。
➢ 网络模型的典型例子：陆上、海上及航空线路， 管线与隧道分析，水、油及电力的流动等。
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网络组成要素：
➢ 链(Link)：链构成了网络模型的框架。 链代表用于实现运输和交流的相互联接的线性 实体。可用于表示现实世界网络中运输网络的 高速路、铁路，和电网中的传输线和水文网络 中的河流。其状态属性包括阻力和需求。
基本任务：确定感兴趣的现象和基本特性，描述实 体间的相互联系，确定空间数据库的信息内容。
数据来源 图像去噪
原始遥感 影像
辐射定标
大气校正
制作
投影变换 几何校正
区域提取
专题图编号
叶绿素
值：单位
指标编号
值：分布 范围
指标名称
包含
透明 度
指标专 题图
总悬 浮物
高锰 酸盐
总氮 总磷
专题图名称
制作人员 制作单位 制作日期
波段
地理投影
的ER图
数据格式 地理坐标
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➢ 空间数据的逻辑数据模型是根据概念数据模型确定 的空间数据库的信息内容(空间实体及相互关系)，具 体地表达数据项、记录等之间的关系。
湖北省湖区分布图的逻辑模型设计
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物理数据模型：
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。
逻辑数据模型转换为物理数据模型： 涉及空间数据的物理组织、空间存取方法、数据 库总体存储结构等。
影像专题 图
包含
分辨率/比例尺
应用专 题图
水污染评 价图
备注
地理投影
地理坐标
包含
富营养化 图
区域
转化
水质分区 图
透明度矢 量专题图
矢量专题 图
水污染评 价矢量图
传感器名称
叶绿素矢 量专题图
包含
富营养化 矢量图
影像编号
卫星名称
总悬浮物
获取日期
原始遥感 影像
产品等级 分辨率
遥感数据
矢量专题
水质分区
图
矢量图
武汉大学遥感信息工程学院遥感科学与技术本科生教案(2012年)
第三章 GIS空间分析的数据模型
秦昆 qinkun163@
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➢空间分析是基于地理对象的位置和形态 特征的空间数据分析技术。 ➢空间分析方法受空间数据表示形式的制 约和影响， ➢研究空间分析必须考虑空间数据的表示 方法和空间数据模型。
➢在基于对象的空间数据模型指导下，引出了矢量 数据模型。
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3.4 场模型
场模型的数学表示 模拟一定空间内具有连续分布特点的现象。 空气中污染物的集中程度、地表的温度、土壤的湿度 水平以及空气与水的流动速度和方向。 场可以表现为二维场或三维场。 ➢一个二维场就是在二维空间中任何已知的地点上， 都有一个表现这一现象的值； ➢一个三维场就是在三维空间中对于任何位置来说都 有一个值。
11Biblioteka 场模型的数学公式： z：s z (s)
z为可度量的函数，s表示空间中的位置。 表示从空间域(甚至包括时间坐标)到某个值 域的映射。
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3.5 要素模型
地理要素是通过地理实体定义的，地理实体是真实 世界中不能再被细分为同一类现象的地理现象。
➢ 地理要素模型只对地理实体的属性(包括空间属性和 地理属性)及关系感兴趣。
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GIS中的信息模型： ➢基于对象的模型：
• 强调离散对象，根据它们的边界线以及组成或者与它 们相关的其它对象，可详细地描述离散对象。
➢网络模型：
• 表示对象之间的交互，如水或者交通流。
➢场模型：
• 表示在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。
➢在基于场的空间概念模型指导下，引出了栅格数 据模型；
➢在地理信息系统应用模型的高层建模、数据结构设计及地理 信息系统应用中，都会遇到这两种模型的集成问题。
要素模型
现实世界
场模型
选择要素
选择一个位置
它在哪里
那里怎么样
数据
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3.6 网络结构模型 网络模型
➢ 网络模型把地物抽象为链和节点，同时要关注其 间的连通关系。
➢ 网络模型要考虑多个要素之间的影响和交互。现 象的精确形状并不重要，重要的是具体现象之间 的距离或者阻力的度量。
2
3.1 空间数据的表示
空间数据表示的基本任务：将以图形模 拟的空间物体表示成计算机能够接受的 数字形式。
3
空间数据的两种表示模型：
栅格模型：地理空间被划分为规则的小单元，空间位置由栅格 单元的行、列号表示。栅格单元的大小反映了数据的分辨率即 精度，空间物体由若干个栅格单元隐含描述。 矢量模型：各类地理要素根据空间形态特征分为点、线、面三 类/（体状空间对象）。地物是显示描述的。
欧氏空间中的三类地物要素对象： ➢点对象 ➢线对象 ➢多边形对象
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点对象：有特定位置，维数为零的物体。
1)实体点(point entity)：用来代表一 个实体。 2)注记点：用于定位注记。 3)内点(label point)：用于负载多 边形的属性，存在于多边形内。 4)角点(Vertex)：表示线段和弧 段上的内部点。
4
3.2 空间数据模型
空间数据模型：是关于GIS中空间数据组织的概念， 反映现实世界中的空间实体，及其相互之间的联系， 为空间数据组织和空间数据库模式设计提供基本的概 念和方法。
5
GIS数据模型的三个层次： ➢概念数据模型 ➢逻辑数据模型 ➢物理数据模型
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GIS空间数据模型的概念模型：
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有多种不同类型的多边形：普通多边形、凸多边形、 星状多边形等。
多边形
凸多边形
星状多边形
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场模型和要素模型
➢场和对象可以在多种水平上共存，基于场的方法和基于要素 的方法并不互相排斥。有些应用可以很自然地应用场来建模； 但是，场模型也并不是适合所有情况。
➢基于场的模型和基于要素的模型各有长处，应该恰当地综合 运用这两种方法来建模。
多边线
简单闭合多边线
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多边形对象/面状实体：由一封闭曲线加内点来表示， 是对湖泊、岛屿、地块等一类对象的描述。 面状实体的特征： ➢面积范围； ➢周长； ➢独立性或与其它地物相邻：如中国及其周边国家； ➢内岛或锯齿状外形； ➢重叠性与非重叠性：如报纸的销售领域、学校的分区、
菜市场的服务范围都有可能出现交叉重叠现象。