第三章 空间数据模型.
合集下载
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(xn,yn) (x(1x,ny,1y)n) (x1,y1)
(a) (xn,yn)
(b)
(xn,yn)
A
KI
H
J
BC
G
FE
D
(c)
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一维矢量具有方向、长度
方向：即有起始结点和终止结点
长度：可以用以下方式表达：
引入欧氏空间的距离概念：
n
长度 [(xi xi1)2 ( yi yi1)2 ]1/2 i2
一．基本概念 二．关系数据模型和关系表 三．矢量数据模型（ Spaghetti Model ） 四．矢量数据模型（拓扑数据模型）
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
一、基本概念
• 现实世界和矢量表达 • 位置和边界被清楚地记录 • 对象可以被识别 • 属性值与对象相联系 • 空间关系可以清晰表达
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
(1) 地理要素被当成单个对象对待
空间边界可以被清晰的编码
(2)对象之间没有关系
要素间的空间拓扑不被记录
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
矢量表达法
• 不同的空间特征具有不同的矢量维数
– 0维矢量-点：即空间中的一个点，没有大小、 方向，二维和三维欧氏空间中为：（x,y),(x,y,z)
– 一维矢量-线：空间中的线划要素或空间对象间 的边界，也称为弧段、链
用的概念，是三维空间中曲面法向矢量的 另外一种描述方法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
空间曲面
• 矢量实现方法多样 • 常用等值线法、剖面法
第三章空间数据模型第3节矢量数据模型
三维矢量-体
• 指三维空间中的实体
p03第三章 空间数据模型
一、空间实体的描述
空间实体是指地理空间中客观存在的具体事物 ① 空间位置：主要指位置信息，也包括位置信息的扩展，
如形态及实体的组成（复合对象）等；位置用笛卡尔坐 标系中X,Y坐标表示； ② 空间关系：主要指空间对象的拓扑关系； ③ 非几何属性：表示空间特征的非几何属性； ④ 实体的行为、功能及时态特征：实体的行为，功能特征 以及实体属性随时间的变化。如岛屿的侵蚀、水体污染 的扩散、建筑的变形等； ⑤ 实体的衍生信息：如一个实体有许多个名称。
坐标序列法的缺点
1) 对于交叉点或相连的线，交叉点要重复输入和存储；对 于多边形其公共边也要重复输入和存储，从而产生数据 冗余和分析处理不便的问题；
2) 对于复杂多边形，不能解决多边形中“岛”、“洞”之 类的镶套问题，“岛”或“洞”只能作为单个的多边形 来构造，没有和周围的多边形建立关系；
3) 很难检查多边形的边界正确与否，即多边形的完整性； 4) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域的信息，使拓扑关
第二节 矢量数据模型
一、矢量和矢量数据模型的概念 二、矢量数据的编码方法 三、矢量数据结构的优点和缺点 四、矢量数据表示面类型数据的方法
用于表示地理实体的数据模型
GIS的数据模型分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。 也可划分为矢量模型、栅格模型和三角网数据模型。
一、矢量和矢量数据模型的概念
①面积范围； ②周长； ③内岛或锯齿状外形； ④重叠性与非重叠性。 ⑤独立性或与其它的地物相邻，如中国及其周边国
家；
面状实体类型
4、立体状实体度、宽度及高度 等属性。
① 体积，如工程开掘和填充的土方量； ② 每个二维平面的面积； ③ 每个二维平面的周长； ④ 断面图与剖面图。 ⑤ 内岛或锯齿状外形； ⑥ 含有孤立块或相邻块；
第3章空间数据模型资料
• 与地理空间位置有关，具有一定的几何形态，分布状况以及彼此之 间的相互关系 • 空间位置特征 • 属性特征 • 时间特征 • 空间关系
地理空间与空间实体
• 空间位置特征
– 表示空间实体在一定坐标系中的空间位置或几何定位， 通常采用地理坐标的经纬度、空间直角坐标、平面直 角坐标和极坐标等来表示 – 也称为几何特征，包括空间实体的位置、大小、形状 和分布状况等
“松树”，0≤x≤7；4≤y≤7 f (x,y)= “冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4 “槐树”，3≤x≤7；0≤y≤4 (c) 按场模型的林分建模
(b) 按对象模型的林分建模
概念模型的选择
• 对于现状不定的现象，如火灾、洪水和危险物泄 漏，采用边界不固定的场模型进行建模 • 场模型通常用于具有连续空间变化趋势的现象， 如海拔、温度、土壤变化等 • 在遥感领域，主要利用卫星和飞机上的传感器收 集地表数据，此时场模型是占主导地位的
结点与弧段的拓扑关系
结点 N1 弧段 A1，A2，A3
N2
N3 N4 N5
A1，A6，A7
A2，A5，A7 A4 A3，A5，A6
A5
A6 A7
N3
N5 N3
N5
N2 N2
（a） 规则分布的点
（ b ） 不规则分布的 点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
空间数据概念模型
• 网络模型
– 网络模型与对象模型类似，都是描述不连续的地理现 象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个 地理现象之间的连通情况 – 网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接 的线（段）构成
空间数据概念模型
• 不规则多边形区。将平面区域划分为简单连通的多边形区 域，每个多边形区域的边界由一组点所定义；每个多边形 区域对应一个属性常量值，而忽略区域内部属性的细节变 化 • 不规则三角形区。将平面区域划分为简单连通三角形区域， 三角形的顶点由样点定义，且每个顶点对应一个属性值； 三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到 • 等值线。用一组等值线C1，C2，…，Cn，将平面区域划 分成若干个区域。每条等值线对应一个属性值，两条等值 线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值
地理空间与空间实体
• 空间位置特征
– 表示空间实体在一定坐标系中的空间位置或几何定位， 通常采用地理坐标的经纬度、空间直角坐标、平面直 角坐标和极坐标等来表示 – 也称为几何特征，包括空间实体的位置、大小、形状 和分布状况等
“松树”，0≤x≤7；4≤y≤7 f (x,y)= “冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4 “槐树”，3≤x≤7；0≤y≤4 (c) 按场模型的林分建模
(b) 按对象模型的林分建模
概念模型的选择
• 对于现状不定的现象，如火灾、洪水和危险物泄 漏，采用边界不固定的场模型进行建模 • 场模型通常用于具有连续空间变化趋势的现象， 如海拔、温度、土壤变化等 • 在遥感领域，主要利用卫星和飞机上的传感器收 集地表数据，此时场模型是占主导地位的
结点与弧段的拓扑关系
结点 N1 弧段 A1，A2，A3
N2
N3 N4 N5
A1，A6，A7
A2，A5，A7 A4 A3，A5，A6
A5
A6 A7
N3
N5 N3
N5
N2 N2
（a） 规则分布的点
（ b ） 不规则分布的 点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
空间数据概念模型
• 网络模型
– 网络模型与对象模型类似，都是描述不连续的地理现 象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个 地理现象之间的连通情况 – 网络是由欧式空间R2中的若干点及它们之间相互连接 的线（段）构成
空间数据概念模型
• 不规则多边形区。将平面区域划分为简单连通的多边形区 域，每个多边形区域的边界由一组点所定义；每个多边形 区域对应一个属性常量值，而忽略区域内部属性的细节变 化 • 不规则三角形区。将平面区域划分为简单连通三角形区域， 三角形的顶点由样点定义，且每个顶点对应一个属性值； 三角形区域内部任意位置的属性值通过线性内插函数得到 • 等值线。用一组等值线C1，C2，…，Cn，将平面区域划 分成若干个区域。每条等值线对应一个属性值，两条等值 线中间区域任意位置的属性是这两条等值线的连续插值
第三章 空间数据模型
• 地理系统是个开放的复杂系统，所谓开放就是与 其它系统有关联，所谓复杂就是子系统种类非常 多
• 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统
• GIS涉及范围主要在地球表层空间，即岩石圈、 水圈、生物圈、大气圈
• 地理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
拓扑点n 拓扑链n 拓扑Biblioteka n拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑关系－－隐式表达
拓扑链 始拓扑点 终拓扑点 左拓扑面 右拓扑面
1 .能够派生出所有的以显示表达的拓扑关系 2 .避免数据存储冗余
3 .拓扑数据能以定长关系表格形式存储
4.空间对象的矢量表达
• 矢量模型最小单元与它表达的真实世界空 间实体有直接的对应关系
第三章 空间数据模型
邹逸江
目录
• 地理系统与地理现象 • 空间对象及其定义 • 空间对象描述 • 空间对象关系 • 空间对象的矢量表达 • 空间对象的栅格表达 • 矢量与栅格数据结构比较 • 混合数据结构与一体化数据结构 • 空间对象的地面高程模型表达 • 空间对象的编码体系
1.地理系统与地理现象－－地理系统
• 相离关系：面与面相互隔离（与水库相隔5公里的 湖泊）
• 包含关系：一个面完全落入另一个面内（省级行 政边界内包含了县级行政边界）
• 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－空间拓扑关系
• 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合 • 相离、相交、重合空间对象关系：不适合用固定
的表达式（数学计算）事先表达出来
• 将地理现象进行抽象得到空间对象 • 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对
象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 • 0维空间对象的定义 • 1维空间对象的定义 • 2维空间对象的定义 • 3维空间对象的定义
• 地理系统主要涉及地球内部系统、地球表层空间、 天体系统
• GIS涉及范围主要在地球表层空间，即岩石圈、 水圈、生物圈、大气圈
• 地理系统：自然环境系统和社会经济环境系统， 系统中各种要素特征都与地理空间位置有关
拓扑点n 拓扑链n 拓扑Biblioteka n拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑点n 拓扑链n 拓扑面n
拓扑关系－－隐式表达
拓扑链 始拓扑点 终拓扑点 左拓扑面 右拓扑面
1 .能够派生出所有的以显示表达的拓扑关系 2 .避免数据存储冗余
3 .拓扑数据能以定长关系表格形式存储
4.空间对象的矢量表达
• 矢量模型最小单元与它表达的真实世界空 间实体有直接的对应关系
第三章 空间数据模型
邹逸江
目录
• 地理系统与地理现象 • 空间对象及其定义 • 空间对象描述 • 空间对象关系 • 空间对象的矢量表达 • 空间对象的栅格表达 • 矢量与栅格数据结构比较 • 混合数据结构与一体化数据结构 • 空间对象的地面高程模型表达 • 空间对象的编码体系
1.地理系统与地理现象－－地理系统
• 相离关系：面与面相互隔离（与水库相隔5公里的 湖泊）
• 包含关系：一个面完全落入另一个面内（省级行 政边界内包含了县级行政边界）
• 重合关系：不存在
3.空间对象关系－－空间拓扑关系
• 空间对象关系：相邻、相离、相交、包含、重合 • 相离、相交、重合空间对象关系：不适合用固定
的表达式（数学计算）事先表达出来
• 将地理现象进行抽象得到空间对象 • 空间对象分为0、1、2、3维简单和复杂对
象，其中复杂对象由0、1、2、3维对象组 合而成 • 0维空间对象的定义 • 1维空间对象的定义 • 2维空间对象的定义 • 3维空间对象的定义
GIS第三章空间数据模型
强空间正负自相关模式
2. 场模型
? 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
3．要素模型
1. 基本概念
– 欧氏空间：带坐标的可测量点之间的距离和方向的空间 模型
1. 空间数据模型的基本问题
? 空间数据模型 – 概念：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：连续对象的描述（二维，三维） ? 基于对象（要素）（Feature）的模型：离散对象描述 ? 网络（Network）模型：交通、水系等网络状对象描述
地形，温度
4.地理空间及其表达
矢量表达法示意（点、线、面）
点：位置（x，y） 属性：符号
线：位置(x1 ，y1 ), (x2 ，y2 ) ， … ， (xn ， yn ) 属性：符号，形状、颜色、尺寸
面：位置(x1 ， y1 ), (x2 ，y2 ) ， … ， (xn ， yn ) 属性：符号变化，等值线
4. 地理空间及其表达
一、空间实体及表达
1、空间实体及类型 空间实体：
指具有形状、属性和时序特征的空间对象，它是对存在于自然世界中地 理实体的抽象。 空间实体类型
任何地理实体都可以抽象为点、线、面、体等基本类型，以表示它的位 置、形状、大小、高低等特征。
4.地理空间及其表达
以地图为例，来了解空间实体的抽象及表达 点实体
学习目标
1. 了解空间数据模型的类型及其特点 2. 理解场模型和要素模型 3. 重点掌握矢量数据模型和栅格数据模型以
空间数据模型
对三角网，表达各三角形的顶点位置和属性、顶点与三 角形的连接关系、三角形的连接关系，就可得到TIN的 逻辑数据模型。
3.4.5 面向对象数据模型
面向对象数据模型应用面向对象方法描述空间实体及其 相互关系，特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间 实体的表达。 面向对象技术的核心是对象（object）和类（class）。
对象是指地理空间的实体或现象，是系统的基本单位。 如多边形地图上的一个结点或一条弧段是对象，一条河流 或一个宗地也是一个对象。 一个对象是由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为 的一组操作（方法）组成的。 例如，河流的坐标数据描述了它的位置和形状，而河流的 变迁则表达了它的行为。每个对象都有一个惟一的标识号 （Object－ID）作为识别标志。
主要优点在于
二、不规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据结构是指用来进行镶嵌的小面块具 有不规则的形状或边界。 最典型的不规则镶嵌数据模型有Voronoi图（也称作 Thiessen多边形）和不规则三角网（Triangular Irregular Network，简称TIN）模型。 当用有限离散的观测 样点来表示某地理现 象的空间分布规律时， 适合于采用不规则镶 嵌数据模型。
逻辑数据模型 Logical Data Model
中间层 数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
空间数据库
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
数据模型与数据结构
信息系统中：
数据模型：对客观实体及其关系的认识和数学描述。 目的是揭示客观实体的本质特征，并对它进行抽象化表达，使 之转化为计算机能够接受、处理的数据。 空间数据模型：对地理空间实体及其关系的描述。 即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数 据逻辑结构形式。 对空间数据而言，则是地理实体的空间排列方式和相互关系的 抽象描述。
第3章 空间数据模型
＊通过描述小面块的几何形态、相邻关系及面块内属性 特征的变化来建立空间数据的逻辑模型；
＊小面块之间不重叠且能完整铺满整个地理空间； ＊根据面块的形状，镶嵌数据模型可分为 规则镶嵌数据模型 不规则镶嵌数据模型
规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
TIN和Voronoi多边形数据模型
Voronoi 图又称为Dirichlet ( tessellation) ,其概念由 Dirichlet 于1850 年首先提出; 1907 后俄国数学家 Voronoi 对此作了进一步阐述,并提出高次方程化简; 1911 年荷兰气候学Thiessen为提高大面积气象预报 的准确度,应用Voronoi 图对气象观测站进行了有效 区域划分。因此在二维空间中,Voronoi 图也称为泰 森多边形。
2 作为两个面域之间的一个边界。
3 作为一个面域特征，精确表达河流的堤岸、辫 状河道以及河流上的运河。
4 作为一条曲线以构成表面模型上的沟槽。根据 地表上河流的路径，可以算出其横截面、落差度、 排水流域以及在预测降雨下的洪水爆发可能性。
针对真实的世界，每一个人都在创建他 自己的主观模型。GIS的观点是为真实世 界建立一个通用的模型。
泰森（Thiessen)多边形的特点： 1 组成多边形的边总是与两相邻样点的连线垂直； 2 多边形内的任意位置总是离该多边形内样点的距 离最近，离相邻多边形内样点距离远； 3 每个多边形内包含且仅包含一个样点。
（五）面向对象数据模型
为了有效地描述复杂的事物或现象，需要 在更高层次上综合利用和管理多种数据结构 和数据模型，并用面向对象的方法进行统一 的抽象。
空间逻辑数据模型作为概念模型向 物理模型转换的桥梁，是根据概念模型 确定的空间信息内容，以计算机能理解 和处理的形式，具体地表达空间实体及 其关系。
3 空间数据模型
00090770
06907777
09007770
09007770
90000000
（a）点、线、面数据
（b）栅格表示
点、线、面数据的栅格结构表示
• 栅格数据类型
– 常用的栅格数据类型包括卫星影像、数字高程 数据、数字正射影像、数字扫描地图和数字栅 格图形。
• 栅格数据编码
– 直接栅格编码、链式编码、游程长度编码、四 叉树编码
– “橡皮板几何学”：可以设想一块高质量的橡皮板， 它的表面是欧式平面，这块橡皮可以任意弯曲、拉伸 、压缩，但不能扭转和折叠，表面上有点、线、多边 形等组成的几何图形。
• 拓扑元素：
– 点：
• 孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点
– 线：
• 两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段
– 面：
• 若干弧段组成的多边形
➢ 特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询 公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性 和一致性 多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂； 处理嵌套多边形比较麻烦
➢ 适用范围： 制图及一般查询，不适合复杂的空间分析
3.4.2.2 拓扑数据结构
• 不仅表达几何位置和属性，还表示空间关 系
– 拓扑关系：描述空间对象的邻接、关联、连通和包含 等
– 空间方位关系：描述空间对象在空间上的排列次序， 如前后、左右、东、西、南、北等。
– 空间度量关系：描述空间对象之间的距离等。
• 拓扑关系
– 拓扑(Topology)一词来自于希腊文，意思是形状的研究 。
– 拓扑学是几何学的一个分支，研究在拓扑变换下能够 保持不变的几何属性—拓扑属性。
• 属性特征
– 属性特征也称为专题特征或功能特征，通过属性数据 表达空间实体内在的性质和相关关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、空间关系 拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相 交等关系； 方向空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序， 如实体之间前后、上下、左右和东、南、西、北等方位关系 ； 度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系 。
北
a b
3.3 基于对象模型的空间关系分析
1、拓扑关系 定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性 质。
地理现象既可以采用对象模型也可以采用场模型建模，其选择主要 取决于应用要求和习惯。场模型：连续空间变化趋势的现象；对象模型 ：单个的地理现象。
y
（0,7）
松树 （0,4） 冷杉 （0,0） （3,0） 槐树 （7,0）
x
多种林分的森林
区域ID FS1 FS2 FS3 主要林分 松树 冷杉 槐树 区域/边界 (0,4),(7,4),(7,7),(0,7) (0,0),(3,0),(3,4),(0,4) (3,0),(7,0),(7,4),(3,4) (c) 按场模型的林分建模 按对象模型的林分建模 森林的两类模型对比
可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关 系是GIS数据描述和表达的重要内容，一方面它为GIS数据库的有效 建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一 方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提 取，查询，更新等。
线—面
1 、区域包含线：计算 区域内线的密度，某省 的水系分布情况。 2 、线通过区域：公路 上否通过某县。 3 、线环绕区域：区域 边界，搜索左右区域名 称，中国与哪些国家接 壤。
1）实体长度： 从起点到终点的总长。 2）弯曲度： 用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性： 如：水流方向，上游—下游， 公路，单、双向之分。
线状实体包括： 线段，边界、链、弧段、网络等。
3、面状实体（多边形）
是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。
面状实体的如下特征： 1）面积范围 2）周长
f (x,y)=
“松树”，0≤x≤4；4≤y≤7 “冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4 “槐树”，3≤x≤7；0≤y≤4
3.3 基于对象模型的空间关系分析
一、欧氏（Euclidean）空间中地物要素 在对象模型中，所有的地理实体可以抽象成三类地物 要素对象，即点对象、线对象和多边形对象。
y
面 实体点 弧段 面标识点
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
拓扑变换 （橡皮变换）
定义
非拓扑属性（几何） 两点间距离 拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交） 弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上 面积 等 一个点在一个区域的内部/外部 一个点在一个环的内/外部 一个面是一个简单面 一个面的连通性 面内任两点从一点 可在面的内部走向另一点
（b） 不规则分布的点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
场模型的6种表示
3.2 数据概念模型
三、网络模型 网络模型：从本质上看与对象模型没有本质的区别，因此 网络模型也可以看成对象模型的一个特例，它是由点对象 和线对象之间的拓扑空间关系构成的。
四、 概念模型的选择
3）独立性或与其它地物相邻 如中国及其周边国家
4）内岛屿或锯齿状外形：
如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。 叠。
4、实体类型组合
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的 空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种 空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由 简单实体组合表达。点、线、面按一定的地理意义 组成区域。 点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题： 如：线--面 面--面
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ返回
面—面
1、 包含：岛,某省的湖泊分布。 2、 相合：重叠，学校服务范围与菜场 服务范围重叠区。
3、 相邻：计算相邻边界性质和长度， 公共连接边界。
4、分离：计算距离。
学校
菜场
返回
关系
点－点 点－线 点－面 线－线 线－面 面－面
邻接
相交
相离
包含
重合
不同类型空间实体间的空间关系
3.3 基于对象模型的空间关系分析
结点
岛
x 图3.6 空间数据的抽象表示
1、点状实体
点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。
1）实体点：用来代表一个实体。 2）注记点：用于定位注记。 3）内点：用于负载多边形的 属性，存在于多边形内。
4）角点、节点Vertex： 表示线段和弧段上的连接点。
2、线状实体
具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的 有序坐标表示，并有如下特性：
对象模型
网络模型
场模型
3.2 数据概念模型
一、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。适于对具有明确边界的地理现象建模。（单个地理现 象） 子类/超类
分类 空间关系 等效
第三章 空间数据模型
主讲：刘瑞娟
3.1 地理空间与空间抽象
一、地理空间与空间实体 地理空间（geographic space）：指地球表面及近地表空 间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和智慧圈交 互作用的区域。 地理空间实体：对复杂地理事物和现象进行简化和抽象得 到的结果。
空间位置特征 属性特征 时间特征 空间关系特征：拓扑关系、顺序关系、度量关系
非空间关系
时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性 对象模型对空间要素的描述
3.2 数据概念模型
二、场模型 场模型：也称作域（field）模型，是把地理空间中的现象 作为连续的变量或体来看待。如大气污染程度、地表温度 二维场 A＝f(x，y) 三维场 A＝f(x，y，z)
（a） 规则分布的点
3.1 地理空间与空间抽象
二、空间认知和抽象 概念模型 逻辑数据模型 物理数据模型
外模式 1 现实空间世界
外模式 2
外模式 3
空间概念数据模型
逻辑数据模型
物理数据模型
3.2 数据概念模型
概念模型：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，是系统抽象的最高层。 目前地理空间数据的概念模型大体上分为三类，即对象模 型、网络模型和场模型。
北
a b
3.3 基于对象模型的空间关系分析
1、拓扑关系 定义：指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性 质。
地理现象既可以采用对象模型也可以采用场模型建模，其选择主要 取决于应用要求和习惯。场模型：连续空间变化趋势的现象；对象模型 ：单个的地理现象。
y
（0,7）
松树 （0,4） 冷杉 （0,0） （3,0） 槐树 （7,0）
x
多种林分的森林
区域ID FS1 FS2 FS3 主要林分 松树 冷杉 槐树 区域/边界 (0,4),(7,4),(7,7),(0,7) (0,0),(3,0),(3,4),(0,4) (3,0),(7,0),(7,4),(3,4) (c) 按场模型的林分建模 按对象模型的林分建模 森林的两类模型对比
可见，用各要素之间的空间关系，可描述诸多空间问题。空间关 系是GIS数据描述和表达的重要内容，一方面它为GIS数据库的有效 建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系，另一 方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提 取，查询，更新等。
线—面
1 、区域包含线：计算 区域内线的密度，某省 的水系分布情况。 2 、线通过区域：公路 上否通过某县。 3 、线环绕区域：区域 边界，搜索左右区域名 称，中国与哪些国家接 壤。
1）实体长度： 从起点到终点的总长。 2）弯曲度： 用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。 3）方向性： 如：水流方向，上游—下游， 公路，单、双向之分。
线状实体包括： 线段，边界、链、弧段、网络等。
3、面状实体（多边形）
是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。
面状实体的如下特征： 1）面积范围 2）周长
f (x,y)=
“松树”，0≤x≤4；4≤y≤7 “冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4 “槐树”，3≤x≤7；0≤y≤4
3.3 基于对象模型的空间关系分析
一、欧氏（Euclidean）空间中地物要素 在对象模型中，所有的地理实体可以抽象成三类地物 要素对象，即点对象、线对象和多边形对象。
y
面 实体点 弧段 面标识点
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
拓扑变换 （橡皮变换）
定义
非拓扑属性（几何） 两点间距离 拓扑属性（没发生变化的属性） 一个点在一条弧段的端点
一点指向另一点的方向 一条弧是一简单弧段（自身不相交） 弧段长度、区域周长、 一个点在一个区域的边界上 面积 等 一个点在一个区域的内部/外部 一个点在一个环的内/外部 一个面是一个简单面 一个面的连通性 面内任两点从一点 可在面的内部走向另一点
（b） 不规则分布的点
（c）规则矩形区
（d） 不规则多边形区
（e） 不规则三角形区
（f） 等值线
场模型的6种表示
3.2 数据概念模型
三、网络模型 网络模型：从本质上看与对象模型没有本质的区别，因此 网络模型也可以看成对象模型的一个特例，它是由点对象 和线对象之间的拓扑空间关系构成的。
四、 概念模型的选择
3）独立性或与其它地物相邻 如中国及其周边国家
4）内岛屿或锯齿状外形：
如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。 叠。
4、实体类型组合
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的 空间单元组合而成，例如根据某些空间单元或几种 空间单元的组合将空间问题表达出来，复杂实体由 简单实体组合表达。点、线、面按一定的地理意义 组成区域。 点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题： 如：线--面 面--面
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ返回
面—面
1、 包含：岛,某省的湖泊分布。 2、 相合：重叠，学校服务范围与菜场 服务范围重叠区。
3、 相邻：计算相邻边界性质和长度， 公共连接边界。
4、分离：计算距离。
学校
菜场
返回
关系
点－点 点－线 点－面 线－线 线－面 面－面
邻接
相交
相离
包含
重合
不同类型空间实体间的空间关系
3.3 基于对象模型的空间关系分析
结点
岛
x 图3.6 空间数据的抽象表示
1、点状实体
点或节点、点状实体。点：有特定位置，维数为0的物体。
1）实体点：用来代表一个实体。 2）注记点：用于定位注记。 3）内点：用于负载多边形的 属性，存在于多边形内。
4）角点、节点Vertex： 表示线段和弧段上的连接点。
2、线状实体
具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的 有序坐标表示，并有如下特性：
对象模型
网络模型
场模型
3.2 数据概念模型
一、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。适于对具有明确边界的地理现象建模。（单个地理现 象） 子类/超类
分类 空间关系 等效
第三章 空间数据模型
主讲：刘瑞娟
3.1 地理空间与空间抽象
一、地理空间与空间实体 地理空间（geographic space）：指地球表面及近地表空 间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和智慧圈交 互作用的区域。 地理空间实体：对复杂地理事物和现象进行简化和抽象得 到的结果。
空间位置特征 属性特征 时间特征 空间关系特征：拓扑关系、顺序关系、度量关系
非空间关系
时间关系
地理空间 空间要素
几何坐标
子部分 超部分
非空间属性 对象模型对空间要素的描述
3.2 数据概念模型
二、场模型 场模型：也称作域（field）模型，是把地理空间中的现象 作为连续的变量或体来看待。如大气污染程度、地表温度 二维场 A＝f(x，y) 三维场 A＝f(x，y，z)
（a） 规则分布的点
3.1 地理空间与空间抽象
二、空间认知和抽象 概念模型 逻辑数据模型 物理数据模型
外模式 1 现实空间世界
外模式 2
外模式 3
空间概念数据模型
逻辑数据模型
物理数据模型
3.2 数据概念模型
概念模型：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，是系统抽象的最高层。 目前地理空间数据的概念模型大体上分为三类，即对象模 型、网络模型和场模型。