几种常见的空间数据模型
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
矢量数据间的拓扑关系得以保存
由此拓扑关系信息，我们可以得知多边形是哪些弧段 （线）组成、弧段（线）由哪些点组成、两条弧段（线） 是否相连以及一条弧段（线）的左或右多边形是谁？这就 是通常所说的“平面拓扑”。
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
二维关系表存储。
GIS
RDBMS
ID 几何空间数据 存储子系统
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织
标示点
位置数据：Cover#，Cover_ID，和X，Y，存储在LAB 文件中。
属性数据：存储在PAT文件中，包含四个基本的数据 项，Area，Perimeter，cover#和Cover-ID。
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
用作地理特征的描述性数据
ARC/INFO数据模型
ARC/INFO的数据空间特征
ArcInfo的主要基本空间特征
点
定义为空间的一套XY或XYZ坐标；
线
定义为一系列有顺序的空间点；
面
结点
位置数据：不明显地存储，而是作为弧段的起始结 点和终止结点存储在ARC文件中。Cover#, Cover_ID。
属性数据：存储在结点属性表NAT中，它包含3个标 准数据项。ARC#, Cover#, Cover_ID。
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织 弧段
在Arc/Info 7.X及更早期的版本中使用； 强调的是空间要素的拓扑关系。
要关心点、线和多边形这些几何类型，几何与拓扑储存 在二进制文件中，而与之相关的属性数据位于关系数据库 （DBMS）中。
地理数据库（GeoDatabase）
GeoDatabase是ArcInfo8之后引入的一个全新的空间数据模 型 是建立在DBMS之上的统一的、智能化的空间数据库。
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
描述
ARC/INFO7.X以前版本以Coverage作为矢量数据的
基本存储单元。一个Coverage存储指定区域内地理要素
的位置、拓扑关系及其专题属性。每个Coverage一般只
描述一种类型的地理要素（一个专题Theme）。位置信
息用X,Y表示，相互关系用拓扑结构表示，属性信息用
多边形
位置数据：由一组弧段和位于多边形内的一个标示点来定义。 它不直接存储坐标信息,坐标信息存储在ARC文件和LAB文件中。 Cover#,Cover_ID,Lab#,Arc#1…Arc#n。
属性数据：பைடு நூலகம்储在结点属性表AAT中，它包含7个标准数据项。 Cover#，Cover_ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#， LENGTH 。
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）
位置数据：Cover#,Cover-ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#， RPOLY#，坐标串,存储在ARC文件中。
属性数据：存储在结点属性表AAT中，它包含7个标准数据项。 Cover#，Cover-ID，FNODE#，TNODE#，LPOLY#，RPOLY#， LENGTH。
ArcView数据模型
Project
Theme(Laye r)
ARC/INFO数据模型
ARC/INFO是ESRI开发的GIS软件 ARC/INFO采用一种混合数据模型定义和管理地理数据 在ARC/INFO中, “ARC”是指用于定义地物空间位置
和关系的拓扑数据结构, “INFO”是指用于定义地物 属性的表格数据（关系数据）结构 支持空间目标的矢量表示和栅格表示；
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
数据组织
控制点 存储于tic文件中。
覆盖范围 存储于bnd文件中。
ARC/INFO数据模型 地理相关模型（Coverage）
Coverage的优点
空间数据与属性数据关联
空间数据放在建立了索引的二进制文件中，属性数据则 放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的标识编码关连。
由一组或多组线围成的多边形；
注记
ARC/INFO数据模型
ARC/INFO的数据空间特征
ArcInfo的高级空间特征 区划（Region）
定义为一组相互不重叠的多边形，用于描述具有相同属性单 元的不连续多边形。如行政区划上的群岛、地籍上的飞地。
事件（Event）
定义为基于基本线特征基础上离起点或终点一定距离的一点。 如要找高速公路上200公里处的事故点不需直接求出这一点的坐 标，同时对线路或事件点修改不会造成不一致问题。
第八讲几种常见的空间数据模型
1. ArcView数据模型 2. ARC/INFO数据模型
ArcView数据模型
ArcView采用一种混合数据模型定义和管理地理数据,空 间数据采用无拓扑关系的矢量数据,属性数据采用关系 数据库表示。
Layer
一个Layer只能表示一种几何类型的空间目标。对于矢量层由 三个文件组成shp文件，shx文件，dbf文件，sbn、sbx文件和 ain、aih文件。Shp文件存储无拓扑关系的几何数据，shx包含 几何数据索引，dbf文件存储属性数据，sbn、sbx文件包含空 间索引，ain、aih文件包含属性索引。
空间分析4空间分析的数据模型田永中
二、对土地利用数据按像元中心法进行栅格编码
操作步骤： 在Arctoolbox中，打开overlay的identity工具对话框 Input coverage分别输入point100、point500、point1000 ，identity coverage 输入lad502323矢量文件，其它采用默认值，点击ok. 在Arctoolbox中，打开feature to raster工具对话框 分别将上一步生成的三个点文件按100米、500米、1000米的分辨率进行栅格 转换，转换所采用的字段为ld502323-ID 将三个栅格文件的属性表输出为.dbf文件，并用Excel打开
10
ArcGIS中的几种主要数据格式
Shapefile文件
文件的创建 文件的特征
Coverage文件
文件的创建 文件的特征
Geodatabase文件
文件的创建 文件的特征
11
空间数据坐标转换
空间坐标：一定的空间参考系统下，能够反映数据在地表的真实空 间位置关系的坐标。
实例—上海市行政区划数据的制作
背景与目的 数据及要求 实习步骤
27
三、数据比较（列表）、并编写实习报告
1、同一分辨率下两种编码方法中的各类土地面积差异 2、同一编码方法下不同分辨下各类土地面积的差异 3、图形比较 附土地利用分类系统
23
空间数据处理
数据裁切
矢量数据的裁切
> Analysis tools > Extract > Clip
空间坐标的转换—栅格数据
实习目的 掌握空间坐标的调节与转换方法。 实习内容 将一幅扫描生成的北碚地图调整到正确的空间坐标系统之下。 实习步骤
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。
时空数据模型的表达方法
时空数据模型的表达方法
时空数据模型的表达方法是指用于描述和处理时空数据的数据模型。
时空数据
模型主要涉及地理位置和时间，用于表示和管理与地理位置和时间有关的数据。
以下是常见的几种时空数据模型的表达方法：
1. 栅格模型：栅格模型是一种将地理空间分割成规则网格的方法。
每个网格单
元都包含一个数值或某种属性信息，可以用来表示地理要素的分布或变化。
栅格模型适用于处理多尺度和连续变量数据，如地表温度、降雨量等。
2. 矢量模型：矢量模型使用点、线和面等基本几何要素来描述地理实体的形状
和位置。
通过矢量模型可以准确地表示地理要素之间的拓扑关系，如相邻、相交等。
矢量模型适用于处理离散的、具有精确几何形状的地理实体，如道路、建筑物、国界等。
3. 拓扑数据模型：拓扑数据模型是一种基于图论概念的数据模型，用于描述地
理实体之间的拓扑关系。
拓扑数据模型以节点、边和面作为基本要素，在描述地理实体时考虑了其邻接、相交和顺序等关系，可以用来进行空间网络分析和路径分析等。
4. 时空数据立方体模型：时空数据立方体模型是一种将时空数据组织成多维数
据立方体的方法。
它将地理位置和时间作为数据立方体的维度，通过对不同位置和时间上的数据进行切片和汇聚，可以实现对时空数据的灵活分析和可视化。
综上所述，时空数据模型的表达方法包括栅格模型、矢量模型、拓扑数据模型
和时空数据立方体模型。
选择适合的表达方法可以根据具体应用需求和数据特点来确定，以便更好地处理和分析时空数据。
时空数据模型标准
时空数据模型标准
时空数据模型是一种用于处理和管理具有时间和空间维度的数据的模型。
以下是一些常见的时空数据模型标准：
1.时空立方体模型（Spatio-Temporal Cube Model）：这是一种基于立方体的数据模型，将空间数据按照不同的维度进行组织和存储。
时空立方体模型可以用于表示不同时间和空间分辨率的数据。
2.时空对象模型（Spatio-Temporal Object Model）：这是一种基于对象的数据模型，将时空数据表示为具有时间和空间属性的对象。
时空对象模型可以用于表示具有复杂时空行为的数据。
3.时空索引模型（Spatio-Temporal Index Model）：这是一种用于快速查询和检索时空数据的模型，通过建立索引来提高查询效率。
时空索引模型可以基于不同的索引结构，如R 树、四叉树等。
4.时空数据仓库模型（Spatio-Temporal Data Warehouse Model）：这是一种用于存储和管理大规模时空数据的模型，将时空数据组织成数据仓库的形式。
时空数据仓库模型可以用于支持时空数据的分析和决策。
这些时空数据模型标准在不同的应用领域和数据管理系统中得到广泛应用，可以根据具体需求选择适合的标准。
常见的数据模型有三种,开幕式
常见的数据模型有三种,开幕式
一、层次模型
层次模型将数据组织成一对多关系的结构，层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。
层次模型发展最早，它以树结构为基本结构，典型代表是IMS模型。
优点是存取方便且速度快；结构清晰，容易理解；数据修改和数据库扩展容易实现；检索关键属性十分方便。
二、网状模型
网状模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。
网状数据模型通过网状结构表示数据间联系，开发较早且有一定优点，目前使用仍较多，典型代表是DBTG模型。
优点是能明确而方便地表示数据间的复杂关系。
三、关系模型
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
优点在于结构特别灵活，概念单一，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求；能搜索、组合和比较不同类型的数据；增加和删除数据非常方便。
空间数据模型介绍课件
地理信息系统（GIS）： 用于地理空间数据的 存储、管理和分析
遥感技术（RS）：用 于对地球表面进行观
测和监测
导航定位系统 （GNSS）：用于定位
和导航
城市规划与设计：用 于城市规划、交通规 划、土地利用规划等
环境监测与评估：用 于环境监测、生态评
估、灾害预警等
资源管理与开发：用 于资源调查、资源评
城市规划中的应用
城市用地规划：利用空间数据模型分析土地利 用情况，优化城市用地布局
交通规划：利用空间数据模型分析交通流量和 拥堵情况，优化交通网络和设施布局
公共设施规划：利用空间数据模型分析公共设 施的分布和需求，优化公共设施布局和配置
环境规划：利用空间数据模型分析环境污染和 生态状况，优化环境保护和生态建设措施
04 数据特征提取：从原
始数据中提取出与建 模相关的特征信息， 为后续建模提供基础
空间数据模型的构建方法
01
确定空间数据的类 型和属性
03
构建空间数据的拓 扑关系和几何特征
05
验证空间数据模型 的正确性和有效性
02
设计空间数据的数 据结构和存储方式
04
设计空间数据的查 询和更新方法
06
优化空间数据模型 的性能和效率
面向对象数据模型：以 对象和类表示空间实体， 支持空间数据的继承、 封装和多态性
01
02
03
04
空间数据模型的应用
1
地理信息系统 （GIS）：用于 存储、管理和分 析地理空间数据
4
城市规划：用于 分析城市空间布 局、交通网络和
土地利用情况
2
遥感技术：用于 获取和分析地球 表面的遥感图像
数据
空间数据模型
空间数据模型：场模型，要素模型，网络模型
场模型：表示在二维或者三维空间里被看做连续变化的数据。
例如可以表示地表温度，大气污染物集中程度，土壤的湿度水平等。
其中最常见的是栅格数据模型。
要素模型：强调了离散对象，根据它们界线以及组成它们或者与它们相关的其他对象，可以详细的描述离散对象。
网络模型：表示特殊对象的交互，例如水、交通。
栅格数据
矢量数据和栅格数据
常见的栅格数据类型是正方形，也有三角形和六边形等。
栅格模型中每一个网格是一个象元，每个象元有一个对应的数值，每
一个数值代表一种属性，如环境污染程度、植被覆盖类型、土地利用等空间地理现象。
网格单元的大小对地图的分辨率和计算精度起关键的作用，与计算机存储量和分辨率成反比。
网格越大，信息量越模糊（存储量小），分辨率越低。
网格越小，则反之。
要素模型：
三个地物要素对对象：点对象，线对象，多边形对象。
地理要素间的空间关系（拓扑关系）
矢量数据
影像投影运用到拓扑关系。
网络模型
网络模型将数据组织成有向结构。
结点代表数据记录，连线描述不同节点数据间的关系。
常用来表示航线、海上路线、燃气管道、交通等。
网络模型示意图。
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
空间分析4空间分析的数据模型
空间分析数据模型的重要性
数据模型是空间分析的基础，它为空 间数据的处理、分析和应用提供了统 一的标准和规范。
数据模型的重要性在于它能够简化复 杂空间数据的组织和处理过程，提高 空间数据的可理解性和可操作性。
空间分析数据模型的分类
01
根据数据组织方式的不同，空间分析数据模型可以分为矢 量模型和栅格模型。
02
矢量模型以几何对象（点、线、面）为基本单元，表达空间要 素的几何特征和属性特征；栅格模型则以网格为单位，表达空
间要素的连续分分析数据模型可以分为概 念模型、逻辑模型和物理模型。
02
空间分析的数据模型
栅格数据模型
总结词
栅格数据模型是一种将地理空间分解成一系列均匀大小的网 格，每个网格的值表示该位置的属性或现象的描述。
数据模型的智能化技术
机器学习
利用机器学习算法对空间数据进行自动分类、聚 类和预测，提高空间分析的效率和准确性。
人工智能
结合人工智能技术，实现空间数据的自动识别、 理解和推理，为空间决策提供支持。
数据挖掘
通过数据挖掘技术，发现隐藏在空间数据中的模 式和规律，为决策提供依据。
数据模型的云计算技术
01
详细描述
栅格数据模型以像素为单位，每个像素代表一定地理区域内的 属性值。常见的栅格数据格式包括数字高程模型（DEM）、卫 星遥感影像等。栅格数据模型适用于表示连续的空间现象，如 地形高度、地表温度等。
矢量数据模型
总结词
矢量数据模型是一种基于点、线、面要素表示地理现象的方法。
详细描述
矢量数据模型通过坐标点表示地理实体，如点（如建筑物、道路交叉口）、线（如道路、河流）和面 （如湖泊、森林区域）。矢量数据模型适用于表示离散的空间现象，如交通网络、地形边界等。
空间数据模型与算法
摘要：对GIS中几种常见的空间数据模型进行了简单总结，分别介绍了二维空间数据模型和三维空间数据模型，并对空间数据模型的分类和组成以及各自的优缺点进行了分析和比较；对空间数据模型算法进行了简单介绍。
并展望了空间数据模型的发展方向。
关键词：GIS；空间数据模型；空间数据模型算法1、研究现状1.1二维空间数据模型目前，在GIS研究领域中，已提出的空间数据模型有栅格模型、矢量模型、栅格-矢量一体化模型和面向对象的模型等。
(1)栅格数据模型栅格数据模型是最简单、最直观的一种空间数据模型，它将地面划分为均匀的网格，每个网格单元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。
在地理信息系统中，扫描数字化数据、遥感数据和数字地面高程数据（DTM）等都属于栅格数据。
由于栅格结构中的行列阵的形式很容易为计算机存储、操作和显示，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎。
在栅格结构中，每一地块与一个栅格像元对应。
不难看出，栅格数据是二维表面上地理数据的离散量化值，而每一个像元大小与它所代表的实地地块大小之比就是栅格数据的比例尺。
(2)矢量数据模型矢量模型是用构成现实世界空间目标的边界来表达空间实体，其边界可以划分为点、线、面等几种类型，空间位置用采样点的空间坐标表达，空间实体的集合属性，如线的长度、区域间的距离等，均通过点的空间坐标来计算。
根据空间坐标数据的组织与存储方式的不同，可以划分为拓扑数据模型和非拓扑数据模型。
(3)矢量-栅格一体化数据模型从几何意义上说，空间目标通常有三种表达方式：（1）基本参数表达。
一个集合目标可由一组固定参数表示，如长方形由长和宽两参数描述；（2）元件空间填充表达。
一个几何目标可以认为是由各种不同形状和大小的简单元件组合而成，例如一栋房子可以由一个长方形的方体和四面体的房顶组成。
（3）边界表达.一个目标由几种基本的边界元素即点、线、面组成。
矢量数据结构和栅格数据结构各有优缺点，矢量-栅格一体化数据模型具有矢量和栅格两种结构的优点。