第4章地图数据模型.ppt
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第4章 空间数据表达汇总
地理科学的任务：综合研究地理系统中的生物圈、水 圈、岩石圈三大要素的空间分布规律及其相互之间关 系和相互影响涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水 圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
❖1.2 地理现象
➢ 地理现象的抽象过程
现实世界地圈理、系生统物主圈要、涉大及气地圈球和表电层离空层间，包括：岩石圈、水 GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间 地图
圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
自然环境系统
社会经济环境系统
地貌、土壤、气候、土地利用、 水文、生物、海洋……
人口、工业、农业、交通、 建筑、商业、科学、教育、 卫生、金融……
人地关系系统
地理系统的内部构成及其与外部系统的联系
地理系统中的各种要素特征都与地理空间位置有关
➢ 2）一维空间对象的定义
➢ 一维对象即线状空间实体，由一列有序坐标串表 示，有如下特性： 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性：河流方向是从上游到下游，公路则有 单向与双向之分
一维对象可以分为： 线段：两点之间的直线 弦列：相互连接无分支的线段 弧：曲线轨迹，可以用数学函数定义 拓扑连线：两个节点之间的拓扑连接，由结点 的顺序确定其方向
1. 地理系统与地理现象
❖1.1 地理系统 ❖1.2 地理现象
❖1.1 地理系统
➢ 地理系统
地理系统是一个开放的复杂系统 地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
圈、电离生层物圈、大气圈和电离层 GIS目大前气圈主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
生物圈 水圈
GIS涉及的范围
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
❖1.2 地理现象
➢ 地理现象的抽象过程
现实世界地圈理、系生统物主圈要、涉大及气地圈球和表电层离空层间，包括：岩石圈、水 GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间 地图
圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
自然环境系统
社会经济环境系统
地貌、土壤、气候、土地利用、 水文、生物、海洋……
人口、工业、农业、交通、 建筑、商业、科学、教育、 卫生、金融……
人地关系系统
地理系统的内部构成及其与外部系统的联系
地理系统中的各种要素特征都与地理空间位置有关
➢ 2）一维空间对象的定义
➢ 一维对象即线状空间实体，由一列有序坐标串表 示，有如下特性： 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性：河流方向是从上游到下游，公路则有 单向与双向之分
一维对象可以分为： 线段：两点之间的直线 弦列：相互连接无分支的线段 弧：曲线轨迹，可以用数学函数定义 拓扑连线：两个节点之间的拓扑连接，由结点 的顺序确定其方向
1. 地理系统与地理现象
❖1.1 地理系统 ❖1.2 地理现象
❖1.1 地理系统
➢ 地理系统
地理系统是一个开放的复杂系统 地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
圈、电离生层物圈、大气圈和电离层 GIS目大前气圈主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
生物圈 水圈
GIS涉及的范围
地理信息系统第四章数据采集与处理
疏林地 733
未成林林地 734
迹地 735
针叶树疏林地 7331
阔叶树疏林地 7332
标志编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
分类
1
属性数据的编码——编码方法 2
平原河
3
过渡河
山地河
• 多源分类编码法： 1
2 3
常年河
对于一个特定的分类时目令河标，根据诸多不同的
消失河
分类依据分别进行12 编码，各位数字代码之间并没有隶属通不航通关河 航河系。
地理数据库四种方式: 1.全部采用文件管理 2.文件结合关系数据库管理 3.全部采用关系数据库管理 4.重新设计具有空间数据和属 性数据管理和分析功能的数 据库系统（OO－DBMS）
6.地理数据库建立
第三节 地图数字化
一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤
二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作方式
地图投影变换
正解变换 反解变换 数值变换
根据两种投影在变 换区内若干同名的 坐标点，采用插值 法、有限差分法、 待定系数法等，实 现不同投影之间的 转换
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩的目的
节省存贮空间 节省处理时间
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩途径
压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大 节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解 压缩后才能使用
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6
树状河 平行河 筛状河 辐射河 扇形河 迷宫河
主〔要河〕流∶一级 支 流∶二级
地理信息系统空间数据库
三、关系模型
用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。
• 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相
关关系。
3. 空间数据库的数据模型设计
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。
（4）数据类型太少
只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。 （2）联系：实体间的相互作用或对应关
系:1:1,1:N,M:N, （3）属性：对实体和联系特征的描述。
地理信息系统下的空间分析——第四章_栅格数据的空间分析方法
空值，有时也被称为null值，在所有操作符和函数中 对其处理方式是有别于任何其它值的。
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
被赋予空值的单元有两种处理方式：
（1）如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域 或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位置上存在空值， 则为输出单元位置分配空值。
（2）忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
6、关联表
栅格计算器由四部分组成左上部layers选择框为当前arcmap视图中已加载的所有栅格数据层列表双击一个数据层名该数据层便可自动添加到左下部的公式编辑中间部分是常用的算术运算符110小数点关系和逻辑运算符面板单击所需按纽按纽内容便可自动添加到公式编辑器中
第四章 栅格数据的空间分析算法
4.1 栅格数据 栅格数据是GIS的重要数据模型之一，基于栅格 数据的空间分析方法是空间分析算法的重要内容之 一。 栅格数据由于其自身数据结构的特点，在数据处 理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析 法作为数据分析的数学基础。 栅格数据的空间分析方法具有自动分析处理较为 简单，而且分析处理模式化很强的特征。
地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制 约关系外，还表现在空间上存在着一定的制约关联性。
对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的某个栅 格往往会影响其周围栅格属性特征。准确而有效的反映这 种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格 点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并 在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与 其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据 有效的水平方向扩展分析。
带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用基于单 元的系统来工作必须付出的代价。
图4.9：点特征的栅格数据表示
4土地信息的数据模型与数据库
4.1 土地信息的数据模型
一、层次模型——构建
用树状结构来表示实体之间联系的模型称为层次模 型。它是以结点来表示数据库中的记录类型的有向 树
4.1 土地信息的数据模型
一、层次模型——限制条件 有且只有一个结点无父结点，即根结点 除根结点之外，所有节点有且仅有一个父结点 优缺点：容易理解，单码查找速度快，易于更新和 扩充；但是多码查找比较困难，一般需要较大的索 引文件，所以产生数据冗余，不能表示实体之间多 对多的联系。
在所有可能的三角网中，狄洛尼（Delaunay)三 角网在地形拟合方面运用的较普遍，因此常被用 于TIN的生成。在狄洛尼三角网中的每个三角形 可视为一个平面，平面的几何特征完全由三个顶 点的空间坐标值（x,y,z）所决定。存储的时候 ，每个三角形分别构成一个记录，每个记录包括 ：三角形标识码、该三角形的相邻三角形标识码 、该三角形的顶点标识码等。顶点的空间坐标值 则另外存储。
关系模型——基本概念 关系模型是一个数学化的模型，它把数据的逻辑
结构归结为满足一定条件的二维表中的元素，这 种表称为关系，关系的集合就构成关系模型。 关系是一个二维表，表的每行对应一个元组，表 的每列对应一个域。 关系中的某一属性组，若它的值唯一的标识了一 个元组，则称该属性组为候选关键字。若一个关 系中有多个候选关键字，则选定一个为主关键字 。该关键字的诸属性称为主属性，其余属性叫非 主属性
4.2 空间信息的数据结构
4.2 空间信息的数据结构
半隐式表达
4.2 空间信息的数据结构
4、拓扑关系9元组
在四元组基础上，Egenhofer将此扩展到九元组，即空间拓扑 关系可由两实体的边界(∂A、∂B)、内部(A0、B0)和外部(A−1 ， B−1)三部分相交构成的3×3九元组来决定,即A的内部（A0）、 边界（∂A）和外部（A−1 ）与B的内部（B0）、边界（∂B）和 外部（B−1）之间的交,可表达为:
第四章空间数据结构
基本概念
• 弧段：构成多边形的线称为弧段，每个弧段可以有许 多中间点。
• 节点：两条以上弧段相交的点称为节点 • 岛：由一条弧段组成的多边形称为岛或洞。 • 简单多边形：多边形图中不含岛的多边形称为简单多
边形。 • 复合多边形：含岛的多边形称为复合多边形，包括为
边界和内边界，岛可以看做复合多边形的内边界。
C1,C5,C4
P3
C6,C7,C8
P4
C5,C7,C10,C2
….
节点 N1 N2 N3 N4 ….
C4
N4 N1
C1 P2 C6
C8
P1 C3
P3 N2 C5 N5
C2
C7
N7
C9 P5 P4
N3
N6
C10
点拓扑
坐标
X1,y1
X2,y2
X3,y3
X4,y4
线
C1,C4,C3 C1,C5,C2 C2,C3,C10 C4,C6,C8
线与多边形之间的树状索引
点与多边形之间的树状索引
树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗 余和不一致的问题，在简化过于复杂的边界线或合并 相邻多边形时可不必改造索引表，邻域信息和岛状信 息可以通过对多边形文件的线索引处理得到，但是比 较繁琐，因而给相邻函数运算，消除无用边，处理岛 状信息以及检查拓扑关系带来一定的困难，而且两个 编码表都需要以人工方式建立，工作量大且容易出错 。
矢量数据结构
矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的 组织，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、 线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允 许任意位置、长度和面积的精确定义。
其精度仅受数字化设备的精度和数值记录字 长的限制。
矢量数据
北师大地理信息系统原理与应用课件第4章 GIS栅格数据模型
Real world
点
列
线
行
Value
=0
RASTER
=1
=2
=3
Grid
面
REC
地理信息系统
1、栅格像元大小的确定：
像元的大小决定了栅格数据模型的分辨率Resolution 。 栅格数据中栅格像元尺寸越小，分辨率越高。
像元太大，忽略较小图斑，造成信息丢失，无法表示精确位置。 像元越小，分辨率愈高，数据量愈大（按分辨率的平方指数增加），
REC
地理信息系统
2、 数字高程模型 Digital Elevation Models (DEMs) USGS的数字高程模型 非USGS的数字高程模型 全球数字高程模型
• 数字高程模型由等间隔海拔数据的排列组成。 • USGS（美国地质调查局）的DEM
7.5 分, 30 分, 1度, 15分
REC
地理信息系统
REC
地理信息系统
➢ 四叉树 Quad Tree——将格网分成象限层次
基本思想：
将一幅栅格数据层或图像等分为四部分，逐块 检查其格网属性值（或灰度）；如果某个子区的 所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再 继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子 区；这样依次地分割，直到每个子块都只含有相 同的属性值或灰度为止。
地理信息系统
第四章 GIS栅格数据模型
➢ 栅格数据模型要素 ➢ 栅格数据类型 ➢ 栅格数据结构 ➢ 栅格数据压缩 ➢ 数据转换与综合
REC
地理信息系统
第一节 栅格数据模型要素
矢量数据模型用点、线、面来表示空间要素，对有确定位置的离散要 素较为理想，对连续变化数据的表示不很理想。对连续变化的数据 （如海拔、降水量、土壤侵蚀等）较好的选择是栅格数据模型。 30年来，栅格数据模型没有变化，用规则的格网单元表示。
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程PPT-第4章 空间数据的转换与处理
图4.25 Import to CAD对话框
4.2 数据格式转换
2 栅格数据与ASCII文件之间的转换
（1）栅格数据向ASCII文件的转换 利用Conversion Tools工具箱，From Raster 工具集中的 Raster to ASCII 命令，可实现由栅格数据向ASCII文件的 转换。
60°0’0’’N
50°0’0’’N
40°0’0’’N 30°0’0’’N 20°0’0’’N
图4.2（b）投影坐标系下的经纬网
4.1 投影变换
• 4.1.1 定义投影
定义投影（Define Projection），指按照 地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影 信息。在ArcGIS中利用Data Management Tools工具箱, Projections and Transformations工具集中的Define Projection命令，能够为数据定义投影。
4.3 数据处理
4.3.1数据裁切
数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域， 以便获取真正需要的数据作为研究区域，减少不必要 数据参与运算。 1 矢量数据的裁切：可利用Analysis Tools工具箱， Extract工具集中的Clip命令
+
图4.28 Clip对话框
图4.29 Clip的图解表达
图4.19 数据格式转换工具
4.2 数据格式转换
基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式 的支持，如coverage，shapefile，grid，image和 TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理 同样的空间数据类型。
表1 ArcGIS 中的数据类型
基于文件的空间数据 Coverages Shapefiles 基于数据库的空间数据 Oracle Oracle with Spatial
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3
主要内容:
❖ 模型概念 ❖ 数据模型 ❖ 数据库技术与面向对象技术的结合 ❖ 地图数据基本表示方法 ❖ 空间数据模型 ❖ 地图数据结构设计 ❖ 地图数据库的数据组织与管理
4
§4.1 模型概念
一、数据抽象 二、模型 三、模型分类 四、地图模型
5
§4.1 模型概念
一、数据抽象
数据库系统是面向计算机的，而应用是面向现实 世界的，两个世界存在着很大差异，要直接将现 实世界中的语义映射到计算机世界是十分困难的， 因此引入一个信息世界作为现实世界通向计算机 实现的桥梁。 一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁 的现实世界中抽取出能反映现实本质的概念和基 本关系;另一方面，信息世界中的概念和关系，要 以一定的方式映射到计算机世界中去，在计算机 系统上最终实现。信息世界起到了承上启下的作 用。
域(Domain)： 属性的取值范围。 例如，性别的域为（男、女），月份的域为１到 １２的整数。
22
§4.2 数据模型
实体型(Entity Type)：
实体名与其属性名集合共同构成实体型。 例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年 级）。 注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前 者的一个特例。 如(9808100，王平，21，男，计算机系，2)是一 个实体。 实体集(Entity Set)：
数据库的逻辑接口。
16
§4.1 模型概念
四、地图模型
地图模型是建立在严格数学基础之上的现实世 界表象的模拟模型，具有物质模型和概念模型 两个方面的特点。
❖ 物质模型
地图与它所反映的客观世界在结构上存在着极 大的相似性，人们可以利用这个模型来分析、 观察和认识客观世界及其联系，还可进行分析、 量算。
8
§4.1 模型概念 模型举例：
9
§4.1 模型概念 模型举例：
10
§4.1 模型概念
三、模型分类
1. 模拟模型 模拟模型以连续的方式表示对象。
建筑物模型
实
物
模
地形模型
型
抽象模型
三维的
几何图
图
像
模
系统图
型
功能系统图
二维的 11
§4.1 模型概念
2. 数字模型
用离散的、数学的方法表示原型。
数学模型
用数学的形式语言来描述对象。
数据模型
是关于数据和联系的逻辑组织形式的表示， 是计算机数据处理中较教高层次的数据描述，它 独立于任何的DBMS。
12
§4.1 模型概念
应用 。
概念数据模型
结构数据模型
13
§4.1 模型概念
❖ 概念数据模型
按用户的观点来对数据和信息建模。用于组织 信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来 的事物以及它们之间的联系。这类模型强调其 语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理 解。它是现实世界到信息世界的抽象，是用户 与数据库设计人员之间进行交流的语言。如ER模型。
第
四
地
章
图
数
据
模
型
2
现实空间世界 认知与抽象
空间数据模型 计算机存储
空间数据结构 组织与管理
空间数据库
空间数据模型：不同的模型 下有不同的空间要素认知、 抽象和表达方式以及不同的 空间关系定义。
空间数据结构：不同空间数 据模型在计算机内的存储和 表达方式。
空间数据组织：大量计算机 化的空间数据的统一管理方 式。
24
§4.2 数据模型
联系(Relationship)：
实体之间的相互关联。 如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班 长关系。 联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联 系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性。 同类联系的集合称为联系集。 联系的种类
17
§4.1 模型概念
❖ 概念模型
地图是客观世界的一种科学抽象，地图上的内容 是经过制图者思维加工的，有一定的主观因素， 用途的不同，观察的角度不同，同一客观存在会 有不同的概念模型。
数字地图是一种数据模型，是用各种不同的数据 结构来描述客观世界的。组织地图数据的方式是 多种多样的，因而地图的数据模型有不同的形式。 建立合适的地图数据模型，是地图数据库必须解 决的重要问题。
18
§4.1 模型概念
地图数据模型的设计，实质 是确定地图数据和表示方法，确 定数据结构形式及数据文件的组 织方式。
19
§4.2 数据模型
一、概念数据模型 二、结构数据模型 三、结构数据模型示例 四、关系数据库
20
§4.2 数据模型
一、概念数据模型
1976年，P.P.S.Chen提出Ｅ-Ｒ模型 （Entity-Relationship Model），用Ｅ-Ｒ图来 描述概念模型。
14
§4.1 模型概念
❖ 结构数据模型
从计算机实现的观点来对数据建模。是信息 世界中的概念和联系在计算机世界中的表示 方法。一般有严格的形式化定义，以便于在 计算机上实现。如层次模型、网状模型、关 系模型、面向对象模型。
15
§4.1 模型概念
每一个具体的数据库都由一个相应的数据模型来 定义，数据模型最终成为一组被命名的逻辑数据 单位以及它们之间的逻辑联系所组成的全体； 每一种模型以不同的数据抽象与表示能力来反映 客观事物，有其不同的处理数据联系的方式； 建模的目的是以最佳的方式反映本部门的业务对 象及信息流程，或以最佳的方式为用户提供访问
6
§4.1 模型概念
用户 计算机
现实世界 概念化(数据抽象）
信息世界 形式化（数据模型）
计算机世界
7
§4.1 模型概念
二、模型
1. 定义
模型是对现实世界的表达或描述，是现实世界的 本质反映或科学抽象，可反映事物的固有特征及 其相互联系的运动规律。
2. 模型特点
➢ 用能理解的东西表示希望了解的东西 ➢ 模型不等于被描述的对象 ➢ 是一种普遍采用的科学研究的方法
观点：世界是由一组称作实体的基本对象和这些
对象之间的联系构成的。
21
§4.2 数据模型
实体(Entity)： 客观存在并可相互区分的事物叫实体。 如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论。
属性(Attribute)： 实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个 属性来刻画。 例如，学生可由学号、姓名、年龄、系、年级等 组成。
同型实体的集合称为实体集。 如全体学生。
23
§4.2 数据模型
码(Key)：
能唯一标识实体的属性或属性组称作超码。 超码的任意超集也是超码。 其任意真子集都不能成为超码的最小超码称为候 选码。 从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中 的不同实体，称作主码。 一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能 相同。 如学号是学生实体的码。 通讯录（姓名，邮编，地址，电话，Email，BP）
主要内容:
❖ 模型概念 ❖ 数据模型 ❖ 数据库技术与面向对象技术的结合 ❖ 地图数据基本表示方法 ❖ 空间数据模型 ❖ 地图数据结构设计 ❖ 地图数据库的数据组织与管理
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§4.1 模型概念
一、数据抽象 二、模型 三、模型分类 四、地图模型
5
§4.1 模型概念
一、数据抽象
数据库系统是面向计算机的，而应用是面向现实 世界的，两个世界存在着很大差异，要直接将现 实世界中的语义映射到计算机世界是十分困难的， 因此引入一个信息世界作为现实世界通向计算机 实现的桥梁。 一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁 的现实世界中抽取出能反映现实本质的概念和基 本关系;另一方面，信息世界中的概念和关系，要 以一定的方式映射到计算机世界中去，在计算机 系统上最终实现。信息世界起到了承上启下的作 用。
域(Domain)： 属性的取值范围。 例如，性别的域为（男、女），月份的域为１到 １２的整数。
22
§4.2 数据模型
实体型(Entity Type)：
实体名与其属性名集合共同构成实体型。 例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年 级）。 注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前 者的一个特例。 如(9808100，王平，21，男，计算机系，2)是一 个实体。 实体集(Entity Set)：
数据库的逻辑接口。
16
§4.1 模型概念
四、地图模型
地图模型是建立在严格数学基础之上的现实世 界表象的模拟模型，具有物质模型和概念模型 两个方面的特点。
❖ 物质模型
地图与它所反映的客观世界在结构上存在着极 大的相似性，人们可以利用这个模型来分析、 观察和认识客观世界及其联系，还可进行分析、 量算。
8
§4.1 模型概念 模型举例：
9
§4.1 模型概念 模型举例：
10
§4.1 模型概念
三、模型分类
1. 模拟模型 模拟模型以连续的方式表示对象。
建筑物模型
实
物
模
地形模型
型
抽象模型
三维的
几何图
图
像
模
系统图
型
功能系统图
二维的 11
§4.1 模型概念
2. 数字模型
用离散的、数学的方法表示原型。
数学模型
用数学的形式语言来描述对象。
数据模型
是关于数据和联系的逻辑组织形式的表示， 是计算机数据处理中较教高层次的数据描述，它 独立于任何的DBMS。
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§4.1 模型概念
应用 。
概念数据模型
结构数据模型
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§4.1 模型概念
❖ 概念数据模型
按用户的观点来对数据和信息建模。用于组织 信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来 的事物以及它们之间的联系。这类模型强调其 语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理 解。它是现实世界到信息世界的抽象，是用户 与数据库设计人员之间进行交流的语言。如ER模型。
第
四
地
章
图
数
据
模
型
2
现实空间世界 认知与抽象
空间数据模型 计算机存储
空间数据结构 组织与管理
空间数据库
空间数据模型：不同的模型 下有不同的空间要素认知、 抽象和表达方式以及不同的 空间关系定义。
空间数据结构：不同空间数 据模型在计算机内的存储和 表达方式。
空间数据组织：大量计算机 化的空间数据的统一管理方 式。
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§4.2 数据模型
联系(Relationship)：
实体之间的相互关联。 如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班 长关系。 联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联 系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性。 同类联系的集合称为联系集。 联系的种类
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§4.1 模型概念
❖ 概念模型
地图是客观世界的一种科学抽象，地图上的内容 是经过制图者思维加工的，有一定的主观因素， 用途的不同，观察的角度不同，同一客观存在会 有不同的概念模型。
数字地图是一种数据模型，是用各种不同的数据 结构来描述客观世界的。组织地图数据的方式是 多种多样的，因而地图的数据模型有不同的形式。 建立合适的地图数据模型，是地图数据库必须解 决的重要问题。
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§4.1 模型概念
地图数据模型的设计，实质 是确定地图数据和表示方法，确 定数据结构形式及数据文件的组 织方式。
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§4.2 数据模型
一、概念数据模型 二、结构数据模型 三、结构数据模型示例 四、关系数据库
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§4.2 数据模型
一、概念数据模型
1976年，P.P.S.Chen提出Ｅ-Ｒ模型 （Entity-Relationship Model），用Ｅ-Ｒ图来 描述概念模型。
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§4.1 模型概念
❖ 结构数据模型
从计算机实现的观点来对数据建模。是信息 世界中的概念和联系在计算机世界中的表示 方法。一般有严格的形式化定义，以便于在 计算机上实现。如层次模型、网状模型、关 系模型、面向对象模型。
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§4.1 模型概念
每一个具体的数据库都由一个相应的数据模型来 定义，数据模型最终成为一组被命名的逻辑数据 单位以及它们之间的逻辑联系所组成的全体； 每一种模型以不同的数据抽象与表示能力来反映 客观事物，有其不同的处理数据联系的方式； 建模的目的是以最佳的方式反映本部门的业务对 象及信息流程，或以最佳的方式为用户提供访问
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§4.1 模型概念
用户 计算机
现实世界 概念化(数据抽象）
信息世界 形式化（数据模型）
计算机世界
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§4.1 模型概念
二、模型
1. 定义
模型是对现实世界的表达或描述，是现实世界的 本质反映或科学抽象，可反映事物的固有特征及 其相互联系的运动规律。
2. 模型特点
➢ 用能理解的东西表示希望了解的东西 ➢ 模型不等于被描述的对象 ➢ 是一种普遍采用的科学研究的方法
观点：世界是由一组称作实体的基本对象和这些
对象之间的联系构成的。
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§4.2 数据模型
实体(Entity)： 客观存在并可相互区分的事物叫实体。 如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论。
属性(Attribute)： 实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个 属性来刻画。 例如，学生可由学号、姓名、年龄、系、年级等 组成。
同型实体的集合称为实体集。 如全体学生。
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§4.2 数据模型
码(Key)：
能唯一标识实体的属性或属性组称作超码。 超码的任意超集也是超码。 其任意真子集都不能成为超码的最小超码称为候 选码。 从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中 的不同实体，称作主码。 一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能 相同。 如学号是学生实体的码。 通讯录（姓名，邮编，地址，电话，Email，BP）