地理信息系统第三章.ppt.ppt

第三章 空间数据模型 1．空间数据模型的基本问题 1．1概念 地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。 地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。 绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。 1．2空间数据模型的类型 在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个，即基于对象（要素）（Feature）的模型、网络（Network）模型以及场（Field）模型。 选择某一种模型而不选择另外一种模型主要是顾及数据的测量方式。 1．3 GIS空间数据模型的学术前沿 1．3．1时空数据模型 核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化。 1．3．2三维空间数据模型 三维矢量模型 体模型 1．3．3分布式空间数据模型 分布式空间数据库管理系统 联邦空间数据库（Federated Spatial Database） 1．3．4 CASE工具 (Computer-Aided Software Engineering) 2．场模型 对于模拟具有一定空间内连续分布特点的现象来说，基于场的观点是合适的。 2．1场的特征 2．1．1空间结构特征和属性域 “空间”经常是指可以进行长度和角度测量的欧几里德空间。 属性域的数值可以包含以下几种类型：名称、序数、间隔和比率。 2．1．2连续的、可微的、离散的 2．1．3与方向无关的和与方向有关的（各向同性和各向异性） 2．1．4空间自相关 空间自相关是空间场中的数值聚集程度的一种量度。 2．2栅格数据模型 栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，即用二维铺盖或划分覆盖整个连续空间 为了GIS数据处理，栅格模型的一个重要的特征就是每个栅格中的像元的位置被预先确定，所以很容易进行重叠运算以比较不同图层中所存储的特征。 3．要素模型 3．1欧氏（Euclidean）空间和欧氏空间中的四类地物要素 许多地理现象模型建立的基础就是嵌入（Embed）在一个坐标空间中，在这种坐标空间中，根据常用的公式就可以测量点之间的距离及方向，这个带坐标的空间模型叫做欧氏空间。 将地理要素嵌入到欧氏空间中，形成了三类地物要素对象，即点对象、线对象和多边形对象。 3．1．1点对象 点是有特定的位置，维数为零的物体。 3．1．2线对象 线对象是GIS中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界的空间属性，由一系列坐标表示。 3．1．3多边形对象 面状实体也称为多边形，通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。 3．1．4 体对象 3．2要素模型的基本概念 基于要素的空间信息模型把信息空间分解为对象（Object）或实体（Entity）。一个实体必须符合三个条件： ．可被识别； ．重要（与问题相关）； ．可被描述（有特征）。 而有关实体的特征，可以通过静态属性（如城市名）、动态的行为特征和结构特征来描述实体。 常用的嵌入式空间类型有： （1）欧氏空间，它允许在对象之间采用距离和方位的量度，欧氏空间中的对象可以用坐标组的集合来表示； （2）量度空间，它允许在对象之间采用距离量度（但不一定有方向）； （3）拓扑空间，它允许在对象之间进行拓扑关系的描述（不一定有距离和方向）； （4）面向集合的空间，它只采用一般的基于集合的关系，如包含、合并及相交等。 3．3矢量数据模型 矢量方法强调了离散现象的存在，由边界线（点、线、面）来确定边界，因此可以看成是基于要素的。 矢量模型的表达源于原型空间实体本身，通常以坐标来定义。 一个点的位置可以二维或者三维中的坐标的单一集合来描述。 一条线通常由有序的两个或者多个坐标对集合来表示。 一个面通常由一个边界来定义，而边界是由形成一个封闭的环状的一条或多条线所组成。 如果区域有个洞在其中，那么可以采用多个环以描述它。 4．基于要素的空间关系分析 4．1空间关系的基本概念 在地理信息系统中集中存储了以下的内容： ．空间分布位置信息 ．属性信息 ．拓扑空间关系信息。 地理要素之间的空间区位关系可抽象为点、线（或弧）、多边形（区域）之间的空间几何关系。 空间关系包含三种基本类型，即拓扑关系、方向关系、度量关系。 4．2拓扑空间关系分析 拓扑一词来自于希腊文，意思是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性。 在地理信息系统中，空间数据具有属性特征、空间特征和时间特征，基本数据类型包括属性数据、几何数据和空间关系数据。作