第二講(空間數(shù)據(jù)模型)

1、1地理信息系統(tǒng)及應(yīng)用地理信息系統(tǒng)及應(yīng)用云南大學(xué)信息學(xué)院云南大學(xué)信息學(xué)院梁虹梁虹2第二講第二講 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型3 為了能夠利用信息系統(tǒng)來描述現(xiàn)實(shí)為了能夠利用信息系統(tǒng)來描述現(xiàn)實(shí)世界，必須對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行建模。對(duì)于世界，必須對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行建模。對(duì)于地理信息系統(tǒng)而言，其結(jié)果就是空間數(shù)地理信息系統(tǒng)而言，其結(jié)果就是空間數(shù)據(jù)模型。據(jù)模型。 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型是整個(gè)是整個(gè)GISGIS理論中最理論中最為核心的內(nèi)容。為核心的內(nèi)容。4一、現(xiàn)實(shí)世界抽象5OpenGISOpenGIS： （Open Geodata Interoperation SpecificationOpen Geodata Inter

2、operation Specification）開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范OGCOGC： （OpenGIS ConsortiumOpenGIS Consortium） 美國(guó)的美國(guó)的OpenGISOpenGIS協(xié)會(huì)。協(xié)會(huì)。 OGC OGC是一個(gè)非贏利性組織，目的是促進(jìn)采用新的技術(shù)是一個(gè)非贏利性組織，目的是促進(jìn)采用新的技術(shù)和商業(yè)方式來提高地理信息處理的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性。和商業(yè)方式來提高地理信息處理的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性。OGCOGC會(huì)員主要包括會(huì)員主要包括GISGIS相關(guān)的計(jì)算機(jī)硬件和軟件制造商（包相關(guān)的計(jì)算機(jī)硬件和軟件制造商（包括括ESRI, Intergraph,MapInf

3、oESRI, Intergraph,MapInfo等知名等知名GISGIS軟件開發(fā)商），軟件開發(fā)商），數(shù)據(jù)生產(chǎn)商以及一些高等院校，政府部門等，其技術(shù)委員數(shù)據(jù)生產(chǎn)商以及一些高等院校，政府部門等，其技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)具體標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。會(huì)負(fù)責(zé)具體標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。6 OpenGISOpenGIS定義了從現(xiàn)實(shí)世界到地理要素集合世界的轉(zhuǎn)換定義了從現(xiàn)實(shí)世界到地理要素集合世界的轉(zhuǎn)換模型，即將地理對(duì)象的抽象過程分為如下模型，即將地理對(duì)象的抽象過程分為如下9 9個(gè)層次：個(gè)層次： 現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界（Real WorldReal World） 概念世界概念世界（Conceptual WorldConceptual Wo

4、rld） 地理空間世界地理空間世界（Geospatial WorldGeospatial World） 尺度世界尺度世界（Dimensional WorldDimensional World） 項(xiàng)目世界項(xiàng)目世界（Project WorldProject World） 7 點(diǎn)世界點(diǎn)世界（Points WorldPoints World） 幾何體世界幾何體世界（Geometry WorldGeometry World） 地理要素世界地理要素世界（Feature WorldFeature World） 要素集合世界要素集合世界（Feature Collection WorldFeature Coll

5、ection World） 九層模型中，前五個(gè)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，并不九層模型中，前五個(gè)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，并不在計(jì)算機(jī)軟件中被實(shí)現(xiàn)；后四個(gè)模型是現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)學(xué)和在計(jì)算機(jī)軟件中被實(shí)現(xiàn)；后四個(gè)模型是現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)學(xué)和符號(hào)化模型，將在軟件中被實(shí)現(xiàn)。符號(hào)化模型，將在軟件中被實(shí)現(xiàn)。89 現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界（Real WorldReal World） 現(xiàn)實(shí)世界是所有客觀事物（現(xiàn)實(shí)世界是所有客觀事物（FactFact）的集合。的集合。 現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界10 概念世界概念世界（Conceptual WorldConceptual World） 概念世界是人類自然語(yǔ)言的世界，人類了解且認(rèn)識(shí)其概念世界是人類

6、自然語(yǔ)言的世界，人類了解且認(rèn)識(shí)其所命名的事物，因此這些事物構(gòu)成了所命名的事物，因此這些事物構(gòu)成了“語(yǔ)言的世界語(yǔ)言的世界”。 概念世界概念世界11 地理空間世界地理空間世界（Geospatial WorldGeospatial World） 對(duì)于對(duì)于GISGIS來講，自然語(yǔ)言的概念世界并不是充分抽象的，來講，自然語(yǔ)言的概念世界并不是充分抽象的，在在GISGIS中只有概念世界中一個(gè)簡(jiǎn)化的子集才是興趣所在。中只有概念世界中一個(gè)簡(jiǎn)化的子集才是興趣所在。這個(gè)子集叫做地理空間世界。這個(gè)子集叫做地理空間世界。地理空間世界地理空間世界12現(xiàn)實(shí)世界與地理空間世界的聯(lián)系現(xiàn)實(shí)世界與地理空間世界的聯(lián)系 在地理空間世界

7、中，地理要素被抽象為點(diǎn)、線、面、在地理空間世界中，地理要素被抽象為點(diǎn)、線、面、體。如河流被看作線，地形被看作等高線多邊形的簡(jiǎn)化，體。如河流被看作線，地形被看作等高線多邊形的簡(jiǎn)化，而森林被看作多邊形。而森林被看作多邊形。13 維度世界維度世界（Dimensional WorldDimensional World） 維度世界是對(duì)地理空間世界的抽象，它通過在歐氏空維度世界是對(duì)地理空間世界的抽象，它通過在歐氏空間中進(jìn)行工具測(cè)量獲取要素的尺度。如距離、面積、方位間中進(jìn)行工具測(cè)量獲取要素的尺度。如距離、面積、方位等。等。 維度世界維度世界指北針指北針14 項(xiàng)目世界項(xiàng)目世界（Project WorldPro

8、ject World） 項(xiàng)目世界是維度世界的進(jìn)一步抽象，它將地理世界抽項(xiàng)目世界是維度世界的進(jìn)一步抽象，它將地理世界抽象為針對(duì)特殊應(yīng)用領(lǐng)域的具體實(shí)現(xiàn)。象為針對(duì)特殊應(yīng)用領(lǐng)域的具體實(shí)現(xiàn)。制圖員、地籍管理員和道路管理人員視角的項(xiàng)目世界制圖員、地籍管理員和道路管理人員視角的項(xiàng)目世界15 在項(xiàng)目世界中，空間參照系統(tǒng)（在項(xiàng)目世界中，空間參照系統(tǒng)（Spatial Reference Spatial Reference SystemSystem）的概念被引入，最常見的參照系統(tǒng)是環(huán)繞地球表的概念被引入，最常見的參照系統(tǒng)是環(huán)繞地球表面建立的坐標(biāo)系統(tǒng)（經(jīng)緯度）；此外，還有其它的間接的面建立的坐標(biāo)系統(tǒng)（經(jīng)緯度）；此外，

9、還有其它的間接的參照系統(tǒng)，例如線性參照系統(tǒng)可以用一個(gè)參數(shù)標(biāo)識(shí)出一條參照系統(tǒng)，例如線性參照系統(tǒng)可以用一個(gè)參數(shù)標(biāo)識(shí)出一條線（如高速公路）上的一個(gè)點(diǎn)位。線（如高速公路）上的一個(gè)點(diǎn)位。 地理編碼是項(xiàng)目世界中地理要素的另一重要特征。地理編碼是項(xiàng)目世界中地理要素的另一重要特征。 16項(xiàng)目世界與地理空間世界的關(guān)系項(xiàng)目世界與地理空間世界的關(guān)系17 點(diǎn)世界點(diǎn)世界（Points WorldPoints World） 幾何體世界幾何體世界（Geometry WorldGeometry World） 地理要素世界地理要素世界（Feature WorldFeature World） 要素集合世界要素集合世界（Featu

10、re Collection WorldFeature Collection World）地理要素在信息世界的實(shí)現(xiàn)地理要素在信息世界的實(shí)現(xiàn)18二、空間數(shù)據(jù)模型19 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 以一定方式組織數(shù)據(jù)，通過足夠的抽象性和概括以一定方式組織數(shù)據(jù)，通過足夠的抽象性和概括性，對(duì)客觀事物及其聯(lián)系的進(jìn)行描述性，對(duì)客觀事物及其聯(lián)系的進(jìn)行描述, ,是連接現(xiàn)實(shí)世界是連接現(xiàn)實(shí)世界和計(jì)算機(jī)世界的橋梁。和計(jì)算機(jī)世界的橋梁。 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型 是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互聯(lián)系的概是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互聯(lián)系的概念，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)提供基念，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)提供

11、基本方法。本方法。20 基于計(jì)算機(jī)的地理信息系統(tǒng)不能直接作用于現(xiàn)實(shí)基于計(jì)算機(jī)的地理信息系統(tǒng)不能直接作用于現(xiàn)實(shí)世界，必須采用一定的空間數(shù)據(jù)模型對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行世界，必須采用一定的空間數(shù)據(jù)模型對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行數(shù)據(jù)描述。數(shù)據(jù)描述。 根據(jù)對(duì)地理實(shí)體從現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的根據(jù)對(duì)地理實(shí)體從現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的不斷抽象，不斷抽象，GISGIS空間數(shù)據(jù)模型由空間數(shù)據(jù)模型由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型3 3個(gè)有機(jī)聯(lián)系的層次組成。個(gè)有機(jī)聯(lián)系的層次組成。 21 概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型 是關(guān)于空間實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的抽象概念集。是關(guān)于空間實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的抽

12、象概念集。 邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型 根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間實(shí)體及相互關(guān)系，根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間實(shí)體及相互關(guān)系，具體地表達(dá)數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄等之間的關(guān)系，因而可以有具體地表達(dá)數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄等之間的關(guān)系，因而可以有若干不同的實(shí)現(xiàn)方法。（如結(jié)構(gòu)化模型、關(guān)系模型）若干不同的實(shí)現(xiàn)方法。（如結(jié)構(gòu)化模型、關(guān)系模型） 物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型 描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的物理組織、存儲(chǔ)路徑和數(shù)描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的物理組織、存儲(chǔ)路徑和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。 22空間數(shù)據(jù)模型的空間數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次三個(gè)層次23 目前目前GISGIS常用的空間數(shù)據(jù)模型（概念模型）有場(chǎng)（常用的空間數(shù)據(jù)模型（概念模型）有場(chǎng)（FieldFi

13、eld）模型、要素（模型、要素（FeatureFeature）模型和網(wǎng)絡(luò)（模型和網(wǎng)絡(luò)（NetworkNetwork）模型。模型。 場(chǎng)模型場(chǎng)模型 場(chǎng)模型用于描述在一定空間內(nèi)具有連續(xù)分布特點(diǎn)的地場(chǎng)模型用于描述在一定空間內(nèi)具有連續(xù)分布特點(diǎn)的地理現(xiàn)象。例如，空氣中污染物指數(shù)、地表的溫度、土壤的理現(xiàn)象。例如，空氣中污染物指數(shù)、地表的溫度、土壤的濕度、森林植被等。濕度、森林植被等。 一個(gè)二維場(chǎng)就是在二維空間中任何已知的地點(diǎn)上，都一個(gè)二維場(chǎng)就是在二維空間中任何已知的地點(diǎn)上，都有一個(gè)表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；而一個(gè)三維場(chǎng)就是在三維空間有一個(gè)表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；而一個(gè)三維場(chǎng)就是在三維空間中對(duì)于任何位置來說都有一個(gè)值。中對(duì)

14、于任何位置來說都有一個(gè)值。 24場(chǎng)模型可以表示為如下的數(shù)學(xué)公式：場(chǎng)模型可以表示為如下的數(shù)學(xué)公式： z(s)z(s)或或f(x,y)f(x,y) 上式表示了從空間域到某個(gè)值域的映射，其中上式表示了從空間域到某個(gè)值域的映射，其中z z為為空間位置可度量的函數(shù)，空間位置可度量的函數(shù)，s s表示空間中的位置。表示空間中的位置。 25 柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 柵格數(shù)據(jù)模型是場(chǎng)模型在信息系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)。它柵格數(shù)據(jù)模型是場(chǎng)模型在信息系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)。它將連續(xù)空間離散化，即用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空將連續(xù)空間離散化，即用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空間。方格、三角形和六角形可完整地鋪滿一個(gè)平面，是柵間。

15、方格、三角形和六角形可完整地鋪滿一個(gè)平面，是柵格數(shù)據(jù)模型中最常用的規(guī)則覆蓋。格數(shù)據(jù)模型中最常用的規(guī)則覆蓋。 26 基于柵格的空間模型把空間看作像元（基于柵格的空間模型把空間看作像元（PixelPixel）的劃的劃分分，每個(gè)像元的值表明了在已知類中現(xiàn)象的分類情況。每個(gè)像元的值表明了在已知類中現(xiàn)象的分類情況。柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 荒地荒地 1湖泊湖泊 2濕地濕地 3樹林樹林 427柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 道路 1河流 2建筑 3空地 4 行行 列列 單元格大小單元格大小 分辨率分辨率28 柵格數(shù)據(jù)模型中，每個(gè)像元具有固定的尺寸和位置，柵格數(shù)據(jù)模型中，每個(gè)像元具有固定的尺寸和位置，其位置由像元

16、所處的行號(hào)和列號(hào)決定。其位置由像元所處的行號(hào)和列號(hào)決定。 由于柵格模型是用規(guī)則的由于柵格模型是用規(guī)則的“柵格塊柵格塊”來表現(xiàn)連續(xù)的自來表現(xiàn)連續(xù)的自然現(xiàn)象，且每個(gè)像元具有相同的值，因此分類之間的界限然現(xiàn)象，且每個(gè)像元具有相同的值，因此分類之間的界限被迫采用沿著柵格像元的邊界線。這可能造成對(duì)現(xiàn)象的分被迫采用沿著柵格像元的邊界線。這可能造成對(duì)現(xiàn)象的分布的誤解，其程度則取決于像元的大?。ǚ直媛剩?。分辨布的誤解，其程度則取決于像元的大?。ǚ直媛剩?。分辨率的大小決定了柵格模型與現(xiàn)實(shí)世界的接近程度。率的大小決定了柵格模型與現(xiàn)實(shí)世界的接近程度。 柵格數(shù)據(jù)經(jīng)常是來自衛(wèi)星遙感、航空拍攝或掃描設(shè)備。柵格數(shù)據(jù)經(jīng)常是來

17、自衛(wèi)星遙感、航空拍攝或掃描設(shè)備。29西苑西苑頤和園頤和園西北望西北望玉泉山玉泉山臥佛寺臥佛寺香山香山八大處八大處西郊機(jī)場(chǎng)西郊機(jī)場(chǎng)黃莊黃莊五里坨五里坨BEIJING1.BMP北京街區(qū)鐵路水域城區(qū)邊界Labels of 主要地名主要地名柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)30柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)31柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)32柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)33 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：柵格數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間數(shù)據(jù)的疊置與結(jié)柵格數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間數(shù)據(jù)的疊置與結(jié)合十分方便，易于進(jìn)行空間分析，數(shù)學(xué)模擬方便，真實(shí)感合十分方便，易于進(jìn)行空間分析，數(shù)學(xué)模擬方便，真實(shí)感較強(qiáng)，可用于表示空間連續(xù)分布的地理現(xiàn)象。較強(qiáng)，可用于表示空間連續(xù)分布的地理現(xiàn)象。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：

18、圖形數(shù)據(jù)量大（因?yàn)闁鸥駭?shù)據(jù)是面向像元的）；圖形數(shù)據(jù)量大（因?yàn)闁鸥駭?shù)據(jù)是面向像元的）；難于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。由于像元是以行號(hào)和列號(hào)來標(biāo)識(shí)，柵難于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。由于像元是以行號(hào)和列號(hào)來標(biāo)識(shí)，柵格數(shù)據(jù)本身無空間參考坐標(biāo)，在使用中需進(jìn)行影像配準(zhǔn)。格數(shù)據(jù)本身無空間參考坐標(biāo)，在使用中需進(jìn)行影像配準(zhǔn)。34 要素模型要素模型要素模型用于描述在一定空間內(nèi)具有離散連續(xù)分布特要素模型用于描述在一定空間內(nèi)具有離散連續(xù)分布特點(diǎn)的地理現(xiàn)象。例如，建筑物、道路、城市等。點(diǎn)的地理現(xiàn)象。例如，建筑物、道路、城市等。 要素模型將地理要素嵌入到歐氏空間中，形成三類地要素模型將地理要素嵌入到歐氏空間中，形成三類地理要素，即點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象

19、和多邊形對(duì)象。理要素，即點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象和多邊形對(duì)象。 可以測(cè)量點(diǎn)之間的距離及方向的帶坐標(biāo)的幾何空間叫可以測(cè)量點(diǎn)之間的距離及方向的帶坐標(biāo)的幾何空間叫做歐氏空間。歐氏空間中，最常使用的參照系統(tǒng)是笛卡爾做歐氏空間。歐氏空間中，最常使用的參照系統(tǒng)是笛卡爾坐標(biāo)系（直角坐標(biāo)系）和極坐標(biāo)系。坐標(biāo)系（直角坐標(biāo)系）和極坐標(biāo)系。 35 點(diǎn)對(duì)象（點(diǎn)對(duì)象（PointPoint） 指有特定的位置，維數(shù)為零的地理要素，包括：指有特定的位置，維數(shù)為零的地理要素，包括： 點(diǎn)實(shí)體（點(diǎn)實(shí)體（Point EntityPoint Entity）：）：用來代表一個(gè)點(diǎn)狀實(shí)體；用來代表一個(gè)點(diǎn)狀實(shí)體； 注記點(diǎn)：用于定位注記；注記點(diǎn)：用于定位

20、注記； 結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）（結(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）（NodeNode）：）：表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)。表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)。 點(diǎn)對(duì)象通常由一對(duì)空間坐標(biāo)（點(diǎn)對(duì)象通常由一對(duì)空間坐標(biāo)（X,YX,Y）標(biāo)識(shí)。小比例尺地標(biāo)識(shí)。小比例尺地圖中的城市、大比例尺地圖中的建筑物、道路起點(diǎn)和終點(diǎn)，圖中的城市、大比例尺地圖中的建筑物、道路起點(diǎn)和終點(diǎn)，是典型的點(diǎn)對(duì)象。是典型的點(diǎn)對(duì)象。36 線對(duì)象（線對(duì)象（LineLine） 線對(duì)象是維度為線對(duì)象是維度為1 1的地理要素，由一系列坐標(biāo)表示。線對(duì)的地理要素，由一系列坐標(biāo)表示。線對(duì)象具有如下特征：象具有如下特征： 實(shí)體長(zhǎng)度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)；實(shí)體長(zhǎng)度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)； 彎曲度：用于表示像道路拐

21、彎時(shí)彎曲的程度；彎曲度：用于表示像道路拐彎時(shí)彎曲的程度； 方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與 雙向之分。雙向之分。 線對(duì)象通?？杀硎揪€段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。道路、線對(duì)象通常可表示線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。道路、地下管線、河流、航線、邊境線等是典型的線對(duì)象。地下管線、河流、航線、邊境線等是典型的線對(duì)象。37 面對(duì)象（面對(duì)象（PolygonPolygon） 面對(duì)象也稱為多邊形面對(duì)象也稱為多邊形, ,用于表現(xiàn)湖泊、島嶼、地塊等一類用于表現(xiàn)湖泊、島嶼、地塊等一類地理現(xiàn)象，具有如下空間特性：地理現(xiàn)象，具有如下空間特性： 面積面積 周長(zhǎng)周

22、長(zhǎng) 相鄰性相鄰性 重疊性與非重疊性重疊性與非重疊性38多邊線和多邊形多邊線和多邊形 39面對(duì)面對(duì)象象線對(duì)線對(duì)象象點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)象象40 要素模型強(qiáng)調(diào)個(gè)體現(xiàn)象，把地理空間分解為點(diǎn)、線、要素模型強(qiáng)調(diào)個(gè)體現(xiàn)象，把地理空間分解為點(diǎn)、線、面等離散對(duì)象（面等離散對(duì)象（ObjectObject）的集合，這些對(duì)象必須滿足三個(gè)的集合，這些對(duì)象必須滿足三個(gè)條件：條件： 可被識(shí)別可被識(shí)別 重要（與問題相關(guān)）重要（與問題相關(guān)） 可被描述（有特征）可被描述（有特征） 41面點(diǎn)線現(xiàn)實(shí)世界要素模型要素模型42要素模型要素模型43要素模型要素模型44 要素模型中每一個(gè)對(duì)象與其它對(duì)象必須是不同的，必要素模型中每一個(gè)對(duì)象與其它對(duì)象必須

23、是不同的，必須有惟一的標(biāo)識(shí)并可以單個(gè)測(cè)量。須有惟一的標(biāo)識(shí)并可以單個(gè)測(cè)量。 每個(gè)對(duì)象必須嵌入空間坐標(biāo)系統(tǒng)中，以確定其地理位每個(gè)對(duì)象必須嵌入空間坐標(biāo)系統(tǒng)中，以確定其地理位置。置。 有關(guān)對(duì)象的特征，可以通過靜態(tài)屬性（如城市名、人有關(guān)對(duì)象的特征，可以通過靜態(tài)屬性（如城市名、人口等）來描述?？诘龋﹣砻枋?。 45 基于場(chǎng)的模型和基于要素的模型各有長(zhǎng)處，應(yīng)該恰當(dāng)基于場(chǎng)的模型和基于要素的模型各有長(zhǎng)處，應(yīng)該恰當(dāng)?shù)鼐C合運(yùn)用這兩種方法來建模。地綜合運(yùn)用這兩種方法來建模。46 矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型是要素場(chǎng)模型在信息系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)模型是要素場(chǎng)模型在信息系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)。它強(qiáng)調(diào)了離散現(xiàn)象的存

24、在，將地理空間抽象為一系列點(diǎn)、它強(qiáng)調(diào)了離散現(xiàn)象的存在，將地理空間抽象為一系列點(diǎn)、線、面離散對(duì)象的集合，并將這些地理要素嵌入到歐氏空線、面離散對(duì)象的集合，并將這些地理要素嵌入到歐氏空間中。間中。 在矢量數(shù)據(jù)模型中，點(diǎn)、線、多邊形等地理實(shí)體是通在矢量數(shù)據(jù)模型中，點(diǎn)、線、多邊形等地理實(shí)體是通過記錄坐標(biāo)的方式來描述的。過記錄坐標(biāo)的方式來描述的。 47矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型: :地理要素類型地理要素類型Points (Example : Location of house)Lines (Example : Railway)Polygons (Examples : Forest area)地物的空間位置

25、用地物的空間位置用x,y坐標(biāo)來表示坐標(biāo)來表示Point A Singly XY pairLine Series of XY pairPolygon A closed loop of XY co-ordinate pairs that define the boundary原始地圖原始地圖X 坐標(biāo)坐標(biāo)矢量表示矢量表示Y 坐標(biāo)坐標(biāo)22211148南川市 南川市 李渡區(qū) 李渡區(qū) 長(zhǎng)壽縣 長(zhǎng)壽縣 墊江縣 墊江縣 渝中區(qū) 渝中區(qū) 豐都縣 豐都縣 彭水苗族土家族自治縣 彭水苗族土家族自治縣 南岸區(qū) 南岸區(qū) 沙坪壩區(qū) 沙坪壩區(qū) 江北區(qū) 江北區(qū) 九龍坡區(qū) 九龍坡區(qū) 大渡口區(qū) 大渡口區(qū) 巴南區(qū) 巴南區(qū) 江津市

26、江津市 隆昌縣 隆昌縣 安岳縣 安岳縣 潼南縣 潼南縣 大足縣 大足縣 榮昌縣 榮昌縣 永川市 永川市 武勝縣 武勝縣 合川市 合川市 渝北區(qū) 渝北區(qū) 鄰水縣 鄰水縣 石柱土家族自治縣 石柱土家族自治縣 忠縣 忠縣 武隆縣 武隆縣 華鎣市 華鎣市 銅梁縣 銅梁縣 璧山縣 璧山縣 北碚區(qū) 北碚區(qū) 雙橋區(qū) 雙橋區(qū) 0.07.5 15.0 22.5 30.0 37.5 km區(qū)縣區(qū)劃圖區(qū)縣區(qū)劃圖河流河流機(jī)場(chǎng)機(jī)場(chǎng)區(qū)縣界線區(qū)縣界線主要公路主要公路縣區(qū)政府駐地縣區(qū)政府駐地矢量數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)49 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，可提供有效的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，可提供有效的拓?fù)渚幋a和網(wǎng)絡(luò)分析，能完

27、整地描述拓?fù)潢P(guān)系，圖形輸出拓?fù)渚幋a和網(wǎng)絡(luò)分析，能完整地描述拓?fù)潢P(guān)系，圖形輸出精確美觀，速度快，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)易于編輯、顯示。精確美觀，速度快，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)易于編輯、顯示。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表達(dá)空間變化性能力差，疊加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表達(dá)空間變化性能力差，疊加操作沒有柵格有效，以點(diǎn)、線、面來表示的空間物體缺乏操作沒有柵格有效，以點(diǎn)、線、面來表示的空間物體缺乏真實(shí)感，不如柵格圖生動(dòng)。真實(shí)感，不如柵格圖生動(dòng)。50 矢柵混合模型矢柵混合模型 將矢量模型和柵格模型集成在同一個(gè)系統(tǒng)中，以分別將矢量模型和柵格模型集成在同一個(gè)系統(tǒng)中，以分別表示相同的或不同的實(shí)體空間。表示相同的或不同的實(shí)體空間

28、。 矢量數(shù)據(jù)用于精確表示實(shí)體空間的位置和實(shí)體之間的矢量數(shù)據(jù)用于精確表示實(shí)體空間的位置和實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行實(shí)體空間幾何變換等；柵格數(shù)據(jù)則用于進(jìn)拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行實(shí)體空間幾何變換等；柵格數(shù)據(jù)則用于進(jìn)行實(shí)體的空間分析和操作。行實(shí)體的空間分析和操作。 矢量和柵格數(shù)據(jù)的結(jié)合通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。因此矢柵矢量和柵格數(shù)據(jù)的結(jié)合通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。因此矢柵混合模型可以在需要的時(shí)候利用到矢量模型或柵格模型的混合模型可以在需要的時(shí)候利用到矢量模型或柵格模型的優(yōu)點(diǎn)；但是需要同時(shí)維護(hù)兩套模型，系統(tǒng)負(fù)擔(dān)重；在進(jìn)行優(yōu)點(diǎn)；但是需要同時(shí)維護(hù)兩套模型，系統(tǒng)負(fù)擔(dān)重；在進(jìn)行矢量到柵格或柵格到矢量的轉(zhuǎn)換時(shí)可能出現(xiàn)信息丟失或錯(cuò)矢量到柵

29、格或柵格到矢量的轉(zhuǎn)換時(shí)可能出現(xiàn)信息丟失或錯(cuò)誤。誤。 51 矢柵一體化模型矢柵一體化模型 矢柵一體化將矢量面向?qū)ο蟮姆椒ê蜄鸥裣裨采w的矢柵一體化將矢量面向?qū)ο蟮姆椒ê蜄鸥裣裨采w的方法結(jié)合起來，采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空方法結(jié)合起來，采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 該模型一方面保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元該模型一方面保留了矢量的全部性質(zhì)，以目標(biāo)為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(guān)系；另一方面，直接聚集所有的位置信息，并能建立拓?fù)潢P(guān)系；另一方面，它建立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點(diǎn)都直接與它建

30、立了柵格與地物的關(guān)系，即路徑上的任一點(diǎn)都直接與目標(biāo)建立了聯(lián)系。目標(biāo)建立了聯(lián)系。 矢量一體化具有矢量和柵格模型的特性又避免了模型矢量一體化具有矢量和柵格模型的特性又避免了模型的維護(hù)和轉(zhuǎn)換工作；但是技術(shù)難度高，目前尚不成熟。的維護(hù)和轉(zhuǎn)換工作；但是技術(shù)難度高，目前尚不成熟。 52 如何選擇合適的空間數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的高如何選擇合適的空間數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的高效組織和管理，是地理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵，直效組織和管理，是地理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn)和開發(fā)效率。接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn)和開發(fā)效率。 一個(gè)成熟的一個(gè)成熟的GISGIS系統(tǒng)支持柵格和矢量?jī)煞N方法的綜合使

31、用系統(tǒng)支持柵格和矢量?jī)煞N方法的綜合使用 一個(gè)熟練的一個(gè)熟練的GISGIS用戶要能夠綜合使用柵格和矢量?jī)煞N方法用戶要能夠綜合使用柵格和矢量?jī)煞N方法53 網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型 網(wǎng)絡(luò)關(guān)系普遍存在于自然界和人類社會(huì)中網(wǎng)絡(luò)關(guān)系普遍存在于自然界和人類社會(huì)中, ,如水系如水系網(wǎng)絡(luò)、道路網(wǎng)絡(luò)、通訊網(wǎng)絡(luò)、地下管網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)、道路網(wǎng)絡(luò)、通訊網(wǎng)絡(luò)、地下管網(wǎng)等。 在網(wǎng)絡(luò)模型中，地物被抽象為邊、節(jié)點(diǎn)等對(duì)象，即在網(wǎng)絡(luò)模型中，地物被抽象為邊、節(jié)點(diǎn)等對(duì)象，即網(wǎng)絡(luò)由一組邊和節(jié)點(diǎn)按照一定的拓?fù)潢P(guān)系彼此連接而成網(wǎng)絡(luò)由一組邊和節(jié)點(diǎn)按照一定的拓?fù)潢P(guān)系彼此連接而成。邊是具有一定長(zhǎng)度和物流（如交通流方向、電力或水。邊是具有一定長(zhǎng)度和物流（如交通

32、流方向、電力或水的流向等）的網(wǎng)絡(luò)要素，節(jié)點(diǎn)是兩條或兩條以上邊的交的流向等）的網(wǎng)絡(luò)要素，節(jié)點(diǎn)是兩條或兩條以上邊的交匯處，實(shí)現(xiàn)兩條邊之間物流的轉(zhuǎn)換。邊與節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的匯處，實(shí)現(xiàn)兩條邊之間物流的轉(zhuǎn)換。邊與節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的兩類基本組成要素。兩類基本組成要素。 網(wǎng)絡(luò)模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)，可有效反映現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)，可有效反映現(xiàn)實(shí)世界中常見的多對(duì)多關(guān)系，如一個(gè)節(jié)點(diǎn)可與其它多個(gè)實(shí)世界中常見的多對(duì)多關(guān)系，如一個(gè)節(jié)點(diǎn)可與其它多個(gè)節(jié)點(diǎn)和邊建立聯(lián)系。節(jié)點(diǎn)和邊建立聯(lián)系。54 網(wǎng)絡(luò)模型與要素模型都是表達(dá)與處理離散的地理要網(wǎng)絡(luò)模型與要素模型都是表達(dá)與處理離散的地理要素，所以可以將網(wǎng)絡(luò)模型視為要素模型的特殊

33、情況。素，所以可以將網(wǎng)絡(luò)模型視為要素模型的特殊情況。 通過網(wǎng)絡(luò)模型，通過網(wǎng)絡(luò)模型，GISGIS可以分析網(wǎng)絡(luò)要素的連通性、最短可以分析網(wǎng)絡(luò)要素的連通性、最短路徑、上下游關(guān)系、源點(diǎn)與匯點(diǎn)等，這在自來水網(wǎng)絡(luò)、電路徑、上下游關(guān)系、源點(diǎn)與匯點(diǎn)等，這在自來水網(wǎng)絡(luò)、電力和煤氣管網(wǎng)的分析中十分重要。力和煤氣管網(wǎng)的分析中十分重要。55網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析56上游追蹤分析上游追蹤分析下游追蹤分析下游追蹤分析節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)邊邊節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)57最佳路徑分析最佳路徑分析58四、空間關(guān)系59 拓?fù)潢P(guān)系定義地物之間連通、鄰接等拓?fù)鋵傩酝負(fù)潢P(guān)系定義地物之間連通、鄰接等拓?fù)鋵傩? ; 方位關(guān)系（或延伸關(guān)系）定義兩個(gè)地物之間的方位；方位關(guān)系（

34、或延伸關(guān)系）定義兩個(gè)地物之間的方位； 度量關(guān)系定義兩個(gè)地物之間的距離遠(yuǎn)近。度量關(guān)系定義兩個(gè)地物之間的距離遠(yuǎn)近。 GISGIS中的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)空間位置空間位置空間關(guān)系空間關(guān)系拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系度量關(guān)系度量關(guān)系方位關(guān)系方位關(guān)系601、空間拓?fù)潢P(guān)系61 由于空間分析與空間查詢的需要，由于空間分析與空間查詢的需要，GISGIS中地理要素中地理要素的空間拓?fù)潢P(guān)系顯得尤為重要，它為地理信息系統(tǒng)數(shù)的空間拓?fù)潢P(guān)系顯得尤為重要，它為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的有效建立、空間查詢、空間分析、輔助決策等據(jù)庫(kù)的有效建立、空間查詢、空間分析、輔助決策等提供了最基本的關(guān)系，是提供了最基本的關(guān)系，是G

35、ISGIS空間分析的基礎(chǔ)。（例如空間分析的基礎(chǔ)。（例如空間疊置分析、緩沖區(qū)分析等）空間疊置分析、緩沖區(qū)分析等） 拓?fù)鋵W(xué)拓?fù)鋵W(xué) 是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠是幾何學(xué)的一個(gè)分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性保持不變的幾何屬性拓?fù)鋵傩浴Ｍ負(fù)鋵傩浴?拓?fù)湟辉~來自于希臘文，意思是拓?fù)湟辉~來自于希臘文，意思是“形狀的研形狀的研究究”。 62 拓?fù)鋵傩酝負(fù)鋵傩?假設(shè)歐氏平面是一張高質(zhì)量無邊界的橡皮，該橡假設(shè)歐氏平面是一張高質(zhì)量無邊界的橡皮，該橡皮能夠伸長(zhǎng)和縮短到任何理想的程度。皮能夠伸長(zhǎng)和縮短到任何理想的程度。 現(xiàn)基于這張橡皮繪制圖形，允許這張紙伸長(zhǎng)但是現(xiàn)基于這張橡皮繪制圖形，允許

36、這張紙伸長(zhǎng)但是不能撕破或者重疊，這樣原來圖形的一些屬性將保不能撕破或者重疊，這樣原來圖形的一些屬性將保留，而有些屬性將會(huì)失去。留，而有些屬性將會(huì)失去。 例如，在橡皮表面有一個(gè)多邊形，多邊形內(nèi)部有例如，在橡皮表面有一個(gè)多邊形，多邊形內(nèi)部有一個(gè)點(diǎn)。無論對(duì)橡皮進(jìn)行壓縮或拉伸，點(diǎn)依然存在于一個(gè)點(diǎn)。無論對(duì)橡皮進(jìn)行壓縮或拉伸，點(diǎn)依然存在于多邊形內(nèi)部，點(diǎn)和多邊形之間的空間位置關(guān)系不改變多邊形內(nèi)部，點(diǎn)和多邊形之間的空間位置關(guān)系不改變，而多邊形的面積則會(huì)發(fā)生變化。前者則是空間的拓，而多邊形的面積則會(huì)發(fā)生變化。前者則是空間的拓?fù)鋵傩?，后者則不是。撲屬性，后者則不是。 63拓?fù)鋵傩酝負(fù)鋵傩?一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)弧段的端點(diǎn)一

37、個(gè)點(diǎn)在一個(gè)弧段的端點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的外部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的外部?jī)蓷l線相交兩條線相交兩個(gè)面相鄰兩個(gè)面相鄰兩個(gè)面重疊兩個(gè)面重疊一個(gè)面包含另一個(gè)面一個(gè)面包含另一個(gè)面非拓?fù)鋵傩苑峭負(fù)鋵傩?兩點(diǎn)之間的距離兩點(diǎn)之間的距離一個(gè)區(qū)域的周長(zhǎng)一個(gè)區(qū)域的周長(zhǎng)一個(gè)區(qū)域的面積一個(gè)區(qū)域的面積 拓?fù)鋵傩悦枋隽藘蓚€(gè)對(duì)象之間的關(guān)系，因此拓?fù)鋵傩悦枋隽藘蓚€(gè)對(duì)象之間的關(guān)系，因此又稱為拓?fù)潢P(guān)系（又稱為拓?fù)潢P(guān)系（Topological RelationTopological Relation）。）。 64地理要素的常見拓?fù)潢P(guān)系地理要素的常見拓

38、撲關(guān)系65地理要素的常見拓?fù)潢P(guān)系地理要素的常見拓?fù)潢P(guān)系66 拓?fù)潢P(guān)系包括點(diǎn)線面各類要素的組合關(guān)系，如點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系包括點(diǎn)線面各類要素的組合關(guān)系，如點(diǎn)線關(guān)系，點(diǎn)線關(guān)系，點(diǎn)面關(guān)系，線面關(guān)系，線線關(guān)系，線線關(guān)系，線面關(guān)系，面面關(guān)系，面面關(guān)系等。面關(guān)系等。點(diǎn)點(diǎn)線關(guān)系線關(guān)系點(diǎn)在線上：可以計(jì)算點(diǎn)的性質(zhì)，如拐點(diǎn)等；點(diǎn)在線上：可以計(jì)算點(diǎn)的性質(zhì)，如拐點(diǎn)等；線的端點(diǎn)：起點(diǎn)和終點(diǎn)；線的端點(diǎn)：起點(diǎn)和終點(diǎn)；線的交點(diǎn)；線的交點(diǎn)；點(diǎn)與線分離：可計(jì)算點(diǎn)到線的距離。點(diǎn)與線分離：可計(jì)算點(diǎn)到線的距離。67點(diǎn)點(diǎn)面關(guān)系面關(guān)系點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)，可以記數(shù)和統(tǒng)計(jì)；點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)，可以記數(shù)和統(tǒng)計(jì)；點(diǎn)在區(qū)域的邊界上；點(diǎn)在區(qū)域的邊界上；點(diǎn)在區(qū)域外部。點(diǎn)在區(qū)域外部。線線線關(guān)系線關(guān)系重合；重合；相接：首尾環(huán)接或順序相接；相接：首尾環(huán)接或順序相接；相交；相交；穿越；穿越；并行。并行。68線線面關(guān)系面關(guān)系區(qū)域包含線：可計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度；區(qū)域包含線：可計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度；線穿過區(qū)域：線穿過區(qū)域：線環(huán)繞區(qū)域：對(duì)于區(qū)域邊界，可以搜索其左右區(qū)域名稱；線環(huán)繞區(qū)域：對(duì)于區(qū)域邊界，可以搜索其左右區(qū)域名稱；線與區(qū)域分離。線與區(qū)域分離。面面面關(guān)系面關(guān)系包含：如島的情形；包含：如島的情形；重疊：可以劃分子區(qū)，并計(jì)算邏輯與、或、非和異或；重疊：可以劃分子區(qū)，并計(jì)算邏