第四講空間數(shù)據(jù)組織與管理

1、1圖形數(shù)字1 1、現(xiàn)實世界的認知過程、現(xiàn)實世界的認知過程一、空間認知模型一、空間認知模型現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界數(shù)字世界數(shù)字世界觀察、抽象綜合取舍定義、編碼模型化概念世界概念世界以實體表達空間認知三層模型空間認知三層模型空間概念模型空間概念模型空間邏輯模型空間邏輯模型物理模型物理模型現(xiàn)實世界矢量數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型矢-柵一體化數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)絡模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ臀锢肀硎窘M織空間數(shù)據(jù)存取關(guān)于實體和實體間聯(lián)系的關(guān)于實體和實體間聯(lián)系的抽象概念集。抽象概念集。表達概念模型中數(shù)據(jù)實體表達概念模型中數(shù)據(jù)實體（或記錄）及其間的關(guān)系。（或記錄）及其間的關(guān)系。描述數(shù)據(jù)在計算機中描述數(shù)據(jù)在計算機中的物理組織、存儲

2、路的物理組織、存儲路徑和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。徑和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程現(xiàn)現(xiàn)實實世世界界空空間間數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)空空間間數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫 y-axisx-axis數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)組織5第四講第四講 空間數(shù)據(jù)組織和管理空間數(shù)據(jù)組織和管理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織空間數(shù)據(jù)組織第三節(jié)第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫空間實體（地理實體）的概念空間實體（地理實體）的概念 指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中，它是一個，它是一個概概念。是一種在現(xiàn)實世界中不能再劃分念。是一種在現(xiàn)實世界中不能再劃分為同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。為同類現(xiàn)象的現(xiàn)象。 如：城市

3、、湖泊、道路，甚至是如：城市、湖泊、道路，甚至是某種現(xiàn)象的度量結(jié)果，如高溫區(qū)，干某種現(xiàn)象的度量結(jié)果，如高溫區(qū)，干旱區(qū)等。旱區(qū)等?？臻g實體（地理實體）的概念空間實體（地理實體）的概念 地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，武漢就是一個點，這個點不能再分割，可以把武武漢就是一個點，這個點不能再分割，可以把武漢定為一個空間實體，而在大比例尺的武漢市地漢定為一個空間實體，而在大比例尺的武漢市地圖上，武漢的許多房屋，街道都要表達出來，所圖上，武漢的許多房屋，街道都要表達出來，所以武漢必須再分割，

4、不能作為一個空間實體，應以武漢必須再分割，不能作為一個空間實體，應將房屋，街道等作為研究的地理實體，由此可見將房屋，街道等作為研究的地理實體，由此可見，GISGIS中的空間實體是一個概括，復雜，相對的概中的空間實體是一個概括，復雜，相對的概念。念。 定義：用來表示空間實體的位置、形狀、定義：用來表示空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，具定位、定性、時間和空間關(guān)系等特征。具定位、定性、時間和空間關(guān)系等特征。 定位：在已知坐標系里目標具有唯一的空間定位：在已知坐標系里目標具有唯一的空間位置；位置； 定性：空間目標的自然屬性定性：空間目標的自

5、然屬性 時間：空間目標隨時間的變換而變化時間：空間目標隨時間的變換而變化 空間關(guān)系：拓撲關(guān)系空間關(guān)系：拓撲關(guān)系 空間數(shù)據(jù)用空間數(shù)據(jù)用點、線、面、體點、線、面、體表示人們賴以表示人們賴以生存的生存的自然世界自然世界空間數(shù)據(jù) GIS中的空間數(shù)據(jù)：中的空間數(shù)據(jù)： 地理數(shù)據(jù)：描述地理數(shù)據(jù)：描述地理空間地理空間的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) GIS地理空間：地理空間： 絕對空間：具有屬性描述的絕對空間：具有屬性描述的空間位置空間位置的集合的集合，由一系列不同位置的，由一系列不同位置的空間坐標值空間坐標值組成；組成； 相對空間：具有空間屬性特征的相對空間：具有空間屬性特征的實體實體的集合的集合，由不同實體之間的，由不同實體

6、之間的空間關(guān)系空間關(guān)系構(gòu)成；構(gòu)成；空間數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 模型：模型：模型是對現(xiàn)實世界的簡化表達，是將系統(tǒng)的各模型是對現(xiàn)實世界的簡化表達，是將系統(tǒng)的各個要素通過適當?shù)暮Y選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明個要素通過適當?shù)暮Y選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明的映像。的映像。一幅地圖是一個一幅地圖是一個符號模型符號模型，因為它是通過制圖學家，因為它是通過制圖學家處理后得到現(xiàn)實世界的簡化描述；存儲數(shù)字地圖的計算機文處理后得到現(xiàn)實世界的簡化描述；存儲數(shù)字地圖的計算機文件也是一種件也是一種符號模型符號模型，它以數(shù)字代碼來表現(xiàn)圖形符號。，它以數(shù)字代碼來表現(xiàn)圖形符號。 數(shù)據(jù)建模：數(shù)據(jù)建模

7、：把現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)組織為有用且能反映真把現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)組織為有用且能反映真實信息的數(shù)據(jù)集的過程。數(shù)據(jù)建模過程分為三個步驟：實信息的數(shù)據(jù)集的過程。數(shù)據(jù)建模過程分為三個步驟： 選擇一種數(shù)據(jù)模型來對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行組織；選擇一種數(shù)據(jù)模型來對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行組織； 選擇一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達該數(shù)據(jù)模型；選擇一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達該數(shù)據(jù)模型； 選擇一種適合于記錄該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文件格式。選擇一種適合于記錄該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文件格式。GIS空間數(shù)據(jù)模型 一、數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界部分現(xiàn)象的抽象，它描述了數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)及其相互之間的關(guān)系和在數(shù)據(jù)上的各種操作。 是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的邏輯組織的形式

8、表示，以抽象的形式描述和反映地理實體構(gòu)成及其相互關(guān)系。 選擇與建立數(shù)據(jù)模型的目的是用最佳的方式表達實體對象及其相互關(guān)系，并能以最佳的方式為用戶提供訪問數(shù)據(jù)庫的邏輯接口 數(shù)據(jù)模型的三要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的約束條件 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：指數(shù)據(jù)的組織形式，在計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型：是描述實體及其相互關(guān)系的數(shù)學描述，是空間數(shù)據(jù)庫建立的邏輯模型。 兩者之間的關(guān)系：混合的交叉關(guān)系，并不一一對應。 概念：概念：空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實世界空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實世界中空間實體中空間實體及其及其相互間聯(lián)系相互間聯(lián)系的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組織和設計空間數(shù)據(jù)庫模

9、式提供著基本方法?？椇驮O計空間數(shù)據(jù)庫模式提供著基本方法。 類型：類型：基于對象（要素）（基于對象（要素）（Feature）的模型）的模型場（場（Field）模型）模型網(wǎng)絡（網(wǎng)絡（Network）模型）模型空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型 1. 1. 場模型：場模型：空間內(nèi)連續(xù)分布，如污染物的集中程空間內(nèi)連續(xù)分布，如污染物的集中程度、地表溫度、土壤濕度。度、地表溫度、土壤濕度。 空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域 連續(xù)的、可微的、離散的連續(xù)的、可微的、離散的 各向同性和各向異性各向同性和各向異性 空間自相關(guān)空間自相關(guān)在各向同性與各向異性場中的旅行時間面 強空間正負自相關(guān)模式 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模

10、型 1.1 柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 柵格數(shù)據(jù)模型是柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)鋪蓋的基于連續(xù)鋪蓋的，它是用二維鋪，它是用二維鋪蓋或劃分覆蓋整蓋或劃分覆蓋整個連續(xù)空間；鋪個連續(xù)空間；鋪蓋可以分為規(guī)則蓋可以分為規(guī)則的和不規(guī)則的，的和不規(guī)則的，后者可當做拓撲后者可當做拓撲多邊形處理多邊形處理。三角形、方格和六角形劃分 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型 2. 要素模型 基于要素的空間模型強調(diào)了個體現(xiàn)象，該現(xiàn)象以獨立的方式或者以與其他現(xiàn)象之間的關(guān)系的方式來研究。 基于要素的空間信息模型把信息空間分解為對象或?qū)嶓w。一個實體必須符合三個條件： 可被識別 重要（與問題相關(guān)） 可被描述（有特征）

11、對于基于要素的模型，采用面向?qū)ο蟮拿枋鍪呛线m的?？臻g數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型空間對象二維對象一維對象零維對象點延伸對象域單位對象面域?qū)ο竺鎸ο蟓h(huán)弧簡單弧簡單環(huán)歐氏平面的空間對象類型空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型選擇要素選擇一個位置它在哪里那里怎么樣數(shù)據(jù)現(xiàn)實世界要素模型場模型要素模型和場模型的比較空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型2.1 矢量數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型 1、定義：、定義： 指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有指自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元，它是一個具體有概括性，復雜性，相對意義的概念。概括性，復雜性，相對意義的概念。2 2、理解、

12、理解： 地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，中國海洋大學就是一個點，這個點不能再分割，地圖上由于比例尺很小，中國海洋大學就是一個點，這個點不能再分割，可以把中國海洋大學定為一個空間實體，而在大比例尺的青島市地圖上，可以把中國海洋大學定為一個空間實體，而在大比例尺的青島市地圖上，中國海洋大學的許多樓房，道路都要表達出來，所以中國海洋大學必須再中國海洋大學的許多樓房，道路都要表達出來，所以中國海洋大學必須再分割，不能作為一個空間實體，應將樓房，道路等作為研究的地理實體，分割，不能作為一個空間實

13、體，應將樓房，道路等作為研究的地理實體，由此可見，由此可見，GISGIS中的空間實體是一個概括，復雜，相對的概念。中的空間實體是一個概括，復雜，相對的概念。地理實體地理實體GIS處理的對象處理的對象 將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。 柵格結(jié)構(gòu)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似離散的數(shù)據(jù)。每一個單元格對應一個相應的地塊?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù) 柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是柵格數(shù)據(jù)單元格經(jīng)常是矩形矩形（主要是正方形）的，但并主要是正方形）的，但并不是必須如此。其單元格形狀可以隨應用的

14、需要進行具不是必須如此。其單元格形狀可以隨應用的需要進行具體設定，比如設置為三角形。體設定，比如設置為三角形。 柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格數(shù)據(jù)的比例尺就是柵格大小與地表相應單元大小之柵格大小與地表相應單元大小之比比。 柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大柵格尺寸越小，其分辨率越高，數(shù)據(jù)量也越大?？臻g數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)Real worldGridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagons圖形表示矢量模式 柵格模式 真實世界柵格模型和矢量模型 矢量方法：面向?qū)嶓w，物體愈復雜，描述愈困難，數(shù)據(jù)量亦隨之增大，如線狀要素愈彎曲，抽樣點必須愈密

15、。 柵格方法：面向空間，物體的復雜程度不影響數(shù)據(jù)量的大小，也不增加描述上的困難。柵格模型和矢量模型 矢量方法：顯式描述空間物體之間的關(guān)系，關(guān)系一旦被描述，運用起來就相當方便。 柵格方法：隱式描述空間物體之間的關(guān)系 “零”描述：沒有記錄物體間的關(guān)系； “全”描述：空間物體的一切關(guān)系都照實復寫了。 數(shù)據(jù)模型：是描述數(shù)據(jù)庫的概念集合，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織的形式表示； 數(shù)據(jù)模型通過一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)模型在特定的數(shù)據(jù)庫中的存儲模型。 數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)表達的概念模型 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)表達的物理實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型 定義：GIS中空間數(shù)據(jù)的組織方式 反映空間實體及其之

16、間的聯(lián)系 空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫模式設計的基礎 對空間數(shù)據(jù)模型認識和理解的正確決定著GIS空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研制或應用空間數(shù)據(jù)庫設計的成敗 空間數(shù)據(jù)模型發(fā)展影響著新一代GIS系統(tǒng)的發(fā)展空間數(shù)據(jù)模型 通用數(shù)據(jù)模型：無法設計 由于地理空間的復雜性，一種數(shù)據(jù)模型無法反映現(xiàn)實世界的所有方面； 在地理信息系統(tǒng)中存在多種數(shù)據(jù)模型并存的現(xiàn)象。 GIS數(shù)據(jù)模型的三個層次： 概念數(shù)據(jù)模型 邏輯數(shù)據(jù)模型 物理數(shù)據(jù)模型 概念數(shù)據(jù)模型：關(guān)于實體及實體間聯(lián)系的抽象概念集。 概念數(shù)據(jù)模型著重于獲得對客觀現(xiàn)實一個正確的認識，是面對用戶、面向現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)模型。 按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象

17、。 GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念模型： 考慮用戶需求的共性，用統(tǒng)一的語言描述和綜合、集成各用戶視圖 基本任務：確定感興趣的現(xiàn)象和基本特性，描述實體間的相互聯(lián)系，確定空間數(shù)據(jù)庫的信息內(nèi)容 基于平面圖的點、線、面數(shù)據(jù)模型 基于連續(xù)鋪蓋的柵格數(shù)據(jù)模型 邏輯數(shù)據(jù)模型：描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu) 邏輯數(shù)據(jù)模型：表達概念數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)實體(或記錄)及其間的關(guān)系。 空間數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)模型：根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間數(shù)據(jù)庫信息內(nèi)容，具體地表達數(shù)據(jù)項、記錄等之間的關(guān)系，可以有若干不同的實現(xiàn)方法 物理數(shù)據(jù)模型：描述數(shù)據(jù)在計算機中的物理組織、存取路徑和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型： 邏輯數(shù)據(jù)模型不涉及最低層的物

18、理實現(xiàn)細節(jié)，但計算機處理的是二進制數(shù)據(jù) 涉及空間數(shù)據(jù)的物理組織、空間存取方法、數(shù)據(jù)庫總體存儲結(jié)構(gòu)等。就是指空間數(shù)據(jù)的編排方式和組織關(guān)就是指空間數(shù)據(jù)的編排方式和組織關(guān)系，是指空間數(shù)據(jù)適合于計算機存儲、管理、處理的系，是指空間數(shù)據(jù)適合于計算機存儲、管理、處理的邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說，是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說，是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計算機中存儲和處理。算機中存儲和處理。是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，目的是將不是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，目的是將不同的空間實體按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適用于計算機同的空間實體按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為適用于計算機存儲和處理的過程，不同的對象，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相差很存儲和處理的過

19、程，不同的對象，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相差很大，同一對象，也可以用許多方式來組織數(shù)據(jù)，按不大，同一對象，也可以用許多方式來組織數(shù)據(jù)，按不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去處理，會得到截然不同的內(nèi)容。同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去處理，會得到截然不同的內(nèi)容。 GIS中的信息模型： 基于對象的模型： 強調(diào)離散對象，根據(jù)它們的邊界線以及組成或者與它們相關(guān)的其它對象，可詳細地描述離散對象 網(wǎng)絡模型： 表示特殊對象之間的交互，如水或者交通流 場模型： 表示在二維或者三維空間中被看作是連續(xù)變化的數(shù)據(jù) 對數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)模型時：對數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)模型時： 不同測量方式的數(shù)據(jù)可被看作場或被看作對象不同測量方式的數(shù)據(jù)可被看作場或被看作對象 如衛(wèi)星影像中現(xiàn)象的值是由區(qū)

20、域內(nèi)某一個位置如衛(wèi)星影像中現(xiàn)象的值是由區(qū)域內(nèi)某一個位置提供的，如作物類型或者森林類型可以采用一提供的，如作物類型或者森林類型可以采用一個基于場的觀點；個基于場的觀點； 如數(shù)據(jù)是以測量區(qū)域邊界線的方式給出，而且如數(shù)據(jù)是以測量區(qū)域邊界線的方式給出，而且區(qū)域內(nèi)部被看成是一致的，就可以采用一個基區(qū)域內(nèi)部被看成是一致的，就可以采用一個基于要素的觀點；于要素的觀點； 基于場的模型可轉(zhuǎn)換成基于要素的模型基于場的模型可轉(zhuǎn)換成基于要素的模型 基于場和基于對象的模型是概念模型的子模型 基于場的空間概念模型在計算機中的實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)模型 基于對象的空間數(shù)據(jù)模型在計算機中的實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)模型 其他數(shù)據(jù)庫概念模型： E-R

21、模型(實體關(guān)系模型) UML(統(tǒng)一建模語言)模型等場模型 場模型核心思想 把地理空間事物和現(xiàn)象視為連續(xù)的變量 空氣中污染物的集中程度 地表的溫度 二維場：在二維空間中任何點上都有一個表達這一現(xiàn)象的值； 三維場：在三維空間中任何點上都有一個表達這一現(xiàn)象的值； 場模型的數(shù)學公式： z：s z (s ) z為可度量的函數(shù) s表示空間中的位置 公式表示從空間域(甚至包括時間坐標)到某個值域的映射 場經(jīng)常被視為由一系列等值線組成，一個等值線就是地面上所有具有相同屬性值的點的有序集合。 場模型特征 （1）空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域 “空間”：指可以進行長度和角度測量的歐幾里德空間?？臻g結(jié)構(gòu)可以是規(guī)則的或不規(guī)則的

22、，但空間結(jié)構(gòu)的分辨率和位置誤差則十分重要，它們應當與空間結(jié)構(gòu)設計所支持的數(shù)據(jù)類型和分析相適應。 屬性域的數(shù)值： 包含以下幾種類型：名稱、序數(shù)、間隔和比率。 屬性域特征是支持空值，如果值未知或不確定則賦予空值。 （2）連續(xù)的、可微的、離散的 如果空間域函數(shù)連續(xù)的話，空間域也就是連續(xù)的，即隨著空間位置的微小變化，其屬性值也將發(fā)生微小變化，不會出現(xiàn)象數(shù)字高程模型中的懸崖那樣的突變值。只有在空間結(jié)構(gòu)和屬性域中恰當?shù)囟x了“微小變化”，“連續(xù)”的意義才確切。 當空間結(jié)構(gòu)是二維（或更多維）時，坡度，或者稱為變化率，不僅取決于特殊的位置，而且取決于位置所在區(qū)域的方向分布。 連續(xù)與可微分兩個概念之間有邏輯關(guān)系

23、，每個可微函數(shù)一定是連續(xù)的，但連續(xù)函數(shù)不一定可微。某點的坡度取決于位置所在區(qū)域的各方向上的可微性 （3）各向同性和各向異性 空間場內(nèi)部的各種性質(zhì)是否隨方向變化而發(fā)生變化 各向同性場：場中的所有性質(zhì)都與方向無關(guān) 如旅行時間，假如從某一個點旅行到另一個點所耗時間只與這兩點之間的歐氏幾何距離成正比，則從一個固定點出發(fā)，旅行一定時間所能到達的點必然是一個等時圓。 各向異性場： 如果某一點處有一條高速通道，則利用與不利用高速通道所產(chǎn)生的旅行時間是不同的圓：等時線雙曲線：利用與不利用高速通道的分界線右圖中的旅行時間與目標點與起點的方位有關(guān)，場稱為各向異性場。 （4）空間自相關(guān) 空間場中的數(shù)值聚集程度的一種

24、量度。 距離近的事物之間的聯(lián)系性強于距離遠的事物之間的聯(lián)系性 正空間自相關(guān)：空間場中的類似的數(shù)值有聚集的傾向 負空間自相關(guān)：空間場中類似的屬性值在空間上有相互排斥的傾向 空間自相關(guān)描述某一位置上的屬性值與相鄰位置上的屬性值之間的關(guān)系。 場模型優(yōu)點： 場模型能有效地表示地理現(xiàn)象的空間非勻質(zhì)性 場模型表達地理目標及其相應的拓撲表達三要素(內(nèi)部、邊界和外部)結(jié)構(gòu) 如土地覆蓋這類模糊地理現(xiàn)象 對空間關(guān)系的描述能有效的顧及地理目標的空間屬性變化要素模型 地理要素：通過地理實體定義 地理實體是真實世界中不能再被細分為同一類現(xiàn)象的地理現(xiàn)象 地理要素的內(nèi)涵：具有相似屬性和行為的真實地理實體的公共屬性集合 地理

25、要素的外延：所有相似地理實體的集合。 基于地理要素的GIS數(shù)據(jù)模型是較高抽象層次上的模型 面向空間的矢量及柵格數(shù)據(jù)模型只關(guān)注空間特征的表達， 基于地理要素的數(shù)據(jù)組織方法與傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)管理方式處于同一層次 適于地理信息應用系統(tǒng)的開發(fā) 基于要素的模型只對真實地理實體的屬性及關(guān)系感興趣 歐氏空間的地物要素 歐氏空間：地理現(xiàn)象模型建立的基礎是嵌入在一個坐標空間中，這種坐標空間根據(jù)常用的公式可以測量點之間的距離及方向，這個帶坐標的空間模型叫做歐氏空間 歐式空間把空間特性轉(zhuǎn)換成實數(shù)的元組特性，兩維的模型叫做歐氏平面。 歐氏空間常用參照系統(tǒng)：笛卡爾坐標系 歐氏空間其它坐標系統(tǒng)：極坐標系 將地理要素嵌入到歐

26、氏空間中，形成了三類地物要素對象： 點對象 線對象 多邊形對象 要素模型的基本概念： 基于要素的空間模型強調(diào)個體現(xiàn)象，該現(xiàn)象以獨立的方式或者以與其它現(xiàn)象之間的關(guān)系的方式來研究。 任何現(xiàn)象，無論大小，都可以被確定為一個對象，且假設它可以從概念上與其鄰域現(xiàn)象相分離。 要素由不同的對象所組成。 土地和財產(chǎn)的擁有者記錄：采用基于要素的視點 每一個土地塊和每一個建筑物必須是不同的，而且必須是唯一標識的并且可以單個測量。 基于要素的觀點適合于已經(jīng)組織好的邊界現(xiàn)象 人工地物，例如，建筑物、道路、設施和管理區(qū)域 一些自然現(xiàn)象，如湖、河、島及森林，如被看成為離散的現(xiàn)象，則表現(xiàn)在基于要素的模型中 基于要素的空間信

27、息模型把信息空間分解為對象或?qū)嶓w 一個實體必須符合三個條件： 可被識別 重要(與問題相關(guān)) 可被描述(有特征) 實體的特征 靜態(tài)屬性（如城市名） 動態(tài)的行為特征 結(jié)構(gòu)特征 基于要素的模型把信息空間看作許多對象（城市、集鎮(zhèn)、村莊、區(qū)）的集合，而這些對象又具有自己的屬性（如人口密度、質(zhì)心和邊界等）。 基于要素的模型中實體可采用多種維度來定義屬性，包括： 空間維 時間維 圖形維 文本/數(shù)字維 基于要素模型的空間對象 空間對象存在于“空間”之中嵌入式空間，空間對象的定義取決于嵌入式空間的結(jié)構(gòu) 常用嵌入式空間： （1）歐氏空間：允許在對象之間采用距離和方位的量度，歐氏空間中的對象可以用坐標組的集合來表示

28、； 常用嵌入式空間： （2）量度空間：允許在對象之間采用距離量度（但不一定有方向）； （3）拓撲空間：允許在對象之間進行拓撲關(guān)系的描述（不一定有距離和方向）； （4）面向集合的空間：采用一般的基于集合的關(guān)系，如包含、合并及相交等。 連續(xù)的二維歐氏平面上的空間對象類型構(gòu)成了一種對象集成等級圖：空 間 對 象延 伸 對 象零 維 對 象 點二 維 對 象一 維 對 象環(huán)弧簡 單 環(huán)簡 單 弧面 對 象面 域 對 象域 單 位 對 象 最高抽象層次的對象：“空間對象”類，派生為零維的點對象和延伸對象，延伸對象又可以派生為一維和二維的對象類。 一維對象的兩個子類：弧和環(huán)，如果沒有相交，則稱為簡單弧和簡

29、單環(huán) 在二維空間對象類中，連通的面對象稱為面域?qū)ο螅瑳]有“洞”的簡單面域?qū)ο蠓Q為域單位對象。 歐氏空間的平面因連續(xù)而不可計算，必須離散化后才適合于計算。 圖：部分離散一維對象的繼承等級關(guān)系 對象行為：由一些操作定義。 這些操作用于一個或多個對象（運算對象），并產(chǎn)生一個新的對象（結(jié)果）。 用于空間對象的空間操作： 靜態(tài)的：靜態(tài)操作不會導致運算對象發(fā)生本質(zhì)的改變 動態(tài)的：動態(tài)操作會改變（甚至生成或刪除）一個或多個運算對象。 面向?qū)ο蠓椒ê突谝氐目臻g數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蠓椒ê突谝氐目臻g數(shù)據(jù)模型 在概念上很相似，但兩者之間仍然有著明顯的差在概念上很相似，但兩者之間仍然有著明顯的差別別 實現(xiàn)基于要素

30、的模型不一定要求運用面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)基于要素的模型不一定要求運用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ椒?面向?qū)ο蠓椒瓤梢宰鳛槊枋鰣龅目臻g模型的框面向?qū)ο蠓椒瓤梢宰鳛槊枋鰣龅目臻g模型的框架，也可作為描述基于要素的空間模型的框架。架，也可作為描述基于要素的空間模型的框架。 基于要素的模型，采用面向?qū)ο蟮拿枋鍪呛匣谝氐哪Ｐ停捎妹嫦驅(qū)ο蟮拿枋鍪呛线m的；而對于基于場的模型同樣可以用面向適的；而對于基于場的模型同樣可以用面向?qū)ο蠓椒▉順?gòu)建。對象方法來構(gòu)建。 場和對象場和對象可以在多種水平上可以在多種水平上共存共存，對于，對于空間數(shù)據(jù)建模來說，基于場的方法和基空間數(shù)據(jù)建模來說，基于場的方法和基于要素的方法并不互相排斥。

31、于要素的方法并不互相排斥。 基于場的模型和基于要素的模型各有長基于場的模型和基于要素的模型各有長處，應該恰當?shù)鼐C合運用這兩種方法來處，應該恰當?shù)鼐C合運用這兩種方法來建模。建模。 要素模型和場模型比較 現(xiàn)實世界 選擇要素 選擇一個位置 要素模型 場模型 它在哪里 那里怎么樣 數(shù)據(jù) 5.1 空空間數(shù)據(jù)間數(shù)據(jù)的的組織組織方式方式數(shù)據(jù)分層式(Data Layer)空間分區(qū)式(Data Tiling)實體式(Entity Based)面向?qū)ο笫?Object Oriented) 依照不同應用目的及數(shù)據(jù)類型，將資料以適合的組織方式儲存，并依某種連接方式架構(gòu)成一個適合于存取及管理的結(jié)構(gòu)體。65一、數(shù)據(jù)分層一

32、、數(shù)據(jù)分層式式(Data Layer) 將同區(qū)域的數(shù)據(jù)分成不同的類型或?qū)蛹墐Υ妫缫啦煌仡?、專題、年代等，各儲存類別稱作“圖層” ； 傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖通常依不同的專題，如人口分布圖、地質(zhì)圖、地形圖等，來表現(xiàn)不同的人文活動或是地表現(xiàn)象，這些圖稱作專題圖 (Thematic Map) ； 目前大多GIS數(shù)字圖則以數(shù)據(jù)項目分層，稱作數(shù)據(jù)層(Data Layer)，但也常被稱作圖層或?qū)ｎ}圖層。66 層：空間數(shù)據(jù)處理的一個工作單元，不同的系統(tǒng)工作處理層方式不同； 邏輯層：當一個層所包含的內(nèi)容太多（如管線層），為了方便于顯示、制圖和查詢，對其中的部分要素定義邏輯層，邏輯層不改變存儲關(guān)系，僅建立對照表，每個

33、邏輯層包含了哪些指向地物類的指針；水系水庫河流湖泊水井邏輯層67 按專題分層按專題分層 每層對應一種專題68 按專題分層 每層對應一類專題要素69 按時間分層 每層對應一個時間段。2000年1970年1980年1990年1985年70 按垂直高度分層 每層對應一個特定的高度。井下四水平井下四水平地面地面井下一水平井下一水平井下二水平井下二水平井下三水平井下三水平71 分層方式優(yōu)缺點： 這種方式是目前頗為普遍的數(shù)據(jù)組織方法，方便使用者選擇合適的數(shù)據(jù)，適合與柵格或矢量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，目前大多數(shù)GIS軟件采用這一方法。 其缺點是層與層之間的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過層疊置(Overlay)處理才能關(guān)聯(lián)在一起，在疊置

34、處理中，對柵格數(shù)據(jù)常需要大量存儲空間來完成操作，而矢量數(shù)據(jù)則需大量的計算處理。 同一圖層內(nèi)的圖形數(shù)據(jù)的空間關(guān)系較為簡單并易于處理，但不同圖層之間的空間關(guān)系難以處理。72二、數(shù)據(jù)二、數(shù)據(jù)分分區(qū)區(qū)式式(Data Tiling)將大規(guī)模區(qū)域的數(shù)據(jù)劃分為若干規(guī)則或不規(guī)則的小區(qū)域（工作區(qū)）來存儲。傳統(tǒng)地圖也通常采用這一方法來分區(qū)記錄，它的劃分稱作圖幅 (Map sheet) 。為了不使數(shù)據(jù)量太大而影響數(shù)據(jù)讀取的效率，也常以分區(qū)方式來存儲GIS數(shù)據(jù)。73數(shù)據(jù)分區(qū)式示意圖74 按圖幅組織BR012-5-2BS012-5-1BS012-5-2BR012-5-4BS012-5-3BS012-5-4BR011-5

35、-2BS011-5-2BS011-5-275圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)的組織圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)的組織工工 作作 區(qū)區(qū)行政邊界行政邊界道道 路路水水 系系居民地居民地土地覆蓋土地覆蓋土土 壤壤工作區(qū)：一個或多個圖幅覆蓋的范圍76 優(yōu)缺點： 分區(qū)式與分層式可同時采用，并不沖突。 分區(qū)式也是目前大部份商業(yè)軟件所采用的方法，適合與柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)量大的系統(tǒng)中，分區(qū)方法可提高數(shù)據(jù)存取的效率。 圖幅或區(qū)塊間的銜接問題是分區(qū)法最大的困擾，尤其在空間數(shù)據(jù)查詢、分析操作時更是這樣。77三、實體方三、實體方式式(Entity Based)以人所認知的實體(Entity)或?qū)ο?Object)為組織單元；GIS之精神所在

36、；目前大多GIS都以點、線、面要素為單元，代表二維空間的實體，例如以點代表城市、學校或單位等；以線代表道路、河流、或電力線等；以面代表行政區(qū)域、湖泊或地籍宗地等。78點號點號xyP1183.2256.7P2112.098.3P3211.3356.7P4115.4241.3P4P3P1P1點號點號名稱名稱校校長長學生人數(shù)學生人數(shù)校校園面積園面積(公頃公頃)教師人數(shù)教師人數(shù)P1寧海中學寧海中學張張三三26722.12123P2二十九中二十九中李四李四61571.18254P3東南大學附中東南大學附中王五王五21653.55102P4南師附中南師附中林六林六18312.6395空空間數(shù)據(jù)間數(shù)據(jù)屬性數(shù)

37、據(jù)屬性數(shù)據(jù)79實體方式的優(yōu)缺點： 該組織法符合人對現(xiàn)實世界空間現(xiàn)象的認知，同時便于與空間關(guān)系以及屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系，而形成所謂的實體關(guān)系(Entity-Relationship)數(shù)據(jù)組織模式，因此適合于空間數(shù)據(jù)的查詢分析和空間關(guān)系的推導。 可配合分區(qū)及分層的方式來建立效率高并符合GIS操作的數(shù)據(jù)組織方式。 由于人對地物或現(xiàn)象的認知或推理會隨數(shù)據(jù)或應用的目的而改變，因此并無固定或標準的程序來把數(shù)據(jù)以實體的方式組織。80四、面向?qū)ο笫剿摹⒚嫦驅(qū)ο笫?Object Oriented） 除了將數(shù)據(jù)對象實體化以外，并將相同性質(zhì)或相關(guān)聯(lián)的對象(Object)的數(shù)據(jù)及處理方法(Method)封裝在類(Class

38、)中，而這些對象和類應符合O-O的原則，如：封裝(Encapsulation)聚合(Classes)繼承(Inheritance)多態(tài)性(Polymorphism)81對象2對象1Oid屬性，方法object1object282優(yōu)缺點： 數(shù)據(jù)的組織最為嚴密，而且更符合人對實際空間現(xiàn)象的認知，可加強計算機以擬人化方式來完成空間查詢、分析、甚至推理的功能，是未來智慧型GIS追求的目標。 雖然面向?qū)ο蟮慕M織形式可能讓使用者感覺更舒適，但其數(shù)據(jù)組織的設計及建立卻十分復雜，在GIS的維護和管理上更需要依賴專業(yè)人才。 目前尚無面向?qū)ο笫綌?shù)據(jù)組織的商用GIS開發(fā)系統(tǒng)。83五、屬性數(shù)據(jù)的組織五、屬性數(shù)據(jù)的組織

39、雖然屬性數(shù)據(jù)可由RDMS管理，但不同GIS的實現(xiàn)策略不同:ARC/INFO：屬性存儲在coverage目錄之下，在工作區(qū)目錄下，通常有一個記錄屬性數(shù)據(jù)文件信息包括目錄路徑的文件，而且，一個Coverage僅有一個AAT或PAT表，還支持按每個地物類建立擴展屬性表，通過PAT或AAT連接；MGE：一個地物類對應于一個屬性表文件，而且所有屬性文件都在工程目錄下，不要求每個地物類都具有屬性；Geostar：一個地物類有一個屬性表，或多個地物類公用一個屬性表。一個屬性文件包含了工程內(nèi)所有同類空間對象的屬性；841、數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計算機系統(tǒng)中以特定的結(jié)構(gòu)組織、存儲、管理和應用的

40、相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。建立數(shù)據(jù)庫不僅僅是為了保存數(shù)據(jù)，擴展人的記憶，而主要是為了幫助人們?nèi)ス芾砗涂刂婆c這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物。地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫就是一種專門化的數(shù)據(jù)庫，由于這類數(shù)據(jù)庫具有明顯的空間特征，所以有人把它稱為空間數(shù)據(jù)庫。計算機對數(shù)據(jù)的組織管理經(jīng)過了三個階段 ：程序管理階段 、文件管理階段 、數(shù)據(jù)庫管理階段 第三節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫2、數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織方式 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織一般可以分為四級：數(shù)據(jù)項、記錄、數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織一般可以分為四級：數(shù)據(jù)項、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。文件和數(shù)據(jù)庫。 1、數(shù)據(jù)項：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本、數(shù)據(jù)項：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項、字段

41、等。項、字段等。 2、記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項組成。、記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項組成。 3、文件：是一給定類型的、文件：是一給定類型的(邏輯邏輯)記錄的全部具體值的集合。記錄的全部具體值的集合。 4、數(shù)據(jù)庫：是比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)庫是具有特定、數(shù)據(jù)庫：是比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。 數(shù)據(jù)庫特點1. 數(shù)據(jù)獨立于

42、應用程序而集中管理；2. 數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)系，反映了現(xiàn)實世界信息的聯(lián)系。3、數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系、數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系 數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。 1、一對一的聯(lián)系(1：1) （學號學生）2、一對多的聯(lián)系(1：N) （專業(yè)、班級學生）3、多對多的聯(lián)系(M：N) （課程學生）A BABA BABA BAB4.常規(guī)數(shù)據(jù)模型常規(guī)數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織的形式表示。 數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中實體與實體之間的聯(lián)系方式，是數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中實體與實體之間的聯(lián)系方式，是衡量數(shù)據(jù)庫能力強弱的主要形式之一。衡量數(shù)據(jù)庫能力強弱的主要形式之一。 每一種數(shù)據(jù)模型都以不同的數(shù)

43、據(jù)抽象與表示能力來反映客每一種數(shù)據(jù)模型都以不同的數(shù)據(jù)抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式。觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式。 數(shù)據(jù)模型分類： 層次模型 網(wǎng)絡模型 關(guān)系模型其中應用最廣泛的是關(guān)系模型。 (1) 層次數(shù)據(jù)庫模型 它的特點是將數(shù)據(jù)組織成它的特點是將數(shù)據(jù)組織成一對多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。一對多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。 層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問其中每一層次的每一部問其中每一層次的每一部分。分。 層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于土地類型分類分級、土于土地類型分類分級、土壤分類、部門機構(gòu)等分級壤分類、部門機構(gòu)等分級數(shù)據(jù)的組織。數(shù)據(jù)的組織。 123456

44、abcdefgMMabcdefg1223344134355664c層次數(shù)據(jù)庫模型特點層次數(shù)據(jù)庫模型特點優(yōu)點：0存取方便且速度快0結(jié)構(gòu)清晰，容易理解0數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴展容易實現(xiàn)0檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺陷：0結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性0同一屬性數(shù)據(jù)要存儲多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）0不適合于拓撲空間數(shù)據(jù)的組織（2）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型網(wǎng)絡模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式 。系名土管系教師數(shù)學生數(shù)研究生系名GIS系教師數(shù)49學生數(shù)257研究生71學校名稱理工大系名測工系教師數(shù)52學生數(shù)300研究生70系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)學號002

45、312姓名張三年級3籍貫廣東系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)教師號66姓名XXX年齡45職稱教授系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)課程號A01課程名GIS周學時4學分5系名教師數(shù)系名學號002312課程號A01網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型特點網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型特點優(yōu)點：優(yōu)點：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復雜關(guān)系能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復雜關(guān)系數(shù)據(jù)冗余小數(shù)據(jù)冗余小缺陷：缺陷：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復雜，增加了用戶查詢和定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復雜，增加了用戶查詢和定位的困難。位的困難。 需要存儲數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)需要存儲數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改

46、）（3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型）關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型 關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實體與屬性之間的關(guān)系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。123456abcdefgM關(guān)系模型對數(shù)據(jù)的組織地圖表123456abcdefgMM地圖表關(guān)系模型對數(shù)據(jù)的組織多邊形表123456abcdefgM acbecfgd多邊形表關(guān)系模型對數(shù)據(jù)的組織線表123456abcdefgMa12gb25f463e356d41c34線表關(guān)系模型對數(shù)據(jù)的組織點坐標表點坐標表1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6點123456

47、abcdefgM關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型特點關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型特點優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數(shù)學運算規(guī)則形成的查詢要求 能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù) 增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺陷： 數(shù)據(jù)庫大時，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費時 ； 對空間關(guān)系無法滿足。 二、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限性 1.層次數(shù)據(jù)模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性 1）很難描述復雜的地理實體之間的聯(lián)系，描述多對多的關(guān)系時導致物理存儲上的冗余 2）對任何對象的查詢都必須從根結(jié)點開始，低層次對象的查詢效率很低，很難進行反向查詢 3）數(shù)據(jù)獨立性較差，數(shù)據(jù)更新涉及許多指針，插入和刪除操作比較復雜，父結(jié)點的刪除意味著其下層所有子結(jié)點

48、均被刪除； 4）層次命令具有過程式性質(zhì)，要求用戶了解數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)操縱命令中顯式地給出數(shù)據(jù)的存取路徑； 5）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎。第2 節(jié) GIS空間數(shù)據(jù)模型 二、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限性 2.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性 1）由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復雜性，增加了用戶查詢的定位困難，要求用戶熟悉數(shù)據(jù) 的邏輯結(jié)構(gòu)，知道自己所處的位置； 2）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)操作命令具有過程式性質(zhì)，存在與層次模型相同的問題 3）不直接支持對于層次結(jié)構(gòu)的表達 4）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎。第2 節(jié) GIS空間數(shù)據(jù)模型 二、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限性 3.關(guān)系數(shù)據(jù)模型用于GIS地

49、理數(shù)據(jù)庫的局限性 在GIS分析中，需要綜合運用實體之間的空間關(guān)系和屬性數(shù)據(jù)，要求GIS數(shù)據(jù)庫能對實體的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行綜合管理。第2 節(jié) GIS空間數(shù)據(jù)模型空間 數(shù)據(jù)庫屬性為火車站的點所有屬性為汽車站的點空間 計算距離最近的汽車站檢索檢索GIS分析找離火車站最近的汽車站？ 二、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限性 3.關(guān)系數(shù)據(jù)模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性 對屬性數(shù)據(jù)用通用RDBMS可以很好管理，但對于空間數(shù)據(jù)一般DBMS卻有局限，表現(xiàn)為： 1）無法用遞歸和嵌套的方式來描述復雜關(guān)系的層次和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，模擬和操作 復雜地理對象的能力較弱 2）描述本身具有復雜結(jié)構(gòu)和涵義的地理對象時，需對地理實體

50、進行不自然的分 解，導致存儲模式、查詢途徑及操作等方面均顯得語義不甚合理 3）由于概念模式和存儲模式的相互獨立性，及實現(xiàn)關(guān)系之間的聯(lián)系需要執(zhí)行系 統(tǒng)開銷較大的聯(lián)接操作，運行效率不夠高。第2 節(jié) GIS空間數(shù)據(jù)模型 二、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限性 3.關(guān)系數(shù)據(jù)模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性 對屬性數(shù)據(jù)用通用RDBMS可以很好管理，但對于空間數(shù)據(jù)一般DBMS卻有局限，表現(xiàn)為： 4）一般RDBMS難于存儲和維護變長的空間數(shù)據(jù)及其拓撲關(guān)系 5）一般RDBMS難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加基本操作。 6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些復雜圖形功能 7）一般RDBMS難以支持復雜

51、的地理信息 8）一般RDBMS難以維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。第2 節(jié) GIS空間數(shù)據(jù)模型第二節(jié)第二節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織管理方法：空間數(shù)據(jù)組織管理方法： 空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫一、空間數(shù)據(jù)庫概念及特點一、空間數(shù)據(jù)庫概念及特點0空間數(shù)據(jù)庫q定義：空間數(shù)據(jù)庫是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合q特點：數(shù)據(jù)量特別大屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)聯(lián)合管理數(shù)據(jù)應用范圍廣泛0空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)特征q空間特征q非結(jié)構(gòu)化特征q空間關(guān)系特征q分類編碼特征q海量數(shù)據(jù)特征傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫的比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫的比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)連續(xù)性/相關(guān)性不連續(xù)相關(guān)性小連續(xù)較強空間相關(guān)性實體類型/空間關(guān)系少簡單固定多復雜且不固

52、定記錄長度結(jié)構(gòu)化等長非結(jié)構(gòu)化不等長查詢與操作文字、數(shù)字文字數(shù)字空間圖形二、常用空間數(shù)據(jù)模型二、常用空間數(shù)據(jù)模型1. 基于文件的數(shù)據(jù)管理模型2.基于文件與關(guān)系式數(shù)據(jù)庫的混合空間數(shù)據(jù)模型；3.全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)模型(擴展模型)；4.對象關(guān)系式數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)模型（統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型）；5.面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型。1 1、基于文件的數(shù)據(jù)管理方式、基于文件的數(shù)據(jù)管理方式缺點：缺點：1 1）程序依賴于數(shù)據(jù)程序依賴于數(shù)據(jù)文件的文件的存儲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改存儲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時，應用程序也隨之改變。時，應用程序也隨之改變。2 2）以文件形式共享，以文件形式共享，當多當多個程序共享一數(shù)據(jù)文件時，個程序共享一數(shù)據(jù)文件

53、時，文件的修改，需得到所有文件的修改，需得到所有應用的許可。應用的許可。不能達到真不能達到真正的共享，正的共享，即數(shù)據(jù)項、記即數(shù)據(jù)項、記錄項的共享。錄項的共享。GIS應用軟件空間及屬性數(shù)據(jù)文件GIS應用應用1空間、屬性空間、屬性數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件1GIS應用應用2空間、屬性空間、屬性數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件2空間、屬性空間、屬性數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件3 圖形處理的用戶界面和屬性的用戶界面是圖形處理的用戶界面和屬性的用戶界面是分開分開的，它們只是通過一個內(nèi)部碼連接。通常要同時啟的，它們只是通過一個內(nèi)部碼連接。通常要同時啟動兩個系統(tǒng)，甚至兩個系統(tǒng)動兩個系統(tǒng)，甚至兩個系統(tǒng)來回切換，不方便來回切換，不方便。2 2、基

54、于文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方式、基于文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方式幾何數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)ID數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言ODBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)數(shù)據(jù)庫開發(fā) GIS GIS 通過通過DBMSDBMS提供的高提供的高級編程語言級編程語言C C或或FortranFortran等接口，等接口，在在C C語言的環(huán)境語言的環(huán)境下，下，直接操縱直接操縱屬性數(shù)據(jù)，查屬性數(shù)據(jù)，查詢屬性數(shù)據(jù)庫詢屬性數(shù)據(jù)庫，并在并在GISGIS的用戶的用戶界面下，

55、顯示界面下，顯示查詢結(jié)果。查詢結(jié)果。在在ODBC(Open DataBase Connectivity,ODBC(Open DataBase Connectivity,開放式數(shù)據(jù)庫互連開放式數(shù)據(jù)庫互連) )推出后，推出后，GISGIS軟軟件商件商只需開發(fā)只需開發(fā)GISGIS與與ODBCODBC的接口軟件的接口軟件，就可將屬性數(shù)據(jù)與任何一個支持，就可將屬性數(shù)據(jù)與任何一個支持ODBCODBC的的RDBMSRDBMS連接。這樣用戶可在連接。這樣用戶可在一個界面一個界面下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。圖形與屬性結(jié)合的混合處理模式圖形與屬性結(jié)合的混合處理模式圖形與屬性結(jié)合的各自分開處理模式圖

56、形與屬性結(jié)合的各自分開處理模式文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方式弊端文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方式弊端GISGIS應用軟件應用軟件Arc/Info Arc/Info 圖形用戶界面圖形用戶界面ArcEdit屬性用戶界面屬性用戶界面Tables圖形數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)文件庫文件庫屬性數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)庫圖形處理圖形處理系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)oidoid幾何圖形幾何圖形: 圖形用戶界面與圖形文件處理是一體的，圖形用戶界面與圖形文件處理是一體的，中中間沒有裂縫間沒有裂縫。屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)，則，則因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異。 即采用文件與即采用文件與RDBMSRDBMS的混合管理模式中的混合管理

57、模式中文件管文件管理系統(tǒng)的功能較弱理系統(tǒng)的功能較弱，特別是在，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復方面缺少基本的功能恢復方面缺少基本的功能。因而因而GISGIS軟件商需要軟件商需要尋找能同時管理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用尋找能同時管理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用DBMSDBMS。 屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲和檢索比較可靠、有效；幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫要遜色得多?？臻g數(shù)據(jù)分開存儲，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，M

58、GE，SICARD、GENEMAP等。3 3、全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)模型、全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)模型屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時采用關(guān)系式數(shù)據(jù)庫進行管理?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快。屬性間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對象嵌套等復雜的空間操作。GIS軟件：System9，Small World、GeoView等。GIS界面界面屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)（定長記錄）（定長記錄）空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)（變長記錄）（變長記錄）DBMS空間空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫關(guān)系表關(guān)系表二進制塊二進制塊DBMS軟件商在軟件商在RDBMS中進行擴展，使之能中進行擴展，使之能直接存儲和管理非結(jié)構(gòu)化的空直接存儲

59、和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)間數(shù)據(jù)。原理原理是是在標準的關(guān)系數(shù)據(jù)庫上增加空間數(shù)據(jù)管理層，即利用該層將地理結(jié)構(gòu)查詢語言(GeoSQL)轉(zhuǎn)化成標準的SQL查詢，借助索引數(shù)據(jù)的輔助關(guān)系實施空間索引操作。全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方式全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方式GISGIS應用應用擴展擴展DBMSDBMS以容納以容納空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)商用商用DBMSDBMS空間和屬性數(shù)空間和屬性數(shù)據(jù)庫據(jù)庫特點：特點：GISGIS軟件商在標準軟件商在標準DBMSDBMS頂層開發(fā)一個頂層開發(fā)一個能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。用用RDBMS管理圖形數(shù)據(jù)有管理圖形數(shù)據(jù)有兩種方式兩種方式：a、基于關(guān)系模型的方

60、式基于關(guān)系模型的方式，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)系數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)系數(shù)據(jù)模型組織。由于涉及一系列關(guān)系模型組織。由于涉及一系列關(guān)系連接連接運算，運算，費時費時。 例如例如b、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成Binary Block字字段段（多媒體或變長文本）（多媒體或變長文本）。省去省去大量關(guān)系連接操大量關(guān)系連接操作，但作，但Binary Block的讀寫效率比定長的屬性字的讀寫效率比定長的屬性字段段慢得多慢得多，特別涉及對象的，特別涉及對象的嵌套時，更慢嵌套時，更慢。關(guān)系模型組織圖形數(shù)據(jù)關(guān)系模型組織圖形數(shù)據(jù)P1P2多邊形編號邊號邊長P1aP1bP1cP1d邊號起結(jié)點號終結(jié)點號a17b