北師大地理信息系統(tǒng)課件03空間數(shù)據(jù)模型

1第三章

空間數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實世界的地理認(rèn)知地理信息流與地理信息科學(xué)三個領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)實世界的地理認(rèn)知地圖編制者的認(rèn)識模型地圖使用者的認(rèn)識模型對現(xiàn)實世界的抽象OpenGIS的九層模型對現(xiàn)實世界的抽象現(xiàn)實世界——所有事物的集合對現(xiàn)實世界的抽象概念世界——人類自然語言的世界對現(xiàn)實世界的抽象地理空間世界——概念世界的子集，人們通過選擇與其交互對現(xiàn)實世界的抽象維度世界——現(xiàn)實世界抽象的最后一個，是地理空間世界的一個抽象，其中包括一些測量工具，維度世界與地理空間世界的接口叫做適合對現(xiàn)實世界的抽象項目世界——該世界只發(fā)生在一個具體的實現(xiàn)中，每一個實現(xiàn)都是針對一個特殊的GIS學(xué)科或分學(xué)科；空間參照系統(tǒng)的概念被引入GIS空間數(shù)據(jù)建模GIS是專門用于采集、存儲、管理、分析和表達空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，它既是表示、模擬現(xiàn)實空間世界和進行空間數(shù)據(jù)處理分析的工具，也是一門關(guān)于空間信息處理分析的科學(xué)技術(shù)。空間數(shù)據(jù)建模的基本任務(wù)是：針對所研究的空間現(xiàn)象或問題，描述GIS的空間數(shù)據(jù)組織，設(shè)計GIS空間數(shù)據(jù)庫模式?？臻g數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互間聯(lián)系的概念，為描述空間數(shù)據(jù)組織和設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫模式提供了基本的方法。一般而言，GIS空間數(shù)據(jù)模型由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型三個有機聯(lián)系的層次所組成。

112007-03空間認(rèn)知與抽象

觀察和認(rèn)知

信息 選擇、綜合、簡化和抽象

空間事物或現(xiàn)象 概念模型ConceptialModel 邏輯數(shù)據(jù)模型LogicalDataModel 編碼、表達、建立空間關(guān)系

物理數(shù)據(jù)模型PhysicalDataModel

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進行組織

概念世界

最高層 數(shù)據(jù)世界（計算機）

中間層 空間數(shù)據(jù)庫

最底層 現(xiàn)實世界

空間實體抽象的三個層次

空間數(shù)據(jù)模型類型現(xiàn)實世界事物及人類與之交互的方式是豐富多樣的，因此，空間數(shù)據(jù)模型的類型也是多種多樣的。例子：比如河流：我們知道，河流是地球表面上非常重要的元素。河流屬于自然要素，人們使用其作為交通運輸工具，還將其作為劃分行政區(qū)域界線的重大依據(jù)。在GIS中，可以考慮使用以下幾種方式進行河流建模：因此，最好的通用數(shù)據(jù)模型是不存在的，數(shù)據(jù)模型優(yōu)劣取決于你的需要，使用數(shù)據(jù)的方式和目的才是決定數(shù)據(jù)模型優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)?？臻g數(shù)據(jù)模型類型例子：河流作為組成網(wǎng)絡(luò)的一系列要素。每條線段都擁有流量、容量和其他屬性。這時可以使用線性網(wǎng)絡(luò)模型（幾何網(wǎng)絡(luò)）來分析水文流量或者船務(wù)運輸?shù)?。空間數(shù)據(jù)模型類型例子：河流作為疆土的邊界。河流可以作為政治區(qū)域比如省、縣的邊界線，或者作為自然區(qū)域的疆界線，比如野生動物棲息地的自然邊界。這時可以使用要素模型中的線要素來進行表達?？臻g數(shù)據(jù)模型類型例子：河流還可以作為要素模型中的面狀要素表達，具備堤岸、河網(wǎng)以及航線等描述信息?？臻g數(shù)據(jù)模型類型例子：河流作為模擬表面的一系列彎曲的地槽。通過地表河流的路徑，你可以計算它的下降剖面和比率、徑流分水嶺、在預(yù)定降水量下發(fā)生洪災(zāi)的可能性等。這時可以使用場模型來表達。空間數(shù)據(jù)模型類型例子：即使在同一數(shù)據(jù)模型中，每種空間數(shù)據(jù)也有不同的表達方式?？臻g數(shù)據(jù)概念模型類型現(xiàn)有GIS中常用的空間數(shù)據(jù)概念模型主要有三個：場(Field)模型：強調(diào)空間要素的連續(xù)性基于要素(Feature)的對象模型：強調(diào)空間要素的離散性網(wǎng)絡(luò)(Network)模型：強調(diào)空間要素的交互212007-03對象模型，也稱作要素模型，將研究的整個地理空間看成一個空域，地理現(xiàn)象和空間實體作為獨立的對象分布在該空域中。按照其空間特征分為點、線、面、體四種基本對象，對象也可能由其他對象構(gòu)成復(fù)雜對象，并且與其他分離的對象保持特定的關(guān)系，如點、線、面、體之間的拓?fù)潢P(guān)系。每個對象對應(yīng)著一組相關(guān)的屬性以區(qū)分各個不同的對象。傳統(tǒng)的地圖是以對象模型進行地理空間抽象和建模的典型實例。要素（對象）模型要素模型要素模型主要用于描述離散數(shù)據(jù)。要素模型的基礎(chǔ)就是將空間要素嵌入一個坐標(biāo)空間之中，一般是歐氏空間，最常使用的參照系統(tǒng)是笛卡爾坐標(biāo)系。在該空間中可以利用公式進行距離、方位和面積等的測量。在歐式空間中，空間要素主要有四種空間維數(shù)：有0，1，2，3維之分——點、線、面（多邊形）、體。有四類空間實體：點狀實體線狀實體面狀實體體狀實體要素模型點狀實體：有特定位置，維數(shù)為零的實體。角點、節(jié)點Vertex：表示線段和弧段上的連接點。

實體點：用來代表一個實體。注記點：用于定位注記。內(nèi)點：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。要素模型實體長度：從起點到終點的總長彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度方向性：如水流方向：上游-下游；公路：單、雙向之分。線狀實體：維數(shù)為1的實體，具有相同屬性的點的軌跡，線或折線，由一系列的有序坐標(biāo)表示，并有如下特性：線狀實體包括：線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。要素模型面狀實體的如下特征：面積范圍；周長；獨立性或與其它地物相鄰：如中國及其周邊國家；內(nèi)島嶼或鋸齒狀外形：如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域；重疊性與非重疊性：如學(xué)校的分區(qū)，菜市場的服務(wù)范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，而一個城市的各個城區(qū)一般說來不會出現(xiàn)重疊。

面狀實體：維數(shù)為2的實體，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點來表示。要素模型返回立體實體：維數(shù)為3的實體，用于描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，它具有長度、寬度及高度等屬性。立體狀實體一般具有以下一些空間特征：體積，如工程開控和填充的土方量。每個二維平面的面積；周長；內(nèi)島；含有弧立塊或相鄰塊；斷面圖與剖面圖；

要素模型要素模型一般也被稱為矢量數(shù)據(jù)模型，它強調(diào)的是空間要素的離散和個體現(xiàn)象，研究的是個體現(xiàn)象本身或與其他個體現(xiàn)象的關(guān)系。任何現(xiàn)象，無論大小，都可以被確定為一個實體。如人為現(xiàn)象：建筑物、道路、管理區(qū)域等；自然現(xiàn)象：河流、湖泊、森林等。場模型場模型主要用于表示在二維或三維空間中被看作是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)。一些在地理研究中場模型的例子由于連續(xù)變化的空間現(xiàn)象難以觀察，在研究實際問題中，往往在有限時空范圍內(nèi)獲取足夠高精度的樣點觀測值來表征場的變化。在不考慮時間變化時，二維空間場一般采用6種具體的場模型來描述292007-03場模型302007-03網(wǎng)絡(luò)模型與對象模型的某些方面相同，都是描述不連續(xù)的地理現(xiàn)象，不同之處在于它需要考慮通過路徑相互連接多個地理現(xiàn)象之間的連通情況。網(wǎng)絡(luò)是由歐式空間R2中的若干點及它們之間相互連接的線（段）構(gòu)成，亦即在地理空間中，通過無數(shù)“通道”互相連接的一組地理空間位置。現(xiàn)實世界許多地理事物和現(xiàn)象可以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，如公路、鐵路、通訊線路、管道、自然界中的物質(zhì)流、物量流和信息流等，都可以表示成相應(yīng)的點之間的連線，由此構(gòu)成現(xiàn)實世界中多種多樣的地理網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型在網(wǎng)絡(luò)模型中，地物被抽象為邊線、節(jié)點等對象，主要關(guān)注其間的連通關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用：332007-03由于網(wǎng)絡(luò)是由一系列節(jié)點和環(huán)鏈組成的，從本質(zhì)上看與對象模型沒有本質(zhì)的區(qū)別。按照基于對象的觀點，網(wǎng)絡(luò)模型也可以看成對象模型的一個特例，它是由點對象和線對象之間的拓?fù)淇臻g關(guān)系構(gòu)成的。因此可將空間數(shù)據(jù)概念模型歸結(jié)為對象模型（或稱要素模型）和場模型（或稱域模型）兩類。網(wǎng)絡(luò)模型342007-03地理現(xiàn)象既可以采用對象模型也可以采用場模型建模。

概念模型的選擇352007-03地理現(xiàn)象既可以采用對象模型也可以采用場模型建模。對于一個空間應(yīng)用來說，到底采用對象模型還是場模型進行空間建模，則主要取決于應(yīng)用要求和習(xí)慣。對于現(xiàn)狀不定的現(xiàn)象，例如火災(zāi)、洪水和危險物泄漏，當(dāng)然采用邊界不固定的場模型進行建模。場模型通常用于具有連續(xù)空間變化趨勢的現(xiàn)象，如海拔、溫度、土壤變化等。其實在遙感領(lǐng)域，主要利用衛(wèi)星和飛機上的傳感器收集地表數(shù)據(jù)，此時場模型是占主導(dǎo)地位的。對象模型一般用于具有明確邊界和獨立地理現(xiàn)象的建模，如道路、地塊的征稅和使用權(quán)等方面的建模。

概念模型的選擇372007-03空間數(shù)據(jù)邏輯模型作為概念模型向物理模型轉(zhuǎn)換的橋梁，根據(jù)概念模型確定的空間信息內(nèi)容，以計算機能理解和處理的形式具體地表達空間實體及其關(guān)系。針對對象模型和場模型兩類概念模型，一般采用矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、矢量－柵格一體化數(shù)據(jù)模型、鑲嵌數(shù)據(jù)模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型等邏輯模型來進行空間實體及其關(guān)系的邏輯表達。

應(yīng)當(dāng)指出，地理空間現(xiàn)象本質(zhì)上是時空四維的。但是在GIS中，為了簡化對空間實體的描述及其關(guān)系的表達，將空間現(xiàn)象隨時間的變化特征按不同時間點分別描述或?qū)傩约由蠒r間標(biāo)記；將三維空間實體投影到二維平面，在R2地理空間構(gòu)造對實體及其關(guān)系表達的空間數(shù)據(jù)邏輯模型?？臻g數(shù)據(jù)邏輯模型382007-03矢量數(shù)據(jù)模型起源于“Spaghetti模型”，這是一種產(chǎn)生于計算機地圖制圖的數(shù)據(jù)模型，適合于用對象模型抽象的地理空間對象。在矢量數(shù)據(jù)模型中，點實體用一對空間坐標(biāo)表示,二維空間中對應(yīng)為（x，y）；線實體由一串坐標(biāo)對組成，二維空間中表示為（x1，y1）,（x2，y2）,（xn，yn）；面由其邊界線表示，表示為首尾相連的坐標(biāo)串，二維空間中對應(yīng)為（x1，y1）,（x2，y2）,（xn，yn）,（x1，y1）。每一個實體都給定一個惟一標(biāo)識符（Identifier）來標(biāo)識該實體。矢量數(shù)據(jù)模型能夠精確地表示點、線及多邊形面的實體，并且能方便地進行比例尺變換、投影變換以及輸出到筆式繪圖儀上或視頻顯示器上。

矢量數(shù)據(jù)模型392007-03在矢量數(shù)據(jù)模型中，空間實體現(xiàn)象是由點、線和面等原型實體及其集合來表示。觀察的尺度或者概括的程度影響著使用原型的種類。在小比例尺圖中，城鎮(zhèn)這類對象可以用點表示，道路和河流由線表示。在較大比例尺圖中，城鎮(zhèn)被表示為一定形狀的多邊形，包括建筑物的邊界、公園、道路等實體。

矢量數(shù)據(jù)模型402007-03柵格數(shù)據(jù)模型在GIS中，柵格數(shù)據(jù)模型比較適宜于用場模型抽象的的空間對象。柵格模型是基于連續(xù)鋪蓋的，是將連續(xù)空間離散化。它的主要特點就是用二維劃分覆蓋整個連續(xù)空間。劃分可以是規(guī)則的或不規(guī)則的，通常是采用正多邊形作為劃分的單位，如三角形、方格、六邊形等。在空間信息系統(tǒng)中，場模型一般指的是柵格模型，其主要特點就是用二維劃分覆蓋整個連續(xù)空間。劃分可以是規(guī)則的或不規(guī)則的，通常是采用正多邊形作為劃分的單位，如三角形、方格、六邊形等。412007-03柵格數(shù)據(jù)模型柵格模型把空間看作像元的劃分，每個像元都記錄了所在位置的某種現(xiàn)象，用像元值表示。該值可以表示一個確定的現(xiàn)象，也可以是一種模糊的現(xiàn)象。但一個像元應(yīng)該只賦一個單一的值。422007-03柵格數(shù)據(jù)模型柵格模型的一個重要特征就是每個柵格中的像元的位置是預(yù)先確定的，因此描述同一區(qū)域的不同現(xiàn)象的柵格數(shù)據(jù)之間很容易進行疊置運算。432007-03矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型在描述和表達空間實體時各有優(yōu)缺點。將兩種數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點結(jié)合起來，構(gòu)造矢量－柵格一體化數(shù)據(jù)模型，將有利于地理空間現(xiàn)象的統(tǒng)一表達。從本質(zhì)上說，矢量－柵格數(shù)據(jù)模型是一種以柵格為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型，對空間實體及其關(guān)系描述的數(shù)據(jù)量增大。

矢量-柵格一體化模型442007-03鑲嵌（Tessellation）數(shù)據(jù)模型采用規(guī)則或不規(guī)則的小面塊集合來逼近自然界不規(guī)則的地理單元，適合于用場模型抽象的地理現(xiàn)象。通過描述小面塊的幾何形態(tài)、相鄰關(guān)系及面塊內(nèi)屬性特征的變化來建立空間數(shù)據(jù)的邏輯模型。小面塊之間不重疊且能完整鋪滿整個地理空間。根據(jù)面塊的形狀，鑲嵌數(shù)據(jù)模型可分為規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型和不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型。規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型，即用規(guī)則的小面塊集合來逼近自然界不規(guī)則的地理單元。在實際應(yīng)用中，普遍采用正方形或矩形進行地理空間的劃分。此時的規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型就轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)模型。鑲嵌數(shù)據(jù)模型452007-03不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指用來進行鑲嵌的小面塊具有不規(guī)則的形狀或邊界。最典型的不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型有Voronoi圖（也稱作Thiessen多邊形）和不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangularIrregularNetwork，簡稱TIN）模型。當(dāng)用有限離散的觀測樣點來表示某地理現(xiàn)象的空間分布規(guī)律時，適合于采用不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型。不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型TIN和Voronoi多邊形數(shù)據(jù)模型圖中虛線為Voronoi多邊形的邊界，實線為TIN邊，小圓點代表采樣觀測點

462007-03在許多地理空間分析應(yīng)用中，不規(guī)則格網(wǎng)具有某些優(yōu)越性主要表現(xiàn)在可以消除數(shù)據(jù)冗余，格網(wǎng)的結(jié)構(gòu)本身可適應(yīng)于數(shù)據(jù)的實際分布。這種模型是一種變化分辨率的模型，因為基本多邊形的大小和密度在空間上是變動的。不規(guī)則格網(wǎng)能進行調(diào)整，以反映空間每一個區(qū)域中的數(shù)據(jù)事件的密度。這樣，每個單元可定義為包含同樣多數(shù)據(jù)事件，其結(jié)果是數(shù)據(jù)越稀，則單元越大；數(shù)據(jù)越密，則單元越小。單元的大小、形狀和走向反映著數(shù)據(jù)元素本身的大小、形狀和走向。

不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型472007-03面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒枋隹臻g實體及其相互關(guān)系，特別適合于采用對象模型抽象和建模的空間實體的表達。當(dāng)前主流GIS軟件使用的數(shù)據(jù)模型，請仔細參閱電子講義。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型492007-03地理空間實體是對復(fù)雜地理事物和現(xiàn)象進行簡化抽象得到的結(jié)果，簡稱空間實體，它們的一個典型特征是與一定的地理空間位置有關(guān)，都具有一定的幾何形態(tài)，分布狀況以及彼此之間的相互關(guān)系?？臻g實體具有4個基本特征：空間位置特征、屬性特征、時間特征和空間關(guān)系?？臻g位置特征表示空間實體在一定的坐標(biāo)系中的空間位置或幾何定位，通常采用地理坐標(biāo)的經(jīng)緯度、空間直角坐標(biāo)、平面直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)等來表示?？臻g位置特征也稱為幾何特征，包括空間實體的位置、大小、形狀和分布狀況等。

地理空間與空間實體502007-03屬性特征屬性特征也稱為非空間特征或?qū)ｎ}特征，是與空間實體相聯(lián)系的、表征空間實體本身性質(zhì)的數(shù)據(jù)或數(shù)量，如實體的類型定義、量值等。屬性通常分為定性和定量兩種，定性屬性包括名稱、類型、特性等；定量屬性包括數(shù)量、等級等。時間特征時間特征是指空間實體隨著時間變化而變化的特性。空間實體的空間位置和屬性相對于時間來說，可能會存在空間位置和屬性同時變化的情況，如舊城區(qū)改造中，房屋密集區(qū)拆遷新建商業(yè)中心；也存在空間位置和屬性獨立變化的情況，即實體的空間位置不變，但屬性發(fā)生變化，如土地使用權(quán)轉(zhuǎn)讓，或者屬性不變而空間位置發(fā)生變化，如河流的改道。地理空間與空間實體512007-03空間關(guān)系特征在地理空間中，空間實體一般都不是獨立存在的，而是相互之間存在著密切的聯(lián)系。這種相互聯(lián)系的特性就是空間關(guān)系?？臻g關(guān)系包括拓?fù)潢P(guān)系（topologicalspatialrelation）、順序關(guān)系（orderspatialrelation）和度量關(guān)系（metricspatialrelation）等。

地理空間與空間實體522007-03空間數(shù)據(jù)類型幾何圖形數(shù)據(jù)。來源于各種類型的地圖和實測幾何數(shù)據(jù)。幾何圖形數(shù)據(jù)不僅反映空間實體的地理位置，還要反映實體間的空間關(guān)系。影像數(shù)據(jù)。主要來源于衛(wèi)星遙感、航空遙感和攝影測量等。屬性數(shù)據(jù)。來源于實測數(shù)據(jù)，文字報告，或地圖中的各類符號說明，以及從遙感影像數(shù)據(jù)通過解釋得到的信息等。地形數(shù)據(jù)。來源于地形等高線圖中的數(shù)字化，已建立的格網(wǎng)狀的數(shù)字化高程模型（DTM），或其他形式表示的地形表面（如TIN）等。元數(shù)據(jù)。對空間數(shù)據(jù)進行推理、分析和總結(jié)得到的關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)分辨率、元數(shù)據(jù)比例尺、地理空間參考基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等。在具有智能化的GIS中還應(yīng)有規(guī)則和知識數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)特征及其類型空間數(shù)據(jù)按照其測量尺度，可以分為命名量(Nominal)、次序量(Ordinal)、間隔量(Interval)和比率量(Ratio)四種類型。命名量：定性而非定量，不能進行任何算術(shù)運算，如一個城市的名字。次序量：基于對現(xiàn)象進行排序來標(biāo)識的。線性坐標(biāo)上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，序數(shù)值相互之間可以比較大小，但不能進行加、減、乘、除等算術(shù)運算。間隔量：不參照某個固定點，而是按間隔表示相對位置的數(shù)。按間隔量測的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的。間隔量的使用與單位有關(guān)?？臻g數(shù)據(jù)特征及其類型比率量：指那些有真零值而且測量單位的間隔是相等的數(shù)據(jù)，它與使用的測量單位無關(guān)。比例數(shù)據(jù)和間隔數(shù)據(jù)可用于加、減、乘、除等運算，而且可以求算術(shù)平均。比例數(shù)據(jù)或間隔數(shù)據(jù)可以比較容易地被轉(zhuǎn)變成次序或命名數(shù)據(jù)。而命名數(shù)據(jù)則很難被轉(zhuǎn)化成次序、間隔數(shù)據(jù)或比例數(shù)據(jù)。由此可見，盡管命名數(shù)據(jù)或次序數(shù)據(jù)便于使用，易于理解，但有時不夠精確，不能用于較高級的算術(shù)運算。而比例數(shù)據(jù)或間隔數(shù)據(jù)比較精確，便于計算機處理。但是在較復(fù)雜的GIS應(yīng)用中，往往上述幾種測量尺度的數(shù)據(jù)均需用到。

空間數(shù)據(jù)特征及其類型各種空間數(shù)據(jù)的測量尺度類型以及其制圖表現(xiàn)572007-03空間關(guān)系是指地理空間實體之間相互作用的關(guān)系?？臻g關(guān)系主要有：拓?fù)淇臻g關(guān)系：用來描述實體間的相鄰、連通、包含和相交等關(guān)系；順序空間關(guān)系：用于描述實體在地理空間上的排列順序，如實體之間前后、上下、左右和東、南、西、北等方位關(guān)系；度量空間關(guān)系：用于描述空間實體之間的距離遠近等關(guān)系。對空間關(guān)系的描述是多種多樣的，有定量的，也有定性的，有精確的，也有模糊的。各種空間關(guān)系的描述也非絕對獨立，而是具有一定聯(lián)系。對空間關(guān)系的描述和表達，是GIS能夠進行復(fù)雜空間分析的重要原因。空間關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系現(xiàn)實世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往需要由不同的空間要素組合而成。例如：線—面關(guān)系區(qū)域包含線：計算區(qū)域內(nèi)線的密度，某省的水系分布情況。線通過區(qū)域：公路上否通過某縣。線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱，中國與哪些國家接壤。線與區(qū)域分離：距離。

拓?fù)淇臻g關(guān)系例如：面—面關(guān)系包含：島,某省的湖泊分布。相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場服務(wù)范圍重疊區(qū)。

相交：劃分子區(qū)。相鄰：計算相鄰邊界性質(zhì)和長度。

分離：計算距離。拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系1、定義：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。

拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）非拓?fù)鋵傩裕◣缀危┩負(fù)鋵傩裕]發(fā)生變化的屬性）兩點間距離一點指向另一點的方向弧段長度、區(qū)域周長、面積等一個點在一條弧段的端點一條弧是一簡單弧段（自身不相交）一個點在一個區(qū)域的邊界上一個點在一個區(qū)域的內(nèi)部/外部一個點在一個環(huán)的內(nèi)/外部一個面是一個簡單面（面上沒有“島”）一個面的連通性（面內(nèi)任兩點從一點可在面的內(nèi)部走向另一點）拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系空間要素之間的部分拓?fù)淇臻g關(guān)系鄰接相交重合相離包含點—點點—線點—面線—面面—面線—線拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系2、種類：

關(guān)聯(lián)性：（不同類要素之間）結(jié)點與弧段：如V9與L5,L6,L3多邊形與弧段：P2與L3,L5,L2鄰接性：(同類元素之間)多邊形之間、結(jié)點之間。P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--鄰接矩陣

重疊：--鄰接：1不鄰接：0拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系連通性：與鄰接性相類似，指對弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、街道是否相通。連通矩陣：重疊：--連通：1不連通：0

V1V2V3…V1--10V21--1V301--方向性：一條弧段的起點、終點確定了弧段的方向。用于表達現(xiàn)實中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。包含性：指面狀實體包含了哪些線、點或面狀實體。區(qū)域定義：多邊形由一組封閉的線來定義。層次關(guān)系：相同元素之間的等級關(guān)系，珠海市有各個區(qū)組成。主要的拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、拓?fù)溧徑?、拓?fù)浒?、拓?fù)溥B通。拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)淇臻g關(guān)系3、意義拓?fù)潢P(guān)系對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義：拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何關(guān)系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化。有助于空間要素的查詢，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實際問題。如某縣的鄰接縣，--面面相鄰問題。又如供水管網(wǎng)系統(tǒng)中某段水管破裂找關(guān)閉它的閥門，就需要查詢該線（管道）與哪些點（閥門）關(guān)聯(lián)。根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實體（例如由邊構(gòu)成多邊形等）。缺點：拓?fù)潢P(guān)系建立過程比較復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身復(fù)雜因此GIS中保持空間數(shù)據(jù)的拓樸關(guān)系相應(yīng)也增加了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護負(fù)擔(dān)（目前有大量GIS系統(tǒng)采用非拓樸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。652007-03順序空間關(guān)系是基于空間實體在地理空間的分布，采用上下、左右、前后、東南西北等方向性名詞來描述。同拓?fù)淇臻g關(guān)系的形式化描述類似，也可以