空间信息技术基础（韦娟）课件 第2章 空间数据结构和空间数据库

空间信息技术基础第二章空间数据结构和空间数据库

第一节空间信息基础第二节空间数据结构类型第三节空间数据模型一、地理空间（GeographicSpace）的定义

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，包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。地理空间具体被描述为：1）绝对空间，具有属性描述的空间位置的集合，一系列坐标值组成。

2）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

空间关系组成。第一节空间信息基础1.1空间信息基础理论二、地理空间的数学建构---如何建立地球表面的几何模型包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面，难以用一个简洁的数学式描述。

1、最自然的面2、相对抽象的面，即大地水准面假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。与重力方向垂直的大地水准面不可能是一个十分规则的表面，且不能用简单的数学公式来表达，大地水准面不能作为测量成果的计算面。第一节空间信息基础二、地理空间的数学建构(续)

为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球---三轴椭球体。3、椭球体模型ab

c第一节空间信息基础地球模型水准面大地水准面铅垂线地球椭球体假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。第一节空间信息基础三、地理参照系1、经纬度坐标系（地理坐标）

对空间定位有利，但难以进行距离、方向、面积量算。2、笛卡儿平面坐标系

便于量算和进一步的空间数据处理和分析。3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性--高程——由高程基准面起算的地面点的高度。4、大地坐标系第一节空间信息基础1、地理空间坐标系（经纬度坐标系）地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线。

纬度:泛指球坐标系的纵坐标,特指地理纬度—地面上一点的法线与地球赤道面的夹角.latitude

法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度a。经度:泛指球坐标系的横坐标,特指地理经度—地面上点所在子午面和本初子午面的夹角.Longitude

过A点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的经度λ。第一节空间信息基础赤道:环绕地球表面与地球南北两极距离相等的圆周线.Equator第一节空间信息基础坐标参考系统—平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影2、笛卡儿平面坐标系

便于量算和进一步的空间数据处理和分析。地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算第一节空间信息基础3、坐标系统—高程系统任意水准面大地水准面H´AHA铅垂线AH´BHBhAB3、高程系统描述空间点在垂直高度上的特性--高程——由高程基准面起算的地面点的高度。第一节空间信息基础水准原点1985国家高程基准，72.2604米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米第一节空间信息基础4大地坐标系

大地测量中表示地面点的位置常用大地坐标系

不同的国家或地区根据本地区的地表情况按椭球面与本地区域大地水准面最吻合的原则建立起自己的大地系统，供本国或本地区使用。

受观测资料的局限，定义的椭球参数不尽相同，在参考椭球的基础上建立起局部大地系统。

我国目前使用的大地坐标系统主要是1954年北京坐标系（简称BJ-54系）和1980年国家大地坐标系。第一节空间信息基础（1）1954年北京坐标系-BJ-54建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点的坐标。具体地，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样推算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系：a．属参心大地坐标系；b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.大地原点在原苏联的普尔科沃；d．采用多点定位法进行椭球定位；e．高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；f．高程以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。4大地坐标系第一节空间信息基础（2）1980年西安坐标系-C801978年4月召开“全国天文大地网平差会议”建立1980年西安坐标系。椭球体参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第16界大会的推荐值。C80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立C80坐标系时有以下先决条件：（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省泾阳县永乐镇；（2）C80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；（3）椭球参数采用IUG1975年大会推荐的参数因而可得C80椭球两个最常用的几何参数为：长轴：6378140±5（m）；扁率：1：298.257椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。（4）多点定位；（5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。4大地坐标系第一节空间信息基础（3）WGS84坐标系

GPS卫星星历是以WGS84坐标为根据而建立的.该坐标系由美国国防部研制，自1987年1月10日开始起用。4大地坐标系第一节空间信息基础坐标原点为地球质心，Z轴指向BIH（国际时间服务机构）1984.0定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。四、地图投影为什么要进行投影？地图投影实质投影变形投影方法投影选择所考虑的因素我国常用的投影方法第一节空间信息基础1、为什么进行地图投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影根据地理坐标系，地面上任一点的位置可由该点的纬度和经度来确定。地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算，最好把地面上的点表示在平面上，采用平面坐标系（笛卡儿平面直角坐标）要用平面坐标表示地面上任何一点的位置，首先要把曲面展开为平面，地球椭球体为不可展曲面，也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上，因此必须运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上任一个由地理坐标(经度，纬度)确定的点，在平面上必有一个与它相对应的点地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析第一节空间信息基础

对于较小区域范围，可以视地表为平面，这样就可以认为投影没有变形。

对于大区域范围，甚至是半球、全球，这种投影方法就不太适合了。

考虑另外的投影方法，如，可以假设地球按比例尺缩小成一个透明的地球仪那样的球体，在其球心、球面或球外安放一个发光点，将地球仪上经纬线(连同控制点及地形、地物图形)投影到球外的一个平面上，即成为地图。

2、地图投影：投影实质第一节空间信息基础2、地图投影：投影实质

实际上这种直观的透视投影方法亦有很大的局限性，例如，只能对一局部地区进行投影，且变形有时较大，同时往往不能将全球投影下来，多数情况下不可能用这种几何作图的方法来实现。

科学的投影方法是建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：

当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。第一节空间信息基础3、地图投影：投影变形

将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。长度变形面积变形角度变形第一节空间信息基础4、地图投影：投影分类变形分类：等角投影：投影前后角度不变等面积投影：投影前后面积不变；任意投影：角度、面积、长度均变形投影面：横圆柱投影：投影面为横圆柱圆锥投影：投影面为圆锥方位投影：投影面为平面投影面位置：正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直相切投影：投影面与椭球体相切相割投影：投影面与椭球体相割第一节空间信息基础5、地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式6、地图投影：GIS中地图投影GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。第一节空间信息基础7、地图投影：地图比例尺地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系纸质地图：内容、概括程度、数据精度等比例尺的含义：制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例；

制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径缩小的比率，称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺我国地图比例尺分级系统第一节空间信息基础我国地图比例尺分级系统：大比例尺：1：5000—1：10万（1：5000，1：1万，1：2.5万，1：5万，1：10万）

中比例尺：1：25万—1：50万小比例尺：〈1：100万

第一节空间信息基础无级比例尺：以一个大比例尺空间数据为基础数据源,对一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减,从而使得空间数据的压缩和复现与比例尺自适应的一种信息处理技术.7、地图投影：地图比例尺第一节空间信息基础五、GIS的地理基础各种GIS的数据源、服务目的和各自特征可以不同，但均有自身统一的地理基础。

地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分统一的地图投影系统统一的地理格网坐标系统（地理参照系）统一的地理编码系统1、地理基础的内容3、统一的地图投影系统的意义1）为地理信息的输入、输出及匹配处理提供一个统一的定位框架2）使各种来源的地理信息和数据能够具有共同的地理基础2、投影与坐标系：

每一种投影都与一个坐标系统相联系。投影关系着如何将图形物体显示于平面上，坐标系统显示出地形地物所在的相对位置。第一节空间信息基础1、GIS与地图投影关系地图投影（地理基础）数据获取数据源地图投影数据存储统一的坐标基础数据处理投影转换数据应用空间分析依据数据库投影数据输出有相应投影的地图六、地理信息系统中地图投影设计与配置

第一节空间信息基础2、GIS中地图投影设计与配置（1）各国GIS所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致（2）各比例尺的GIS中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致。（3）各地区的GIS中投影系统与其所在区域适用的投影系统一致。（4）各种GIS一般以一种或两种（至多三种）投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。六、地理信息系统中地图投影设计与配置

第一节空间信息基础3、GIS中地图投影配置一般原则：（1）所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致。（2）系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种应用于大比例尺的数据处理与输出、输入，另一种服务于小比例尺。（3）所用投影以等角投影为宜。（4）所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统在投影带中应保持完整。第一节空间信息基础六、地理信息系统中地图投影设计与配置

七、我国GIS中地图投影的应用

1)、我国基本比例尺地形图(1：100万到1：5000),除1：100万外均采用高斯—克吕格投影为地理基础；2)、我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的

全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。3)、我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等面积割圆锥投影)；4)、Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线。

第一节空间信息基础八、地理实体（空间实体）---GIS处理对象1、定义：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。2、理解：地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。抽象是人们观察和分析复杂事物和现象的常用手段之一。将地理系统中复杂的地理现象进行抽象得到的地理对象称为地理实体或空间实体、空间目标，简称实体(Entity)。实体是现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。实体可以指个体，也可以指总体，即个体的集合。

第一节空间信息基础1.2地理实体的描述和存储在地理信息系统中，根据具体要求需要描述实体各个侧面如名称、位置、形状和获取这些信息的方法、时间和质量等，记录实体的这些描述内容的空间数据具有三个基本特征：空间特征、属性特征和时间特征;

根据反映实体特征的不同，空间数据可分为不同的类型：几何数据、关系数据、属性数据和元数据，而不同类型的空间数据在计算机中是以不同的空间数据结构存储的。第一节空间信息基础1、空间实体的描述通常需要从如下方面对地理实体进行描述：1)编码：用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。2)位置：通常用坐标值的形式(或其它方式)给出实体的空间位置。3)类型：指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。4)行为：指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。5)属性：指明该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。6)说明：用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。7)关系：与其它实体的关系信息。1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础地理实体的描述——空间数据1、描述的内容

3、数据类型

4、数据结构

几何数据（空间数据、图形数据）关系数据—实体间的邻接、关联包含等相互关系属性数据—各种属性特征和时间元数据

矢量、栅格、TIN（专用于地表或特殊造型）

空间元数据位置、形状、尺寸、识别码（名称）实体的角色、功能、行为、实体的衍生信息时间测量方法、编码方法、空间参考系等空间特征：地理位置和空间关系属性特征—名称、等级、类别等时间特征2、基本特征

地理数据的特征属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等。1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如F楼与E楼相邻等。时间特征：空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化

一般来说，空间特征数据包括地理实体或现象的定位数据和拓扑数据；属性数据包括地理实体或现象的专题属性（名称、分类、数量等）数据和时间数据，而空间特征数据和属性特征数据统称为空间数据或地理数据。因此空间数据的特征可概括为空间特征和属性特征。地理数据的特征1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达几何数据(定位数据)：描述空间对象空间特征的数据，也称位置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达关系数据（拓扑特征数据）：描述空间对象的空间关系的数据，如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。2空间数据的类型1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础3.空间数据的分类按数据来源按数据结构按数据特征按几何特征按数据发布形式地图数据影像数据文本数据矢量数据栅格数据空间数据非空间属性数据点线面、曲面体数字线画图数字栅格画图数字高程模型数字正射影像图1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础依据数据来源的不同，地理数据的类型：地图数据：来源于各种类型的普通地图和专题地图。影像数据：来源于卫星遥感和航空遥感。地形数据：来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型（DEM）和其它实测的地形数据。属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据，如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达元数据1.2地理实体的描述和存储第一节空间信息基础元数据“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。

对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等对数据处理信息的说明，如量纲的转换等数据转换方法的描述对数据库的更新、集成方法等的说明

元数据的内容元数据的主要作用

帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索地理空间数据提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。

表示地理现象的空间数据从几何上可以抽象为点、线、面三类，对点、线、面数据，按其表示内容又可以分为七种不同的类型，表示的内容如下：

1、类型数据例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等；

2、面域数据例如随机多边形的中心点，行政区域界线和行政单元等；

3、网络数量例如道路交点、街道和街区等；

4、样本数量例如气象站、航线和野外样方的分布区等；

5、曲面数据例如高程点、等高线和等值区域；

6、文本数据例如地名、河流名称和区域名称；

7、符号数据例如点状符号、线状符号和面状符号等。由此得出，对于点实体，它有可能是点状地物、面状地物的中心点、线状地物的交点、定位点、注记、点状符号等；对于线实体和面实体也可按照上面的七种类型得出其描述内容，这些内容是点、线、面三种实体编码的主要内容1.3实体的空间特征点：位置：（x，y）属性：符号线：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)

属性：符号—形状、颜色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1)

属性：符号变化等值线

1、空间对象（实体）的地图表达第一节空间信息基础2、空间维数和特征类型空间对象一般按地形维数进行归类划分点：零维线：一维面：二维体：三维时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。1.3实体的空间特征第一节空间信息基础点实体

有位置，无宽度和长度；抽象的点1.3实体的空间特征第一节空间信息基础线实体

有长度，但无宽度和高度用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多度量实体距离1.3实体的空间特征第一节空间信息基础面实体

具有长和宽的目标通常用来表示自然或人工的封闭多边形一般分为连续面和不连续面中国土地利用分布图（不连续面）1.3实体的空间特征第一节空间信息基础面实体（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。1.3实体的空间特征第一节空间信息基础空间对象：体有长、宽、高的目标通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标西安电子科技大学大学校园建筑1.3实体的空间特征第一节空间信息基础线—面1、区域包含线：计算区域内线的密度。2、线通过区域：公路是否通过某县。3、线环绕区域：区域边界，搜索左右区域名称。

4、线与区域分离：距离。

3、实体类型组合

现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合而成，复杂实体由简单实体组合表达。点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：如：线—面

面--面

1.3实体的空间特征第一节空间信息基础面—面1、

包含：岛,某省的湖泊分布。

2、

相合：重叠，学校服务范围与菜场服务范围重叠区。

3、

相交：划分子区。4、

相邻：计算相邻边界性质和长度，公共连接边界。5、分离：计算距离。

学校菜场1.3实体的空间特征第一节空间信息基础不同空间类型组合表达复杂空间问题

1.3实体的空间特征第一节空间信息基础1.4、空间关系描述空间对象之间的空间相互作用关系方法

绝对关系:坐标、角度、方位、距离等；相对关系：相邻、包含、关联等相对关系类型拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容：一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最基本的关系；另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查询，更新等。

第一节空间信息基础拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。可以假设图形绘在一张高质量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为非拓扑属性或几何属性。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。拓扑关系定义空间对象的拓扑空间关系拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系空间对象的拓扑空间关系空间对象的拓扑空间关系拓扑元素点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段面：若干弧段组成的多边形

基本拓扑关系关联：不同拓扑元素之间的关系邻接：相同拓扑元素之间的关系包含：面与其他元素之间的关系层次：相同拓扑元素之间的层次关系方向性：一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。

连通性：指对弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、

街道是否相通。

点、线、面之间的拓扑关系终点起点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:邻接相交重合相离包含点—点点—线点—面线—面面—面线—线1）关联性不同类要素之间）结点与弧段：如V9与L5,L6,L3多边形与弧段：P2与L3,L5,L22）邻接性

(同类元素之间)多边形之间、结点之间。邻接矩阵

重叠：--邻接：1不邻接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4ØC4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓扑数据举例空间拓扑关系表达—关系表表1面域与弧段的拓扑关系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2结点与弧段的拓扑关系结点 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 表3弧段与结点的拓扑关系弧段 结点 a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E

表4弧段与面域的拓扑关系弧段左邻面右邻面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

拓扑关系的意义1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。3）根据拓扑关系可重建地理实体。1.4、空间关系第一节空间信息基础

数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括空间位置、拓朴关系和属性三个方面的内容。

第二节空间数据结构的类型空间数据结构栅格数据结构(显式表示)矢量数据结构(隐式表示)栅格数据结构-显式描述显式表示：就是栅格中的一系列像元(点)，为使计算机认识这些像元描述的是某一物体而不是其它物体。注：“c”不一定用c的形式，而可以用颜色、符号、数字、灰度值来显示。则得到椅子的简单数据结构为：

椅子的属性——符号／颜色——像元x矢量数据结构-隐式表示

隐式表示：由一系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述，线的始点和终点坐标定义为一条表示椅子形式的矢量，线之间的指示字，告诉计算机怎样把这些矢量连接在一起形成椅子。

隐式表示的数据为：

椅子的属性——一系列矢量——连接关系

栅格数据结构栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式；栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。第二节空间数据结构的类型栅格数据结构

栅格数据:栅格数据结构实际就是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置。由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体位置很容易隐含在网络文件的存储结构中，且行列坐标可以很容易地转为其它坐标系下的坐标。在网络文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码。

栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。每个栅格单元只能存在一个值。（a）三角形（b）菱形（c)六边形点线面对于栅格数据结构点：为一个像元线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。栅格数据结构：坐标系与描述参数Y：列X：行西南角格网坐标（XWS，YWS）格网分辨率

栅格单元的尺寸1）原则：应能有效地逼近空间对象的分布特征，又减少数据的冗余度。格网太大，忽略较小图斑，信息丢失。

2）方法：用保证最小多边形的精度标准来确定尺寸经验公式：

h为栅格单元边长

Ai为区域所有多边形的面积。

栅格数据单元值确定CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小AB为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法栅格矩阵（RasterMatrix)

Raster数据是二维表面上地理数据的离散量化值，每一层的pixel值组成像元阵列（即二维数组），其中行、列号表示它的位置。

例如影像：AAAA

ABBB

AABB

AAAB

在计算机内是一个4*4阶的矩阵。但在外部设备上，通常是以左上角开始逐行逐列存贮。如上例存贮顺序为：AAAAABBBAABBAAAB

当每个像元都有唯一一个属性值时，一层内的编码就需要m行×n列×3(x,y和属性编码值)个存储单元。数字地面模型就属此种情况。这种记录栅格数据的文件常称为栅格文件，且常在文件头中存有该栅格数据的长和宽，即行数和列数和两方向的密度。这样，具体的象元值就可连续存储了。其特点是处理方便，但没有压缩。

栅格数据压缩存储的编码方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,3块状编码正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码链式编码(ChainCodes)

又称为弗里曼链码(Freeman)或边界链码。基本方向可定义为：东＝0，东南＝l，南二2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7等八个基本方向。如果再

确定原点为像元(10，1)，则该多边形边界按顺时针方向的链式编码为：

10，l，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。

01234567链式编码(ChainCodes)01234567游程长度编码(Run—LengthCodes)

按行帧序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。。四叉树编码(QuadtreeEncoding)

四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数据的方法。它将2n×2n像元阵列连续进行4等分，一直分到正方形的大小正好与象元的大小相等为止（如下图），而块状结构则用四叉树描述，习惯上称为四叉树编码。栅格数据组织栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值…层n属性值…像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2…X,Y,属性值像元2X,Y,属性值……像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1多边形1层2…属性值像元1坐标…多边形N像元n坐标层n栅格数据结构特点离散的量化栅格值表示空间对象位置隐含,属性明显数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大几何和属性偏差面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系第二节空间数据结构的类型矢量数据结构利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式；通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。除数学上的精确坐标假设外，矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。简单数据结构、拓扑数据结构和曲面数据结构。矢量数据结构编码的基本内容

矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点：空间的一个坐标点；线：多个点组成的弧段；面：多个弧段组成的封闭多边形；矢量数据结构编码的基本内容

标识码属性码空间对象编码唯一连接空间和属性数据数据库独立编码点:(x,y)线:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)点位字典点:点号文件线:点号串面:点号串点号XY1112223344………n5566存储方法点实体线实体面实体

多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便使这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作。简单的矢量数据结构—面条结构（实体式）多边形

数据项

A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)

C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24) D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)

E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。存储：独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征：无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性；多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦。适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析索引式线与多边形之间的树状索引

点与多边形之间的树状索引

对偶独立式DIME(DuallndependentMapEncoding)

线号左多边形右多边形起点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需要点文件

链状双重独立式

链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件

弧段文件弧段号 起始点 终结点 左多边形 右多边形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐标文件弧段号 点号 a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31

链状双重独立式

多边形文件多边形号 弧段号 周长面积中心点坐标 A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

矢量数据结构的属性数据表达属性特征类型类别特征：是什么说明信息：同类目标的不同特征属性特征表达类别特征：类型编码说明信息：属性数据结构和表格属性表的内容取决于用户图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。矢量数据结构的属性数据表达点状对象目标标识目标标识地物编码坐标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位…………面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构……空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性矢量数据结构的特点用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含用拓扑关系描述空间对象之间的关系面向目标操作，精度高，数据冗余度小与遥感等图象数据难以结合输出图形质量好，精度高第三节两种数据结构的比较矢量数据优点：表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息缺点：数据结构复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点：数据结构简单空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行数学模拟方便缺点：图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信息量受损地图输出不美观难以建立网络连接关系投影变换比较费时矢量、栅格数据结构的选择栅格结构：

大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。矢量结构：

城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。矢栅一体化概念

将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来，采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。334334423344423344234422212从原理上说，这是一种以矢量的方式来组织栅格数据的数据结构。线状地物：除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格。面状地物：除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。

1）保留了矢量的全部性质；

2）建立了栅格与地物的关系。三个约定和细分格网法1）点状地物仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。2）

线状地物有形状但没有面积，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。3）面状地物具有形状和面积，在平面上的投影是由边界包围的紧致空间和一组填满路径的元子表达的边界组成。

为提高栅格表示精度，采用细分格网法：将一对X,Y坐标用两个Morton码代替：

M1表示该点所在基本格网的地址码；

M2

表示该点对应的细分格网的Morton码。M1M2x,y空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统的基础上建立空间数据库的整个过程。主要包括需求分析、结构设计、和数据层设计三部分。

现实世界地理实体数据层设计

结构设计

需求分析

数据字典设计

空间数据库设计2.3空间数据模型一、需求分析需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：1）调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。2）需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、特征、需要存储的数据)、信息加工处理要求(如响应时间)、完整性与安全性要求等。3）编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。需求分析是一项技术性很强的工作，应该由有经验的专业技术人员完成，同时用户的积极参与也是十分重要的。

在需求分析阶段完成：

数据源的选择和对各种数据集的评价（一般、空间、属性评价）。空间数据库设计2.3空间数据模型二、结构设计指空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。空间数据模型越能反映现实世界，在此基础上生成的应用系统就越能较好地满足用户对数据处理的要求。空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是地理信息系统中空间实体的模型化问题。三、数据层设计

现实世界地理实体逻辑模型

物理模型

概念模型

需求分析结构设计空间数据库设计2.3空间数据模型1、概念模型概念设计是通过对现实世界的认识与抽象，形成空间数据库系统及其应用系统所需的模型市区要素空间实体空间实体属性空间实体关系边线走向街道路面质量所属路段所属街道组成长度等m1模型E_R二、结构设计具体是对需求分析阶段所收集的信息和数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及它们之间的联系，将各用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式

表示概念模型最有力的工具是E-R模型：即实体—联系模型，包括实体(矩形)、联系（菱形）和属性（椭圆形）三个成分。用它来描述现实地理世界，不必考虑信息的存储结构、存取路径及存取效率等与计算机有关的问题，比一般的数据模型更接近于现实地理世界，具有直观、自然、语义较丰富等特点，在地理数据库设计中得到了广泛应用。用E-R模型表示空间实体及其关系空间数据库设计E-R模型

三个世界的概念

E-R模型的基本要素——实体、属性、联系

E-R模型转换为关系模式的方法1三个世界

事物类事物性质实体集实体属性文件记录数据项现实世界信息世界数据世界概念模型：把现实世界转换为信息世界的模型,E-R模型实施模型：把信息世界转化为数据世界使用的模型,关系模型2.3空间数据模型2E-R模型的组成要素及表示方法

(1)

E-R图的组成要素及其画法实体名联系名属性名实体表示属性表示联系表示2.3空间数据模型(2)实体间不同联系情况的E-R图表示法联系分为：一对一(1:1)、一对多(1:n)、多对多(m:n)2E-R模型的组成要素及表示方法

【例1】两个实体集之间的一对一的联系的绘制方法。假设某学院有若干个系，每个系只有一个主任。则主任和系之间是一对一的关系。主任和系的属性分别如下：主任——编号，姓名，年龄，学历;系——系编号，系名

主任和系之间是一个管理关系

2.3空间数据模型1主任系管理姓名年龄学历编号系编号系名任职时间1【例2】两个实体集之间的一对多的联系的绘制方法。假设在某仓库管理系统中，有两个实体集：仓库和商品。仓库用来存放商品，且规定一类商品只能存放在一个仓库中，一个仓库可以存放多件商品。仓库和商品之间是一对多的联系。仓库和商品的属性分别为：仓库——仓库号，地点，面积联单商品——商品号，商品名，价格存放联系中要反映出存放商品的数量2.3空间数据模型1仓库商品存放n地点面积仓库号商品号价格数量商品名【例3】两个实体集之间的多对多的联系的绘制方法假设在某教务管理系统中，一个教师可以上多门课，一门课也可以由多个老师去上。教师和课程之间是多对多的联系。教师和课程用以下属性来描述：教师—教师号，教师名，职称课程—课程号，课程名，班级在“讲授”联系中应能反映出教师的授课质量2.3空间数据模型m教师课程讲授n教师名职称教师号课程号班级质量课程名3E—R图的设计方法E-R图通常都应经过以下两个阶段：（1）针对每一用户画出该用户信息的局部E-R图，确定该用户视图的实体、属性和联系。

需注意：能作为属性的就不要作为实体，这有利于E-R图的简化。（2）综合局部E—R图，生成总体E—R图。在综合过程中，同名实体只能出现一次，还要去掉不必要的联系，以便消除冗余。

一般来说，从总体E-R图须能导出原来的所有局部视图，包括实体、属性和联系。2.3空间数据模型

后勤部涉及到的实体及实体之间的联系：

学生：属性有学号、姓名、性别、年龄、专业和入学时间宿舍：楼号、房间、档次学生与宿舍的联系是一个学生只能住在一个宿舍，一个宿舍能住多个学生，学生住宿要交租金。教务处涉及到的实体及实体之间的联系：学生：属性有学号、姓名、性别、年龄、专业和入学时间教师：属性有教师号、姓名、性别、职称、专业课程：属性有课程号、课程名、学时数、专业各实体关系描述如下：一个学生可以选多门课，一门课可以由多个学生选修；一个教师可以教多门课，一门课也可以由多个老师教；学生选修某门课有一个成绩；教师教某门课有一个质量评价。

【例4】某学校管理系统中有三个部门：后勤部、学生处和财务处。后勤部用来管理学生的住宿；教务处用来管理学生选课和教师任课；财务处用来管理发放教师的工资。财务处涉及到的实体及实体之间的联系：教师：属性有教师号、姓名、性别、职称、专业工资：属性有基本工资、加班工资、扣税、工资编号教师和工资的联系是：一个教师只能领一份工资，一份工资只能由一个教师领，领工资时应注明是某月工资。解：先根据题意设计出各部门的局部E-R图

n学生宿舍住1租金学生姓名专业学号宿舍楼号档次年龄性别入学时间房间号（a）后勤部的局部E-R图

2.3空间数据模型教师姓名职称教师号课程课程号学时数课程名性别专业专业m教师课程讲授n质量学生选修mn成绩（b）教务处的局部E-R图（学生同（a）图）工资扣税基本工资加班工资工资编号工资教师领11月份1m学生住宿舍n1教师课程选修mn讲授n领工资1（c）财务处的局部E-R图（教师同（b）图）某学校管理系统的全局E-R图3E—R模型到关系模型的转换把E-R图转换为关系模型遵循原则:

（1）对于E—R图中每个实体集，都应转换为一个关系，该关系应包括对应实体的全部属性，并应根据关系所表达的语义确定哪个属性或哪几个属性组作为“主关键字”，主关键字用来标识实体。（2）对于E—R图中的联系，情况比较复杂，要根据实体联系方式的不同，采取不同的手段加以实现。下面着重讨论联系的转换方法。

2.3空间数据模型（1）两实体集间1:n联系两实体集间1:n联系，可将“一方”实体的主关键字纳入“n方”实体集对应的关系中作为“外部关键字”，同时把联系的属性也一并纳入“n方”对应的关系中。（2）两实体集间m:n联系对于两实体集间m:n联系，必须对“联系”单独建立一个关系，用来联系双方实体集。该关系的属性中至少要包括被它所联系的双方实体集的“主关键字”，并且如果联系有属性，也要归入这个关系中。3E—R模型到关系模型的转换（3）两实体集间的1:1的联系假设A实体集与B实体集是1:1的联系，联系的转换有三种方法：①把A实体集的主关键字加入到B实体集对应的关系中，如果联系有属性也一并加入；②把B实体集的主关键字加入到A实体集对应的关系中，如果联系有属性也一并加入；③建立第三个关系，关系中包含两个实体集的主关键字，如果联系有属性也一并加入。

E-R模型小结把现实世界转换成为计算机能够处理的数据世界，需经过两个阶段：第一个阶段需使用概念模型把现实世界抽象成信息世界第二阶段使用实施模型把信息世界转换为数据世界。常用的概念模型为E-R模型，三个基本要素是实体、属性和联系。设计E-R图一般经过两个步骤:第一步是抽象出各部门的局部E-R图第二步是把局部E-R图组合成全局E-R图。E-R图只是信息的一种抽象表示，还需转化成相应的实施数据模型才能转化为数据库中的数据。E—R模型向关系模型转换的主要过程为：

①确定各实体的主关键字；

②确定并写出实体内部属性之间的数据关系表达式，即某一数据项决定另外的数据项；

③把经过消冗处理的数据关系表达式中的实体作为相应的主关键字

④根据②、③形成新的关系。

⑤完成转换后，进行分析、评价和优化。

空间数据库概念模型设计:语义模型与对象模型语义数据模型E-R模型面向对象的数据模型面向对象的基本概念：对象、类继承重载概括与聚集2.3空间数据模型面向对象数据库系统

面向对象（object-oriented，OO）的概念起源于程序设计语言—面向对象的编程语言(简称OOPL)，强调对象概念的统—，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。以OOPL为核心，集各种软件开发工具为一体，建立OO计算环境，配有很强的图形功能和多窗口用户界面。2.3空间数据模型面向对象的基本思想

通过对问题领域进行自然分割，用更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型，并进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的软件能尽可能地直接表现出问题的求解过程面向对象的方法就是以接近人类通常思维方式的思想，将客观世界的一切实体模型化为对象。每一种对象都有各自的内部状态和运动规律，不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的系统。面向对象数据库系统的实现方式

面向对象的数据模型从概念上将人们对GIS的理解提高到了一个新的高度。一方面，巧妙地容纳了GIS中拓扑数据结构的思想，能有效地表达空间数据的拓扑关系另一方面，面向对象数据模型在表达和处理属性数据时，又具有许多独特的优越性。目前，采用面向对象数据模型，建立面向对象数据库系统，主要有三种实现方式：

扩充面向对象程序设计语言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性扩充RDBMS，在RDBMS中增加面向对象的特性建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS2.3空间数据模型面向对象的几何抽象类型

GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。2.3空间数据模型面向对象的几何数据模型从几何方面划分，GIS的各种地物对象为点、线、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物。每一种地物又可能由一些更简单的几何图形元素构成。在GIS中建立面向对象的数据模型时，对象的确定没有统一的标准.但对象的建立应符合人们对客观世界的理解，并且要完整地表达各种地理对象，及它们之间的相互关系。空间地物复杂地物简单地物面域弧段节点面状地物线状地物点状地物面状地物是由边界弧段和中间面域组成，弧段又涉及到节点和中间点坐标。或者说，节点的坐标传播给弧段，弧段聚集成线状地物或面状地物，简单地物聚集或联合组成复杂地物。2.3空间数据模型拓扑关系与面向对象模型

将每条弧段的两个端点抽象出来，建立单独的节点对象类型，而在弧段的数据文件中，设立两个节点子对象标识号，即用“传播”的工具提取节点文件的信息。面标识弧段标识…

…

弧段标识起节点终节点中间点串…

…

…

…

节点标识XYZ…

…

…

…

面域文件弧段文件节点文件拓扑关系与数据共享这一模型1）解决了数据共享问题，2）建立了弧段与节点的拓扑关系。同样，面状地物对弧段的聚集方式与数据共享和几何拓扑关系的建立也达到一致。

2.3空间数据模型面向对象的属性数据模型

GIS中的地物可根据国家分类标准或实际情况划分类型。

如：一个大学GIS的对象可分为建筑物、道路、绿化、管线等几大类，地物类型的每一大类又可以进一步分类，如建筑物可再分成教学楼、科研实验楼、行政办公楼、教工住宅、学生宿舍、后勤服务建筑、体育楼等子类，管线可再分为给水管道、污水管道、电信管道、供热管道、供气管道等，另一方面，几种具有相同属性和操作的类型可综合成一个超类。

2.3空间数据模型面向对象的属性数据模型

面向对象数据模型是在包含RDBMS的基础上，增加数据模型的封装、继承等功能。耕地园地林地居民地牧草地未用地交通用地水域GIS城镇农村居民点工矿地控制点电力设施公园

街道建筑物操作：查询插入删除属性：标识码区号街道号房主等建筑日期：职员库操作属性职员编号工资姓名饭店设施库房间床位操作属性工厂医院学校居民住宅饭店商店邮局银行2.3空间数据模型面向对象数据库系统所具有的优势

（1）缩小了语义差距（2）减轻了“阻抗失配”问题（3）适应