GIS空间数据模型

.2.5GIS空间数据模型，第一，数据模型概述数据模型是实际部分现象的抽象，描述了数据的基本结构和相互关系以及数据的各种操作。以数据库系统中数据内容和数据之间连接的逻辑组织形式表示，抽象地描述和反映了地理实体组织及其相互关系。选择和建立数据模型的目的是最好地表示物理对象及其关系，为用户提供数据库访问权限的逻辑接口数据模型的三个元素：数据结构、数据活动和数据的约束数据结构：数据的组织形式，以及在计算机上存储、管理和处理的数据的逻辑结构数据模型：描述实体及其相互关系的数学说明，是空间数据库建立的逻辑模型。两者之间的关系：混合交叉关系，不一一对应。第二，现有数据模型1。层次数据模型层次模型是通过将数据组织成自然层次关系来反映数据之间隶属关系的树结构模型。分层模型是数据库技术中最古老、技术最成熟的数据模型。层次模型的特点是地理数据以树结构(也称为树结构)组织。结构中的节点表示数据记录，连接描述了不同节点数据之间的相关性(一对多关系)，2.5GIS空间数据模型，2，现有数据模型1。层次数据模型称为树定义，只有一个节点，即具有一棵树且没有一个父节点的根；其馀节点只有一个双亲节点的优点。将数据组织到有序结构中，以反映实际实体之间层次关系的缺点。多对多关系不能表示在不考虑实体之间的拓扑关系的情况下导致数据重复。2.5GIS空间数据模型，2，现有数据模型2。网格数据模型网格模型将数据组织到直接图形结构中，图形中的节点表示数据记录，连接描述不同节点数据之间的连接。基本特征是节点数据之间没有明确的依存关系，一个节点可以与其他多个节点相关联。也就是说，节点之间的连接是随机的，可以在任意两个节点之间接触，以表示多对一关系。2.5GIS空间数据模型，2，现有数据模型2。网格数据模型的优点：可以说明现实世界中最常见的多对多关系缺点。结构的复杂性限制了空间数据库的使用，2.5GIS空间数据模型。2，现有数据模型3。关系数据模型关系数据模型。数据的逻辑结构是满足一定条件的二维表。表具有固定的列数和随机的行数。在数学上称为“关系”。二维表是相似实体的各种属性的集合，每个实体对应于表中的行，在关系中称为元组，与一个典型的记录相同。表格中的列表示称为域的属性，对应于典型记录中的数据项。通过满足一定条件的规范化关系的集合构建了关系模型。使用SQL语言操作它。2.5GIS空间数据模型，第二，现有数据模型3。关系数据模型的优点：结构简单灵活；易于维护和理解；易于修改和更新数据；某些系统甚至使用关系数据库系统管理几何图形数据。缺点：效率低下；难以表示对象，尤其是复杂的对象。，2.5GIS空间数据模型，2，现有数据模型4。比较现有数据模型，2.5GIS空间数据模型，2，现有数据模型存储空间数据的限制1。层次数据模型GIS地理数据库的局限性1)很难说明复杂地理对象之间的连接。在描述多对多关系时，会导致物理存储的重复2)对所有对象的查询必须从根节点开始，对低层对象的查询效率低下，反向查找困难3)数据独立性严重，数据更新包含很多指针，插入和删除操作复杂，删除父节点意味着删除其下的所有子节点；4)分层命令具有流程特性，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操作命令中明确提供数据的访问路径。(5)基本上没有演绎功能和操作对象基础。2.5GIS空间数据模型，第二，现有数据模型存储空间数据的限制2。GIS地理数据库的网格数据模型的局限性1)由于网格结构的复杂性，用户查询的定位困难，用户需要熟悉数据的逻辑结构并知道自己的位置；2)网格数据操作命令具有程序特性，存在与层次模型相同的问题。3)不直接支持层次的表示法。4)基本上没有演绎功能和操作对象基础。2.5GIS空间数据模型，第二，现有数据模型存储空间数据的限制3。GIS地理数据库的关系数据模型的界限GIS分析需要综合使用图元之间的空间关系和属性数据，GIS数据库需要综合管理实体的属性数据和空间数据。2.5GIS空间数据模型，2，存储现有数据模型空间数据的限制3。关系数据模型GIS地理数据库的限制属性数据的常规RDBMS可以很好地管理，但是用于空间数据的常规DBMS仅限于1)不能递归和嵌套地描述复杂关系的层次结构和结构。模拟和操作复杂地理对象的能力很弱2)描述具有复杂结构和语义的地理对象时，必须不自然地分解地理对象，从而导致存储模式、查询路径和操作等在语义上不合理3)由于概念模式与存储模式的相互独立性和关系之间的连接实现，系统开销很大的联接任务，操作效率低下。2.5GIS空间数据模型，2，现有数据模型存储空间数据的限制3。关系数据模型GIS地理数据库中限制属性数据的公共RDBMS可以很好地管理，但是空间数据的常规DBMS有限制。4)典型的RDBMS难以存储和维护长空间数据和拓扑关系。5)典型的RDBMS很难对空间数据执行关联、连接、嵌入和嵌套等基本任务。6)普通的DBMS无法支持GIS需要的某些复杂的图形功能7)普通的RDBMS难以支持复杂的地理信息8)普通的RDBMS难以保持系统数据的完整性。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型1。面向对象的基本思想自然地划分问题区域，以更接近人类一般思维的方式建模问题区域，进行结构模拟和运动模拟，使设计的软件尽可能直接表示问题的解决过程。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型2。基本概念对象：包含数据和操作方法的独立模块，可以视为数据和操作的集成体。对象必须具有以下特征：a .必须有表示存在独立性的唯一id。一系列属性(静态属性-数据)，描述表示特定时间点状态的特性。c. C .具有表示更改对象状态(角色、功能-函数、方法)的行为的工作机制集。区分原则：寻找共同点，公用系统组件都可以是一个对象。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型2。基本概念类：共享同一组属性和方法的所有对象的集合配置类。从一组对象中抽象公用方法和属性并将其存储在类中是面向对象的核心内容。名称、长度、汇流区等的共性和查询、长度计算、汇流区等相同的工作方法结合在一起，可以抽象成河类。实例：抽象对象，类的特定对象类之一是抽象对象，实例的组合、类、实例是相对的，类和实例的关系是父子关系。类申请示例成为特定对象。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型2。基本概念消息：对对象的工作请求是连接外部世界和对象的唯一通道。方法：对象的所有操作，如用于操作对象数据的函数、命令等。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型3。面向对象的特性抽象：真实世界的简明表达。对象是抽象思维的结果。抽象思维是通过概念、判断、推理反映对象本质，揭示对象内部关联性的过程。面向对象的方法具有强大的抽象表示功能，可以将对象抽象到对象类，实现抽象数据类型，并允许用户定义数据类型。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型3。面向对象的特性包：这意味着合并对象的状态和操作，使其不受外部影响。物件的动作会与物件一起放置，因此只能以该物件本身的方式执行。一个对象不能直接作用于另一个对象的数据，而对象之间的通信只能通过消息进行。包是一种信息隐藏技术，用于将对象的用户与对象的设计者隔离开来，用户只能看到对象包界面中的信息，对象内部对用户是隐藏的。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型3。面向对象的特性多态：当同一消息接收到不同的对象时，可以解释为不同的含义。发送一般信息，实现的细节都留在接收信息的对象上。也就是说，同一操作可用于多种类型的对象，并可获得不同的结果。功能重载-多态，简化消息，但不减少功能。2.5GIS空间数据模型、3，面向对象的模型4。四个核心技术分类：将具有相同属性结构和工作方法的对象组汇总或映射到公用类的过程。对象和类的关系是“实例of”(例如城市建筑)，可以分为行政区、商业区、住宅区、文化区等几个类别。每个住宅区的门牌号码、地址、电话号码等都有相同的属性结构，但具体门牌号码、地址、电话号码等各不相同。当然，查询等工作方法是相同的。在面向对象的数据库中，您只需为每个类定义该类中每个对象的工作集，因为每个对象的属性值不相同，所以类中每个对象的属性值都单独存储。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型4。4个核心技术摘要：将相同功能和任务的类抽象到更高级别的一般父类的过程。子类是超类的特殊情况。(继承机制)子类和父类为“是”的关系(is-a)摘要可以具有任意多层摘要技术，以避免说明和存储大量重复。住宅地址、住宅编号、电话号码等是住宅类别的例证(性质)，也是父系类别建筑的例证(性质)。总结父类的属性和操作需要继承机制，继承机制是自动获取子类对象的属性操作的机制。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型4。聚合四个关键技术：将来自多个不同特性类的对象合并为更高级别的复合对象的过程。“配置”与“复合对象”的关系是“部分”(parts-of)关系。例如，医院是医疗人员、患者、门诊、住院部、道路等集合在一起的复合对象的一部分，每个具有不同属性的对象都有其自己的属性数据和操作方法。复合对象也具有唯一的属性值和操作，复合对象的操作与其组件的操作不兼容。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型4。合并四项核心技术：合并同一类型对象中具有相同属性值部分的多个对象，从而创建更高级别的集合对象的过程。成员和集合对象的关系是成员的关系。组合高亮显示整个集合对象的特征，忽略成员对象的特定细节。集合对象通过由成员对象的操作组成的成员对象生成集合数据结构。如果有3个池塘的农民使用相同的养殖方法，并养殖相同的水产品，则农民、养殖方法、养殖水产品等3个属性是相同的，因此可以组合成包含所有这3个属性的一个集合。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型5。继承面向对象的核心工具：对象类继承其他类型对象的特性和功能，子类继承父类的通用性，继承可以将父类的特性传递给中间子类以及中间子类的子类。继承服务在于一般化。继承机制减少了代码重复，减少了相互之间的接口和接口。a .仅具有一个直接父类继承的单个重新继承，每个类最多只能有一个中间父类。此限制意味着，只要子类不能同时属于多个不同的层次，它就只能属于层次。明显的层次关系b .形成多个继承，使子类具有多个直接父类的继承。多重继承可让多个父类别的属性和工作传递给子类别，而不是阶层。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型5。传播面向对象的核心工具：描述复合对象的成员对象相关性并获取成员对象属性的过程。以必要方式将成员物件的属性资讯传入复合物件。传播是指用于聚集和合并的工具复合对象的某些属性值不单独存在于数据库中，而是从子对象派生或提取，从而将子(成员)对象的属性信息强制传播到复合对象。这些任务包括：“sum，average，min，max”等国家最大的城市人口是该国所有城市人口中的最大值，一个州的面积是该省所有县面积与继承和传播的差异1)继承服务的汇总，传递作用于联合和聚合。2)继承从父项到子项，应用于类，传播由下而上直接作用于对象。3)继承包括属性和操作，但传播通常只涉及属性。4)继承是信息抑制机制，传播是必不可少的工具。2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型6。面向对象的数据模型的含义：将多个数据结构和数据模型集成抽象为面向对象的方法，以便在更高的级别上综合利用和管理，并有效说明复杂的事物或现象。具体实现是面向对象的数据结构。特征a .面向对象的模型最适合于空间数据的表示和管理，它不仅支持长记录，还支持对象的嵌套、信息的继承和聚合。b .通过允许用户定义对象和对象的数据结构和操作来提供可扩展性。c .面向对象的地理数据模型的核心是复杂对象的模拟和操作。2.5GIS空间数据模型，iii，面向对象的模型6。面向对象数据模型的语义复杂的对象和特性：表示具有复杂结构和任务的对象。复杂对象可以由多个关系集抽象、不同类型的对象组成，或者具有复杂的嵌套关系等。复合对象具有以下特征：a)复合对象由多个成员对象组成，每个成员对象可以参与其他对象的配置。b)有多种数据结构，如矢量、网格、关系表等。(5734c)一个复杂对象的多个部分可以由不同的数据模型支持，并且可以分布在不同的数据库中。3、面向对象模型6。面向对象的数据模型的语义面向对象的几何数据模型是几何分割的复杂图形，GIS中的各种地物对象由点、直线、面地物和混合组成。每个几何图形图形均可由更简单的几何图形元素组成。例如，节点的坐标传播到弧段，弧段分组为线型或小平面形状图，简单图收集或合并复合图，2.5GIS空间数据模型，3，面向对象的模型6。面向对象数据模型的语义拓扑关系和面向对象模型可以抽象每个圆弧段的两个端点，设置单独的节点对象类型，在圆弧段的数据文件中设置两个节点子对象标识号，以及使用传播工具提取节点文件中的信息。此模型解决了数据共享问题，同时建立