空间数据模型.ppt

1、1,第3章 空间数据模型,2,第3章 空间数据模型,主要内容： 1 数据概念模型 （掌握） 对象模型、场模型、网络模型和概念模型的选择； 2 空间逻辑数据模型 （理解） 矢量数据模型、栅格数据模型、矢量和栅格一体化数据模型、镶嵌数据模型，面向对象数据模型,空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。,3,第1节 地理空间与空间抽象,1.1 地理空间与空间实体,地理空间是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和智慧泉交互作用的区域。,空间实体是对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的结果。,4,空间实体的

2、基本特征,空间位置特征 表示实体的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称定位特征或几何特征，一般用坐标数据表示。 属性特征 表示实体的非空间特征或专题特征。如名称、分类、质量特征和数量特征等。 时间特征 描述实体随时间的变化，其变化的周期有超短周期的、短期的、中期的、长期的和超长期的。 空间关系特征 空间实体之间的空间关系包括拓扑关系、顺序关系和度量关系等,5,1.2 空间认知和抽象,现实世界,6,第2节 数据概念模型,对象模型,场模型,网络模型,概念模型,7,2.1 对象模型（feature model）,将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。

3、,空间要素必须符合三个条件：,（1）可被标识； （2）在观察中的重要程度 （3）有明确的特征可被描述,8,对象模型对空间要素的描述,地理空间 空间要素,分类,几何坐标,非空间属性,空间关系,非空间关系,时间,9,2.2 场模型（field model）,场的特征 空间结构特征和属性域 连续的、可微的、离散的 各向同性和各向异性 空间自相关,把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域的流速和方向等。,10,要素模型和场模型的比较,11,2.3 网络模型,网状模型将数据组织成有向图结构。结构中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间

4、的关系。有向图（Digraph）的形式化定义为： Digraph = (Vertex,Relation) 其中Vertex为图中数据元素（顶点）的有限非空集合；Relation是两个顶点（Vertex）之间的关系的集合。,12,13,第3节 空间数据与空间关系,3.1 空间数据类型及其表示,空间数据类型,几何图形数据,影像数据,属性数据,地形数据,元数据,14,空间数据的表示,点,线,面,体,15,（1） 点,有位置，无方向、宽度和长度； 抽象的点,美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置,16,（2 ）线,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

5、较多 度量实体距离,香港城市道路网分布,17,（3 ）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）,18,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。,19,（4 ）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,香港理工大学校园建筑,20,3.2 空间关系,空间关系,拓扑关系,顺序关系,度量关系,21,（1） 地理空间数据的拓扑关系,关于空间数据的拓扑关系 拓扑结构是明确定义

6、空间数据结构关系的一种数学方法，在地理信息系统中不但用于空间数据的编辑和组织，在空间数据的分析与应用中都具有重要意义。 拓扑变量与不变量 拓扑（Topology）一词来自于希腊文，意为“形状的研究”。研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性拓扑属性。,22,拓扑邻接： 元素之间的拓扑关系。 拓扑关联： 元素之间的拓扑关系。 拓扑包含： 元素之间的拓扑关系。 拓扑连通： 之间的拓扑关系。,1) 地理空间数据的拓扑关系,不 同 类,同 类,不同类或同类不同级,弧 段,23,拓扑邻接：N1/N2 ,N1/N3 ,N1/N4 ;P1/P3 ;P2/P3 拓扑关联：N1/1、3 、6 ；P1/1、5 、6

7、 拓扑包含：P3与P4,24,点点,点线,点面,线面,面面,线线,25,2) 地理空间数据拓扑关系应用价值,（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离 （2）利于空间要素查询 （3）重建地理实体,26,面域与弧段的拓扑关系 面 域弧 段 P1a, b, c, -g P2b, d, f P3c, f, e P4g,结点与弧段的拓扑关系 结 点弧 段 Aa, c, e Ba, d, b Cd, e, f Db, f, c Eg,弧段与结点的拓扑关系 弧 段结 点 aA , B bB , D cD , A dB , C eC , A fC , D gE , E,弧段与面域的拓扑关系 弧段 左

8、邻面 右邻面 bP2 P1 cP3 P1 dP0 P2 eP0 P3 fP3 P2 gP1,3)地理空间数据拓扑关系的表示,27,(2)地理空间信息的顺序关系,顺序关系：地理事物在空间中的相互方位和排列顺序。 描述空间实体的方向关系，对于点状空间实体只要计算两点之间的连线与某一基准方向的夹角即可，该夹角称为连线的方位角。基准方向通常有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵线方向三种。 同样计算点状和线状空间实体、点状和面状空间实体时，只需将线状和面状空间实体视为由它们的中心所形成的点状实体，然后按点状实体来求解方向关系即可。,28,（3）地理空间信息的度量关系,度量空间关系主要是指空间对象之间的距

9、离关系。 这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离，如A实体距离B实体100m。也可以应用与距离概念相关的术语，如远近等进行定性的描述。,29,第4节 空间逻辑数据模型,空间逻辑数据模型,矢量数据模型,栅格数据模型,矢栅一体化数据模型,镶嵌数据模型,面向对象数据模型,30,4.1 矢量数据模型,点（Point）：又称为元素（Element），是一个数据点，具有一对（x、y）坐标和至少一个属性。 线（Line）：是具有相同属性的点的轨迹，由一个坐标对序列表示，坐标对顺序与线的开头有关，线上每个点有不多于二个邻点。 面（Area）：是具有相同属性的点的轨迹，以（x、y）坐标对的集合表示，起

10、点坐标与终点坐标相同，面内点具有至少一个相同属性。 区域（Region）：空间上相邻或重叠的点、线、面要素可以按一定的地理意义组成区域。,31,（1）空间实体的特征信息与属性信息一起组织存储时：,点用不同符号来表示。 线用颜色不同、粗细不等、样式不同的线表示。 面可以填充不同的颜色和图案来表示。,（2）可以明确地描述图形要素间的拓扑关系。 （3）空间实体现象是由点、线、面等原型实体及其集合来表示。,32,4.2 栅格数据模型,点,线,面,33,点是一个栅格单元或像元。 线是由一串彼此相连的像元构成。 面则由一系列相邻的像元构成。 像元的大小一致！,分辨率是指一个像元在地面所代表的实际面积大小。

11、,对于一个面积为100km2区域，以10m的分辨率来表示，需要 ？ 个栅格。,10001000,34,注意上面左右两图中的对应关系。 8是属性代码为8的一个点； 2是属性代码为2的一条线； 5是属性代码为5的面；,y,8,x,2,5,35,4.3 矢量-栅格一体化数据模型,对地理空间实体同时按矢量数据模型和栅格数据模型来表述。,面状实体边界采用矢量数据模型描述，而内部采用栅格数据模型表达。,线状实体一般采用矢量数据模型表达，同时将所经过的位置以栅格单元进行填充；,点状实体同时描述其空间坐标以及栅格单元位置；,36,256,256,本质上是以栅格为基础的数据模型。,37,4.4镶嵌数据模型,采用规则或不规则的小面块集合来逼近自然界不规则的地理单元，适合用场模型抽象的地理现象。,规则镶嵌数据模型如格网,不规则镶嵌数据模型如Thiessen多边形,38,4.5