空間數(shù)據(jù)模型

1、1 1 1.1.地理空間與空間抽象地理空間與空間抽象 1.1地理空間與空間實體 1.2空間認知和抽象 2 2 1.11.1地理空間與空間實體地理空間與空間實體 q1.1.1地理空間概念及其描述 q1.1.2地理實體的定義與理解 q1.1.3地理空間實體的類型 q1.1.4地理空間實體的基本特征 3 3 1.1.11.1.1地理空間概念及其描述地理空間概念及其描述 （1 1）地理空間概念）地理空間概念 q一般指上至大氣電離層，下至地幔莫霍面。 q在地理信息系統(tǒng)中包括地理空間定位框架及 其所聯(lián)結(jié)的特征實體。 u定位框架定位框架：大地測量控制，由平面控制網(wǎng)和 高程控制網(wǎng)組成。 u特征實體特征實體：具

2、有形狀、屬性和時序特征的空 間對象或地理實體，包括點、線、面、曲面 和體。 4 4 （2 2）地圖對地理空間的描述）地圖對地理空間的描述 q地圖按照一定的比例、一定的投影原則有選擇 地將復(fù)雜三維現(xiàn)實世界的某些內(nèi)容投影到二維 平面媒介上，并用符號將內(nèi)容要素表現(xiàn)出來。 q在地圖學(xué)上，把地理空間的實體分為點、線、 面三種要素，分別用點狀、線狀、面狀符號來 表示。 5 5 （3 3）遙感影像對地理空間的描述）遙感影像對地理空間的描述 q遙感影像對空間信息的描述主要通過不同的顏 色和灰度來表示。 q利用遙感影像通常可以獲得多層面的信息，對 遙感信息的提取一般需要具有專業(yè)知識的人員 通過遙感解譯才能完成。

3、 6 6 地圖和遙感影像對地理空間的描述地圖和遙感影像對地理空間的描述 7 7 1.1.21.1.2地理實體的定義與理解地理實體的定義與理解 q地理實體地理實體：自然界現(xiàn)象和社會經(jīng)濟事件中不能再分 割的單元，一個具有概括性，復(fù)雜性和相對意義的 概念。 q理解理解：地理實體類別及實體內(nèi)容的確定需要從具體 需要出發(fā)。 u在全國地圖上：比例尺很小，重慶為一個點，這個點不 能再分割，可把重慶定為一個空間實體； u在重慶市地圖上：比例尺大，重慶的許多房屋，街道都 要表達出來，重慶必須再分割，不能作為一個空間實體， 應(yīng)將房屋，街道等作為研究的地理實體。 8 8 1.1.31.1.3地理空間實體的基本特征地

4、理空間實體的基本特征 q（1）空間位置特征 q（2）屬性特征 q（3）時間特征 q（4）空間關(guān)系特征 9 9 （1）空間位置特征 u空間實體在一定的坐標(biāo)系中的空間位置或幾何定位。 u包括空間實體的位置、大小、形狀和分布狀況等。 1010 （2）專題（屬性）特征 u專題特征:除時間和空間特征外的空間現(xiàn)象的 其他特征。 u如地形的坡度、坡向、某地的年降雨量、土地 酸堿度、土地覆蓋類型、人口密度、交通流量、 空氣污染程度等。 1111 （3）時間特征 u 空間實體隨著時間變化而變化的特性。 1212 （4）空間關(guān)系特征 q空間實體相互之間存在密切聯(lián)系的特性。 q空間關(guān)系包括拓撲關(guān)系、順序關(guān)系和度量

5、關(guān)系等。 1313 空間實體的基本特征空間實體的基本特征 1414 1.21.2空間認知和抽象空間認知和抽象 q1.2.1空間認知和數(shù)據(jù)模型 q1.2.2空間實體抽象的3個層次 1515 1.2.11.2.1空間認知和數(shù)據(jù)模型空間認知和數(shù)據(jù)模型 q數(shù)據(jù)模型 u對現(xiàn)實世界進行認知、簡化和抽象表達； u并將抽象結(jié)果組織成有用、能反映形式世界真 實狀況數(shù)據(jù)集的橋梁； u數(shù)據(jù)模型是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 1616 q數(shù)據(jù)模型多樣性（差異）的原因 u地理空間事物和現(xiàn)象具有復(fù)雜性； u人們認識地理空間在觀念或方法上不同； u地理信息系統(tǒng)對空間實體的抽象方式存在一定 差別。 1717 1.2.21.2.2空間

6、實體抽象的空間實體抽象的3 3個層次個層次 q地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC211）：地理 空間認知概念模式 q基本思路： u地理空間領(lǐng)域確定概念建模實現(xiàn)模式構(gòu)成。 1818 空間實體抽象的空間實體抽象的3個層次個層次 1919 q概念模型的含義 u地理空間中地理事物與現(xiàn)象的抽象概念集； u地理數(shù)據(jù)的語義解釋； u抽象的最高層。 q構(gòu)造概念模型遵循的基本原則 u語義表達能力強； u用戶與GIS軟件之間交流的形式化語言易于用 戶理解； u獨立于具體計算機實現(xiàn)； u與系統(tǒng)的邏輯模型保持同一的表達形式，不需 要任何轉(zhuǎn)換，或容易向邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。 2020 q邏輯數(shù)據(jù)模型的含義 uGIS描述概念數(shù)據(jù)

7、模型中實體及其關(guān)系的邏輯 結(jié)構(gòu)； u系統(tǒng)抽象的中間層； u用戶通過GIS看到的現(xiàn)實世界地理空間。 q邏輯數(shù)據(jù)模型建立考慮 u用戶易理解 u易于物理實現(xiàn)，易于轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)模型 q通常所稱空間數(shù)據(jù)模型即空間數(shù)據(jù)的邏輯 模型。 2121 q物理數(shù)據(jù)模型的含義 u概念數(shù)據(jù)模型在計算機內(nèi)部具體的存儲形式和 操作機制，即在物理磁盤上如何存放和存?。?u系統(tǒng)抽象的最底層。 q空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) u對邏輯數(shù)據(jù)模型描述的數(shù)據(jù)進行合理組織； u邏輯數(shù)據(jù)模型映射為物理數(shù)據(jù)模型的中間媒介。 2222 2.2.數(shù)據(jù)概念模型數(shù)據(jù)概念模型 q2.1對象模型 q2.2場模型 q2.3網(wǎng)絡(luò)模型 q2.4概念模型的選擇 2323 2

8、.12.1對象模型對象模型 q對象模型（要素模型） u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。 u每個對象對應(yīng)一組相關(guān)的屬性以區(qū)分不同的對象。 2424 q對象模型強調(diào)地理空間中的單個地理現(xiàn)象。 q對象模型適合于對具有明確邊界的地理現(xiàn)象 進行抽象建模。 u如建筑物、道路、公共設(shè)施和管理區(qū)域等人文現(xiàn) 象； u湖泊、河流、島嶼和森林等自然現(xiàn)象。 2525 q對象模型對空間要素的描述 2626 2.22.2場模型場模型 q場模型（域模型） u把地理空間中的現(xiàn)象作為連續(xù)的變量或體連續(xù)的變量或體來看 待，如地形高度。 u根據(jù)應(yīng)用不同，場可以表現(xiàn)為二維或三維。

9、u連續(xù)變化的空間現(xiàn)象難以觀察，在實際問題中， 常在有限時空范圍內(nèi)獲取足夠高精度的樣點觀 測值來表征場的變化。 2727 二維空間場模型的二維空間場模型的6 6種具體表示種具體表示 q規(guī)則分布的點 q不規(guī)則分布的點 q規(guī)則矩形區(qū) q不規(guī)則多邊形區(qū) q不規(guī)則三角形區(qū) q等值線 2828 q規(guī)則分布的點 u平面區(qū)域布設(shè)數(shù)目有限、間隔固定且規(guī)則排列 的樣點； u每個點都對應(yīng)一個屬性值，其他位置的屬性值 通過線性內(nèi)插方法求得。 2929 q不規(guī)則分布的點 u在平面區(qū)域根據(jù)需要自由選定樣點； u每個點都對應(yīng)一個屬性值，其他任意位置的屬 性值通過克里金內(nèi)插、距離倒數(shù)加權(quán)內(nèi)插等空 間內(nèi)插方法求得。 3030

10、q規(guī)則矩形區(qū) u將平面區(qū)域劃分為規(guī)則的、間距相等的矩形區(qū) 域，每個矩形區(qū)域稱作格網(wǎng)單元（grid cell）。 u每個格網(wǎng)單元對應(yīng)一個屬性值，而忽略格網(wǎng)單 元內(nèi)部屬性的細節(jié)變化。 3131 q不規(guī)則多邊形區(qū) u將平面區(qū)域劃分為簡單連通的多邊形區(qū)域，每 個多邊形區(qū)域的邊界由一組點定義； u每個多邊形區(qū)域?qū)?yīng)一個屬性常量值，而忽略 區(qū)域內(nèi)部屬性的細節(jié)變化。 3232 q不規(guī)則三角形區(qū) u將平面區(qū)域劃分為簡單連通三角形區(qū)域，三角 形的頂點由樣點定義，且每個頂點對應(yīng)一個屬 性值； u三角形區(qū)域內(nèi)部任意位置的屬性值通過線性內(nèi) 插函數(shù)得到。 3333 q等值線 u用一組等值線將平面區(qū)域劃分成若干個區(qū)域。

11、u每條等值線對應(yīng)一個屬性值，兩條等值線中間區(qū) 域任意位置的屬性是這兩條等值線的連續(xù)插值。 3434 2.32.3網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型 q網(wǎng)絡(luò)模型 u描述不連續(xù)的地理現(xiàn)象； u考慮相互連接多個地理現(xiàn)象之間的連通情況。 u可看作一種對象模型的特例，由點對象和線對 象間的拓撲關(guān)系構(gòu)成。 3535 2.42.4概念模型的選擇概念模型的選擇 3636 q概念模型的選擇概念模型的選擇主要取決于應(yīng)用要求和習(xí) 慣。 u場模型常用于具有連續(xù)空間變化趨勢的現(xiàn)象， 如海拔、溫度、土壤變化等。 u對象模型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。 u需要注意兩種模型的綜合集成問題。

12、 3737 3.3.空間數(shù)據(jù)與空間關(guān)系空間數(shù)據(jù)與空間關(guān)系 q3.1空間數(shù)據(jù)類型及其表示 q3.2空間關(guān)系 3838 3.13.1空間數(shù)據(jù)類型及其表示空間數(shù)據(jù)類型及其表示 q3.1.1空間數(shù)據(jù)類型 q3.1.2空間數(shù)據(jù)的表示 3939 3.1.13.1.1空間數(shù)據(jù)類型空間數(shù)據(jù)類型 q 幾何圖形數(shù)據(jù) u 來源于各種類型的地圖和實測幾何數(shù)據(jù)。 q 影像數(shù)據(jù) u 來源于衛(wèi)星遙感、航空遙感和攝影測量等。 q 屬性數(shù)據(jù) u 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。 4040 q地形數(shù)據(jù) u來源于地形等高線圖中的數(shù)字化，數(shù)字化高程 模型（DTM），地形表

13、面（如TIN）等。 q元數(shù)據(jù) u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)。 q智能化GIS中的規(guī)則和知識數(shù)據(jù)。 4141 3.1.23.1.2空間數(shù)據(jù)的表示空間數(shù)據(jù)的表示 q（1）點 q（2）線 q（3）面 q（4）體 4242 （1 1）點）點 點或節(jié)點、點狀實體。 4 4）角點、節(jié)點）角點、節(jié)點VertexVertex： 表示線段和弧段上的連接點。表示線段和弧段上的連接點。 1 1）實體點：）實體點：用來代表一個實體。用來代表一個實體。 2 2）注記點：）注記點：用于定位注記。用于定位注記。 3 3）內(nèi)點：）內(nèi)點：用于負載多邊形的屬性，用于負載多邊形的屬性， 存在于多邊形內(nèi)。存

14、在于多邊形內(nèi)。 4343 （2 2）線）線 1）實體長度 從起點到終點的總長 2）彎曲度 用于表示像道路拐彎時彎曲的程度。 3）方向性 如：水流方向，上游下游， 公路，單、雙向之分。 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。 4444 （3 3）面（多邊形）面（多邊形） 面狀實體的特征： 1）面積范圍 2）周長 3）獨立性或與其它地物相鄰 如中國及其周邊國家 4）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。 5）重疊性與非重疊性 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

15、。 4545 （4 4）體）體 描述三維空間中的現(xiàn)象與物體，具有長度、 寬度及高度等屬性，一般具有以下空間特征： 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。 4646 3.23.2空間關(guān)系空間關(guān)系 q3.2.1空間拓撲關(guān)系 q3.2.2順序空間關(guān)系 q3.2.3度量空間關(guān)系 4747 3.2.13.2.1空間拓撲關(guān)系空間拓撲關(guān)系 q（1）拓撲性質(zhì)與非拓撲性質(zhì) q（2）圖形要素的拓撲關(guān)系 q（3）空間實體間的拓撲關(guān)系 q（4）拓撲關(guān)系的意義 4848 （1）拓撲屬性與非拓撲屬性）拓撲屬性與非拓撲屬性 q拓撲關(guān)系 u圖形在保持連續(xù)

16、狀態(tài)下的變形（縮放、旋轉(zhuǎn)和 拉伸等），但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。 q拓撲變換 u一張高質(zhì)量無邊界的橡皮，其表面為歐氏平面， 橡皮可任意地被拉伸、壓縮，但不能被扭轉(zhuǎn)或 者折疊，表面上有由結(jié)點、弧、環(huán)和區(qū)域組成 的任意可能的圖形。 u對這塊橡皮進行任意地拉伸、壓縮，在橡皮形 狀的變換中，圖形原有的一些屬性得到保留， 而有些屬性會失去或發(fā)生變化。 4949 q拓撲屬性 u經(jīng)拓撲變換發(fā)生變化（消失）的為非拓撲屬性非拓撲屬性， 不發(fā)生變化（保留）的為拓撲屬性拓撲屬性。 u如“點在多邊形內(nèi)”在變換前后不會發(fā)生變化， 即可知道“點的內(nèi)置”為拓撲屬性。 5050 判斷以下實體對象具有的是拓撲屬性還是非拓撲屬性？

17、1.一個點在一個弧段的端點； 2.一個弧段是一個簡單弧段（弧段自身不相交）； 3.一個點在一個區(qū)域的邊界上； 4.一個點在一個區(qū)域的內(nèi)部； 5.一個點在一個區(qū)域的外部； 6.一個點在一個環(huán)的內(nèi)部； 7.兩點之間的距離；8.一個點指向另一個點的方向； 9.弧段的長度；10.一個區(qū)域的周長； 11.一個區(qū)域的面積 。 5151 （2）圖形要素的拓撲關(guān)系）圖形要素的拓撲關(guān)系 q鄰接關(guān)系：空間圖形中同類元素之間的拓撲 關(guān)系。 u多邊形之間：P1與P2、P4，P4與P1、P2、P3； u結(jié)點之間：N1與N2、N3。 5252 q關(guān)聯(lián)關(guān)系：空間圖形中不同類元素之間的拓撲 關(guān)系。 u結(jié)點與弧段間：N1與A1

18、、A2、A3； u弧段與多邊形間：A1與P1， A2與P1， P4 ； u弧段與結(jié)點間：A2與N1、N3等； u多邊形與弧段間：P1與A1、A2、A7。 5353 q包含關(guān)系：空間圖形中不同類或同類但不 同級元素之間的拓撲關(guān)系。 u如多邊形P4中包含P3。 5454 q連通關(guān)系：空間圖形中弧段之間的拓撲關(guān) 系。 u如A1與A2、A6和A7連通。 5555 拓撲關(guān)系的關(guān)系表拓撲關(guān)系的關(guān)系表 5656 5757 （3）空間實體間的拓撲關(guān)系）空間實體間的拓撲關(guān)系 5858 （4 4）拓撲關(guān)系的重要意義）拓撲關(guān)系的重要意義 q 拓撲關(guān)系能清楚地反映實體之間的邏輯 結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何坐標(biāo)關(guān)系有更大的穩(wěn)

19、定性，不隨投影變換而變化。 Longitude/Latitude投影 Gauss-Krivger投影 5959 q利用拓撲關(guān)系有利于空間要素的查詢。 u如某縣與哪些縣鄰接； u某河流能為哪些地區(qū)的居民提供水源。 q根據(jù)拓撲關(guān)系重建地理實體。 u如根據(jù)弧段構(gòu)建多邊形，實現(xiàn)道路的選取，進 行最佳路徑的選擇等。 6060 3.2.23.2.2順序空間關(guān)系順序空間關(guān)系 q順序空間關(guān)系 u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。 u由于其復(fù)雜性，目前實體間順序空間關(guān)系的構(gòu) 建尚沒有很好的解決方法。 6161 6262 3.2.33.2.3度量空間關(guān)系度量空間關(guān)系

20、 q度量空間關(guān)系 u空間實體間的距離關(guān)系。 u距離的度量可以是定量，也可應(yīng)用遠近等定性 描述。 u在GIS中，一般不明確描述度量空間關(guān)系。 6363 4.4.空間邏輯數(shù)據(jù)模型空間邏輯數(shù)據(jù)模型 q4.1矢量數(shù)據(jù)模型 q4.2柵格數(shù)據(jù)模型 q4.3矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型 q4.4鑲嵌數(shù)據(jù)模型 q4.5面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 6464 q空間數(shù)據(jù)邏輯模型 u概念模型向物理模型轉(zhuǎn)換的橋梁； u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。 q邏輯模型的類型 u矢量數(shù)據(jù)模型 u柵格數(shù)據(jù)模型 u矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型 u鑲嵌數(shù)據(jù)模型 u面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 6565 4.

21、14.1矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型 q起源于“Spaghetti模型”，適合于用對象 模型抽象的地理空間對象。 6666 q實體的矢量數(shù)據(jù)模型表示 u點實體用一對空間坐標(biāo)表示,二維空間中對應(yīng)為 （x，y）； u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）； u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）。 u每一個實體都給定一個惟一標(biāo)識符（Identifier） 來標(biāo)識該實體。 6767 q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

22、影變換以及輸出到筆式繪圖儀上或視頻顯 示器上。 6868 q在矢量數(shù)據(jù)模型中可以明確地描述圖形要 素間的拓撲關(guān)系。 q在具有拓撲關(guān)系的矢量數(shù)據(jù)模型中，多邊 形邊界被分割成一系列的弧段和結(jié)點。結(jié) 點、弧段和多邊形之間的拓撲關(guān)系在拓撲 關(guān)系表中。 q與Spaghetti模型相比，相鄰多邊形間的公 共邊界僅需表達一次，減少了描述的數(shù)據(jù) 量，且避免了雙重邊界不能精確重合的問 題。 6969 q矢量數(shù)據(jù)模型中，空間實體現(xiàn)象由點、線 和面等原型實體及其集合來表示。 q觀察的尺度或者概括的程度影響著使用原 型的種類。 u在小比例尺圖中，城鎮(zhèn)對象可用點表示，道路 和河流由線表示。 u在較大比例尺圖中，城鎮(zhèn)被表

23、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。 7070 4.24.2柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 q柵格數(shù)據(jù)模型比較適宜于用場模型抽象的空間 對象，采用面域或空域的枚舉來直接描述空間 實體。 q柵格可用數(shù)字矩陣表示，地理空間坐標(biāo)隱含在 矩陣的行列上。 7171 q在柵格數(shù)據(jù)模型中， u點實體是一個柵格單元（cell）或像元; u線實體由一串彼此相連的像元構(gòu)成; u面實體由一系列相鄰的像元構(gòu)成，像元的大小 一致。 7272 q每個像元對應(yīng)于一個表示該實體屬性的值。 q若需描述統(tǒng)一地理空間的不同屬性，可按不 同屬性將數(shù)據(jù)分層，每層描述一種屬性。 q當(dāng)柵格單元太粗糙，未能與空間目標(biāo)相吻

24、合 時，就會丟失某些高分辨率情況下的細節(jié)信 息。 q柵格單元的形狀通常是正方形或矩形。 7373 q柵格的空間分辨率：一個像元在地面所代表 的實際面積大小。 u面積為100km2的區(qū)域，以10m分辨率表示需要 1000010000個柵格，即1億個像元。如每個像元 占一個計算機存儲單元，即一個字節(jié)（Byte）， 則這幅圖像要占用100兆字節(jié)存儲空間。 7474 q在柵格數(shù)據(jù)模型中，選擇空間分辨率時必 須考慮存儲空間和處理時間之間的關(guān)系。 同時，需要籍助相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組 織數(shù)據(jù)并壓縮數(shù)據(jù)量，以節(jié)省存儲空間。 7575 q柵格數(shù)據(jù)模型優(yōu)點 u不同類型的空間數(shù)據(jù)層可以進行疊加操作，不 需要經(jīng)過復(fù)

25、雜的幾何計算。 q缺點 u對于一些變換、運算，如比例尺變換、投影變 換等則操作不太方便。 7676 4.34.3矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型 q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。 q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，有利于地理空 間現(xiàn)象的統(tǒng)一表達。 7777 q在矢量柵格數(shù)據(jù)模型中，對地理空間實 體同時按矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型來 表述。 u面狀實體邊界采用矢量數(shù)據(jù)模型描述，其內(nèi)部 采用柵格數(shù)據(jù)模型表達； u線狀實體一般采用矢量數(shù)據(jù)模型表達，同時將 線所經(jīng)過位置以柵格單元進行充填； u點實體同時描述其空間坐標(biāo)以及柵格單元位

26、置。 7878 q矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點 u保留有矢量數(shù)據(jù)模型的全部特性，空間實體具 有明確的位置信息，并能建立和描述拓撲關(guān)系； u建立柵格與實體的聯(lián)系，明確柵格與實體的對 應(yīng)關(guān)系。 7979 q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。 8080 4.44.4鑲嵌數(shù)據(jù)模型鑲嵌數(shù)據(jù)模型 q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。 q通常需要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。 q小面塊間不重疊且能完整鋪滿整個地理空間。 q

27、根據(jù)面塊的形狀，鑲嵌數(shù)據(jù)模型可分為 u規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型； u不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型。 8181 q規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型 u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。 u在實際應(yīng)用中，采用正方形或矩形進行地理空 間的劃分。 q構(gòu)造規(guī)則鑲嵌的具體做法 u用數(shù)學(xué)手段將一個鋪蓋網(wǎng)格疊置在所研究的區(qū) 域上，把連續(xù)的地理空間離散為互不覆蓋的面 塊單元(網(wǎng)格)。 8282 q規(guī)則網(wǎng)格系統(tǒng)的主要優(yōu)點 u每個網(wǎng)格單元表示二維空間的一個位置，能方 便地遍歷這種結(jié)構(gòu)。 u以矩陣形式存儲的數(shù)據(jù)具有隱式坐標(biāo)，不需要 進行坐標(biāo)數(shù)字化； u方便實現(xiàn)多要素的疊置分析。 8383 q不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型:用來進行鑲嵌的小面塊 具

28、有不規(guī)則的形狀或邊界。 q最典型的不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型有 uVoronoi圖（Thiessen多邊形）； u不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangular Irregular Network，TIN）模 型。 q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。 8484 TINTIN和和VoronoiVoronoi多邊形數(shù)據(jù)模型多邊形數(shù)據(jù)模型 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 8585 qVoronoi多邊形特點 u組成多邊形的邊總是與兩相鄰樣點的連線垂直； u多邊形內(nèi)的任何位置總是離該多邊形內(nèi)樣點的距 離最近，離相鄰多邊形內(nèi)樣

29、點的距離遠； u每個多邊形內(nèi)包含且僅包含一個樣點。 8686 q以Voronoi多邊形內(nèi)的 樣點屬性作為整個多 邊形區(qū)域的屬性。 q只要給定具有若干空 間離散點，根據(jù)多邊 形構(gòu)造方法就可獲得 完整覆蓋地理區(qū)域的 Voronoi多邊形。 8787 qVoronoi多邊形的邏輯數(shù) 據(jù)模型包括： uVoronoi多邊形頂點位置； uVoronoi多邊形各邊與頂點 連接關(guān)系； u多邊形間的連接關(guān)系； uVoronoi多邊形包含的樣點。 8888 qTIN采用不規(guī)則的三角 網(wǎng)形成對地理空間的完 整覆蓋。 q在TIN模型中，樣點的 位置控制三角形的頂點， 這些三角形盡可能接近 等邊。 qTIN能較好的表達

30、地理 現(xiàn)象的空間變化，如地 形表面可用三角網(wǎng)擬合。 8989 q三角網(wǎng)的優(yōu)點三角網(wǎng)的優(yōu)點 u三角形大小隨樣點密度的 變化自動變化。當(dāng)樣點密 集時生成的三角形小，樣 點較稀時三角形較大。 uTIN可表示不連續(xù)地理現(xiàn)象， 如用TIN表示地形的變化， 將懸崖、斷層、海岸線、 山谷山脊線等作為約束條 件，可構(gòu)造約束TIN。 9090 qTIN的邏輯數(shù)據(jù)模型包括： u各三角形頂點位置和屬性； u頂點與三角形的連接關(guān)系； u三角形的連接關(guān)系。 9191 q不規(guī)則格網(wǎng)的優(yōu)點不規(guī)則格網(wǎng)的優(yōu)點 u可以消除數(shù)據(jù)冗余，格網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可適應(yīng)數(shù)據(jù)的 實際分布。 u為一種變化分辨率的模型，多邊形的大小和密 度在空間上可變動。

31、 u不規(guī)則格網(wǎng)能進行調(diào)整，以反映空間每一個區(qū) 域中數(shù)據(jù)事件的密度。 u單元的大小、形狀和走向反映數(shù)據(jù)元素本身的 大小、形狀和走向。 9292 4.54.5面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 q面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒枋?空間實體及其相互關(guān)系，適合于采用對象 模型抽象和建模的空間實體的表達。 q面向?qū)ο蠹夹g(shù)的核心是 u對象（object）； u類（class）。 9393 q對象 u地理空間的實體或現(xiàn)象，為系統(tǒng)的基本單位。 u如多邊形地圖上的一個結(jié)點或一條弧段； u一條河流或一個宗地。 9494 q一個對象由描述該對象狀態(tài)的一組數(shù)據(jù)和 表達它的行為的一組操作（方法）組成。 u如河流的坐標(biāo)

32、數(shù)據(jù)描述它的位置和形狀，河流 的變遷表達它的行為。 q每個對象都有一個惟一的標(biāo)識號（Object ID）作為識別標(biāo)志。 9595 q類類 u具有部分系統(tǒng)屬性和方法的一組對象的集合， 是這些對象的統(tǒng)一抽象描述； u其內(nèi)部包括屬性和方法兩個主要部分。 q類是對象的共性抽象，對象則是類的實例。 q如：車公共汽車卡車轎車摩托車 自行車 9696 q屬于同一類的所有對象共享相同的屬性和 方法，同時也可具有類之外的自身特有的 屬性和方法。 9797 q類的共性抽象構(gòu)成超類（super-class），類 成為超類的一個子類，表示為“is-a”的關(guān)系。 9898 q面向?qū)ο蠓椒▽ο蟮膶傩院头椒ㄟM行封 裝（e

33、ncapsulation），同時還具有 u分類（classification）； u概括（generalization）； u聚集（aggregation）； u聯(lián)合（association）等對象抽象技術(shù)以及 u繼承（inheritance）； u傳播（propagation）等強有力的抽象工具。 9999 q分類分類 u把具有部分相同屬性和方法的實體對象進行歸 類抽象的過程。 u如將城市管網(wǎng)中的供氣管、給水管、有線電視 電纜等都作為類。 100100 q概括概括 u把具有部分相同屬性和方法的類進一步抽象為 超類的過程； u如將供水管線、供熱管線等概括為“管線”超 類，它具有各類管線所共有的

34、“材質(zhì)”、“管 徑”等屬性，也有“檢修”等操作。 101101 q聯(lián)合聯(lián)合 u把一組屬于同一類中的若干具有部分相同屬性 的對象組合起來，形成一個新的集合對象的過 程。 u聯(lián)合不同于概括，概括是對類的進一步抽象得 到超類，而聯(lián)合是對類中的具體對象進行合并 得到新的對象。 如在供水管線類中，某些管線段進行了防腐處理， 則可把它們聯(lián)合起來構(gòu)成“防腐供水管類”。 102102 q聚集聚集 u把一組屬于不同類中的若干對象組合起來，形 成一個更高級別的復(fù)合對象的過程。 u如將地籍權(quán)屬界線與內(nèi)部建筑物聚集為“宗地” 類。 103103 q繼承繼承 u一種服務(wù)于概括的語義工具。 u在上述概括的概念中，子類的某

35、些屬性和操作 來源于它的超類。 u例如飯店類是建筑物類的子類，它的一些操作 如顯示和刪除對象等，以及一些屬性如房主、 地址、建筑日期等是所有建筑物共有的，僅在 建筑物類中定義它們，飯店類則繼承這些屬性 和操作。 104104 q繼承有單一繼承和多方繼承。 u單一繼承是指子類僅有一個直接的父類，而多 方繼承允許多于一個直接父類。 u多方繼承的現(xiàn)實意義是子類的屬性和操作可以 是多個父類的屬性和操作的綜合。 105105 u地理空間實體表達中經(jīng)常會遇到多方繼承的問題。 以交通和水系為例（如后頁圖所示） 交通線進行分類得到“人工交通線”、“自然交通 線”， 水系經(jīng)分類得到“河流”、“湖泊”等子類。 “

36、運河”作為“人工交通線”和“河流”的子類，將 同時繼承“交通線”、“水系”的屬性和方法。 106106 交通線交通線 人工交通線人工交通線自然交通線自然交通線 公路公路運河運河 水系水系 湖泊湖泊河流河流 可通航河可通航河 流流 不可通航河不可通航河 流流 多方繼承示例多方繼承示例 107107 q傳播傳播 u傳播是作用于聯(lián)合和聚集的語義工具，它通過 一種強制性的手段將子對象的屬性信息傳播給 復(fù)雜對象。 u復(fù)雜對象的某些屬性值不單獨描述，而是從它 的子對象中提取或派生。 如一個多邊形的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并不直接表達，而 是在弧段和結(jié)點中表達； 多邊形僅提供一種組合對象的功能和機制，借助于 傳播的工

37、具可得到多邊形的位置信息。 108108 礦山對象礦山對象 地面對象地面對象管網(wǎng)對象管網(wǎng)對象地層對象井巷對象 覆蓋對象供水網(wǎng)第四系立井對象 樹林 草坪 池塘 曬場 建筑對象 礦建類 民建類 道路對象 辦公樓 礦燈房 澡堂 民房 機井 鐵路 公路 田間道 總管 支管 入樓管 入戶管 排水網(wǎng) 熱力網(wǎng) 煤氣網(wǎng) 表土 沙礫 基底 一組煤 頂板 一煤 底板 N組煤 頂板 N煤 底板 主井 副井 風(fēng)井 開拓體系 車場 大巷 石門 采區(qū)體系 上山 平巷 石門 采面 運輸巷 回風(fēng)巷 開切眼 采面 復(fù)合對象 復(fù)合對象 集合對象 類 集合對象 類/子類 集合對象 類 超類 子類 礦山實體的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型體系礦山實體的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型體系 109109 Open GISOpen