地理信息系統(tǒng) 第三章地理空間數(shù)據(jù)模型

1、第二部分第二部分 第三章第三章 地理空間數(shù)據(jù)模型地理空間數(shù)據(jù)模型概念概念基本特征和描述基本特征和描述分類和分層分類和分層空間數(shù)據(jù)索引空間數(shù)據(jù)索引空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型3.1 3.1 地理空間數(shù)據(jù)模型地理空間數(shù)據(jù)模型概念概念空間數(shù)據(jù)組織空間數(shù)據(jù)組織柵格柵格矢量矢量DEM無拓?fù)潢P(guān)系無拓?fù)潢P(guān)系有拓?fù)潢P(guān)系有拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則格網(wǎng)規(guī)則格網(wǎng)TIN簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)高級(jí)數(shù)據(jù)高級(jí)數(shù)據(jù)區(qū)域區(qū)域動(dòng)態(tài)分段動(dòng)態(tài)分段3.2 3.2 基本特征和描述基本特征和描述空間位置特征空間位置特征：對(duì)地理實(shí)體或現(xiàn)象的分：對(duì)地理實(shí)體或現(xiàn)象的分布位置、幾何特征和空間關(guān)系的定義。布位置、幾何特征和空間關(guān)系的定義。空間屬性特征空間屬性特征：對(duì)地理

2、實(shí)體或現(xiàn)象的屬：對(duì)地理實(shí)體或現(xiàn)象的屬性定義和說明信息。性定義和說明信息。時(shí)間特征時(shí)間特征：地理實(shí)體或現(xiàn)象的時(shí)間尺度，：地理實(shí)體或現(xiàn)象的時(shí)間尺度，隨時(shí)間變化的特征。隨時(shí)間變化的特征?？臻g數(shù)據(jù)描述的內(nèi)容空間數(shù)據(jù)描述的內(nèi)容編碼編碼用于區(qū)別不同的實(shí)體，有時(shí)同一個(gè)實(shí)體在不同的時(shí)間用于區(qū)別不同的實(shí)體，有時(shí)同一個(gè)實(shí)體在不同的時(shí)間具有不同的編碼，如上行和下行的火車。具有不同的編碼，如上行和下行的火車。編碼通常包括分類碼和識(shí)別碼。分類碼標(biāo)識(shí)實(shí)體所屬的類別，編碼通常包括分類碼和識(shí)別碼。分類碼標(biāo)識(shí)實(shí)體所屬的類別，識(shí)別碼對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)識(shí)別碼對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)

3、體。體。位置位置通常用坐標(biāo)值的形式通常用坐標(biāo)值的形式(或其它方式或其它方式)給出實(shí)體的空間位給出實(shí)體的空間位置。置。類型類型指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類型，或由哪些實(shí)體指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類型，或由哪些實(shí)體類型組成。類型組成。行為行為指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。屬性屬性指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車流量、交通規(guī)則等。路面質(zhì)量、車流量、交通規(guī)則等。說明說明用于說明實(shí)體數(shù)據(jù)的來源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。用于說明實(shí)體數(shù)據(jù)的來源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。關(guān)系關(guān)系與其它實(shí)體的關(guān)系

4、信息。與其它實(shí)體的關(guān)系信息。3.3 3.3 分類編碼和數(shù)據(jù)分層分類編碼和數(shù)據(jù)分層空間數(shù)據(jù)的分類、分層和空間索引是空間數(shù)據(jù)的分類、分層和空間索引是GIS空間數(shù)據(jù)組織的重要方式和內(nèi)容空間數(shù)據(jù)組織的重要方式和內(nèi)容l分類是編碼之依據(jù)分類是編碼之依據(jù)l分層是分類的結(jié)果分層是分類的結(jié)果l空間索引建立了空間實(shí)體坐標(biāo)系和屏幕間關(guān)空間索引建立了空間實(shí)體坐標(biāo)系和屏幕間關(guān)系，是快速選取空間實(shí)體的基礎(chǔ)系，是快速選取空間實(shí)體的基礎(chǔ)分類和分級(jí)分類和分級(jí)分類將具有共同的分類將具有共同的屬性屬性或特征的事物或或特征的事物或現(xiàn)象歸并在一起，而把不同屬性或特征現(xiàn)象歸并在一起，而把不同屬性或特征的事物或現(xiàn)象分開的過程。的事物或現(xiàn)象

5、分開的過程。分類是人類分類是人類思維所固有的一種活動(dòng)，是認(rèn)識(shí)事物的思維所固有的一種活動(dòng)，是認(rèn)識(shí)事物的一種方法。一種方法。分級(jí)是對(duì)事物或現(xiàn)象的分級(jí)是對(duì)事物或現(xiàn)象的數(shù)量數(shù)量或或特征特征進(jìn)行進(jìn)行等級(jí)的劃分，主要包括確定分級(jí)數(shù)和分等級(jí)的劃分，主要包括確定分級(jí)數(shù)和分級(jí)界線。級(jí)界線。線分類法：（層次分類法）耕地71園地 72林地 73牧草地74居民點(diǎn)及公礦用地 75交通用地75水域 76未利用地 77土地利用類型7有林地 731灌木地 732疏林地733跡地 735針葉樹疏林地7331闊葉樹疏林地7332未成林林地734面分類法分類的基本原則分類的基本原則科學(xué)性科學(xué)性：選擇事物或現(xiàn)象最穩(wěn)定的屬性和特征：選

6、擇事物或現(xiàn)象最穩(wěn)定的屬性和特征作為分類的依據(jù)。作為分類的依據(jù)。系統(tǒng)性系統(tǒng)性：應(yīng)形成一個(gè)分類體系，低級(jí)的類應(yīng)能：應(yīng)形成一個(gè)分類體系，低級(jí)的類應(yīng)能歸并到高級(jí)的類中。歸并到高級(jí)的類中?？蓴U(kuò)性可擴(kuò)性：應(yīng)能容納新增加的事物和現(xiàn)象，而不：應(yīng)能容納新增加的事物和現(xiàn)象，而不致于打亂已建立的分類系統(tǒng)。致于打亂已建立的分類系統(tǒng)。實(shí)用性實(shí)用性：應(yīng)考慮對(duì)信息分類所依據(jù)的屬性或特：應(yīng)考慮對(duì)信息分類所依據(jù)的屬性或特征的獲取方式和獲取能力。征的獲取方式和獲取能力。兼容性兼容性：應(yīng)與有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。：應(yīng)與有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。確定分級(jí)數(shù)的基本原則確定分級(jí)數(shù)的基本原則分級(jí)數(shù)應(yīng)符合數(shù)值估計(jì)精度的要求。分級(jí)數(shù)多，分級(jí)數(shù)應(yīng)符合數(shù)值

7、估計(jì)精度的要求。分級(jí)數(shù)多，數(shù)值估計(jì)的精度就高。數(shù)值估計(jì)的精度就高。分級(jí)數(shù)應(yīng)顧及可視化的效果。等級(jí)的劃分在分級(jí)數(shù)應(yīng)顧及可視化的效果。等級(jí)的劃分在GIS中中要以圖形的方式表示出來，根據(jù)人對(duì)符號(hào)等級(jí)的要以圖形的方式表示出來，根據(jù)人對(duì)符號(hào)等級(jí)的感受，分級(jí)數(shù)應(yīng)在感受，分級(jí)數(shù)應(yīng)在47級(jí)。級(jí)。分級(jí)數(shù)應(yīng)符合數(shù)據(jù)的分布特征。對(duì)于呈明顯聚群分級(jí)數(shù)應(yīng)符合數(shù)據(jù)的分布特征。對(duì)于呈明顯聚群分布的數(shù)據(jù)，應(yīng)以數(shù)據(jù)的聚群數(shù)作為分級(jí)數(shù)。分布的數(shù)據(jù)，應(yīng)以數(shù)據(jù)的聚群數(shù)作為分級(jí)數(shù)。在滿足精度的前提下，應(yīng)盡可能選擇較少的分級(jí)在滿足精度的前提下，應(yīng)盡可能選擇較少的分級(jí)數(shù)。數(shù)。確定分級(jí)界線的基本原則確定分級(jí)界線的基本原則保持?jǐn)?shù)據(jù)的分布特征。

8、使級(jí)內(nèi)差異盡可保持?jǐn)?shù)據(jù)的分布特征。使級(jí)內(nèi)差異盡可能小，各級(jí)代表值之間的差異應(yīng)盡可能能小，各級(jí)代表值之間的差異應(yīng)盡可能大。大。在任何一個(gè)等級(jí)內(nèi)都必須有數(shù)據(jù)，任何在任何一個(gè)等級(jí)內(nèi)都必須有數(shù)據(jù)，任何數(shù)據(jù)都必須落在某一個(gè)等級(jí)內(nèi)。數(shù)據(jù)都必須落在某一個(gè)等級(jí)內(nèi)。盡可能采用有規(guī)則變化的分級(jí)界線。盡可能采用有規(guī)則變化的分級(jí)界線。分級(jí)界線應(yīng)當(dāng)湊整。分級(jí)界線應(yīng)當(dāng)湊整?？臻g數(shù)據(jù)的編碼空間數(shù)據(jù)的編碼空間數(shù)據(jù)的編碼是指確定屬性數(shù)據(jù)的代空間數(shù)據(jù)的編碼是指確定屬性數(shù)據(jù)的代碼的方法和過程。代碼是一個(gè)或一組有碼的方法和過程。代碼是一個(gè)或一組有序的易于被計(jì)算機(jī)或人識(shí)別與處理的符序的易于被計(jì)算機(jī)或人識(shí)別與處理的符號(hào)，是計(jì)算機(jī)鑒別和查

9、找信息的主要依號(hào)，是計(jì)算機(jī)鑒別和查找信息的主要依據(jù)和手段。編碼的直接產(chǎn)物就是代碼，據(jù)和手段。編碼的直接產(chǎn)物就是代碼，而分類分級(jí)則是編碼的基礎(chǔ)。而分類分級(jí)則是編碼的基礎(chǔ)。代碼的功能代碼的功能鑒別鑒別代碼代表對(duì)象的名稱，是鑒別對(duì)象的代碼代表對(duì)象的名稱，是鑒別對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)。唯一標(biāo)識(shí)。分類分類當(dāng)按對(duì)象的屬性分類，并分別賦予不當(dāng)按對(duì)象的屬性分類，并分別賦予不同的類別代碼時(shí)，代碼又可作為區(qū)分分類對(duì)象同的類別代碼時(shí)，代碼又可作為區(qū)分分類對(duì)象類別的標(biāo)識(shí)。類別的標(biāo)識(shí)。排序排序當(dāng)按對(duì)象產(chǎn)生的時(shí)間、所占的空間或當(dāng)按對(duì)象產(chǎn)生的時(shí)間、所占的空間或其它方面的順序關(guān)系排列，并分別賦予不同的其它方面的順序關(guān)系排列，并分別賦

10、予不同的代碼時(shí)，代碼又可作為區(qū)別對(duì)象排序的標(biāo)識(shí)。代碼時(shí)，代碼又可作為區(qū)別對(duì)象排序的標(biāo)識(shí)。編碼的基本原則編碼的基本原則唯一性唯一性一個(gè)代碼只唯一地表示一類對(duì)象。一個(gè)代碼只唯一地表示一類對(duì)象。合理性合理性代碼結(jié)構(gòu)要與分類體系相適應(yīng)。代碼結(jié)構(gòu)要與分類體系相適應(yīng)?？蓴U(kuò)性可擴(kuò)性必須留有足夠的備用代碼，以適應(yīng)必須留有足夠的備用代碼，以適應(yīng)擴(kuò)充的需要。擴(kuò)充的需要。簡(jiǎn)單性簡(jiǎn)單性結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度應(yīng)盡量短。結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度應(yīng)盡量短。適用性適用性代碼應(yīng)盡可能反映對(duì)象的特點(diǎn)，以代碼應(yīng)盡可能反映對(duì)象的特點(diǎn)，以助記憶。助記憶。規(guī)范性規(guī)范性代碼的結(jié)構(gòu)、類型、編寫格式必須代碼的結(jié)構(gòu)、類型、編寫格式必須統(tǒng)一。統(tǒng)一。代碼

11、的類型代碼的類型代碼有數(shù)字、字母、數(shù)字和字母混合三類表示形式。代碼有數(shù)字、字母、數(shù)字和字母混合三類表示形式。數(shù)字型代碼數(shù)字型代碼l用一個(gè)或若干個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示對(duì)象的代碼。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)用一個(gè)或若干個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示對(duì)象的代碼。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、易于排序，但對(duì)對(duì)象的特征描述不直觀。簡(jiǎn)單、使用方便、易于排序，但對(duì)對(duì)象的特征描述不直觀。字母型代碼字母型代碼l用一個(gè)或若干個(gè)字母表示對(duì)象的代碼。特點(diǎn)是比同樣位數(shù)用一個(gè)或若干個(gè)字母表示對(duì)象的代碼。特點(diǎn)是比同樣位數(shù)的數(shù)字型代碼容量大，還可提供便于識(shí)別的信息，易于記的數(shù)字型代碼容量大，還可提供便于識(shí)別的信息，易于記憶，但比同樣位數(shù)的數(shù)字型代碼占用更多的計(jì)算機(jī)

12、空間。憶，但比同樣位數(shù)的數(shù)字型代碼占用更多的計(jì)算機(jī)空間。數(shù)字、字母混合型代碼數(shù)字、字母混合型代碼l是由數(shù)字、字母、專用符組成的代碼。兼有數(shù)字型和字母是由數(shù)字、字母、專用符組成的代碼。兼有數(shù)字型和字母型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，直觀性好，但組成形式復(fù)雜，處理型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，直觀性好，但組成形式復(fù)雜，處理麻煩。麻煩。編碼方法舉例編碼方法舉例行政區(qū)劃代碼行政區(qū)劃代碼(GB226091)l這是一種識(shí)別碼，用這是一種識(shí)別碼，用6位數(shù)字代碼按層次分別表示位數(shù)字代碼按層次分別表示省省(自治區(qū)、直轄市自治區(qū)、直轄市)、地區(qū)、地區(qū)(市、州、盟市、州、盟)、縣、縣(區(qū)、區(qū)、市、旗市、旗)的名稱。其第一、二位表示省的名

13、稱。其第一、二位表示省(自治區(qū)、直自治區(qū)、直轄市轄市)；第三、四位表示省直轄市；第三、四位表示省直轄市(地區(qū)、州、盟地區(qū)、州、盟)，其中其中0120，5170表示省直轄市，表示省直轄市，2150表示表示地區(qū)、州、盟；第五、六位表示縣地區(qū)、州、盟；第五、六位表示縣(市轄市、地轄市、市轄市、地轄市、縣級(jí)市、旗縣級(jí)市、旗)，其中，其中0118表示市轄區(qū)或地轄市，表示市轄區(qū)或地轄市，2180表示縣、旗，表示縣、旗，8199表示縣級(jí)市。表示縣級(jí)市。例如、鄭州市的代碼為例如、鄭州市的代碼為410100加拿大數(shù)字地形要素分類編碼系統(tǒng)加拿大數(shù)字地形要素分類編碼系統(tǒng)這是一種分類碼，且是一種數(shù)字字母混合型這是一種

14、分類碼，且是一種數(shù)字字母混合型代碼。采用樹型結(jié)構(gòu)將地形要素分為四級(jí)，代碼。采用樹型結(jié)構(gòu)將地形要素分為四級(jí)，其代碼結(jié)構(gòu)為：其代碼結(jié)構(gòu)為： 四級(jí)代碼，三位數(shù)字四級(jí)代碼，三位數(shù)字 三級(jí)代碼，三位數(shù)字三級(jí)代碼，三位數(shù)字 二級(jí)代碼，兩位數(shù)字二級(jí)代碼，兩位數(shù)字 一級(jí)代碼，一位數(shù)字一級(jí)代碼，一位數(shù)字空間數(shù)據(jù)的分層和分區(qū)空間數(shù)據(jù)的分層和分區(qū)地理信息本身具有層次性。分層和分區(qū)地理信息本身具有層次性。分層和分區(qū)是空間數(shù)據(jù)組織的高級(jí)形式，為管理和是空間數(shù)據(jù)組織的高級(jí)形式，為管理和使用提供了便利使用提供了便利分層依據(jù)地理實(shí)體性質(zhì)分層依據(jù)地理實(shí)體性質(zhì)分區(qū)依據(jù)平面范圍分區(qū)依據(jù)平面范圍分層分層按專題按專題l地貌、水系、植被

15、、交通、居民地等地貌、水系、植被、交通、居民地等按時(shí)間按時(shí)間l不同時(shí)間的數(shù)據(jù)成為不同層，便于對(duì)比、處理、表不同時(shí)間的數(shù)據(jù)成為不同層，便于對(duì)比、處理、表現(xiàn)。如每年建的住宅用不同的顏色表現(xiàn)現(xiàn)。如每年建的住宅用不同的顏色表現(xiàn)按實(shí)體的幾何類型按實(shí)體的幾何類型l一般按點(diǎn)、線、面、注記一般按點(diǎn)、線、面、注記按實(shí)體的屬性結(jié)構(gòu)按實(shí)體的屬性結(jié)構(gòu)l同種屬性表為一個(gè)層同種屬性表為一個(gè)層按專題分層每個(gè)圖層對(duì)應(yīng)一個(gè)專題，包含某一種或某一類數(shù)據(jù)。如地貌層、水系層、道路層、居民地層等?，F(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界獲取獲取水系信息水系信息地形信息地形信息道路信息道路信息植被信息等植被信息等+ + + +空間空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)存儲(chǔ)按時(shí)間

16、序列分層即把不同時(shí)間或不同時(shí)期的數(shù)據(jù)分別構(gòu)成各個(gè)數(shù)據(jù)層圖層圖層i圖層圖層j點(diǎn)文件點(diǎn)文件i線文件線文件i面文件面文件i點(diǎn)文件點(diǎn)文件j線文件線文件j面文件面文件jShape文件公路GIS的圖層分區(qū)分區(qū)按圖幅、自然區(qū)域、行政區(qū)域劃分按圖幅、自然區(qū)域、行政區(qū)域劃分l外業(yè)測(cè)量按河流、街道劃分可大大減少接邊的工作外業(yè)測(cè)量按河流、街道劃分可大大減少接邊的工作工作區(qū)（工作區(qū)（Workspace）l圖幅或數(shù)據(jù)范圍，含多個(gè)工作層和邏輯層圖幅或數(shù)據(jù)范圍，含多個(gè)工作層和邏輯層lCoverage是工作層也是邏輯層，用層的方式嚴(yán)格是工作層也是邏輯層，用層的方式嚴(yán)格將點(diǎn)線面分開將點(diǎn)線面分開l后期的工作層可同時(shí)包含點(diǎn)線面后期

17、的工作層可同時(shí)包含點(diǎn)線面地物類地物類l由相同的地物組合而成由相同的地物組合而成l一個(gè)工作層含多個(gè)地物類一個(gè)工作層含多個(gè)地物類工作層和邏輯層工作層和邏輯層SuperMap SuperMap 的層的層數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集在在SuperMapSuperMap中，層稱為數(shù)據(jù)集中，層稱為數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)l表達(dá)同種地理實(shí)體表達(dá)同種地理實(shí)體l具有同樣的數(shù)據(jù)表具有同樣的數(shù)據(jù)表l具有相同的符號(hào)具有相同的符號(hào)數(shù)據(jù)集的位置數(shù)據(jù)集的位置l工作空間工作空間數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集符號(hào)符號(hào)GISGIS數(shù)據(jù)的組織管理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的組織管理結(jié)構(gòu)GIS工程工程工作區(qū)工作區(qū)1工作區(qū)工作區(qū)2工作區(qū)工作區(qū)m工作層工作層1圖幅圖幅2

18、圖幅圖幅n圖幅圖幅1工作層工作層2工作層工作層p地物類地物類2地物類地物類1地物類地物類q地物地物1地物地物2地物地物r.3.4 3.4 空間數(shù)據(jù)索引空間數(shù)據(jù)索引空間索引的層次結(jié)構(gòu)空間索引的層次結(jié)構(gòu)無縫圖層無縫圖層工作區(qū)索引工作區(qū)索引目標(biāo)索引目標(biāo)索引l窗坐標(biāo)、窗坐標(biāo)、BSP、KDB樹、樹、R樹和樹和R+樹、樹、CELL樹樹空間數(shù)據(jù)索引的必要性空間數(shù)據(jù)索引的必要性在在GIS中需要根據(jù)空間位置進(jìn)行查詢，例如，中需要根據(jù)空間位置進(jìn)行查詢，例如，“找找出通過某個(gè)區(qū)域的所有公路出通過某個(gè)區(qū)域的所有公路”，“檢索在某個(gè)區(qū)域檢索在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有湖泊內(nèi)的所有湖泊”等等。等等。為了處理這類空間查詢，數(shù)據(jù)庫需要

19、檢查每一個(gè)可為了處理這類空間查詢，數(shù)據(jù)庫需要檢查每一個(gè)可能滿足條件的空間要素的記錄，看它是否與查詢區(qū)能滿足條件的空間要素的記錄，看它是否與查詢區(qū)域相交或是在查詢區(qū)域內(nèi)，這種空間相交運(yùn)算需要域相交或是在查詢區(qū)域內(nèi)，這種空間相交運(yùn)算需要先讀出空間要素幾何形狀的邊界坐標(biāo)，然后再與空先讀出空間要素幾何形狀的邊界坐標(biāo)，然后再與空間區(qū)域進(jìn)行空間關(guān)系運(yùn)算。間區(qū)域進(jìn)行空間關(guān)系運(yùn)算。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的這種窮盡式搜索方法花費(fèi)的磁盤由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的這種窮盡式搜索方法花費(fèi)的磁盤訪問時(shí)間和空間運(yùn)算時(shí)間都很長(zhǎng)，往往達(dá)到令人無訪問時(shí)間和空間運(yùn)算時(shí)間都很長(zhǎng)，往往達(dá)到令人無法忍受的程度，故必須建立空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制。法忍受的程度，

20、故必須建立空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制?？臻g索引的層次空間索引的層次工程工程工程區(qū)索引工程區(qū)索引工作區(qū)工作區(qū)1工作區(qū)工作區(qū)2工作區(qū)工作區(qū)3工作層工作層1工作層工作層2工作層工作層3地物空間索引地物空間索引地物層地物層無縫圖層無縫圖層現(xiàn)實(shí)世界的地區(qū)、城市均是連續(xù)的?，F(xiàn)實(shí)世界的地區(qū)、城市均是連續(xù)的。對(duì)較小的區(qū)域可以將數(shù)據(jù)物理連接，生對(duì)較小的區(qū)域可以將數(shù)據(jù)物理連接，生成物理無縫圖層。成物理無縫圖層。對(duì)無法生成物理無縫圖層的地區(qū)，可以對(duì)無法生成物理無縫圖層的地區(qū)，可以建立邏輯無縫圖層。建立邏輯無縫圖層。邏輯無縫圖層建立了地物的連接描述邏輯無縫圖層建立了地物的連接描述工作區(qū)索引工作區(qū)索引對(duì)海量數(shù)據(jù)而言，必須建立多個(gè)

21、工作區(qū)，對(duì)海量數(shù)據(jù)而言，必須建立多個(gè)工作區(qū)，將數(shù)據(jù)按工作區(qū)存放于存儲(chǔ)器。將數(shù)據(jù)按工作區(qū)存放于存儲(chǔ)器。建立索引文件建立索引文件在開窗操作時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)窗口坐標(biāo)，按在開窗操作時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)窗口坐標(biāo)，按索引文件迅速調(diào)入所涉及的工作區(qū)索引文件迅速調(diào)入所涉及的工作區(qū)目標(biāo)索引目標(biāo)索引窗坐標(biāo)索引機(jī)制窗坐標(biāo)索引機(jī)制格網(wǎng)型空間索引格網(wǎng)型空間索引BSPBSP索引機(jī)制索引機(jī)制KDBKDB樹樹R R樹和樹和R R+ +樹樹CELLCELL樹樹窗坐標(biāo)窗坐標(biāo)索引索引機(jī)制機(jī)制建立每個(gè)實(shí)體的最小包容矩形，記錄其對(duì)角坐建立每個(gè)實(shí)體的最小包容矩形，記錄其對(duì)角坐標(biāo)。單點(diǎn)檢索可判斷是否在包容矩形內(nèi)；范圍標(biāo)。單點(diǎn)檢索可判斷是否在包容矩形內(nèi)

22、；范圍檢索可判斷每個(gè)實(shí)體的最小包容矩形和范圍的檢索可判斷每個(gè)實(shí)體的最小包容矩形和范圍的關(guān)系：內(nèi)、外、相交。關(guān)系：內(nèi)、外、相交。對(duì)所有空間實(shí)體的外接矩形最大最小坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)所有空間實(shí)體的外接矩形最大最小坐標(biāo)進(jìn)行落入判別，其中空間實(shí)體落入判別，其中空間實(shí)體B、C完全落入查詢窗，完全落入查詢窗，從空間數(shù)據(jù)庫中提取從空間數(shù)據(jù)庫中提取B和和C的相應(yīng)數(shù)據(jù)。的相應(yīng)數(shù)據(jù)。 A查詢窗口BCEFD格網(wǎng)型空間索引格網(wǎng)型空間索引將區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等將區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，記錄每一個(gè)格網(wǎng)所包含的空間的格網(wǎng)，記錄每一個(gè)格網(wǎng)所包含的空間實(shí)體。進(jìn)行空間查詢時(shí)，首先計(jì)算出查實(shí)體。進(jìn)行空間查詢時(shí)，首

23、先計(jì)算出查詢對(duì)象所在格網(wǎng)，然后再在該網(wǎng)格中快詢對(duì)象所在格網(wǎng)，然后再在該網(wǎng)格中快速查詢所選空間實(shí)體。速查詢所選空間實(shí)體。 一條河流、一個(gè)湖泊和一條省界，它們的關(guān)鍵字分別為一條河流、一個(gè)湖泊和一條省界，它們的關(guān)鍵字分別為5，11和和23。河流穿過的柵格為。河流穿過的柵格為2，34，35，67，68；湖泊覆蓋的柵格為；湖泊覆蓋的柵格為68，69，100，101；省界所通過的柵格為；省界所通過的柵格為5，37，36，35，67，99，98，97。 BSPBSP索引機(jī)制索引機(jī)制 是一種二叉樹，它將空間逐級(jí)進(jìn)行一分為二的劃分。是一種二叉樹，它將空間逐級(jí)進(jìn)行一分為二的劃分。BSP樹能很好地與空間數(shù)據(jù)庫中空間

24、對(duì)象的分布情況相適樹能很好地與空間數(shù)據(jù)庫中空間對(duì)象的分布情況相適應(yīng)，但對(duì)一般情況而言，應(yīng)，但對(duì)一般情況而言，BSP樹深度較大，對(duì)各種操作均樹深度較大，對(duì)各種操作均有不利影響。有不利影響。6.5 6.5 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型三種傳統(tǒng)模型三種傳統(tǒng)模型l層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ投S矢量模型二維矢量模型柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型三維空間模型三維空間模型l矢量、柵格矢量、柵格三種傳統(tǒng)模型層次層次網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系關(guān)系層次模型ABC1DEF2E 層次模型是一種樹結(jié)構(gòu)模型，它把數(shù)據(jù)按自然的層次關(guān)系組織起來，以反映數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。一棵樹有且僅有一個(gè)無雙親結(jié)點(diǎn)的稱為根的結(jié)點(diǎn)；其余

25、結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。 層次模型描述矢量數(shù)據(jù)層次模型描述矢量數(shù)據(jù)特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)組織成一對(duì)多組織成一對(duì)多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。關(guān)系的結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)采用層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問關(guān)鍵字來訪問其中每一層次其中每一層次的每一部分。的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫結(jié)層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄、土文獻(xiàn)目錄、土壤分類、部門壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級(jí)數(shù)機(jī)構(gòu)等分級(jí)數(shù)據(jù)的組織據(jù)的組織123456abcdefgMMabcdefg1223344134355664c層次數(shù)據(jù)的特點(diǎn)層次數(shù)據(jù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：0存取方便且速度快存取方便且速度快0結(jié)構(gòu)清晰，容易理解結(jié)構(gòu)清晰，容易理解0數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)修改和

26、數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)0檢索關(guān)鍵屬性十分方便檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺陷缺陷：0結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性0同一屬性數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）同一屬性數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）0不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織空間對(duì)象的層次分類編碼空間對(duì)象的層次分類編碼分類對(duì)象的從屬和層次關(guān)系分類對(duì)象的從屬和層次關(guān)系有明確的分類對(duì)象類別和嚴(yán)格的隸屬關(guān)系有明確的分類對(duì)象類別和嚴(yán)格的隸屬關(guān)系高壓711電線架715管線:7地下電力線與電纜72電力線71地下檢修井74管線73低壓712電桿713電塔714不依比例7142依比例7141網(wǎng)網(wǎng)狀狀模模型型基本特征：結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

27、之間沒有明確的從屬關(guān)系，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可與其它多個(gè)基本特征：結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關(guān)系，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可與其它多個(gè)結(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系，即結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系是任意的，任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都能發(fā)結(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系，即結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系是任意的，任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都能發(fā)生聯(lián)系，可表示多對(duì)多的關(guān)系。生聯(lián)系，可表示多對(duì)多的關(guān)系。用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型描述復(fù)雜關(guān)系用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型描述復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對(duì)多類型的數(shù)據(jù)組織方式接關(guān)系，是具有多對(duì)多類型的數(shù)據(jù)組織方式 。系名土木系教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名管理系教師數(shù)49學(xué)生數(shù)257研究生71學(xué)校名稱工程學(xué)院系名測(cè)繪

28、系教師數(shù)52學(xué)生數(shù)300研究生70系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)學(xué)號(hào)002312姓名楊樂年級(jí)3籍貫廣東系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)教師號(hào)12姓名梁欣年齡職稱助教系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)課程號(hào)A01課程名GIS周學(xué)時(shí)4學(xué)分5系名教師數(shù)系名學(xué)號(hào)002312課程號(hào)A01網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為滿足一定條件的二維表，表具有固關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為滿足一定條件的二維表，表具有固定的列數(shù)和任意的行數(shù)，在數(shù)學(xué)上稱為定的列數(shù)和任意的行數(shù)，在數(shù)學(xué)上稱為“關(guān)系關(guān)系”；二維表是同類實(shí)體的各種屬性的集合，每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)于表二維表是同類實(shí)體的各種屬性的集合

29、，每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)于表中的一行，在關(guān)系中稱為元組，通常稱為一條記錄；中的一行，在關(guān)系中稱為元組，通常稱為一條記錄；表中的列表示屬性，稱為域，相當(dāng)于通常記錄中的一個(gè)數(shù)表中的列表示屬性，稱為域，相當(dāng)于通常記錄中的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。若二維表中有據(jù)項(xiàng)。若二維表中有n個(gè)域，則每一行叫做一個(gè)個(gè)域，則每一行叫做一個(gè)n元組，元組，這樣的關(guān)系稱為這樣的關(guān)系稱為n度度(元元)關(guān)系；關(guān)系；表的行對(duì)應(yīng)于對(duì)象的實(shí)例，各個(gè)表的行列交點(diǎn)就用來存貯表的行對(duì)應(yīng)于對(duì)象的實(shí)例，各個(gè)表的行列交點(diǎn)就用來存貯簡(jiǎn)單值。滿足一定條件的規(guī)范化關(guān)系的集合，就構(gòu)成了關(guān)簡(jiǎn)單值。滿足一定條件的規(guī)范化關(guān)系的集合，就構(gòu)成了關(guān)系模型。系模型?；陉P(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫關(guān)系

30、型數(shù)據(jù)庫目前的GIS中一般都是采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、管理屬性數(shù)據(jù)以表為基礎(chǔ)：行（Record，記錄）列（Field，屬性、數(shù)據(jù)項(xiàng)、字段、關(guān)鍵字段）字段類型：（數(shù)值型、字符型、日期型、邏輯型）CODECODELANDUSLANDUSE EFARFARDENSIDENSITYTYGREENGREENHEIGHTHEIGHT房屋表和道路表房屋表和道路表房號(hào) 性質(zhì) 樓層數(shù) 結(jié)構(gòu) 建筑年代20私房 7磚198629公房 12砼2001編號(hào) 等級(jí)路面材料 寬度 車道數(shù) 建筑年代3021水泥12419862012瀝青1662001123456abcdefgM用關(guān)系模型表示地理實(shí)體用關(guān)系模型表示地理實(shí)體地理實(shí)

31、體地理實(shí)體多邊形關(guān)系：多邊形關(guān)系：M(，)多邊形多邊形邊關(guān)系：邊關(guān)系：(a,b,c,d ) (e,f,g,c)邊邊結(jié)點(diǎn)關(guān)系：結(jié)點(diǎn)關(guān)系：a(V，V2) 、b(V2，V3) 、 c(V3，V4)、 d(V，V4)、e(V，V5) 、f(V5，V6) )、g(V6，V4)abcdefgc a12b23c34d14e35f56g64MM關(guān)系模型的進(jìn)一步發(fā)展關(guān)系模型的進(jìn)一步發(fā)展RDBMS的現(xiàn)狀是理論和技術(shù)都非常完善的現(xiàn)狀是理論和技術(shù)都非常完善和成熟，基本上占據(jù)了全部傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)和成熟，基本上占據(jù)了全部傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和域和90%以上的非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域以上的非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非結(jié)構(gòu)化大型對(duì)象的引進(jìn)非結(jié)構(gòu)化大型對(duì)象的引

32、進(jìn) 多媒體多媒體如文本數(shù)據(jù)、圖象數(shù)據(jù)、靜止的視如文本數(shù)據(jù)、圖象數(shù)據(jù)、靜止的視頻片斷、全動(dòng)感的視頻信息、聲音波形等等，頻片斷、全動(dòng)感的視頻信息、聲音波形等等，需要用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和管理這類非結(jié)構(gòu)化數(shù)需要用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和管理這類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)據(jù)DEC公司于公司于1981年就引進(jìn)能存貯變長(zhǎng)字符串年就引進(jìn)能存貯變長(zhǎng)字符串和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的概念，目前一些大型的和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的概念，目前一些大型的RDBMS（如（如Oracle等）中，增加了大型對(duì)象等）中，增加了大型對(duì)象這種數(shù)據(jù)類型。這種數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)從等長(zhǎng)轉(zhuǎn)為變長(zhǎng)數(shù)據(jù)從等長(zhǎng)轉(zhuǎn)為變長(zhǎng)分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫70年代以來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，在地年代以來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅

33、速發(fā)展，在地理上分散的公司、團(tuán)體和組織對(duì)于數(shù)據(jù)理上分散的公司、團(tuán)體和組織對(duì)于數(shù)據(jù)庫更為廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫更為廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)兩者分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)兩者有機(jī)結(jié)合的結(jié)果。有機(jī)結(jié)合的結(jié)果。比如，全省各院校可以把招生的情況存比如，全省各院?？梢园颜猩那闆r存放在各自的招生辦，省招生辦可以通過放在各自的招生辦，省招生辦可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查詢統(tǒng)計(jì)各校數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查詢統(tǒng)計(jì)各校數(shù)據(jù)。對(duì)象特性的融入對(duì)象特性的融入 為了迎接面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫在非為了迎接面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫在非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹃P(guān)系數(shù)據(jù)庫提出傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹃P(guān)系數(shù)據(jù)庫提出的挑戰(zhàn)，確保關(guān)

34、系數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，確保關(guān)系數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的霸主地位，關(guān)系數(shù)據(jù)庫庫領(lǐng)域的霸主地位，關(guān)系數(shù)據(jù)庫巨頭巨頭Oracle、Sybase、DB2、Informix都在積極努力，使自己都在積極努力，使自己的關(guān)系型產(chǎn)品增加一些面向?qū)ο蟮年P(guān)系型產(chǎn)品增加一些面向?qū)ο蟮某煞帧５某煞?。面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍钍窃谏鲜兰o(jì)面向?qū)ο蟮幕靖拍钍窃谏鲜兰o(jì)70年代萌發(fā)，年代萌發(fā)，它的基本做法是把系統(tǒng)工程中的某個(gè)模塊和構(gòu)它的基本做法是把系統(tǒng)工程中的某個(gè)模塊和構(gòu)件視為問題空間的一個(gè)或一類對(duì)象。件視為問題空間的一個(gè)或一類對(duì)象。80年代，面向?qū)ο蟮姆椒ǖ玫胶芸彀l(fā)展，在系年代，面向?qū)ο蟮姆椒ǖ玫胶芸彀l(fā)展，在系統(tǒng)

35、工程、計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域獲得了廣泛統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。90年代，人們?cè)诟呒?jí)的層次上和更廣泛的領(lǐng)年代，人們?cè)诟呒?jí)的層次上和更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)對(duì)面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行研究域內(nèi)對(duì)面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行研究面向?qū)ο蟮母拍罨舅枷牖舅枷牖靖拍罨靖拍顚?duì)象:含有數(shù)據(jù)和操作方法的獨(dú)立模塊類類:共享同一屬性和方法集的所有對(duì)象的集合構(gòu)成共享同一屬性和方法集的所有對(duì)象的集合構(gòu)成類。類。消息消息:對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作的請(qǐng)求對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作的請(qǐng)求方法方法:對(duì)對(duì)象的所有操作對(duì)對(duì)象的所有操作地理對(duì)象地理對(duì)象屬性屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)行為行為方法方法類類實(shí)例實(shí)例1實(shí)例實(shí)例2對(duì)對(duì)象象1對(duì)對(duì)象象2請(qǐng)求和協(xié)作請(qǐng)求和協(xié)作消息消息面向?qū)ο蟮奶匦院兔嫦驅(qū)ο蟮奶匦院秃诵募夹g(shù)核心技術(shù) 面向?qū)ο蠓椒ǖ奶匦悦嫦驅(qū)ο蠓椒ǖ奶匦詌抽象性、封裝性、多態(tài)性抽象性、封裝性、多態(tài)性面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵募夹g(shù)面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵募夹g(shù)l分類、概括、聚集、聯(lián)合分類、概括、聚集、聯(lián)合現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界抽象抽象對(duì)對(duì)象象1對(duì)對(duì)象象n對(duì)對(duì)象象2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的核心工具繼承為面向?qū)ο蠓椒ㄋ?dú)有，服務(wù)于概括。在繼承體系中，子類的屬性和方法依賴父類的屬性和方法。傳播是一種作用于聚集和聯(lián)合的工具，用于描述復(fù)合對(duì)象或集合對(duì)象對(duì)成員對(duì)象的依賴性并獲得成員對(duì)象的屬性的過程。