第4章土地信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫

1、第4章 土地信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)庫土地信息系統(tǒng)LIS2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較4.1 土地信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS3數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)的基本單位,或稱元素、結(jié)點(diǎn)、頂點(diǎn)、記記錄錄。一個數(shù)據(jù)元素可以由若干個數(shù)據(jù)項（也可稱為字段、域、屬性屬性）組成。數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中討論的最小單位，是數(shù)據(jù)記錄中最基本的、不可分的有名數(shù)據(jù)單位。在LIS中，數(shù)據(jù)項用來描述實體的某種屬性。 u數(shù)據(jù)元素與數(shù)據(jù)

2、項數(shù)據(jù)元素與數(shù)據(jù)項4.1.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)概念土地信息系統(tǒng)LIS4數(shù)據(jù)對象是性質(zhì)相同的數(shù)據(jù)元素的集合。如上例：一個班級的成績表可以看作一個數(shù)據(jù)對象。u數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)元素集合（也可稱數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象）中各元素的關(guān)系。u數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS51)1)研究研究 內(nèi)容內(nèi)容數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)： 各數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系各數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)： 各數(shù)據(jù)元素在計算機(jī)中的存儲關(guān)系各數(shù)據(jù)元素在計算機(jī)中的存儲關(guān)系對各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)算對各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)算： 添加，刪除，排序等添加，刪除，排序等2)2)研究研究 目的

3、目的一是提高數(shù)據(jù)處理的一是提高數(shù)據(jù)處理的速度速度. .二是盡量節(jié)省在數(shù)據(jù)處理過程中所占用的計算二是盡量節(jié)省在數(shù)據(jù)處理過程中所占用的計算機(jī)存儲機(jī)存儲空間空間. .土地信息系統(tǒng)LIS63)3)常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型特征特征示例示例集合集合元素間為松散的關(guān)系 (屬于關(guān)系) 線性結(jié)構(gòu)線性結(jié)構(gòu)元素間為嚴(yán)格的一對一關(guān)系樹形結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)元素間為嚴(yán)格的一對多關(guān)系 圖狀結(jié)構(gòu)圖狀結(jié)構(gòu)（或網(wǎng)狀（或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)）元素間為多對多關(guān)系 土地信息系統(tǒng)LIS74)4)包含包含 信息信息表示數(shù)據(jù)元素的信息表示數(shù)據(jù)元素的信息表示各數(shù)據(jù)元素之間的前后件關(guān)系表示各數(shù)據(jù)元素之間的前后件關(guān)系幾種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)圖：幾種

4、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)圖：葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn)根節(jié)點(diǎn)根節(jié)點(diǎn): 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,沒有前件的節(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn).葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn): 沒有后件的結(jié)點(diǎn)稱為終端結(jié)點(diǎn)或葉結(jié)點(diǎn).葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)有關(guān)概念有關(guān)概念(補(bǔ)充補(bǔ)充):結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn): 組成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素稱為一個結(jié)點(diǎn).前后件關(guān)系前后件關(guān)系: :數(shù)據(jù)元素之間的固有關(guān)系可以用前后件關(guān)系(前驅(qū)與后繼關(guān)系)描述。舉例：家庭成員輩分關(guān)系(父親、兒子、女兒)，“父親”是“兒子”和“女兒”的前件，“兒子”和“女兒”是 “父親”后件.根結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn)土地信息系統(tǒng)LIS8u空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 是指空間數(shù)據(jù)適合于計算機(jī)存儲、管理、處理的邏輯結(jié)構(gòu)。換句話說，是指空間數(shù)據(jù)以什么形式在計算機(jī)

5、中存貯和處理。分分類類 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 矢量柵格一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（略）土地信息系統(tǒng)LIS9B.柵格表示形式C.矢量表示形式圖4-1 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS104.1.2 空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系位置信息位置信息空間關(guān)系空間關(guān)系信息信息解析幾何方法解析幾何方法拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系方法方法土地信息土地信息屬性信息屬性信息空間信息空間信息（幾何信息）（幾何信息）土地信息系統(tǒng)LIS11 拓?fù)渫負(fù)湟辉~來自于希臘文，意思是“形狀的研究”。 拓?fù)鋵W(xué)拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)的一個分支，它研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性拓?fù)鋵傩浴?拓?fù)渥儞Q拓?fù)渥儞Q圖形被彎曲、拉大、縮小或任意

6、的變形，只要在變形過程中不使原來不同的點(diǎn)重合為同一個點(diǎn)，又不產(chǎn)生新點(diǎn)。 u拓?fù)涞幕靖拍钔負(fù)涞幕靖拍?拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。它關(guān)心的是空間的點(diǎn)、線、面之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，而不管實際圖形的形狀。也就是說，幾何形狀相差很大的圖形，它們的拓?fù)潢P(guān)系可能相同。 土地信息系統(tǒng)LIS12圖4-3 面塊之間的拓?fù)潢P(guān)系 圖4-2 結(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系 土地信息系統(tǒng)LIS13拓?fù)鋵傩酝負(fù)鋵傩裕河糜诿枋隽藘蓚€對象之間的拓?fù)潢P(guān)：用于描述了兩個對象之間的拓?fù)潢P(guān)系（系（Topological RelationTopological Relation）。）。 u拓?fù)鋵傩耘c非拓?fù)鋵傩?/p>

7、拓?fù)鋵傩耘c非拓?fù)鋵傩酝負(fù)鋵傩?一個點(diǎn)在一個弧段的端點(diǎn) 一個點(diǎn)在一個區(qū)域的邊界上 一個點(diǎn)在一個區(qū)域的內(nèi)部 一個點(diǎn)在一個區(qū)域的外部 一個點(diǎn)在一個環(huán)的內(nèi)部 土地信息系統(tǒng)LIS14圖4-4 點(diǎn)、線、面之間的空間關(guān)系土地信息系統(tǒng)LIS15非拓?fù)鋵傩?兩點(diǎn)之間的距離 弧段的長度一個區(qū)域的周長 一個區(qū)域的面積 土地信息系統(tǒng)LIS16u拓?fù)渫負(fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本元素的基本元素拓?fù)浠《危ㄍ負(fù)浠《危╝rcarc）結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)(node(node）多邊形（多邊形（polypoly）該弧段中間不與其它線段存在聯(lián)系拓?fù)浠《蔚膬蓚€端點(diǎn)，分別為首結(jié)點(diǎn)、尾結(jié)點(diǎn)由數(shù)條拓?fù)浠《芜B接而成土地信息系統(tǒng)LIS17u拓?fù)潢P(guān)系的類型拓?fù)潢P(guān)系的類型

8、拓?fù)溧徑油負(fù)潢P(guān)聯(lián)拓?fù)浒?1)(1)拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性 表示空間圖形中不同類型元素，如結(jié)點(diǎn)、弧段及多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：每條弧段所包含的坐標(biāo)點(diǎn)只需存儲一次，如果不考慮關(guān)聯(lián)性而以每個多邊形的全部封閉弧段的坐標(biāo)點(diǎn)來存儲數(shù)據(jù)，不僅數(shù)據(jù)量大，還無法反映空間關(guān)系。圖4-5 圖形的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)性 土地信息系統(tǒng)LIS18(2)(2)拓?fù)溧徑有?表示圖形中同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。如多邊形之間的鄰接性，弧段之間的鄰接性以及結(jié)點(diǎn)之間的鄰接性（連通性）。表4-1 多邊形之間的鄰接性 （a）（b）（c）土地信息系統(tǒng)LIS19表4-3 弧段之間的鄰接性及結(jié)點(diǎn)之間的連通性 表4-2 弧段和結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系表 （a）（b）土

9、地信息系統(tǒng)LIS20(3)(3)拓?fù)浒?表示空間圖形中，面狀實體所包含的其它面狀實體或線狀、點(diǎn)狀實體的關(guān)系。包含關(guān)系分簡單包含、多層包含和等價包含三種形式。圖4-6 面狀實體之間的包含關(guān)系土地信息系統(tǒng)LIS21u拓?fù)潢P(guān)系的關(guān)聯(lián)表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系的關(guān)聯(lián)表達(dá)(1)(1)全顯式表達(dá) 全顯式表達(dá)不僅明確表示多邊形多邊形-弧段弧段-點(diǎn)點(diǎn)之間拓?fù)潢P(guān)系，同時還明顯表達(dá)點(diǎn)點(diǎn)-弧段弧段-多邊形多邊形之間的關(guān)系。 指采用什么樣的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)來表達(dá)空間位置數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。土地信息系統(tǒng)LIS22圖4-7 地塊圖 表4-4 多邊形弧段的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)表表4-5 弧段結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)表表4-6 結(jié)點(diǎn)弧段的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)表表4-7 弧段多邊形

10、的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)表土地信息系統(tǒng)LIS23(2)(2)半隱式表達(dá) 表4-8 ARC/INFO 中弧段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS24u拓?fù)潢P(guān)系的拓?fù)潢P(guān)系的9 9元組描述元組描述土地信息系統(tǒng)LIS25圖4-8 8種拓?fù)潢P(guān)系 注：交集為空用注：交集為空用“I”I”表示，非空用表示，非空用“I”I”表示。表示。土地信息系統(tǒng)LIS26u空間數(shù)據(jù)采用拓?fù)潢P(guān)系的意義空間數(shù)據(jù)采用拓?fù)潢P(guān)系的意義(1) 根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，就可以確定一種地理實體相對于另一種地理實體的空間位置關(guān)系。(2) 利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的分析和查詢。例如判別某區(qū)域與那些區(qū)域鄰接；某條河流能為那些居民區(qū)提供水源，某行政區(qū)域包括那

11、些土地利用類型等等。(3) 可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實體。例如實現(xiàn)道路的選取，進(jìn)行最佳路徑的設(shè)計等。 土地信息系統(tǒng)LIS274.1.3 矢量矢量(vector)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)u矢量矢量：數(shù)學(xué)上稱有大小和方向的量為矢量；在計算機(jī)圖形學(xué)中，相鄰結(jié)點(diǎn)間的弧段長度表示大小，弧段兩端點(diǎn)的順序表示方向，此即是矢量；土地信息系統(tǒng)LIS28點(diǎn)點(diǎn)(point)(point)：用一對（：用一對（x, x, y)y)表示；表示；線線(line, polyline(line, polyline) )：用一串用一串(x1 , y1), (x1 , y1), (x2 ,y2),(x2 ,y2),(xn(xn

12、, yn , yn) )表表示；示；面面(polygon)(polygon): :由一串或由一串或幾串有序的且首尾坐標(biāo)相幾串有序的且首尾坐標(biāo)相同的同的x x、y y坐標(biāo)對表示坐標(biāo)對表示。Point(X,Y)(X5,Y5)(X1,Y1)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X1,Y1)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)Lineu矢量數(shù)據(jù)的表示矢量數(shù)據(jù)的表示：通過記錄坐標(biāo)的方式來精確表示點(diǎn)、線、面等地理實體。 土地信息系統(tǒng)LIS29土地信息系統(tǒng)LIS30u矢量數(shù)據(jù)的獲取方式矢量數(shù)據(jù)的獲取方式1)由外業(yè)測量獲得 可利用測量儀器自動記錄測量成果，然后轉(zhuǎn)到空間數(shù)

13、據(jù)庫中。 2)由柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得 利用柵格數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)，把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。 3)跟蹤數(shù)字化 用跟蹤數(shù)字化的方法，把地圖變成離散的矢量數(shù)據(jù)。 土地信息系統(tǒng)LIS31u矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在在LISLIS中，矢量數(shù)據(jù)表示時中，矢量數(shù)據(jù)表示時應(yīng)考慮以下問題應(yīng)考慮以下問題： 矢量數(shù)據(jù)自身的存貯和處理。 與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系。 矢量數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系(拓?fù)潢P(guān)系)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按其矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按其是否明確表示各地理實體的是否明確表示各地理實體的空間相互關(guān)系空間相互關(guān)系可分為兩大類可分為兩大類：q簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)q拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS321、簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：、簡單數(shù)據(jù)

14、結(jié)構(gòu)：面條結(jié)構(gòu)（面條結(jié)構(gòu)（Spaghetti Model）最典型最典型點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)（點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)（Point Dictionary Model）鏈鏈/點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)（點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)（Chain/Point Dictionary Model）編碼方法有三種： 土地信息系統(tǒng)LIS33面條結(jié)構(gòu)面條結(jié)構(gòu)：每個點(diǎn)、線、面目標(biāo)都直接跟隨它的空間坐每個點(diǎn)、線、面目標(biāo)都直接跟隨它的空間坐標(biāo)，即標(biāo)，即點(diǎn)目標(biāo)：唯一標(biāo)識碼，地物編碼，(X,Y)線目標(biāo)：唯一標(biāo)識碼，地物編碼，(X1,Y1Xn,Yn)面目標(biāo)：唯一標(biāo)識碼，地物編碼，(X1,Y1Xn,Yn,X1,Y1)土地信息系統(tǒng)LIS34點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)：點(diǎn)坐標(biāo)作為

15、一個文件，點(diǎn)、線和多邊點(diǎn)坐標(biāo)作為一個文件，點(diǎn)、線和多邊形由點(diǎn)號組成，即形由點(diǎn)號組成，即 點(diǎn)位字典：點(diǎn)號、(X,Y)點(diǎn)目標(biāo)：唯一標(biāo)識碼，地物編碼，點(diǎn)號線目標(biāo)：唯一標(biāo)識碼，地物編碼，(點(diǎn)號1點(diǎn)號n)面目標(biāo)：唯一標(biāo)識碼，地物編碼，(點(diǎn)號1點(diǎn)號n, 點(diǎn)號1)土地信息系統(tǒng)LIS35鏈鏈/點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)：點(diǎn)位字典結(jié)構(gòu)：1234567891011C1C2C3P1P2多邊形碼鏈碼P1C1C2P2C2C3鏈碼點(diǎn)碼C1C2C37，1，2，3，4，55，6，75，11，10，9，8，7點(diǎn)碼點(diǎn)坐標(biāo)12（x1,y1）11（x2,y2）（x11,y11）土地信息系統(tǒng)LIS36簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)按點(diǎn)

16、、線和多邊形為單元進(jìn)行組織，結(jié)構(gòu)簡單、直觀，編碼容易。 每個多邊形都以閉合線段存儲，多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲兩次，造成數(shù)據(jù)冗余。點(diǎn)、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，但沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，互相之間不關(guān)聯(lián)，空間分析非常困難。島只作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。土地信息系統(tǒng)LIS372、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：l 拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由弧段弧段(坐標(biāo)坐標(biāo))文件文件、結(jié)點(diǎn)文件結(jié)點(diǎn)文件和和多邊形文件多邊形文件等一系列含拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)文件組成等一系列含拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)文件組成. 結(jié)點(diǎn)文件由結(jié)點(diǎn)記錄組成，存貯每個結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)號、結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及與該結(jié)點(diǎn)連接的弧段等; 弧段坐標(biāo)文

17、件存貯組成弧段的點(diǎn)的坐標(biāo); 弧段文件由弧記錄組成，存貯弧段的起止結(jié)點(diǎn)號和左右多邊形號； 多邊形文件由多邊形記錄組成，存貯多邊形號、組成多邊形的弧段號以及多邊形的周長、面積、中心點(diǎn)坐標(biāo)。土地信息系統(tǒng)LIS38l在拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，較著名的是在拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，較著名的是: :美國人口調(diào)查局的DIME模型（Dual Independent Map Encoding雙重獨(dú)立地圖編碼模型）美國計算機(jī)圖形及空間分析實驗室研制的POLYVRT模型(Polygon Converter多邊形轉(zhuǎn)換器) 。土地信息系統(tǒng)LIS39DIMEDIME是美國人口調(diào)查局在人口調(diào)查的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是美國人口調(diào)查局在人口調(diào)查的

18、基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以以線段線段為基本單元來描述多邊形、邊界、節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)錇榛締卧獊砻枋龆噙呅巍⑦吔?、?jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，關(guān)系，DIMEDIME編碼是其它拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)的編碼是其它拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。DIME模型：模型：點(diǎn)碼點(diǎn)坐標(biāo)12（x1,y1）11（x2,y2）（x11,y11）段碼起點(diǎn)L1終點(diǎn)左區(qū)右區(qū)L2L1112P0P123P0P11011P2P0結(jié)點(diǎn)文件結(jié)點(diǎn)文件弧段文件弧段文件面碼P1P2段碼L1 ，L2，L7L5 ，L6，L12多邊形文件多邊形文件1234567891011P1P2L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12P0土地信息系統(tǒng)LIS40POLYVRT模型

19、模型：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本元素稱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本元素稱“弧段弧段”或或“鏈鏈段段”，是當(dāng)今各種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本框架。，是當(dāng)今各種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本框架。土地信息系統(tǒng)LIS41DIME與與POLYVRT的比較：的比較：區(qū)別：區(qū)別：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本單元不同，DIME模型是以兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的邊界（拓?fù)淠Ｐ椭幸话惴Q為“段”Segment）為關(guān)系描述和記錄的基本單元；而POLYVRT模型則以兩個結(jié)點(diǎn)之間的一段邊（拓?fù)淠Ｐ椭幸话惴Q為“鏈”Chain）為基本單元，從而壓縮數(shù)據(jù)量，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和效率。共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：二者都是以線性要素（段或鏈）作為存儲記錄結(jié)點(diǎn)之間、鏈間以及多邊形間相互關(guān)系的基本單元。土地信息系

20、統(tǒng)LIS42 數(shù)據(jù)存儲冗余較??； 數(shù)據(jù)中保存了空間實體的拓?fù)潢P(guān)系； 方便了空間關(guān)系的查詢； 能確?？臻g數(shù)據(jù)的一致性； 數(shù)據(jù)更新時，要重新計算空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：土地信息系統(tǒng)LIS433、簡單型與拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較、簡單型與拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較 兩者都是目前最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩者都是目前最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單型代表軟件為MapInfo 拓?fù)湫痛碥浖锳rcInfo(ArcGIS Workstation)簡單型雖然會產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余和不一致，但易于編輯。拓?fù)湫拖藬?shù)據(jù)的冗余和不一致，但操作復(fù)雜。 它們各具特色它們各具特色：土地信息系統(tǒng)LIS44 柵格結(jié)構(gòu)用密集的柵

21、格結(jié)構(gòu)用密集的網(wǎng)格基網(wǎng)格基本單元本單元將地理區(qū)域?qū)⒌乩韰^(qū)域劃分劃分為網(wǎng)為網(wǎng)格陣列。位置由行、列號定格陣列。位置由行、列號定義，屬性為柵格單元的值。義，屬性為柵格單元的值。u柵格數(shù)據(jù)的表示柵格數(shù)據(jù)的表示點(diǎn)點(diǎn)：由：由單個柵格單個柵格表達(dá)。表達(dá)。 線線：由沿線走向有相同屬性：由沿線走向有相同屬性取值的取值的一組相鄰柵格一組相鄰柵格表達(dá)。表達(dá)。 面面：由沿線走向有相同屬性：由沿線走向有相同屬性取值的取值的一片柵格一片柵格表達(dá)。表達(dá)。 4.1.4 柵格柵格(Raster)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格化柵格化土地信息系統(tǒng)LIS45網(wǎng)格基本單元可以三角形、方格和六角形來劃分，通常采用固定大小的正方形。空間實體就按其

22、在網(wǎng)格中什么行、什么列、取什么值來表示?；締卧拇笮〈砹藮鸥竦貓D空間數(shù)據(jù)的分辨率。圖4-9 三角形、方格和六角形劃分土地信息系統(tǒng)LIS46圖4-10 興國瀲水河流域土壤全氮含量土地信息系統(tǒng)LIS47圖4-11 柵格數(shù)據(jù)逼近的土地利用圖土地信息系統(tǒng)LIS48u柵格數(shù)據(jù)的獲取柵格數(shù)據(jù)的獲取1)1)來自于遙感數(shù)據(jù)來自于遙感數(shù)據(jù) 通過遙感手段獲得的數(shù)字圖像就是一種柵格數(shù)據(jù)。通過遙感手段獲得的數(shù)字圖像就是一種柵格數(shù)據(jù)。2)2)來自于對圖片的掃描來自于對圖片的掃描 通過掃描儀對地圖或其它圖件的掃描，可把資料通過掃描儀對地圖或其它圖件的掃描，可把資料轉(zhuǎn)換為柵格形式的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換為柵格形式的數(shù)據(jù)。3)3)由

23、矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來 通過運(yùn)用矢量數(shù)據(jù)柵格化技術(shù)，把矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通過運(yùn)用矢量數(shù)據(jù)柵格化技術(shù)，把矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。成柵格數(shù)據(jù)。4)4)由手工方法獲取由手工方法獲取 在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格，逐個網(wǎng)格地確定其在專題圖上均勻劃分網(wǎng)格，逐個網(wǎng)格地確定其屬屬性代碼性代碼的值，最后形成柵格數(shù)據(jù)文件。的值，最后形成柵格數(shù)據(jù)文件。土地信息系統(tǒng)LIS49圖4-12 柵格代碼的確定柵格屬性代碼的確定方法：柵格屬性代碼的確定方法：（1 1）中心歸屬法）中心歸屬法由柵格中心所在面域?qū)傩远ㄓ蓶鸥裰行乃诿嬗驅(qū)傩远?（2 2）長度占優(yōu)法）長度占優(yōu)法由最長線實體屬性定；由最長線實體屬性定；（3 3）面積占

24、優(yōu)法）面積占優(yōu)法由面積最大實體屬性定；由面積最大實體屬性定；（4 4）重要性法）重要性法選最重要的地物類型。選最重要的地物類型。土地信息系統(tǒng)LIS50u柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 根據(jù)壓縮柵格數(shù)據(jù)存貯量的編碼根據(jù)壓縮柵格數(shù)據(jù)存貯量的編碼方式的不同，介紹方式的不同，介紹三類基本的柵格三類基本的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：q游程長度編碼游程長度編碼q四叉樹結(jié)構(gòu)四叉樹結(jié)構(gòu)q直接?xùn)鸥窬幋a直接?xùn)鸥窬幋a土地信息系統(tǒng)LIS51直接?xùn)鸥窬幋a法：直接?xùn)鸥窬幋a法：A A A B B B B BA A A A B B B BA A A A B B B BA B B C C C B BB B C C C C C AB B C

25、 C C A A AB B C C A A A AB B A A A A A A優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：編碼簡單，信息無壓縮、無丟失。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大。 直接編碼就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。AAABBBBBAAAABBBBAAAABBBBABBCCCBBBBCCCCCABBCCCAAABBCCAAAABBAAAAAA土地信息系統(tǒng)LIS52游程長度編碼法：游程長度編碼法：沿行方向進(jìn)行編碼：沿行方向進(jìn)行編碼：(A,3),(B,5)； (A,4),(B,4)；(A,4),

26、(B,4)；(A,1),(B,2),(C,3),(B,2) ； (B,2),(C,5),(A,1) ； (B,2),(C,3),(A,3) ； (B,2),(C,2),(A,4) ；(B,2),(A,6).方案方案1 1：只在各行（或列）數(shù)據(jù)的只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復(fù)的個數(shù)；及相同代碼重復(fù)的個數(shù)；A A A B B B B BA A A A B B B BA A A A B B B BA B B C C C B BB B C C C C C AB B C C C A A AB B C C A A A AB B A A A

27、A A A土地信息系統(tǒng)LIS53方案方案2 2：逐個記錄各行（或列）代逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼。沿行方向進(jìn)行編碼：沿行方向進(jìn)行編碼：(1,A), (4, B)；(1,A), (5,B)；(1,A), (5,B)；(1,A), (2,B), (4, C), (7,B) ； (1,B), (3,C), (8,A) ；(1,B), (3,C), (6,A) ；(1,B), (3,C), (5,A) ；(1,B), (3,A). A A A B B B B BA A A A B B B BA A A A B B B BA B B C C C B BB

28、 B C C C C C AB B C C C A A AB B C C A A A AB B A A A A A A游程長度編碼法游程長度編碼法(續(xù)續(xù))：土地信息系統(tǒng)LIS54特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬性的變化愈少，行程愈長，壓縮比例越大，屬性的變化愈少，行程愈長，壓縮比例越大，即壓縮比的大小與圖的復(fù)雜程度成反比即壓縮比的大小與圖的復(fù)雜程度成反比優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：壓縮效率高（保證原始信息不丟失）；易于檢壓縮效率高（保證原始信息不丟失）；易于檢索、疊加、合并操作索、疊加、合并操作缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：只顧及單行單列，沒有考慮周圍的其他方向的只顧及單行單列，沒有考慮周圍的其他方向的代碼值是否相同，壓縮受到一定限制代碼值是否

29、相同，壓縮受到一定限制游程長度編碼法游程長度編碼法(續(xù)續(xù))：土地信息系統(tǒng)LIS55四叉樹編碼：四叉樹編碼：先把地圖看成是一個正方形的單元，如果該單元先把地圖看成是一個正方形的單元，如果該單元內(nèi)有不同性質(zhì)的多邊形，則將單元分成四個大小相內(nèi)有不同性質(zhì)的多邊形，則將單元分成四個大小相同的二級單元，然后再分別判斷這四個二級單元中同的二級單元，然后再分別判斷這四個二級單元中是否還有不同性質(zhì)的多邊形；是否還有不同性質(zhì)的多邊形；四叉樹編碼的基本思想：四叉樹編碼的基本思想：若其中某個二級單元中有不同性質(zhì)的多邊形，則若其中某個二級單元中有不同性質(zhì)的多邊形，則再劃分成四個大小相同的三級單元再劃分成四個大小相同的三

30、級單元; ;這種逐級一分為四的方法，一直分到單元內(nèi)無不這種逐級一分為四的方法，一直分到單元內(nèi)無不同性質(zhì)的多邊形為止。同性質(zhì)的多邊形為止。土地信息系統(tǒng)LIS56用四叉樹表示一個多邊形用四叉樹表示一個多邊形土地信息系統(tǒng)LIS57（a a）柵格數(shù)據(jù)）柵格數(shù)據(jù)（b b）四叉樹編碼）四叉樹編碼59AAAAAABBAAAACCBBAAACCCBBACCCCCBBBBCCCBBABBBBAAAABBBBAAAABBBBBAAAAABAAAAABAABCBBBBBCCBCBCCAAAACCCACAAAAABAA AAAB AABCBBCCBBBCCAA CCCA CAAAB C BA A土地信息系統(tǒng)LIS60

31、直接?xùn)鸥窬幋a：直接?xùn)鸥窬幋a：簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型；游程長度編碼：游程長度編碼：在很大程度上壓縮數(shù)據(jù)，又最大限度的保留了原始柵格結(jié)構(gòu)，編碼解碼十分容易，十分適合于微機(jī)土地信息系統(tǒng)采用；四叉樹編碼：四叉樹編碼：具有區(qū)域性質(zhì)，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進(jìn)行大量圖形圖象運(yùn)算，效率較高，是很有前途的編碼方法。三種編碼方式的比較：三種編碼方式的比較：土地信息系統(tǒng)LIS614.1.5矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較 矢量和柵格數(shù)據(jù)是兩種表示土地信息的方法，前者的矢量和柵格數(shù)據(jù)是兩種表示土地信息的方法，前者的顯顯著特點(diǎn)著特點(diǎn)是是位置明顯，

32、屬性隱含位置明顯，屬性隱含，而后者的，而后者的顯著特點(diǎn)顯著特點(diǎn)是是屬性屬性明顯，位置隱含明顯，位置隱含。兩者各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)：。兩者各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)：土地信息系統(tǒng)LIS62 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，從一般事務(wù)處理，到各種專門化數(shù)據(jù)的存儲與管理，都可以建立不同類型的數(shù)據(jù)庫。建立數(shù)據(jù)庫不僅僅是為了保存數(shù)據(jù)，擴(kuò)展人的記憶，而主要是為了幫助人們?nèi)ス芾砉芾砗涂刂瓶刂婆c這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物與這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物。 土地信息系統(tǒng)中的土地土地數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫就是為了幫助人們?nèi)ス芾砗涂刂婆c這些土地數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的土地，由于這類數(shù)據(jù)庫具有明顯的空間特征，一般把它稱為空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫。4.2 土地信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫土

33、地信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫土地信息系統(tǒng)LIS63空間數(shù)據(jù)庫在LIS中的地位與作用: : 空間數(shù)據(jù)庫的布局和存取能力對空間數(shù)據(jù)庫的布局和存取能力對LISLIS功能的實功能的實現(xiàn)和工作的效率影響極大。現(xiàn)和工作的效率影響極大。空間數(shù)據(jù)庫花費(fèi)的時間要占整個系統(tǒng)建設(shè)所花空間數(shù)據(jù)庫花費(fèi)的時間要占整個系統(tǒng)建設(shè)所花時間的時間的85%85%以上。以上。貯存于空間數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是貯存于空間數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是土地信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。土地信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。土地信息系統(tǒng)LIS64數(shù)據(jù)庫概述數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的

34、運(yùn)行與保護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行與保護(hù)內(nèi)容提要內(nèi)容提要土地信息系統(tǒng)LIS65u數(shù)據(jù)庫相關(guān)概念數(shù)據(jù)庫相關(guān)概念 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 是按照一定結(jié)構(gòu)組織的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，是在計算機(jī)存儲設(shè)備上合理存放的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集。 通常，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的簡稱。一個完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)三個組成部分。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 是提供數(shù)據(jù)庫建立、使用和管理工具的軟件系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 是為了滿足特定的用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立起來的，具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)用軟件，它提供給用戶一個訪問和操作特定數(shù)據(jù)庫的用戶界面。4.2.1 數(shù)據(jù)庫概述數(shù)據(jù)

35、庫概述土地信息系統(tǒng)LIS66空間空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)空間空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)空間空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫空間空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是在計算機(jī)物理是在計算機(jī)物理存儲介質(zhì)上存儲存儲介質(zhì)上存儲的、與應(yīng)用相關(guān)的、與應(yīng)用相關(guān)的土地空間數(shù)據(jù)的土地空間數(shù)據(jù)的集合。的集合。是指能夠?qū)Υ鎯Φ耐恋乜帐侵改軌驅(qū)Υ鎯Φ耐恋乜臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯的間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯的定義，提供必需的空間數(shù)定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢、檢索和存取功能，據(jù)查詢、檢索和存取功能，以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的維護(hù)和更新的一套有效的維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)。是由土地息系統(tǒng)是由土地息系統(tǒng)的空間分

36、析模型的空間分析模型和應(yīng)用模型所組和應(yīng)用模型所組成的軟件。成的軟件。 具有查詢、檢索、具有查詢、檢索、存取等功能存取等功能管理、分析、管理、分析、決策決策 空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)概念：空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)概念：土地信息系統(tǒng)LIS67u數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)庫的特征一般數(shù)據(jù)庫具有以下主要特征：一般數(shù)據(jù)庫具有以下主要特征：數(shù)據(jù)集中控制數(shù)據(jù)集中控制(統(tǒng)一控制維護(hù)管理,方便共享)數(shù)據(jù)冗余度小數(shù)據(jù)冗余度小(冗余的缺點(diǎn)：一是增加了存儲空間；二是易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致)數(shù)據(jù)獨(dú)立數(shù)據(jù)獨(dú)立(數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序相互獨(dú)立)復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)保護(hù)數(shù)據(jù)保護(hù)(安全性控制、完整性控制、并發(fā)控制、故障的發(fā)現(xiàn)和恢復(fù))土地信息系統(tǒng)LIS68空間

37、數(shù)據(jù)庫與一般數(shù)據(jù)庫相比，具有以下特點(diǎn)：空間數(shù)據(jù)庫與一般數(shù)據(jù)庫相比，具有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量特別大數(shù)據(jù)量特別大。地理系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合體，要用數(shù)據(jù)來描述各種土地要素，尤其是要素的空間位置，其數(shù)據(jù)量往往很大。不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，還有大量的空間有大量的空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，且這兩種數(shù)據(jù)之間具有不可分割的聯(lián)系。數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛。例如地理研究、環(huán)境保護(hù)、土地利用與規(guī)劃、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境、市政管理、道路建設(shè)等。土地信息系統(tǒng)LIS69 從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構(gòu)：面向用戶或應(yīng)用程序員的用戶級用戶級、面向建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫人員的概念級概念級、面向系統(tǒng)程序員的物理級物理級。 外

38、模式外模式：也稱子模式子模式或用戶模式用戶模式，對應(yīng)于用戶級用戶級，是數(shù)據(jù)庫用戶看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖。u數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖4-13 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)用戶視圖DBA視圖內(nèi)部視圖概念模式概念模式：又稱邏輯模式邏輯模式，對應(yīng)于概念級概念級，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。內(nèi)模式內(nèi)模式：也稱存儲模式存儲模式，對應(yīng)于物理級物理級，是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。土地信息系統(tǒng)LIS70三級模式間存在兩次映射：三級模式間存在兩次映射：外模式概念模式映射外模式概念模式映射：它定義了該

39、外模式與概念模式之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)概念模式改變時，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式概念模式的映射作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性據(jù)的邏輯獨(dú)立性。概念模式內(nèi)模式映射概念模式內(nèi)模式映射：它定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了，由數(shù)據(jù)庫管理員對概念模式內(nèi)模式映射作相應(yīng)改變，可以使概念模式保持不變，從而保證了數(shù)據(jù)的物數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性理獨(dú)立性。外模式外模式概念模式概念模式映射邏輯獨(dú)立性內(nèi)模式內(nèi)模式映射物理獨(dú)立性土地信息系統(tǒng)LIS71 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界部分現(xiàn)象的抽象，是數(shù)據(jù)庫中對是對現(xiàn)實世界部分現(xiàn)象的抽象，是數(shù)據(jù)庫中

40、對數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的邏輯組織形式的描述。數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的邏輯組織形式的描述。4.2.2 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫都是基于某種數(shù)據(jù)模型來實現(xiàn)其數(shù)據(jù)組織現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫都是基于某種數(shù)據(jù)模型來實現(xiàn)其數(shù)據(jù)組織功能，功能，數(shù)據(jù)模型一般地具有兩種描述功能：數(shù)據(jù)模型一般地具有兩種描述功能： 數(shù)據(jù)內(nèi)容的描述；數(shù)據(jù)內(nèi)容的描述； 數(shù)據(jù)間聯(lián)系的描述。數(shù)據(jù)間聯(lián)系的描述。 數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三個條件：數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三個條件： 能真實地模擬現(xiàn)實世界；能真實地模擬現(xiàn)實世界； 人們?nèi)菀桌斫?；人們?nèi)菀桌斫猓?便于在計算機(jī)上實現(xiàn)。便于在計算機(jī)上實現(xiàn)。 土地信息系統(tǒng)LIS72目前，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域最常用的

41、數(shù)據(jù)模型有五種：目前，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域最常用的數(shù)據(jù)模型有五種：u層次模型；u網(wǎng)絡(luò)模型；u關(guān)系模型；u面向?qū)ο竽Ｐ停籾時空模型。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型新興數(shù)據(jù)模型新興數(shù)據(jù)模型 根據(jù)使用的模型，可以把數(shù)據(jù)庫分成：根據(jù)使用的模型，可以把數(shù)據(jù)庫分成：層次型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫和時空數(shù)據(jù)庫。土地信息系統(tǒng)LIS73在數(shù)據(jù)模型中常用到以下概念：在數(shù)據(jù)模型中常用到以下概念： 實體：實體：是可以相互區(qū)別而又可以被人識別的事、物、概念的統(tǒng)稱，有具體的，也有抽象的；有物理上存在的，也有概念性的; 屬性：屬性：實體的屬性是指描述實體的若干特征;聯(lián)系：聯(lián)系：是指實體與實體之間之間的，可區(qū)分為一

42、對一（：）、一對多（：）、多對多（：）等類型。聯(lián)系也可以有自己的屬性；碼：碼：唯一標(biāo)識實體的屬性集;域：域：屬性的取值范圍。 土地信息系統(tǒng)LIS74圖4-14 班級、學(xué)生和課程之間的聯(lián)系 (a)1:1聯(lián)系 (b)1:m聯(lián)系 (c)n:m聯(lián)系 班級班長領(lǐng)導(dǎo)11班級學(xué)生組成1m課程學(xué)生選修nm土地信息系統(tǒng)LIS75圖4-15 地圖Map及其層次模型表達(dá)1. 層次模型層次模型樹結(jié)構(gòu)樹結(jié)構(gòu)v層次模型的結(jié)構(gòu)層次模型的結(jié)構(gòu)： 用樹結(jié)構(gòu)樹結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型，樹中的每個結(jié)點(diǎn)代表一種實體類型。揭示的是實體之間一對多一對多的聯(lián)系。通常把表示1的實體放在上方，稱為“父結(jié)點(diǎn)父結(jié)點(diǎn)”；而將表示n的實體放在下方

43、，稱為“子結(jié)點(diǎn)子結(jié)點(diǎn)”，最上層只能有一個結(jié)點(diǎn)，稱為根結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn)，最下層的末端結(jié)點(diǎn)稱為葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)。土地信息系統(tǒng)LIS76v層次模型的兩個限制條件層次模型的兩個限制條件：有且僅有一個結(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn)，這個結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)；除根節(jié)點(diǎn)外，其他的結(jié)點(diǎn)都有且僅有一個父節(jié)點(diǎn)。v層次模型的特點(diǎn)：層次模型的特點(diǎn)： 層次模型的優(yōu)點(diǎn)是容易理解，單碼查找速度快，易于更新和擴(kuò)充；但會產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，且難以顧及實體元素間的拓?fù)潢P(guān)系，給拓?fù)洳樵儙砝щy，也不能直接表示實體之間多對多（m:n）的聯(lián)系。 土地信息系統(tǒng)LIS77林地林地有林地有林地灌木林地灌木林地疏林地疏林地未成林地未成林地苗圃苗圃 經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)林林 竹竹林林人工林人工林

44、天然林天然林特特用用林林用用材材林林 圖4-16 層次模型示例土地信息系統(tǒng)LIS78v網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)： 用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來表示實體間聯(lián)系的模型，每個結(jié)點(diǎn)依然表示數(shù)據(jù)庫中的一個實體類型。可以表示實體之間多對多多對多的關(guān)系。 圖4-17 地圖Map的網(wǎng)絡(luò)模型表達(dá)2. 網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS79v網(wǎng)絡(luò)模型與層次模型的區(qū)別網(wǎng)絡(luò)模型與層次模型的區(qū)別：（1）可以有零個或多個結(jié)點(diǎn)無父結(jié)點(diǎn) （2）至少有一個結(jié)點(diǎn)有多于一個父結(jié)點(diǎn) （3）允許兩個結(jié)點(diǎn)之間有兩種或多種聯(lián)系v網(wǎng)絡(luò)模型的特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)模型的特點(diǎn)： 網(wǎng)狀模型可表示多對多的關(guān)系，其數(shù)據(jù)存儲效率較高，數(shù)據(jù)冗余也較小，適

45、合于表示關(guān)系較復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)和具有網(wǎng)絡(luò)狀特征的地理實體，但網(wǎng)狀模型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)更新也較為繁瑣。 土地信息系統(tǒng)LIS80圖4-18 網(wǎng)狀模型示例北 京廣 州上 海西 安(a)學(xué)生甲學(xué)生乙學(xué)生丙學(xué)生丁課程 1課程 2課程 3課程 4(b)土地信息系統(tǒng)LIS81v關(guān)系模型的結(jié)構(gòu)：關(guān)系模型的結(jié)構(gòu)： 關(guān)系模型是用二維表結(jié)構(gòu)二維表結(jié)構(gòu)來表示實體和實體間聯(lián)系的模型。v關(guān)系模型中，每個關(guān)系應(yīng)滿足下列條件：關(guān)系模型中，每個關(guān)系應(yīng)滿足下列條件： （1）表中的每一列屬性都是不能再分的基本字段； （2）各列被指定一個相異的名字； （3）各行（記錄）相異，不允許重復(fù)；（4）行、列次序無關(guān)。3. 關(guān)系模型關(guān)系模型二維

46、表結(jié)構(gòu)二維表結(jié)構(gòu)土地信息系統(tǒng)LIS82表4-11 關(guān)系3：結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系表表4-9 關(guān)系1：多邊形邊界關(guān)系表表4-10 關(guān)系2：邊界數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表土地信息系統(tǒng)LIS83v關(guān)系模型的特點(diǎn)：關(guān)系模型的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可利用數(shù)據(jù)本身的公共值隱含地表達(dá)實體之間的聯(lián)系，結(jié)構(gòu)簡單靈活、數(shù)據(jù)修改和更新方便、容易維護(hù)和理解，是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中最常用的數(shù)據(jù)模型。不足之處：不足之處：難以處理空間數(shù)據(jù)庫涉及的復(fù)雜目標(biāo)，管理較為復(fù)雜，查找速度與網(wǎng)狀和層次模型相比也要慢一些。土地信息系統(tǒng)LIS844. 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理土地空間數(shù)據(jù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理土地空間數(shù)據(jù) 的局限性的局限性(1)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小

47、的數(shù)字和字符；而土地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是連續(xù)連續(xù)的，并且具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性空間相關(guān)性。(2)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的實體類型實體類型較少；而土地數(shù)據(jù)庫的實體類型繁多，實體類型之間存在著復(fù)雜的空間關(guān)系，并且還能產(chǎn)生新的關(guān)系(如拓?fù)潢P(guān)系)。(3)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存貯的數(shù)據(jù)通常為等長記錄等長記錄的數(shù)據(jù)；而土地數(shù)據(jù)通常由于不同空間目標(biāo)的坐標(biāo)串長度不定，具有變長記錄變長記錄，并且數(shù)據(jù)項也可能很大，很復(fù)雜。(4)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息；而土地數(shù)據(jù)庫中需要有大量的空間數(shù)據(jù)操作和查詢空間數(shù)據(jù)操作和查詢，如相鄰、連通、包含、疊加等。土地信息系統(tǒng)LIS85v面向?qū)ο竽Ｐ偷暮x：面向?qū)ο竽Ｐ偷暮x：5.

48、面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο笫侵笩o論怎樣復(fù)雜的事物都可以準(zhǔn)確地由一個對象表示，每個對象都有自己的特征和行為，對象的用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來表示；對象的用改變對象狀態(tài)的操作操作來實現(xiàn)。面向?qū)ο竽Ｐ褪菍F(xiàn)實世界的實體都抽象成對象，然后進(jìn)行和，以人們認(rèn)識問題的自然方式將所有的對象構(gòu)建成一個分層結(jié)構(gòu)，來描述問題領(lǐng)域中各實體之間的相互關(guān)系和相互作用，從而建立起的一個比較完整的結(jié)構(gòu)模型?？捎行П磉_(dá)圖形與屬性數(shù)據(jù)可有效表達(dá)圖形與屬性數(shù)據(jù)土地信息系統(tǒng)LIS86vLISLIS中的面向?qū)ο竽Ｐ停褐械拿嫦驅(qū)ο竽Ｐ停涸贚IS面向?qū)ο髷?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，通常可以把空間數(shù)據(jù)抽象為點(diǎn)、線和面三種簡單的地物類型，作為三種簡單對象:點(diǎn)狀地物點(diǎn)

49、狀地物：如車站、水井等。具有標(biāo)識號、編碼、定位點(diǎn)坐標(biāo)等數(shù)據(jù)項，并且有顯示、增加、刪除、修改等操作。線狀地物線狀地物：如道路、河流等。線裝地物由一條或多條弧段組成。具有標(biāo)識號、編碼、組成線狀地物的弧段等數(shù)據(jù)項和顯示、增加、刪除、修改等操作。面狀地物面狀地物：如湖泊、街區(qū)等。由一條或多條弧段構(gòu)成，除了具有標(biāo)識號、編碼、弧段串等數(shù)據(jù)項外，還常常含有面的內(nèi)點(diǎn)坐標(biāo)、面的坐標(biāo)，甚至面狀地物的外接矩形的坐標(biāo)等。并且有顯示、增加、刪除、修改等操作。 土地信息系統(tǒng)LIS87 圖4-25 LIS中的面向?qū)ο竽Ｐ屯恋匦畔⑾到y(tǒng)LIS884.2.3 空間空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計1. 概述概述 空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計問題，其實

50、質(zhì)是將空間客體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程，也就是LIS中空間客體數(shù)據(jù)的模型化問題。 這一問題首先是把現(xiàn)實世界抽象成概念模型，然后轉(zhuǎn)變?yōu)槊枋鍪挛锏男问竭壿嬆Ｐ?，再轉(zhuǎn)換成計算機(jī)硬件可以接受的物理模型。土地信息系統(tǒng)LIS89 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的整個過程包括以下幾個典型步驟，即概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計。 圖4-26 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟土地信息系統(tǒng)LIS902. 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲冗余;提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時訪問的需求,高效提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果;在空間元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系,反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性;支持多種決策需要,具

51、有較強(qiáng)的應(yīng)用適應(yīng)性. 土地信息系統(tǒng)LIS91系統(tǒng)需求分析概念設(shè)計邏輯設(shè)計物理設(shè)計需求說明書E-R模型邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)3. 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容土地信息系統(tǒng)LIS92（1 1）系統(tǒng)需求分析）系統(tǒng)需求分析 是整個空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立的基礎(chǔ)，主要進(jìn)行以下工作：調(diào)查用戶需求：了解用戶特點(diǎn)和要求，取得設(shè)計者與用戶對需求的一致看法。需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求(信息內(nèi)容、特征、需要存儲的數(shù)據(jù))、信息加工處理要求(如響應(yīng)時間)、完整性與安全性要求等。編制用戶需求說明書：包括需求分析的目標(biāo)、任務(wù)、具體需求說明、系統(tǒng)功能與性能、運(yùn)行環(huán)境等，是需求分析的最終成果。土地信息系統(tǒng)

52、LIS93（2 2）概念設(shè)計）概念設(shè)計 是將需求說明書中關(guān)于數(shù)據(jù)的需求，綜合為一個獨(dú)立于計算機(jī)的反映用戶觀點(diǎn)的概念模型。表示概念模型的最有力的工具是實體-聯(lián)系模型。實體聯(lián)系模型，即-模型，是1976年美籍華人陳平山提出來的，當(dāng)時是作為一種區(qū)別于層次、網(wǎng)狀、關(guān)系模型而提出來的新的數(shù)據(jù)模型。這種方法面向現(xiàn)實世界，把管理系統(tǒng)所要描述的問題劃分為單個的實體，通過實體間的聯(lián)系而有效、自然地模擬現(xiàn)實世界。-模型包括實體、聯(lián)系和屬性三個基本成分。土地信息系統(tǒng)LIS94首先根據(jù)單個應(yīng)用的需求，用實體聯(lián)系模型畫出能反映每一應(yīng)用需求的局部ER模型。然后把這些ER模型圖合并起來，消除冗余和可能存在的矛盾，得出系統(tǒng)的

53、總體ER模型。圖4-28是用E-R模型畫出的土地面積量算信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的部分實體與聯(lián)系的局部E-R模型圖。圖中矩形框、菱形框和橢圓形框分別表示實體、聯(lián)系和屬性。概念設(shè)計的一般步驟概念設(shè)計的一般步驟:土地信息系統(tǒng)LIS95圖4-27 用E-R模型表示實體及其聯(lián)系學(xué)生學(xué)生課程課程學(xué)生選課學(xué)生選課NM姓名姓名性別性別學(xué)號學(xué)號年齡年齡課程號課程號課程名課程名學(xué)分學(xué)分成績成績（b）（a）土地信息系統(tǒng)LIS96圖幅理論面積控制行政單位塊面積（a）兩個實體間的聯(lián)系控制圖斑行政單位塊面積圖4-28 用E-R模型表示實體或聯(lián)系的屬性圖斑圖斑號地類號毛面積凈面積線狀地物零星地類（b）實體的屬性控制圖斑行政單位塊面

54、積面積（c）聯(lián)系的屬性土地信息系統(tǒng)LIS97用用-模模型建立概念模型的具體步驟型建立概念模型的具體步驟: 下面以高校師生管理信息系統(tǒng)為例，說明用-R來建立概念模型的具體步驟。第一步：確定第一步：確定- -模型應(yīng)含的實體。模型應(yīng)含的實體。如前面所指出的，每一實體可用來代表一類數(shù)據(jù)的集合。所以在本例中，可以暫定主要管理對象為模型的第一批實體，并分別取名為“教師”、“學(xué)生”。(如圖)土地信息系統(tǒng)LIS98第二步：建立系統(tǒng)單項應(yīng)用的局部第二步：建立系統(tǒng)單項應(yīng)用的局部- -模型。模型。這一步的目標(biāo)是在實體之間建立所需的聯(lián)系。通常的作法是，根據(jù)對系統(tǒng)的功能分析首先選出一至數(shù)項有代表性的單項應(yīng)用，建立起相應(yīng)

55、的局部-模型。然后在此基礎(chǔ)上逐漸擴(kuò)充，所有實體之間均建立起應(yīng)有的聯(lián)系。教師任課課程選修課程學(xué)生土地信息系統(tǒng)LIS99第三步：將局部第三步：將局部- -模型綜合為系統(tǒng)的總體模型綜合為系統(tǒng)的總體- -模型。模型。方法為：先將具有相同實體的兩個局部-模型以該相同實體為基準(zhǔn)進(jìn)行集成；若還有相同實體的局部-模型，則再次集成；這樣一直繼續(xù)下去，直到所有相同實體的局部E-R模型都被集成，便可得到全局E-R模型。(如圖)第四步：改進(jìn)總體第四步：改進(jìn)總體- -模型。模型。通過綜合得到的初始模型常常存在不完善的地方，需要進(jìn)行改進(jìn)。一個完善模型應(yīng)該具有最小的數(shù)據(jù)冗余。所以這一步的主要目的就是減少冗余，盡可能避免數(shù)據(jù)

56、的重復(fù)存貯。土地信息系統(tǒng)LIS100 圖4-29 高校師生管理信息系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 土地信息系統(tǒng)LIS101 圖4-30 土地面積量算信息系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 土地信息系統(tǒng)LIS102 邏輯設(shè)計是在概念設(shè)計的基礎(chǔ)上，按照不同的轉(zhuǎn)換規(guī)則將前一步得出的概念模型轉(zhuǎn)換為具體DBMS支持的數(shù)據(jù)模型的過程，包括確定數(shù)據(jù)項、記錄及記錄間的聯(lián)系、安全性、完整性和一致性約束等。由于VFP和大多數(shù)其它數(shù)據(jù)庫只支持關(guān)系關(guān)系數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型，所以這里僅討論怎樣把概念模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)庫的關(guān)系模式。（3）邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計土地信息系統(tǒng)LIS103E-RE-R模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換：模型向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換： 在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中,每一數(shù)據(jù)庫文件表示為一個關(guān)系。從E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式,就是將E-R模型中的所有實體和聯(lián)系都會改用關(guān)系來表示。 土地信息系統(tǒng)LIS104E E- -R R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程：模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程： 下面仍以某高校師生管理信息系統(tǒng)的E-R圖為例，說明用-R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程：土地信息系統(tǒng)LIS105把每一實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系 首先分析實體的屬性集，從中找出關(guān)系的主鍵(主鍵是關(guān)系數(shù)據(jù)庫中可用于唯一地識別任何記錄的字段，主鍵將決定其它屬性的值，或者說其它