第二章：数据模型

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1、一、模型 定义： 对现实世界的简化表达，是将系统的各个要素通过适当的筛选，用一定的表现规则描写出来的简明映象 对客观世界中解决各种实际问题所依据的规律或过程的抽象或模拟 应用 主要的科学研究方法：能有效地帮助人们从各种因素之间找出其因果关系或者联系，有利于问题的解决 专业研究的深入程度决定了所建模型的质量与效果：模型的建立是数学或技术性的问题，必须以广泛、深入的专业研究为基础； 模型的质量和数量决定了系统中数据使用的效率和深度 大量模型的发展和应用，实际上集中和验证了该应用领域中许多专家的经验和知识 现实世界的 信息 分析、预 报、决 策或控制 现实世界的 分析、预报、 决策或控 制 模型 翻

2、译、归纳 解译 检验 演绎 推断 地图是什么？ 是客观世界的“形象符号概括”模型 形象：完整、形象、直观的图形描述和说明 符号：采用专门设计和事先规定的符号，来反映地物、现象和地理过程 概括：不是客观世界的完全再现，是经过制图者过滤、抽象和概括出来的模型二、数据模型 对现实世界中事物、现象、关系和过程进行抽象描述的数据逻辑组织方案 包括：数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作数据模型 数据模型的三个层次 概念模型：实体及实体间联系的抽象概念集 逻辑模型：表达概念模型中数据实体（记录）及其间的关系 物理模型：描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构 外模式 1 物理数据模

3、型 逻辑数据模型 空间概念数据模型 外模式 2 外模式 3 现实空间世界 三、数据建模三、数据建模 数据建模把描述现实世界的数据组织为有用且能反映真实数据集的过程 数据建模分数据建模分为三步： 选择一种数据模型来对现实世界的数据进行组织； 选择一种数据结构来表达该数据模型； 选择一种适合于记录该数据结构的文件格式。 地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续 两种观点 场模型 基于对象（要素）的模型 网络模型 DEM五、GIS空间数据模型的学术前沿 时空数据模型 三维数据模型 动态空间数据结构 CASE 工具一、定义 场模型把客观世界抽

4、象成一个空间上连续分布的状态或现象，如： 空气中污染物的集中程度 地表的温度 土壤的湿度 空气与水的流动速度和方向 地球表面 场可以表现为二维或三维： 二维场：在二维空间中任何已知的地点上，都有一个表现这一现象的值； 三维场：在三维空间中对于任何位置来说都有一个值。二、特性 空间结构特征：空间结构特征：可以进行长度和角度测量的欧几里德空间 属性域的数值可以包含以下几种类型：名称、序数、间隔和比率 支持空值，未知或不确定则赋予空值。 连续的、可微的、离散的连续的、可微的、离散的 各向同性和各向异性各向同性和各向异性 空间自相关空间自相关 三、表达方法 数学公式 Grid TIN 等值线四、应用非

5、常适合于需要展示空间分布变化的应用 2.3 基于要素的数据模型一、基本概念 基于要素的模型把信息空间抽象成许多离散的空间实体（Entity）或对象（Object）（城市、集镇、村庄、区）组成的集合 要素：是由一系列不同的、相互之间有特殊关系的空间实体所组成 实体：实体：现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。组成要素的实体具有自己的属性（如人口密度、质心和边界等），一个实体必须符合三个条件： 可被识别 重要（与问题相关） 可被描述（有特征）2.3 基于要素的数据模型一、基本概念 实体 可以指个体，也可以指总体，即个体的集合;抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同 实体的特征可以通过静

6、态属性（如城市名）、动态的行为特征和结构特征来描述实体 实体的属性可采用多种维度来定义，如：空间维、时间维、图形维和文本/数字维 依据空间特征，实体可分为：点、线、多边形和立体2.3 基于要素的数据模型二、实体的空间特征类型 点对象点对象：点是有特定的位置，维数为零的物体 点实体（Point Entity）：用来代表一个实体； 注记点：用于定位注记； 内点（Label Point）：用于记录多边形的属性，存在于多边形内； 结点（节点）（Node）：表示线的终点和起点； 角点（Vertex）：表示线段和弧段的内部点。2.3 基于要素的数据模型2.3 基于要素的数据模型二、实体的空间特征类型 线对

7、象线对象：维度为1的空间组分，具有相同属性的点的轨迹、线或折线，表示对象和它们边界的空间属性，由一系列坐标表示 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度； 方向性：水流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之分。 线状实体包括：线段、边界、链、弧段、网络等。 2.3 基于要素的数据模型二、实体的空间特征类型 多边形对象多边形对象：面状实体也称为多边形，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的抽象描述，由一封闭曲线加内点表示。 面积范围； 周长； 独立性或与其它的地物相邻 内岛或锯齿状外形 重叠性与非重叠性 在计算几何中，定义了许多不同类型的多边形 2.3 基于要素的数据模型

8、二、实体的空间特征类型 体、立体状实体体、立体状实体：用于描述三维空间中的现象与物体 具有长度、宽度及高度等属性 一般具有体积、每个二维平面的面积、内岛、断面图与剖面图等空间特征。 实体类型组合：现实世界的各种现象比较复杂，往往由上述不同的空间类型组合而成。2.3 基于要素的数据模型2.3 基于要素的数据模型空 间 对 象延 伸 对 象零 维 对 象 点二 维 对 象一 维 对 象环弧简 单 环简 单 弧面 对 象面 域 对 象域 单 位 对 象2.3 基于要素的数据模型 应用 基于场的模型和基于要素的模型各有长处 应该恰当地综合运用这两种方法来建模 现实世界 选择要素 选择一个位置 要素模型

9、 场模型 它在哪里 那里怎么样 数据 2.3 基于要素的数据模型三、应用 当研究的对象可以解释为真实的或接近静止的实体（可依据外部特征绘制,已经组织好的边界现象的）组成时一个基于要素的观点是适合于，例如：建筑物、道路、设施和管理区域 一些自然现象，如：湖、河、岛及森林，经常被表现在基于要素的模型中的；但应该记住的是，这类现象的边界随着时间的变化很少是固定的，它们的实际的位置定义很少是精确的 课内讨论 描述湖南省的土壤分布状况 描述长沙市空气质量状况 长沙市房产管理 描述全国的降雨分布状况 描述全国的的地面起伏状况 描述湖南省的交通道路信息2.4 基于要素的空间关系分析基于要素的空间关系分析一、

10、基本概念 空间关系可抽象为点、线、多边形之间的空间几何关系2.4 基于要素的空间关系分析基于要素的空间关系分析一、基本概念1）点）点点关系点关系 相合； 分离； 一点为其它诸点的几何中心； 一点为其它诸点的地理重心。2）点）点线关系线关系 点在线上：可以计算点的性质，如拐点等； 线的端点：起点和终点； 线的交点； 点与线分离：可计算点到线的距离3）点）点面关系面关系 点在区域内，可以记数和统计 点为区域的几何中心 点为区域的地理重心 点在区域的边界上 点在区域外部2.4 基于要素的空间关系分析基于要素的空间关系分析一、基本概念4）线）线线关系线关系 重合； 相接：首尾环接或顺序相接； 相交：

11、相切； 并行。5）线）线面关系面关系 区域包含线：可计算区域内线的密度； 线穿过区域： 线环绕区域：对于区域边界，可以搜索其左右区域名称 线与区域分离6）面）面面关系面关系包含：如岛的情形；相合：相交：可以划分子区，并计算逻辑与、或、非和异或；相邻：计算相邻边界的性质和长度；分离：计算距离、引力等。2.4 基于要素的空间关系分析基于要素的空间关系分析一、基本概念 包括: 拓扑空间关系拓扑空间关系 顺序空间关系顺序空间关系 度量空间关系度量空间关系2.4 基于要素的空间关系分析基于要素的空间关系分析二、拓扑空间关系 拓扑一词来自于希腊文，意思是“形状的研究”。 拓扑学是几何学的一个分支，它研究在