四种空间数据模型

空间数据逻辑模型是地理信息系统（GIS）中的核心部分，它描述了空间实体及其之间的关系。

选择适当的逻辑模型对于有效地组织、存储、管理和查询空间数据至关重要。

以下是几种常见的空间数据逻辑模型：矢量模型：点、线和多边形：这是最基本的矢量数据模型，其中点代表位置，线由一系列的点组成，而多边形则是由闭合的线形成。

这种模型非常适合表示离散的空间特征，如建筑物、道路和行政区划。

拓扑关系：在更复杂的矢量模型中，除了几何形状外，还会考虑空间对象之间的拓扑关系，如相邻、相交和包含等。

这种拓扑信息可以增强空间分析的能力。

栅格模型：像元/网格：栅格模型将空间划分为规则的网格或像元，每个像元都有一个与之关联的值，如高程、温度或土壤类型。

这种模型特别适合于表示连续的空间现象，如地形、气候和某些类型的遥感数据。

面向对象模型：对象和类：面向对象模型将现实世界中的实体表示为对象，这些对象具有属性（如颜色、形状）和方法（如计算面积、查找相邻对象）。

相关的对象可以被组织成类，从而形成一个分类体系。

继承和封装：通过使用面向对象编程的概念，如继承和封装，这种模型可以更有效地组织和管理复杂的空间数据。

网络模型：节点和边：网络模型主要用于表示和分析由节点（如交叉口、城市）和边（如道路、输电线路）组成的网络结构。

这种模型在交通规划、公共设施布局和物流分析等领域非常有用。

时空模型：时间维度：时空模型在传统的空间数据模型上增加了一个时间维度，用于表示和分析空间现象随时间的变化。

这对于环境监测、城市规划和历史研究等应用非常重要。

三维模型：立体表达：三维模型使用X、Y和Z三个坐标来定义空间对象的位置和形状，从而能够更真实地表示现实世界中的三维结构，如建筑物、地形和地下设施。

混合模型：综合应用：混合模型结合了上述两种或多种模型的优点，以适应特定的应用需求。

例如，一个系统可能同时使用矢量和栅格数据来表示不同类型的空间信息。

随着技术的进步和应用需求的增加，未来可能会出现更多创新的空间数据逻辑模型。

时空数据模型的表达方法
时空数据模型的表达方法是指用于描述和处理时空数据的数据模型。

时空数据
模型主要涉及地理位置和时间，用于表示和管理与地理位置和时间有关的数据。

以下是常见的几种时空数据模型的表达方法：
1. 栅格模型：栅格模型是一种将地理空间分割成规则网格的方法。

每个网格单
元都包含一个数值或某种属性信息，可以用来表示地理要素的分布或变化。

栅格模型适用于处理多尺度和连续变量数据，如地表温度、降雨量等。

2. 矢量模型：矢量模型使用点、线和面等基本几何要素来描述地理实体的形状
和位置。

通过矢量模型可以准确地表示地理要素之间的拓扑关系，如相邻、相交等。

矢量模型适用于处理离散的、具有精确几何形状的地理实体，如道路、建筑物、国界等。

3. 拓扑数据模型：拓扑数据模型是一种基于图论概念的数据模型，用于描述地
理实体之间的拓扑关系。

拓扑数据模型以节点、边和面作为基本要素，在描述地理实体时考虑了其邻接、相交和顺序等关系，可以用来进行空间网络分析和路径分析等。

4. 时空数据立方体模型：时空数据立方体模型是一种将时空数据组织成多维数
据立方体的方法。

它将地理位置和时间作为数据立方体的维度，通过对不同位置和时间上的数据进行切片和汇聚，可以实现对时空数据的灵活分析和可视化。

综上所述，时空数据模型的表达方法包括栅格模型、矢量模型、拓扑数据模型
和时空数据立方体模型。

选择适合的表达方法可以根据具体应用需求和数据特点来确定，以便更好地处理和分析时空数据。

时空数据模型标准
时空数据模型是一种用于处理和管理具有时间和空间维度的数据的模型。

以下是一些常见的时空数据模型标准：
1.时空立方体模型（Spatio-Temporal Cube Model）：这是一种基于立方体的数据模型，将空间数据按照不同的维度进行组织和存储。

时空立方体模型可以用于表示不同时间和空间分辨率的数据。

2.时空对象模型（Spatio-Temporal Object Model）：这是一种基于对象的数据模型，将时空数据表示为具有时间和空间属性的对象。

时空对象模型可以用于表示具有复杂时空行为的数据。

3.时空索引模型（Spatio-Temporal Index Model）：这是一种用于快速查询和检索时空数据的模型，通过建立索引来提高查询效率。

时空索引模型可以基于不同的索引结构，如R 树、四叉树等。

4.时空数据仓库模型（Spatio-Temporal Data Warehouse Model）：这是一种用于存储和管理大规模时空数据的模型，将时空数据组织成数据仓库的形式。

时空数据仓库模型可以用于支持时空数据的分析和决策。

这些时空数据模型标准在不同的应用领域和数据管理系统中得到广泛应用，可以根据具体需求选择适合的标准。

空间分析的数据模型空间分析是GIS的主要特征，有无空间分析功能是GIS与其他制图系统相区别的主要标志。

空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以对空间事物做出定量的描述。

地理信息系统要对自然对象进行描述、表达和分析，首先要建立合理的数据模型以存储地理对象的位置、属性以及动态变化等信息，合理的数据模型是进行空间分析的基础。

这里介绍常见的数据模型。

现实世界错综复杂，从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态和运动方式不断发生变化，系统的诸多组成要素之间存在着相互制约、相互作用的依存关系，表现为人口、质、能量、信息、价值的流动和作用，反映不同的空间现象和问题。

为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人口流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑在建立数据模型表达现实世界的基础上，对其诸多组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈规律、调制机理等进行数字模拟和动态分析，客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。

空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术。

空间分析方法必然要受到空间数据表示形式的制约和影响，因此，在研究空间分析时，就不能不考虑空间数据表示方法与数据模型。

空间数据表示的基本任务是将以图形模拟的空间物体表示成计算机能够接受的数字形式，因此空间数据的表示必然涉及空间数据模式和数据结构问题。

空间数据通常分为栅格模型和矢量模型两种基本的表示模型。

此外矢量栅格一体化、三维数据模型、时空数据模型等由于自身的特点，在某些方面代表数据模型发展的方向。

1.栅格数据模型在栅格模型中，地理空间被划分为规则单元（像元），空间位置由像元的行列号表示。

像元的大小反映数据的分辨率，空间物体由若干像元隐含描述。

例如一条道路由其值为道路编码值的一系列相邻的像元表示，要从数据库中删除这条道路，则必须将所有有关像元的值改变成该条道路的背景值。

简述空间数据的概念模型
空间数据的概念模型是指对空间数据进行抽象和描述的模型。

它描述了空间数据的特征和结构，包括空间对象、空间关系、空间属性等。

常用的空间数据的概念模型包括层次模型、关系模型和对象模型。

层次模型是最早被提出的空间数据的概念模型，它将空间数据组织成一个树形结构，其中每个节点代表一个空间对象，节点之间通过父子关系表示空间对象之间的包含关系。

关系模型是基于关系代数的模型，将空间数据表示为数据表的形式。

每个表代表一个空间对象集合，表的每一行代表一个空间对象，表的每一列代表一个属性。

对象模型是基于对象模型的模型，将空间数据表示为对象的集合。

每个对象代表一个空间对象，对象的属性和方法描述了空间对象的特征和操作。

这些模型可以根据具体的应用需求和数据结构选择。

在实际应用中，通常会将不同的模型结合使用，以更好地描述和管理空间数据。

第7 章空间数据分析模型7.1 空间数据 按照空间数据的维数划分，空间数据有四种基本类型：点数据、线数据、面数据和体数据。

点是零维的。

从理论上讲，点数据可以是以单独地物目标的抽象表达，也可以是地理单元的抽象表达。

这类点数据种类很多，如水深点、高程点、道路交叉点、一座城市、一个区域。

线数据是一维的。

某些地物可能具有一定宽度，例如道路或河流，但其路线和相对长度是主要特征，也可以把它抽象为线。

其他的线数据，有不可见的行政区划界，水陆分界的岸线，或物质运输或思想传播的路线等。

面数据是二维的，指的是某种类型的地理实体或现象的区域范围。

国家、气候类型和植被特征等，均属于面数据之列。

真实的地物通常是三维的，体数据更能表现出地理实体的特征。

一般而言，体数据被想象为从某一基准展开的向上下延伸的数，如相对于海水面的陆地或水域。

在理论上，体数据可以是相当抽象的，如地理上的密度系指单位面积上某种现象的许多单元分布。

在实际工作中常常根据研究的需要，将同一数据置于不同类别中。

例如，北京市可以看作一个点（区别于天津），或者看作一个面（特殊行政区，区别于相邻地区），或者看作包括了人口的“体”。

7.2 空间数据分析 空间数据分析涉及到空间数据的各个方面，与此有关的内容至少包括四个领域。

1）空间数据处理。

空间数据处理的概念常出现在地理信息系统中，通常指的是空间分析。

就涉及的内容而言，空间数据处理更多的偏重于空间位置及其关系的分析和管理。

2）空间数据分析。

空间数据分析是描述性和探索性的，通过对大量的复杂数据的处理来实现。

在各种空间分析中，空间数据分析是重要的组成部分。

空间数据分析更多的偏重于具有空间信息的属性数据的分析。

3）空间统计分析。

使用统计方法解释空间数据，分析数据在统计上是否是“典型”的，或“期望”的。

与统计学类似，空间统计分析与空间数据分析的内容往往是交叉的。

4）空间模型。

空间模型涉及到模型构建和空间预测。

空间数据模型：场模型，要素模型，网络模型
场模型：表示在二维或者三维空间里被看做连续变化的数据。

例如可以表示地表温度，大气污染物集中程度，土壤的湿度水平等。

其中最常见的是栅格数据模型。

要素模型：强调了离散对象，根据它们界线以及组成它们或者与它们相关的其他对象，可以详细的描述离散对象。

网络模型：表示特殊对象的交互，例如水、交通。

栅格数据
矢量数据和栅格数据
常见的栅格数据类型是正方形，也有三角形和六边形等。

栅格模型中每一个网格是一个象元，每个象元有一个对应的数值，每
一个数值代表一种属性，如环境污染程度、植被覆盖类型、土地利用等空间地理现象。

网格单元的大小对地图的分辨率和计算精度起关键的作用，与计算机存储量和分辨率成反比。

网格越大，信息量越模糊（存储量小），分辨率越低。

网格越小，则反之。

要素模型：
三个地物要素对对象：点对象，线对象，多边形对象。

地理要素间的空间关系（拓扑关系）
矢量数据
影像投影运用到拓扑关系。

网络模型
网络模型将数据组织成有向结构。

结点代表数据记录，连线描述不同节点数据间的关系。

常用来表示航线、海上路线、燃气管道、交通等。

网络模型示意图。

空间数据模型空间数据模型可以分为三种：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；要素模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述——9交模型等。

最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。

值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。

1．空间数据模型的基本问题人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。

从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态（在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空间现象和问题。

为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。

1．1概念地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。

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。

地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。

绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。

在地理信息系统应用中，空间概念贯穿于整个工作对象、工作过程、工作结果等各个部分。

空间数据就是以不同的方式和来源获得的数据，如地图、各种专题图、图像、统计数据等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。