１、根据GIS数据组织和处理方式，举例如何选择地理空间实体抽象的概念模型中基于要素的模型还是基于场的模型？
要素模型：是可以辨识的一个个地理实体，如城市、河流、道路等等，每个实体都有其空间分布和属性特征。
点对象，由特定位置、维数为零的物体；线对象，维度为一的空间组成部分；多边形对象，即面状实体，通常用封闭曲线加内点来表示。矢量模型即是基于要素的，将现象看成原型实体的集合，矢量模型的表达源于空间实体的本身，通常以坐标来定义。
场模型：是连续的分布在所要表达的地理空间中，比如气温，大气污染程度等等。
用于模拟一定空间内连续分布的现象，常用栅格数据模型描述。栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，以规则或不规则的铺盖覆盖整个空间。
要素模型和场模型的不同在于一个是先选择要素，再回答它在哪里的问题；场模型实现选择一个位置，再回答那里怎么样的问题，最后都得到数据。
２、空间数据结构在ISO三层次地理空间认知中的作用和意义？
地理空间认知包括空间特征感知、空间对象认知、空间格局认知三个层次。空间数据结构介于逻辑数据模型和物理数据模型中间媒介位置。空间数据结构能有效地对逻辑数据模型描述的数据进行合理的组织，讲逻辑关系和数据转化为物理的数据，实现将现实世界的空间关系向计算机系统智能化的转变。
3、什么是空间关系？为什么说拓扑关系具有更大的稳定性？
空间关系是指各实体空间之间的关系，包括拓扑空间关系，顺序空间关系和度量空间关系。由于拓扑空间关系对GIS查询和分析具有重要意义，在GIS中，空间关系一般指拓扑空间关系。
更大稳定性原因：拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系,不随地图投影而变化，故比几何关系更稳定。
4、地理空间实体抽象的概念模型中基于要素的模型和基于场的模型分别对应的逻辑模型有那些？
基于要素的模型：矢量数据模型、矢量—栅格一体化数据模型、面向对象数据模型
基于场的模型：栅格数据模型、矢量—栅格一体化数据模型、镶嵌数据模型
地下管线空间数据模型及 三维可视化 Prepared on 22 November 2020
地下管线空间数据模型及三维可视化 摘要：伴随新城镇建设，地下管线规模日益庞大，种类日益繁多，对其进行科学高效的信息化管理尤为重要。为更好表现各类管线的地下空间分布关系，在二维地下管线信息化的基础上，探索管线信息的三维建模及可视化管理。通过构建地下管线三维数据模型，利用空间数据库引擎技术，结合ArcGIS Engine组件技术，搭建专业应用系统开发框架，生成地下管线三维模型，并实现三维可视化的信息查询与动态管理功能。 关键词关键词：地下管线；空间数据模型；三维可视化；ArcGIS DOIDOI： 中图分类号：TP319 0引言 地下管线信息是城镇现代化建设过程中不可或缺的基础资料，也是城市决策的重要基础资源之一。地下管线的隐蔽性、多变性和不确定性使地下管线信息成为城镇建设、安全、应急、防灾减灾面临的挑战。因此，地下管线信息的即时获取和科学高效的管理受到社会持续关注。近年来，地下管线信息化建设工作从逐渐进入人们视线过渡到了需求紧迫的阶段。 城镇地下管线包括给水、排水、电力、电信、燃气等多种管线及其附属设施，是城市的血脉和神经。地下管线信息化是
充分利用地理信息技术，采集、管理、更新、维护地下管线数据，开发利用地下管线信息资源，促进地下管线信息交流与资源共享，并推动地下管线信息在城市运维中发挥重要作用的过程，它是推动城市现代化建设与管理的重要技术手段之一＼[12＼]。 随着城市管线建设快速发展，二维地下管线信息已经不能够很好地满足需求。特别是在城市大规模建设并利用城市地下空间的背景下，建设了大量与地下管线相关的地下建筑物，这些地下建筑物中出现了管线共沟、多空管道、一井多盖，以及垂直管道等大量地下管线设备交叠的空间投影信息重叠现象，这些现象二维地下管线信息难以完整表达＼[12＼]。此外，二维地下管线图具有很强的专业技术特征，不能满足城市发展进程中普通人员对地下管线数据直观显示日益强烈的需求。因此，有必要将地下管线数据的表示方法在二维的基础上扩展到三维。三维地下管线信息能够更加直观地展示隐蔽于地面之下的、不可见的管线要素的空间分布、空间结构及空间关系，并与周围地面建筑物匹配显示，使城市管理者及非专业用户都能够更好地浏览、查询并使用地下管线信息，是未来城市地下管线信息化工作的发展方向之一。 目前，针对地下管线三维可视化的研究与应用还比较少，本文构建了地下管线空间数据模型，实现了地下管线三维可视化，并在此基础上搭建管线专用系统开发框架。
藿乐威尔田园的真正迷人之处，在我看是：它的遁隐之深，离开村子有两英里， 离开最近的邻居有半英里，并且有一大片地把它和公路隔开了；它傍着河流，据 它的主人说，由于这条河，而升起了雾，春天就不会下霜了。 梭罗在地球表面的任何地方都存在着垂直的和水平的两种关系：垂直关系把同一个地 方的不同要素联结起来，而水平关系则把不同地方的各种因素联结起来。这两种 关系的相对重要性随时代的变化而有所不同…正是这双重的关注，甚而至于这 两种关系的结合，才为地理学提供了独特性和完整性。 R.J.约翰斯顿 第三章空间数据模型 导读：本章描述的是整个GIS理论中最为核心的容。为了能够利用信息系统工具来 描述现实世界，并解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统 而言，其结果就是空间数据模型。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，
藿乐威尔田园得真正迷人之处，在我瞧就是：它得遁隐之深，离开村子有两英里， 离开最近得邻居有半英里，并且有一大片地把它与公路隔开了；它傍着河流，据 它得主人说，由于这条河，而升起了雾，春天就不会下霜了。 梭罗在地球表面得任何地方都存在着垂直得与水平得两种关系：垂直关系把同一个地 方得不同要素联结起来，而水平关系则把不同地方得各种因素联结起来。这两种 关系得相对重要性随时代得变化而有所不同…正就是这双重得关注，甚而至于这 两种关系得结合，才为地理学提供了独特性与完整性。 R、J、约翰斯顿 第三章空间数据模型 导读：本章描述得就是整个GIS理论中最为核心得内容。为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中得问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就就是空间数据模型。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得现象； 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得各种网络； 在各种模型中，又介绍了相关得概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系得形式化描述——9交模型等。 最后讲述了普通得二维数据模型在空间上与时间上得扩展，时间数据模型与三维数据模型。 值得注意得就是，本章谈到得场模型与要素模型类同于后面提及得栅格数据与矢量数据，但就是前者就是概念模型；后者就是指其在信息系统中得实现。 1．空间数据模型得基本问题 人类生活与生产所在得现实世界就是由事物或实体组成得，有着错综复杂得组成结构。从系统得角度来瞧，空间事物或实体得运动状态（在特定时空中得性状与态势）与运动方式（运动状态随时空变化而改变得式样与规律）不断发生变化，系统得诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约得依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值得流
摘要：对GIS中几种常见的空间数据模型进行了简单总结，分别介绍了二维空间数据模型和三维空间数据模型，并对空间数据模型的分类和组成以及各自的优缺点进行了分析和比较；对空间数据模型算法进行了简单介绍。并展望了空间数据模型的发展方向。 关键词：GIS；空间数据模型；空间数据模型算法 1、研究现状 1.1二维空间数据模型 目前，在GIS研究领域中，已提出的空间数据模型有栅格模型、矢量模型、栅格-矢量一体化模型和面向对象的模型等。 (1)栅格数据模型 栅格数据模型是最简单、最直观的一种空间数据模型，它将地面划分为均匀的网格，每个网格单元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。在地理信息系统中，扫描数字化数据、遥感数据和数字地面高程数据（DTM）等都属于栅格数据。由于栅格结构中的行列阵的形式很容易为计算机存储、操作和显示，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎。在栅格结构中，每一地块与一个栅格像元对应。不难看出，栅格数据是二维表面上地理数据的离散量化值，而每一个像元大小与它所代表的实地地块大小之比就是栅格数据的比例尺。 (2)矢量数据模型 矢量模型是用构成现实世界空间目标的边界来表达空间实体，其边界可以划分为点、线、面等几种类型，空间位置用采样点的空间坐标表达，空间实体的集合属性，如线的长度、区域间的距离等，均通过点的空间坐标来计算。根据空间坐标数据的组织与存储方式的不同，可以划分为拓扑数据模型和非拓扑数据模型。 (3)矢量-栅格一体化数据模型 从几何意义上说，空间目标通常有三种表达方式：（1）基本参数表达。一个集合目标可由一组固定参数表示，如长方形由长和宽两参数描述；（2）元件空间填充表达。一个几何目标可以认为是由各种不同形状和大小的简单元件组合而成，例如一栋房子可以由一个长方形的方体和四面体的房顶组成。（3）边界表达.一个目标由几种基本的边界元素即点、线、面组成。矢量数据结构和栅格数据结构各有优缺点，矢量-栅格一体化数据模型具有矢量和栅格两种结构的优点。 在基于矢量的GIS系统中，使用的是边界表达方法。这种矢量结构用一组取样点坐标表达一条弧线段或一个多边形，这是人们使用地图引申出来的习惯概念，用这种数据结构，人们可以方便的得到长度、面积等。在基于栅格的GIS 系统中，人们已经用元件空间充填表达面状地物。对于线状地物，以往人们仅使用矢量方法表示。事实上，如果采用元件空间充填表达方法表示线性目标，就可以将矢量和栅格的概念统一起来，进而形成成矢量-栅格一体化的数据结构。 设在对一个线性目标数字化采样时，恰好在所经过的栅格内部获得了取样点，这样的取样数据，具有矢量栅格双重性质。一方面，它保留了矢量数据的全部特性，一个目标跟随了所有的位置信息并能建立拓扑关系；另一方面，它建立了路径栅格与地物的关系，即路径上的任意一点都与目标直接建立了联系。这样，每个线性目标除记录原始取样点外，还记录所通过的栅格，每个面状地物除记录
第3章空间数据模型 为了能够利用地理信息系统工具解决现实世界中的问题，首先必需将复杂的地理事物和现象简化和抽象到计算机中进行表示、处理和分析。本章从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象建模的过程，其结果就是空间数据模型；空间数据模型可以归纳为空间概念模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个层次。空间概念数据模型包括：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；对象模型：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。常用的空间逻辑数据模型有矢量数据模型、栅格数据模型和面向对象模型等。在讲述空间数据模型的同时，又介绍了空间实体和空间关系等相关概念。 3.1地理空间与空间抽象 3.1.1地理空间与空间实体 在地理学上，地理空间（Geographic Space）是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。在地理空间中存在着复杂的空间事物或地理现象，它们可能是物质的，也可能是非物质的，如山脉、水系、土地类型、城市分布、资源分布、道路网系、环境变迁等。地理空间中的这些空间事物或地理现象就代表了现实世界；而地理信息系统即是人们通过对各种各样的地理现象的观察抽象、综合取舍，编码和简化，以数据形式存入计算机内进行操作处理，从而达到对现实世界规律进行再认识和分析决策的目的。地理空间实体就是对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的结果，简称空间实体，它们的一个典型特征是与一定的地理空间位置有关，都具有一定的几何形态，分布状况以及彼此之间的相互关系。空间实体具有4个基本特征：空间位置特征、属性特征、时间特征和空间关系。 1．空间位置特征 表示空间实体在一定的坐标系中的空间位置或几何定位，通常采用地理坐标的经纬度、空间直角坐标、平面直角坐标和极坐标等来表示。空间位置特征也称为几何特征，包括空间实体的位置、大小、形状和分布状况等。 2．属性特征 属性特征也称为非空间特征或专题特征，是与空间实体相联系的、表征空间实体本身性质的数据或数量，如实体的类型语义定义、量值等。属性通常分为定性和定量两种，定性属性包括名称、类型、特性等；定量属性包括数量、等级等。 3．时间特征 时间特征是指空间实体随着时间变化而变化的特性。空间实体的空间位置和属性相对于时间来说，可能会存在空间位置和属性同时变化的情况，如旧城区改造中，房屋密集区拆迁新建商业中心；也存在空间位置和属性独立变化的情况，即实体的空间位置不变，但属性发生变化，如土地使用权转让，或者属性不变而空间位置发生变化，如河流的改道。 4．空间关系特征 在地理空间中，空间实体一般都不是独立存在的，而是相互之间存在着密切的联系。这种相互联系的特性就是空间关系。空间关系包括拓扑关系（topological spatial relation）、顺
国家高技术研究发展计划(863计划)地球观测与导航技术领域“地理空间的三维建模和分析软件及其应用示范” 重点项目申请指南 一、指南说明 国家863计划地球观测与导航技术领域重点项目“地理空间的三维建模和分析软件及其应用示范”针对三维空间建模与分析应用的重大需求，突破三维空间实体的高效建模、一体化数据管理、高性能空间分析和可视化等关键技术，研发具有自主知识产权的高性能、高可用性的三维空间信息可视化分析组件，集成开发自主产权的三维GIS软件平台，并结合典型城市进行系统集成、综合测试与应用示范，占领新一代地理信息系统技术的战略制高点，实现我国三维地理信息系统技术的创新和跨越式发展。 为公正、公平、公开地选择项目牵头单位，充分发挥相关企业、科研院所及高等院校的优势，集成全国三维空间建模分析与应用技术的优势力量开展本项目的工作，特此发布本重点项目申请指南。 二、指南内容 1．项目名称 地理空间的三维建模和分析软件及其应用示范 2．项目总体目标
设计可扩展的真三维GIS软件体系结构，研究地上与地下目标统一的三维空间数据模型与数据结构；研究高效的三维空间索引、海量数据并行存储管理、高可用性的人机协同交互等关键技术；研发多源数据建模、模型转换与模型简化工具、高性能的三维地理空间信息分析组件、三维信息无缝集成可视化组件，并建立相关的技术标准和规范草案；集成开发真三维GIS软件平台，显著提高我国地理信息软件的技术水平和国际竞争力；选择在地上和地下三维城市建模方面已有良好基础的典型城市进行应用示范，并对真三维GIS软件进行综合测试，积极探索地上与地下、室内与室外真三维城市空间信息应用的新模式，提高我国三维城市信息管理的技术水平与应用能力。 3．项目主要研究内容 （1）三维GIS软件系统总体框架与数据模型研究：建立可扩展的、高可用性的三维GIS软件体系结构，设计具有灵活扩展接口和二次开发平台的系统软件框架；发展地上下空间实体且顾及空间关系与语义关系的数据模型、符合地质体空间特性的三维地质模型与地下设施的多模式表达模型、综合表达空间与专题语义的多层次三维建筑模型；提出和制定多源、多尺度三维空间信息的集成表示研究及其技术规范与标准。 （2）三维空间数据存储与管理系统研究：研究基于文件系统和典型商业数据库管理系统的高效三维实体数据存储结构；发展大规模地上地下三维空间数据并行存储与管理、动态调度和应用缓存等关键技术；研究高效的三维空间索引和数据一致性维护技术。 （3）三维空间分析组件研发：研发具有高性能通用三维空间分析组件，