第二讲(空间数据模型)
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(第二讲)数据库(第二章：关系数据库的基本概念)
表2-5 学生表 XS_Sex XS_Age ZY_Id
类型 char(10) char(10) char(2) Int char(4) 学号，主码 姓名：字符类型
说明
性别：只能为男或女 年龄：整形 所在专业编号，外码，参照专业表
4. 选课表（XK_Tab）：记录学生的选课结果，对于任意一门课，每 个学生一年最多只能选一次，因此用课程编号、学号和年份联合作为 选课表的主码。选课表通过学号参照学生表，通过课程编号参照课程 表。
2. 课程表（KC_Tab）：存放多门课程，主码为课程编号。
表2-4 课程表（KC_Tab）
列名 KC_Id KC_Name KC_KC_Id KC_Point
类型 char(4) char(50) char(4) Float
说明 课程编号，主码 课程名称 先修课课程编号 课程的学分
3. 学生表（XS_Tab）：记录学生的基本信息，主码为学号，通过专业 编号参照专业表。
2.3 关系模型规范化
关系模型规范化的目的是为了消除存储异常，减少数据冗余， 保证数据的完整性和存储效率。 关系数据库中的关系是要满足一定的规范化要求的。对于不 同规范化程度，可以使用“范式”来衡量。满足最低要求的为I范 式。。在I范式的基础上，进一步满足一些要求的为II范式，以次 类推。一般情况下，在实践中关系模式满足3范式就基本可以。
元素的每一个值 di 叫作一个分量。关系模型中要求每一 个分量必须属于某种基本数据类型，如整形或字符串型。
关系：笛卡尔积的子集就是一个关系。
R( D1 , D2 ,, Dn )
这里R表示关系的名字，n是关系的目或度。
例: 我们给出如下三个域： D1 =导师集合。导师={王新，赵阳} D2=专业集合。专业={计算机，通信} D3=学生集合。学生={（张三，101），（李四，201）} 则笛卡尔积为： D1XD2XD3={（王新，计算机，张三，101）， （王新，计算机，李四，201），
类型 char(10) char(10) char(2) Int char(4) 学号，主码 姓名：字符类型
说明
性别：只能为男或女 年龄：整形 所在专业编号，外码，参照专业表
4. 选课表（XK_Tab）：记录学生的选课结果，对于任意一门课，每 个学生一年最多只能选一次，因此用课程编号、学号和年份联合作为 选课表的主码。选课表通过学号参照学生表，通过课程编号参照课程 表。
2. 课程表（KC_Tab）：存放多门课程，主码为课程编号。
表2-4 课程表（KC_Tab）
列名 KC_Id KC_Name KC_KC_Id KC_Point
类型 char(4) char(50) char(4) Float
说明 课程编号，主码 课程名称 先修课课程编号 课程的学分
3. 学生表（XS_Tab）：记录学生的基本信息，主码为学号，通过专业 编号参照专业表。
2.3 关系模型规范化
关系模型规范化的目的是为了消除存储异常，减少数据冗余， 保证数据的完整性和存储效率。 关系数据库中的关系是要满足一定的规范化要求的。对于不 同规范化程度，可以使用“范式”来衡量。满足最低要求的为I范 式。。在I范式的基础上，进一步满足一些要求的为II范式，以次 类推。一般情况下，在实践中关系模式满足3范式就基本可以。
元素的每一个值 di 叫作一个分量。关系模型中要求每一 个分量必须属于某种基本数据类型，如整形或字符串型。
关系：笛卡尔积的子集就是一个关系。
R( D1 , D2 ,, Dn )
这里R表示关系的名字，n是关系的目或度。
例: 我们给出如下三个域： D1 =导师集合。导师={王新，赵阳} D2=专业集合。专业={计算机，通信} D3=学生集合。学生={（张三，101），（李四，201）} 则笛卡尔积为： D1XD2XD3={（王新，计算机，张三，101）， （王新，计算机，李四，201），
第二讲 面板数据回归模型
第二讲 面板数据回归模型2.1面板数据回归模型的一般形式 面板数据模型的一般形式如下：it Kk kit ki it u x y +=∑=1β （2.1）其中，N ,,,,i "321=，表示N 个个体；T ,,,,t "321=，表示已知的T 个时点。
it y 是被解释变量对个体i 在t 时的观测值；kit x 是第k 个非随机解释变量对于个体i 在t 时的观测值；ki β是待估计的参数；it u 是随机误差项。
用矩阵表示为i i i i =+Y X βU （N ,,,,i "321=） （2.1’）其中，121i i i iT T y y y ×⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦#Y ，112111222212i i Ki i i Ki i iTiTKiT T K x x x x x x x x x ×⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦""##"#"X ， 121×⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=K Ki i i i βββ#β，121i i iiT T u u u ×⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦#U .2.2 面板数据回归模型的分类通常，对模型（2.1）将做许多限制性假设，使其成为不同类型的面板数据回归模型。
一般来说，常用的面板数据回归模型有如下九种模型，下面分别介绍它们。
1混合回归模型从时间上看，不同个体之间不存在显著性差异；从截面上看，不同截面之间也不存在显著性差异，那么就可以直接把面板数据混合在一起，用普通最小二乘法（OLS ）估计参数。
即估计模型12Kit k kit it k y x u ββ==++∑ （2.2）=+Y X U β （2.2’）其中，121N NT ×⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦#Y Y Y Y ，12N NT K×⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦#X X X X ，121×⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=K K βββ#β，121N NT ×⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦#U U U U .实际上，混合回归模型（Pooled Regression Models ）假设了解释变量对被解释变量的影响与个体无关。
第二讲 面板数据线性回归模型
第二讲 面板数据线性回归模型估计、检验和应用 第一节 单因素误差面板数据线性回归模型对于面板数据y i 和X i ，称it it it y αε′=++X βit i it u εξ=+ 1,,;1,,i N t T ==""为单因素误差面板数据线性回归模型，其中，i ξ表示不可观测的个体特殊效应，it u 表示剩余的随机扰动。
案例：Grunfeld(1958)建立了下面的投资方程：12it it it it I F C αββε=+++这里，I it 表示对第i 个企业在t 年的实际总投资，F it 表示企业的实际价值（即公开出售的股份），C it 表示资本存量的实际价值。
案例中的数据是来源于10个大型的美国制造业公司1935-1954共20年的面板数据。
在EViews6中设定面板数据（GRUNFELD.wf1）Eviews6 中建立面板数据EViews 中建立单因素固定效应模型1.1 混合回归模型1 面板数据混合回归模型 假设1 ε ~ N (0, σ2I NT )对于面板数据y i 和X i ，无约束的线性回归模型是y i = Z i δi + εi i =1, 2, … , N(4.1)其中'i y = ( y i 1, … , y iT )，Z i = [ ιT , X i ]并且X i 是T×K 的，'i δ是1×(K +1)的，εi 是T×1的。
注意：各个体的回归系数δi 是不同的。
如果面板数据可混合，则得到有约束模型y = Z δ + ε(4.2)其中Z ′ = ('1Z ,'2Z , … ,'N Z )，u ′ = ('1ε,'2ε, … ,'N ε)。
2 混合回归模型的估计当满足可混合回归假设时，()1''ˆZ Z Z Y −=δ在假设1下，对于Grunfeld 数据，基于EViews6建立的混合回归模型3 面板数据的可混合性检验假设检验原理：基于OLS/ML 估计，对约束条件的检验。
第二讲 数学建模的作用及案例
产生了众多的边缘学科。就以生物数学这一新学科来说吧，
种国际学术杂志名称。这表明各学科正在利用数学方法和
数学成果来加速本学科的发展。数学模型还物化于各种高
新科技之中，从家用电物工程，高科技的高精度、
高速度、高安全、高质量、高效率等特点无一不是通过数
断完善，直到获得满意结果。
模型应用：模型应用是数学建模的宗旨，也是对模型 的最客观、最公正的检验。因此，一个成功的数学模型， 必须根据建模的目的，将其用于分析、研究和解决实际问 题，充分发挥数学模型在生产和科研中的特殊作用。
构造模型
建模准备
建模假设
否
模型求解
模型应用
是
模型检验
是
模型分析
四、建模案例
统论中提出的机理分析法和系统辩识法来说，它们是构造 数学模型的两种基本方法。机理分析法是在对事物内在机
理分析的基础上，利用建模假设所给出的建模信息或前提
条件来构造模型；系统辨识法是对系统内在机理一无所知 的情况下，利用建模假设或实际对系统的测试数据所给出 的事物系统的输入、输出信息来构造模型。随着计算机科 学的发展，计算机模拟有力地促进了数学建模的发展，也
成预制品供你在建模时使用。模型的这种非预制性使得 建模本身常常事先没有答案的问题。在建立新的模型的 过程中甚至会伴随着新的数学方法或数学概念的产生。
6）模型的条理性 从建模的角度考虑问题可以使人们对现实对象的分 析更全面、更具体、更深入、更具条理性，这样即使建 立的模型由于种种原因尚未达到使用的程度，对问题的 研究也是有利的。 7）模型的艺术性 建模的方法与其他一些数学方法，如方程解法、规 划问题解法等是根本不相同的，无法归纳出若干条普遍 适应的建模准则和技巧。曾有人说过，建模目前与其说 是一门技术，不如说是一种艺术，是艺术性很强的技巧 。经验、想象力、洞察力、判断力以及直觉、灵感等在 建模过程中起的作用往往比一些具体的数学知识更大。
6.2数据库(second)
① 无法用递归和嵌套的方式来描述复杂 关系的层次和网状结构，模拟和操作 复杂地理对象的能力较弱； ② 用关系模型描述本身具有复杂结构和 涵义的地理对象时，需对地理实体进 行不自然的分解，导致存储模式、查 询途径及操作等方面均显得语义不甚 合理； ③ 由于概念模式和存储模式的相互独立 性，及实现关系之间的联系需要执行 系统开销较大的联接操作，运行效率 不够高。
(1)基本思想和基本概念
• 面向对象的方法就是以接近人类通常 思维方式的思想，将客观世界的一切 实体模型化为对象。每一种对象都有 各自的内部状态和运动规律，不同对 象之间的相互联系和相互作用就构成 了各种不同的系统。 • 在面向对象的方法中，对象、方法的独立模块， 可以认为是数据和行为的统一体。如一个 城市、一棵树均可作为地理对象。对于一 个对象，应具有如下特征： 具有一个唯一的标识，以表明其存在的独 立性； 具有一组描述特征的属性，以表明其在某 一时刻的状态； 具有一组表示行为的操作方法，用以改变 对象的状态。
消息与方法
•
消息——对对象进行操作的
请求，是连接对象与外部世界 的唯一通道。 • 方法——对对象的所有操作， 如对对象的数据进行操作的函 数、指令、例程等。
(2)面向对象的特性
抽象性 封装性 多态性
(3)面向对象数据模型的 四种核心技术
象归纳或映射为一个公共类的过程。对象和类的 关系是“实例”(instance-of)的关系。 • 概括是把几个类中某些具有部分公共特征的属性 和操作方法抽象出来，形成一个更高层次、更具 一般性的超类的过程。 • 聚集是将几个不同类的对象组合成一个更高级的 复合对象的过程。术语“复合对象”用来描述更 高层次的对象， • 联合是将同一类对象中的几个具有部分相同属性 值的对象组合起来，形成一个更高水平的集合对 象的过程。
数字高程模型第二讲DEM数据组织与管理
在TIN模型中;基本的结构元素有三角形顶点 边 面 它们之间存在着点与线 点与面 线与面 面与 面等拓扑关系 通过组成三角形的三顶点可完整地 表达三角形的构成以及三角形顶点 三角形边 三角 形之间的拓扑关系
这种结构只需要两个文件：三角形顶点坐标文件和组 成三角形三顶点用点在坐标文件中的序号表示文件
ArcView DEM 文本文件格式
2行程编码结构
对于一幅DEM;常常在行或列方向上相邻的若干点具 有相同的高程值;因而从第一列开始;在格网单元数值发生 变化时一次纪录该值以及重复的个数;应用时利用重复个 数恢复DEM矩阵 对DEM每一行均按上述结构组织;则实现 DEM行程编码方案
行程编码实际上是一种栅格数据的压缩方案;能有效地 减少数据存储量;特别在平坦地区
3块状编码结构
块状编码方案是将行程编码方案从一维扩展到二维的 情况;它采用方形区域作为纪录单元;每个纪录单元包括相 邻的若干栅格 数据结构是由纪录单元的初始位置行列号 格网单元高程值和方形区域半径正方形区域的边长;采用 格网间距倍数表示所组成的单元组 整个DEM数据文件由 该单元组组成;根据初始位置和区域半径可恢复高程矩阵
● 镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶 嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型;镶嵌模型的典 型应用是地形曲面模拟;即数字高程模型;其中基 于正方形网络的镶嵌数据模型为栅格DEM;而基于 不规则镶嵌数据模型为不规则三角网DEM
2 2 2规则镶嵌数据模型 ● 所谓规则镶嵌数据模型;就是用规则的小面
块集合来逼近不规则分布的地形曲面 在二维空间 中可以有多种可能的规则格网划分方法;如图1
ＴＩＮ
坐标表
三角形表
ＴＩＮ模型基本链表结构
这种结构简单但拓扑关系是隐含的;不利于TIN模型的检索与应 用 因此围绕着拓扑关系的描述产生了多种TIN的数据结构
这种结构只需要两个文件：三角形顶点坐标文件和组 成三角形三顶点用点在坐标文件中的序号表示文件
ArcView DEM 文本文件格式
2行程编码结构
对于一幅DEM;常常在行或列方向上相邻的若干点具 有相同的高程值;因而从第一列开始;在格网单元数值发生 变化时一次纪录该值以及重复的个数;应用时利用重复个 数恢复DEM矩阵 对DEM每一行均按上述结构组织;则实现 DEM行程编码方案
行程编码实际上是一种栅格数据的压缩方案;能有效地 减少数据存储量;特别在平坦地区
3块状编码结构
块状编码方案是将行程编码方案从一维扩展到二维的 情况;它采用方形区域作为纪录单元;每个纪录单元包括相 邻的若干栅格 数据结构是由纪录单元的初始位置行列号 格网单元高程值和方形区域半径正方形区域的边长;采用 格网间距倍数表示所组成的单元组 整个DEM数据文件由 该单元组组成;根据初始位置和区域半径可恢复高程矩阵
● 镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶 嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型;镶嵌模型的典 型应用是地形曲面模拟;即数字高程模型;其中基 于正方形网络的镶嵌数据模型为栅格DEM;而基于 不规则镶嵌数据模型为不规则三角网DEM
2 2 2规则镶嵌数据模型 ● 所谓规则镶嵌数据模型;就是用规则的小面
块集合来逼近不规则分布的地形曲面 在二维空间 中可以有多种可能的规则格网划分方法;如图1
ＴＩＮ
坐标表
三角形表
ＴＩＮ模型基本链表结构
这种结构简单但拓扑关系是隐含的;不利于TIN模型的检索与应 用 因此围绕着拓扑关系的描述产生了多种TIN的数据结构
第二讲--2 工程设计集成分系统
了描述各个组成面素的信息的面表。即曲面是由哪些基
本曲线构成。
三． 曲面生成方法
1.对于一般常用的曲面，可以采用几种简化曲面生成
的方法。
1)线性拉伸面(平移表面) 这是一种将某曲线，沿固 定方向拉伸，而产生的曲面的方法。
2）直纹面
给定两条相似的NURBS曲线或其它曲线，
它们具有相等的次数，和相等的节点个数，将两条曲
线上的对应的节点用直线连接，就形成了直纹曲面。
3）旋转面
将指定的曲线，绕旋转轴，旋转一个
角度，所生成的曲面就是旋转曲面。
4）扫描面
扫描面构造方法很多，其中应用最多、最
有效的方法是沿导向曲线（也有称它为控制线）扫描
而形成曲面，它适用于创建有相同构形规律的表面。
5）边界曲面
在4条连接直线或多义线间建立一个三维表面
2 工程设计集成分系统
CIMS工程设计集成分系统(CIMS／EDIS) 是指用计算机辅助产品设计、制造准备及 产品性能测试等产品开发各过程的系统。 随着计算机应用日益广泛，在EDIS中也相 继出现了多个计算机辅助子系统，包括计 算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规程 制定(CAPP)和计算机辅助加工制造及监控 (CAM)。
（5）软件设计技术 如窗口界面设计、 软件工具、软件工程规范等。 近十多年来，由于先进制造技术 的快速发展，带动了先进设计技术的同 步发展，使传统CAD技术有了很大的扩 展，将这些扩展的CAD技术总称为“现 代CAD技术”。
值得指出的是：不应该将CAD与计算机绘图、 计算机图形学混淆起来。 计算机绘图的内涵；计算机绘图是使用 图形软件和硬件进行绘图及有关标注的一种 方法和技术，以摆脱繁重的手工绘图为其主 要目标。 计算机图形学（computer graphics，CG） 的内涵：计算机图形学是研究通过计算机将 数据转换为图形，并在专用设备上显示的原 理、方法和技术的科学. CG的研究内容有以下四个方面：
Part1-地图数据采集及建库
按表现方式
图 1.1 地理空间数据分类示意图 1
地图数据采集实训讲义 地理空间数据是 GIS 所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容，是 GIS 能 够正确发掘、展示、分析地理现象与地理过程的基础。 不同用途的 GIS，其地理空间数据的种类、精度都是不同的，但基本上都包括三 种互相联系的数据类型： 1、几何图形数据 即几何坐标，标识地理实体和地理现象在某个已知坐标系（如大地坐标系、直 角坐标系、极坐标系、自定义坐标系）中的空间位置，可以是经纬度、平面直角坐 标、极坐标，也可以是矩阵的行、列数等。 2、空间关系数据 即拓扑关系，表示点、线、面实体之间的空间联系，如网络结点与网络线之间 的枢纽关系，边界线与面实体间的构成关系，面实体与岛或内部点的包含关系等。 空间拓扑关系对于地理空间数据的编码、录入、格式转换、存贮管理、查询检索和 模型分析都有重要意义，是地理信息系统的特色之一。 3、非几何属性数据 即常说的非几何属性或简称属性，是与地理实体和地理现象相联系的地理变量 或地理意义。属性分为定性和定量的两种，前者包括名称、类型、特性等，后者包 括数量和等级，定性描述的属性如岩石类型、土壤种类、土地利用类型、行政区划 等；定量的属性如面积、长度、土地等级、人口数量、降雨量、河流长度、水土流 失量等。GIS 的分析、检索和表示主要是通过属性的操作运算实现的，因此，属性的 分类系统、量算指标对 GIS 系统的功能有较大的影响。
图 1.4 ArcGIS9 体系一览图
1、Desktop GIS Desktop GIS 包含诸如 ArcMap、ArcCatalog、ArcToobox 以及 ArcGlobe 等在内 的用户界面组件，其功能可分为三个级别： ArcView 、 ArcEditor 和 ArcInfo ，而
第二讲-几何建模
HalfEdge e;
e e->opp()
e->start() = e->opp()->end();
e->start()
class HalfEdge { HalfEdge *opp; Vertex *end; Face *left; HalfEdge *next; };
HalfEdge e;
e->left()
Non-Manifold
Closed Manifold
Open Manifold
拓扑
v = 12 f = 14 e = 25 c=1 g=0 b=1 图的亏格(genus)：handle的数目。 在沿其撕裂后，能够使图保持连通 的封闭路径的最大数目的一半
Euler-Poincare 公式 v+f-e = 2(c-g)-b
• • • • 将一个隐式的曲面转换为三角网格 在3D网格（grid）上定义的隐式曲面 在每个立方体（cube）中根据8个顶点的标量值来确定重构曲面 一般用于医学数据
点云
深度图像
网格（Mesh）
– – – – – 图形学中最常用的表达 简单 可表达复杂形状 图形硬件支持 一般为三角网格
为什么是三角网格
网格的数据结构是否优秀
• 构建数据结构的时间复杂度
• 进行一个查询操作的时间复杂度 • 进行一个网格编辑操作的时间复杂度（更 新数据结构） • 空间复杂度
数据结构举例
• 面列表（ List of faces）
• 邻接矩阵（Adjacency matrix） • 半边结构（Half-edge）
一个实际的文件例子 .obj文件
All neighboring vertices
edge
e e->opp()
e->start() = e->opp()->end();
e->start()
class HalfEdge { HalfEdge *opp; Vertex *end; Face *left; HalfEdge *next; };
HalfEdge e;
e->left()
Non-Manifold
Closed Manifold
Open Manifold
拓扑
v = 12 f = 14 e = 25 c=1 g=0 b=1 图的亏格(genus)：handle的数目。 在沿其撕裂后，能够使图保持连通 的封闭路径的最大数目的一半
Euler-Poincare 公式 v+f-e = 2(c-g)-b
• • • • 将一个隐式的曲面转换为三角网格 在3D网格（grid）上定义的隐式曲面 在每个立方体（cube）中根据8个顶点的标量值来确定重构曲面 一般用于医学数据
点云
深度图像
网格（Mesh）
– – – – – 图形学中最常用的表达 简单 可表达复杂形状 图形硬件支持 一般为三角网格
为什么是三角网格
网格的数据结构是否优秀
• 构建数据结构的时间复杂度
• 进行一个查询操作的时间复杂度 • 进行一个网格编辑操作的时间复杂度（更 新数据结构） • 空间复杂度
数据结构举例
• 面列表（ List of faces）
• 邻接矩阵（Adjacency matrix） • 半边结构（Half-edge）
一个实际的文件例子 .obj文件
All neighboring vertices
edge
07-《3S技术-第二讲-3S的结构与组成》幻灯片
中电兴发科技集团公司
地理信息系统知识
三.3S的系统结构：
在探讨3S的系统结构之前，先要对“系统结构”有一个明确的认识。 对于“系统结构”这个概念，人们在认知上往往容易将其与“系统组成”、“拓 扑结构”这两个概念混淆。这是因为，系统结构与组成系统的内部各个要素之间有着 必然的逻辑的和物理的关系，而拓扑结构又恰恰是数学的图论分支中专门分析图形之 间逻辑关系的学科。但系统结构不是系统组成，更不是拓扑结构，三者的根本区别在 于：系统结构是逻辑性结构，拓扑结构仅只考虑图形要素之间的逻辑关系，而系统组 成则是物理性结构。 系统结构是从自然的或人工的系统目的出发，按照一定规则组织起来的、相互关 联的系统元素的集合，一般指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式 或秩序，用来表述对系统中各个组成要素之间的逻辑级别，各级要素之间界点、界线、 界面的逻辑划分和物理含义的定义，并对各级要素之间上、下的功能进行分配。系统 结构就是体系架构。 任何系统都是由相互关联的更小系统(子系统)或基本要素构成，因此各级组成要 素内部也都有自己的系统结构。基本要素是指不需要再加以分解和追究其内部结构的 基本成份，这种情况下也可以称之为组成元素。 一个计算机系统，其系统结构就是各组成要素在时间或空间上排列的秩序(顺序) 与组合的具体形式，其基本特点有五：关联性、相对性、稳定性、兼容性、开放性。 系统结构有多种逻辑形式，按其功能框架的不同与组织形式的不同，可以分为六 种基本形式，即主从式结构、层次化结构、模块化结构、树体型结构、网络化结构、 复合式结构。
中电兴发科技集团公司
地理信息系统知识
1.主从式结构(PSA，Principal-Subordinate Architecture)： 谈及主从式结构，人们会 立即联想起类如Master-Slave (M/S，集散型模式)、Client/ Server(C/S,客户端-服务器)、 Browser/Server(B/S，浏览器 -服务器)等主从式架构系统。 实际上M/S、C/S、B/S等 号称“主从式结构”的系统都 是一些用于系统构建的逻辑模 型，能够用来构建一个面向对 象的应用系统，它们都是从主 从式结构(PSSA)中引伸出来的 具体应用性模型系统，并不能 代表主从式结构本身。 那么，真正的主从式结构 的逻辑模型是什么呢？其逻辑 模型图为→
地理信息系统知识
三.3S的系统结构：
在探讨3S的系统结构之前，先要对“系统结构”有一个明确的认识。 对于“系统结构”这个概念，人们在认知上往往容易将其与“系统组成”、“拓 扑结构”这两个概念混淆。这是因为，系统结构与组成系统的内部各个要素之间有着 必然的逻辑的和物理的关系，而拓扑结构又恰恰是数学的图论分支中专门分析图形之 间逻辑关系的学科。但系统结构不是系统组成，更不是拓扑结构，三者的根本区别在 于：系统结构是逻辑性结构，拓扑结构仅只考虑图形要素之间的逻辑关系，而系统组 成则是物理性结构。 系统结构是从自然的或人工的系统目的出发，按照一定规则组织起来的、相互关 联的系统元素的集合，一般指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式 或秩序，用来表述对系统中各个组成要素之间的逻辑级别，各级要素之间界点、界线、 界面的逻辑划分和物理含义的定义，并对各级要素之间上、下的功能进行分配。系统 结构就是体系架构。 任何系统都是由相互关联的更小系统(子系统)或基本要素构成，因此各级组成要 素内部也都有自己的系统结构。基本要素是指不需要再加以分解和追究其内部结构的 基本成份，这种情况下也可以称之为组成元素。 一个计算机系统，其系统结构就是各组成要素在时间或空间上排列的秩序(顺序) 与组合的具体形式，其基本特点有五：关联性、相对性、稳定性、兼容性、开放性。 系统结构有多种逻辑形式，按其功能框架的不同与组织形式的不同，可以分为六 种基本形式，即主从式结构、层次化结构、模块化结构、树体型结构、网络化结构、 复合式结构。
中电兴发科技集团公司
地理信息系统知识
1.主从式结构(PSA，Principal-Subordinate Architecture)： 谈及主从式结构，人们会 立即联想起类如Master-Slave (M/S，集散型模式)、Client/ Server(C/S,客户端-服务器)、 Browser/Server(B/S，浏览器 -服务器)等主从式架构系统。 实际上M/S、C/S、B/S等 号称“主从式结构”的系统都 是一些用于系统构建的逻辑模 型，能够用来构建一个面向对 象的应用系统，它们都是从主 从式结构(PSSA)中引伸出来的 具体应用性模型系统，并不能 代表主从式结构本身。 那么，真正的主从式结构 的逻辑模型是什么呢？其逻辑 模型图为→
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将连续空间离散化，即用二维铺盖或划分覆盖整个连续空 间。方格、三角形和六角形可完整地铺满一个平面，是栅 格数据模型中最常用的规则覆盖。
25
基于栅格的空间模型把空间看作像元（Pixel）的划分， 每个像元的值表明了在已知类中现象的分类情况。
荒地 1 湖泊 2 湿地 3 树林 4
栅格数据模型
26
栅格数据模型
地理编码是项目世界中地理要素的另一重要特征。
15
项目世界与地理空间世界的关系
16
地理要素在信息世界的实现 • 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Featቤተ መጻሕፍቲ ባይዱre World） • 要素集合世界（Feature Collection World）
根据对地理实体从现实世界到计算机内部表示的不 断抽象，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据 模型和物理数据模型3个有机联系的层次组成。
20
• 概念数据模型 是关于空间实体及实体间联系的抽象概念集。
• 逻辑数据模型 根据概念数据模型确定的空间实体及相互关系，
具体地表达数据项、记录等之间的关系，因而可以有 若干不同的实现方法。（如结构化模型、关系模型） • 物理数据模型
在GIS中只有概念世界中一个简化的子集才是兴趣所在。 这个子集叫做地理空间世界。
地理空间世界 11
现实世界与地理空间世界的联系
在地理空间世界中，地理要素被抽象为点、线、面、 体。如河流被看作线，地形被看作等高线多边形的简化， 而森林被看作多边形。
12
• 维度世界（Dimensional World） 维度世界是对地理空间世界的抽象，它通过在欧氏空间
一个二维场就是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；而一个三维场就是在三维空间 中对于任何位置来说都有一个值。
23
场模型可以表示为如下的数学公式： z(s))或f(x,y) 上式表示了从空间域到某个值域的映射，其中z为
空间位置可度量的函数，s表示空间中的位置。
24
• 栅格数据模型 栅格数据模型是场模型在信息系统中的具体实现。它
17
二、空间数据模型
18
• 数据模型 以一定方式组织数据，通过足够的抽象性和概括
性，对客观事物及其联系的进行描述,是连接现实世界 和计算机世界的桥梁。
• 空间数据模型 是关于现实世界中空间实体及其相互联系的概念，
它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供基本方 法。
19
基于计算机的地理信息系统不能直接作用于现实世 界，必须采用一定的空间数据模型对现实世界进行数 据描述。
地理信息系统及应用
云南大学信息学院 梁虹
第二讲 空间数据模型
2
为了能够利用信息系统来描述现实 世界，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。
空间数据模型是整个GIS理论中最 为核心的内容。
3
一、现实世界抽象
4
OGC：
（OpenGIS Consortium） 美国的OpenGIS协会。
描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据 库结构。
21
空间数据模型的 三个层次
22
目前GIS常用的空间数据模型（概念模型）有场（Field） 模型、要素（Feature）模型和网络（Network）模型。 • 场模型
场模型用于描述在一定空间内具有连续分布特点的地 理现象。例如，空气中污染物指数、地表的温度、土壤的 湿度、森林植被等。
6
• 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Feature World） • 要素集合世界（Feature Collection World） 九层模型中，前五个模型是对现实世界的抽象，并不 在计算机软件中被实现；后四个模型是现实世界的数学和 符号化模型，将在软件中被实现。
道路 1 河流 2 建筑 3 空地 4
§行 §列 §单元格大小 §分辨率
27
栅格数据模型中，每个像元具有固定的尺寸和位置， 其位置由像元所处的行号和列号决定。
由于栅格模型是用规则的“栅格块”来表现连续的自 然现象，且每个像元具有相同的值，因此分类之间的界限 被迫采用沿着栅格像元的边界线。这可能造成对现象的分 布的误解，其程度则取决于像元的大小（分辨率）。分辨 率的大小决定了栅格模型与现实世界的接近程度。
OpenGIS：
（Open Geodata Interoperation Specification） 开放的地理数据互操作规范
5
OpenGIS定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模 型，即将地理对象的抽象过程分为如下9个层次： • 现实世界（Real World） • 概念世界（Conceptual World） • 地理空间世界（Geospatial World） • 尺度世界（Dimensional World） • 项目世界（Project World）
7
8
• 现实世界（Real World） 现实世界是所有客观事物（Fact）的集合。
现实世界
9
• 概念世界（Conceptual World） 概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所
命名的事物，因此这些事物构成了“语言的世界”。
概念世界
10
• 地理空间世界（Geospatial World） 对于GIS来讲，自然语言的概念世界并不是充分抽象的，
中进行工具测量获取要素的尺度。如距离、面积、方位等。
指北针
维度世界 13
• 项目世界（Project World） 项目世界是维度世界的进一步抽象，它将地理世界抽象
为针对特殊应用领域的具体实现。
制图员、地籍管理员和道路管理人员视角的项目世界
14
在项目世界中，空间参照系统（Spatial Reference System）的概念被引入，最常见的参照系统是环绕地球表 面建立的坐标系统（经纬度）；此外，还有其它的间接的 参照系统，例如线性参照系统可以用一个参数标识出一条 线（如高速公路）上的一个点位。
OGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术 和商业方式来提高地理信息处理的标准化和互操作性。 OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商（包 括ESRI, Intergraph,MapInfo等知名GIS软件开发商）， 数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员 会负责具体标准的制定工作。
25
基于栅格的空间模型把空间看作像元（Pixel）的划分， 每个像元的值表明了在已知类中现象的分类情况。
荒地 1 湖泊 2 湿地 3 树林 4
栅格数据模型
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栅格数据模型
地理编码是项目世界中地理要素的另一重要特征。
15
项目世界与地理空间世界的关系
16
地理要素在信息世界的实现 • 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Featቤተ መጻሕፍቲ ባይዱre World） • 要素集合世界（Feature Collection World）
根据对地理实体从现实世界到计算机内部表示的不 断抽象，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据 模型和物理数据模型3个有机联系的层次组成。
20
• 概念数据模型 是关于空间实体及实体间联系的抽象概念集。
• 逻辑数据模型 根据概念数据模型确定的空间实体及相互关系，
具体地表达数据项、记录等之间的关系，因而可以有 若干不同的实现方法。（如结构化模型、关系模型） • 物理数据模型
在GIS中只有概念世界中一个简化的子集才是兴趣所在。 这个子集叫做地理空间世界。
地理空间世界 11
现实世界与地理空间世界的联系
在地理空间世界中，地理要素被抽象为点、线、面、 体。如河流被看作线，地形被看作等高线多边形的简化， 而森林被看作多边形。
12
• 维度世界（Dimensional World） 维度世界是对地理空间世界的抽象，它通过在欧氏空间
一个二维场就是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；而一个三维场就是在三维空间 中对于任何位置来说都有一个值。
23
场模型可以表示为如下的数学公式： z(s))或f(x,y) 上式表示了从空间域到某个值域的映射，其中z为
空间位置可度量的函数，s表示空间中的位置。
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• 栅格数据模型 栅格数据模型是场模型在信息系统中的具体实现。它
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二、空间数据模型
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• 数据模型 以一定方式组织数据，通过足够的抽象性和概括
性，对客观事物及其联系的进行描述,是连接现实世界 和计算机世界的桥梁。
• 空间数据模型 是关于现实世界中空间实体及其相互联系的概念，
它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供基本方 法。
19
基于计算机的地理信息系统不能直接作用于现实世 界，必须采用一定的空间数据模型对现实世界进行数 据描述。
地理信息系统及应用
云南大学信息学院 梁虹
第二讲 空间数据模型
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为了能够利用信息系统来描述现实 世界，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。
空间数据模型是整个GIS理论中最 为核心的内容。
3
一、现实世界抽象
4
OGC：
（OpenGIS Consortium） 美国的OpenGIS协会。
描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据 库结构。
21
空间数据模型的 三个层次
22
目前GIS常用的空间数据模型（概念模型）有场（Field） 模型、要素（Feature）模型和网络（Network）模型。 • 场模型
场模型用于描述在一定空间内具有连续分布特点的地 理现象。例如，空气中污染物指数、地表的温度、土壤的 湿度、森林植被等。
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• 点世界（Points World） • 几何体世界（Geometry World） • 地理要素世界（Feature World） • 要素集合世界（Feature Collection World） 九层模型中，前五个模型是对现实世界的抽象，并不 在计算机软件中被实现；后四个模型是现实世界的数学和 符号化模型，将在软件中被实现。
道路 1 河流 2 建筑 3 空地 4
§行 §列 §单元格大小 §分辨率
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栅格数据模型中，每个像元具有固定的尺寸和位置， 其位置由像元所处的行号和列号决定。
由于栅格模型是用规则的“栅格块”来表现连续的自 然现象，且每个像元具有相同的值，因此分类之间的界限 被迫采用沿着栅格像元的边界线。这可能造成对现象的分 布的误解，其程度则取决于像元的大小（分辨率）。分辨 率的大小决定了栅格模型与现实世界的接近程度。
OpenGIS：
（Open Geodata Interoperation Specification） 开放的地理数据互操作规范
5
OpenGIS定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模 型，即将地理对象的抽象过程分为如下9个层次： • 现实世界（Real World） • 概念世界（Conceptual World） • 地理空间世界（Geospatial World） • 尺度世界（Dimensional World） • 项目世界（Project World）
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• 现实世界（Real World） 现实世界是所有客观事物（Fact）的集合。
现实世界
9
• 概念世界（Conceptual World） 概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所
命名的事物，因此这些事物构成了“语言的世界”。
概念世界
10
• 地理空间世界（Geospatial World） 对于GIS来讲，自然语言的概念世界并不是充分抽象的，
中进行工具测量获取要素的尺度。如距离、面积、方位等。
指北针
维度世界 13
• 项目世界（Project World） 项目世界是维度世界的进一步抽象，它将地理世界抽象
为针对特殊应用领域的具体实现。
制图员、地籍管理员和道路管理人员视角的项目世界
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在项目世界中，空间参照系统（Spatial Reference System）的概念被引入，最常见的参照系统是环绕地球表 面建立的坐标系统（经纬度）；此外，还有其它的间接的 参照系统，例如线性参照系统可以用一个参数标识出一条 线（如高速公路）上的一个点位。
OGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术 和商业方式来提高地理信息处理的标准化和互操作性。 OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商（包 括ESRI, Intergraph,MapInfo等知名GIS软件开发商）， 数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员 会负责具体标准的制定工作。