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第2章 空间概念和数据模型

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交通地理信息系统02_空间数据基础

交通地理信息系统02_空间数据基础

即欧氏平面
地理实体：分布于地球表面的人文和自然现象的总称 实体必须符合三个条件：
可被识别
重要（与问题有关） 可被描述（有特征）
3．要素模型
嵌入式空间：是指空间对象存在于“空间”之中。空间对象的定义取 决于嵌入式空间的结构。
常用的嵌入式空间类型： 欧式空间（距离、方位） 量度空间（距离） 拓扑空间（拓扑关系） 面向集合的空间（只采用一般的基于集合的关系）
4.地理空间及其表达
2、空间实体的表达（计算机） 矢量表达 在矢量数据结构中，地理实体的形状和位置是由一组坐标对所确定。矢 量数据结构对地理实体的描述类似于地图对地理信息的描述，一般也把 地理实体分为点、线、面、体等四种，每种实体有不同的编码方法。 栅格表达 在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块（通常为 正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决定，小 块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或 网格中的一组点来构成。这种数据结构和遥感图象的数据相同，因而数
在各向同性与各向异性场中的旅行时间面
强空间正负自相关模式
2. 场模型
栅格数据模型
栅格数据模型是基 于连续铺盖的，它 是用二维铺盖或划 分覆盖整个连续空 间；铺盖可以分为 规则的和不规则的， 后者可当做拓扑多 边形处理
三角形、方格和六角形划分
栅格数据模型
3．要素模型
1. 基本概念
欧氏空间：带坐标的可测量点之间的距离和方向的空间模型 欧氏平面：把空间特性转换成实数的元组特性，而形成的二维模型
点集拓扑学是拓扑描述的数学基础
空间关系数据
主要是指点-点、点-线、点-面、线-线、线-面、面-面之间的相互

空间数据模型与数据结构ppt课件

空间数据模型与数据结构ppt课件

•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
关系模型
多边形和弧段的关系
多边形号 弧段号
弧段和结点的关系
P1
a1 a2 a3
弧段号 起点 终点
P2
a2 a5 a7
P3
a3 a6 a4
a1
N1
N2
a2
N3
我们生活的世界
8
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
9
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
P1 a2 a5
a4
8 a6
P2
a8
a3
a13 P5
P4
a15 a12
a16 a14
a20
P8
a22
P6
a18
a23 a21
16
a9 a7
P3 a11
a10
P7 a17
a19
P9
a24
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 于记录的数据模型：是把数据库定义为多种固 定格式的记录型，每个记录型由固定数量的域或 属性构成，每个域或属性具有固定的长度。
包括：层次模型、网络模型、关系模型
• 基于对象的数据模型：用于在概念和视图抽象级 别上的数据描述，具有相当灵活的结构和较强的 表达能力，允许明确地定义完整性约束。

GIS习题及参考答案(2)

GIS习题及参考答案(2)

“地理信息系统教程”习题及参考答案第一章绪论1.什么是数据和信息？它们有何联系和区别？定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。

信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。

联系和区别：信息与数据是不可分离的。

信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就是信息。

信息是对数据解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息；就本质而言，数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。

数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。

即不随载体的物理设备形式的改变而改变。

信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。

数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。

不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。

2.什么是地理信息系统（GIS）?与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么?GIS定义：GIS是一个发展的概念。

不同领域、不同专业对GIS的理解不同，目前没有完全统一的被普遍接受的定义。

定义①：是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。

定义②：是在计算机软硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题为主要任务的计算机系统。

定义③：是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。

定义④：地理信息系统是一种决策支持系统。

第二章 空间数据的表达和管理——矢量(3)

第二章 空间数据的表达和管理——矢量(3)
1) 由外业测量获得
可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)， 然后转到地理数据库中。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数
据。
3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明 显，属性隐含。 用拓扑关系描述空间对象之间的关系。 面向目标操作，精度高，数据冗余度小。 与遥感等图象数据难以结合。 输出图形质量好，精度高。
+ 有关属性、其它属性
矢量数据结构中的属性表达
属性特征类型
– 类别特征：是什么 – 说明信息：同类目标的不同特征 属性特征表达 – 类别特征：类型编码 – 说明信息：属性数据结构和表格 属性表的内容取决于用户 图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内 部记录号实现。
属性表达
点状 对象
目标标识 地物编码 目标标识 控制点等级 目标标识 地物编码 坐 标 精度 坐 标串 关联的线目标 测量年限 测量单位 ……
特点：
属性隐含，定位明 显 坐标空间假定为连 续空间，能比栅格 模型更精确地定义 位置、长度和大小 。
2.3.1 基本概念
矢量数据结构编码的基本内容
矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关 系来表达空间对象的位置。
点：空间的一个坐标点；
线：多个点组成的弧段；
面：多个弧段组成的封闭多边形；
2.3 矢量数据模型
赵 姗 环境与水利学院
2010.09
第二章 空间数据的表达和管理
内容概览
第一节 空间数据的表达 第二节 栅格数据模型 第三节 矢量数据模型
2.3.1 基本概念 2.3.2 实体型矢量数据模型 2.3.3 拓扑型矢量数据模型 2.3.4 矢量数据组织 2.3.5 栅格、矢量数据模型比较

第二章 空间数据模型

第二章 空间数据模型
2011-4-6 24
2.2栅格数据模型-离散化的方法 栅格数据模型规则的格网(常用三角形,方格,六角形) 规则的格网(常用三角形,方格,六角形)，三角形 是最基本的不可再分的单元，根据角度和边长的 不同，可以取不同的形状，方格、三角形和六角 形可完整地铺满一个平面。 不规则的格网，可当做拓扑多边形处理，如按街 不规则的格网 区划分,社会经济分区等。 。
空间数据模型
本章描述的是整个GIS理论中最为核心的内容。 理论中最为核心的内容。 本章描述的是整个 理论中最为核心的内容 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界， 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。 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。 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： 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； 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； 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； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；
(一)空间结构特征和属性域 一 空间结构特征和属性域 空间” “空间”经常是指可以进行长度和角度 测量的欧几里德空间。 测量的欧几里德空间。空间结构可以是规 则的或不规则的。 则的或不规则的。 属性域的数值可以包含以下几种类型： 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。 名称、序数、间隔和比率。属性域的另一 个特征是支持空值， 个特征是支持空值，如果值未知或不确定 则赋予空值。 则赋予空值。
2011-4-6
25
2.2栅格数据模型 2.2栅格数据模型
栅格模型把空间看作像 元的划分， 元的划分，每个像元都 记录了所在位置的某种 现象，用像元值表示。 现象，用像元值表示。 该值可以表示一个确定 的现象，也可以是一种 模糊的现象。但一个像 元应该只赋一个单一的 值。

地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构

地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构

面对象 Class
属性
属性
体 3-Complex
面 2-Complex
线对象 Class
属性
线 1-Complex
点对象 Class
属性
点 0-Complex
三角形 2-simplex
线段 1-simplex
节点 0-simplex
33
空间地物
复杂地物
13 类空间对象
复杂
柱状地物
体状地物
数字立体模型
部分
节点 0-simplex
X,Y,Z
31
三维对象的拓扑数据模型
体状对象
面状对象
线状对象
点状对象
1 BodyID
1 SurfaceID
1
LineID
1 PointID
N
体1
N
4
5
面
1
6
N
3 4
边
1
1
2 结点
ElementID
FaceID
EdgeID
NodeID
X
Y
Z
32
三维复杂实体的逻辑模型
体对象 Class
• 模型：
• 时间作为属性（time stamp）
• 序列快照模型( Sequent Snap shots) • 基态修正模型(Base State with Amendments) • 时空复合模型( Space - time Composite) • 时空立方体模型( Space - time Cube)
表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新, 不足之 处是空间分析难以进行。 （2）体模型(Volume model)

第二章 GIS空间数据结构1

第二章 GIS空间数据结构1

二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点：
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次，造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x＝f1（L，B） y＝f2（L，B）
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”， 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点，称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点)，由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信 息，难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的 联系。 （4）不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确，如 无法判断有无不完整的多边形。

第二章 地球空间与空间数据基础

第二章 地球空间与空间数据基础
同时相、波段、比例尺和精度的空间信息，航空 遥感可快速获取小范围地区的空间信息。 遥感影像对空间信息的描述主要通过不同的颜色 和灰度来表示。 利用遥感影像可获取多层面的信息，对遥感影像 的提取可通过图像处理和解译来实现。
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和

地理信息系统 第二章 从现实世界到比特世界

地理信息系统 第二章 从现实世界到比特世界

我们借助于外感官（我们意识的一种性质）表象给我们自己外面的对象，这些对象毫无例外的在空间里面。

这些对象的形状、大小、以及它们相互间的关系是在空间里被规定的或能够在空间里被规定的。

空间不是一个从外部经验得来的经验概念。

因为为使着某种感觉与我以外的某些东西发生关系，以及同样地为着我能把那些感觉表象为互相在外、互相靠近，从而不只是彼此不同，并且是在不同的地方，这样就一定要以空间观念为前提。

康德第二章从现实世界到比特世界导读：本章从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象的过程。

空间认知属于行为地理学的范畴，它研究个体如何对现实世界进行认知，并在意识中编码的过程。

在认识的基础上进行逐步抽象，最后得到数字化的空间数据，这正是OpenGIS九层抽象模型前五层所描述的内容。

最后是空间数据库模型，进一步强调了该抽象过程。

本章的内容有助于加深对空间数据和空间信息的理解。

从现实世界到人的概念世界，再到数字世界，最后通过用户改造自然的活动反馈到现实世界，这中间三个阶段对应着地球信息科学的三个研究领域，即地理认知模型的研究、地理概念计算方法的研究以及地理信息与社会的研究。

如图2-1所示。

图2-1：地理信息流与地理信息科学三个领域1．对现实世界的地理认知地理环境是复杂多样的，要正确地认识、掌握与应用这种广泛而复杂的信息，需要进行去粗取精、去伪存真的加工，这就要求对地理环境进行科学的认识。

对于复杂对象的认识是一个从感性认识到理性认识的一个抽象过程。

对于同一客观世界，不同社会部门或学科领域的人群，往往在所关心的问题、研究的对象等方面存在着差异，这就会产生不同的环境映象。

1．1认知的含义认知属于心理学的范畴。

认知理论早在70年代就被引入地图学，并用“刺激——反应”的关系模式来研究用图者在读图时的心理——物理反应。

始于90年代的地图制图可视化研究也应用了认知概念，使“刺激——反应”模式的研究向纵深推进了一步，地图制图可视化的实质是探讨地图信息传输过程中人对空间客体的认识。

第二章 空间数据模型和空间数据结构

第二章 空间数据模型和空间数据结构

地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和
高程控制网组成； GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系 中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一。
湖北大学资源环境学院
6
中国的大地控制网
由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。
平面控制网 :
按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由 三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。
5 f 6
c
4
d
g
点 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 5 x5 6 x6
地图MAP及多边形实体I和II
湖北大学资源环境学院
2.3.2.3 空间物理数据模型
• 解决如何把设计的空间逻辑数据模型在计 算机上实现，同时考虑效率。常常涉及到 索引文件的构建。
湖北大学资源环境学院
30
2.3.3 时空数据模型
1）单重继承、多重继承；全部继承、部分继承；取 代继承、包含继承
湖北大学资源环境学院
39
（四）面向对象数据模型的核心工具
公有域 私有域 保护域：
2）状态继承（数据）
数据 父类 函数 子类
实例
子类继承父类的数据结构，子类还可定义自己 新的数据结构。 子类任意使用父类的数据结构，有可能破坏封 装，若只能通过发送消息来使用父类的域，又可 能失去有效性，具体办法： 公有域：类可操作，实例也可操作。 私有域：只有类本身使用，用户不得访问。 保护域：子类可使用，继承使用，实例不能使用。
湖北大学资源环境学院
7
湖北大学资源环境学院
陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安坐标系” 大地坐标的 起算点——大地原点。
8
高程控制网

第2章 空间概念和数据模型(2)2012

第2章 空间概念和数据模型(2)2012

2011-5-08
中南大学GIS研究中心
13

面积占优法：以占据栅格单元面积最大的 地物类型或现象特征决定栅格代码，常用 于分类较细，地物类别斑块较小的情况；
2011-5-08
中南大学GIS研究中心
14

重要性法：选取最重要的地物类型或现象 特征决定栅格代码，如城镇，交通枢纽等； 百分比法：根据栅格内各地理要素所占面 积的百分比确定栅格单元的代码参与，如 可记面积最大的两类AB，也可根据B类和A 类所占面积百分比数在代码中加入数字。
2011-5-08 中南大学GIS研究中心 8
2. 空间目标的表示方法 点：用一个栅格单元（像元）表示； 线：用沿线走向的一组相邻栅格单元表示； 面：用相邻栅格单元的集合表示。
2011-5-08
中南大学GIS研究中心
9
面 线
点
2011-5-08
中南大学GIS研究中心
10
栅格数据结构：坐标系与描述参数

描述空间对象的数据组织方法，称为空 间数据内部结构。空间数据结构主要分 为两大类:矢量结构和栅格结构。
2011-5-08
中南大学GIS研究中心
3

为实现基于场的模型，



人们往往把表面剖分成细小的基本单元， 用一定的形式描述单元的几何性质以及单元之间的 空间关系， 并记录所关注的属性在每个单元的取值。 在此把以这种方式来实现概念模型时所采用的数据 组织形式统称为栅格(raster)数据形式。

其实，这时我们已得到了空间的一种剖分。这从一 方面说明了矢量、栅格两种数据形式是相通的。
2011-5-08 中南大学GIS研究中心 31

第二章-2 空间数据结构的类型

第二章-2 空间数据结构的类型
▪ ①其Delaunay三角网是唯一的； ②三角网的外边界构成了点集P的凸多边形
“外壳”； ③没有任何点在三角形的外接圆内部，反之，
如果一个三角网满足此条件，那么它就是 Delaunay三角网；
④如果将三角网中的每个三角形的最小角进行 升序排列，则Delaunay三角网的排列得到的数值 最大，从这个意义上说， Delaunay三角网是 “最接近于规则化”的三角网。（等边三角形）
▪ TIN
它角 连 多从
） 。
被 称 为
形 网 是
形 成 的
边 形 中
左 图 中
狄泰 一 各可
洛森 个 已以
尼多 三 知看
三边 角 点出
角 网 （
形 的 对 偶 图
形 网 ， 该 三
)
(
参 考 点
相
来 ， 将 泰 森
D-
，
▪ 用迪洛尼三角网构建泰森多边形
▪ 给定一个D-TIN，对于它的所有内边，连接共 有每条内边的两个三角形的外接圆的圆心，即构 成该TIN的平面点集Voronoi图。 （1）首先构建离散平面点集的D-TIN； （2）然后求取各三角形的外接圆心； （3）对每一个离散点，按顺时针或逆时针方 向连接与其关联的三角形的外接圆心，即得到该 离散点的泰森多边形；
▪
②手扶跟踪数字化法；
▪
③数据结构转换法。
2.3.2 矢量数据结构
矢量数据结构分为以下几种主要类型 ▪ 简单数据结构 ▪ 拓扑数据结构 ▪ 曲面数据结构
1）简单数据结构 a.面条（Spaghetti方式）在简单数据结构中，空间数据按 照以基本的空间对象（点、线、多边形）为单位进行单独 组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条（Spaghetti 方式）

第2章--DEM数据组织与管理

第2章--DEM数据组织与管理

镶嵌数据模型
规则格网数据模型的两个理解
适用于什么地形？
格网栅格的观点：格网单元的数值即其中所有点的值，对 应实地单元区域内高程为均一高程。 点栅格观点：格网单元的数值是格网中心点的数值，其它 任意点高程通过内插方式确定
镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
概念：是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界， 如图。
不规则三角网DEM的优点是： • 能充分利用地貌的特征点和特征线，较好地表示
复杂地形； • 可根据不同的地形，选取合适的采样点数； • 进行地形分析和绘制立体图也很方便。
其缺点是：由于数据结构复杂，因而不便于规 范化管理，难以与矢量和栅格数据进行联合分析。
规则格网DEM和TIN的对比
规则格网DEM
拓扑关系
5
TIN 文件组成
4 3
C
B
D
6
A
E
2
坐标表
节点 1 2 3 4 5 6
坐标
X1，Y1，Z1 X2，Y2，Z2 X3，Y3，Z3 X4，Y4，,Z4 X5，Y5，Z5 X6，Y6，Z6
1 三角形/节点关系表
三角形
拓扑关系隐含
A
B
C
D
E
TIN 模型基本链表结构
节点 1，5，6 4，5，6 3，4，6 2，3，6 1，2，6
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第2章 DEM数据组织与管理
主要内容
概述 DEM数据模型 DEM数据结构 DEM数据库管理
2.0 概述
空间对象建立过程
DEM建立的一般过程
• 数字高程模型是地形曲面的数字化表达，也就是说，DEM是 在计算机存储介质上科学、真实地描述、表达和模拟地形曲 面实体，因此它的建立实际上是一种地形数据的建模过程。

第二章 数据模型与概念模型

第二章 数据模型与概念模型

数据结构是所研究的对象类型的集合，它是刻画 一个数据模型性质最重要的方面。在数据库系统中， 人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。
数据结构有层次结构、网状结构和关系结构三种 类型，按照这三种结构命名的数据模型分别称为层次 模型、网状模型和关系模型。 2）. 数据操作 数据操作用于描述系统的动态特性。数据操作是对 数据库中各种数据操作的集合，包括操作及相应的操 作规则。
/关系/面向对象）； 既要面向用户，也要面向系统； 3） 物理（数据）模型（Physical Data Model） ——面向具体的DBMS，面向机器 ——描述数据在存储介质上的组织结构
-
PDM不仅与具体的DBMS有关，还与操作系统 和硬件有关； 每一种逻辑模型在实现时都有其对应的物理模型； PDM加入了概念模型中为考虑的因素：触发器、 存储过程、主键、外键、索引等； DBMS为保证其独立性和可以执行，大部分PDM 的实现工作由系统自动完成，而设计者只设计索 引、聚簇等特殊结构 。
现实世界
信息世界 反映
机器世界
为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据 模型，实际的数据处理过程： 首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的概念模型， 然后再抽象成计算机世界的数据模型。
信息模型并不依赖于具体的计算机系统，不是某 一个DBMS所支持的数据模型，它是计算机内部数据 的抽象表示，是概念模型； 概念模型经过抽象，转换成计算机上DBMS支持的 数据模型。所以说，数据模型是现实世界的两级抽象 的结果。 在数据处理中，数据加工经历了现实世界、信息 世界和计算机世界三个不同的世界，经历了两级抽象 和转换。
– 如数据的检索、插入、删除和修改等。
数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作规则 以及实现操作的语言。

地理信息系统期末复习题

地理信息系统期末复习题

第一章绪论一、专业术语：1.数据是指对某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数值、字符、图像、图形、声音、视频等。

在计算机中数据按符号进行存储和处理。

2.信息狭义信息论的定义：两次不定性之差，即指人们获得信息前后对事物认识的差别。

广义信息论的定义：指主体（人、生物、机器）及客体（环境、其他人、生物或机器）之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物性质、特征和状态的一种普遍形式。

3.地理信息系统：是计算机硬件、软件、地理数据和人的有机组合，用来有效地获取、存储、更新、处理、分析和显示所有及地理（空间）有关的各类信息二、基础部分1.地理特征和现象的数据描述包括空间位置，属性特征及时域特征三部分。

2.的基本功能：1、数据采集、编辑和处理2、数据存储和数据库管理3、空间信息的处理和变换4、空间信息的浏览和查询5、信息显示和输出6、空间分析和空间模拟7、二次开发功能3.的基本组成部分：计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据、应用模型管理及应用人员。

4.介绍几款常用的工具型平台：介绍几款常用的工具型平台: (、 )美国环境系统研究所公司 .产品。

提供了用于地理数据的自动输入、处理、分析和显示的强大功能 , 。

.桌面型,由于其数据结构，空间分析功能相对较弱。

但由于造价低，在国内市场占有率较高。

3D 。

创建及管理空间数据的主要的工程平台。

通过使用强大的;工具使工作流程化，提高工作效率。

：科学院超图公司。

：武汉测绘大学研究中心。

：中国地质大学（武汉）信息工程学院三、拓展部分1.谈谈你对地理信息系统的理解：1地理信息系统是传统科学及现代技术相结合而产生的边缘学科，因此它明显的体现出多学科交叉的特征，这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基础理论体系；2地理信息系统通常是指计算机化的信息系统，需要得到计算机硬件和软件系统的支持。

地理信息系统中，信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真；3.处理的对象为地理空间信息。

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（邬伦）
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建模及模型的形式化表达发生在不同的抽象层次上。
1. 数据模型的建立应尽可能自然的反映现实世界 和接近人对现实世界的观察和理解，也就是数 据模型要面向现实世界，面向用户。 2. 但从实现角度来看，数据模型应接近数据在计 算机中的物理表示，以便于实现，减少开销， 也就是数据模型还应在一定程度上面向实现、 面向计算机。 3. 这两方面的要求显然是矛盾的。为了解决这个 矛盾，针对不同的使用对象和应用目的，由高 级到低级采用多级数据模型。
物及其相互联系就处在这个世界 之中。
现实世界
认知
概念世界
建模
•概念世界：现实世界在 人们头脑中的反映。客观
事物在概念世界中称为实体，反 映事物联系的是实体模型。
数据世界
•数据世界：概念世界中 的信息的数据化，现实世界
中的事物及联系在这里用数据模 型描述。
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图2.1 空间实体的抽象过程
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2.2 空间实体的基本概念

空间实体指具有确定的位置和形态特征并 具有地理意义的地理空间物体。
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地理空间实体的四个特征



空间特征 表示地理空间实体在一定的坐标参考系中 的空间位置或几何定位，通常用地理坐标 系、平面直角坐标系来表示。 也称为几何特征，包括空间实体的位置、 大小、形状、分布状况等。
据 系 和 据
实例化/ 建库
物理数据模型
遵守 遵守
(空间)数据库 客观世界的计算机化表达过程和各种模型
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空间数据建模过程分为三步：首先，研究数据模型来对 现实世界的数据进行组织；然后，研究数据结构来表达 该数据模型；最后，研究适合于记录该数据结构的存储 结构（如文件格式）。 传统数据建模的基本任务是，针对所研究的空间现象或 问题，描述GIS的空间数据组织，设计GIS空间数据库 模式，这包含定义空间实体及其相互关系，确定数据实 体或目标及其关系，设计在计算机中的物理组织、存储 路径和数据库结构等。这项工作是以空间数据模型的理 论为指导的。



模型：模型是现实世界特征的模拟和抽象。

数据模型也是一种模型，它是现实世界数据特征的抽 象。 数据模型是以一定方式组织起来的，有足够的抽象性 和概括性的，对客观事物及其联系的描述。这种描述 包括数据内容的描述和各类实体数据之间联系的描述。 根据一定的方案建立的数据逻辑组织方式叫数据模型。
（邬伦43页）
•

便于一些特性的早期分析，如查询能力，冗余， 一致性，存储空间要求等。 Examples: • GIS把空间数据集组织成层的集合 • 数据库把数据集组织成表的集合
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为什么要用数据模型?

利用数据模型便于
一些特性的早期分析，如存储费用、查询能 力... 在多个应用中共享数据的再使用 跨组织的数据交换 向新软件或环境进行数据转换 深入理解地理数据模型和地理数据表达方式对于 正确设计和使用GIS非常关键。 理解地理数据模型概念是了解如何定义和采集地 理信息的核心，这对于正确地解释地理信息分析 的结果也很关键。
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2.3.1

数据建模



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把客观世界中受关注的事物和现象用数据 描述出来，是一个建模过程。 数据建模是指把现实世界的数据组织为有 用且能反映真实信息的数据集的过程。 GIS数据建模是将现实世界的地理信息转 换成便于计算机存储、管理的地理数据， 并且使这些地理数据能真实、客观反映现 实世界中地理实体或现象，以及它们之间 的相互关系和分布特征的过程。 把数据按模型组织起来的过程。


数据模型是计算机中用于描述和表现现实世界 中感兴趣的某个方面的一组结构集合。
(Longley)
它是连接现实世界和计算机世界的桥梁，是现实世界 的模拟。
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数据模型的概念理解

What is Data Model? • 数据集的特殊结构或模式 • 数据的文本描述
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下图说明了空间表达中模型的层次和建模 过程，及其对应的形式化了的数据世界。
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现实世界
认识
人和 概念 世界
概念化/ 概念设计
高度抽象
遵照
概念模型
概念模式
支持
形式转化/ 逻辑设计
遵照
Байду номын сангаас
数据模型
人机 接口
数据模式
实现
数 库 统 数 世 界
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属性特征：是与地理空间实体相联系的、 具有地理意义的数据或变量。属性通常 分定性和定量两种，定性属性包括名称、 类型、特征等；定量属性包括数量、等 级等。 时态特征：指地理实体随时间而变化的 特征。地理空间实体的位置属性和属性 相对于时间来说，常常呈现相互独立的 变化。
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Example- Y2K crisis for year 2000（千年虫问题）

上世纪60年代和70年代，开发的许多计算机软件系统都 没有很好的定义数据模型。这些系统使用各种各样的数据 模型来表达时间和日期。其中一些表达方法使用两位来表 达年。到了上世纪90年代后期，有人开始担心两位表达 可能导致错误行为。例如1960年生的人的年纪在2000可 能显示为负数，可能被标记为非法数据项。大量的努力和 资源（几千亿美元）花在了这种软件的修改。 合理的使用数据模型可以很大程度的减少这种开销。如果 时间和日期在软件中建模为抽象数据类型，只需对执行日 期抽象数据类型的一小部分软件进行检查和修改。
第2章 空间数据表达与数据模型(1)
空间数据库课程
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2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
现实世界认知过程 空间实体的基本概念 从现实世界到模型世界 空间信息模型－场模型和对象模型 栅格和矢量数据的组织
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2.1 现实世界认知过程
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作 业

注意区分: 数据模型和数据结构 空间数据模型和空间数据结构 数据模型和数据模式 请举例说明
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2.3.3

GIS数据模型分类
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，它为描述空间数据 的组织和设计空间数据库模式提供基本方 法。




对事物的认识是一个从感性认识到理性认 识的抽象过程。 人们通过对地理现象的观察、抽象、综合 取舍，得到空间实体， 然后对空间实体进行定义、编码结构化和 模型化，以数据形式存入计算机。 这种转换经历了3个阶段：
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•现实世界：存在于人们 头脑之外的客观世界，事
•特殊应用领域, 如. 空间数据模型
•开发地理信息科学中的概念集 •适于不同GIS应用的共同的空间ADTs •研究计划 •首先研究空间模型的概念 •然后研究通用模型 •最后把两者合起来
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采用空间数据模型的做法是从数据建模所 涉及的空间领域本质的概念的角度来说明 的。传统的数据建模方法是从数据库设计 的角度来说明的。最终目标是“调和”这 两个概念体系。(《Spatial Databases》P41) 注意区别：空间数据模型指的是空间数据 从源域到目标域的映射方式，而传统数据 模型（如关系模型）指的是映射到目标域 的数据以那种结构进行组织。（教材第9页）
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数据模型的要素


一般地讲，数据模型是严格定义的一组概念的集合， 它是数据库系统的核心和基础，通常由数据结构、数 据操作和完整性约束三部分组成。 数据结构：静态属性，是所研究的对象类型的集合。 这些对象是数据库的组成成分，它们包括两类，一类 是与数据类型、内容、性质有关的对象；一类是与数 据之间联系有关的对象。
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从地理现象到空间实体的抽象是不可逆过程，同一个地 理现象，它根据不同的抽象尺度、实际应用和视点被抽 象为不同的空间实体。
理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全 国地图上由于比例尺很小，长沙就是一个点，这个点不能再分割， 可以把长沙定为一个空间实体，而在大比例尺的长沙市地图上，长 沙的许多房屋，街道都要表达出来，所以长沙必须再分割，不能作 为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可 见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。

数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。在数据库 中通常按照数据结构的类型来命名数据模型。


数据操作：动态特性，各种对象（型、实例值）允许 执行的操作的集合。包括操作及有关的操作规则。 数据约束条件：是一组完整性规则的集合。完整性规 则是给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依 存规则。
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实体的空间特征
（一）空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。 1、点状实体