第二講(空間數(shù)據(jù)模型)

1、1地理信息系統(tǒng)及應用地理信息系統(tǒng)及應用云南大學信息學院云南大學信息學院梁虹梁虹2第二講第二講 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型3 為了能夠利用信息系統(tǒng)來描述現(xiàn)實為了能夠利用信息系統(tǒng)來描述現(xiàn)實世界，必須對現(xiàn)實世界進行建模。對于世界，必須對現(xiàn)實世界進行建模。對于地理信息系統(tǒng)而言，其結果就是空間數(shù)地理信息系統(tǒng)而言，其結果就是空間數(shù)據(jù)模型。據(jù)模型。 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型是整個是整個GISGIS理論中最理論中最為核心的內容。為核心的內容。4一、現(xiàn)實世界抽象5OpenGISOpenGIS： （Open Geodata Interoperation SpecificationOpen Geodata Inter

2、operation Specification）開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范OGCOGC： （OpenGIS ConsortiumOpenGIS Consortium） 美國的美國的OpenGISOpenGIS協(xié)會。協(xié)會。 OGC OGC是一個非贏利性組織，目的是促進采用新的技術是一個非贏利性組織，目的是促進采用新的技術和商業(yè)方式來提高地理信息處理的標準化和互操作性。和商業(yè)方式來提高地理信息處理的標準化和互操作性。OGCOGC會員主要包括會員主要包括GISGIS相關的計算機硬件和軟件制造商（包相關的計算機硬件和軟件制造商（包括括ESRI, Intergraph,MapInf

3、oESRI, Intergraph,MapInfo等知名等知名GISGIS軟件開發(fā)商），軟件開發(fā)商），數(shù)據(jù)生產(chǎn)商以及一些高等院校，政府部門等，其技術委員數(shù)據(jù)生產(chǎn)商以及一些高等院校，政府部門等，其技術委員會負責具體標準的制定工作。會負責具體標準的制定工作。6 OpenGISOpenGIS定義了從現(xiàn)實世界到地理要素集合世界的轉換定義了從現(xiàn)實世界到地理要素集合世界的轉換模型，即將地理對象的抽象過程分為如下模型，即將地理對象的抽象過程分為如下9 9個層次：個層次： 現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界（Real WorldReal World） 概念世界概念世界（Conceptual WorldConceptual Wo

4、rld） 地理空間世界地理空間世界（Geospatial WorldGeospatial World） 尺度世界尺度世界（Dimensional WorldDimensional World） 項目世界項目世界（Project WorldProject World） 7 點世界點世界（Points WorldPoints World） 幾何體世界幾何體世界（Geometry WorldGeometry World） 地理要素世界地理要素世界（Feature WorldFeature World） 要素集合世界要素集合世界（Feature Collection WorldFeature Coll

5、ection World） 九層模型中，前五個模型是對現(xiàn)實世界的抽象，并不九層模型中，前五個模型是對現(xiàn)實世界的抽象，并不在計算機軟件中被實現(xiàn)；后四個模型是現(xiàn)實世界的數(shù)學和在計算機軟件中被實現(xiàn)；后四個模型是現(xiàn)實世界的數(shù)學和符號化模型，將在軟件中被實現(xiàn)。符號化模型，將在軟件中被實現(xiàn)。89 現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界（Real WorldReal World） 現(xiàn)實世界是所有客觀事物（現(xiàn)實世界是所有客觀事物（FactFact）的集合。的集合。 現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界10 概念世界概念世界（Conceptual WorldConceptual World） 概念世界是人類自然語言的世界，人類了解且認識其概念世界是人類

6、自然語言的世界，人類了解且認識其所命名的事物，因此這些事物構成了所命名的事物，因此這些事物構成了“語言的世界語言的世界”。 概念世界概念世界11 地理空間世界地理空間世界（Geospatial WorldGeospatial World） 對于對于GISGIS來講，自然語言的概念世界并不是充分抽象的，來講，自然語言的概念世界并不是充分抽象的，在在GISGIS中只有概念世界中一個簡化的子集才是興趣所在。中只有概念世界中一個簡化的子集才是興趣所在。這個子集叫做地理空間世界。這個子集叫做地理空間世界。地理空間世界地理空間世界12現(xiàn)實世界與地理空間世界的聯(lián)系現(xiàn)實世界與地理空間世界的聯(lián)系 在地理空間世界

7、中，地理要素被抽象為點、線、面、在地理空間世界中，地理要素被抽象為點、線、面、體。如河流被看作線，地形被看作等高線多邊形的簡化，體。如河流被看作線，地形被看作等高線多邊形的簡化，而森林被看作多邊形。而森林被看作多邊形。13 維度世界維度世界（Dimensional WorldDimensional World） 維度世界是對地理空間世界的抽象，它通過在歐氏空維度世界是對地理空間世界的抽象，它通過在歐氏空間中進行工具測量獲取要素的尺度。如距離、面積、方位間中進行工具測量獲取要素的尺度。如距離、面積、方位等。等。 維度世界維度世界指北針指北針14 項目世界項目世界（Project WorldPro

8、ject World） 項目世界是維度世界的進一步抽象，它將地理世界抽項目世界是維度世界的進一步抽象，它將地理世界抽象為針對特殊應用領域的具體實現(xiàn)。象為針對特殊應用領域的具體實現(xiàn)。制圖員、地籍管理員和道路管理人員視角的項目世界制圖員、地籍管理員和道路管理人員視角的項目世界15 在項目世界中，空間參照系統(tǒng)（在項目世界中，空間參照系統(tǒng)（Spatial Reference Spatial Reference SystemSystem）的概念被引入，最常見的參照系統(tǒng)是環(huán)繞地球表的概念被引入，最常見的參照系統(tǒng)是環(huán)繞地球表面建立的坐標系統(tǒng)（經(jīng)緯度）；此外，還有其它的間接的面建立的坐標系統(tǒng)（經(jīng)緯度）；此外，

9、還有其它的間接的參照系統(tǒng)，例如線性參照系統(tǒng)可以用一個參數(shù)標識出一條參照系統(tǒng)，例如線性參照系統(tǒng)可以用一個參數(shù)標識出一條線（如高速公路）上的一個點位。線（如高速公路）上的一個點位。 地理編碼是項目世界中地理要素的另一重要特征。地理編碼是項目世界中地理要素的另一重要特征。 16項目世界與地理空間世界的關系項目世界與地理空間世界的關系17 點世界點世界（Points WorldPoints World） 幾何體世界幾何體世界（Geometry WorldGeometry World） 地理要素世界地理要素世界（Feature WorldFeature World） 要素集合世界要素集合世界（Featu

10、re Collection WorldFeature Collection World）地理要素在信息世界的實現(xiàn)地理要素在信息世界的實現(xiàn)18二、空間數(shù)據(jù)模型19 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 以一定方式組織數(shù)據(jù)，通過足夠的抽象性和概括以一定方式組織數(shù)據(jù)，通過足夠的抽象性和概括性，對客觀事物及其聯(lián)系的進行描述性，對客觀事物及其聯(lián)系的進行描述, ,是連接現(xiàn)實世界是連接現(xiàn)實世界和計算機世界的橋梁。和計算機世界的橋梁。 空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型 是關于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互聯(lián)系的概是關于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互聯(lián)系的概念，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫的設計提供基念，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫的設計提供

11、基本方法。本方法。20 基于計算機的地理信息系統(tǒng)不能直接作用于現(xiàn)實基于計算機的地理信息系統(tǒng)不能直接作用于現(xiàn)實世界，必須采用一定的空間數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實世界進行世界，必須采用一定的空間數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實世界進行數(shù)據(jù)描述。數(shù)據(jù)描述。 根據(jù)對地理實體從現(xiàn)實世界到計算機內部表示的根據(jù)對地理實體從現(xiàn)實世界到計算機內部表示的不斷抽象，不斷抽象，GISGIS空間數(shù)據(jù)模型由空間數(shù)據(jù)模型由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型3 3個有機聯(lián)系的層次組成。個有機聯(lián)系的層次組成。 21 概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型 是關于空間實體及實體間聯(lián)系的抽象概念集。是關于空間實體及實體間聯(lián)系的抽

12、象概念集。 邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型 根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間實體及相互關系，根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間實體及相互關系，具體地表達數(shù)據(jù)項、記錄等之間的關系，因而可以有具體地表達數(shù)據(jù)項、記錄等之間的關系，因而可以有若干不同的實現(xiàn)方法。（如結構化模型、關系模型）若干不同的實現(xiàn)方法。（如結構化模型、關系模型） 物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型 描述數(shù)據(jù)在計算機中的物理組織、存儲路徑和數(shù)描述數(shù)據(jù)在計算機中的物理組織、存儲路徑和數(shù)據(jù)庫結構。據(jù)庫結構。 22空間數(shù)據(jù)模型的空間數(shù)據(jù)模型的三個層次三個層次23 目前目前GISGIS常用的空間數(shù)據(jù)模型（概念模型）有場（常用的空間數(shù)據(jù)模型（概念模型）有場（FieldFi

13、eld）模型、要素（模型、要素（FeatureFeature）模型和網(wǎng)絡（模型和網(wǎng)絡（NetworkNetwork）模型。模型。 場模型場模型 場模型用于描述在一定空間內具有連續(xù)分布特點的地場模型用于描述在一定空間內具有連續(xù)分布特點的地理現(xiàn)象。例如，空氣中污染物指數(shù)、地表的溫度、土壤的理現(xiàn)象。例如，空氣中污染物指數(shù)、地表的溫度、土壤的濕度、森林植被等。濕度、森林植被等。 一個二維場就是在二維空間中任何已知的地點上，都一個二維場就是在二維空間中任何已知的地點上，都有一個表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；而一個三維場就是在三維空間有一個表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；而一個三維場就是在三維空間中對于任何位置來說都有一個值。中對

14、于任何位置來說都有一個值。 24場模型可以表示為如下的數(shù)學公式：場模型可以表示為如下的數(shù)學公式： z(s)z(s)或或f(x,y)f(x,y) 上式表示了從空間域到某個值域的映射，其中上式表示了從空間域到某個值域的映射，其中z z為為空間位置可度量的函數(shù)，空間位置可度量的函數(shù)，s s表示空間中的位置。表示空間中的位置。 25 柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 柵格數(shù)據(jù)模型是場模型在信息系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)。它柵格數(shù)據(jù)模型是場模型在信息系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)。它將連續(xù)空間離散化，即用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個連續(xù)空將連續(xù)空間離散化，即用二維鋪蓋或劃分覆蓋整個連續(xù)空間。方格、三角形和六角形可完整地鋪滿一個平面，是柵間。

15、方格、三角形和六角形可完整地鋪滿一個平面，是柵格數(shù)據(jù)模型中最常用的規(guī)則覆蓋。格數(shù)據(jù)模型中最常用的規(guī)則覆蓋。 26 基于柵格的空間模型把空間看作像元（基于柵格的空間模型把空間看作像元（PixelPixel）的劃的劃分分，每個像元的值表明了在已知類中現(xiàn)象的分類情況。每個像元的值表明了在已知類中現(xiàn)象的分類情況。柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 荒地荒地 1湖泊湖泊 2濕地濕地 3樹林樹林 427柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型 道路 1河流 2建筑 3空地 4 行行 列列 單元格大小單元格大小 分辨率分辨率28 柵格數(shù)據(jù)模型中，每個像元具有固定的尺寸和位置，柵格數(shù)據(jù)模型中，每個像元具有固定的尺寸和位置，其位置由像元

16、所處的行號和列號決定。其位置由像元所處的行號和列號決定。 由于柵格模型是用規(guī)則的由于柵格模型是用規(guī)則的“柵格塊柵格塊”來表現(xiàn)連續(xù)的自來表現(xiàn)連續(xù)的自然現(xiàn)象，且每個像元具有相同的值，因此分類之間的界限然現(xiàn)象，且每個像元具有相同的值，因此分類之間的界限被迫采用沿著柵格像元的邊界線。這可能造成對現(xiàn)象的分被迫采用沿著柵格像元的邊界線。這可能造成對現(xiàn)象的分布的誤解，其程度則取決于像元的大?。ǚ直媛剩７直娌嫉恼`解，其程度則取決于像元的大?。ǚ直媛剩?。分辨率的大小決定了柵格模型與現(xiàn)實世界的接近程度。率的大小決定了柵格模型與現(xiàn)實世界的接近程度。 柵格數(shù)據(jù)經(jīng)常是來自衛(wèi)星遙感、航空拍攝或掃描設備。柵格數(shù)據(jù)經(jīng)常是來

17、自衛(wèi)星遙感、航空拍攝或掃描設備。29西苑西苑頤和園頤和園西北望西北望玉泉山玉泉山臥佛寺臥佛寺香山香山八大處八大處西郊機場西郊機場黃莊黃莊五里坨五里坨BEIJING1.BMP北京街區(qū)鐵路水域城區(qū)邊界Labels of 主要地名主要地名柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)30柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)31柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)32柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)33 優(yōu)點：優(yōu)點：柵格數(shù)據(jù)模型結構簡單，空間數(shù)據(jù)的疊置與結柵格數(shù)據(jù)模型結構簡單，空間數(shù)據(jù)的疊置與結合十分方便，易于進行空間分析，數(shù)學模擬方便，真實感合十分方便，易于進行空間分析，數(shù)學模擬方便，真實感較強，可用于表示空間連續(xù)分布的地理現(xiàn)象。較強，可用于表示空間連續(xù)分布的地理現(xiàn)象。 缺點：缺點：

18、圖形數(shù)據(jù)量大（因為柵格數(shù)據(jù)是面向像元的）；圖形數(shù)據(jù)量大（因為柵格數(shù)據(jù)是面向像元的）；難于進行網(wǎng)絡分析。由于像元是以行號和列號來標識，柵難于進行網(wǎng)絡分析。由于像元是以行號和列號來標識，柵格數(shù)據(jù)本身無空間參考坐標，在使用中需進行影像配準。格數(shù)據(jù)本身無空間參考坐標，在使用中需進行影像配準。34 要素模型要素模型要素模型用于描述在一定空間內具有離散連續(xù)分布特要素模型用于描述在一定空間內具有離散連續(xù)分布特點的地理現(xiàn)象。例如，建筑物、道路、城市等。點的地理現(xiàn)象。例如，建筑物、道路、城市等。 要素模型將地理要素嵌入到歐氏空間中，形成三類地要素模型將地理要素嵌入到歐氏空間中，形成三類地理要素，即點對象、線對象

19、和多邊形對象。理要素，即點對象、線對象和多邊形對象。 可以測量點之間的距離及方向的帶坐標的幾何空間叫可以測量點之間的距離及方向的帶坐標的幾何空間叫做歐氏空間。歐氏空間中，最常使用的參照系統(tǒng)是笛卡爾做歐氏空間。歐氏空間中，最常使用的參照系統(tǒng)是笛卡爾坐標系（直角坐標系）和極坐標系。坐標系（直角坐標系）和極坐標系。 35 點對象（點對象（PointPoint） 指有特定的位置，維數(shù)為零的地理要素，包括：指有特定的位置，維數(shù)為零的地理要素，包括： 點實體（點實體（Point EntityPoint Entity）：）：用來代表一個點狀實體；用來代表一個點狀實體； 注記點：用于定位注記；注記點：用于定位

20、注記； 結點（節(jié)點）（結點（節(jié)點）（NodeNode）：）：表示線的終點和起點。表示線的終點和起點。 點對象通常由一對空間坐標（點對象通常由一對空間坐標（X,YX,Y）標識。小比例尺地標識。小比例尺地圖中的城市、大比例尺地圖中的建筑物、道路起點和終點，圖中的城市、大比例尺地圖中的建筑物、道路起點和終點，是典型的點對象。是典型的點對象。36 線對象（線對象（LineLine） 線對象是維度為線對象是維度為1 1的地理要素，由一系列坐標表示。線對的地理要素，由一系列坐標表示。線對象具有如下特征：象具有如下特征： 實體長度：從起點到終點的總長；實體長度：從起點到終點的總長； 彎曲度：用于表示像道路拐

21、彎時彎曲的程度；彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度； 方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與方向性：水流方向是從上游到下游，公路則有單向與 雙向之分。雙向之分。 線對象通?？杀硎揪€段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡等。道路、線對象通?？杀硎揪€段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡等。道路、地下管線、河流、航線、邊境線等是典型的線對象。地下管線、河流、航線、邊境線等是典型的線對象。37 面對象（面對象（PolygonPolygon） 面對象也稱為多邊形面對象也稱為多邊形, ,用于表現(xiàn)湖泊、島嶼、地塊等一類用于表現(xiàn)湖泊、島嶼、地塊等一類地理現(xiàn)象，具有如下空間特性：地理現(xiàn)象，具有如下空間特性： 面積面積 周長周

22、長 相鄰性相鄰性 重疊性與非重疊性重疊性與非重疊性38多邊線和多邊形多邊線和多邊形 39面對面對象象線對線對象象點對點對象象40 要素模型強調個體現(xiàn)象，把地理空間分解為點、線、要素模型強調個體現(xiàn)象，把地理空間分解為點、線、面等離散對象（面等離散對象（ObjectObject）的集合，這些對象必須滿足三個的集合，這些對象必須滿足三個條件：條件： 可被識別可被識別 重要（與問題相關）重要（與問題相關） 可被描述（有特征）可被描述（有特征） 41面點線現(xiàn)實世界要素模型要素模型42要素模型要素模型43要素模型要素模型44 要素模型中每一個對象與其它對象必須是不同的，必要素模型中每一個對象與其它對象必須

23、是不同的，必須有惟一的標識并可以單個測量。須有惟一的標識并可以單個測量。 每個對象必須嵌入空間坐標系統(tǒng)中，以確定其地理位每個對象必須嵌入空間坐標系統(tǒng)中，以確定其地理位置。置。 有關對象的特征，可以通過靜態(tài)屬性（如城市名、人有關對象的特征，可以通過靜態(tài)屬性（如城市名、人口等）來描述。口等）來描述。 45 基于場的模型和基于要素的模型各有長處，應該恰當基于場的模型和基于要素的模型各有長處，應該恰當?shù)鼐C合運用這兩種方法來建模。地綜合運用這兩種方法來建模。46 矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型 矢量數(shù)據(jù)模型是要素場模型在信息系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)模型是要素場模型在信息系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)。它強調了離散現(xiàn)象的存

24、在，將地理空間抽象為一系列點、它強調了離散現(xiàn)象的存在，將地理空間抽象為一系列點、線、面離散對象的集合，并將這些地理要素嵌入到歐氏空線、面離散對象的集合，并將這些地理要素嵌入到歐氏空間中。間中。 在矢量數(shù)據(jù)模型中，點、線、多邊形等地理實體是通在矢量數(shù)據(jù)模型中，點、線、多邊形等地理實體是通過記錄坐標的方式來描述的。過記錄坐標的方式來描述的。 47矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型: :地理要素類型地理要素類型Points (Example : Location of house)Lines (Example : Railway)Polygons (Examples : Forest area)地物的空間位置

25、用地物的空間位置用x,y坐標來表示坐標來表示Point A Singly XY pairLine Series of XY pairPolygon A closed loop of XY co-ordinate pairs that define the boundary原始地圖原始地圖X 坐標坐標矢量表示矢量表示Y 坐標坐標22211148南川市 南川市 李渡區(qū) 李渡區(qū) 長壽縣 長壽縣 墊江縣 墊江縣 渝中區(qū) 渝中區(qū) 豐都縣 豐都縣 彭水苗族土家族自治縣 彭水苗族土家族自治縣 南岸區(qū) 南岸區(qū) 沙坪壩區(qū) 沙坪壩區(qū) 江北區(qū) 江北區(qū) 九龍坡區(qū) 九龍坡區(qū) 大渡口區(qū) 大渡口區(qū) 巴南區(qū) 巴南區(qū) 江津市

26、江津市 隆昌縣 隆昌縣 安岳縣 安岳縣 潼南縣 潼南縣 大足縣 大足縣 榮昌縣 榮昌縣 永川市 永川市 武勝縣 武勝縣 合川市 合川市 渝北區(qū) 渝北區(qū) 鄰水縣 鄰水縣 石柱土家族自治縣 石柱土家族自治縣 忠縣 忠縣 武隆縣 武隆縣 華鎣市 華鎣市 銅梁縣 銅梁縣 璧山縣 璧山縣 北碚區(qū) 北碚區(qū) 雙橋區(qū) 雙橋區(qū) 0.07.5 15.0 22.5 30.0 37.5 km區(qū)縣區(qū)劃圖區(qū)縣區(qū)劃圖河流河流機場機場區(qū)縣界線區(qū)縣界線主要公路主要公路縣區(qū)政府駐地縣區(qū)政府駐地矢量數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)49 優(yōu)點：優(yōu)點：存儲數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)結構嚴密，可提供有效的存儲數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)結構嚴密，可提供有效的拓撲編碼和網(wǎng)絡分析，能完

27、整地描述拓撲關系，圖形輸出拓撲編碼和網(wǎng)絡分析，能完整地描述拓撲關系，圖形輸出精確美觀，速度快，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)易于編輯、顯示。精確美觀，速度快，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)易于編輯、顯示。 缺點：缺點：數(shù)據(jù)結構復雜，表達空間變化性能力差，疊加數(shù)據(jù)結構復雜，表達空間變化性能力差，疊加操作沒有柵格有效，以點、線、面來表示的空間物體缺乏操作沒有柵格有效，以點、線、面來表示的空間物體缺乏真實感，不如柵格圖生動。真實感，不如柵格圖生動。50 矢柵混合模型矢柵混合模型 將矢量模型和柵格模型集成在同一個系統(tǒng)中，以分別將矢量模型和柵格模型集成在同一個系統(tǒng)中，以分別表示相同的或不同的實體空間。表示相同的或不同的實體空間

28、。 矢量數(shù)據(jù)用于精確表示實體空間的位置和實體之間的矢量數(shù)據(jù)用于精確表示實體空間的位置和實體之間的拓撲關系，進行實體空間幾何變換等；柵格數(shù)據(jù)則用于進拓撲關系，進行實體空間幾何變換等；柵格數(shù)據(jù)則用于進行實體的空間分析和操作。行實體的空間分析和操作。 矢量和柵格數(shù)據(jù)的結合通過數(shù)據(jù)轉換來實現(xiàn)。因此矢柵矢量和柵格數(shù)據(jù)的結合通過數(shù)據(jù)轉換來實現(xiàn)。因此矢柵混合模型可以在需要的時候利用到矢量模型或柵格模型的混合模型可以在需要的時候利用到矢量模型或柵格模型的優(yōu)點；但是需要同時維護兩套模型，系統(tǒng)負擔重；在進行優(yōu)點；但是需要同時維護兩套模型，系統(tǒng)負擔重；在進行矢量到柵格或柵格到矢量的轉換時可能出現(xiàn)信息丟失或錯矢量到柵

29、格或柵格到矢量的轉換時可能出現(xiàn)信息丟失或錯誤。誤。 51 矢柵一體化模型矢柵一體化模型 矢柵一體化將矢量面向對象的方法和柵格像元覆蓋的矢柵一體化將矢量面向對象的方法和柵格像元覆蓋的方法結合起來，采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空方法結合起來，采用填滿線狀目標路徑和充填面狀目標空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結構的基礎。間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結構的基礎。 該模型一方面保留了矢量的全部性質，以目標為單元該模型一方面保留了矢量的全部性質，以目標為單元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關系；另一方面，直接聚集所有的位置信息，并能建立拓撲關系；另一方面，它建立了柵格與地物的關系，即路徑上的任一點都直接與它建

30、立了柵格與地物的關系，即路徑上的任一點都直接與目標建立了聯(lián)系。目標建立了聯(lián)系。 矢量一體化具有矢量和柵格模型的特性又避免了模型矢量一體化具有矢量和柵格模型的特性又避免了模型的維護和轉換工作；但是技術難度高，目前尚不成熟。的維護和轉換工作；但是技術難度高，目前尚不成熟。 52 如何選擇合適的空間數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的高如何選擇合適的空間數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的高效組織和管理，是地理信息系統(tǒng)開發(fā)應用的關鍵，直效組織和管理，是地理信息系統(tǒng)開發(fā)應用的關鍵，直接關系到整個系統(tǒng)的算法實現(xiàn)和開發(fā)效率。接關系到整個系統(tǒng)的算法實現(xiàn)和開發(fā)效率。 一個成熟的一個成熟的GISGIS系統(tǒng)支持柵格和矢量兩種方法的綜合使

31、用系統(tǒng)支持柵格和矢量兩種方法的綜合使用 一個熟練的一個熟練的GISGIS用戶要能夠綜合使用柵格和矢量兩種方法用戶要能夠綜合使用柵格和矢量兩種方法53 網(wǎng)絡模型網(wǎng)絡模型 網(wǎng)絡關系普遍存在于自然界和人類社會中網(wǎng)絡關系普遍存在于自然界和人類社會中, ,如水系如水系網(wǎng)絡、道路網(wǎng)絡、通訊網(wǎng)絡、地下管網(wǎng)等。網(wǎng)絡、道路網(wǎng)絡、通訊網(wǎng)絡、地下管網(wǎng)等。 在網(wǎng)絡模型中，地物被抽象為邊、節(jié)點等對象，即在網(wǎng)絡模型中，地物被抽象為邊、節(jié)點等對象，即網(wǎng)絡由一組邊和節(jié)點按照一定的拓撲關系彼此連接而成網(wǎng)絡由一組邊和節(jié)點按照一定的拓撲關系彼此連接而成。邊是具有一定長度和物流（如交通流方向、電力或水。邊是具有一定長度和物流（如交通

32、流方向、電力或水的流向等）的網(wǎng)絡要素，節(jié)點是兩條或兩條以上邊的交的流向等）的網(wǎng)絡要素，節(jié)點是兩條或兩條以上邊的交匯處，實現(xiàn)兩條邊之間物流的轉換。邊與節(jié)點是網(wǎng)絡的匯處，實現(xiàn)兩條邊之間物流的轉換。邊與節(jié)點是網(wǎng)絡的兩類基本組成要素。兩類基本組成要素。 網(wǎng)絡模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結構，可有效反映現(xiàn)網(wǎng)絡模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結構，可有效反映現(xiàn)實世界中常見的多對多關系，如一個節(jié)點可與其它多個實世界中常見的多對多關系，如一個節(jié)點可與其它多個節(jié)點和邊建立聯(lián)系。節(jié)點和邊建立聯(lián)系。54 網(wǎng)絡模型與要素模型都是表達與處理離散的地理要網(wǎng)絡模型與要素模型都是表達與處理離散的地理要素，所以可以將網(wǎng)絡模型視為要素模型的特殊

33、情況。素，所以可以將網(wǎng)絡模型視為要素模型的特殊情況。 通過網(wǎng)絡模型，通過網(wǎng)絡模型，GISGIS可以分析網(wǎng)絡要素的連通性、最短可以分析網(wǎng)絡要素的連通性、最短路徑、上下游關系、源點與匯點等，這在自來水網(wǎng)絡、電路徑、上下游關系、源點與匯點等，這在自來水網(wǎng)絡、電力和煤氣管網(wǎng)的分析中十分重要。力和煤氣管網(wǎng)的分析中十分重要。55網(wǎng)絡分析網(wǎng)絡分析56上游追蹤分析上游追蹤分析下游追蹤分析下游追蹤分析節(jié)點節(jié)點邊邊節(jié)點節(jié)點57最佳路徑分析最佳路徑分析58四、空間關系59 拓撲關系定義地物之間連通、鄰接等拓撲屬性拓撲關系定義地物之間連通、鄰接等拓撲屬性; ; 方位關系（或延伸關系）定義兩個地物之間的方位；方位關系（

34、或延伸關系）定義兩個地物之間的方位； 度量關系定義兩個地物之間的距離遠近。度量關系定義兩個地物之間的距離遠近。 GISGIS中的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)空間位置空間位置空間關系空間關系拓撲關系拓撲關系度量關系度量關系方位關系方位關系601、空間拓撲關系61 由于空間分析與空間查詢的需要，由于空間分析與空間查詢的需要，GISGIS中地理要素中地理要素的空間拓撲關系顯得尤為重要，它為地理信息系統(tǒng)數(shù)的空間拓撲關系顯得尤為重要，它為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的有效建立、空間查詢、空間分析、輔助決策等據(jù)庫的有效建立、空間查詢、空間分析、輔助決策等提供了最基本的關系，是提供了最基本的關系，是G

35、ISGIS空間分析的基礎。（例如空間分析的基礎。（例如空間疊置分析、緩沖區(qū)分析等）空間疊置分析、緩沖區(qū)分析等） 拓撲學拓撲學 是幾何學的一個分支，它研究在拓撲變換下能夠是幾何學的一個分支，它研究在拓撲變換下能夠保持不變的幾何屬性保持不變的幾何屬性拓撲屬性。拓撲屬性。 拓撲一詞來自于希臘文，意思是拓撲一詞來自于希臘文，意思是“形狀的研形狀的研究究”。 62 拓撲屬性拓撲屬性 假設歐氏平面是一張高質量無邊界的橡皮，該橡假設歐氏平面是一張高質量無邊界的橡皮，該橡皮能夠伸長和縮短到任何理想的程度。皮能夠伸長和縮短到任何理想的程度。 現(xiàn)基于這張橡皮繪制圖形，允許這張紙伸長但是現(xiàn)基于這張橡皮繪制圖形，允許

36、這張紙伸長但是不能撕破或者重疊，這樣原來圖形的一些屬性將保不能撕破或者重疊，這樣原來圖形的一些屬性將保留，而有些屬性將會失去。留，而有些屬性將會失去。 例如，在橡皮表面有一個多邊形，多邊形內部有例如，在橡皮表面有一個多邊形，多邊形內部有一個點。無論對橡皮進行壓縮或拉伸，點依然存在于一個點。無論對橡皮進行壓縮或拉伸，點依然存在于多邊形內部，點和多邊形之間的空間位置關系不改變多邊形內部，點和多邊形之間的空間位置關系不改變，而多邊形的面積則會發(fā)生變化。前者則是空間的拓，而多邊形的面積則會發(fā)生變化。前者則是空間的拓撲屬性，后者則不是。撲屬性，后者則不是。 63拓撲屬性拓撲屬性 一個點在一個弧段的端點一

37、個點在一個弧段的端點一個點在一個區(qū)域的邊界上一個點在一個區(qū)域的邊界上一個點在一個區(qū)域的內部一個點在一個區(qū)域的內部一個點在一個區(qū)域的外部一個點在一個區(qū)域的外部兩條線相交兩條線相交兩個面相鄰兩個面相鄰兩個面重疊兩個面重疊一個面包含另一個面一個面包含另一個面非拓撲屬性非拓撲屬性 兩點之間的距離兩點之間的距離一個區(qū)域的周長一個區(qū)域的周長一個區(qū)域的面積一個區(qū)域的面積 拓撲屬性描述了兩個對象之間的關系，因此拓撲屬性描述了兩個對象之間的關系，因此又稱為拓撲關系（又稱為拓撲關系（Topological RelationTopological Relation）。）。 64地理要素的常見拓撲關系地理要素的常見拓

38、撲關系65地理要素的常見拓撲關系地理要素的常見拓撲關系66 拓撲關系包括點線面各類要素的組合關系，如點拓撲關系包括點線面各類要素的組合關系，如點線關系，點線關系，點面關系，線面關系，線線關系，線線關系，線面關系，面面關系，面面關系等。面關系等。點點線關系線關系點在線上：可以計算點的性質，如拐點等；點在線上：可以計算點的性質，如拐點等；線的端點：起點和終點；線的端點：起點和終點；線的交點；線的交點；點與線分離：可計算點到線的距離。點與線分離：可計算點到線的距離。67點點面關系面關系點在區(qū)域內，可以記數(shù)和統(tǒng)計；點在區(qū)域內，可以記數(shù)和統(tǒng)計；點在區(qū)域的邊界上；點在區(qū)域的邊界上；點在區(qū)域外部。點在區(qū)域外部。線線線關系線關系重合；重合；相接：首尾環(huán)接或順序相接；相接：首尾環(huán)接或順序相接；相交；相交；穿越；穿越；并行。并行。68線線面關系面關系區(qū)域包含線：可計算區(qū)域內線的密度；區(qū)域包含線：可計算區(qū)域內線的密度；線穿過區(qū)域：線穿過區(qū)域：線環(huán)繞區(qū)域：對于區(qū)域邊界，可以搜索其左右區(qū)域名稱；線環(huán)繞區(qū)域：對于區(qū)域邊界，可以搜索其左右區(qū)域名稱；線與區(qū)域分離。線與區(qū)域分離。面面面關系面關系包含：如島的情形；包含：如島的情形；重疊：可以劃分子區(qū)，并計算邏輯與、或、非和異或；重疊：可以劃分子區(qū)，并計算邏