空間數據的表達與組織課件

第三章空間數據的表達與組織主講教師：邱春霞測繪學院第三章空間數據的表達與組織主講教師：邱春霞1重點內容空間數據的“位”、“鄰”、“近”、“勢”的概念；地圖代數提出的矢量-柵格緊密結合型數據模型的含義；空間數據的表達；空間數據的“0”初始化。重點內容空間數據的“位”、“鄰”、“近”、“勢”的概念2GIS中最根本、最活躍的因素是數據。數據：是一種未經加工的原始資料。信息：是經過收集、記錄、處理、以可檢索形式存儲的數據，是數據的內容、解釋和內涵意義。GIS中最根本、最活躍的因素是數據。3GIS中用實體來組織和統(tǒng)率數據實體：是指客觀世界中存在且可相互區(qū)別的物體和現象?！涗泴嶓w的客觀性質（屬性）——字段；屬性的量度（屬性值）——數據；實體按照某一屬性或屬性值進行分類，可匯集成實體集——文件。GIS的基礎是空間數據，空間數據在GIS中特別重要。GIS中用實體來組織和統(tǒng)率數據實體：是指客觀世界中存在且可相43.1GIS的空間數據空間數據：是實體本身的地理屬性，包含實體本身的位置數據以及實體間的空間關系數據兩部分，是地理信息的本質特征。3.1GIS的空間數據空間數據：是實體本身的地理屬性，包含5一、空間數據的內容傳統(tǒng)意義上認為，空間數據具有三大要素：幾何、屬性、時間；提出的完整的空間數據概念為：由位、鄰、近、勢四類信息綜合描述的數據。一、空間數據的內容傳統(tǒng)意義上認為，空間數據具有三大要素：幾何6位：指空間點、線、面實體的位置數據（最基本、最關鍵）；鄰：指空間點、線、面實體的有關“鄰”的關系數據，一般通過“公共元”或“鄰接元”表示相互關系和區(qū)分，即學術界討論的比較多的“拓撲”關系數據；近：指空間點、線、面實體間及附近空間的關系數據（非接觸的、直接的、“可視的”）；勢：指扣除了“鄰”、“近”后，空間全部實體間的各種關系數據（非直接的、非“可視的”）。位：指空間點、線、面實體的位置數據（最基本、最關鍵）；7二、GIS的發(fā)展與空間數據GIS的發(fā)展初期（傳統(tǒng)地圖學時代）：位置數據；20世紀70年代（計算機輔助制圖）：“位”數據和少量的關系數據；現代GIS：“位”、“鄰”、“近”、“勢”數據（如緩沖區(qū)問題）。二、GIS的發(fā)展與空間數據GIS的發(fā)展初期（傳統(tǒng)地圖學時代）8GIS學科本身的發(fā)展歷程正說明了：要完整地描述空間實體的位置、形態(tài)、空間分布和相互關系，“鄰”、“近”、“勢”信息是必不可少的。GIS學科本身的發(fā)展歷程正說明了：要完整地描述空間實體的位置9（一）機助編繪問題對于單個空間實體的繪制，一般只要知道其空間位置和類別數據，即可進行符號化（清繪）；隨著比例尺的縮小，縮小空間內應表達的要素實體實際上是由要素本身的用途決定的。解決多個點、線、面實體圖形符號可視化時新產生的矛盾，主要采用壓蓋、避讓等方法，這就必然要顧及“近”數據。解決“制圖綜合”國際難題的關鍵是空間數據（“位”、“鄰”、“近”）及其組織問題。（一）機助編繪問題對于單個空間實體的繪制，一般只要知道其空間10（二）GIS網絡分析問題相應于“鄰”問題，如爆管分析中相關閥門檢索及處理；相應于“近”問題，如路經分析中的最短路徑；相應于“勢”問題，如網絡中的P中心設置。（二）GIS網絡分析問題相應于“鄰”問題，如爆管分析中相關閥113.2GIS空間數據模型數據模型提供了數據庫的概念結構及信息表達的形式化手段，決定了需要在數據庫中表達的特征及其如何描述它們之間的相互關系，定義了在數據上的各種操作。數據模型不同，是從不同側面對數據認識的結果。3.2GIS空間數據模型數據模型提供了數據庫的概念結構及信12一、普通數據庫中的數據模型數據模型：表示實體以及實體間聯系的模型。數據模型的作用是能清晰地表示數據庫的邏輯結構。數據模型包括：數據概念模型、數據邏輯模型、數據物理模型。一、普通數據庫中的數據模型數據模型：表示實體以及實體間聯系的13（一）實體間的聯系實體間的聯系有兩種：實體內部的聯系，反映在數據上是記錄內部即字段間的聯系；實體之間的聯系，反映在數據上是記錄之間的聯系。實體間的關系有三種：1—1關系1—m關系n—m關系（一）實體間的聯系實體間的聯系有兩種：14（二）數據模型實體—聯系（E-R）模型層次模型網狀模型關系模型（二）數據模型實體—聯系（E-R）模型15實體—聯系（E-R）模型E-R模型是1976年P.P.S.Chen提出的；E-R模型直接列出所有的實體、實體屬性以及實體之間的聯系，一般用長方體表示實體，用橢圓表示實體屬性，用菱形表示實體間聯系；E-R模型是描述現實世界最好的工具，特別適合一個企業(yè)部門的信息結構。實體—聯系（E-R）模型16層次模型（樹狀結構）優(yōu)點：層次分明、組織有序；缺點：數據獨立性較差，難以表達多對多的關系，導致數據冗余。層次模型（樹狀結構）優(yōu)點：層次分明、組織有序；17網狀模型（圖數據結構）優(yōu)點：能描述多對多關系；缺點：結構復雜，限制了它在空間數據表達中的應用。網狀模型（圖數據結構）優(yōu)點：能描述多對多關系；18關系模型關系模型的理論基礎是關系理論，它通過關系運算操作數據。從用戶角度看，關系模型的邏輯結構是一張二維表，由行、列組成，每一行為一個元組，每一列為一個屬性，也就是說，關系模型是用二維表結構來表示實體和實體之間聯系的模型。關系模型關系模型的理論基礎是關系理論，它通過關19關系模型多邊形和弧段的關系多邊形號弧段號P1a1a2a3P2a2a5a7P3a3a6a4P4a6a7a8弧段和結點的關系弧段號起點終點a1N1N2a2N3N2a3N1N3a4N4N1a5N2N5a6N4N3a7N3N5a8N5N4結點坐標結點號坐標N1x1，y1N2x2，y2N3x3，y3N4x4，y4N5x5，y5優(yōu)點：結構簡單靈活，易查詢，維護方便。缺點：不適合表示非結構化數據，難以表達目標，尤其是復雜目標，效率較低。關系模型多邊形和弧段的關系多邊形號弧段號P1a1a220關系模型與網狀模型和層次模型的區(qū)別關系模型不使用指針或鏈接，通過表格數據來實現實體間的關系。關系模型與網狀模型和層次模型的區(qū)別關系模型不使用指針或鏈接，21二、空間數據庫中的數據模型空間數據模型不僅要抽象具有空間分布特征的實體集，還要抽象實體集之間的關系。空間數據庫中的地理實體和普通數據庫中的實體最大的不同：地理實體具有空間性質。二、空間數據庫中的數據模型空間數據模型不僅要抽象具有空間分布22（一）空間數據模型與普通數據模型的重要差別空間數據模型與普通數據模型的重要差別是：地理實體具有空間性質。若用關系模型表示沒有空間性質的實體（如房屋）；GIS空間數據庫中的房屋有空間性質，它具有非空間屬性和空間性質的數據。（一）空間數據模型與普通數據模型的重要差別空間數據模型與普通23（二）空間數據模型空間數據概念模型空間數據邏輯模型空間數據物理模型（二）空間數據模型空間數據概念模型24空間數據概念模型：是真實世界實體與現象的第一次抽象，即具有空間分布特征的實體集及實體集之間關系的概括性描述?？臻g數據概念模型包含的內容：幾何概念模型、語義概念模型?？臻g數據概念模型：是真實世界實體與現象的第一次抽象，即具有空25空間數據邏輯模型：是空間數據概念模型所確定的空間實體及關系的邏輯表達，是概念數據模型向物理數據模型轉換的橋梁。一般情況，矢量數據模型用于離散目標，柵格數據模型用于連續(xù)目標。實際上，離散目標也可以用柵格數據模型，連續(xù)目標也可以用矢量數據模型。隨著地理信息科學的新發(fā)展，矢量數據模型偏向面向實體、柵格數據模型偏向面向空間。空間數據邏輯模型：是空間數據概念模型所確定的空間實體及關系的26空間數據物理模型：是通過一定的數據結構完成空間數據的物理組織、空間存取及索引方法的設計?？臻g數據物理模型：是通過一定的數據結構完成空間數據的物理組織273.3空間數據的表達空間數據的構成：幾何數據、屬性數據、時間數據，其中幾何數據包括實體的基本幾何數據（空間位數據）和由實體的空間位置決定的空間關系數據。空間數據的表達是以特定的數據模型為基礎，采用相應的數據結構來完成。3.3空間數據的表達空間數據的構成：幾何數據、屬性數據、時28一、空間位數據的表達位數據是空間數據中最基本的數據。位數據的表現形式取決于參考系的表現形式。矢量數據結構中點、線、面的表示；柵格數據結構中點、線、面的表示。一、空間位數據的表達位數據是空間數據中最基本的數據。29地圖代數提出了矢量-柵格緊密結合型的數據模型：矢量為體柵格為用矢柵互換利用長處地圖代數提出了矢量-柵格緊密結合型的數據模型：矢量為體30矢量為體：是指實體在數據庫中表達時、以對象為單位的統(tǒng)計分析時、對象的可視化表達有利時，充分利用矢量面向對象的優(yōu)勢進行表達。柵格為用：是指在空間數據處理和空間分析時，基本由柵格方式完成，充分利用柵格面向空間的優(yōu)勢。矢柵互換：指本模型的支撐技術，除需快速且1—1的將矢量位數據轉化為柵格位數據外，還需快速且1—1的將柵格位數據轉化位矢量位數據，這一點目前還比較薄弱。利用長處：指本模型運用特點和目的，它一定要圍繞問題的目的，一定要針對問題目標本身來應用矢量或柵格形式，不是呆板的、千篇一律的。矢量為體：是指實體在數據庫中表達時、以對象為單位的統(tǒng)計分析時31二、空間關系數據的運算和表達根據Egenhofer等人的研究，基礎空間關系分為三種：拓撲關系、距離關系、方向關系。在基本的三種空間關系中，可認為拓撲關系是定性（本質）的關系，距離關系、方向關系是空間關系進一步的定量描述，是關系數據。二、空間關系數據的運算和表達根據Egenhofer等人的研究32（一）空間拓撲關系的計算及表達拓撲關系：是空間目標在拓撲變換下保持不變的空間關系。拓撲變換包括：拉伸、扭曲、旋轉、偏移、縮放等。GIS中拓撲關系主要表現為：鄰接性、連通性、包含以及空間分量數及其關系等。（一）空間拓撲關系的計算及表達拓撲關系：是空間目標在拓撲變換33采用九交叉模型分析兩線目標之間的拓撲關系：其中，A、B為兩實體；為A、B空間點集的邊界；為A、B空間點集的內部；為A、B空間點集的補。采用九交叉模型分析兩線目標之間的拓撲關系：其中，A、B為兩實34空間拓撲關系的計算對于矢量結構的數據來說，拓撲關系的計算本身是極其復雜的過程；對于有N個實體的研究區(qū)域來說，需要N×(N-1)/2次實體間拓撲關系的判斷，而且交集的求解和量化也需要進行復雜的運算?？臻g拓撲關系的計算對于矢量結構的數據來說，拓撲關系的計算本身35柵格數據一般被認為是“難以建立拓撲關系”，然而實際并非如此。柵格圖像是以規(guī)則單元致密結構化整個研究區(qū)域，實體之間的鄰接關系實際已經蘊含在位數據中，如果采用柵格圖形運算，則容易通過疊置運算來實現交集運算，并非常容易實現交集的量化。所以，用柵格數據完全可以進行拓撲關系的計算。柵格數據一般被認為是“難以建立拓撲關系”，然而實際并非如此。36空間拓撲關系的表達一般采用一個三元組（實體A，實體B，拓撲關系R）來定性描述，而對于有N個實體的研究區(qū)域來說，需要N×(N-1)/2條記錄來顯式地記錄這些拓撲關系；若考慮到拓撲關系的量化指標，則更為復雜?？臻g拓撲關系的表達一般采用一個三元組（實體A，實體B，拓撲關37（二）空間距離關系的計算及表達距離關系：是基于距離尺度的空間關系，基于距離的分析包括距離計算、最短路徑分析、空間剖分（如Voronoi劃分）和緩沖區(qū)分析等。定量化的距離關系包括：鄰關系、近關系和勢關系。（二）空間距離關系的計算及表達距離關系：是基于距離尺度的空間38鄰關系數據體現的是零距離關系，是空間點、線、面、體實體間的有關“鄰接”關系的數據，和拓撲關系中的鄰接關系基本一致，一般通過“公共元”或“鄰接元”的相互關系來區(qū)分。

近關系數據是空間點、線、面實體間及附近空間的關系數據，是實體之間遠近程度的表示。近關系有兩個層次的意義：一是定值的近關系，這就是通常的緩沖區(qū)分析，一是基于最近關系的區(qū)域剖分，比較典型的應用是實體的Voronoi圖所劃定的離實體最近的區(qū)域。鄰關系數據體現的是零距離關系，是空間點、線、面、體實體間的有39

勢關系是空間全部實體間的相互關系，也表明空間各實體對空間任一點的影響，它是空間中實體影響能力的強弱表達。

勢關系的兩個基本要素為：權重、距離。空間距離關系是以空間實體的位數據為基礎的，包括鄰、近、勢關系的復雜集合，這幾種關系的集合是空間距離關系的一個完備表達。勢關系是空間全部實體間的相互關系，也表明空間各實體對空40（三）空間方向關系計算及表達空間方向問題是擬尺度下的空間關系問題。對方向關系的研究模型較多，空間方向的判斷和計算設計空間認知和心理學的相關內容。如，2001年閆浩文在其博士論文中討論了采用Voronoi圖形式化描述和計算空間方向關系的模型。（三）空間方向關系計算及表達空間方向問題是擬尺度下的空間關系413.4空間數據組織面臨的困惑

空間分析是GIS的核心和靈魂，數據組織是分析的基礎。3.4空間數據組織面臨的困惑空間分析是GIS的核心和靈42一、空間數據組織面臨的兩大困惑空間數據的位、鄰、近、勢數據的數據量依次呈幾何級數增長，數據的復雜性也依次增強。面對龐大的數據量，對于矢量數據方法來說，無論是運算的初始化組織，還是存儲管理，都是一個瓶頸，其應對方法已成為GIS發(fā)展的困惑之一。（一）空間數據量問題一、空間數據組織面臨的兩大困惑空間數據的位、鄰、近、勢數據的43（二）復雜動態(tài)的空間數據組織問題動態(tài)GIS是對一個區(qū)域的多時刻快照與某個或某些因素的動力學機理模擬和探索，復雜的動態(tài)系統(tǒng)具有多因素、多過程、多周期和所系統(tǒng)的特征。傳統(tǒng)的點、線、面、體組織方式較為適合靜態(tài)數據，對于水、氣等大型的動態(tài)的空間對象已不完全適宜。應該怎樣描述復雜的動態(tài)系統(tǒng)的空間數據，對于這類問題的空間分析應該采用什么樣的途徑或方法更為合適，是GIS發(fā)展的另一大困惑。（二）復雜動態(tài)的空間數據組織問題動態(tài)GIS是對一個區(qū)域的多時44二、空間數據初始化問題空間數據初始化：是空間分析或處理算法對起始數據的要求和具體準備，對任一個算法數據結構的設計和數據的有序組織，是任何一個過程或連續(xù)過程中最基本和最困難的部分?？臻g數據的初始化是動態(tài)復雜地理過程能否計算的關鍵。二、空間數據初始化問題空間數據初始化：是空間分析或處理算法對453.5GIS空間數據“0”初始化GIS空間數據“0”初始化的最初設想是在地圖代數多年研究的基礎上逐步產生的。在地圖代數的進一步發(fā)展研究基礎上，逐漸形成了一套系統(tǒng)的柵格數據處理算法，為空間數據的鄰、近、勢關系的計算提供了可能。采用柵格數據結構進行空間關系運算的成功實驗，進一步驗證了在空間分析時無需完備初始化空間關系數據的可行性。一、GIS空間數據“0”初始化的提出與設想3.5GIS空間數據“0”初始化GIS空間數據“0”初始化46二、GIS空間數據“0”初始化的科學涵義GIS空間數據“0”初始化：是一套基于對空間數據和空間關系全面認識基礎上的、基于地圖代數的空間變換思想進行空間數據組織與分析的理論與方法的集合。二、GIS空間數據“0”初始化的科學涵義GIS空間數據“0”47GIS空間數據“0”初始化的核心：是盡量減少對空間衍生關系的初始化，通過采用簡潔高效的算法對原生數據進行代數變換獲得空間衍生關系，以克服空間分析中空間衍生關系數據量大、表達困難、難以滿足動態(tài)分析需要等一系列GIS發(fā)展的瓶頸，促進GIS空間分析的發(fā)展。GIS空間數據“0”初始化的核心：是盡量減少對空間衍生關系的48地圖代數的成熟，為GIS空間數據“0”初始化提供了理論和技術的基礎，使得空間數據的“0”初始化逐漸演化為空間分析時數據組織與準備的理論與方法集合。地圖代數的成熟，為GIS空間數據“0”初始化提供了理論和技術49第三章空間數據的表達與組織主講教師：邱春霞測繪學院第三章空間數據的表達與組織主講教師：邱春霞50重點內容空間數據的“位”、“鄰”、“近”、“勢”的概念；地圖代數提出的矢量-柵格緊密結合型數據模型的含義；空間數據的表達；空間數據的“0”初始化。重點內容空間數據的“位”、“鄰”、“近”、“勢”的概念51GIS中最根本、最活躍的因素是數據。數據：是一種未經加工的原始資料。信息：是經過收集、記錄、處理、以可檢索形式存儲的數據，是數據的內容、解釋和內涵意義。GIS中最根本、最活躍的因素是數據。52GIS中用實體來組織和統(tǒng)率數據實體：是指客觀世界中存在且可相互區(qū)別的物體和現象?！涗泴嶓w的客觀性質（屬性）——字段；屬性的量度（屬性值）——數據；實體按照某一屬性或屬性值進行分類，可匯集成實體集——文件。GIS的基礎是空間數據，空間數據在GIS中特別重要。GIS中用實體來組織和統(tǒng)率數據實體：是指客觀世界中存在且可相533.1GIS的空間數據空間數據：是實體本身的地理屬性，包含實體本身的位置數據以及實體間的空間關系數據兩部分，是地理信息的本質特征。3.1GIS的空間數據空間數據：是實體本身的地理屬性，包含54一、空間數據的內容傳統(tǒng)意義上認為，空間數據具有三大要素：幾何、屬性、時間；提出的完整的空間數據概念為：由位、鄰、近、勢四類信息綜合描述的數據。一、空間數據的內容傳統(tǒng)意義上認為，空間數據具有三大要素：幾何55位：指空間點、線、面實體的位置數據（最基本、最關鍵）；鄰：指空間點、線、面實體的有關“鄰”的關系數據，一般通過“公共元”或“鄰接元”表示相互關系和區(qū)分，即學術界討論的比較多的“拓撲”關系數據；近：指空間點、線、面實體間及附近空間的關系數據（非接觸的、直接的、“可視的”）；勢：指扣除了“鄰”、“近”后，空間全部實體間的各種關系數據（非直接的、非“可視的”）。位：指空間點、線、面實體的位置數據（最基本、最關鍵）；56二、GIS的發(fā)展與空間數據GIS的發(fā)展初期（傳統(tǒng)地圖學時代）：位置數據；20世紀70年代（計算機輔助制圖）：“位”數據和少量的關系數據；現代GIS：“位”、“鄰”、“近”、“勢”數據（如緩沖區(qū)問題）。二、GIS的發(fā)展與空間數據GIS的發(fā)展初期（傳統(tǒng)地圖學時代）57GIS學科本身的發(fā)展歷程正說明了：要完整地描述空間實體的位置、形態(tài)、空間分布和相互關系，“鄰”、“近”、“勢”信息是必不可少的。GIS學科本身的發(fā)展歷程正說明了：要完整地描述空間實體的位置58（一）機助編繪問題對于單個空間實體的繪制，一般只要知道其空間位置和類別數據，即可進行符號化（清繪）；隨著比例尺的縮小，縮小空間內應表達的要素實體實際上是由要素本身的用途決定的。解決多個點、線、面實體圖形符號可視化時新產生的矛盾，主要采用壓蓋、避讓等方法，這就必然要顧及“近”數據。解決“制圖綜合”國際難題的關鍵是空間數據（“位”、“鄰”、“近”）及其組織問題。（一）機助編繪問題對于單個空間實體的繪制，一般只要知道其空間59（二）GIS網絡分析問題相應于“鄰”問題，如爆管分析中相關閥門檢索及處理；相應于“近”問題，如路經分析中的最短路徑；相應于“勢”問題，如網絡中的P中心設置。（二）GIS網絡分析問題相應于“鄰”問題，如爆管分析中相關閥603.2GIS空間數據模型數據模型提供了數據庫的概念結構及信息表達的形式化手段，決定了需要在數據庫中表達的特征及其如何描述它們之間的相互關系，定義了在數據上的各種操作。數據模型不同，是從不同側面對數據認識的結果。3.2GIS空間數據模型數據模型提供了數據庫的概念結構及信61一、普通數據庫中的數據模型數據模型：表示實體以及實體間聯系的模型。數據模型的作用是能清晰地表示數據庫的邏輯結構。數據模型包括：數據概念模型、數據邏輯模型、數據物理模型。一、普通數據庫中的數據模型數據模型：表示實體以及實體間聯系的62（一）實體間的聯系實體間的聯系有兩種：實體內部的聯系，反映在數據上是記錄內部即字段間的聯系；實體之間的聯系，反映在數據上是記錄之間的聯系。實體間的關系有三種：1—1關系1—m關系n—m關系（一）實體間的聯系實體間的聯系有兩種：63（二）數據模型實體—聯系（E-R）模型層次模型網狀模型關系模型（二）數據模型實體—聯系（E-R）模型64實體—聯系（E-R）模型E-R模型是1976年P.P.S.Chen提出的；E-R模型直接列出所有的實體、實體屬性以及實體之間的聯系，一般用長方體表示實體，用橢圓表示實體屬性，用菱形表示實體間聯系；E-R模型是描述現實世界最好的工具，特別適合一個企業(yè)部門的信息結構。實體—聯系（E-R）模型65層次模型（樹狀結構）優(yōu)點：層次分明、組織有序；缺點：數據獨立性較差，難以表達多對多的關系，導致數據冗余。層次模型（樹狀結構）優(yōu)點：層次分明、組織有序；66網狀模型（圖數據結構）優(yōu)點：能描述多對多關系；缺點：結構復雜，限制了它在空間數據表達中的應用。網狀模型（圖數據結構）優(yōu)點：能描述多對多關系；67關系模型關系模型的理論基礎是關系理論，它通過關系運算操作數據。從用戶角度看，關系模型的邏輯結構是一張二維表，由行、列組成，每一行為一個元組，每一列為一個屬性，也就是說，關系模型是用二維表結構來表示實體和實體之間聯系的模型。關系模型關系模型的理論基礎是關系理論，它通過關68關系模型多邊形和弧段的關系多邊形號弧段號P1a1a2a3P2a2a5a7P3a3a6a4P4a6a7a8弧段和結點的關系弧段號起點終點a1N1N2a2N3N2a3N1N3a4N4N1a5N2N5a6N4N3a7N3N5a8N5N4結點坐標結點號坐標N1x1，y1N2x2，y2N3x3，y3N4x4，y4N5x5，y5優(yōu)點：結構簡單靈活，易查詢，維護方便。缺點：不適合表示非結構化數據，難以表達目標，尤其是復雜目標，效率較低。關系模型多邊形和弧段的關系多邊形號弧段號P1a1a269關系模型與網狀模型和層次模型的區(qū)別關系模型不使用指針或鏈接，通過表格數據來實現實體間的關系。關系模型與網狀模型和層次模型的區(qū)別關系模型不使用指針或鏈接，70二、空間數據庫中的數據模型空間數據模型不僅要抽象具有空間分布特征的實體集，還要抽象實體集之間的關系?？臻g數據庫中的地理實體和普通數據庫中的實體最大的不同：地理實體具有空間性質。二、空間數據庫中的數據模型空間數據模型不僅要抽象具有空間分布71（一）空間數據模型與普通數據模型的重要差別空間數據模型與普通數據模型的重要差別是：地理實體具有空間性質。若用關系模型表示沒有空間性質的實體（如房屋）；GIS空間數據庫中的房屋有空間性質，它具有非空間屬性和空間性質的數據。（一）空間數據模型與普通數據模型的重要差別空間數據模型與普通72（二）空間數據模型空間數據概念模型空間數據邏輯模型空間數據物理模型（二）空間數據模型空間數據概念模型73空間數據概念模型：是真實世界實體與現象的第一次抽象，即具有空間分布特征的實體集及實體集之間關系的概括性描述?？臻g數據概念模型包含的內容：幾何概念模型、語義概念模型。空間數據概念模型：是真實世界實體與現象的第一次抽象，即具有空74空間數據邏輯模型：是空間數據概念模型所確定的空間實體及關系的邏輯表達，是概念數據模型向物理數據模型轉換的橋梁。一般情況，矢量數據模型用于離散目標，柵格數據模型用于連續(xù)目標。實際上，離散目標也可以用柵格數據模型，連續(xù)目標也可以用矢量數據模型。隨著地理信息科學的新發(fā)展，矢量數據模型偏向面向實體、柵格數據模型偏向面向空間。空間數據邏輯模型：是空間數據概念模型所確定的空間實體及關系的75空間數據物理模型：是通過一定的數據結構完成空間數據的物理組織、空間存取及索引方法的設計?？臻g數據物理模型：是通過一定的數據結構完成空間數據的物理組織763.3空間數據的表達空間數據的構成：幾何數據、屬性數據、時間數據，其中幾何數據包括實體的基本幾何數據（空間位數據）和由實體的空間位置決定的空間關系數據?？臻g數據的表達是以特定的數據模型為基礎，采用相應的數據結構來完成。3.3空間數據的表達空間數據的構成：幾何數據、屬性數據、時77一、空間位數據的表達位數據是空間數據中最基本的數據。位數據的表現形式取決于參考系的表現形式。矢量數據結構中點、線、面的表示；柵格數據結構中點、線、面的表示。一、空間位數據的表達位數據是空間數據中最基本的數據。78地圖代數提出了矢量-柵格緊密結合型的數據模型：矢量為體柵格為用矢柵互換利用長處地圖代數提出了矢量-柵格緊密結合型的數據模型：矢量為體79矢量為體：是指實體在數據庫中表達時、以對象為單位的統(tǒng)計分析時、對象的可視化表達有利時，充分利用矢量面向對象的優(yōu)勢進行表達。柵格為用：是指在空間數據處理和空間分析時，基本由柵格方式完成，充分利用柵格面向空間的優(yōu)勢。矢柵互換：指本模型的支撐技術，除需快速且1—1的將矢量位數據轉化為柵格位數據外，還需快速且1—1的將柵格位數據轉化位矢量位數據，這一點目前還比較薄弱。利用長處：指本模型運用特點和目的，它一定要圍繞問題的目的，一定要針對問題目標本身來應用矢量或柵格形式，不是呆板的、千篇一律的。矢量為體：是指實體在數據庫中表達時、以對象為單位的統(tǒng)計分析時80二、空間關系數據的運算和表達根據Egenhofer等人的研究，基礎空間關系分為三種：拓撲關系、距離關系、方向關系。在基本的三種空間關系中，可認為拓撲關系是定性（本質）的關系，距離關系、方向關系是空間關系進一步的定量描述，是關系數據。二、空間關系數據的運算和表達根據Egenhofer等人的研究81（一）空間拓撲關系的計算及表達拓撲關系：是空間目標在拓撲變換下保持不變的空間關系。拓撲變換包括：拉伸、扭曲、旋轉、偏移、縮放等。GIS中拓撲關系主要表現為：鄰接性、連通性、包含以及空間分量數及其關系等。（一）空間拓撲關系的計算及表達拓撲關系：是空間目標在拓撲變換82采用九交叉模型分析兩線目標之間的拓撲關系：其中，A、B為兩實體；為A、B空間點集的邊界；為A、B空間點集的內部；為A、B空間點集的補。采用九交叉模型分析兩線目標之間的拓撲關系：其中，A、B為兩實83空間拓撲關系的計算對于矢量結構的數據來說，拓撲關系的計算本身是極其復雜的過程；對于有N個實體的研究區(qū)域來說，需要N×(N-1)/2次實體間拓撲關系的判斷，而且交集的求解和量化也需要進行復雜的運算?？臻g拓撲關系的計算對于矢量結構的數據來說，拓撲關系的計算本身84柵格數據一般被認為是“難以建立拓撲關系”，然而實際并非如此。柵格圖像是以規(guī)則單元致密結構化整個研究區(qū)域，實體之間的鄰接關系實際已經蘊含在位數據中，如果采用柵格圖形運算，則容易通過疊置運算來實現交集運算，并非常容易實現交集的量化。所以，用柵格數據完全可以進行拓撲關系的計算。柵格數據一般被認為是“難以建立拓撲關系”，然而實際并非如此。85空間拓撲關系的表達一般采用一個三元組（實體A，實體B，拓撲關系R）來定性描述，而對于有N個實體的研究區(qū)域來說，需要N×(N-1)/2條記錄來顯式地記錄這些拓撲關系；若考慮到拓撲關系的量化指標，則更為復雜。空間拓撲關系的表達一般采用一個三元組（實體A，實體B，拓撲關86（二）空間距離關系的計算及表達距離關系：是基于距離尺度的空間關系，基于距離的分析包括距離計算、最短路徑分析、空間剖分（如Voronoi劃分）和緩沖區(qū)分析等。定量化的距離關系包括：鄰關系、近關系和勢關系。（二）空間距離關系的計算及表達距離關系：是基于距離尺度的空間87鄰關系數據體現的是零距離關系，是空間點、線、面、體實體間的有關“鄰接”關系的數據，和拓撲關系中的鄰接關系基本一致，一般通過“公共元”或“鄰接元”的相互關系來區(qū)分。

近關系數據是空間點、線、面實體間及附近空間的關系數據，是實體之間遠近程度的表示。近關系有兩個層次的意義：一是定值的近關系，這就是通常的緩沖區(qū)分析，一是基于最近關系的區(qū)域剖分，比較典型的應用是實體的Voronoi圖所劃定的離實體最近的區(qū)域。鄰關系數據體現的是零距離關系，是空間點、線、面、體實體間的有88

勢關系是空間全部實體間的相互關系，也表明空間各實體對空間任一點的影響，它是空間中實體影響能力的強弱表達。

勢關系的兩個基本要素為：權重、距離?？臻g距離關系是以空間實體的位數據為基礎的，包括鄰、近、勢關系的復雜集合，這幾種關系的