GIS空間分析的數(shù)據(jù)模型課件

1第三章GIS空間分析的數(shù)據(jù)模型秦昆qinkun163@163.com武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院遙感科學(xué)與技術(shù)本科生教案(2012年)1第三章GIS空間分析的數(shù)據(jù)模型秦昆qinkun163@2空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)?？臻g分析方法受空間數(shù)據(jù)表示形式的制約和影響，研究空間分析必須考慮空間數(shù)據(jù)的表示方法和空間數(shù)據(jù)模型。2空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)。3空間數(shù)據(jù)表示的基本任務(wù)：將以圖形模擬的空間物體表示成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字形式。3.1空間數(shù)據(jù)的表示3空間數(shù)據(jù)表示的基本任務(wù)：將以圖形模擬的空間物體表示成計(jì)算機(jī)4空間數(shù)據(jù)的兩種表示模型：柵格模型：地理空間被劃分為規(guī)則的小單元，空間位置由柵格單元的行、列號(hào)表示。柵格單元的大小反映了數(shù)據(jù)的分辨率即精度，空間物體由若干個(gè)柵格單元隱含描述。矢量模型：各類地理要素根據(jù)空間形態(tài)特征分為點(diǎn)、線、面三類/（體狀空間對(duì)象）。地物是顯示描述的。4空間數(shù)據(jù)的兩種表示模型：柵格模型：地理空間被劃分為規(guī)則的小53.2空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型：是關(guān)于GIS中空間數(shù)據(jù)組織的概念，反映現(xiàn)實(shí)世界中的空間實(shí)體，及其相互之間的聯(lián)系，為空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)提供基本的概念和方法。53.2空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型：是關(guān)于GIS中空間數(shù)6GIS數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次：概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型6GIS數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次：7GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念模型：

基本任務(wù)：確定感興趣的現(xiàn)象和基本特性，描述實(shí)體間的相互聯(lián)系，確定空間數(shù)據(jù)庫(kù)的信息內(nèi)容。遙感數(shù)據(jù)的ER圖7GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念模型：遙感數(shù)據(jù)的ER圖8空間數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)模型是根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的信息內(nèi)容(空間實(shí)體及相互關(guān)系)，具體地表達(dá)數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄等之間的關(guān)系。湖北省湖區(qū)分布圖的邏輯模型設(shè)計(jì)

8空間數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)模型是根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的9物理數(shù)據(jù)模型：是描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的物理組織、存取路徑和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型：涉及空間數(shù)據(jù)的物理組織、空間存取方法、數(shù)據(jù)庫(kù)總體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。9物理數(shù)據(jù)模型：10GIS中的信息模型：基于對(duì)象的模型：強(qiáng)調(diào)離散對(duì)象，根據(jù)它們的邊界線以及組成或者與它們相關(guān)的其它對(duì)象，可詳細(xì)地描述離散對(duì)象。網(wǎng)絡(luò)模型：表示對(duì)象之間的交互，如水或者交通流。場(chǎng)模型：表示在二維或者三維空間中被看作是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)。在基于場(chǎng)的空間概念模型指導(dǎo)下，引出了柵格數(shù)據(jù)模型；在基于對(duì)象的空間數(shù)據(jù)模型指導(dǎo)下，引出了矢量數(shù)據(jù)模型。10GIS中的信息模型：在基于場(chǎng)的空間概念模型指導(dǎo)下，引出了113.4場(chǎng)模型場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)表示模擬一定空間內(nèi)具有連續(xù)分布特點(diǎn)的現(xiàn)象?？諝庵形廴疚锏募谐潭取⒌乇淼臏囟?、土壤的濕度水平以及空氣與水的流動(dòng)速度和方向。場(chǎng)可以表現(xiàn)為二維場(chǎng)或三維場(chǎng)。一個(gè)二維場(chǎng)就是在二維空間中任何已知的地點(diǎn)上，都有一個(gè)表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；一個(gè)三維場(chǎng)就是在三維空間中對(duì)于任何位置來說都有一個(gè)值。113.4場(chǎng)模型場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)表示模擬一定空間內(nèi)具有連12

場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)公式：

z：s

z(s)

z為可度量的函數(shù)，s表示空間中的位置。

表示從空間域(甚至包括時(shí)間坐標(biāo))到某個(gè)值域的映射。12場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)公式：13地理要素是通過地理實(shí)體定義的，地理實(shí)體是真實(shí)世界中不能再被細(xì)分為同一類現(xiàn)象的地理現(xiàn)象。3.5要素模型地理要素模型只對(duì)地理實(shí)體的屬性(包括空間屬性和地理屬性)及關(guān)系感興趣。歐氏空間中的三類地物要素對(duì)象：點(diǎn)對(duì)象線對(duì)象多邊形對(duì)象13地理要素是通過地理實(shí)體定義的，地理實(shí)體是真實(shí)世界中不能再144)角點(diǎn)(Vertex)：表示線段和弧段上的內(nèi)部點(diǎn)。1)實(shí)體點(diǎn)(pointentity)：用來代表一個(gè)實(shí)體。2)注記點(diǎn)：用于定位注記。3)內(nèi)點(diǎn)(labelpoint)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。點(diǎn)對(duì)象：有特定位置，維數(shù)為零的物體。5)結(jié)點(diǎn)(node):表示線的起點(diǎn)和終點(diǎn)。144)角點(diǎn)(Vertex)：表示線段和弧段上的內(nèi)部點(diǎn)。1151）實(shí)體長(zhǎng)度:從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)度。2）彎曲度:如用于表示道路拐彎時(shí)彎曲的程度。3）方向性:用于表示線對(duì)象的方向，如水流方向是從上游到下游，公路有單向和雙向之分。線狀實(shí)體：線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。線對(duì)象：維度為1的空間組分，有一系列坐標(biāo)表示。線對(duì)象的特征：多邊線簡(jiǎn)單閉合多邊線151）實(shí)體長(zhǎng)度:從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)度。線狀實(shí)體：線段、邊16面狀實(shí)體的特征：面積范圍；周長(zhǎng)；獨(dú)立性或與其它地物相鄰：如中國(guó)及其周邊國(guó)家；內(nèi)島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性：如報(bào)紙的銷售領(lǐng)域、學(xué)校的分區(qū)、菜市場(chǎng)的服務(wù)范圍都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象。多邊形對(duì)象/面狀實(shí)體：由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示，是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類對(duì)象的描述。16面狀實(shí)體的特征：多邊形對(duì)象/面狀實(shí)體：由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)17有多種不同類型的多邊形：普通多邊形、凸多邊形、星狀多邊形等。多邊形凸多邊形星狀多邊形17有多種不同類型的多邊形：普通多邊形、凸多邊形、星狀多邊形18場(chǎng)模型和要素模型場(chǎng)和對(duì)象可以在多種水平上共存，基于場(chǎng)的方法和基于要素的方法并不互相排斥。有些應(yīng)用可以很自然地應(yīng)用場(chǎng)來建模；但是，場(chǎng)模型也并不是適合所有情況。基于場(chǎng)的模型和基于要素的模型各有長(zhǎng)處，應(yīng)該恰當(dāng)?shù)鼐C合運(yùn)用這兩種方法來建模。在地理信息系統(tǒng)應(yīng)用模型的高層建模、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用中，都會(huì)遇到這兩種模型的集成問題。18場(chǎng)模型和要素模型場(chǎng)和對(duì)象可以在多種水平上共存，基于場(chǎng)的方19網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型把地物抽象為鏈和節(jié)點(diǎn)，同時(shí)要關(guān)注其間的連通關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)模型要考慮多個(gè)要素之間的影響和交互?，F(xiàn)象的精確形狀并不重要，重要的是具體現(xiàn)象之間的距離或者阻力的度量。網(wǎng)絡(luò)模型的典型例子：陸上、海上及航空線路，管線與隧道分析，水、油及電力的流動(dòng)等。3.6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型19網(wǎng)絡(luò)模型3.6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型20網(wǎng)絡(luò)組成要素：鏈(Link)：鏈構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)模型的框架。鏈代表用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸和交流的相互聯(lián)接的線性實(shí)體?？捎糜诒硎粳F(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的高速路、鐵路，和電網(wǎng)中的傳輸線和水文網(wǎng)絡(luò)中的河流。其狀態(tài)屬性包括阻力和需求。結(jié)點(diǎn)(Node)：鏈的終止點(diǎn)。鏈總是在結(jié)點(diǎn)處相交。結(jié)點(diǎn)可以用來表示道路網(wǎng)絡(luò)中道路交叉點(diǎn)、河網(wǎng)中的河流交匯點(diǎn)等。20網(wǎng)絡(luò)組成要素：21站點(diǎn)(Stops)：在某個(gè)流路上經(jīng)過的位置。代表現(xiàn)實(shí)世界中郵路系統(tǒng)中的郵件接收點(diǎn)、或高速公路網(wǎng)中經(jīng)過的城市等。中心(Center)：網(wǎng)絡(luò)中的一些離散位置，可以提供資源。如現(xiàn)實(shí)世界中的資源分發(fā)中心、購(gòu)物中心、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)等。其狀態(tài)屬性包括資源容量，如總的資源量；阻力限額，如中心與鏈之間的最大距離或時(shí)間限制。拐點(diǎn)(Turn)：從一個(gè)鏈到另一個(gè)鏈的過渡。拐點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)模型中不用于模擬現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體，而是代表鏈與鏈之間的過渡關(guān)系。

21站點(diǎn)(Stops)：在某個(gè)流路上經(jīng)過的位置。代表現(xiàn)實(shí)世界22網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)用于研究網(wǎng)絡(luò)中資源和信息的流向；在水文應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)跟蹤可用于：計(jì)算河流中水流的體積，跟蹤污染物從污染源開始，沿溪流向下游擴(kuò)散的過程。常用的網(wǎng)絡(luò)模型：22網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)常用的網(wǎng)絡(luò)模型：23路徑選擇(PathFinding)在遠(yuǎn)距離送貨、物資派發(fā)、急救服務(wù)和郵遞等服務(wù)中，經(jīng)常需要在一次行程中同時(shí)訪問多個(gè)站點(diǎn)(收貨方、郵件主人、物資儲(chǔ)備站等)，如何尋找到一個(gè)最短和最經(jīng)濟(jì)的路徑，保證訪問到所有站點(diǎn)，同時(shí)最快最省地完成一次行程呢?常用的網(wǎng)絡(luò)模型：23路徑選擇(PathFinding)常用的網(wǎng)絡(luò)模型：24資源分配(Allocate)反映現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中資源的供需關(guān)系模型?！肮贝硪欢〝?shù)據(jù)的資源或貨物，位于“中心CENTER”設(shè)施中?！靶琛敝笇?duì)資源的利用。分配分析：在空間中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)間分配資源。常用的網(wǎng)絡(luò)模型：24資源分配(Allocate)常用的網(wǎng)絡(luò)模型：25地址編碼與匹配利用人們習(xí)慣的地址(街道門牌號(hào))信息確定它在地圖上的確切位置的技術(shù)?？蛻裘麊?、事故報(bào)告、報(bào)警中所使用的定位信息多數(shù)是按人們習(xí)慣的街道門牌號(hào)等文字形式提供的，經(jīng)常在地圖上需要迅速定位。例如，110接警后，需要迅速定位求救地點(diǎn)，然后才可以采取進(jìn)一步措施(例如尋求最優(yōu)路徑前往救助)。常用的網(wǎng)絡(luò)模型：25地址編碼與匹配常用的網(wǎng)絡(luò)模型：26選址和分區(qū)(Location-Allocation)分析決定一個(gè)或多個(gè)服務(wù)設(shè)施的最優(yōu)位置。定位：保證服務(wù)設(shè)施可以以最經(jīng)濟(jì)有效的方式為它所服務(wù)的人群提供服務(wù)。分析中既有定位過程，也有資源分配過程。實(shí)際問題：加油站；急救服務(wù)設(shè)置；救火、醫(yī)療急救；學(xué)校的選址等。常用的網(wǎng)絡(luò)模型26選址和分區(qū)(Location-Allocation)分析27空間相互作用和引力模型用于理解和預(yù)測(cè)某點(diǎn)發(fā)生的活動(dòng)和人、資源及信息的流動(dòng)。兩點(diǎn)間距離越近，發(fā)生相互作用的可能性越大。27空間相互作用和引力模型28空間相互作用和引力模型實(shí)際問題：為什么物資總是向沿海地區(qū)流動(dòng)；為什么某一區(qū)域的人們總是去特定的商場(chǎng)購(gòu)物；從家到電影院超過多長(zhǎng)時(shí)間后，就不會(huì)選擇去這個(gè)電影院看電影了。類似于路徑選擇，除了考慮兩個(gè)對(duì)象的距離，還要考慮相互作用時(shí)發(fā)生的活動(dòng)的性質(zhì)。例如，人們不愿意去距離遠(yuǎn)的商場(chǎng)購(gòu)物，但可能愿意去較遠(yuǎn)地方的名醫(yī)求醫(yī)問藥。28空間相互作用和引力模型29靜態(tài)GIS（SGIS）：傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用只涉及地理信息的兩個(gè)方面：空間維度和屬性維度。時(shí)態(tài)GIS（TGIS）:能夠同時(shí)處理時(shí)間維度。解決歷史數(shù)據(jù)的丟失問題。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)重建、時(shí)空變化跟蹤、發(fā)展勢(shì)態(tài)的預(yù)測(cè)等功能。3.7時(shí)空數(shù)據(jù)模型29靜態(tài)GIS（SGIS）：3.7時(shí)空數(shù)據(jù)模型30數(shù)據(jù)的時(shí)間維度：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：如一個(gè)測(cè)站歷史數(shù)據(jù)的積累，可以通過在屬性數(shù)據(jù)表記錄中簡(jiǎn)單地增加一個(gè)時(shí)間戳(TimeStamp)實(shí)現(xiàn)管理；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：如土地利用狀況的變化。描述這種時(shí)空數(shù)據(jù)是TGIS數(shù)據(jù)模型重點(diǎn)要解決的問題。30數(shù)據(jù)的時(shí)間維度：31時(shí)空數(shù)據(jù)模型的主要類型：序列快照模型基圖修正模型空間時(shí)間立方體模型空間時(shí)間組合體模型31時(shí)空數(shù)據(jù)模型的主要類型：32序列快照模型將一系列時(shí)間片段的快照保存起來，各個(gè)切片分別對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻的狀態(tài)圖層，反映地理現(xiàn)象的時(shí)空演化過程。32序列快照模型33基態(tài)修正模型

基態(tài)修正模型按事先設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，它只存儲(chǔ)某個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)狀態(tài)(基態(tài))和相對(duì)于基態(tài)的變化量。33基態(tài)修正模型34時(shí)空立方體模型(Space-timeCube)

由空間兩個(gè)維度和一個(gè)時(shí)間維組成，描述了二維空間沿著第三個(gè)時(shí)間維演變的過程。任何一個(gè)空間實(shí)體的演變歷史都是空間-時(shí)間立方體中的一個(gè)實(shí)體。34時(shí)空立方體模型(Space-timeCube)35空間時(shí)間組合體模型空間分隔成具有相同時(shí)空過程的最大的公共時(shí)空單元，每個(gè)時(shí)空對(duì)象的變化都將在整個(gè)空間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)象。模型將空間變化和屬性變化都映射為空間的變化，是序列快照模型和基態(tài)修正模型的折衷模型。35空間時(shí)間組合體模型36面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型將時(shí)態(tài)變化語(yǔ)義嵌入空間實(shí)體的描述中，將空間實(shí)體視為封裝有變化組分的對(duì)象，可以表現(xiàn)時(shí)間因素并表現(xiàn)實(shí)體的過去、現(xiàn)在和未來。核心：以面向?qū)ο蟮幕舅枷虢M織地理時(shí)空對(duì)象。每個(gè)地理時(shí)空對(duì)象中封裝了對(duì)象的時(shí)態(tài)性、空間特性、屬性特性和相關(guān)的行為操作及與其他對(duì)象的關(guān)系。時(shí)間、空間及屬性在時(shí)空對(duì)象中具有同等重要的地位。36面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型373.8三維空間數(shù)據(jù)模型GIS本質(zhì)上是三維連續(xù)分布的以二維系統(tǒng)來描述三維的自然現(xiàn)象，不能夠精確地反映、分析或顯示有關(guān)信息。

地質(zhì)、地球物理、氣象、水文、采礦、地下水、災(zāi)害、污染等都是三維的。三維GIS在數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)維護(hù)和界面設(shè)計(jì)等方面比二維GIS要復(fù)雜得多。373.8三維空間數(shù)據(jù)模型GIS本質(zhì)上是三維連續(xù)分布的38三維GIS：具備二維GIS的傳統(tǒng)功能；可包容一維、二維對(duì)象；能對(duì)2.5維、三維對(duì)象進(jìn)行可視化表達(dá)；對(duì)三維空間DBMS進(jìn)行管理。38三維GIS：39

三維空間數(shù)據(jù)模型的類型基于面模型的構(gòu)模側(cè)重于三維空間實(shí)體的表面表示，如地形表面、地質(zhì)層面、構(gòu)筑物(建筑物)及地下工程的輪廓與空間框架?；隗w模型的構(gòu)模體模型是基于三維空間的體元分割和真三維實(shí)體表達(dá)，體元的屬性可以獨(dú)立描述和存儲(chǔ)。混合模型的構(gòu)模方法綜合面模型和體模型的優(yōu)點(diǎn)，綜合規(guī)則體元與非規(guī)則體元的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。39三維空間數(shù)據(jù)模型的類型基于面模型的構(gòu)模40End,Thanks!40End,41第三章GIS空間分析的數(shù)據(jù)模型秦昆qinkun163@163.com武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院遙感科學(xué)與技術(shù)本科生教案(2012年)1第三章GIS空間分析的數(shù)據(jù)模型秦昆qinkun163@42空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)?？臻g分析方法受空間數(shù)據(jù)表示形式的制約和影響，研究空間分析必須考慮空間數(shù)據(jù)的表示方法和空間數(shù)據(jù)模型。2空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)。43空間數(shù)據(jù)表示的基本任務(wù)：將以圖形模擬的空間物體表示成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字形式。3.1空間數(shù)據(jù)的表示3空間數(shù)據(jù)表示的基本任務(wù)：將以圖形模擬的空間物體表示成計(jì)算機(jī)44空間數(shù)據(jù)的兩種表示模型：柵格模型：地理空間被劃分為規(guī)則的小單元，空間位置由柵格單元的行、列號(hào)表示。柵格單元的大小反映了數(shù)據(jù)的分辨率即精度，空間物體由若干個(gè)柵格單元隱含描述。矢量模型：各類地理要素根據(jù)空間形態(tài)特征分為點(diǎn)、線、面三類/（體狀空間對(duì)象）。地物是顯示描述的。4空間數(shù)據(jù)的兩種表示模型：柵格模型：地理空間被劃分為規(guī)則的小453.2空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型：是關(guān)于GIS中空間數(shù)據(jù)組織的概念，反映現(xiàn)實(shí)世界中的空間實(shí)體，及其相互之間的聯(lián)系，為空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)提供基本的概念和方法。53.2空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型：是關(guān)于GIS中空間數(shù)46GIS數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次：概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型6GIS數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次：47GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念模型：

基本任務(wù)：確定感興趣的現(xiàn)象和基本特性，描述實(shí)體間的相互聯(lián)系，確定空間數(shù)據(jù)庫(kù)的信息內(nèi)容。遙感數(shù)據(jù)的ER圖7GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念模型：遙感數(shù)據(jù)的ER圖48空間數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)模型是根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的信息內(nèi)容(空間實(shí)體及相互關(guān)系)，具體地表達(dá)數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄等之間的關(guān)系。湖北省湖區(qū)分布圖的邏輯模型設(shè)計(jì)

8空間數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)模型是根據(jù)概念數(shù)據(jù)模型確定的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的49物理數(shù)據(jù)模型：是描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的物理組織、存取路徑和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型：涉及空間數(shù)據(jù)的物理組織、空間存取方法、數(shù)據(jù)庫(kù)總體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。9物理數(shù)據(jù)模型：50GIS中的信息模型：基于對(duì)象的模型：強(qiáng)調(diào)離散對(duì)象，根據(jù)它們的邊界線以及組成或者與它們相關(guān)的其它對(duì)象，可詳細(xì)地描述離散對(duì)象。網(wǎng)絡(luò)模型：表示對(duì)象之間的交互，如水或者交通流。場(chǎng)模型：表示在二維或者三維空間中被看作是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)。在基于場(chǎng)的空間概念模型指導(dǎo)下，引出了柵格數(shù)據(jù)模型；在基于對(duì)象的空間數(shù)據(jù)模型指導(dǎo)下，引出了矢量數(shù)據(jù)模型。10GIS中的信息模型：在基于場(chǎng)的空間概念模型指導(dǎo)下，引出了513.4場(chǎng)模型場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)表示模擬一定空間內(nèi)具有連續(xù)分布特點(diǎn)的現(xiàn)象?？諝庵形廴疚锏募谐潭?、地表的溫度、土壤的濕度水平以及空氣與水的流動(dòng)速度和方向。場(chǎng)可以表現(xiàn)為二維場(chǎng)或三維場(chǎng)。一個(gè)二維場(chǎng)就是在二維空間中任何已知的地點(diǎn)上，都有一個(gè)表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；一個(gè)三維場(chǎng)就是在三維空間中對(duì)于任何位置來說都有一個(gè)值。113.4場(chǎng)模型場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)表示模擬一定空間內(nèi)具有連52

場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)公式：

z：s

z(s)

z為可度量的函數(shù)，s表示空間中的位置。

表示從空間域(甚至包括時(shí)間坐標(biāo))到某個(gè)值域的映射。12場(chǎng)模型的數(shù)學(xué)公式：53地理要素是通過地理實(shí)體定義的，地理實(shí)體是真實(shí)世界中不能再被細(xì)分為同一類現(xiàn)象的地理現(xiàn)象。3.5要素模型地理要素模型只對(duì)地理實(shí)體的屬性(包括空間屬性和地理屬性)及關(guān)系感興趣。歐氏空間中的三類地物要素對(duì)象：點(diǎn)對(duì)象線對(duì)象多邊形對(duì)象13地理要素是通過地理實(shí)體定義的，地理實(shí)體是真實(shí)世界中不能再544)角點(diǎn)(Vertex)：表示線段和弧段上的內(nèi)部點(diǎn)。1)實(shí)體點(diǎn)(pointentity)：用來代表一個(gè)實(shí)體。2)注記點(diǎn)：用于定位注記。3)內(nèi)點(diǎn)(labelpoint)：用于負(fù)載多邊形的屬性，存在于多邊形內(nèi)。點(diǎn)對(duì)象：有特定位置，維數(shù)為零的物體。5)結(jié)點(diǎn)(node):表示線的起點(diǎn)和終點(diǎn)。144)角點(diǎn)(Vertex)：表示線段和弧段上的內(nèi)部點(diǎn)。1551）實(shí)體長(zhǎng)度:從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)度。2）彎曲度:如用于表示道路拐彎時(shí)彎曲的程度。3）方向性:用于表示線對(duì)象的方向，如水流方向是從上游到下游，公路有單向和雙向之分。線狀實(shí)體：線段、邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等。線對(duì)象：維度為1的空間組分，有一系列坐標(biāo)表示。線對(duì)象的特征：多邊線簡(jiǎn)單閉合多邊線151）實(shí)體長(zhǎng)度:從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長(zhǎng)度。線狀實(shí)體：線段、邊56面狀實(shí)體的特征：面積范圍；周長(zhǎng)；獨(dú)立性或與其它地物相鄰：如中國(guó)及其周邊國(guó)家；內(nèi)島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性：如報(bào)紙的銷售領(lǐng)域、學(xué)校的分區(qū)、菜市場(chǎng)的服務(wù)范圍都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象。多邊形對(duì)象/面狀實(shí)體：由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)來表示，是對(duì)湖泊、島嶼、地塊等一類對(duì)象的描述。16面狀實(shí)體的特征：多邊形對(duì)象/面狀實(shí)體：由一封閉曲線加內(nèi)點(diǎn)57有多種不同類型的多邊形：普通多邊形、凸多邊形、星狀多邊形等。多邊形凸多邊形星狀多邊形17有多種不同類型的多邊形：普通多邊形、凸多邊形、星狀多邊形58場(chǎng)模型和要素模型場(chǎng)和對(duì)象可以在多種水平上共存，基于場(chǎng)的方法和基于要素的方法并不互相排斥。有些應(yīng)用可以很自然地應(yīng)用場(chǎng)來建模；但是，場(chǎng)模型也并不是適合所有情況。基于場(chǎng)的模型和基于要素的模型各有長(zhǎng)處，應(yīng)該恰當(dāng)?shù)鼐C合運(yùn)用這兩種方法來建模。在地理信息系統(tǒng)應(yīng)用模型的高層建模、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用中，都會(huì)遇到這兩種模型的集成問題。18場(chǎng)模型和要素模型場(chǎng)和對(duì)象可以在多種水平上共存，基于場(chǎng)的方59網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型把地物抽象為鏈和節(jié)點(diǎn)，同時(shí)要關(guān)注其間的連通關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)模型要考慮多個(gè)要素之間的影響和交互?，F(xiàn)象的精確形狀并不重要，重要的是具體現(xiàn)象之間的距離或者阻力的度量。網(wǎng)絡(luò)模型的典型例子：陸上、海上及航空線路，管線與隧道分析，水、油及電力的流動(dòng)等。3.6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型19網(wǎng)絡(luò)模型3.6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型60網(wǎng)絡(luò)組成要素：鏈(Link)：鏈構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)模型的框架。鏈代表用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸和交流的相互聯(lián)接的線性實(shí)體。可用于表示現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的高速路、鐵路，和電網(wǎng)中的傳輸線和水文網(wǎng)絡(luò)中的河流。其狀態(tài)屬性包括阻力和需求。結(jié)點(diǎn)(Node)：鏈的終止點(diǎn)。鏈總是在結(jié)點(diǎn)處相交。結(jié)點(diǎn)可以用來表示道路網(wǎng)絡(luò)中道路交叉點(diǎn)、河網(wǎng)中的河流交匯點(diǎn)等。20網(wǎng)絡(luò)組成要素：61站點(diǎn)(Stops)：在某個(gè)流路上經(jīng)過的位置。代表現(xiàn)實(shí)世界中郵路系統(tǒng)中的郵件接收點(diǎn)、或高速公路網(wǎng)中經(jīng)過的城市等。中心(Center)：網(wǎng)絡(luò)中的一些離散位置，可以提供資源。如現(xiàn)實(shí)世界中的資源分發(fā)中心、購(gòu)物中心、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)等。其狀態(tài)屬性包括資源容量，如總的資源量；阻力限額，如中心與鏈之間的最大距離或時(shí)間限制。拐點(diǎn)(Turn)：從一個(gè)鏈到另一個(gè)鏈的過渡。拐點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)模型中不用于模擬現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體，而是代表鏈與鏈之間的過渡關(guān)系。

21站點(diǎn)(Stops)：在某個(gè)流路上經(jīng)過的位置。代表現(xiàn)實(shí)世界62網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)用于研究網(wǎng)絡(luò)中資源和信息的流向；在水文應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)跟蹤可用于：計(jì)算河流中水流的體積，跟蹤污染物從污染源開始，沿溪流向下游擴(kuò)散的過程。常用的網(wǎng)絡(luò)模型：22網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)常用的網(wǎng)絡(luò)模型：63路徑選擇(PathFinding)在遠(yuǎn)距離送貨、物資派發(fā)、急救服務(wù)和郵遞等服務(wù)中，經(jīng)常需要在一次行程中同時(shí)訪問多個(gè)站點(diǎn)(收貨方、郵件主人、物資儲(chǔ)備站等)，如何尋找到一個(gè)最短和最經(jīng)濟(jì)的路徑，保證訪問到所有站點(diǎn)，同時(shí)最快最省地完成一次行程呢?常用的網(wǎng)絡(luò)模型：23路徑選擇(PathFinding)常用的網(wǎng)絡(luò)模型：64資源分配(Allocate)反映現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中資源的供需關(guān)系模型。“供”代表一定數(shù)據(jù)的資源或貨物，位于“中心CENTER”設(shè)施中?！靶琛敝笇?duì)資源的利用。分配分析：在空間中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)間分配資源。常用的網(wǎng)絡(luò)模型：24資源分配(Allocate)常用的網(wǎng)絡(luò)模型：65地址編碼與匹配利用人們習(xí)慣的地址(街道門牌號(hào))信息確定它在地圖上的確切位置的技術(shù)。客戶名單、事故報(bào)告、報(bào)警中所使用的定位信息多數(shù)是按人們習(xí)慣的街道門牌號(hào)等文字形式提供的，經(jīng)常在地圖上需要迅速定位。例如，110接警后，需要迅速定位求救地點(diǎn)，然后才可以采取進(jìn)一步措施(例如尋求最優(yōu)路徑前往救助)。常用的網(wǎng)絡(luò)模型：25地址編碼與匹配常用的網(wǎng)絡(luò)模型：66選址和分區(qū)(Location-Allocation)分析決定一個(gè)或多個(gè)服務(wù)設(shè)施的最優(yōu)位置。定位：保證服務(wù)設(shè)施可以以最經(jīng)濟(jì)有效的方式為它所服務(wù)的人群提供服務(wù)。分析中既有定位過程，也有資源分配過程。實(shí)際問題：加油站；急救服務(wù)設(shè)置；救火、醫(yī)療急救；學(xué)校的選址等。常用的網(wǎng)絡(luò)模型26選址和分區(qū)(Location-Allocation)分析67空間相互作用和引力模型用于理解和預(yù)測(cè)某點(diǎn)發(fā)生的活動(dòng)和人、資源及信息的流動(dòng)。兩點(diǎn)間距離越近，發(fā)生相互作用的可能性越大。27空間相互作用和引力模型68空間相互作用和引力模型實(shí)際問題：為什么物資總是向沿海地區(qū)流動(dòng)；為什么某一區(qū)域的人們總是去特定的商場(chǎng)購(gòu)物；從家到電影院超過多長(zhǎng)時(shí)間后，就不會(huì)選擇去這個(gè)電影院看電影了。類似于路徑選擇，除了考慮兩個(gè)對(duì)象的距離，還要考慮相互作用時(shí)發(fā)生的活動(dòng)的性質(zhì)。例如，人們不愿意去距離遠(yuǎn)的商場(chǎng)購(gòu)物，但可能愿意去較遠(yuǎn)地方的名醫(yī)求醫(yī)問藥。28空間相互作用和引力模型69靜態(tài)GIS（SGIS）：傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用只涉及地理信息的兩個(gè)方面：空間維度和屬性維度。時(shí)態(tài)GIS（TGIS）:能夠同時(shí)處理時(shí)間維度。解決歷史數(shù)據(jù)的丟失問題。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)重建、時(shí)空變化跟蹤、發(fā)展勢(shì)態(tài)的預(yù)測(cè)等功能。3.7時(shí)空數(shù)據(jù)模型29靜態(tài)GIS（SGIS）：3.7時(shí)空數(shù)據(jù)模型70數(shù)據(jù)的時(shí)間維度：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：如一個(gè)測(cè)站歷史數(shù)據(jù)的積累，可以通過在屬性數(shù)據(jù)表記錄中簡(jiǎn)單地增加一個(gè)時(shí)間戳(TimeStamp)實(shí)現(xiàn)管理；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：如土地利用狀況的變化。描述這種時(shí)空數(shù)據(jù)是TGIS數(shù)據(jù)模型重點(diǎn)要解決的問題。30數(shù)據(jù)的時(shí)間