空間數據與屬性數據的集成課件

第二章

空間數據與屬性數據的集成銅陵學院建筑工程學院2023/8/13第二章

空間數據與屬性數據的集成銅陵學院GIS是一種特殊的信息系統(tǒng)，它與普通信息系統(tǒng)的不同在于它不僅要處理一般的、規(guī)則的屬性數據，還要處理海量的、復雜的空間數據。地理數據（空間數據與屬性數據）的存儲、管理和應用一直是GIS研究的重點領域之一。2023/8/132GIS是一種特殊的信息系統(tǒng)，它與普通信息系統(tǒng)的不同在于它不僅第二章空間數據與屬性數據的集成空間數據模型與空間數據、屬性數據的集成空間數據與屬性數據的集成商業(yè)化解決方案2023/8/133第二章空間數據與屬性數據的集成空間數據模型與空間數據、屬性數第二章空間數據與屬性數據的集成空間數據模型與空間數據、屬性數據的集成空間數據與屬性數據的集成商業(yè)化解決方案2023/8/134第二章空間數據與屬性數據的集成空間數據模型與空間數據、屬性數GIS以現(xiàn)實世界為研究目標以計算機內部的二進制數字作為存儲載體2023/8/135GIS2023/8/15地理空間

地理空間（GeographicSpace）是指物質、能量、信息在形式與形態(tài)、結構過程、功能關系上的分布方式和格局及其在時間上的延續(xù)?？臻g現(xiàn)象十分復雜，為此將其抽象到空間對象（目標）來表達空間實體。

2023/8/136地理空間2023/8/16地理空間的幾何類型點狀分布特征

如城鎮(zhèn)、基地、氣象站、山峰、火山口等。線狀分布特征河流、海岸線、鐵路、公路、地下管線，行政邊界等。面狀分布特征如土壤、森林、草原、沙漠、湖泊等，通常稱多邊形。體狀分布特征如高層建筑、云體、山體、礦體等。2023/8/137地理空間的幾何類型2023/8/17點實體有位置，無寬度和長度抽象的點2023/8/138美國佛羅里達洲地震監(jiān)測站點實體2023/8/18美國佛羅里達洲地震監(jiān)測站線實體有長度，但無寬度和高度用來描述線狀實體，通常在網絡分析中使用較多度量實體距離2023/8/139香港城市道路網分布線實體2023/8/19香港城市道路網分布面實體具有長和寬的目標通常用來表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面2023/8/1310中國土地利用分布圖面實體2023/8/110中國土地利用分布圖不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內部是同質的。連續(xù)變化曲面，如地形起伏，整個曲面在空間上曲率變化是連續(xù)的。2023/8/1311不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生體實體有長、寬、高的目標通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標2023/8/1312校園建筑體實體2023/8/112校園建筑數據模型信息表達和抽象客觀世界的概念視圖提供了數據的概念結構及表達的形式化手段定義了如何在數據庫中表達及其相互關系和各種操作是描述現(xiàn)實世界的數據在數據庫中的邏輯組織綱領的集合以及操作與完備性規(guī)則的目標集合2023/8/1313數據模型2023/8/113數據模型是連接系統(tǒng)與用戶的接口，是用戶所能夠看到的數據形式，是連接現(xiàn)實世界和計算機世界的橋梁，是對數據庫框架的一種描述。數據模型的發(fā)展對空間數據與屬性數據的集成有推動作用。2023/8/1314數據模型是連接系統(tǒng)與用戶的接口，是用戶所能夠看到的數據形式，GIS數據模型的基本任務

針對所研究的空間現(xiàn)象或問題，描述GIS的空間數據組織，設計GIS空間數據庫模式。定義空間實體及其相互關系確定數據實體或目標及其關系設計在計算機中的物理組織、存儲路徑和數據庫結果2023/8/1315GIS數據模型的基本任務2023/8/115空間數據在計算機中如何組織？2023/8/1316客觀的地理系統(tǒng)自然環(huán)境系統(tǒng)社會經濟環(huán)境系統(tǒng)1）確定專題領域實際模型；2）建立表達實際模型的概念模型；3）建立為實現(xiàn)概念模型的數據結構；4）確定數據文件在數據庫中的組織方式?？臻g數據在計算機中如何組織？2023/8/116客觀的地理系三個世界的術語對照表2023/8/1317三個世界的術語對照表2023/8/117模型是對現(xiàn)實世界的簡化表達，是將系統(tǒng)的各個要素通過適當的篩選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明的映象?？臻g數據模型

是關于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互間聯(lián)系的概念，它為描述空間數據的組織和設計空間數據庫模式提供基本方法?？臻g實際模型

指在研究區(qū)（項目所相關的空間區(qū)域）內與某領域有關的實際存在的物質世界，它包含所有能夠被人們直接和不能直接觀察到的各種有關信息。空間數據結構把概念模型轉變?yōu)橛嬎銠C系統(tǒng)所能接受的數據結構和邏輯關系。2023/8/1318模型2023/8/118模型的作用是對客觀世界中解決各種實際問題所依據的規(guī)律或過程的抽象或模擬，能從各種因素之間找出因果關系或者聯(lián)系，有利于問題的解決。模型的建立是數學或技術性的問題，必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎，專業(yè)研究的深入程度決定了所建模型的質量與效果，而模型的質量和數量又決定了系統(tǒng)中數據使用的效率和深度。大量模型的發(fā)展和應用，集中和驗證了該應用領域中許多專家的經驗和知識，是ＧＩＳ向專家系統(tǒng)發(fā)展的基礎。2023/8/1319模型的作用2023/8/119現(xiàn)實世界與模型的關系2023/8/1320在計算機中，現(xiàn)實世界是以各種符號形式來表達和記錄的，計算機在對數字和符號這些符號進行操作時，又將它們表示為二進制形式（比特世界）?；谟嬎銠C的ＧＩＳ不能直接作用于現(xiàn)實世界，必須經過對現(xiàn)實世界的數據描述這一步驟?，F(xiàn)實世界與模型的關系2023/8/120在計算機中2023/8/1321現(xiàn)實世界真實模型空間數據模型空間數據結構數據庫：空間數據物理結構空間數據復原空間數據處理空間數據查詢空間數據分析2023/8/121現(xiàn)實世界真實模型空間數據模型空間數據結構GIS空間數據模型

由概念數據模型、邏輯數據模型和物理數據模型三個有機聯(lián)系的層次組成。概念數據模型是關于實體及實體間聯(lián)系的抽象概念集邏輯數據模型是表達概念數據模型中數據實體（或記錄）及其間關系物理數據模型是描述數據在計算機中的物理組織、存儲路徑和數據庫結構2023/8/1322GIS空間數據模型2023/8/1222023/8/1323空間數據模型的三個層次2023/8/123空間數據模型的三個層次概念數據模型

由于職業(yè)、專業(yè)等的不同，人們所關心的問題、研究對象、期望的結果等方面存在著差異，因而對現(xiàn)實世界的描述和抽象也是不同的，形成了不同的用戶視圖，稱之為外模式。GIS空間數據模型的概念模型是考慮用戶需求的共性，用統(tǒng)一的語言描述和綜合、集成各用戶視圖。不依賴于具體的計算機硬件和軟件，是對客觀世界的一種抽象的組織和表達。2023/8/1324概念數據模型2023/8/124邏輯數據模型用計算機語言描述地理實體及其相互間的關系物理數據模型直接的數據存取與管理2023/8/1325邏輯數據模型2023/8/125空間數據類型按表示對象的不同分類型數據：居民點、交通線、土地類型分布等。面域數據：多邊形中心點、行政區(qū)域界限和行政單元網絡數據：道路交叉點、街道和街區(qū)等。樣本數據：氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等。曲面數據：高程點、等高線和等值區(qū)域。文本數據：如地名、河流名和區(qū)域名稱。符號數據：點狀符號、線狀符號和面狀符號等。2023/8/1326空間數據類型按表示對象的不同分2023/8/126按表達基本信息的不同分屬性數據：描述空間對象屬性特征的數據，又稱非幾何數據，如類型、名稱、性質等，一般通過代碼給予表達幾何數據：描述空間對象空間特征的數據，也稱位置數據、定位數據，一般用經緯度、坐標表達關系數據：描述空間對象的空間關系的數據，如鄰接、包含、關聯(lián)等，一般通過拓撲關系表達。2023/8/1327按表達基本信息的不同分2023/8/127空間數據的基本特征空間特征表示實體的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置?？臻g特征又稱定位特征或幾何特征，一般用坐標數據表示。屬性特征表示實體的特征。如名稱、分類、質量特征和數量特征等。時間特征描述實體隨時間的變化，其變化的周期有超短周期的、短期的、中期的和長期的。2023/8/1328空間數據的基本特征空間特征2023/8/128點對象

點是有特定的位置，維數為零的物體，包括：點實體（PointEntity）：用來代表一個實體；注記點：用于定位注記；內點（LabelPoint）：用于記錄多邊形的屬性，存在于多邊形內；結點（節(jié)點）（Node）：表示線的終點和起點；角點（Vertex）：表示線段和弧段的內部點。2023/8/1329點對象2023/8/129線對象線對象是GIS中非常常用的維度為1的空間組分，表示對象和它們邊界的空間屬性，由一系列坐標表示，并有如下特征：實體長度：從起點到終點的總長；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，公路則有單向與雙向之分線狀實體包括線段、邊界、鏈、弧段、網絡等2023/8/1330線對象2023/8/130多邊形對象

面狀實體也稱為多邊形，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。通常在數據庫中由一封閉曲線加內點來表示。面狀實體有如下空間特性：面積范圍；周長；獨立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家；內島或鋸齒狀外形，如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域等；重疊性與非重疊性，如報紙的銷售領域，學校的分區(qū)，菜市場的服務范圍等都有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，一個城市的各個城區(qū)一般說來相鄰但不會出現(xiàn)重疊。在計算幾何中，定義了許多不同類型的多邊形

312023/8/13多邊形對象312023/8/1在地理信息系統(tǒng)中集中存儲了以下的內容：空間分布位置信息屬性信息拓撲空間關系信息空間關系：描述空間對象之間的空間相互作用關系方法絕對關系：坐標、角度、方位、距離等相對關系：相鄰、包含、關聯(lián)等相對關系類型拓撲空間關系：描述空間對象的相鄰、包含等

順序空間關系：描述空間對象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。度量空間關系：描述空間對象之間的距離等。2023/8/1332在地理信息系統(tǒng)中集中存儲了以下的內容：2023/8/132空間關系基本概念點——點關系相合：兩個點坐標重合分離：兩個點不在同一個位置；點與點不存在鄰接、相交和包含關系點——線關系點線相鄰：一個點恰好落線的端點；點線相交：點在線上點線相離：點為在線上點線包含：等同于點線相交點線不存在重合2023/8/1333空間關系基本概念點——點關系2023/8/133點——面關系點面相鄰：點落在面的邊界上；點面相交：與上述相同；點面相離：點遠離一個面；點面包含：點落在面內；點面不存在重合。2023/8/1334點——面關系2023/8/134線——線關系線線相鄰：兩個線有公共結點線線相交：兩條線立體或平面相交；線線相離：兩條線沒有交點和匯合點；線線包含：一條線是另一條線的一部分線線重合：一條線完全與另一條線重合；2023/8/1335線——線關系2023/8/135線——面關系線面相鄰：線是面的部分或全部邊界；線面相交：一條線部分或全部穿過一個面線面相離：線與面相互隔離線面包含：一條線完全落入一個面里線面不存在重合關系2023/8/1336線——面關系2023/8/136面——面關系面面相鄰：兩個面至少有段共同的邊界；面面相交：一個面與另一個面部分相交面面相離：兩個面完全不相交面面包含：一面完全被另外一個面包含面面重合：兩個面的邊界完全相同2023/8/1337面——面關系2023/8/1372023/8/1338相鄰相交重疊分離包含點—點點—線點—面線—面面—面線—線2023/8/138相鄰相交重疊分離包含點—點點—線點—面線典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型2023/8/1339典型的數據模型地學關系模型2023/8/139典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型2023/8/1340典型的數據模型地學關系模型2023/8/140地學關系模型地學關系模型描述和表達點、線、面空間目標及其相互的拓撲關系，并通過用戶識別碼ID與屬性數據連接起來，從而確定空間數據庫的信息內容。拓撲學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——拓撲屬性。歐氏平面上實體對象所具有的拓撲和非拓撲屬性：2023/8/1341地學關系模型地學關系模型描述和表達點、線、面空間目標及其相互拓撲關系指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關系不變的性質。非拓撲屬性（幾何）兩點間距離、一點指向另一點的方向、弧段長度、區(qū)域周長、面積等拓撲屬性（沒有發(fā)生變化的屬性）一個點在一條弧段的端點、一條弧是一簡單弧段(自身不相交)、

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/外部、一個點在一個環(huán)的內/外部、一個面是一個簡單面;一個面的連通性2023/8/1342

拓撲變換(橡皮變換)拓撲關系2023/8/142拓撲變換(橡皮變換)建立拓撲關系是對一種空間結構關系進行明確定義的數學方法。具有某些拓撲關系的矢量數據結構就是拓撲數據結構，拓撲數據結構是GIS的分析和應用功能所必需的。拓撲數據結構的表示方式沒有固定的格式，也還沒有形成標準，但基本原理是相同的。2023/8/1343建立拓撲關系是對一種空間結構關系進行明確定義的數學方法。20拓撲元素點孤立點、線的端點、面的首尾點、鏈的連接點線兩點間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面軟干線段組成的閉合多邊形2023/8/1344拓撲元素點2023/8/1442023/8/1345結點集合結點名指針第一個離開弧段

第一個到達弧段坐標N1e3e1x1，y1N2e1e2x2，y2N3e2e3x3，y32023/8/145結點集合結點名指2023/8/1346順時針第一弧段

逆時針第一弧段指針屬性P1e1t1P2e2e5t2多邊形名P3e3e4t3多邊形集合P4e7t42023/8/146順時針第一弧段逆時針第一弧段指2023/8/1347弧段名e1N2N1P1P0e6e2s1e2N3N2e5P2P0e4e3s2e3N1N3e6e4P3P0e1s3e4N4N3e5e3P2P3e2e6s4

始結點終結點離開始結點的下一條弧段到達終結點的下一條弧段右多邊形左多邊形右多邊形順時針下一條弧段左多邊形逆時針下一條弧段坐標串弧段集合2023/8/147弧段名e1N2N1拓撲關系的特點鄰接性同類元素之間/多邊形之間、結點之間。鄰接矩陣：重疊：--鄰接：1不鄰接：02023/8/1348P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--拓撲關系的特點鄰接性2023/8/148P1P2P3P4P12023/8/1349結點之間a

e

cbda

c

deb-1011e1-100d01-10c101-1b1001-aedcba2023/8/149結點之間a2023/8/1350

cdab

ad

bc-111d1-10c11-1b101-adcba面塊之間2023/8/150cdab拓撲的包含性面與其他元素之間的關系2023/8/1351拓撲的包含性2023/8/1512023/8/1352矢量方法（右圖）強調了離散現(xiàn)象的存在，由邊界線（點、線、面）來確定邊界，因此可以看成是基于要素的。矢量數據模型將現(xiàn)象看作原形實體的集合，且組成空間實體。在二維模型內，原型實體是點、線和面；而在三維中，原型也包括表面和體。

2023/8/152矢量方法（右圖）強調了離散現(xiàn)象的矢量數據結構特點用離散的點描述空間對象與特征定位明顯，屬性隱含用拓撲關系描述空間對象之間的關系面向目標操作，精度高，數據冗余度小與遙感等圖象數據難以結合輸出圖形質量好，精度高2023/8/1353矢量數據結構特點用離散的點描述空間對象與特征2023/8/1典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型2023/8/1354典型的數據模型地學關系模型2023/8/154柵格數據模型以場模型為基礎強調空間要素的連續(xù)性，用于表示在二維或者三維空間中被看作是連續(xù)變化的數據場模型對于模擬具有一定空間內連續(xù)分布特點的現(xiàn)象來說，基于場的觀點是合適的。例如，空氣中污染物的集中程度、地表的溫度、土壤的濕度水平以及空氣與水的流動速度和方向。根據應用的不同，場可以表現(xiàn)為二維或三維。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中對于任何位置來說都有一個值。一些現(xiàn)象，諸如空氣污染物在空間中本質上講是三維的，但是許多情況下可以由一個二維場來表示。2023/8/1355柵格數據模型以場模型為基礎2023/8/155場模型用于模擬一定空間內連續(xù)變化的地理現(xiàn)象。柵格數據模型是場模型的典型代表，它是將連續(xù)空間離散化，即用柵格單元劃分整個連續(xù)空間；柵格單元可以分為規(guī)則的和不規(guī)則的；后者可當做拓撲多邊形處理，如社會經濟分區(qū)、城市街區(qū)。

柵格單元的特征參數有尺寸、形狀、方位和間距。在邊數從3到N的規(guī)則柵格單元中，方格、三角形和六角形是空間數據處理中最常用的。2023/8/1356場模型用于模擬一定空間內連續(xù)變化的地理現(xiàn)象。柵格數據模型是場2023/8/1357采用柵格模型的GIS，通常應用分層的方法。在每個圖層中柵格像元記錄了特殊的現(xiàn)象的存在。每個像元的值表明了在已知類中現(xiàn)象的分類情況。

柵格模型的一個重要特征就是每個柵格中的像元的位置是預先確定的，描述同一區(qū)域的不同現(xiàn)象的柵格數據之間很容易進行邏輯運算。2023/8/157采用柵格模型的GIS，通常應用分層2023/8/1358Y：列X：行西南角格網坐標（XWS，YWS）格網分辨率有著統(tǒng)一的定位參照系。每個空間單元只記錄其屬性值，而不記錄它的坐標值。2023/8/158Y：列X：行西南角格網坐標格網分辨率有著2023/8/1359點線面對于柵格數據結構點：為一個像元線：在一定方向上連接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一起的相鄰像元集合。2023/8/159點線面對于柵格數據結構柵格結構數據中混合像元的處理方案一2023/8/1360A.OBC中心點法重要性法長度占優(yōu)法面積占優(yōu)法方案二：縮小柵格單元的面積柵格結構數據中混合像元的處理方案一2023/8/160A.O柵格數據組織2023/8/1361柵格數據文件像元1X坐標Y坐標層2屬性值層1屬性值…層n屬性值…像元2像元n柵格數據文件層1像元1層2…X,Y,屬性值像元2X,Y,屬性值……像元nX,Y,屬性值層n柵格數據文件層1多邊形1層2…屬性值像元1坐標…多邊形N像元n坐標層n柵格數據組織2023/8/161柵格數據文件像元1X坐標Y坐柵格數據結構的編碼2023/8/1362AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點行列號，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈式編碼游程長度編碼逐行編碼數據結構:行號,屬性,重復次數1,A,4,R,1,A,3塊狀編碼正方形區(qū)域為記錄單元數據結構:初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,4,1,A),(2,4,1,R),(3,4,1,R)…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼柵格數據結構的編碼2023/8/162AAAAARAAARA直接編碼直接編碼就是將柵格數據看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行從左到右逐像元記錄，也可奇數行從左到右而偶數行由右向左記錄，為了特定的目的還可采用其他特殊的順序。2023/8/1363直接編碼2023/8/1632023/8/13642023/8/164鏈碼由起點位置和一系列在基本方向的單位矢量給出每個后續(xù)點相對其前繼點的可能的8個基本方向之一表示。8個基本方向自0°開始按順時針方向代碼分別為0，1，2，3，4，5，6，7。單位矢量的長度默認為一個柵格單元。2023/8/1365鏈碼2023/8/1652023/8/136676543012007012107702023/8/16676543012007012107702023/8/13672023/8/167游程長度編碼只在各行（或列）數據的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同代碼重復的個數；逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應代碼。2023/8/1368游程長度編碼2023/8/1682023/8/13692023/8/1692023/8/13702023/8/170塊碼采用方形區(qū)域作為記錄單元，數據編碼由初始位置行列號加上半徑，再加上記錄單元的代碼組成。

2023/8/1371塊碼2023/8/1712023/8/13722023/8/172四叉樹編碼是根據柵格數據二維空間分布的特點，將空間區(qū)域按照4個象限進行遞歸分割（2n×2n，且n>1），直到子象限的數值單調為止，最后得到一棵四分叉的倒向樹。四叉樹分解，各子象限大小不完全一樣，但都是同代碼柵格單元組成的子塊，其中最上面的一個結點叫做根結點，它對應于整個圖形。不能再分的結點稱為葉子結點，可能落在不同的層上，該結點代表子象限單一的代碼，所有葉子結點所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個圖形。從上到下，從左到右為葉子結點編號，最下面的一排數字表示各子區(qū)的代碼。為了保證四叉樹分解能不斷的進行下去，要求圖形必須為2n×2n的柵格陣列。n為極限分割次數，n＋1是四叉樹最大層數或最大高度2023/8/1373四叉樹編碼2023/8/1732023/8/13742023/8/174直接柵格編碼：簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）；鏈碼：壓縮效率較高，以接近矢量結構，對邊界的運算比較方便，但不具有區(qū)域性質，區(qū)域運算較難；游程長度編碼：在很大程度上壓縮數據，又最大限度的保留了原始柵格結構，編碼解碼十分容易，十分適合于微機地理信息系統(tǒng)采用；塊碼和四叉樹編碼：具有區(qū)域性質，又具有可變的分辨率，有較高的壓縮效率，四叉樹編碼可以直接進行大量圖形圖象運算，效率較高，是很有前途的編碼方法。2023/8/1375直接柵格編碼：簡單直觀，是壓縮編碼方法的邏輯原型（柵格文件）2023/8/13762023/8/176典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/8/1377典型的數據模型地學關系模型2023/8/177超圖數據模型超圖是有限集合的子集系統(tǒng)，是離散數學中最一般的結構。超圖模型是建立在超圖和集合論基礎上的拓撲數據模型。超圖模型的基本數據單元有:類、對象元素、類屬性、對象元素屬性、類關系、對象關系。2023/8/1378超圖數據模型超圖是有限集合的子集系統(tǒng)，是離散數學中最一般的結類是表示具有相同的一些性質并可能表示成相同的關系。對象元素和對象元素屬性表示類的組成、性質,在類中表示為頂點,在模型圖中用圓點表示,其中一個特殊的頂點表示類的標志屬性,其他的頂點表示類的對象元素和對象元素的屬性。2023/8/1379類是表示具有相同的一些性質并可能表示成相同的關系。2023/在超圖數據模型中,屬性的概念有很大的覆蓋面,一個屬性可以是:一個單一的數值、一個n維數組、一個程序或法則(如約束條件)、一個結構,其本身又可用超圖描述。因此,屬性不但描述了對象的靜特性,而且描述其動特性,即描述定義對象或類的合法操作。2023/8/1380在超圖數據模型中,屬性的概念有很大的覆蓋面,一個屬性可以是:類之間和類對象元素之間可有多種關系,這種關系可是層次性的,也可是非層次性的。超圖類之間的層次關系表示了超圖類的縱向關系,明晰地展現(xiàn)了面向對象模型的類繼承、聯(lián)合和聚集等。超圖模型的非層次關系則表示了空間超圖類的全方位橫向關系,這種關系是空間分析和分布式計算的基礎。2023/8/1381類之間和類對象元素之間可有多種關系,這種關系可是層次性的,也超圖模型的特點有:利用超圖模型建立的GIS空間數據模型在提供縱向層次關系的同時,也提供了橫向非層次關系。形象化地展示了空間數據的全方位關系,這種關系是分布式GIS計算的基礎,基于這些關系的算法便于建立地理空間目標的自動綜合。地理空間對象自動綜合,通過模型和算法結合的實現(xiàn)要比單純通過算法的實現(xiàn)可行或易行,而超圖模型對空間問題提供了良好的解決這類問題的模型基礎。自然的空間關系不需要生造拓撲關系,超圖模型在提供空間現(xiàn)象和關系的同時,也蘊涵了空間的拓撲關系。2023/8/1382超圖模型的特點有:2023/8/182面向對象的超圖空間數據模型在面向對象的空間數據模型中,GIS空間要素可被抽象為幾何對象模型地理對象模型地圖表示結構對象模型圖形計算對象模型2023/8/1383面向對象的超圖空間數據模型2023/8/183幾何對象模型幾何對象模型抽取GIS空間要素的幾何特性,這些幾何對象描述了地物的形狀、空間位置關系、空間拓撲關系以及幾何度量信息,幾何對象封裝了所有的空間操作。幾何對象按類分為:節(jié)點、弧段和多邊形。地理對象模型地理對象用于定義和解釋幾何對象,給同一個幾何對象賦予不同的屬性,可以將同一個幾何對象解釋成不同的地物,地理對象可分為:點狀地物、線狀地物、面狀地物、復雜地物和面條地物,地理對象的空間關系由組成它們的幾何對象推導。2023/8/1384幾何對象模型2023/8/184地圖表示對象模型地圖表示分為物理表示結構和邏輯表示結構兩大類,物理表示結構定義為表征GIS的分布特征、物理存儲等;邏輯表示結構定義為GIS數據的專題層模型、數據格式、顯示規(guī)則和用戶界面等。圖形計算對象模型圖形計算對象模型定義為:GIS空間計算模式和功能、功能擴充接口、比例尺變換等。2023/8/1385地圖表示對象模型2023/8/1852023/8/13862023/8/186基于超圖的對象模型所表達的空間關系遠較一般的對象模型的數據抽象所表達的關系豐富。超圖模型的真正優(yōu)勢一方面在于其對象特性,另一方面在于其固有的超圖特性和空間拓撲特性。2023/8/1387基于超圖的對象模型所表達的空間關系遠較一般的對象模型的數據抽超圖模型研究的不足：一些主要的研究成果只是停留在空間元素的劃分和簡單的空間關系構造上,對超圖空間數據模型的理論基礎——超圖的研究則很少。對超圖模型的分布特征的研究是不夠的,對如何利用超圖模型構造GIS的分布式運算;對如何利用超圖模型構造GIS空間數據庫的比例尺變換中的自動綜合等,也未深入進行研究。對基于超圖模型的GIS空間數據模型,如何利用面向對象技術進行集成等問題缺乏足夠的研究。對超圖模型中屬性數據和空間圖形對象的互為封裝問題的研究更顯不足。2023/8/1388超圖模型研究的不足：2023/8/188典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/8/1389典型的數據模型地學關系模型2023/8/189面向對象的數據模型面向對象的數據模型可以將物體的空間圖形數據屬性數據集成在同一對象中處理，利于將兩種數據對應起來，發(fā)現(xiàn)目標的幾何性質與屬性的對應關系。面向對象的數據模型提供了更豐富的表達能力，能夠更“自然”地表示客觀世界。2023/8/1390面向對象的數據模型面向對象的數據模型可以將物體的空間圖形數據四種地物點線面復雜2023/8/1391四種對象零維一維二維復雜四種地物2023/8/191四種對象傳統(tǒng)數據模型把實體抽象為一系列目標定義這些目標、目標間關系以及目標的行為將空間行為模型與數據模型連接起來面向對象數據模型結構行為2023/8/1392傳統(tǒng)數據模型2023/8/192面向對象數據模型的行為模擬能力優(yōu)于傳統(tǒng)數據模型，它將空間行為和空間數據封裝在一個對象中，并能方便提供超類與子類目標之間的知識繼承、傳播和集成，為空間目標識別和空間行為模擬提供方便。2023/8/1393面向對象數據模型的行為模擬能力優(yōu)于傳統(tǒng)數據模型，它將空間行為面向對象數據模型的四種抽象技術分類是一組具有相同屬性和行為特性的對象。每個對象是類的一個實例，而類是一組對象型的抽象。概括將若干個類按照其共有的屬性、操作和關聯(lián)抽象為一個更通用的類的過程，稱為概括。被概括的類稱為子類（subclass），概括出的類稱為超類（superclass）。2023/8/1394面向對象數據模型的四種抽象技術2023/8/194聯(lián)合把一組屬于同一類的對象組合起來，形成一個更高級的集合對象。聚集把不同類型的對象聯(lián)合起來，形成一個更高級的集合對象。2023/8/1395聯(lián)合2023/8/195面向對象數據模型未廣泛使用原因OODB作為一個數據庫系統(tǒng)還不十分成熟。與傳統(tǒng)數據模型缺少應有的兼容性商業(yè)化程度不夠2023/8/1396面向對象數據模型未廣泛使用原因2023/8/196典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/8/1397典型的數據模型地學關系模型2023/8/197特征數據模型實體是真實世界的現(xiàn)象，不能被進一步細分為同一類現(xiàn)象特征是具有相同屬性及關系的一類實體，特征的概念包含實體集，也包含時提及的數字描述2023/8/1398特征數據模型實體2023/8/198特征數據模型的應用領域GIS標準化研究及標準制定基于特征的GIS數據庫開發(fā)2023/8/1399特征數據模型的應用領域2023/8/199特征模型所依據的概念來自于地理學中的區(qū)域理論和認知心理學中的分類理論。用一個特征來表示一個地理現(xiàn)象是必不可少的,因為它能包含關于地理現(xiàn)象的信息的所有方面。在基于特征GIS中,屬性和關系直接連接在特征的標識符上,可有效地描述特征的特性。在基于特征的GIS中,特征能被聚集或聯(lián)合而形成一個復合特征,這種復合特征在通常的基于圖層的GIS中是不能有效獲得的。基于特征的GIS為復雜地理抽象產物的表示提供了一種手段。2023/8/13100特征模型所依據的概念來自于地理學中的區(qū)域理論和認知心理學中的大部分GIS軟件主要考慮了點、線、面空間目標之間中諸如鄰接和包含等拓撲關系的編碼。然而復雜目標的非空間(非拓撲和語義)關系往往未予考慮。為尋求一個更豐富的模型來對復雜地理實體進行編碼,許多研究者把焦點集中在面向對象方法上,將其作為以整體方式體現(xiàn)地理特征和關系的一種可采用的方法。2023/8/13101大部分GIS軟件主要考慮了點、線、面空間目標之間中諸如鄰接和描述地理特征的對象應包括六個要素對六個要素的概括能夠增強對現(xiàn)實世界現(xiàn)象的整體表示模式。2023/8/13102描述地理特征的對象應包括六個要素2023/8/1102兩種對象類型特征對象類型描述一類地理特征的非空間特性幾何對象類型存儲關于地理特征空間位置的信息特征對象封裝幾何對象,因為幾何對象儲存特征對象的位置信息。幾何對象包含一個標識符,另外還有特征的位置與拓撲關系信息。2023/8/13103兩種對象類型2023/8/1103基于特征數據模型中使用六種基本的幾何矢量對象,它們是點、結點、線段、鏈、環(huán)和多邊形。這六種基本幾何矢量對象之間的層次關系與傳統(tǒng)的基于圖層GIS模型中矢量數據的組織是一致的。在特征GIS模型中可以應用面向對象的抽象機制。這些機制提供更豐富更有表達力的概念,對于表達地理特征的層次關系是十分有用的。2023/8/13104基于特征數據模型中使用六種基本的幾何矢量對象,它們是點、結點面向對象的基于特征數據模型的開發(fā),應依據包括分類、概括、特殊化、聚集和聯(lián)合在內的五種抽象機制的組合。2023/8/13105面向對象的基于特征數據模型的開發(fā),應依據包括分類、概括、特殊面向對象的封裝性,將用戶定義的對象類中的數據與函數封裝在一起,允許特征的整體表示。面向對象的繼承性,允許地理特征的概括和特殊化,使得特征層次的表示變得容易,用戶從而能夠根據比例尺和分辨率從這個層次提取適合的對象。面向對象的多態(tài)性允許相同的消息為合適的類調用不同的方法,這方便了對不同但相似的對象的操作。面向對象及其抽象機制使復雜對象的表示和基于特征GIS系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能。2023/8/13106面向對象的封裝性,將用戶定義的對象類中的數據與函數封裝在一起典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/8/13107典型的數據模型地學關系模型2023/8/1107模型采用矢量柵格化方法,將目標的點、線、面、體等矢量基元用柵格體元的有序集合表示,用目標矢量的柵格體元的集合運算來代替對矢量數據的操作和分析,因而該模型既具有矢量和柵格數據的特點,又實現(xiàn)了面向對象的表示。2023/8/13108模型采用矢量柵格化方法,將目標的點、線、面、體等矢量基元用柵矢量數據模型的優(yōu)點在于它表達位置精度高以及顯式地建立目標的空間關系的能力。柵格數據模型的優(yōu)點是它將整個空間劃分為規(guī)則的、有序的、大小相等的子空間(體元),將矢量數據模型表示實體的空間關系的方式與柵格數據模型對空間的劃分方式結合起來,并盡可能提高柵格劃分精度,那么所建立的數據模型將同時具有矢量和柵格數據的優(yōu)點。2023/8/13109矢量數據模型的優(yōu)點2023/8/1109基于這樣的設想,將整個三維空間劃分為規(guī)則的、大小相等的、互不重疊的2n×2n×2n個基本小立方體,將三維目標定義為點、線、面、體4種類型,每種類型的目標均由小立方體填充。點、線、面、體以一種層次結構和空間關系相互聯(lián)系,即體由面組成,面由線構成,線由點表達。2023/8/13110基于這樣的設想,將整個三維空間劃分為規(guī)則的、大小相等的、互在空間處理方面,與位置相關的疊置、布爾運算、求交、連通性分析、緩沖區(qū)分析等采用柵格方法。而地物之間的空間位置關系的計算和查詢等則采用矢量的方法,并基于它們的子空間構成和空間關系進行。2023/8/13111在空間處理方面,與位置相關的疊置、布爾運算、求交、連通性分析一體化模型與柵格模型的區(qū)別柵格模型通過將目標的標識符作為柵格體元的屬性值來表示目標,屬于一種面向柵格元素的方法;而一體化模型是在地物對象中記錄地物所在的柵格元素的集合,柵格元素不必具有屬性值,屬于一種面向目標的方法。這對于疊置、求交等運算,只需通過集合操作就能實現(xiàn)。2023/8/13112一體化模型與柵格模型的區(qū)別2023/8/1112柵格模型對所有實節(jié)點(不管其屬于哪一個目標)按照其內在的空間順序進行存儲,對目標的空間索引和目標之間的關系的表達只能依賴于體元的屬性以及體元之間的相鄰和連通關系進行推理,不利于目標的空間關系分析,而一體化模型是對目標的子空間按照層次化的結構進行組織。2023/8/13113柵格模型對所有實節(jié)點(不管其屬于哪一個目標)按照其內在的空間一體化模型與矢量模型的不同矢量模型對子空間(點、線、面、體)的劃分是不規(guī)則的、無序的,而一體化模型則相反;矢量模型對目標只表示其端點(線)、邊界線(面)和表面,而一體化模型除此以外,還對目標內部整個空間進行填充、表達。2023/8/13114一體化模型與矢量模型的不同2023/8/1114空間目標分為四種基本類型點狀目標。點狀目標是一個零維空間目標,用來表示點狀地物和節(jié)點的空間位置。其空間位置由對應體元的柵格坐標確線狀目標。線狀目標是一維空間目標,它包括線狀地物、拓撲弧段和無拓撲弧段。弧段是不可分支的線段,其形狀可以是直線和折線。面狀目標。面狀目標是一個二維目標,包括無拓撲曲面、拓撲曲面和面狀地物,可用來表示三維空間的面狀地物和體狀目標的表面。體狀目標。體狀目標指任意形狀的三維空間體狀地物。2023/8/13115空間目標分為四種基本類型2023/8/11152023/8/131162023/8/1116矢柵一體化三維數據模型中,只需存儲目標體元一種柵格數據,目標的位置、形狀和拓撲關系等信息都可以得到描述,且目標層次簡單、清晰,實現(xiàn)了柵格與矢量的面向目標的一體化表示。2023/8/13117矢柵一體化三維數據模型中,只需存儲目標體元一種柵格數據,目標面向目標的柵格矢量一體化模型將柵格數據以矢量方式進行組織,從而同時具有矢量和柵格