gis概念数据模型的研究

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1、GIS概念数据模型的研究  肖乐斌、钟耳顺、刘纪远、宋关福  2004-12-1721:47:36    （①中国科学院遥感应用研究所，北京市安外大屯路甲11号，100101）（②中国科学院地理信息产业发展中心，北京市安外大屯路3号，100101）（③中国科学院地理科学与资源研究所，北京市安 外大屯路3号，100101）[摘要]GIS的概念数据模型直接反映了人们对于客观世界的理解，本文分析和总结了早期和近期几种GIS数据模型的特点，并对GIS表达的地理空间进行了重新理解，在此基础上提出了整体GIS数据模型设计的几个要点,并给出了一个简要的

2、整体GIS数据模型。[关键词]拓扑关系层地理空间整体数据模型1.引言GIS作为一种信息系统，是以现实世界为研究目标，以计算机内部的二进制数字世界作为存储载体的。它将人们对于客观世界的理解，经过一系列处理后变成数字形式存于计算机中。现实世界极其复杂，一方面人们希望GIS包含充足的数据，另一方面又期望从中能方便地选择所需要的相关数据而撇开其它兴趣不大的数据[1]。这就要求人们以一种高效的数据组织方式，将两方面的要求兼顾，既尽可能地包含信息（包括对未来潜在有用的信息），又要能方便快速选取。在这其中，人们对于客观世界的理解及其表达——GIS的数据

3、模型（概念、逻辑和物理数据模型）起着至关重要的作用。从现实世界到计算机系统，人们首先要做的是概念数据模型的建立。概念数据模型反映了人们对现实世界的认知与理解，是从现实世界到人们大脑世界的映射，对后期GIS的建设起着先导性的作用。概念数据模型不依赖于具体的计算机硬件和软件，是对客观世界的一种抽象的组织和表达。为了建立尽可能准确地反映现实世界的概念数据模型，本文首先回顾与分析传统GIS在模拟地理空间时采用的概念数据模型的弊端，然后重新理解什么是地理空间，分析地理空间的各种本质特征，最后提出了新型GIS数据模型应该重视的几个具体执行要点。2.两

4、种典型的GIS数据模型2.1拓扑关系数据模型早期的商品化GIS软件大都采用了以“结点---弧段---多边形”拓扑关系为基础的数据模型，我们称这种数据模型为拓扑关系数据模型。在拓扑数据模型的基础上，一些软件将空间数据和属性数据分开存放，如8.0版以前的Arc/Info将位置坐标数据存放在文件系统中，而将拓扑属性和其它属性存放在关系数据库系统的二维表格中；另一些软件将坐标数据和属性数据统一存放在关系数据库的各种表格中，一条记录对应一个点、线或面类型的几何要素（不一定为完整独立的地理要素）。拓扑关系数据模型以拓扑关系为基础组织和存储各个几何要素

5、，其特点是以点、线、面间的拓扑连接关系为中心，它们的坐标存贮具有依赖关系。该模型的主要优点是数据结构紧凑，拓扑关系明晰，系统中预先存储的拓扑关系可以有效提高系统在拓扑查询和网络分析方面的效率，但也有不足：对单个地理实体的操作效率不高。由于拓扑数据模型面向的是整个空间区域，强调的是各几何要素之间的连接关系，在另一方面对具有完整、独立意义的地理实体作为个体存在的事实没有足够的重视，因此增加、删除、修改某一地理实体时，将会牵涉到一系列文件和关系数据库表格，这样不仅使程序管理工作变得复杂，而且会降低系统的执行效率。难以表达复杂的地理实体。由于拓扑

6、关系组织的要求，一个完整的简单实体在拓扑关系模型中有时需要被分解为多个几何要素（比如一条公路本是一个完整的实体，但为了记录其拓扑邻接信息，只有对其在与其它公路实体邻接的地方进行分段，这样一个完整的实体就被分成多个几何要素。所有的实体都进行如此处理，所以我们说拓扑数据模型是面向整个区域、面向不被分割的几何要素的，而不是面向用户眼中的地理实体）。复杂地理实体由多个简单实体组合而成，自然也常常被分解，拓扑数据模型的整体组织特性注定了它不可能有效地表达这一由多个独立实体构成的有机集合体。难以实现快速查询和复杂的空间分析。由于在拓扑数据模型中，地理

7、实体被分解为点、线、面基本几何要素存储在不同的文件和关系表中，因而凡涉及到独立地理实体的操作、查询和分析都将花费较多的CPU时间，在大区域的复杂空间分析方面表现尤为明显。局部更新困难，系统难于维护与扩充。由于地理空间的数据组织和存储是以基本几何要素（点、弧段和多边形）为单元进行的，系统中存储的复杂拓扑关系是GIS工作的数据基础，当局部一些实体发生变动时，整层拓扑关系将不得不随之重建，这样的系统牵一发而动全身，在维护和扩充方面需要更多的精力，并且容易出错。值得说明的是，拓扑关系数据模型也能以面向对象的方式实现，但此时面向的对象是不被其它要素

8、从中间分割的几何要素，往往是一个独立地理实体的一部分，而不是一个完整的、独立的地理实体。这一点是拓扑关系数据模型与下一节面向实体数据模型本质不同的重要表现之一。 2.2面向实体的数据模型这里称