第二章空间数据模型与结构ppt课件.ppt

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1、南京师范大学吴长彬第二章空间数据模型与结构第一节地理空间数据地理空间世界地理空间世界是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。空间认知几个概念：地理空间(本体)、概念模型(认识)、信息模型(表达)几个基本的问题：尺度问题、空间不确定性问题第一节地理空间数据地理空间建模过程概念模型逻辑模型物理模型从事GIS的技术人员都习惯把世界看作一个抽象的、几乎是具有卡通特性的世界。第一节地理空间数据空间概念数据模型空间数据模型的概念是考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综

2、合、集成各用户视图。空间逻辑数据模型根据概念数据模型确定的空间数据库信息内容（空间实体及相互关系），具体地表达数据项，记录等之间地关系物理数据模型计算机处理的是二进制数据，必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型，即要设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。基于要素的模型强调离散对象，根据它们的边界线以及组成或者与它们相关的其它对象，可详细地描述离散对象。场模型表示在二维或者三维空间中被看作是连续变化的数据。网络模型表示对象之间的交互，如水或者交通流。第二节空间数据模型场模型具有连续性、空间自相

3、关等特点：空间自相关是空间场中的数值聚集程度的一种度量。距离近的事物之间的联系程度强于距离远的事物之间的联系程度。正空间自相关：空间场中的类似的数值有聚集的倾向。负空间自相关：空间场中类似的属性值在空间上有相互排斥的倾向。第二节空间数据模型基于要素的GIS空间表示：欧氏空间：地理现象模型建立的基础是嵌入在一个坐标空间中，这种坐标空间根据常用的公式可以测量点之间的距离及方向，这个带坐标的空间模型叫做欧氏空间。欧氏平面：欧式空间把空间特性转换成实数的元组特性，两维的模型叫做欧氏平面。笛卡尔坐标系：欧氏空间中最常用的

4、参照系统是笛卡尔坐标系。第二节空间数据模型第三节空间关系GIS空间关系(spatialrelation)拓扑关系（topologicalrelation）:描述实体间的位置关系，如相邻、包含等。顺序关系（orderrelation）：描述实体在地理空间的排列关系，如上、下、左、右和东、南、西、北等方位关系。度量关系(metricrelation)：描述空间实体之间的距离远近等关系。什么是拓扑？为什么需要拓扑？——拓扑将GIS行为应用到空间数据上。拓扑使得GIS能够回答这样的问题，比如邻接、连通和重叠。——拓扑关

5、系可以看作空间约束，你不能轻易打破这种空间约束。第四节矢栅数据结构Topology一词来自希腊文，它的原意是“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能保持不变的几何属性——拓扑属性。邻接相交重合相离包含点－点点－线点－面线－面面－面线－线不同类型空间实体间的空间关系关系第三节空间关系空间拓扑关系拓扑结构不但用于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义：（1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。（2）利用拓扑数据有

6、利于空间要素的查询。（3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体拓扑关系包括：（1）拓扑邻接（2）拓扑关联（3）拓扑包含拓扑关系常常用于矢量图形（如经过扫描数字化后的矢量图）的空间数据逻辑检查，如用来去掉假节点，处理线头不及或出头的情况等等。方位关系（顺序关系）定量描述：方位角、象限角等比率量标；定性描述：４方向、８方向、１６方向描述法。Ｘ(N)YaA(xA,yA)B(xB,yB)NSEWNWNESWSE第三节空间关系基准方向基准方向基准方向点－点顺序关系点－线顺序关系点－面顺序关系线－线顺序关系线－面顺序关系

7、面－面顺序关系基准方向基准方向基准方向不同类型实体间的顺序关系第三节空间关系度量关系距离：地面距离、曼哈顿距离、时间距离线状目标：长度、分维、曲率面状目标：面积、周长、质心、凸度等距离量算n维匀质空间广义距离公式j(xj,yj)i(xi,yi)ijij距离计算公式n维非匀质空间距离计算q=2，二维欧氏距离q=1，曼哈顿距离q=0.6,非欧氏距离第四节矢栅数据结构矢量（Vector）——基于要素的模型栅格(Grid)——基于场的模型第四节矢栅数据结构矢量数据概念矢量数据：是基于要素的，由边界线（点、线、面）来确定

8、边界，是将现象看作原型实体的集合，且组成空间实体。0维——点（x,y）1维——线（x1,y1）,(x2,y2)…(xn,yn)2维——面f(x,y)3维——体第四节矢栅数据结构矢量数据的计算机表示目标＝空间坐标串+属性＋关系（通过唯一标示ID关联）矢量数据结构的分类非拓扑矢量数据结构拓扑矢量数据结构第四节矢栅数据结构第四节矢栅数据结构非拓扑(spaghetti)矢量数据结构数据按点、线