空間信息技術(shù)基礎(chǔ)（韋娟）課件 第2章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)

空間信息技術(shù)基礎(chǔ)第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型第三節(jié)空間數(shù)據(jù)模型一、地理空間（GeographicSpace）的定義

指物質(zhì)、能量、信息的存在形式在形態(tài)、結(jié)構(gòu)過(guò)程、功能關(guān)系上的分布方式和格局及其在時(shí)間上的延續(xù)，包括地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。地理空間具體被描述為：1）絕對(duì)空間，具有屬性描述的空間位置的集合，一系列坐標(biāo)值組成。

2）相對(duì)空間，是具有空間屬性特征的實(shí)體的集合，由不同實(shí)體之間的

空間關(guān)系組成。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1.1空間信息基礎(chǔ)理論二、地理空間的數(shù)學(xué)建構(gòu)---如何建立地球表面的幾何模型包括海洋底部、高山、高原在內(nèi)的固體地球表面，難以用一個(gè)簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)式描述。

1、最自然的面2、相對(duì)抽象的面，即大地水準(zhǔn)面假設(shè)一個(gè)當(dāng)海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面。與重力方向垂直的大地水準(zhǔn)面不可能是一個(gè)十分規(guī)則的表面，且不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)，大地水準(zhǔn)面不能作為測(cè)量成果的計(jì)算面。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)二、地理空間的數(shù)學(xué)建構(gòu)(續(xù))

為了測(cè)量成果計(jì)算的需要，選用一個(gè)同大地體相近的、可以用數(shù)學(xué)方法來(lái)表達(dá)的旋轉(zhuǎn)橢球來(lái)代替地球---三軸橢球體。3、橢球體模型ab

c第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)地球模型水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球體假設(shè)一個(gè)當(dāng)海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時(shí)從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個(gè)連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)三、地理參照系1、經(jīng)緯度坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)）

對(duì)空間定位有利，但難以進(jìn)行距離、方向、面積量算。2、笛卡兒平面坐標(biāo)系

便于量算和進(jìn)一步的空間數(shù)據(jù)處理和分析。3、高程系統(tǒng)描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性--高程——由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)的高度。4、大地坐標(biāo)系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、地理空間坐標(biāo)系（經(jīng)緯度坐標(biāo)系）地理坐標(biāo)系是以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。通過(guò)A點(diǎn)作橢球面的垂線，稱(chēng)之為過(guò)A點(diǎn)的法線。

緯度:泛指球坐標(biāo)系的縱坐標(biāo),特指地理緯度—地面上一點(diǎn)的法線與地球赤道面的夾角.latitude

法線與赤道面的交角，叫做A點(diǎn)的緯度a。經(jīng)度:泛指球坐標(biāo)系的橫坐標(biāo),特指地理經(jīng)度—地面上點(diǎn)所在子午面和本初子午面的夾角.Longitude

過(guò)A點(diǎn)的子午面與通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)的子午面所夾的二面角，叫做A點(diǎn)的經(jīng)度λ。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)赤道:環(huán)繞地球表面與地球南北兩極距離相等的圓周線.Equator第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)坐標(biāo)參考系統(tǒng)—平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影2、笛卡兒平面坐標(biāo)系

便于量算和進(jìn)一步的空間數(shù)據(jù)處理和分析。地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3、坐標(biāo)系統(tǒng)—高程系統(tǒng)任意水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB3、高程系統(tǒng)描述空間點(diǎn)在垂直高度上的特性--高程——由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)的高度。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)水準(zhǔn)原點(diǎn)1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，72.2604米黃海海面1952-1979年平均海水面為0米第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)4大地坐標(biāo)系

大地測(cè)量中表示地面點(diǎn)的位置常用大地坐標(biāo)系

不同的國(guó)家或地區(qū)根據(jù)本地區(qū)的地表情況按橢球面與本地區(qū)域大地水準(zhǔn)面最吻合的原則建立起自己的大地系統(tǒng)，供本國(guó)或本地區(qū)使用。

受觀測(cè)資料的局限，定義的橢球參數(shù)不盡相同，在參考橢球的基礎(chǔ)上建立起局部大地系統(tǒng)。

我國(guó)目前使用的大地坐標(biāo)系統(tǒng)主要是1954年北京坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱(chēng)BJ-54系）和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)（1）1954年北京坐標(biāo)系-BJ-54建國(guó)初期，為了迅速開(kāi)展我國(guó)的測(cè)繪事業(yè)，鑒于當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，在東北黑龍江邊境上同蘇聯(lián)大地網(wǎng)聯(lián)測(cè)，通過(guò)大地坐標(biāo)計(jì)算，推算出北京點(diǎn)的坐標(biāo)。具體地，將我國(guó)一等鎖與原蘇聯(lián)遠(yuǎn)東一等鎖相連接，然后以連接處呼瑪、吉拉寧、東寧基線網(wǎng)擴(kuò)大邊端點(diǎn)的原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，平差我國(guó)東北及東部區(qū)一等鎖，這樣推算過(guò)來(lái)的坐標(biāo)系就定名為1954年北京坐標(biāo)系：a．屬參心大地坐標(biāo)系；b．采用克拉索夫斯基橢球的兩個(gè)幾何參數(shù)；c.大地原點(diǎn)在原蘇聯(lián)的普爾科沃；d．采用多點(diǎn)定位法進(jìn)行橢球定位；e．高程基準(zhǔn)為1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面；f．高程以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算數(shù)據(jù)。按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算而得。4大地坐標(biāo)系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)（2）1980年西安坐標(biāo)系-C801978年4月召開(kāi)“全國(guó)天文大地網(wǎng)平差會(huì)議”建立1980年西安坐標(biāo)系。橢球體參數(shù)為1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16界大會(huì)的推薦值。C80是為了進(jìn)行全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差而建立的。根據(jù)橢球定位的基本原理，在建立C80坐標(biāo)系時(shí)有以下先決條件：（1）大地原點(diǎn)在我國(guó)中部，具體地點(diǎn)是陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)；（2）C80坐標(biāo)系是參心坐標(biāo)系，橢球短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺(tái)子午面；X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向；Y軸與Z、X軸成右手坐標(biāo)系；（3）橢球參數(shù)采用IUG1975年大會(huì)推薦的參數(shù)因而可得C80橢球兩個(gè)最常用的幾何參數(shù)為：長(zhǎng)軸：6378140±5（m）；扁率：1：298.257橢球定位時(shí)按我國(guó)范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)。（4）多點(diǎn)定位；（5）大地高程以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均水面為基準(zhǔn)。4大地坐標(biāo)系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)（3）WGS84坐標(biāo)系

GPS衛(wèi)星星歷是以WGS84坐標(biāo)為根據(jù)而建立的.該坐標(biāo)系由美國(guó)國(guó)防部研制，自1987年1月10日開(kāi)始起用。4大地坐標(biāo)系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)坐標(biāo)原點(diǎn)為地球質(zhì)心，Z軸指向BIH（國(guó)際時(shí)間服務(wù)機(jī)構(gòu)）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP)方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標(biāo)系，稱(chēng)為1984年世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)。四、地圖投影為什么要進(jìn)行投影？地圖投影實(shí)質(zhì)投影變形投影方法投影選擇所考慮的因素我國(guó)常用的投影方法第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、為什么進(jìn)行地圖投影將地球橢球面上的點(diǎn)映射到平面上的方法，稱(chēng)為地圖投影根據(jù)地理坐標(biāo)系，地面上任一點(diǎn)的位置可由該點(diǎn)的緯度和經(jīng)度來(lái)確定。地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算，最好把地面上的點(diǎn)表示在平面上，采用平面坐標(biāo)系（笛卡兒平面直角坐標(biāo)）要用平面坐標(biāo)表示地面上任何一點(diǎn)的位置，首先要把曲面展開(kāi)為平面，地球橢球體為不可展曲面，也就是說(shuō)曲面上的各點(diǎn)不能直接表示在平面上，因此必須運(yùn)用地圖投影的方法，建立地球表面和平面上點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系，使地球表面上任一個(gè)由地理坐標(biāo)(經(jīng)度，緯度)確定的點(diǎn)，在平面上必有一個(gè)與它相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)地圖為平面，符合視覺(jué)心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)

對(duì)于較小區(qū)域范圍，可以視地表為平面，這樣就可以認(rèn)為投影沒(méi)有變形。

對(duì)于大區(qū)域范圍，甚至是半球、全球，這種投影方法就不太適合了。

考慮另外的投影方法，如，可以假設(shè)地球按比例尺縮小成一個(gè)透明的地球儀那樣的球體，在其球心、球面或球外安放一個(gè)發(fā)光點(diǎn)，將地球儀上經(jīng)緯線(連同控制點(diǎn)及地形、地物圖形)投影到球外的一個(gè)平面上，即成為地圖。

2、地圖投影：投影實(shí)質(zhì)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)2、地圖投影：投影實(shí)質(zhì)

實(shí)際上這種直觀的透視投影方法亦有很大的局限性，例如，只能對(duì)一局部地區(qū)進(jìn)行投影，且變形有時(shí)較大，同時(shí)往往不能將全球投影下來(lái)，多數(shù)情況下不可能用這種幾何作圖的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

科學(xué)的投影方法是建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)（λ，φ）與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：

當(dāng)給定不同的具體條件時(shí)，將得到不同類(lèi)型的投影方式。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3、地圖投影：投影變形

將不可展的地球橢球面展開(kāi)成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長(zhǎng)度變形面積變形角度變形第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)4、地圖投影：投影分類(lèi)變形分類(lèi)：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長(zhǎng)度均變形投影面：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投影面為平面投影面位置：正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直相切投影：投影面與橢球體相切相割投影：投影面與橢球體相割第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)5、地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖內(nèi)容出版方式6、地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲(chǔ)時(shí)，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時(shí)，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過(guò)投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當(dāng)所顯示的地圖與國(guó)家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，一般采用國(guó)家基本系列地圖所用的投影。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)7、地圖投影：地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系紙質(zhì)地圖：內(nèi)容、概括程度、數(shù)據(jù)精度等比例尺的含義：制圖區(qū)域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例是一致的，故此時(shí)比例尺的含義是圖上長(zhǎng)度與相應(yīng)地面長(zhǎng)度的比例；

制圖區(qū)域較大時(shí)，地圖投影比較復(fù)雜，地圖上長(zhǎng)度因地點(diǎn)和方向的不同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時(shí)，對(duì)地球半徑縮小的比率，稱(chēng)為主比例尺。地圖經(jīng)過(guò)投影后，體現(xiàn)在圖上只有個(gè)別點(diǎn)線沒(méi)有長(zhǎng)度變形，也就是說(shuō)，只有在這些長(zhǎng)度沒(méi)有變形的點(diǎn)或線上，才可用地圖上注明的比例尺我國(guó)地圖比例尺分級(jí)系統(tǒng)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)我國(guó)地圖比例尺分級(jí)系統(tǒng)：大比例尺：1：5000—1：10萬(wàn)（1：5000，1：1萬(wàn)，1：2.5萬(wàn)，1：5萬(wàn)，1：10萬(wàn)）

中比例尺：1：25萬(wàn)—1：50萬(wàn)小比例尺：〈1：100萬(wàn)

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)無(wú)級(jí)比例尺：以一個(gè)大比例尺空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,對(duì)一定區(qū)域內(nèi)空間對(duì)象的信息量隨比例尺變化自動(dòng)增減,從而使得空間數(shù)據(jù)的壓縮和復(fù)現(xiàn)與比例尺自適應(yīng)的一種信息處理技術(shù).7、地圖投影：地圖比例尺第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)五、GIS的地理基礎(chǔ)各種GIS的數(shù)據(jù)源、服務(wù)目的和各自特征可以不同，但均有自身統(tǒng)一的地理基礎(chǔ)。

地理基礎(chǔ)是地理信息數(shù)據(jù)表示格式與規(guī)范的重要組成部分統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)統(tǒng)一的地理格網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)（地理參照系）統(tǒng)一的地理編碼系統(tǒng)1、地理基礎(chǔ)的內(nèi)容3、統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)的意義1）為地理信息的輸入、輸出及匹配處理提供一個(gè)統(tǒng)一的定位框架2）使各種來(lái)源的地理信息和數(shù)據(jù)能夠具有共同的地理基礎(chǔ)2、投影與坐標(biāo)系：

每一種投影都與一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)相聯(lián)系。投影關(guān)系著如何將圖形物體顯示于平面上，坐標(biāo)系統(tǒng)顯示出地形地物所在的相對(duì)位置。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、GIS與地圖投影關(guān)系地圖投影（地理基礎(chǔ)）數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)源地圖投影數(shù)據(jù)存儲(chǔ)統(tǒng)一的坐標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理投影轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)應(yīng)用空間分析依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)投影數(shù)據(jù)輸出有相應(yīng)投影的地圖六、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計(jì)與配置

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)2、GIS中地圖投影設(shè)計(jì)與配置（1）各國(guó)GIS所采用的投影系統(tǒng)與該國(guó)的基本地圖系列所用的投影系統(tǒng)一致（2）各比例尺的GIS中的投影系統(tǒng)與其相應(yīng)比例尺的主要信息源地圖所用的投影一致。（3）各地區(qū)的GIS中投影系統(tǒng)與其所在區(qū)域適用的投影系統(tǒng)一致。（4）各種GIS一般以一種或兩種（至多三種）投影系統(tǒng)為其投影坐標(biāo)系統(tǒng)，以保證地理定位框架的統(tǒng)一。六、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計(jì)與配置

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3、GIS中地圖投影配置一般原則：（1）所配置的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺的國(guó)家基本圖投影系統(tǒng)一致。（2）系統(tǒng)一般只考慮至多采用兩種投影系統(tǒng)，一種應(yīng)用于大比例尺的數(shù)據(jù)處理與輸出、輸入，另一種服務(wù)于小比例尺。（3）所用投影以等角投影為宜。（4）所用投影應(yīng)能與網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)相適應(yīng)，即所采用的網(wǎng)格系統(tǒng)在投影帶中應(yīng)保持完整。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)六、地理信息系統(tǒng)中地圖投影設(shè)計(jì)與配置

七、我國(guó)GIS中地圖投影的應(yīng)用

1)、我國(guó)基本比例尺地形圖(1：100萬(wàn)到1：5000),除1：100萬(wàn)外均采用高斯—克呂格投影為地理基礎(chǔ)；2)、我國(guó)1：100萬(wàn)地形圖采用了Lambert投影，其分幅原則與國(guó)際地理學(xué)會(huì)規(guī)定的

全球統(tǒng)一使用的國(guó)際百萬(wàn)分之一地圖投影保持一致。3)、我國(guó)大部分省區(qū)圖以及大多數(shù)這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統(tǒng)的Albers投影(正軸等面積割圓錐投影)；4)、Lambert投影中，地球表面上兩點(diǎn)間的最短距離(即大圓航線)表現(xiàn)為近于直線。

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)八、地理實(shí)體（空間實(shí)體）---GIS處理對(duì)象1、定義：指自然界現(xiàn)象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事件中不能再分割的單元，它是一個(gè)具體有概括性，復(fù)雜性，相對(duì)意義的概念。2、理解：地理實(shí)體類(lèi)別及實(shí)體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，GIS中的空間實(shí)體是一個(gè)概括，復(fù)雜，相對(duì)的概念。抽象是人們觀察和分析復(fù)雜事物和現(xiàn)象的常用手段之一。將地理系統(tǒng)中復(fù)雜的地理現(xiàn)象進(jìn)行抽象得到的地理對(duì)象稱(chēng)為地理實(shí)體或空間實(shí)體、空間目標(biāo)，簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)體(Entity)。實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的，并可相互區(qū)別的事物。實(shí)體可以指?jìng)€(gè)體，也可以指總體，即個(gè)體的集合。

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)在地理信息系統(tǒng)中，根據(jù)具體要求需要描述實(shí)體各個(gè)側(cè)面如名稱(chēng)、位置、形狀和獲取這些信息的方法、時(shí)間和質(zhì)量等，記錄實(shí)體的這些描述內(nèi)容的空間數(shù)據(jù)具有三個(gè)基本特征：空間特征、屬性特征和時(shí)間特征;

根據(jù)反映實(shí)體特征的不同，空間數(shù)據(jù)可分為不同的類(lèi)型：幾何數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，而不同類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中是以不同的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的。第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1、空間實(shí)體的描述通常需要從如下方面對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行描述：1)編碼：用于區(qū)別不同的實(shí)體，有時(shí)同一個(gè)實(shí)體在不同的時(shí)間具有不同的編碼，如上行和下行的火車(chē)。編碼通常包括分類(lèi)碼和識(shí)別碼。分類(lèi)碼標(biāo)識(shí)實(shí)體所屬的類(lèi)別，識(shí)別碼對(duì)每個(gè)實(shí)體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，是唯一的，用于區(qū)別不同的實(shí)體。2)位置：通常用坐標(biāo)值的形式(或其它方式)給出實(shí)體的空間位置。3)類(lèi)型：指明該地理實(shí)體屬于哪一種實(shí)體類(lèi)型，或由哪些實(shí)體類(lèi)型組成。4)行為：指明該地理實(shí)體可以具有哪些行為和功能。5)屬性：指明該地理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的非空間信息，如道路的寬度、路面質(zhì)量、車(chē)流量、交通規(guī)則等。6)說(shuō)明：用于說(shuō)明實(shí)體數(shù)據(jù)的來(lái)源、質(zhì)量等相關(guān)的信息。7)關(guān)系：與其它實(shí)體的關(guān)系信息。1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)地理實(shí)體的描述——空間數(shù)據(jù)1、描述的內(nèi)容

3、數(shù)據(jù)類(lèi)型

4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

幾何數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)）關(guān)系數(shù)據(jù)—實(shí)體間的鄰接、關(guān)聯(lián)包含等相互關(guān)系屬性數(shù)據(jù)—各種屬性特征和時(shí)間元數(shù)據(jù)

矢量、柵格、TIN（專(zhuān)用于地表或特殊造型）

空間元數(shù)據(jù)位置、形狀、尺寸、識(shí)別碼（名稱(chēng)）實(shí)體的角色、功能、行為、實(shí)體的衍生信息時(shí)間測(cè)量方法、編碼方法、空間參考系等空間特征：地理位置和空間關(guān)系屬性特征—名稱(chēng)、等級(jí)、類(lèi)別等時(shí)間特征2、基本特征

地理數(shù)據(jù)的特征屬性特征：描述空間對(duì)象的特性，即是什么，如對(duì)象的類(lèi)別、等級(jí)、名稱(chēng)、數(shù)量等。1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)空間特征：描述空間對(duì)象的地理位置以及相互關(guān)系，又稱(chēng)幾何特征和拓?fù)涮卣?，前者用?jīng)緯度、坐標(biāo)表示，后者如F樓與E樓相鄰等。時(shí)間特征：空間對(duì)象隨著時(shí)間演變而引起的空間和屬性特征的變化

一般來(lái)說(shuō)，空間特征數(shù)據(jù)包括地理實(shí)體或現(xiàn)象的定位數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)包括地理實(shí)體或現(xiàn)象的專(zhuān)題屬性（名稱(chēng)、分類(lèi)、數(shù)量等）數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)，而空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱(chēng)為空間數(shù)據(jù)或地理數(shù)據(jù)。因此空間數(shù)據(jù)的特征可概括為空間特征和屬性特征。地理數(shù)據(jù)的特征1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)：描述空間對(duì)象屬性特征的數(shù)據(jù)，又稱(chēng)非幾何數(shù)據(jù)，如類(lèi)型、名稱(chēng)、性質(zhì)等，一般通過(guò)代碼給予表達(dá)幾何數(shù)據(jù)(定位數(shù)據(jù))：描述空間對(duì)象空間特征的數(shù)據(jù)，也稱(chēng)位置數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)，一般用經(jīng)緯度、坐標(biāo)表達(dá)關(guān)系數(shù)據(jù)（拓?fù)涮卣鲾?shù)據(jù)）：描述空間對(duì)象的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)，如鄰接、包含、關(guān)聯(lián)等，一般通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)。2空間數(shù)據(jù)的類(lèi)型1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)3.空間數(shù)據(jù)的分類(lèi)按數(shù)據(jù)來(lái)源按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按數(shù)據(jù)特征按幾何特征按數(shù)據(jù)發(fā)布形式地圖數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)非空間屬性數(shù)據(jù)點(diǎn)線面、曲面體數(shù)字線畫(huà)圖數(shù)字柵格畫(huà)圖數(shù)字高程模型數(shù)字正射影像圖1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)依據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源的不同，地理數(shù)據(jù)的類(lèi)型：地圖數(shù)據(jù)：來(lái)源于各種類(lèi)型的普通地圖和專(zhuān)題地圖。影像數(shù)據(jù)：來(lái)源于衛(wèi)星遙感和航空遙感。地形數(shù)據(jù)：來(lái)源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型（DEM）和其它實(shí)測(cè)的地形數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)：描述空間對(duì)象屬性特征的數(shù)據(jù)，又稱(chēng)非幾何數(shù)據(jù)，如類(lèi)型、名稱(chēng)、性質(zhì)等，一般通過(guò)代碼給予表達(dá)元數(shù)據(jù)1.2地理實(shí)體的描述和存儲(chǔ)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)“meta”是一希臘語(yǔ)詞根，意思是“改變”，“Metadata”一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變化的描述。一般都認(rèn)為元數(shù)據(jù)就是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。

對(duì)數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說(shuō)明對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、源數(shù)據(jù)的比例尺等對(duì)數(shù)據(jù)處理信息的說(shuō)明，如量綱的轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、集成方法等的說(shuō)明

元數(shù)據(jù)的內(nèi)容元數(shù)據(jù)的主要作用

幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護(hù)空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)銷(xiāo)售等方面的信息，便于用戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)提供通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢檢索的方法或途徑，以及與數(shù)據(jù)交換和傳輸有關(guān)的輔助信息幫助用戶了解數(shù)據(jù)，以便就數(shù)據(jù)是否能滿足其需求作出正確的判斷提供有關(guān)信息，以便用戶處理和轉(zhuǎn)換有用的數(shù)據(jù)。

表示地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)從幾何上可以抽象為點(diǎn)、線、面三類(lèi)，對(duì)點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，按其表示內(nèi)容又可以分為七種不同的類(lèi)型，表示的內(nèi)容如下：

1、類(lèi)型數(shù)據(jù)例如考古地點(diǎn)、道路線和土壤類(lèi)型的分布等；

2、面域數(shù)據(jù)例如隨機(jī)多邊形的中心點(diǎn)，行政區(qū)域界線和行政單元等；

3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)量例如道路交點(diǎn)、街道和街區(qū)等；

4、樣本數(shù)量例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；

5、曲面數(shù)據(jù)例如高程點(diǎn)、等高線和等值區(qū)域；

6、文本數(shù)據(jù)例如地名、河流名稱(chēng)和區(qū)域名稱(chēng)；

7、符號(hào)數(shù)據(jù)例如點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)等。由此得出，對(duì)于點(diǎn)實(shí)體，它有可能是點(diǎn)狀地物、面狀地物的中心點(diǎn)、線狀地物的交點(diǎn)、定位點(diǎn)、注記、點(diǎn)狀符號(hào)等；對(duì)于線實(shí)體和面實(shí)體也可按照上面的七種類(lèi)型得出其描述內(nèi)容，這些內(nèi)容是點(diǎn)、線、面三種實(shí)體編碼的主要內(nèi)容1.3實(shí)體的空間特征點(diǎn)：位置：（x，y）屬性：符號(hào)線：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)

屬性：符號(hào)—形狀、顏色、尺寸面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1)

屬性：符號(hào)變化等值線

1、空間對(duì)象（實(shí)體）的地圖表達(dá)第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)2、空間維數(shù)和特征類(lèi)型空間對(duì)象一般按地形維數(shù)進(jìn)行歸類(lèi)劃分點(diǎn)：零維線：一維面：二維體：三維時(shí)間：通常以第四維表達(dá)，但目前GIS還很難處理時(shí)間屬性。1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)點(diǎn)實(shí)體

有位置，無(wú)寬度和長(zhǎng)度；抽象的點(diǎn)1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)線實(shí)體

有長(zhǎng)度，但無(wú)寬度和高度用來(lái)描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)面實(shí)體

具有長(zhǎng)和寬的目標(biāo)通常用來(lái)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)面中國(guó)土地利用分布圖（不連續(xù)面）1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)面實(shí)體（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個(gè)曲面在空間上曲率變化連續(xù)。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(nèi)部是同質(zhì)的。1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)空間對(duì)象：體有長(zhǎng)、寬、高的目標(biāo)通常用來(lái)表示人工或自然的三維目標(biāo)，如建筑、礦體等三維目標(biāo)西安電子科技大學(xué)大學(xué)校園建筑1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)線—面1、區(qū)域包含線：計(jì)算區(qū)域內(nèi)線的密度。2、線通過(guò)區(qū)域：公路是否通過(guò)某縣。3、線環(huán)繞區(qū)域：區(qū)域邊界，搜索左右區(qū)域名稱(chēng)。

4、線與區(qū)域分離：距離。

3、實(shí)體類(lèi)型組合

現(xiàn)實(shí)世界的各種現(xiàn)象比較復(fù)雜，往往由不同的空間單元組合而成，復(fù)雜實(shí)體由簡(jiǎn)單實(shí)體組合表達(dá)。點(diǎn)、線、面兩兩之間組合表達(dá)復(fù)雜的空間問(wèn)題：如：線—面

面--面

1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)面—面1、

包含：島,某省的湖泊分布。

2、

相合：重疊，學(xué)校服務(wù)范圍與菜場(chǎng)服務(wù)范圍重疊區(qū)。

3、

相交：劃分子區(qū)。4、

相鄰：計(jì)算相鄰邊界性質(zhì)和長(zhǎng)度，公共連接邊界。5、分離：計(jì)算距離。

學(xué)校菜場(chǎng)1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)不同空間類(lèi)型組合表達(dá)復(fù)雜空間問(wèn)題

1.3實(shí)體的空間特征第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)1.4、空間關(guān)系描述空間對(duì)象之間的空間相互作用關(guān)系方法

絕對(duì)關(guān)系:坐標(biāo)、角度、方位、距離等；相對(duì)關(guān)系：相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等相對(duì)關(guān)系類(lèi)型拓?fù)淇臻g關(guān)系：描述空間對(duì)象的相鄰、包含等順序空間關(guān)系：描述空間對(duì)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(guān)系：描述空間對(duì)象之間的距離等。地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過(guò)圖形識(shí)別的，在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進(jìn)行定義和表達(dá)?？臻g關(guān)系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標(biāo)準(zhǔn)和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進(jìn)行描述空間關(guān)系是GIS數(shù)據(jù)描述和表達(dá)的重要內(nèi)容：一方面它為GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的有效建立，空間查詢，空間分析，輔助決策等提供了最基本的關(guān)系；另一方面有助于形成標(biāo)準(zhǔn)的SQL空間查詢語(yǔ)言，便于空間特征的存儲(chǔ)，提取，查詢，更新等。

第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)拓?fù)潢P(guān)系是一種對(duì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行明確定義的數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)?？梢约僭O(shè)圖形繪在一張高質(zhì)量的橡皮平面上，將橡皮任意拉伸和壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊，這時(shí)原來(lái)圖形的有些屬性保留，有些屬性發(fā)生改變，前者稱(chēng)為拓?fù)鋵傩裕笳叻Q(chēng)為非拓?fù)鋵傩曰驇缀螌傩?。這種變換稱(chēng)為拓?fù)渥儞Q或橡皮變換。拓?fù)潢P(guān)系定義空間對(duì)象的拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)潢P(guān)系是指網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素結(jié)點(diǎn)、弧段、面域之間的空間關(guān)系，主要表現(xiàn)為下列三種關(guān)系：拓?fù)溧徑雨P(guān)系、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系、拓?fù)浒P(guān)系。拓?fù)溧徑又复嬖谟诳臻g圖形的同類(lèi)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)聯(lián)指存在于空間圖形的不同類(lèi)元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)浒复嬖谟诳臻g圖形的同類(lèi)但不同級(jí)的元素之間的拓?fù)潢P(guān)系空間對(duì)象的拓?fù)淇臻g關(guān)系空間對(duì)象的拓?fù)淇臻g關(guān)系拓?fù)湓攸c(diǎn)：孤立點(diǎn)、線的端點(diǎn)、面的首尾點(diǎn)、鏈的連接點(diǎn)線：兩結(jié)點(diǎn)之間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面：若干弧段組成的多邊形

基本拓?fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓?fù)湓刂g的關(guān)系鄰接：相同拓?fù)湓刂g的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓?fù)湓刂g的層次關(guān)系方向性：一條弧段的起點(diǎn)、終點(diǎn)確定了弧段的方向。用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)中的有向弧段，如城市道路單向，河流的流向等。

連通性：指對(duì)弧段連接的判別，如用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定路徑、

街道是否相通。

點(diǎn)、線、面之間的拓?fù)潢P(guān)系終點(diǎn)起點(diǎn)中間點(diǎn)弧段1弧段3弧段2弧段4點(diǎn):面:弧:鄰接相交重合相離包含點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線點(diǎn)—面線—面面—面線—線1）關(guān)聯(lián)性不同類(lèi)要素之間）結(jié)點(diǎn)與弧段：如V9與L5,L6,L3多邊形與弧段：P2與L3,L5,L22）鄰接性

(同類(lèi)元素之間)多邊形之間、結(jié)點(diǎn)之間。鄰接矩陣

重疊：--鄰接：1不鄰接：0P1P2P3P4P1--111P21--10P311--0P4100--弧段號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)左多邊形右多邊形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1?C4N1N4?P2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6?P3C9N7N7P4P5C10N3N6P4?C4N4C8C6P3C7N6C10N3C3N1P1C2N2C1P2C5N5P4P5C9N7拓?fù)鋽?shù)據(jù)舉例空間拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)—關(guān)系表表1面域與弧段的拓?fù)潢P(guān)系面域 弧段 P1 a,b,c,-gP2 b,d,f P3 c,f,e P4 g 表2結(jié)點(diǎn)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn) 弧段 A a,c,e B a,d,b C d,e,f D b,f,c E g 表3弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系弧段 結(jié)點(diǎn) a A,B b B,D c D,A d B,C e C,A f C,D g E,E

表4弧段與面域的拓?fù)潢P(guān)系弧段左鄰面右鄰面a P0 P1b P2 P1c P3 P1d P0 P2e P0 P3f P3 P2g P1

拓?fù)潢P(guān)系的意義1）拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系。2）有助于空間要素的查詢，利用拓?fù)潢P(guān)系可以解決許多實(shí)際問(wèn)題。3）根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實(shí)體。1.4、空間關(guān)系第一節(jié)空間信息基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即指數(shù)據(jù)組織的形式，是適合于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。對(duì)空間數(shù)據(jù)則是地理實(shí)體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述。在地理系統(tǒng)中描述地理要素和地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)，主要包括空間位置、拓樸關(guān)系和屬性三個(gè)方面的內(nèi)容。

第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(顯式表示)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(隱式表示)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-顯式描述顯式表示：就是柵格中的一系列像元(點(diǎn))，為使計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)這些像元描述的是某一物體而不是其它物體。注：“c”不一定用c的形式，而可以用顏色、符號(hào)、數(shù)字、灰度值來(lái)顯示。則得到椅子的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

椅子的屬性——符號(hào)／顏色——像元x矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-隱式表示

隱式表示：由一系列定義了始點(diǎn)和終點(diǎn)的線及某種連接關(guān)系來(lái)描述，線的始點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)定義為一條表示椅子形式的矢量，線之間的指示字，告訴計(jì)算機(jī)怎樣把這些矢量連接在一起形成椅子。

隱式表示的數(shù)據(jù)為：

椅子的屬性——一系列矢量——連接關(guān)系

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指將空間分割成各個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格單元，然后在各個(gè)格網(wǎng)單元內(nèi)賦以空間對(duì)象相應(yīng)的屬性值的一種數(shù)據(jù)組織方式；柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為柵格矩陣結(jié)構(gòu)、游程編碼結(jié)構(gòu)、四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、八叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和十六叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

柵格數(shù)據(jù):柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際就是像元陣列，每個(gè)像元由行列確定它的位置。由于柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，所表示的實(shí)體位置很容易隱含在網(wǎng)絡(luò)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，且行列坐標(biāo)可以很容易地轉(zhuǎn)為其它坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在網(wǎng)絡(luò)文件中每個(gè)代碼本身明確地代表了實(shí)體的屬性或?qū)傩缘木幋a。

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，每個(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用像元值表示空間對(duì)象的類(lèi)型、等級(jí)等特征。每個(gè)柵格單元只能存在一個(gè)值。（a）三角形（b）菱形（c)六邊形點(diǎn)線面對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)：為一個(gè)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。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)系與描述參數(shù)Y：列X：行西南角格網(wǎng)坐標(biāo)（XWS，YWS）格網(wǎng)分辨率

柵格單元的尺寸1）原則：應(yīng)能有效地逼近空間對(duì)象的分布特征，又減少數(shù)據(jù)的冗余度。格網(wǎng)太大，忽略較小圖斑，信息丟失。

2）方法：用保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定尺寸經(jīng)驗(yàn)公式：

h為柵格單元邊長(zhǎng)

Ai為區(qū)域所有多邊形的面積。

柵格數(shù)據(jù)單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點(diǎn)法A連續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類(lèi)較細(xì)、地物斑塊較小AB為了逼近原始數(shù)據(jù)精度，除了采用這幾種取值方法外，還可以采用縮小單個(gè)柵格單元的面積，增加?xùn)鸥駟卧倲?shù)的方法柵格矩陣（RasterMatrix)

Raster數(shù)據(jù)是二維表面上地理數(shù)據(jù)的離散量化值，每一層的pixel值組成像元陣列（即二維數(shù)組），其中行、列號(hào)表示它的位置。

例如影像：AAAA

ABBB

AABB

AAAB

在計(jì)算機(jī)內(nèi)是一個(gè)4*4階的矩陣。但在外部設(shè)備上，通常是以左上角開(kāi)始逐行逐列存貯。如上例存貯順序?yàn)椋篈AAAABBBAABBAAAB

當(dāng)每個(gè)像元都有唯一一個(gè)屬性值時(shí)，一層內(nèi)的編碼就需要m行×n列×3(x,y和屬性編碼值)個(gè)存儲(chǔ)單元。數(shù)字地面模型就屬此種情況。這種記錄柵格數(shù)據(jù)的文件常稱(chēng)為柵格文件，且常在文件頭中存有該柵格數(shù)據(jù)的長(zhǎng)和寬，即行數(shù)和列數(shù)和兩方向的密度。這樣，具體的象元值就可連續(xù)存儲(chǔ)了。其特點(diǎn)是處理方便，但沒(méi)有壓縮。

柵格數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)的編碼方法AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點(diǎn)行列號(hào)，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈?zhǔn)骄幋a游程長(zhǎng)度編碼逐行編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):行號(hào),屬性,重復(fù)次數(shù)1,A,4,R,1,A,3塊狀編碼正方形區(qū)域?yàn)橛涗泦卧獢?shù)據(jù)結(jié)構(gòu):初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹(shù)編碼鏈?zhǔn)骄幋a(ChainCodes)

又稱(chēng)為弗里曼鏈碼(Freeman)或邊界鏈碼?；痉较蚩啥x為：東＝0，東南＝l，南二2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等八個(gè)基本方向。如果再

確定原點(diǎn)為像元(10，1)，則該多邊形邊界按順時(shí)針?lè)较虻逆準(zhǔn)骄幋a為：

10，l，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。

01234567鏈?zhǔn)骄幋a(ChainCodes)01234567游程長(zhǎng)度編碼(Run—LengthCodes)

按行幀序存儲(chǔ)多邊形內(nèi)的各個(gè)像元的列號(hào)，即在某行上從左至右存儲(chǔ)屬該多邊形的始末像元的列號(hào)。。四叉樹(shù)編碼(QuadtreeEncoding)

四叉樹(shù)編碼又稱(chēng)為四分樹(shù)、四元樹(shù)編碼。它是一種更有效地壓編數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列連續(xù)進(jìn)行4等分，一直分到正方形的大小正好與象元的大小相等為止（如下圖），而塊狀結(jié)構(gòu)則用四叉樹(shù)描述，習(xí)慣上稱(chēng)為四叉樹(shù)編碼。柵格數(shù)據(jù)組織柵格數(shù)據(jù)文件像元1X坐標(biāo)Y坐標(biāo)層2屬性值層1屬性值…層n屬性值…像元2像元n柵格數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)文件層1多邊形1層2…屬性值像元1坐標(biāo)…多邊形N像元n坐標(biāo)層n柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)離散的量化柵格值表示空間對(duì)象位置隱含,屬性明顯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于遙感數(shù)據(jù)結(jié)合,但數(shù)據(jù)量大幾何和屬性偏差面向位置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),難以建立空間對(duì)象之間的關(guān)系第二節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線、面及其組合體來(lái)表示地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式；通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式，盡可能地將點(diǎn)、線、面地理實(shí)體表現(xiàn)得精確無(wú)誤。其坐標(biāo)空間假定為連續(xù)空間，不必象柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行量化處理。因此矢量數(shù)據(jù)能更精確地定義位置、長(zhǎng)度和大小。除數(shù)學(xué)上的精確坐標(biāo)假設(shè)外，矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以隱式關(guān)系以最小的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)復(fù)雜的數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過(guò)記錄空間對(duì)象的坐標(biāo)及空間關(guān)系來(lái)表達(dá)空間對(duì)象的位置。點(diǎn)：空間的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)；線：多個(gè)點(diǎn)組成的弧段；面：多個(gè)弧段組成的封閉多邊形；矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容

標(biāo)識(shí)碼屬性碼空間對(duì)象編碼唯一連接空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)獨(dú)立編碼點(diǎn):(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1

),(x2,y2

),…,(x1,y1

)點(diǎn)位字典點(diǎn):點(diǎn)號(hào)文件線:點(diǎn)號(hào)串面:點(diǎn)號(hào)串點(diǎn)號(hào)XY1112223344………n5566存儲(chǔ)方法點(diǎn)實(shí)體線實(shí)體面實(shí)體

多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)涮卣?，如形狀、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專(zhuān)題圖的資料進(jìn)行顯示和操作。簡(jiǎn)單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—面條結(jié)構(gòu)（實(shí)體式）多邊形

數(shù)據(jù)項(xiàng)

A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)

B(x1,y1),(x9,y9),(x8,y8),(x17,y17),(x16,y16),(x15,y15),(x14,y14),(x13,y13),(x12,y12),(x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)

C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30),(x31,y31),(x24,y24) D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x16,y16),(x19,y19)

E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7),(x6,y6),(x5,y5)只記錄空間對(duì)象的位置坐標(biāo)和屬性信息，不記錄拓?fù)潢P(guān)系。存儲(chǔ)：獨(dú)立存儲(chǔ)：空間對(duì)象位置直接跟隨空間對(duì)象；點(diǎn)位字典：點(diǎn)坐標(biāo)獨(dú)立存儲(chǔ)，線、面由點(diǎn)號(hào)組成特征：無(wú)拓?fù)潢P(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢公共邊重復(fù)存儲(chǔ)，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性和一致性；多邊形分解和合并不易進(jìn)行，鄰域處理較復(fù)雜；處理嵌套多邊形比較麻煩。適用范圍：制圖及一般查詢，不適合復(fù)雜的空間分析索引式線與多邊形之間的樹(shù)狀索引

點(diǎn)與多邊形之間的樹(shù)狀索引

對(duì)偶獨(dú)立式DIME(DuallndependentMapEncoding)

線號(hào)左多邊形右多邊形起點(diǎn)終點(diǎn)aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iCA89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過(guò)線文件生成面文件外，還需要點(diǎn)文件

鏈狀雙重獨(dú)立式

鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。在DIME中，一條邊只能用直線兩端點(diǎn)的序號(hào)及相鄰的面域來(lái)表示，而在鏈狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將若干直線段合為一個(gè)弧段（或鏈段），每個(gè)弧段可以有許多中間點(diǎn)。在鏈狀雙重獨(dú)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個(gè)文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點(diǎn)文件

弧段文件弧段號(hào) 起始點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn) 左多邊形 右多邊形 a 5 1 O Ab 8 5 E Ac 16 8 E Bd 19 5 O Ee 15 19 O Df 15 16 D Bg 1 15 O Bh 8 1 A Bi 16 19 D Ej 31 31 B C 弧段坐標(biāo)文件弧段號(hào) 點(diǎn)號(hào) a 5,4,3,2,1 b 8,7,6,5 c 16,17,8 d 19,18,5 e 15,23,22,21,20,19 f 15,16, g 1,10,11,12,13,14,15 h 8,9,1 i 16,19 j 31,30,29,28,27,26,25,24,31

鏈狀雙重獨(dú)立式

多邊形文件多邊形號(hào) 弧段號(hào) 周長(zhǎng)面積中心點(diǎn)坐標(biāo) A h,b,a B g,f,c,h,-j C j D e,i,f E e,i,d,b

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)屬性特征類(lèi)型類(lèi)別特征：是什么說(shuō)明信息：同類(lèi)目標(biāo)的不同特征屬性特征表達(dá)類(lèi)別特征：類(lèi)型編碼說(shuō)明信息：屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表格屬性表的內(nèi)容取決于用戶圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接通過(guò)目標(biāo)識(shí)別符或內(nèi)部記錄號(hào)實(shí)現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)點(diǎn)狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼坐標(biāo)關(guān)聯(lián)的線目標(biāo)精度控制點(diǎn)等級(jí)測(cè)量單位測(cè)量年限線狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼坐標(biāo)串起點(diǎn)、終點(diǎn)、左面、右面路面材料等級(jí)修建時(shí)間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對(duì)象目標(biāo)標(biāo)識(shí)目標(biāo)標(biāo)識(shí)地物編碼邊界目標(biāo)號(hào)建筑日期所有者建筑面積建筑單位結(jié)構(gòu)……空間對(duì)象地物編碼地物名稱(chēng)制圖顏色幾何類(lèi)型制圖符號(hào)編碼屬性表明地物類(lèi)型特征與制圖屬性矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)用離散的點(diǎn)描述空間對(duì)象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓?fù)潢P(guān)系描述空間對(duì)象之間的關(guān)系面向目標(biāo)操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合輸出圖形質(zhì)量好，精度高第三節(jié)兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較矢量數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：表示地理數(shù)據(jù)的精度較高嚴(yán)密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小完整的描述空間關(guān)系圖形輸出精確美觀圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新、綜合都能實(shí)現(xiàn)面向目標(biāo)，不僅能表達(dá)屬性，而且能方便的記錄每個(gè)目標(biāo)的具體屬性信息缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜矢量疊置較為復(fù)雜數(shù)學(xué)模擬比較困難技術(shù)復(fù)雜，特別是軟硬件柵格數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便各類(lèi)空間分析很易于進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬方便缺點(diǎn)：圖形數(shù)據(jù)量大用大像元減少數(shù)據(jù)量時(shí)，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影變換比較費(fèi)時(shí)矢量、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇柵格結(jié)構(gòu)：

大范圍小比例尺的自然資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)等區(qū)域問(wèn)題的研究。矢量結(jié)構(gòu)：

城市分區(qū)或詳細(xì)規(guī)劃、土地管理、公用事業(yè)管理等方面的應(yīng)用。矢柵一體化概念

將矢量面對(duì)目標(biāo)的方法和柵格元子充填的方法結(jié)合起來(lái)，采用填滿線狀目標(biāo)路徑和充填面狀目標(biāo)空間的方法作為一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。334334423344423344234422212從原理上說(shuō)，這是一種以矢量的方式來(lái)組織柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。線狀地物：除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄路徑所通過(guò)的柵格。面狀地物：除記錄它的多邊形周邊以外，還包括中間的面域柵格。

1）保留了矢量的全部性質(zhì)；

2）建立了柵格與地物的關(guān)系。三個(gè)約定和細(xì)分格網(wǎng)法1）點(diǎn)狀地物僅有空間位置，沒(méi)有形狀和面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部?jī)H有一個(gè)位置數(shù)據(jù)。2）

線狀地物有形狀但沒(méi)有面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需要用一組元子填滿整個(gè)路徑。3）面狀地物具有形狀和面積，在平面上的投影是由邊界包圍的緊致空間和一組填滿路徑的元子表達(dá)的邊界組成。

為提高柵格表示精度，采用細(xì)分格網(wǎng)法：將一對(duì)X,Y坐標(biāo)用兩個(gè)Morton碼代替：

M1表示該點(diǎn)所在基本格網(wǎng)的地址碼；

M2

表示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Morton碼。M1M2x,y空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)的整個(gè)過(guò)程。主要包括需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、和數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)三部分。

現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

需求分析

數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)2.3空間數(shù)據(jù)模型一、需求分析需求分析是整個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與建立的基礎(chǔ)，主要進(jìn)行以下工作：1）調(diào)查用戶需求：了解用戶特點(diǎn)和要求，取得設(shè)計(jì)者與用戶對(duì)需求的一致看法。2）需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求(信息內(nèi)容、特征、需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù))、信息加工處理要求(如響應(yīng)時(shí)間)、完整性與安全性要求等。3）編制用戶需求說(shuō)明書(shū)：包括需求分析的目標(biāo)、任務(wù)、具體需求說(shuō)明、系統(tǒng)功能與性能、運(yùn)行環(huán)境等，是需求分析的最終成果。需求分析是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，應(yīng)該由有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員完成，同時(shí)用戶的積極參與也是十分重要的。

在需求分析階段完成：

數(shù)據(jù)源的選擇和對(duì)各種數(shù)據(jù)集的評(píng)價(jià)（一般、空間、屬性評(píng)價(jià)）?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)2.3空間數(shù)據(jù)模型二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)果是得到一個(gè)合理的空間數(shù)據(jù)模型，是空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？臻g數(shù)據(jù)模型越能反映現(xiàn)實(shí)世界，在此基礎(chǔ)上生成的應(yīng)用系統(tǒng)就越能較好地滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是將地理空間實(shí)體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中加以表達(dá)的過(guò)程，也就是地理信息系統(tǒng)中空間實(shí)體的模型化問(wèn)題。三、數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體邏輯模型

物理模型

概念模型

需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)2.3空間數(shù)據(jù)模型1、概念模型概念設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)與抽象，形成空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其應(yīng)用系統(tǒng)所需的模型市區(qū)要素空間實(shí)體空間實(shí)體屬性空間實(shí)體關(guān)系邊線走向街道路面質(zhì)量所屬路段所屬街道組成長(zhǎng)度等m1模型E_R二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體是對(duì)需求分析階段所收集的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理，確定地理實(shí)體、屬性及它們之間的聯(lián)系，將各用戶的局部視圖合并成一個(gè)總的全局視圖，形成獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的反映用戶觀點(diǎn)的概念模式

表示概念模型最有力的工具是E-R模型：即實(shí)體—聯(lián)系模型，包括實(shí)體(矩形)、聯(lián)系（菱形）和屬性（橢圓形）三個(gè)成分。用它來(lái)描述現(xiàn)實(shí)地理世界，不必考慮信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取路徑及存取效率等與計(jì)算機(jī)有關(guān)的問(wèn)題，比一般的數(shù)據(jù)模型更接近于現(xiàn)實(shí)地理世界，具有直觀、自然、語(yǔ)義較豐富等特點(diǎn)，在地理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。用E-R模型表示空間實(shí)體及其關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)E-R模型

三個(gè)世界的概念

E-R模型的基本要素——實(shí)體、屬性、聯(lián)系

E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的方法1三個(gè)世界

事物類(lèi)事物性質(zhì)實(shí)體集實(shí)體屬性文件記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)現(xiàn)實(shí)世界信息世界數(shù)據(jù)世界概念模型：把現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)換為信息世界的模型,E-R模型實(shí)施模型：把信息世界轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)世界使用的模型,關(guān)系模型2.3空間數(shù)據(jù)模型2E-R模型的組成要素及表示方法

(1)

E-R圖的組成要素及其畫(huà)法實(shí)體名聯(lián)系名屬性名實(shí)體表示屬性表示聯(lián)系表示2.3空間數(shù)據(jù)模型(2)實(shí)體間不同聯(lián)系情況的E-R圖表示法聯(lián)系分為：一對(duì)一(1:1)、一對(duì)多(1:n)、多對(duì)多(m:n)2E-R模型的組成要素及表示方法

【例1】?jī)蓚€(gè)實(shí)體集之間的一對(duì)一的聯(lián)系的繪制方法。假設(shè)某學(xué)院有若干個(gè)系，每個(gè)系只有一個(gè)主任。則主任和系之間是一對(duì)一的關(guān)系。主任和系的屬性分別如下：主任——編號(hào)，姓名，年齡，學(xué)歷;系——系編號(hào)，系名

主任和系之間是一個(gè)管理關(guān)系

2.3空間數(shù)據(jù)模型1主任系管理姓名年齡學(xué)歷編號(hào)系編號(hào)系名任職時(shí)間1【例2】?jī)蓚€(gè)實(shí)體集之間的一對(duì)多的聯(lián)系的繪制方法。假設(shè)在某倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中，有兩個(gè)實(shí)體集：倉(cāng)庫(kù)和商品。倉(cāng)庫(kù)用來(lái)存放商品，且規(guī)定一類(lèi)商品只能存放在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)中，一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可以存放多件商品。倉(cāng)庫(kù)和商品之間是一對(duì)多的聯(lián)系。倉(cāng)庫(kù)和商品的屬性分別為：倉(cāng)庫(kù)——倉(cāng)庫(kù)號(hào)，地點(diǎn)，面積聯(lián)單商品——商品號(hào)，商品名，價(jià)格存放聯(lián)系中要反映出存放商品的數(shù)量2.3空間數(shù)據(jù)模型1倉(cāng)庫(kù)商品存放n地點(diǎn)面積倉(cāng)庫(kù)號(hào)商品號(hào)價(jià)格數(shù)量商品名【例3】?jī)蓚€(gè)實(shí)體集之間的多對(duì)多的聯(lián)系的繪制方法假設(shè)在某教務(wù)管理系統(tǒng)中，一個(gè)教師可以上多門(mén)課，一門(mén)課也可以由多個(gè)老師去上。教師和課程之間是多對(duì)多的聯(lián)系。教師和課程用以下屬性來(lái)描述：教師—教師號(hào)，教師名，職稱(chēng)課程—課程號(hào)，課程名，班級(jí)在“講授”聯(lián)系中應(yīng)能反映出教師的授課質(zhì)量2.3空間數(shù)據(jù)模型m教師課程講授n教師名職稱(chēng)教師號(hào)課程號(hào)班級(jí)質(zhì)量課程名3E—R圖的設(shè)計(jì)方法E-R圖通常都應(yīng)經(jīng)過(guò)以下兩個(gè)階段：（1）針對(duì)每一用戶畫(huà)出該用戶信息的局部E-R圖，確定該用戶視圖的實(shí)體、屬性和聯(lián)系。

需注意：能作為屬性的就不要作為實(shí)體，這有利于E-R圖的簡(jiǎn)化。（2）綜合局部E—R圖，生成總體E—R圖。在綜合過(guò)程中，同名實(shí)體只能出現(xiàn)一次，還要去掉不必要的聯(lián)系，以便消除冗余。

一般來(lái)說(shuō)，從總體E-R圖須能導(dǎo)出原來(lái)的所有局部視圖，包括實(shí)體、屬性和聯(lián)系。2.3空間數(shù)據(jù)模型

后勤部涉及到的實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系：

學(xué)生：屬性有學(xué)號(hào)、姓名、性別、年齡、專(zhuān)業(yè)和入學(xué)時(shí)間宿舍：樓號(hào)、房間、檔次學(xué)生與宿舍的聯(lián)系是一個(gè)學(xué)生只能住在一個(gè)宿舍，一個(gè)宿舍能住多個(gè)學(xué)生，學(xué)生住宿要交租金。教務(wù)處涉及到的實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系：學(xué)生：屬性有學(xué)號(hào)、姓名、性別、年齡、專(zhuān)業(yè)和入學(xué)時(shí)間教師：屬性有教師號(hào)、姓名、性別、職稱(chēng)、專(zhuān)業(yè)課程：屬性有課程號(hào)、課程名、學(xué)時(shí)數(shù)、專(zhuān)業(yè)各實(shí)體關(guān)系描述如下：一個(gè)學(xué)生可以選多門(mén)課，一門(mén)課可以由多個(gè)學(xué)生選修；一個(gè)教師可以教多門(mén)課，一門(mén)課也可以由多個(gè)老師教；學(xué)生選修某門(mén)課有一個(gè)成績(jī)；教師教某門(mén)課有一個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)。

【例4】某學(xué)校管理系統(tǒng)中有三個(gè)部門(mén)：后勤部、學(xué)生處和財(cái)務(wù)處。后勤部用來(lái)管理學(xué)生的住宿；教務(wù)處用來(lái)管理學(xué)生選課和教師任課；財(cái)務(wù)處用來(lái)管理發(fā)放教師的工資。財(cái)務(wù)處涉及到的實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系：教師：屬性有教師號(hào)、姓名、性別、職稱(chēng)、專(zhuān)業(yè)工資：屬性有基本工資、加班工資、扣稅、工資編號(hào)教師和工資的聯(lián)系是：一個(gè)教師只能領(lǐng)一份工資，一份工資只能由一個(gè)教師領(lǐng)，領(lǐng)工資時(shí)應(yīng)注明是某月工資。解：先根據(jù)題意設(shè)計(jì)出各部門(mén)的局部E-R圖

n學(xué)生宿舍住1租金學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)學(xué)號(hào)宿舍樓號(hào)檔次年齡性別入學(xué)時(shí)間房間號(hào)（a）后勤部的局部E-R圖

2.3空間數(shù)據(jù)模型教師姓名職稱(chēng)教師號(hào)課程課程號(hào)學(xué)時(shí)數(shù)課程名性別專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)m教師課程講授n質(zhì)量學(xué)生選修mn成績(jī)（b）教務(wù)處的局部E-R圖（學(xué)生同（a）圖）工資扣稅基本工資加班工資工資編號(hào)工資教師領(lǐng)11月份1m學(xué)生住宿舍n1教師課程選修mn講授n領(lǐng)工資1（c）財(cái)務(wù)處的局部E-R圖（教師同（b）圖）某學(xué)校管理系統(tǒng)的全局E-R圖3E—R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換把E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型遵循原則:

（1）對(duì)于E—R圖中每個(gè)實(shí)體集，都應(yīng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系，該關(guān)系應(yīng)包括對(duì)應(yīng)實(shí)體的全部屬性，并應(yīng)根據(jù)關(guān)系所表達(dá)的語(yǔ)義確定哪個(gè)屬性或哪幾個(gè)屬性組作為“主關(guān)鍵字”，主關(guān)鍵字用來(lái)標(biāo)識(shí)實(shí)體。（2）對(duì)于E—R圖中的聯(lián)系，情況比較復(fù)雜，要根據(jù)實(shí)體聯(lián)系方式的不同，采取不同的手段加以實(shí)現(xiàn)。下面著重討論聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法。

2.3空間數(shù)據(jù)模型（1）兩實(shí)體集間1:n聯(lián)系兩實(shí)體集間1:n聯(lián)系，可將“一方”實(shí)體的主關(guān)鍵字納入“n方”實(shí)體集對(duì)應(yīng)的關(guān)系中作為“外部關(guān)鍵字”，同時(shí)把聯(lián)系的屬性也一并納入“n方”對(duì)應(yīng)的關(guān)系中。（2）兩實(shí)體集間m:n聯(lián)系對(duì)于兩實(shí)體集間m:n聯(lián)系，必須對(duì)“聯(lián)系”單獨(dú)建立一個(gè)關(guān)系，用來(lái)聯(lián)系雙方實(shí)體集。該關(guān)系的屬性中至少要包括被它所聯(lián)系的雙方實(shí)體集的“主關(guān)鍵字”，并且如果聯(lián)系有屬性，也要?dú)w入這個(gè)關(guān)系中。3E—R模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（3）兩實(shí)體集間的1:1的聯(lián)系假設(shè)A實(shí)體集與B實(shí)體集是1:1的聯(lián)系，聯(lián)系的轉(zhuǎn)換有三種方法：①把A實(shí)體集的主關(guān)鍵字加入到B實(shí)體集對(duì)應(yīng)的關(guān)系中，如果聯(lián)系有屬性也一并加入；②把B實(shí)體集的主關(guān)鍵字加入到A實(shí)體集對(duì)應(yīng)的關(guān)系中，如果聯(lián)系有屬性也一并加入；③建立第三個(gè)關(guān)系，關(guān)系中包含兩個(gè)實(shí)體集的主關(guān)鍵字，如果聯(lián)系有屬性也一并加入。

E-R模型小結(jié)把現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)世界，需經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段：第一個(gè)階段需使用概念模型把現(xiàn)實(shí)世界抽象成信息世界第二階段使用實(shí)施模型把信息世界轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)世界。常用的概念模型為E-R模型，三個(gè)基本要素是實(shí)體、屬性和聯(lián)系。設(shè)計(jì)E-R圖一般經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟:第一步是抽象出各部門(mén)的局部E-R圖第二步是把局部E-R圖組合成全局E-R圖。E-R圖只是信息的一種抽象表示，還需轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的實(shí)施數(shù)據(jù)模型才能轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。E—R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過(guò)程為：

①確定各實(shí)體的主關(guān)鍵字；

②確定并寫(xiě)出實(shí)體內(nèi)部屬性之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表達(dá)式，即某一數(shù)據(jù)項(xiàng)決定另外的數(shù)據(jù)項(xiàng)；

③把經(jīng)過(guò)消冗處理的數(shù)據(jù)關(guān)系表達(dá)式中的實(shí)體作為相應(yīng)的主關(guān)鍵字

④根據(jù)②、③形成新的關(guān)系。

⑤完成轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì):語(yǔ)義模型與對(duì)象模型語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型E-R模型面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮幕靖拍睿簩?duì)象、類(lèi)繼承重載概括與聚集2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

面向?qū)ο螅╫bject-oriented，OO）的概念起源于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言—面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言(簡(jiǎn)稱(chēng)OOPL)，強(qiáng)調(diào)對(duì)象概念的統(tǒng)—，引入對(duì)象、對(duì)象類(lèi)、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語(yǔ)，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承性機(jī)制。以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開(kāi)發(fā)工具為一體，建立OO計(jì)算環(huán)境，配有很強(qiáng)的圖形功能和多窗口用戶界面。2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮幕舅枷?/p>

通過(guò)對(duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行自然分割，用更接近人類(lèi)通常思維的方式建立問(wèn)題領(lǐng)域的模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和行為模擬，從而使設(shè)計(jì)出的軟件能盡可能地直接表現(xiàn)出問(wèn)題的求解過(guò)程面向?qū)ο蟮姆椒ň褪且越咏祟?lèi)通常思維方式的思想，將客觀世界的一切實(shí)體模型化為對(duì)象。每一種對(duì)象都有各自的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同對(duì)象之間的相互聯(lián)系和相互作用就構(gòu)成了各種不同的系統(tǒng)。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型從概念上將人們對(duì)GIS的理解提高到了一個(gè)新的高度。一方面，巧妙地容納了GIS中拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想，能有效地表達(dá)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系另一方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達(dá)和處理屬性數(shù)據(jù)時(shí)，又具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。目前，采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，建立面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要有三種實(shí)現(xiàn)方式：

擴(kuò)充面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性擴(kuò)充RDBMS，在RDBMS中增加面向?qū)ο蟮奶匦越⑷碌闹С置嫦驅(qū)ο髷?shù)據(jù)模型的OODBMS2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢?lèi)型

GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類(lèi)型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類(lèi)型可以作為GIS中各種地物類(lèi)型的超類(lèi)。2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型從幾何方面劃分，GIS的各種地物對(duì)象為點(diǎn)、線、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物。每一種地物又可能由一些更簡(jiǎn)單的幾何圖形元素構(gòu)成。在GIS中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型時(shí)，對(duì)象的確定沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).但對(duì)象的建立應(yīng)符合人們對(duì)客觀世界的理解，并且要完整地表達(dá)各種地理對(duì)象，及它們之間的相互關(guān)系?？臻g地物復(fù)雜地物簡(jiǎn)單地物面域弧段節(jié)點(diǎn)面狀地物線狀地物點(diǎn)狀地物面狀地物是由邊界弧段和中間面域組成，弧段又涉及到節(jié)點(diǎn)和中間點(diǎn)坐標(biāo)?；蛘哒f(shuō)，節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)傳播給弧段，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡(jiǎn)單地物聚集或聯(lián)合組成復(fù)雜地物。2.3空間數(shù)據(jù)模型拓?fù)潢P(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

將每條弧段的兩個(gè)端點(diǎn)抽象出來(lái)，建立單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)對(duì)象類(lèi)型，而在弧段的數(shù)據(jù)文件中，設(shè)立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)子對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)，即用“傳播”的工具提取節(jié)點(diǎn)文件的信息。面標(biāo)識(shí)弧段標(biāo)識(shí)…

…

弧段標(biāo)識(shí)起節(jié)點(diǎn)終節(jié)點(diǎn)中間點(diǎn)串…

…

…

…

節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)XYZ…

…

…

…

面域文件弧段文件節(jié)點(diǎn)文件拓?fù)潢P(guān)系與數(shù)據(jù)共享這一模型1）解決了數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，2）建立了弧段與節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系。同樣，面狀地物對(duì)弧段的聚集方式與數(shù)據(jù)共享和幾何拓?fù)潢P(guān)系的建立也達(dá)到一致。

2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

GIS中的地物可根據(jù)國(guó)家分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H情況劃分類(lèi)型。

如：一個(gè)大學(xué)GIS的對(duì)象可分為建筑物、道路、綠化、管線等幾大類(lèi)，地物類(lèi)型的每一大類(lèi)又可以進(jìn)一步分類(lèi)，如建筑物可再分成教學(xué)樓、科研實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓、教工住宅、學(xué)生宿舍、后勤服務(wù)建筑、體育樓等子類(lèi)，管線可再分為給水管道、污水管道、電信管道、供熱管道、供氣管道等，另一方面，幾種具有相同屬性和操作的類(lèi)型可綜合成一個(gè)超類(lèi)。

2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含RDBMS的基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)模型的封裝、繼承等功能。耕地園地林地居民地牧草地未用地交通用地水域GIS城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)工礦地控制點(diǎn)電力設(shè)施公園

街道建筑物操作：查詢插入刪除屬性：標(biāo)識(shí)碼區(qū)號(hào)街道號(hào)房主等建筑日期：職員庫(kù)操作屬性職員編號(hào)工資姓名飯店設(shè)施庫(kù)房間床位操作屬性工廠醫(yī)院學(xué)校居民住宅飯店商店郵局銀行2.3空間數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢(shì)

（1）縮小了語(yǔ)義差距（2）減輕了“阻抗失配”問(wèn)題（3）適應(yīng)