浅谈gis空间数据模型

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1、浅谈GIS空间数据模型姓名：蒲罗曼学号：2014612124摘要：空间数据模型是以计算机能够接受和处理的数据形式，为了反映空间实体的某些结构特性和行为功能，按一定的方案建立起来的数据逻辑组织方式，是对现实世界的抽象表达，反映了现实世界空间实体及其相互关系。国际GIS学术界和产业界对空间数据模型的研究一直十分重视和关注。本文将首先介绍GIS空间数据模型研究的重要性和意义,然后分别论述GIS的空间概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型的基本概念和基本问题,继而介绍和讨论GIS空间数据模型的国际学术前沿和当前在这方面的研究工作。关键词：空间数据模型；GIS；空间实体；空间关系1前言地理信息系统（

2、GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。空间数据模型是关于GIS中空间数据组织的概念,反映现实世界中空间实体及其相互之间的联系,为空间数据组织设计提供基本的概念和方法。实践表明,对现有空间数据模型认识和理解的正确与否在很大的程度上决定着GIS空间数据管理系统研制或应用空间数据库设计的成败,而对空间数据模型的深入研究又直接影响着新一代GIS系统的发展。２GIS空间数据模型简介GIS空间数据模型包括概念数据模型、逻辑数

3、据模型和物理数据模型。概念数据模型是关于实体及实体间联系的抽象概念集,逻辑数据模型表达概念数据模型中数据实体及其间关系,而物理数据模型则是描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构。2.1概念数据模型GIS空间数据模型的概念模型的基本任务是,确定所感兴趣的现象和基本特性,描述实体间的相互联系,从而确定空间数据库的信息内容。目前广为采用的是基于平面图的点、线、面数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。基于平面图的点、线、面数据模型是一种面向空间实体的模型,其把现实世界的空间实体抽象地看作是由平面上的点、线、面空间目标组成的。这些点、线、面空间目标之间存在着一些空间关系，如点、线、面目标与

4、其组成弧段、结点、坐标之间的相交、连接、连通和包容等拓扑空间关系。基于平面图的点、线、面数据模型的一个核心问题是描述和表达点、线、面空间目标及其相互间的拓扑空间关系。基于连续铺盖的栅格数据模型是将连续空间离散化。即用二维铺盖或面片覆盖整个连续空间;铺盖可分为规则和不规则的，后者可当做拓扑多边形处理,如社会经济分区、城市街区；铺盖的特征参数有尺寸、形状、方位和间距。同一现象,也可能有若干不同尺度、不同聚分性的铺盖。图1概念数据模型2.2逻辑数据模型逻辑数据模型是根据前述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、记录等之间的关系，因而可以有若干不同的实现方法。

5、一般说来，可将空间逻辑数据模型分为结构化模型和面向操作的模型两大类。2.3物理数据模型逻辑数据模型并不涉及最低层的物理实现细节,但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。其中空间数据存取及查询优化仍是目前国际GSI研究的一个重要课题。这是因为人们目前将空间定位数据及其属性看作是多维空间中的点,,采用栅格文件系统、KD树、四叉树、R树等多维点索引结构进行索引。但由于最小矩框往往重叠嵌套,致使包括R树在内的索引方法失去了应有效率,需研究基于空间目标分解的空间索引结构,以提高查询速度。3空间数据模型的学术前沿时

6、空数据模型、三维数据模型、动态空间数据结构、分布式空间数据管理、空间存取方法、GIS设计的CASE工具等是目前国际上GIS空间数据模型研究的学术前沿。3.1时空数据模型时空数据模型的核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化。这种时空变化表现为三种可能的形式，一是属性变化，其空间坐标或位置不变；二是空间坐标或位置变化，而属性不变，这里空间的坐标或位置变化既可以是单一实体的位置、方向、尺寸、形状等发生变化，也可以是两个或两个以上的空间实体之间的关系发生变化；三是空间实体或现象的坐标和属性都发生变化。当前时态GIS研究的主要问题有：表达时空变化的数据模

7、型、时空数据组织与存取方法、时空数据库的版本问题、时空数据库的质量控制、时空数据的可视化问题等。3.2三维空间数据模型国际上关于三维空间数据模型的研究大体上可分为两个方向：一是三维矢量模型，其是用一些基元及其组合去表示三维空间目标，这些基元本身是可以用简单数学解析函数描述的。二是体模型，以体元模型为代表，这种体元模型的特点是易于表达三维空间属性的非均衡变化，其缺点是所占存储空间大、处理时间长。3.3分布式空间