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（邬伦）
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建模及模型的形式化表达发生在不同的抽象层次上。
1. 数据模型的建立应尽可能自然的反映现实世界 和接近人对现实世界的观察和理解，也就是数 据模型要面向现实世界，面向用户。 2. 但从实现角度来看，数据模型应接近数据在计 算机中的物理表示，以便于实现，减少开销， 也就是数据模型还应在一定程度上面向实现、 面向计算机。 3. 这两方面的要求显然是矛盾的。为了解决这个 矛盾，针对不同的使用对象和应用目的，由高 级到低级采用多级数据模型。
物及其相互联系就处在这个世界 之中。
现实世界
认知
概念世界
建模
•概念世界：现实世界在 人们头脑中的反映。客观
事物在概念世界中称为实体，反 映事物联系的是实体模型。
数据世界
•数据世界：概念世界中 的信息的数据化，现实世界
中的事物及联系在这里用数据模 型描述。
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图2.1 空间实体的抽象过程
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2.2 空间实体的基本概念

空间实体指具有确定的位置和形态特征并 具有地理意义的地理空间物体。
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地理空间实体的四个特征



空间特征 表示地理空间实体在一定的坐标参考系中 的空间位置或几何定位，通常用地理坐标 系、平面直角坐标系来表示。 也称为几何特征，包括空间实体的位置、 大小、形状、分布状况等。
据 系 和 据
实例化/ 建库
物理数据模型
遵守 遵守
(空间)数据库 客观世界的计算机化表达过程和各种模型
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空间数据建模过程分为三步：首先，研究数据模型来对 现实世界的数据进行组织；然后，研究数据结构来表达 该数据模型；最后，研究适合于记录该数据结构的存储 结构（如文件格式）。 传统数据建模的基本任务是，针对所研究的空间现象或 问题，描述GIS的空间数据组织，设计GIS空间数据库 模式，这包含定义空间实体及其相互关系，确定数据实 体或目标及其关系，设计在计算机中的物理组织、存储 路径和数据库结构等。这项工作是以空间数据模型的理 论为指导的。



模型：模型是现实世界特征的模拟和抽象。

数据模型也是一种模型，它是现实世界数据特征的抽 象。 数据模型是以一定方式组织起来的，有足够的抽象性 和概括性的，对客观事物及其联系的描述。这种描述 包括数据内容的描述和各类实体数据之间联系的描述。 根据一定的方案建立的数据逻辑组织方式叫数据模型。
（邬伦43页）
•

便于一些特性的早期分析，如查询能力，冗余， 一致性，存储空间要求等。 Examples: • GIS把空间数据集组织成层的集合 • 数据库把数据集组织成表的集合
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为什么要用数据模型?

利用数据模型便于
一些特性的早期分析，如存储费用、查询能 力... 在多个应用中共享数据的再使用 跨组织的数据交换 向新软件或环境进行数据转换 深入理解地理数据模型和地理数据表达方式对于 正确设计和使用GIS非常关键。 理解地理数据模型概念是了解如何定义和采集地 理信息的核心，这对于正确地解释地理信息分析 的结果也很关键。
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2.3.1

数据建模



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把客观世界中受关注的事物和现象用数据 描述出来，是一个建模过程。 数据建模是指把现实世界的数据组织为有 用且能反映真实信息的数据集的过程。 GIS数据建模是将现实世界的地理信息转 换成便于计算机存储、管理的地理数据， 并且使这些地理数据能真实、客观反映现 实世界中地理实体或现象，以及它们之间 的相互关系和分布特征的过程。 把数据按模型组织起来的过程。


数据模型是计算机中用于描述和表现现实世界 中感兴趣的某个方面的一组结构集合。
(Longley)
它是连接现实世界和计算机世界的桥梁，是现实世界 的模拟。
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数据模型的概念理解

What is Data Model? • 数据集的特殊结构或模式 • 数据的文本描述
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下图说明了空间表达中模型的层次和建模 过程，及其对应的形式化了的数据世界。
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现实世界
认识
人和 概念 世界
概念化/ 概念设计
高度抽象
遵照
概念模型
概念模式
支持
形式转化/ 逻辑设计
遵照
Байду номын сангаас
数据模型
人机 接口
数据模式
实现
数 库 统 数 世 界
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属性特征：是与地理空间实体相联系的、 具有地理意义的数据或变量。属性通常 分定性和定量两种，定性属性包括名称、 类型、特征等；定量属性包括数量、等 级等。 时态特征：指地理实体随时间而变化的 特征。地理空间实体的位置属性和属性 相对于时间来说，常常呈现相互独立的 变化。
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Example- Y2K crisis for year 2000（千年虫问题）

上世纪60年代和70年代，开发的许多计算机软件系统都 没有很好的定义数据模型。这些系统使用各种各样的数据 模型来表达时间和日期。其中一些表达方法使用两位来表 达年。到了上世纪90年代后期，有人开始担心两位表达 可能导致错误行为。例如1960年生的人的年纪在2000可 能显示为负数，可能被标记为非法数据项。大量的努力和 资源（几千亿美元）花在了这种软件的修改。 合理的使用数据模型可以很大程度的减少这种开销。如果 时间和日期在软件中建模为抽象数据类型，只需对执行日 期抽象数据类型的一小部分软件进行检查和修改。
第2章 空间数据表达与数据模型(1)
空间数据库课程
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2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
现实世界认知过程 空间实体的基本概念 从现实世界到模型世界 空间信息模型－场模型和对象模型 栅格和矢量数据的组织
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2.1 现实世界认知过程
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作 业

注意区分: 数据模型和数据结构 空间数据模型和空间数据结构 数据模型和数据模式 请举例说明
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2.3.3

GIS数据模型分类
空间数据模型是关于现实世界中空间实体 及其相互联系的概念，它为描述空间数据 的组织和设计空间数据库模式提供基本方 法。




对事物的认识是一个从感性认识到理性认 识的抽象过程。 人们通过对地理现象的观察、抽象、综合 取舍，得到空间实体， 然后对空间实体进行定义、编码结构化和 模型化，以数据形式存入计算机。 这种转换经历了3个阶段：
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•现实世界：存在于人们 头脑之外的客观世界，事
•特殊应用领域, 如. 空间数据模型
•开发地理信息科学中的概念集 •适于不同GIS应用的共同的空间ADTs •研究计划 •首先研究空间模型的概念 •然后研究通用模型 •最后把两者合起来
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采用空间数据模型的做法是从数据建模所 涉及的空间领域本质的概念的角度来说明 的。传统的数据建模方法是从数据库设计 的角度来说明的。最终目标是“调和”这 两个概念体系。(《Spatial Databases》P41) 注意区别：空间数据模型指的是空间数据 从源域到目标域的映射方式，而传统数据 模型（如关系模型）指的是映射到目标域 的数据以那种结构进行组织。（教材第9页）
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数据模型的要素


一般地讲，数据模型是严格定义的一组概念的集合， 它是数据库系统的核心和基础，通常由数据结构、数 据操作和完整性约束三部分组成。 数据结构：静态属性，是所研究的对象类型的集合。 这些对象是数据库的组成成分，它们包括两类，一类 是与数据类型、内容、性质有关的对象；一类是与数 据之间联系有关的对象。
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从地理现象到空间实体的抽象是不可逆过程，同一个地 理现象，它根据不同的抽象尺度、实际应用和视点被抽 象为不同的空间实体。
理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全 国地图上由于比例尺很小，长沙就是一个点，这个点不能再分割， 可以把长沙定为一个空间实体，而在大比例尺的长沙市地图上，长 沙的许多房屋，街道都要表达出来，所以长沙必须再分割，不能作 为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可 见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。

数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。在数据库 中通常按照数据结构的类型来命名数据模型。


数据操作：动态特性，各种对象（型、实例值）允许 执行的操作的集合。包括操作及有关的操作规则。 数据约束条件：是一组完整性规则的集合。完整性规 则是给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依 存规则。
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实体的空间特征
（一）空间维数：有0，1，2，3 维之分，点、线、面、体。 1、点状实体