（6）知识
在具有智能化的GIS中还应有规则和知识数据
第 3 章 空间数据模型
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§3.2 空间数据概念模型
地球表面上的各种地理现象和物体错综复杂，用不同的方法或从不同的角 度对地理空间进行认知和抽象，可能产生不同的概念模型。因此，概念模 型只能体现地理空间的某一方面。
点（Point）是构成空间实体的基本元素，有两种表示方法： 矢量表示法：点没有大小； 栅格表示法：点有大小。
水系网
点( Point ) 没有大小
网络、节点、弧段 道路网
第 3 章 空间数据模型
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3.2.3 场模型
场/域模型（Field Model）把地理空间中 的现象作为连续的变量或体来看待，如： 地形高度、地表温度、土壤湿度、大气 污染程度、海水盐度等等。
点( Point ) 有大小
二维场：在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，都有一个表现某
中间层
数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
第 3 章空空间间数数据据模库型
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3.1.3 空间数据
空间实体的数字化表达：
◆ 在计算机中，现实世界是以各种数字和字符形式来表达和记录的；
◆ 点（Point）是构成空间实体的基本元素，各类空间实体的表达关键看 如何表达一个点，有两种方法： 矢量表示法：采用没有大小的点来表达基本点元素； 栅格表示法：采用有固定大小的点（像元）来表达基本点元素。
1）地理事物与现象
现实世界的地理事物与现象可划分为 5 类：
可精密观测的自然对象（如建筑物的边界） 受采样限制的自然对象（如河流的边界） 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） 不规则的人为对象（如行政区） 规则的人为对象（如栅格、立方体元）
第 3 章 空间数据模型
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3.1.1 空间实体
数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)… (x1,y1)
中国土地利用分布图（不连续面）
3.2.2 网络模型
网络（Network）是由欧式空间R2中的 若干点及它们之间相互连接的线段构成， 如：道路网、水系网、管网等。
网络由一系列节点（Node）和弧段 （Arc）所组成，在本质上，网络模型 可看作是对象模型的一个特例，由点对 象和线对象之间的拓扑关系构成，它更 侧重于对象间的连通性。
基本思路：
确定地理空间领域
建立概念模型
构成实现模型。
第 3 章 空间数据模型
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3.1.2 空间抽象
观察和认知
现实世界
概念世界 抽还 象原 世世 界界
数据世界 （计算机）
信息
地理事物与现象
选择、综合、简化和抽象
概念模型 Conceptial Model
最高层
编码、表达、建立空间关系
逻辑数据模型 Logical Data Model
§3.1 空间抽象与空间数据
§3.2 空间数据概念模型
§3.3 空间关系
§3.4 空间数据逻辑模型
第 3 章 空间数据模型
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§3.1 空间抽象与空间数据
地理空间中的这些空间事物或地理现象就代表了现实世界，GIS是如何理 解、表达现实世界的？是如何将复杂的地理事物和现象简化和抽象到计算 机中进行表示、处理和分析。
空间关系是空间实体在空间上的相互关系，包括：拓扑关系、顺序关系和度 量关系。人类对空间实体（对象）的定位通常不是通过记忆其空间坐标，而是确定
该对象与其它更熟悉的对象间的空间关系。
属性特征（非空间特征/专题特征）
是与空间实体相联系的、表征空间实体本身性质的数据或数量，通常分为定 性属性（如：名称、类型、特性等）和定量属性（如：数量、等级等）。
时间特征（时态特征）
是指空间实体随着时间的变化而变化的特性。其变化的周期有超短期的、短 期的、中期的、长期的等等 。严格地讲，空间数据总是在某一特定时间或 时段内采集得到或计算产生的。
第 3 章 空间数据模型
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3.1.3 空间数据
1）空间数据的基本特征
空间数据的基本特第性3 章（空Ja间c数k据D模an型germond，1984）
第4讲 地理空间现象的计算机表达
本章内容
地理空间（Geospace / Geographic Space）中发生着地球上最复杂的物理过程、 化学过程、生物过程和生物地球化学过程，存在着复杂的空间事物或地理现 象，它们可能是物质的，也可能是非物质的，如山脉、水系、土地类型、城 市分布、资源分布、道路网系、环境变迁等。地理空间中的这些空间事物或 地理现象就代表了现实世界。GIS是如何理解现实世界的？是如何将现实世 界简化和抽象到计算机中的？
点( Point ) 有大小
由于连续变化的空间现象难以观察，往往在有限时空范围内获取足够 高精度的样点观测值来表征场的变化。二维空间场的 6 种常用场模型：
规则分布的点
不规则分布的点
规则矩形区
不规则多边形区
第不3规章则空三间角数形据模区型
等值线
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等高线
3.2.4 概念模型的选择
点( Point ) 有没有大小？
道
湖泊
路
河 流
居民地
第 3 章 空间数据模型
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§3.2 空间数据概念模型
点( Point ) 有没有大小？
3.2.1 对象模型 3.2.2 网络模型 3.2.3 场模型 3.2.4 概念模型的选择
1. 对象模型
3. 场模型
2. 网络模型
第 3 章 空间数据模型
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3.2.1 对象模型
点( Point ) 没有大小
b. 按对象模型的林分建模
“松树”，0≤x≤7；4≤y≤7 f (x,y)= “冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4
“槐树”，3≤x≤7；0≤y≤4
c. 按场模型的林分建模
第 3 章 空间数据模型
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3.2.4 概念模型的选择
场模型通常用于具有连续空间变化趋势的现象，如海拔、温度、土 壤变化等。在遥感领域，场模型占据主导地位。
行政区划图
第 3 章 空间数据模型
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2）空间数据的类型 （2）影像数据
主要来源于卫星遥感、航空遥感和摄影测量等，包括多平台、多层面、 多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据。
钓鱼岛
第 3 章 空间数据模型
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2）空间数据的类型 （3）地形数据
来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型DEM（Grid格 式/TIN格式），或其它形式的地形数据等。
对象模型一般用于具有明确边界和独立地理现象的建模，如道路、 土地利用、城市规划等等。
对象和场可以在多种水平上共存，即在许多情况下需要采用对象模 型和场模型的集成，对象模型和场模型各有长处，应该恰当地综合 应用这两种模型对地理现象进行抽象建模。
第 3 章 空间数据模型
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§3.3 空间关系
空间关系是指空间实体之间相互作用的关系，主要有三种：
3.1.1 空间实体 3.1.2 空间抽象 3.1.3 空间数据
Need better ways to represent,
understand, manage, and communicate
real world
第 3 章 空间数据模型
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3.1.1 空间实体
GIS是人们通过对各种各样的地理现象的观 察抽象、综合取舍，编码和简化，以数据 形式存入计算机内进行操作处理的工具， 从而达到对现实世界规律进行再认识和分 析决策的目的。
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3.1.2 空间抽象
GIS作为对地理空间事物和现象进行描述、表达和分析的计算机系统，首先必
须将现实世界描述成计算机能理解和操作的数据形式。数据模型是对现实世 界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映形式世界 真实状况数据集的桥梁，是GIS的基础，即：要将空间实体抽象为数据模型。
线(line)实体
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 • 度量实体距离 数据描述方式：(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4)…
香港城市道路网分布
面(polygon)实体
• 具有长和宽的目标 • 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面
2）空间实体
GIS将各种复杂的地理事物和地理现象简化抽象为地理/空间实体 （Geographic Entity），又称为地理/空间要素（Geographic Feature）。
空间实体的一个典型特征就是与 一定的地理空间位置有关，都具 有一定的几何形态，分布状况以 及彼此之间的相互关系。
第 3 章 空间数据模型
对象模型（Object Model / Feature Model）将整个地理空间 看成一个空域，空间实体作为独 立的空间对象分布在该空域中， 按照其空间特征分为点、线、面、 体四种基本空间对象。
基本空间对象的复合可以构成复杂空间对象，对象与其他分离的对象保持特 定的空间关系，如点、线、面、体之间的拓扑关系。每个空间对象都有其特 定的许多属性。
对象模型强调地理空间中的单个地理现象（不连续的）。任何现象，不论大 小，只要能从概念上与其相邻的其他现象分离开来，都可以被确定为一个空 间对象。对象模型一般适合于具有明确边界的地理现象的抽象建模。
第 3 章 空间数据模型
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基于实体对象的描述
把信息空间分解为对象（Object）或实体（Entity）,其 特征如下
地理现象既可以采用对象模型也可以采用场模型来建模。
y
（杉
槐树
（0,0）
（3,0） （7,0）