2023/3/81地理信息系統數據集成空間數據與屬性數據的集成典型的數據模型地學關系數據模型---拓撲數據模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/3/82地學關系數據模型---拓撲數據模型典型為esri公司在1981年推出的ARC/INFO采用混合的數據模型統一定義“空間數據庫”和“管理數據庫”主要的數據結構：coverage\grid\tin\屬性表\影像image\CAD圖。2023/3/832023/3/842023/3/85多邊形:空間位置信息（lab文件）：cover#\cover-id\lab#\arc#1\arc#2…屬性數據（aat文件）：cover#\cover-id\fnode#\tnode#\lpoly#\rpoly#\length控制點：存儲于TIC文件中2023/3/862023/3/87特點：空間數據與屬性數據相結合，空間數據存放在建立空，間索引的二進制文件中，屬性數據存放在TABLE中，二者通過cover#\cover-id關聯，最大的優勢建立了空間拓撲關系。典型的數據模型地學關系數據模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/3/88超圖數據模型超圖是有限集合的子集系統，是離散數學中最一般的結構。超圖模型是建立在超圖和集合論基礎上的拓撲數據模型。超圖模型的基本數據單元有:類、對象元素、類屬性、對象元素屬性、類關系、對象關系。2023/3/89類是表示具有相同的一些性質并可能表示成相同的關系。對象元素和對象元素屬性表示類的組成、性質,在類中表示為頂點,在模型圖中用圓點表示,其中一個特殊的頂點表示類的標志屬性,其他的頂點表示類的對象元素和對象元素的屬性。2023/3/810在超圖數據模型中,屬性的概念有很大的覆蓋面,一個屬性可以是:一個單一的數值、一個n維數組、一個程序或法則(如約束條件)、一個結構,其本身又可用超圖描述。因此,屬性不但描述了對象的靜特性,而且描述其動特性,即描述定義對象或類的合法操作。2023/3/811類之間和類對象元素之間可有多種關系,這種關系可是層次性的,也可是非層次性的。超圖類之間的層次關系表示了超圖類的縱向關系,明晰地展現了面向對象模型的類繼承、聯合和聚集等。超圖模型的非層次關系則表示了空間超圖類的全方位橫向關系,這種關系是空間分析和分布式計算的基礎。2023/3/812超圖模型的特點有:利用超圖模型建立的GIS空間數據模型在提供縱向層次關系的同時,也提供了橫向非層次關系。形象化地展示了空間數據的全方位關系,這種關系是分布式GIS計算的基礎,基于這些關系的算法便于建立地理空間目標的自動綜合。地理空間對象自動綜合,通過模型和算法結合的實現要比單純通過算法的實現可行或易行,而超圖模型對空間問題提供了良好的解決這類問題的模型基礎。自然的空間關系不需要生造拓撲關系,超圖模型在提供空間現象和關系的同時,也蘊涵了空間的拓撲關系。2023/3/813面向對象的超圖空間數據模型在面向對象的空間數據模型中,GIS空間要素可被抽象為幾何對象模型地理對象模型地圖表示結構對象模型圖形計算對象模型2023/3/814幾何對象模型幾何對象模型抽取GIS空間要素的幾何特性,這些幾何對象描述了地物的形狀、空間位置關系、空間拓撲關系以及幾何度量信息,幾何對象封裝了所有的空間操作。幾何對象按類分為:節點、弧段和多邊形。2023/3/815地理對象模型地理對象用于定義和解釋幾何對象,給同一個幾何對象賦予不同的屬性,可以將同一個幾何對象解釋成不同的地物,地理對象可分為:點狀地物、線狀地物、面狀地物、復雜地物和面條地物,地理對象的空間關系由組成它們的幾何對象推導。2023/3/816地圖表示對象模型地圖表示分為物理表示結構和邏輯表示結構兩大類,物理表示結構定義為表征GIS的分布特征、物理存儲等;邏輯表示結構定義為GIS數據的專題層模型、數據格式、顯示規則和用戶界面等。2023/3/817圖形計算對象模型圖形計算對象模型定義為:GIS空間計算模式和功能、功能擴充接口、比例尺變換等。2023/3/8182023/3/819基于超圖的對象模型所表達的空間關系遠較一般的對象模型的數據抽象所表達的關系豐富。超圖模型的真正優勢一方面在于其對象特性,另一方面在于其固有的超圖特性和空間拓撲特性。2023/3/820超圖模型研究的不足：一些主要的研究成果只是停留在空間元素的劃分和簡單的空間關系構造上,對超圖空間數據模型的理論基礎——超圖的研究則很少。對超圖模型的分布特征的研究是不夠的,對如何利用超圖模型構造GIS的分布式運算;對如何利用超圖模型構造GIS空間數據庫的比例尺變換中的自動綜合等,也未深入進行研究。對基于超圖模型的GIS空間數據模型,如何利用面向對象技術進行集成等問題缺乏足夠的研究。對超圖模型中屬性數據和空間圖形對象的互為封裝問題的研究更顯不足。2023/3/821典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/3/822面向對象的數據模型面向對象的數據模型可以將物體的空間圖形數據屬性數據集成在同一對象中處理，利于將兩種數據對應起來，發現目標的幾何性質與屬性的對應關系。面向對象的數據模型提供了更豐富的表達能力，能夠更“自然”地表示客觀世界。2023/3/823四種地物點線面復雜2023/3/824四種對象零維一維二維復雜傳統數據模型把實體抽象為一系列目標定義這些目標、目標間關系以及目標的行為將空間行為模型與數據模型連接起來面向對象數據模型結構行為2023/3/825面向對象數據模型的行為模擬能力優于傳統數據模型，它將空間行為和空間數據封裝在一個對象中，并能方便提供超類與子類目標之間的知識繼承、傳播和集成，為空間目標識別和空間行為模擬提供方便。2023/3/826面向對象數據模型的四種抽象技術分類是一組具有相同屬性和行為特性的對象。每個對象是類的一個實例，而類是一組對象型的抽象。概括將若干個類按照其共有的屬性、操作和關聯抽象為一個更通用的類的過程，稱為概括。被概括的類稱為子類（subclass），概括出的類稱為超類（superclass）。2023/3/827聯合把一組屬于同一類的對象組合起來，形成一個更高級的集合對象。聚集把不同類型的對象聯合起來，形成一個更高級的集合對象。2023/3/828面向對象數據模型為廣泛使用OODB作為一個數據庫系統還不十分成熟。與傳統數據模型缺少應有的兼容性商業化程度不夠2023/3/829典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/3/830特征數據模型實體是真實世界的現象，不能被進一步細分為同一類現象特征是具有相同屬性及關系的一類實體，特征的概念包含實體集，也包含時提及的數字描述2023/3/831特征數據模型的應用領域GIS標準化研究及標準制定基于特征的GIS數據庫開發2023/3/832特征模型所依據的概念來自于地理學中的區域理論和認知心理學中的分類理論。用一個特征來表示一個地理現象是必不可少的,因為它能包含關于地理現象的信息的所有方面。在基于特征GIS中,屬性和關系直接連接在特征的標識符上,可有效地描述特征的特性。在基于特征的GIS中,特征能被聚集或聯合而形成一個復合特征,這種復合特征在通常的基于圖層的GIS中是不能有效獲得的?；谔卣鞯腉IS為復雜地理抽象產物的表示提供了一種手段。2023/3/833大部分GIS軟件主要考慮了點、線、面空間目標之間中諸如鄰接和包含等拓撲關系的編碼。然而復雜目標的非空間(非拓撲和語義)關系往往未予考慮。為尋求一個更豐富的模型來對復雜地理實體進行編碼,許多研究者把焦點集中在面向對象方法上,將其作為以整體方式體現地理特征和關系的一種可采用的方法。2023/3/834描述地理特征的對象應包括六個要素對六個要素的概括能夠增強對現實世界現象的整體表示模式。2023/3/835兩種對象類型特征對象類型描述一類地理特征的非空間特性幾何對象類型存儲關于地理特征空間位置的信息特征對象封裝幾何對象,因為幾何對象儲存特征對象的位置信息。幾何對象包含一個標識符,另外還有特征的位置與拓撲關系信息。2023/3/836基于特征數據模型中使用六種基本的幾何矢量對象,它們是點、結點、線段、鏈、環和多邊形。這六種基本幾何矢量對象之間的層次關系與傳統的基于圖層GIS模型中矢量數據的組織是一致的。在特征GIS模型中可以應用面向對象的抽象機制。這些機制提供更豐富更有表達力的概念,對于表達地理特征的層次關系是十分有用的。2023/3/837面向對象的基于特征數據模型的開發,應依據包括分類、概括、特殊化、聚集和聯合在內的五種抽象機制的組合。2023/3/838面向對象的封裝性,將用戶定義的對象類中的數據與函數封裝在一起,允許特征的整體表示。面向對象的繼承性,允許地理特征的概括和特殊化,使得特征層次的表示變得容易,用戶從而能夠根據比例尺和分辨率從這個層次提取適合的對象。面向對象的多態性允許相同的消息為合適的類調用不同的方法,這方便了對不同但相似的對象的操作。面向對象及其抽象機制使復雜對象的表示和基于特征GIS系統的實現成為可能。2023/3/839典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/3/840模型采用矢量柵格化方法,將目標的點、線、面、體等矢量基元用柵格體元的有序集合表示,用目標矢量的柵格體元的集合運算來代替對矢量數據的操作和分析,因而該模型既具有矢量和柵格數據的特點,又實現了面向對象的表示。2023/3/841矢量數據模型的優點在于它表達位置精度高以及顯式地建立目標的空間關系的能力。柵格數據模型的優點是它將整個空間劃分為規則的、有序的、大小相等的子空間(體元),將矢量數據模型表示實體的空間關系的方式與柵格數據模型對空間的劃分方式結合起來,并盡可能提高柵格劃分精度,那么所建立的數據模型將同時具有矢量和柵格數據的優點。2023/3/842基于這樣的設想,將整個三維空間劃分為規則的、大小相等的、互不重疊的2n×2n×2n個基本小立方體,將三維目標定義為點、線、面、體4種類型,每種類型的目標均由小立方體填充。點、線、面、體以一種層次結構和空間關系相互聯系,即體由面組成,面由線構成,線由點表達。2023/3/843在空間處理方面,與位置相關的疊置、布爾運算、求交、連通性分析、緩沖區分析等采用柵格方法。而地物之間的空間位置關系的計算和查詢等則采用矢量的方法,并基于它們的子空間構成和空間關系進行。2023/3/844一體化模型與柵格模型的區別柵格模型通過將目標的標識符作為柵格體元的屬性值來表示目標,屬于一種面向柵格元素的方法;而一體化模型是在地物對象中記錄地物所在的柵格元素的集合,柵格元素不必具有屬性值,屬于一種面向目標的方法。這對于疊置、求交等運算,只需通過集合操作就能實現。2023/3/845柵格模型對所有實節點(不管其屬于哪一個目標)按照其內在的空間順序進行存儲,對目標的空間索引和目標之間的關系的表達只能依賴于體元的屬性以及體元之間的相鄰和連通關系進行推理,不利于目標的空間關系分析,而一體化模型是對目標的子空間按照層次化的結構進行組織。2023/3/846一體化模型與矢量模型的不同矢量模型對子空間(點、線、面、體)的劃分是不規則的、無序的,而一體化模型則相反;矢量模型對目標只表示其端點(線)、邊界線(面)和表面,而一體化模型除此以外,還對目標內部整個空間進行填充、表達。2023/3/847空間目標分為四種基本類型點狀目標。點狀目標是一個零維空間目標,用來表示點狀地物和節點的空間位置。其空間位置由對應體元的柵格坐標確線狀目標。線狀目標是一維空間目標,它包括線狀地物、拓撲弧段和無拓撲弧段。弧段是不可分支的線段,其形狀可以是直線和折線。面狀目標。面狀目標是一個二維目標,包括無拓撲曲面、拓撲曲面和面狀地物,可用來表示三維空間的面狀地物和體狀目標的表面。體狀目標。體狀目標指任意形狀的三維空間體狀地物。2023/3/8482023/3/849矢柵一體化三維數據模型中,只需存儲目標體元一種柵格數據,目標的位置、形狀和拓撲關系等信息都可以得到描述,且目標層次簡單、清晰,實現了柵格與矢量的面向目標的一體化表示。2023/3/850面向目標的柵格矢量一體化模型將柵格數據以矢量方式進行組織,從而同時具有矢量和柵格數據模型的優點,也克服了目前普遍應用的混合模型所存在的缺點,應是未來三維空間數據模型研究的發展方向。面向對象的表示不僅有利于空間數據的計算機存儲管理,最主要的是使傳統矢量模型中對矢量數據的求交等空間操作可以用簡單的集合運算來代替,大大減小了計算的復雜度。2023/3/851三級柵格劃分策略不僅可以減少空間數據存儲單元,而且可以提高目標數據的空間查詢和操作速度。規則的空間柵格劃分需要動態地維護空間劃分的一致性,這給幾何變換等操作帶來一定的難度,有待進一步研究。2023/3/852典型的數據模型地學關系模型柵格數據模型超圖數據模型面向對象的數據模型特征數據模型面向對象的矢柵一體化三維數據模型集成化空間數據、屬性數據管理模型2023/3/8532空間數據與屬性數據的集成空間數據與屬性數據的分離存儲空間數據與屬性數據的統一存儲2023/3/854空間數據與屬性數據的分離存儲空間數據的存儲（文件系統）數據冗余度大且數據重復情況普遍缺乏數據獨立性數據缺乏集中管理安全性和完整性無法保障無法進行文件共享和網絡操作空間數據和屬性數據分離2023/3/855柵格數據的存儲（二維表優點）簡單、靈活具有嚴密的數學基礎和操作代數基礎數據間的關系具有對稱性用表格來表示現時實體間的聯系2023/3/856屬性數據與空間數據的組織空間數據與屬性數據相結合空間數據存儲在可索引的二進制文件中，利于訪問和顯示屬性數據存儲在關系表中有共同標識碼連接能夠存儲矢量要素之間的拓撲關系2023/3/857混合模型（兩個子系統）不利于空間數據的整體管理，難以保持數據的一致性GIS的開放性和互操作性受限制數據共享和并行處理無保證2023/3/858空間數據與屬性數據的統一管理關系型數據庫統一存放于管理空間數據和屬性數據（RDB）擴展式開放式統一式面向對象的數據庫管理系統（OODBMS）2023/3/859關系型數據庫統一存放于管理空間數據和屬性數據特點文件方式基于RDB的空間數據庫海量數據管理可以擅長空間、屬性數據一體化難以實現一體化一體化開放性特殊格式工業標準、開放式管理可擴充能力弱強多用戶并發難很強數據維護與更新文件多，管理難只需一個數據庫權限控制弱強2023/3/860關系型數據庫的不足對空間數據與屬性數據統一管理是不連續的對空間數據與屬性數據統一管理的實體類型少，關系簡單、固定關系型數據庫存儲的數據通常為等長記錄的原子數據關系型數據庫之操作和查詢文字