简述浅谈地理信息系统中空间数据模型站

论文导读：行了层次划分；比较了不同层次下的空间数据模型的特点，并展望了空间数据模型的发展方向。关键词：地理信息系统空间数据模型模型层次地理信息系统（GIS）从诞生以来一直是信息科学中研究与发展最活跃部分，它在空间信息的采集、建模、数据组织、可视化表示和分析等方面取得了大量的研究成果，其中空间信息的
摘要：介绍了GIS空间数据库中几种常见的空间数据模型，并对各自的特点进行了分析和比较；对空间数据模型进行了层次划分；比较了不同层次下的空间数据模型的特点，并展望了空间数据模型的发展方向。
关键词：地理信息系统空间数据模型模型层次

地理信息系统（GIS）从诞生以来一直是信息科学中研究与发展最活跃部分，它在空间信息的采集、建模、数据组织、可视化表示和分析等方面取得了大量的研究成果，其中空间信息的数据组织和管理是 GIS研究的核心问题。空间数据类型繁多、异常复杂，组织的好坏和检索的效率是衡量一种空间数据应用系统成败的关键，对空间数据的处理及空间数据模型的研究是GIS 区别于其他系统的特点之一。
1 空间数据模型
数据模型是对现实世界中的数据和信息的抽象、表示和模拟。 空间数据模型就是寻求一种描述地理实体的有效的数据表示方法， 根据应用要求建立实体的数据结构和实体之间的关系以便于应用。目前，在 GIS研究领域中，已提出的空间数据模型有栅格模型、矢量模型、栅格-矢量一体化模型和面向对象的模型等。

1.1 栅格数据模型

栅格数据模型是最简单、最直观的一种空间数据模型，它将地面划分为均匀的网格，每个网格单元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。在地理信息系统中，扫描数字化数据、遥感数据和数字地面高程数据 （DTM）等都属于栅格数据。 由于栅格结构中的行列阵的形式很容易为计算机存储、操作和显示，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎。 在栅格结构中，每一地块与一个栅格像元对应。 不难看出，栅格数据是二维表面上地理数据的离散量化值， 而每一个像元大小与它所代表的实地地块大小之比就是栅格数据的比例尺。
栅格数据模型的显著特点是地图输出快， 数据结构比较简单，便于面状数据的处理，可以快速获取大量的数据，数学模拟方便，多种地图叠置分析方便，进行空间分析比较容易，容易描述边界复杂和模糊的地物，特别适合FORTRAN，BASIC等高级语言作文件和矩阵处理， 这也是栅格结构易被多数地理信息系统接受的原因之一。它的缺点是数据存储量大、空间位置的精度低、难于建立网络连接关系、绘图比较粗糙。

1.2 矢量数据模型

矢量模型是用构成现实世界空间目标的边界来表达空间实体，其边界可以划分为点、线、面等几种类型，空间位置用采样点的空间坐标表达，空间实体的集合属性，如线的长度、区域间的距离等，均通过点的空间坐标来计算。 根据空间坐标数据的组织与存储方式的不同，可以划分为拓扑数据模型和非拓扑数据模型（例如面条模型）。
拓扑模型是将实体间的某些拓扑关系和点、线、多边形直接存贮在表中，没有数据冗余。 通过这些表，可以方便地判断线状实体的连通关系和面状实体的邻接关系。 该模型在空间数据的组织、 拓扑空间关系的表达、 数据模型的拓扑一致性检验及图形恢复等方面具有较强的能力， 因此被广泛应用于 GIS 软件， 如Arc/Infor等。 但是采用该方法构建新的拓扑空间关系时，所用的时间量大。
在非拓扑数据模型如面条模型中，地物用一系列坐标串表示， 这种表示记录了空间实体的形状信息，但没有考虑空间实体间的邻域关系，相邻多边形的公共边被重复存储，其拓扑关系信息必须在数据文件中通过搜索所有实体的信息， 并经过大量计算才能得出，因此难以有效地进行空间分析，但比较适用于制图系统。
矢量模型的突出优点是能完全显示和表达点、线、面的空间位置及它们之间的所有关联关系建立拓扑结构，从而提高空间网络分析的能力，空间位置和输出图形的精度高、 数据存储量小、容易定义和操作单个目标，能方便地实行坐标变换、距离计算等。 缺点是缺乏与遥感及数字地面模型（DEM）直接结合的能力，边界复杂和模糊的事物难以描述，数据结构比较复杂，难于处理多种地图的叠置分析操作。

1.3 矢量-栅格一体化数据模型

从几何意义上说，空间目标通常有三种表达方式：（1）基本参数表达。一个集合目标可由一组固定参数表示，如长方形由长和宽两参数描述；（2）元件空间填充表达。 一个几何目标可以认为是由各种不同形状和大小的简单元件组合而成， 例如一栋房子可以由一个长方形的方体和四面体的房顶组成；（3）边界表达。一个目标由几种基本论文导读：
的边界元素即点、线、面组成。矢量数据结构和栅格数据结构各有优缺点， 矢量-栅格一体化数据模型具有矢量和栅格两种结构的优点。
在基于矢量的GIS系统中， 使用的是边界表达方法。 这种矢量结构用一组取样点坐标表达一条弧线段或一个多边形， 这是人们使用地图引申出来的习惯概念，用这种数据结构，人们可以方便的得到长度、面积等。在基于栅格的GIS系统中，人们已经用元件空间充填表达面状地物。对于线状地物，以往人们仅使用矢量方法表示。事实上，如果采用元件空间充填表达方法表示线性目标，就可以将矢量和栅格的概念统一起来，进而形成成矢量-栅格一体化的数据结构。
设在对一个线性目标数字化采样时， 恰好在所经过的栅格内部获得了取样点，这样的取样数据，具有矢量栅格双重性质。一方面，它保留了矢量数据的全部特性， 源于：论文提纲格式范文www.7ctime.com
一个目标跟随了所有的位置信息并能建立拓扑关系；另一方面，它建立了路径栅格与地物的关系，即路径上的任意一点都与目标直接建立了联系。这样，每个线性目标除记录原始取样点外，还记录所通过的栅格，每个面状地物除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面状栅格。无论是点状地物、线性地物、面状地物，均采用面向目标的描述方法，即直接跟随位置描述信息并进行拓扑关系说明，因此它完全保持矢量的特性，而元件空间填充表达建立了位置与地物的关系， 使其具有栅格的性质。 这样的数据结构就是矢量-栅格一体化的数据结构，基本上具有两种数据模型的优点。

1.4 面向对象的数据模型

面向对象的方法起源于面向对象的编程语言。他以对象为最基本的元素来分析问题、解决问题。 客观世界由许多具体的事物、抽象的概念、规则等组成的，可以将任何感兴趣的事物、概念都统称为“对象”， 面向对象方法的基本出发点就是尽可能按照人们认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。计算机实现的对象与真实世界具有一对一的对应关系，不需作任何转换，这样使面向对象方法更易于为人们所理解、接受和掌握。 所以，面向对象方法有着广泛的应用前景。
面向对象的定义是指无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个对象表示，这个对象是一个包含了数据集和操作集的实体。除数据与操作的封装性以外，面向对象数据模型还涉及到四个抽象概念：分类、概括、聚集、关联、以及继承和传播两个语义模型工具。一些学者在这一领域开展了多方面的研究，利用面向对象的技术，即把 GIS 要处理的地理目标，抽象为不同的对象，建立各类对象的联系图，并将各类对象的属性与操作封装在一起。 一般是将地理空间目标抽象为结点、弧段上的内点、弧段、点状地物、线状地物、面状地物、复杂地物、无拓扑关系的面状地物、地物类、专题层、工作区、工程等一系列对象。利用面向对象的数据模型可完成三维空间数据模型、时态空间数据模型等的初步定义和实现基于 Internet结构的分布式空间数据模型。