空间数据逻辑模型、空间数据与空间关系

GIS课程，逻辑模型：是gis描述概念模型中实体及其关系的逻辑结构。是系统抽象的中间层。逻辑数据模型的建立既要考虑用户一理解，又要考虑易于物理实现易于转换成物理数据模型。通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型。

空间数据逻辑模型与空间数据与空间关系

• 空间数据逻辑模型
  • 逻辑模型：是gis描述概念模型中实体及其关系的逻辑结构。是系统抽象的中间层。逻辑数据模型的建立既要考虑用户一理解，又要考虑易于物理实现易于转换成物理数据模型。通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型。
  • 空间数据的逻辑建模过程可以分为实体属性的逻辑建模、实体关系的逻辑建模和实体行为的逻辑建模。
    • 实体属性的逻辑建模
      • 非空间属性逻辑建模
      • 几何属性建模
      • 约束性条件建模
        • 属性还具有一定的约束性条件，通常称之为属性域。属性域可以是数值范围，也可以是一个有效值的列表。
    • 实体关系的逻辑建模：地理实体之间的关系可以定义为一般关系，空间关系和拓扑关系。一般关系主要包括一对一，一对多和多对多三种关系进行描述。
    • 实体行为逻辑建模：地理实体行为的逻辑建模主要用于定义实体本身或实体之间的交互关系和约束关系，这些行为都遵循一定的规则。
  • 逻辑数据模型的表示
    • 传统方法有层次模型，网络模型和关系模型。
    • 面向对象模型：面向对象技术的核心是对象和类。
      • 对象指含有数据和操作方法的独立模块。可以认为是数据和行为的统一体。
      • 类是具有部分系统属性和方法的一组对象的集合。是这些对象的统一抽象描述，其内部也包括属性和方法两个主要部分。
    • 面向对象技术的抽象工具
      • 分类：把具有部分相同属性和方法的实体对象进行归类抽象的过程。
      • 概括：把具有部分相同属性和方法的类进一步抽象为超类的过程。
      • 联合：把一组属于同一类中的若干具有部分相同属性的对象组合起来，形成一个新的集合对象的过程。
      • 聚集：聚集是把一组属于不同类中的若干对象组合起来。形成一个更高级别的复合对象的过程。
      • 继承：继承是一种服务于概括的语义工具。
      • 传播传播适用于联合和聚集的语义工具。它通过一种强制性的手段将子对象的属性信息传播给复杂对象。
    • 面向对象方法之宗地实例：在实际地理空间对象描述和表达中对空间实体进行概括，聚集，联合等处理可得到复杂地理对象的逻辑数据模型。
    • 物理模型是概念模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制。即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。
      • 物理数据模型是在逻辑数据模型的基础上考虑各种具体的技术实现因素。进行数据库体系结构设计，真正实现数据在数据库中的存放。
      • 常规数据的物理数据模型的内容包括确定所有的表和列，定义外键用于确定表之间的关系，基于用户的需求可能进行范式化等内容。
• 空间数据与空间关系
  • 空间数据类型
    • 几何图形数据：来源于各种类型的地图和实测几何数据，几何图形数据不仅反映空间实体的地理位置，还要反映实体间的空间关系。
    • 像素数据：主要来源于卫星遥感，航空遥感和摄影测量等。
    • 属性数据：来源于实测数据，文字报告，或地图中的各类符号说明，以及从遥感影像数据通过解释得到的信息等。
    • 元数据：对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据，如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、数据比例尺、地理空间参考基准、数据转换方法等。
  • 空间数据表示方法
    • 几何数据表示方法：几何图形数据是空间数据的常用表示方法之一。这些不同类型的数据都可抽象表示为点、线、面、体等基本的图形要素。
      • 点：点既可以是一个标识空间点状实体，也可以是标记点，或作为面域的内点用于标明该面域属性，或是线的起点、终点或交点，则称为结点
      • 线：具有相同属性点的轨迹，线的起点和终点表明了线的方向。线上各点具有相同的公共属性，并至少存在一个属性。当线连接两个结点时，也称作弧段或链。
      • 面：是线包围的有界连续的具有相同属性值的面域，或称为多边形。多边形可以嵌套，被多边形包含的多边形称为岛。
      • 体：体数据主要用于表示三维地理对象。例如三维的建筑物，三维道路等均可以通过体要素表示。
      • 在空间几何图形数据中，点是最为基本的几何图形要素。其他类型的几何图形要素都是基于点数据构建，因此基本的几类几何图形数据之间可以实现互相转换。
    • 影像数据表示方法
      • 影像数据又称之为像素数据，是另外一种表示空间数据的常用表达形式。像元数据的最小分割单元通常称之为像元。向元数据的基本特征包括像元的大小，像元空间分辨率与空间比例尺的关系、像元的取值方法等几个方面。
      • 像元大小决定了影像数据所表达对象的详细程度，像元一般是用相同宽度和高度的方格表示。像元越小，则表达越为精细。
      • 影像数据的空间分辨率是指像元大小所表示的在地面上覆盖面积的尺寸。影像的分辨率越高，像元大小越小，从而详细程度变便越高。
      • 像素单元取值是唯一的，但由于受到栅格大小的限制，栅格单元中可能会出现多个地物，可根据需要选用取像元的中心点的值。或者是从像元的整体区域取值。
  • 空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。
    • 拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相交等关系。
      • 拓扑的来源：拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性。
      • 拓扑的概念：拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变化条件下仍保持不变的性质。所谓拓扑关系是指明确定义物体之间的空间关系的一种数学方法。在gis中用来描述并确定空间的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的查询和检索。
      • 点的内置是拓扑属性，而面积不是拓扑属性，拉伸和压缩就是拓扑变换。
      • 拓扑和非拓扑属性
      • 研究地图上的拓扑的意义
        • 拓扑关系能清楚的反映实体之间的逻辑结构关系，它比集合关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
        • 有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。
        • 根据拓扑关系可以重建地理实体。
        • 总的来说有两个目的：一是保证数据质量，保证空间对象表达的合理性和正确性、一致性。第二是提高空间分析的效率。
      • 拓扑关系的特点
        • 独立于坐标系统的几何关系。
        • 不随几何实体平移，旋转，缩放而变化。
        • 拓扑关系反映了空间实体间的逻辑关系，不需要坐标、距离信息。不受比例尺限制，也不随投影关系变化。
      • 基本的拓扑要素有线段，结点，多边形和层。
      • 基本的拓扑关系
        • 拓扑邻接：指存在于空间图形同类要素之间的拓扑关系。
        • 拓扑关联：指存在于空间图形中不同类要素之间的拓扑关系。
        • 拓扑包含：面与其他元素之间的关系。
        • 拓扑连通：空间图形中弧段之间的拓扑关系。
      • 空间实体之间的拓扑关系：点线面三种类型的空间实体，它们两两之间存在着分离，相邻，重合，包含或覆盖相交五种可能的关系。
        • 点-点关系：点实体和点实体之间只存在相离和重合两种关系。
        • 点-线关系：点实体和现实体间存在着相邻相离和包含三种关系。
        • 点-面关系：点实体与面实体间存在着相邻相离和包含三种关系。
        • 线-线关系：现实体与现实体间存在着相邻、相交、相离、包含、重合关系。
        • 子主题
    • 顺序空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序。
    • 度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。
    • 对空间关系的描述是多种多样的，有定量的，也有定性的，有精确的，也有模糊的。各种空间关系的描述也绝非对立。而是具有一定联系对空间关系的描述和表达是GIS，能够进行复杂空间分析的重要原因。

空间数据逻辑模型与空间数据与空间关系

• 空间数据逻辑模型
  • 逻辑模型：是gis描述概念模型中实体及其关系的逻辑结构。是系统抽象的中间层。逻辑数据模型的建立既要考虑用户一理解，又要考虑易于物理实现易于转换成物理数据模型。通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型。
  • 空间数据的逻辑建模过程可以分为实体属性的逻辑建模、实体关系的逻辑建模和实体行为的逻辑建模。
    • 实体属性的逻辑建模
      • 非空间属性逻辑建模
      • 几何属性建模
      • 约束性条件建模
        • 属性还具有一定的约束性条件，通常称之为属性域。属性域可以是数值范围，也可以是一个有效值的列表。
    • 实体关系的逻辑建模：地理实体之间的关系可以定义为一般关系，空间关系和拓扑关系。一般关系主要包括一对一，一对多和多对多三种关系进行描述。
    • 实体行为逻辑建模：地理实体行为的逻辑建模主要用于定义实体本身或实体之间的交互关系和约束关系，这些行为都遵循一定的规则。
  • 逻辑数据模型的表示
    • 传统方法有层次模型，网络模型和关系模型。
    • 面向对象模型：面向对象技术的核心是对象和类。
      • 对象指含有数据和操作方法的独立模块。可以认为是数据和行为的统一体。
      • 类是具有部分系统属性和方法的一组对象的集合。是这些对象的统一抽象描述，其内部也包括属性和方法两个主要部分。
    • 面向对象技术的抽象工具
      • 分类：把具有部分相同属性和方法的实体对象进行归类抽象的过程。
      • 概括：把具有部分相同属性和方法的类进一步抽象为超类的过程。
      • 联合：把一组属于同一类中的若干具有部分相同属性的对象组合起来，形成一个新的集合对象的过程。
      • 聚集：聚集是把一组属于不同类中的若干对象组合起来。形成一个更高级别的复合对象的过程。
      • 继承：继承是一种服务于概括的语义工具。
      • 传播传播适用于联合和聚集的语义工具。它通过一种强制性的手段将子对象的属性信息传播给复杂对象。
    • 面向对象方法之宗地实例：在实际地理空间对象描述和表达中对空间实体进行概括，聚集，联合等处理可得到复杂地理对象的逻辑数据模型。
    • 物理模型是概念模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制。即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。
      • 物理数据模型是在逻辑数据模型的基础上考虑各种具体的技术实现因素。进行数据库体系结构设计，真正实现数据在数据库中的存放。
      • 常规数据的物理数据模型的内容包括确定所有的表和列，定义外键用于确定表之间的关系，基于用户的需求可能进行范式化等内容。
• 空间数据与空间关系
  • 空间数据类型
    • 几何图形数据：来源于各种类型的地图和实测几何数据，几何图形数据不仅反映空间实体的地理位置，还要反映实体间的空间关系。
    • 像素数据：主要来源于卫星遥感，航空遥感和摄影测量等。
    • 属性数据：来源于实测数据，文字报告，或地图中的各类符号说明，以及从遥感影像数据通过解释得到的信息等。
    • 元数据：对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据，如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、数据比例尺、地理空间参考基准、数据转换方法等。
  • 空间数据表示方法
    • 几何数据表示方法：几何图形数据是空间数据的常用表示方法之一。这些不同类型的数据都可抽象表示为点、线、面、体等基本的图形要素。
      • 点：点既可以是一个标识空间点状实体，也可以是标记点，或作为面域的内点用于标明该面域属性，或是线的起点、终点或交点，则称为结点
      • 线：具有相同属性点的轨迹，线的起点和终点表明了线的方向。线上各点具有相同的公共属性，并至少存在一个属性。当线连接两个结点时，也称作弧段或链。
      • 面：是线包围的有界连续的具有相同属性值的面域，或称为多边形。多边形可以嵌套，被多边形包含的多边形称为岛。
      • 体：体数据主要用于表示三维地理对象。例如三维的建筑物，三维道路等均可以通过体要素表示。
      • 在空间几何图形数据中，点是最为基本的几何图形要素。其他类型的几何图形要素都是基于点数据构建，因此基本的几类几何图形数据之间可以实现互相转换。
    • 影像数据表示方法
      • 影像数据又称之为像素数据，是另外一种表示空间数据的常用表达形式。像元数据的最小分割单元通常称之为像元。向元数据的基本特征包括像元的大小，像元空间分辨率与空间比例尺的关系、像元的取值方法等几个方面。
      • 像元大小决定了影像数据所表达对象的详细程度，像元一般是用相同宽度和高度的方格表示。像元越小，则表达越为精细。
      • 影像数据的空间分辨率是指像元大小所表示的在地面上覆盖面积的尺寸。影像的分辨率越高，像元大小越小，从而详细程度变便越高。
      • 像素单元取值是唯一的，但由于受到栅格大小的限制，栅格单元中可能会出现多个地物，可根据需要选用取像元的中心点的值。或者是从像元的整体区域取值。
  • 空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。
    • 拓扑空间关系：用来描述实体间的相邻、连通、包含和相交等关系。
      • 拓扑的来源：拓扑学是几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性。
      • 拓扑的概念：拓扑是研究几何对象在弯曲或拉伸等变化条件下仍保持不变的性质。所谓拓扑关系是指明确定义物体之间的空间关系的一种数学方法。在gis中用来描述并确定空间的点线面之间的关系及属性，并可实现相关的查询和检索。
      • 点的内置是拓扑属性，而面积不是拓扑属性，拉伸和压缩就是拓扑变换。
      • 拓扑和非拓扑属性
      • 研究地图上的拓扑的意义
        • 拓扑关系能清楚的反映实体之间的逻辑结构关系，它比集合关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
        • 有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。
        • 根据拓扑关系可以重建地理实体。
        • 总的来说有两个目的：一是保证数据质量，保证空间对象表达的合理性和正确性、一致性。第二是提高空间分析的效率。
      • 拓扑关系的特点
        • 独立于坐标系统的几何关系。
        • 不随几何实体平移，旋转，缩放而变化。
        • 拓扑关系反映了空间实体间的逻辑关系，不需要坐标、距离信息。不受比例尺限制，也不随投影关系变化。
      • 基本的拓扑要素有线段，结点，多边形和层。
      • 基本的拓扑关系
        • 拓扑邻接：指存在于空间图形同类要素之间的拓扑关系。
        • 拓扑关联：指存在于空间图形中不同类要素之间的拓扑关系。
        • 拓扑包含：面与其他元素之间的关系。
        • 拓扑连通：空间图形中弧段之间的拓扑关系。
      • 空间实体之间的拓扑关系：点线面三种类型的空间实体，它们两两之间存在着分离，相邻，重合，包含或覆盖相交五种可能的关系。
        • 点-点关系：点实体和点实体之间只存在相离和重合两种关系。
        • 点-线关系：点实体和现实体间存在着相邻相离和包含三种关系。
        • 点-面关系：点实体与面实体间存在着相邻相离和包含三种关系。
        • 线-线关系：现实体与现实体间存在着相邻、相交、相离、包含、重合关系。
        • 子主题
    • 顺序空间关系：用于描述实体在地理空间上的排列顺序。
    • 度量空间关系：用于描述空间实体之间的距离远近等关系。
    • 对空间关系的描述是多种多样的，有定量的，也有定性的，有精确的，也有模糊的。各种空间关系的描述也绝非对立。而是具有一定联系对空间关系的描述和表达是GIS，能够进行复杂空间分析的重要原因。