地理信息系统原理与方法- 空间数据管理.ppt

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1、地理信息系统原理与方法地理信息系统原理与方法资源与环境学院资源与环境学院 1GIS数据模型数据模型空间数据库空间数据库（或称地图数据库）是地理信息系统（或称地图数据库）是地理信息系统的重要组成部分，因为地图是地理信息系统的主的重要组成部分，因为地图是地理信息系统的主要载体。地理信息系统是一种以地图为基础，供要载体。地理信息系统是一种以地图为基础，供资源、环境、区域调查以及规划的管理和决策用资源、环境、区域调查以及规划的管理和决策用的空间信息系统。在数据获取过程中，的空间信息系统。在数据获取过程中，空间数据空间数据库用于存贮和管理地图信息；在数据处理系统中，库用于存贮和管理地图信息；在数据处理系

2、统中，它既是资料的提供者，也可以是处理结果的归宿它既是资料的提供者，也可以是处理结果的归宿处；在检索和输出过程中，它是形成绘图文件中处；在检索和输出过程中，它是形成绘图文件中或各类地理数据的数据源。或各类地理数据的数据源。2空间数据库空间数据库然而，地理与地图数据以其惊人的数据量然而，地理与地图数据以其惊人的数据量与空间相关的复杂性，使得通用的数据库与空间相关的复杂性，使得通用的数据库系统难以胜任。为此，就要用当代的系统系统难以胜任。为此，就要用当代的系统方法，在地理学、地图学原理的指导下，方法，在地理学、地图学原理的指导下，对地理环境进行科学的认识与抽象，将地对地理环境进行科学的认识与抽象，

3、将地理数据库化为计算机处理时所需的形式与理数据库化为计算机处理时所需的形式与结构，形成综合性的信息系统，为越来越结构，形成综合性的信息系统，为越来越广泛的社会部门与领域服务。广泛的社会部门与领域服务。3前言前言空间数据库是地理信息系统空间数据库是地理信息系统在计算机物理在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合数据的总合。4前言前言空间数据特征空间数据特征:1 1）空间特征）空间特征：一般需要建立空间索引。：一般需要建立空间索引。2 2）非结构化特征）非结构化特征：结构化结构化的，即满足的，即满足第一范式第一范式:每条记录每条记录定长定长，且

4、数据项，且数据项是是原子原子数据数据.而空间数据而空间数据数据项变长数据项变长，对象包含一个或多，对象包含一个或多个对象，个对象，需要嵌套需要嵌套记录。记录。3 3）空间关系特征）空间关系特征：拓扑数据拓扑数据给空间数据的给空间数据的一致性和完整一致性和完整性维护性维护增加了增加了复杂性复杂性。4 4）分类编码特征：）分类编码特征：一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。用一个属性数据表文件。5 5）海量数据特征。）海量数据特征。5前言前言空间数据库的特点空间数据库的特点1 1）数据量特别大；）数据量特别大；2

5、2）数据种类多，复杂；）数据种类多，复杂；3 3）数据应用面相当广）数据应用面相当广。在建立地理空间数据库时，在建立地理空间数据库时，一方面一方面应遵应遵循和应用通用的数据库的原理和方法；循和应用通用的数据库的原理和方法；另另一方面一方面又必须采取一些特殊的技术和方法又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。来解决其他数据库所没有的问题。6空间数据库管理系统空间数据库管理系统是指能够对物理介质上存储的地理空间数是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行据进行语义和逻辑上的定义语义和逻辑上的定义；提供必须的空间提供必须的空间数据查询、检索和存取数据查询、检索和存取功功能；能；能

6、够空间数据进行有效的能够空间数据进行有效的维护和更新维护和更新的的一一套软件系统套软件系统。7空间数据库应用系统空间数据库应用系统提供给用户访问和操作空间数据库的提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面用户界面，是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的功能的应用软件应用软件。一般需要进行二次开发。一般需要进行二次开发。8目录目录数据库的概念数据库的概念数据模型数据模型地图数据模型地图数据模型9数据库的概念数据库的概念数据库的英文数据库的英文DATA BASEDATA BASE，其意义为数据基，其意义为数据基地，即地，即统一存贮和集中管理数据的基

7、地统一存贮和集中管理数据的基地。这有些类似资料库，实际上资料库的许多这有些类似资料库，实际上资料库的许多特征都可以从数据库中找到。在资料库中，特征都可以从数据库中找到。在资料库中，各类资料都有严格的分类系统和编码表，各类资料都有严格的分类系统和编码表，并存放在规定的资料架上，为管理和查找并存放在规定的资料架上，为管理和查找资料提供了极大的方便。当资料的数据形资料提供了极大的方便。当资料的数据形式存放于计算机时，它已经失去直观性，式存放于计算机时，它已经失去直观性，更需要建立严密的分类和编码系统，实现更需要建立严密的分类和编码系统，实现数据的标准化和规范化。数据的标准化和规范化。10数据库的概念

8、数据库的概念数据库系统是运用计算机技术管理数据的数据库系统是运用计算机技术管理数据的最新成就，在这之前，计算机数据管理经最新成就，在这之前，计算机数据管理经历了文件管理方式时期，亦称为文件管理历了文件管理方式时期，亦称为文件管理系统。系统。数据库管理系统（数据库管理系统（DBMSDBMS）是在文件是在文件管理系统的基础上进一步发展的系统。管理系统的基础上进一步发展的系统。DBMSDBMS在用户应用程序和数据文件之间起到在用户应用程序和数据文件之间起到了桥梁的作用。了桥梁的作用。11数据库的概念数据库的概念注意理解与数据库有关的几个概念：注意理解与数据库有关的几个概念：1.数据库数据库是存贮在计

9、算机内的有结构的数是存贮在计算机内的有结构的数据集合据集合.2.数据库管理系统数据库管理系统是一个软件，用以维护是一个软件，用以维护数据库，接受并完成用户对数据库的一切数据库，接受并完成用户对数据库的一切操作。操作。3.数据库系统数据库系统是指由硬件设备、软件系统、是指由硬件设备、软件系统、专业领域的数据体和管理人员构成的一个专业领域的数据体和管理人员构成的一个运行系统。运行系统。12数据库的概念数据库的概念一、数据管理的文件方式一、数据管理的文件方式这种方式是把数据的存取抽象为一种模型：使用时只要给这种方式是把数据的存取抽象为一种模型：使用时只要给出文件名称、格式和存取方式等，其余的一切组织

10、与存取出文件名称、格式和存取方式等，其余的一切组织与存取过程由专用软件一文件管理系统来完成过程由专用软件一文件管理系统来完成 13数据库的概念数据库的概念文件管理系统的特点：文件管理系统的特点：（1 1）数据文件是大量数据的集合形式。每个文件包含有）数据文件是大量数据的集合形式。每个文件包含有大量的记录，每个记录包含若干个甚至多达几十个以上的大量的记录，每个记录包含若干个甚至多达几十个以上的数据项。文件和文件名面向用户并存贮在计算机的存贮设数据项。文件和文件名面向用户并存贮在计算机的存贮设备上，可以反复利用。备上，可以反复利用。（2 2）面向用户的数据文件，用户可通过它进行查询、修）面向用户的

11、数据文件，用户可通过它进行查询、修改、插入、删除等操作。改、插入、删除等操作。（3 3）数据文件与对应的程序具有一定的独立性，即程序）数据文件与对应的程序具有一定的独立性，即程序员可以不关心数据的物理存贮状态，只需考虑数据的逻辑员可以不关心数据的物理存贮状态，只需考虑数据的逻辑存贮结构，从而可以大量地节省修改和维护程序的工作量。存贮结构，从而可以大量地节省修改和维护程序的工作量。（4 4）数据文件的缺点是只能对应于一个或几个应用程序，）数据文件的缺点是只能对应于一个或几个应用程序，不能摆脱程序的依赖性。数据文件之间不能建立关系，呈不能摆脱程序的依赖性。数据文件之间不能建立关系，呈现出无结构的信

12、息集合状态，往往冗余度大，不易扩允，现出无结构的信息集合状态，往往冗余度大，不易扩允，维护和修改。维护和修改。14数据库的概念数据库的概念二、数据库系统管理数据方式二、数据库系统管理数据方式数据库管理系统（数据库管理系统（DBMSDBMS）的最大优点是提供了两者之间的）的最大优点是提供了两者之间的数据独立性数据独立性。即应用程序访问数据文件时，不必知道数据。即应用程序访问数据文件时，不必知道数据文件的物理存贮结构。（见图示逻辑数据独立性指的是当文件的物理存贮结构。（见图示逻辑数据独立性指的是当数据的整体逻辑结构改变时不必改动应用程序；物理数据数据的整体逻辑结构改变时不必改动应用程序；物理数据独

13、立性指的是当改动数据的物理布局和组织时，无论是数独立性指的是当改动数据的物理布局和组织时，无论是数据的整体逻辑结构或应用程序都可不予改动。据的整体逻辑结构或应用程序都可不予改动。15数据库的概念数据库的概念数据库管理系统的特点：数据库管理系统的特点：（1 1）数据管理方式建立在复杂的数据结构设计的）数据管理方式建立在复杂的数据结构设计的基础上，将相互关联的数据集基础上，将相互关联的数据集文件赋于某种固文件赋于某种固有的内在联系。各个相关文件可以通过公共数据有的内在联系。各个相关文件可以通过公共数据项联系起来。项联系起来。（2 2）数据库中的数据完全独立，不仅是物理状态）数据库中的数据完全独立，

14、不仅是物理状态的独立，而且是逻辑结构的独立，即程序访问的的独立，而且是逻辑结构的独立，即程序访问的数据只需提供数据项名称。数据只需提供数据项名称。（3 3）数据共享成为现实，数据库系统的并发功能）数据共享成为现实，数据库系统的并发功能保证了多个用户可以同时使用同一个数据文件，保证了多个用户可以同时使用同一个数据文件，而且数据处于安全保护状态。而且数据处于安全保护状态。（4 4）数据的完整性、有效性和相容性保证其冗余）数据的完整性、有效性和相容性保证其冗余度最小，有利于数据的快速查询和维护度最小，有利于数据的快速查询和维护 16数据模型数据模型数据结构数据结构：是指数据的是指数据的组织形式组织形

15、式，在计算机存储、管理和，在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。处理的数据逻辑结构。数据模型数据模型：是描述：是描述实体及其相互关系实体及其相互关系的数学描述，是空间的数学描述，是空间数据库建立的数据库建立的逻辑模型逻辑模型。两者之间的关系：两者之间的关系：混合的交叉关系混合的交叉关系，并不一一对应并不一一对应，世，世界多样性，确定数据模型，确保实用性，（便于模型化、界多样性，确定数据模型，确保实用性，（便于模型化、存储、检查和分析），它并不基于空间数据结构。存储、检查和分析），它并不基于空间数据结构。数据模型是对现实世界的一种抽象，分为数据模型是对现实世界的一种抽象，分为概念上、逻辑上、物

16、理上三种类型或说三概念上、逻辑上、物理上三种类型或说三个层面。而数据结构是对数据模型的一种个层面。而数据结构是对数据模型的一种实现实现17GIS数据模型数据模型一、层次模型一、层次模型二、网络模型二、网络模型三、关系模型三、关系模型四、面向对象模型四、面向对象模型传统的数据模型传统的数据模型18层次模型层次模型层次数据库模型是将数据组织成一对多（或双亲与子女）层次数据库模型是将数据组织成一对多（或双亲与子女）关系的结构，其特点为：关系的结构，其特点为：（1 1）有且仅有一个结点无双亲，这个结点即树的根；）有且仅有一个结点无双亲，这个结点即树的根；（2 2）其它结点有且仅有一个双亲）其它结点有且

17、仅有一个双亲 层次数据库结构特别适用于文献目录，土壤分类，部门机层次数据库结构特别适用于文献目录，土壤分类，部门机构等分级数据的组织。构等分级数据的组织。层次模型的优点是层次和关系清楚，检索路线明确。层次模型的优点是层次和关系清楚，检索路线明确。层次模型的缺点就是不能表示多对多的联系。层次模型的缺点就是不能表示多对多的联系。在在GISGIS中若采用这种层次模型将难以顾及公共点、线数据中若采用这种层次模型将难以顾及公共点、线数据共享和实体元素间的拓扑关系，导致数据冗余度增加，而共享和实体元素间的拓扑关系，导致数据冗余度增加，而且给拓扑查询带来困难。且给拓扑查询带来困难。19层次模型20网络模型网

18、络模型在网络模型中，各记录类型间可具有任意在网络模型中，各记录类型间可具有任意多连接多连接的联系。一个子结点可有多个父结的联系。一个子结点可有多个父结点；可有一个以上的结点无父结点；父结点；可有一个以上的结点无父结点；父结点与某个子结点记录之间可以有多种联系点与某个子结点记录之间可以有多种联系（一对多、多对一、多对多）。（一对多、多对一、多对多）。21网络模型22网络模型网络模型网络数据库结构特别适用于数据间相互网络数据库结构特别适用于数据间相互关系非常复杂的情况，除了上面说的图形关系非常复杂的情况，除了上面说的图形数据外，不同企业部门之间的生产、消耗数据外，不同企业部门之间的生产、消耗联系也

19、可以很方便地用网状结构来表示。联系也可以很方便地用网状结构来表示。网络数据库结构的缺点是：由于网络数据库结构的缺点是：由于数据间联系要通过指针表示，指针数据项数据间联系要通过指针表示，指针数据项的存在使数据量大大增加，当数据间关系的存在使数据量大大增加，当数据间关系复杂时指针部分会占大量数据库存贮空间。复杂时指针部分会占大量数据库存贮空间。另外，修改数据库中的数据，指针也必须另外，修改数据库中的数据，指针也必须随着变化。因此，网络数据库中指针的建随着变化。因此，网络数据库中指针的建立和维护可能成为相当大的额外负担。立和维护可能成为相当大的额外负担。23关系模型关系模型关系模型的基本思想是用关系

20、模型的基本思想是用二维表二维表形式表示实体及其联系。形式表示实体及其联系。二维表中的每一列对应实体的一个属性，其中给出相应的二维表中的每一列对应实体的一个属性，其中给出相应的属性值；每一行形成一个，由多种属性组成的多元组，或属性值；每一行形成一个，由多种属性组成的多元组，或称元组，与一特定实体相对应。实体间联系和各二维表间称元组，与一特定实体相对应。实体间联系和各二维表间联系采用关系描述或通过关系直接运算建立。联系采用关系描述或通过关系直接运算建立。元组（或记元组（或记录）录）是由一个或多个属性（数据项）来标识，这一个或一是由一个或多个属性（数据项）来标识，这一个或一组属性称为关键字，一个关系

21、表的关键字称为组属性称为关键字，一个关系表的关键字称为主关键字主关键字，各关键字中的属性称为各关键字中的属性称为元属性元属性。关系模型可由多张二维表。关系模型可由多张二维表形式组成，每张二维表的形式组成，每张二维表的“表头表头”称为称为关系框架关系框架，故关系，故关系模型即是若干关系框架组成的集合。如图所示的多边形地模型即是若干关系框架组成的集合。如图所示的多边形地图，可用关系表所示关系表示多边形与边界及结点之间的图，可用关系表所示关系表示多边形与边界及结点之间的关系。关系。24关系模型25关系模型关系模型关系模型中应遵循以下条件：关系模型中应遵循以下条件：（1 1）二维表中同一列的属性是相同

22、的；）二维表中同一列的属性是相同的；（2 2）赋予表中各列不同名字（属性名）；）赋予表中各列不同名字（属性名）；（3 3）二维表中各列的次序是无关紧要的；）二维表中各列的次序是无关紧要的；（4 4）没有相同内容的元组，即无重复元）没有相同内容的元组，即无重复元组；组；（5 5）元组在二维表中的次序是无关紧要）元组在二维表中的次序是无关紧要的。的。26关系模型关系模型 关系数据库结构的最大关系数据库结构的最大优点优点是它的结构特别灵是它的结构特别灵活，可满足所有布尔逻辑运算和数字运算规则形活，可满足所有布尔逻辑运算和数字运算规则形成的询问要求；关系数据还能搜索组合和比较不成的询问要求；关系数据还

23、能搜索组合和比较不同类型的数据；加入和删除数据都非常方便。同类型的数据；加入和删除数据都非常方便。关系模型用于设计地理属性数据的模型关系模型用于设计地理属性数据的模型较为适宜较为适宜。因为目前，地理要素之间的相互关系。因为目前，地理要素之间的相互关系是难以描述的，只能独立地建立多个关系表。例是难以描述的，只能独立地建立多个关系表。例如，地形关系，包含的属性有高度、坡度、坡向，如，地形关系，包含的属性有高度、坡度、坡向，其基本存贮单元可以是栅格方式或地形表面的三其基本存贮单元可以是栅格方式或地形表面的三角面。人口关系，含的属性有人的数量、男女人角面。人口关系，含的属性有人的数量、男女人口数、劳动

24、力、口数、劳动力、抚养人口数等，基本存贮单元通抚养人口数等，基本存贮单元通常是对应于某一级的行政区划单元。常是对应于某一级的行政区划单元。27面向对象模型面向对象模型面向对象面向对象的定义是指无论怎样复杂的事例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。每个对象都可以准确地由一个对象表示。每个对象都是包含了数据集和操作集的实体，即是都是包含了数据集和操作集的实体，即是说，面向对象的模型具有说，面向对象的模型具有封装性封装性的特点。的特点。1面向对象模型面向对象模型2GIS中的面向对象模型中的面向对象模型28面向对象模型面向对象模型1面向对象模型面向对象模型的几个重要概念的几个重要概

25、念对象与封装性（对象与封装性（encapsulation）分类（分类（classification）概括（概括（generalization）联合（联合（association）聚集（聚集（aggregation）29对象与封装性（对象与封装性（encapsulation）面向对象的系统中，每个概念实体都可以模型面向对象的系统中，每个概念实体都可以模型化为对象。对于多边形地图上的一个结点、一条化为对象。对于多边形地图上的一个结点、一条弧段、一条河流、一个区域或一个省都可看成对弧段、一条河流、一个区域或一个省都可看成对象。象。一个对象是由描述该对象状态的一组数据和一个对象是由描述该对象状态的一组

26、数据和表达它的行为的一组操作（方法）组成的表达它的行为的一组操作（方法）组成的。例如，。例如，河流的坐标数据描述了它的位置和形状，而河流河流的坐标数据描述了它的位置和形状，而河流的变迁则表达了它的行为。由此可见，对象是数的变迁则表达了它的行为。由此可见，对象是数据和行为的统一体。据和行为的统一体。一个对象一个对象objectobject可定义成一个三元组：可定义成一个三元组：object=object=（IDID，S S，M M）其中，其中，IDID为对象标识，为对象标识，M M为方法集，为方法集，S S为为对象的内部状态对象的内部状态，它可以直接是一属性值，也可，它可以直接是一属性值，也可以

27、是另外一组对象的集合，因而它明显地表现出以是另外一组对象的集合，因而它明显地表现出对象的递归。对象的递归。30分类（分类（classification）类是关于同类对象的集合，具有相同属性和操作类是关于同类对象的集合，具有相同属性和操作的对象组合在一起的对象组合在一起。属于同一类的所有对象共享。属于同一类的所有对象共享相同的属性项和操作方法，每个对象都是这个类相同的属性项和操作方法，每个对象都是这个类的一个实例，即每个对象可能有不同的属性值。的一个实例，即每个对象可能有不同的属性值。可以用一个三元组来建立一个类型：可以用一个三元组来建立一个类型：class=class=（CIDCID，CSCS

28、，CMCM）其中，其中，CIDCID为类标识或类型名，为类标识或类型名，CSCS为状态为状态描述部分，描述部分，CMCM为应用于该类的操作为应用于该类的操作。显然有：。显然有：S CSS CS和和M CM M CM（当（当object object classclass）31分类（分类（classification）因此，在实际的系统中，仅需对每个类型定义一因此，在实际的系统中，仅需对每个类型定义一组操作，供该类中的每个对象应用。由于每个对组操作，供该类中的每个对象应用。由于每个对象的内部状态不完全相同，所以要分别存贮每个象的内部状态不完全相同，所以要分别存贮每个对象的属性值。对象的属性值。例

29、如，一个城市的例如，一个城市的GISGIS中，包括了建筑物、中，包括了建筑物、街道、公园、电力设施等类型。而洪山路一号楼街道、公园、电力设施等类型。而洪山路一号楼则是建筑物类中的一个实例，即对象。建筑物类则是建筑物类中的一个实例，即对象。建筑物类中可能有建筑物的用途、地址、房主、建筑日期中可能有建筑物的用途、地址、房主、建筑日期等属性，并可能需要显示建筑物，更新属性数据等属性，并可能需要显示建筑物，更新属性数据等操作。每个建筑物都使用建筑物类中操作过程等操作。每个建筑物都使用建筑物类中操作过程的程序代码，代入各自的属性值操作该对象。的程序代码，代入各自的属性值操作该对象。32概括（概括（gen

30、eralization）在定义类型时，将几种类型中某些具有公在定义类型时，将几种类型中某些具有公共特征的属性和操作抽象出来，形成一种共特征的属性和操作抽象出来，形成一种更一般的更一般的超类超类。例如，将例如，将GIS中的地物抽象为点状对象、线中的地物抽象为点状对象、线状对象、面状对象以及由这三种对象组成状对象、面状对象以及由这三种对象组成的复杂对象，因而这四种类型可以作为的复杂对象，因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。中各种地物类型的超类。33概括（概括（generalization）设有两种类型设有两种类型class1=class1=（CID1CID1，CSACSA，CSBCS

31、B，CMACMA，CMBCMB）class2=class2=（CID2CID2，CSACSA，CSCCSC，CMACMA，CMBCMB）class1class1和和class2class2中都带有相同的属性子集，中都带有相同的属性子集，CSACSA和操作子集和操作子集CMACMA，并且，并且CSA CS1CSA CS1和和CSA CS2CSA CS2以及以及CMA CMA CM1 CM1和和CMA CM2CMA CM2。因而将它们抽象出来，形成一种超。因而将它们抽象出来，形成一种超类类SuperclassSuperclass=（SIDSID，CSACSA，CMACMA）这里的这里的SIDSID

32、为超类的标识号。为超类的标识号。在定义了超类以后，在定义了超类以后，class1class1和和class2class2可表为可表为class1=class1=（CID1CID1，CSBCSB，CMBCMB）class2=class2=（CID2CID2，CSCCSC，CMCCMC）此时，此时，class1class1和和class2class2称为称为SuperclassSuperclass的子类。的子类。34概括（概括（generalization）例如，建筑物是饭店的超类，因为饭店也是建例如，建筑物是饭店的超类，因为饭店也是建筑物。子类还可以进一步分类，如饭店类可以进筑物。子类还可以进一

33、步分类，如饭店类可以进一步分为小餐馆、普通旅社、宾馆、招待所等类一步分为小餐馆、普通旅社、宾馆、招待所等类型。所以，一个类可能是某个或某几个超类的子型。所以，一个类可能是某个或某几个超类的子类，同时又可能是几个子类的超类。类，同时又可能是几个子类的超类。建立超类实际上是一种概括，避免了说明和存建立超类实际上是一种概括，避免了说明和存贮上的大量冗余。贮上的大量冗余。由于超类和子类的分开表示，所以就需要一种由于超类和子类的分开表示，所以就需要一种机制，在获取子类对象的状态和操作时，能自动机制，在获取子类对象的状态和操作时，能自动得到它的超类的状态和操作。这就是面向对象方得到它的超类的状态和操作。这

34、就是面向对象方法中的模型工具法中的模型工具继承继承，它提供了对世界简明而，它提供了对世界简明而精确的描述，以利于共享说明和应用的实现。精确的描述，以利于共享说明和应用的实现。35联合（联合（association）在定义对象时，将同一类对象中的几个具有相同属性值在定义对象时，将同一类对象中的几个具有相同属性值的对象组合起来，为了避免重复，设立一个更高水平的对的对象组合起来，为了避免重复，设立一个更高水平的对象表示那些相同的属性值。象表示那些相同的属性值。假设有两个对象假设有两个对象object1=object1=（ID1ID1，SASA，SBSB，M M）object1=object1=（ID

35、2ID2，SASA，SCSC，M M）其中，这两个对象具有一部分相同的属性值，可其中，这两个对象具有一部分相同的属性值，可设立新对象设立新对象objectobject包含包含object1object1和和object2object2，object3=object3=（ID3ID3，SASA，object1object1，object2object2，M M）此时，此时，object1object1和和object2object2可变为可变为object1=object1=（ID1ID1，SBSB，M M）object2=object2=（ID2ID2，SCSC，M M）object1obje

36、ct1和和object2object2称为称为“分子对象分子对象”，它们的联，它们的联合所得到的对象为合所得到的对象为“组合对象组合对象”。联合的一个特征是它的联合的一个特征是它的分子对象应属于一个类型。分子对象应属于一个类型。36聚集（聚集（aggregation）聚集是将几个不同特征的对象组合成一个更高水平的对象聚集是将几个不同特征的对象组合成一个更高水平的对象。每个不同特征的对象是该复合对象的一部分，它们有自己每个不同特征的对象是该复合对象的一部分，它们有自己的属性描述数据和操作，这些是不能为复合对象所公用的，的属性描述数据和操作，这些是不能为复合对象所公用的，但复合对象可以从它们那里但

37、复合对象可以从它们那里派生派生得到一些信息。得到一些信息。例如，弧段聚集成线状地物或面状地物，简单地例如，弧段聚集成线状地物或面状地物，简单地物组成复杂地物。物组成复杂地物。例如，设有两种不同特征的分子对象例如，设有两种不同特征的分子对象object1=object1=（ID1ID1，S1S1，M1M1）object2=object2=（ID2ID2，S2S2，M2M2）用它们组成一个新的复合对象用它们组成一个新的复合对象object3=object3=（ID3ID3，S3S3，Object1Object1（SuSu），），Object2Object2（SvSv）M3M3）其中其中Su S1S

38、u S1，SvSv S2 S2，从式中可见，从式中可见，复合对复合对象象object3object3拥有自己的属性值和操作，它仅是从分子对象拥有自己的属性值和操作，它仅是从分子对象中提取部分属性值，且一般不继承子对象的操作中提取部分属性值，且一般不继承子对象的操作 37聚集（聚集（aggregation）聚集是一种聚集是一种“整体部分整体部分”关系。在这种关系。在这种关系中，有整体类和部分类之分。聚集最关系中，有整体类和部分类之分。聚集最重要的性质是重要的性质是传递性传递性，也具有逆对称性，也具有逆对称性聚集关系聚集关系38聚集（聚集（aggregation）在联合和聚集这两种对象中，是用在联

39、合和聚集这两种对象中，是用“传播传播”作为传递子对象的属性到复杂对象的工作为传递子对象的属性到复杂对象的工具。即是说，具。即是说，复杂对象的某些属性值不单复杂对象的某些属性值不单独存于数据库中，而是从它的子对象中提独存于数据库中，而是从它的子对象中提取或派生。取或派生。例如，一个多边形的位置坐标数据，并例如，一个多边形的位置坐标数据，并不直接存于多边形文件中，而是存于弧段不直接存于多边形文件中，而是存于弧段和结点文件中，多边形文件仅提供一种组和结点文件中，多边形文件仅提供一种组合对象的功能和机制，通过建立聚集对象，合对象的功能和机制，通过建立聚集对象，借助于传播的工具可以得到多边形的位置借助于

40、传播的工具可以得到多边形的位置信息。信息。39面向对象模型面向对象模型2GIS中的面向对象模型中的面向对象模型空间地物的几何数据模型空间地物的几何数据模型拓扑关系与面向对象模型拓扑关系与面向对象模型面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型40空间地物的几何数据模型空间地物的几何数据模型从几何方面划分从几何方面划分GIS的各种地物可抽象为：的各种地物可抽象为：点状地物、线状地物、面状地物以及由它点状地物、线状地物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物。每一种几何地物们混合组成的复杂地物。每一种几何地物又可能由一些更简单的几何图形元素构成。又可能由一些更简单的几何图形元素构成。一个面状地物是由

41、边界弧段和中间面域一个面状地物是由边界弧段和中间面域组成，弧段又涉及到节点和中间点坐标。组成，弧段又涉及到节点和中间点坐标。或者说，节点的坐标或者说，节点的坐标传播传播给弧段，弧段给弧段，弧段聚聚集集成线状地物或面状地物，简单地物成线状地物或面状地物，简单地物聚集聚集或联合或联合组成复杂地物。组成复杂地物。41空间地物的几何数据模型空间地物的几何数据模型空间地物空间地物复杂地物复杂地物简单地简单地物物面域面域弧段弧段节点节点面状地物面状地物线状地物线状地物点状地物点状地物42拓扑关系与面向对象模型拓扑关系与面向对象模型 通常地物之间的相邻和关联关系可通过公共通常地物之间的相邻和关联关系可通过公

42、共结点、公共弧段的数据共享来隐含表达。在面向结点、公共弧段的数据共享来隐含表达。在面向对象数据模型中，数据共享是其重要的特征。将对象数据模型中，数据共享是其重要的特征。将每条弧段的两个端点（通常它们与另外的弧段公每条弧段的两个端点（通常它们与另外的弧段公用）抽象出来，建立一个单独的结点对象类型，用）抽象出来，建立一个单独的结点对象类型，而在弧段的数据文件中，设立两个结点子对象标而在弧段的数据文件中，设立两个结点子对象标识号，即用识号，即用“传播传播”的工具提取结点文件的信息，的工具提取结点文件的信息，如图所示。如图所示。这一模型既解决了这一模型既解决了数据共享数据共享问题，又建问题，又建立了弧

43、段与结点的立了弧段与结点的拓扑关系拓扑关系。同样，面状地物对。同样，面状地物对弧段的聚集方式与数据共享，几何拓扑关系的建弧段的聚集方式与数据共享，几何拓扑关系的建立亦达到一致。立亦达到一致。43拓扑关系与面向对象模型拓扑关系与面向对象模型44面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型 关系数据模型和关系数据库管理系统基关系数据模型和关系数据库管理系统基本上适应于本上适应于GISGIS中属性数据的表达与管理。中属性数据的表达与管理。若采用面向对象数据模型，若采用面向对象数据模型，语义将更加丰语义将更加丰富，层次关系也更明了富，层次关系也更明了。可以说，面向对。可以说，面向对象数据模型是在包含关

44、系数据库管理系统象数据模型是在包含关系数据库管理系统的功能基础上，增加面向对象数据模型的的功能基础上，增加面向对象数据模型的封装、继承、信息传播封装、继承、信息传播等功能。等功能。如图所示，是一土地利用管理如图所示，是一土地利用管理GISGIS中面向中面向对象的属性数据模型。对象的属性数据模型。45面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型46面向对象地理数据模型特点面向对象地理数据模型特点1.充分利用现有数据模型的优点充分利用现有数据模型的优点2.可扩充性可扩充性3.模拟和操纵复杂对象模拟和操纵复杂对象47地图数据模型总论地图数据模型总论地图数据是一个基于空间参考的数据，它地图数据是一个基

45、于空间参考的数据，它以定点、定线或定面的方式与地球表面建以定点、定线或定面的方式与地球表面建立位置关系立位置关系。图象数据如遥感数据；图形。图象数据如遥感数据；图形数据如普通地图、专题地图等；地理统计数据如普通地图、专题地图等；地理统计数据以及环境监测数据等，均是地图数据数据以及环境监测数据等，均是地图数据的重要代表。的重要代表。48地图数据的基本组成地图数据的基本组成地图数据主要包括三个信息范畴：地图数据主要包括三个信息范畴：空间数据空间数据非空间数据非空间数据时间因素时间因素49空间数据空间数据空间数据的主要内容包括：空间数据的主要内容包括：（1 1）空间定位）空间定位能确定在什么地方有什

46、么事物或发生什能确定在什么地方有什么事物或发生什么事情；么事情；（2 2）空间量度）空间量度能计算诸如物体的长度、面积、物体之能计算诸如物体的长度、面积、物体之间的距离和相对方位等；间的距离和相对方位等；（3 3）空间结构）空间结构能获得物体之间的相互关系；能获得物体之间的相互关系；（4 4）空间聚合）空间聚合空间数据与各种专题信息相结合，实现空间数据与各种专题信息相结合，实现多介质的图、数和文字信息的集成处理，为应用部门、区多介质的图、数和文字信息的集成处理，为应用部门、区域规划和决策部门提供综合性的依据。域规划和决策部门提供综合性的依据。50非空间数据非空间数据非空间数据（又叫非图形数据）

47、主要包括非空间数据（又叫非图形数据）主要包括 （1 1）专题属性数据）专题属性数据对地理物体进行语义定义，对地理物体进行语义定义，表明该物体是什么；表明该物体是什么；（2 2）质量描述数据）质量描述数据包含一些补充性的质量、数包含一些补充性的质量、数量、等级等描述信息量、等级等描述信息51时间因素时间因素地理要素的空间与规律是地理信息系统的中心研地理要素的空间与规律是地理信息系统的中心研究内容，但是空间和时间是客观事物存在的形式，究内容，但是空间和时间是客观事物存在的形式，两者之间是互相联系，而不能分割的。因此，往两者之间是互相联系，而不能分割的。因此，往往要分析地理要素的时序变化，阐明地理现

48、象的往要分析地理要素的时序变化，阐明地理现象的过程和规律。过程和规律。时间因素为地理信息增加了动态性时间因素为地理信息增加了动态性质，地理信息的这种动态变化特征，一方面要求质，地理信息的这种动态变化特征，一方面要求信息及时获取并定期更新，另一方面要重视自然信息及时获取并定期更新，另一方面要重视自然历史过程的积累和对未来的预测和预报历史过程的积累和对未来的预测和预报，以免使，以免使用过时的信息导致决策的失误，或者缺乏可靠的用过时的信息导致决策的失误，或者缺乏可靠的动态数据而不能对变化中的地理事件或现象作出动态数据而不能对变化中的地理事件或现象作出合乎逻辑的预测预报和科学论证。合乎逻辑的预测预报和

49、科学论证。52图形数据与专题属性数据的连接图形数据与专题属性数据的连接在空间数据库系统中，图形数据与专题属性数据在空间数据库系统中，图形数据与专题属性数据一般采用分离组织存贮的方法存贮，以增强整个一般采用分离组织存贮的方法存贮，以增强整个系统数据处理的灵活性，尽可能减少不必要的机系统数据处理的灵活性，尽可能减少不必要的机时与空间上的开销。然而，时与空间上的开销。然而，GIS中的空间分析又中的空间分析又离不了图形数据和属性数据的联合分析。因此，离不了图形数据和属性数据的联合分析。因此，图形数据与专题属性数据的连接也是很重要的。图形数据与专题属性数据的连接也是很重要的。图形数据与专题属性数据的连接

50、基本上有四种方图形数据与专题属性数据的连接基本上有四种方式：式：图形数据与专题属性数据分别管理图形数据与专题属性数据分别管理对通用对通用DBMS扩展以增加空间数据的管理能力扩展以增加空间数据的管理能力属性数据与图形数据具有统一的结构属性数据与图形数据具有统一的结构图形数据与属性数据自成体系图形数据与属性数据自成体系53图形数据与专题属性数据的连接基本方式图形数据与专题属性数据的连接基本方式54图形数据与专题属性数据分别管理图形数据与专题属性数据分别管理这种方式没有集中控制的数据库管理系统，它有这种方式没有集中控制的数据库管理系统，它有两种管理形式：两种管理形式：（1）属性数据是作为图形数据记录