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一般而言，GIS空间数据模型由概念数据模型、 逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系的层次所组成。
1.G1S空间概念数据模型
由于专业不同，人们所关心的问鹿、研究的对象、 期望的结果等方面存在着差异，因而对现实世界的 描述和抽象也不同,这就形成了不同的用户视图， 称之为外模式。GIS空间数据模型的概念模型是考虑 用户需求的共性,是用统一的语言描述和综合、集成各 用户视图。目前，广为采用的数据模型是基于平面图的 矢量数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。
2.空间逻辑数据模型
逻辑数据模型是根据概念数据模型确定的空间数据库 信息内容（空间实体及相互关系），具体地表达数据项、 记录等之间的关系，因而可以有若干不同的实现方法。 一般来说，可将空间逻辑数据模型分为采用结构化模型和 面向操作的模型两大类。
（1）结构化逻辑数据模型
结构化模型是显式表达数据实体之间关系的树型结构。 其中的层次数据模型是按树型结构组织数据记录，以反 映数据之间的隶属或层次关系。网络数据模型是层次数据 模型的一种广义形式，是若干层次结构的并，其优点是能 反映现实世界中极为常见的多对多的联系，缺点是复杂。 一般而言，结构化模型能直接地反映现实世界中空间实体之间的联系。
（2）面向操作的逻辑数据模型
关系数据模型是用二维表格表达数据实体之间的关系， 用关系操作提取或査询数据实体之间的关系，因此称之 为面向操作的逻辑数据模型。其优点是灵活简单，缺点是 在表示复杂关系时比其他数据模型困难；当数据构成多层 联系时，存储空间利用效率较低。当前的一种发展趋势是 将两者的优点集中起来，形成新的或改进的逻辑数据模型， 如扩展的网络模型。
3.物理数据模型
逻辑数据模型并不涉及最底层的物理实现细节，但计算机 处理的是二进制数据,必须将逻辑数据模型转换为物理数据 模型，即要设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据 库总体存储结构等。
（1）物理表示与组织
层次逻辑数据模型的物理表示方法主要有物理邻接法、 表结构法、目录法。网络数据模型的物理表示方法主要 有变长指针表、位图法、目录法等。关系数据模型的物理 表示是用关系表进行的。物理组织主要是考虑如何在外存 储器上以最优的形式存放数据，通常要考虑操作效率、 响应时间、空间利用和总的开销。
（2）空间数据存取
数据库的“存"是指从内存写一块到外存取”指从外存写 一段到内存。常用的存取方法有：