GIS原理:空间认知三层模型

GIS原理:空间认知三层模型


发布日期: 1970-01-01 更新日期: 2015-01-29 编辑:giser 浏览次数: 5755

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摘要: 地理信息系统是以数字形式表达的现实世界,是对特定地理环境的抽象和综合性表达。在现实世界与数字世界转换过程中,数据模型起着极其重要的作用。对现实世界进行抽象和综合后,首先必须选择一数据模型来对其进行数据组织,然后选择相应的数据结构和相应的存储结构,将现实世界对应...

地理信息系统是以数字形式表达的现实世界,是对特定地理环境的抽象和综合性表达。在现实世界与数字世界转换过程中,数据模型起着极其重要的作用。对现实世界进行抽象和综合后,首先必须选择一数据模型来对其进行数据组织,然后选择相应的数据结构和相应的存储结构,将现实世界对应的信息映射为实际存储的比特数据。

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不同的层次组成。其中概念数据模型是关于实体和实体间联系的抽象概念集,逻辑数据模型表达概念模型中数据实体(或记录)及其间关系,而物理数据模型则描述数据在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构。

空间概念数据模型

概念数据模型是人们对客观事实或现象的一种认识,有时也称为语义数据模型。不同的人,由于在所关心的问题、研究对象、期望的结果等方面存在着差异,对同一客观现象的抽象和描述会形成不同的用户视图,称为外模式。GIS概念数据模型是考虑用户需求的共性,用统一的语言描述、综合、集成的用户视图。目前存在的概念数据模型主要有矢量数据模型、栅格数据模型和矢量——栅格一体化数据模型,其中矢量数据模型和栅格数据模型应用最为广泛。

空间逻辑数据模型

逻辑数据模型将前面的概念数据模型确定的空间数据库信息内容(空间实体和空间关系),具体地表达为数据项、记录等之间的关系,这种表达有多种不同的实现方式。常用的数据模型包括层次模型、网络模型和关系模型。

层次模型和网络模型都能显式表达数据实体间的关系,层次模型能反映出实体间的隶属或层次关系,网络模型能反映出实体复杂的多对多关系,但这两种模型都存在结构复杂的缺点。关系数据模型使用二维表格来表达数据实体间的关系,通过关系操作来查询和提取数据实体间的关系,其优点是操作灵活,以关系代数和关系操作为基础,具有较好的描述的 一致性,缺点是难以表达复杂对象关系,在效率、数据语义和模型扩展等方面还存在一些问题。

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,而计算机处理的只能是二进制数据,所以必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型,即要求完成空间数据的物理组织、空间存取方法和数据库总体存储结构等的设计工作。

  1. 物理表示组织。层次模型的物理表示方法有物理邻接法、表结构法、目录法。网络模型的物理表示方法有变长指针法、位图法和目录法等。关系模型的物理表示通常用关系表来完成。物理组织主要是考虑如何在外存储器上以最优的形式存储数据,通常要考虑操作效率、响应时间、空间利用和总的开销等因素。
  2. 空间数据的存取。常用的空间数据存取方法主要有文件结构法、索引文件和点索引结构三种。文件结构法包括顺序结构、表结构和随机结构。

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