林书豪2017战靴:gis原理十四

§3.3 地理实体数据的编码与GIS数据库

     首先介绍了地理实体、地理目标的定义，分析了地理实体和地理目标的类型，然后介绍了几何数据的分类，接着阐述了地理实体编码的原则、分类分级原则，最后举出编码方法的一个简单例子。

    地理实体是地理数据库中的实体，是一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。地理实体的类型有点状、线状、面状、体状四类。地理目标是地理实体在计算机系统内的表示，有0维、1维、2维、3维四类。

二、地理实体的编码

    地理实体数据的编码指的是地理实体中属性数据的编码。属性数据是描述实体数据的属性特征的数据。

三、GIS数据库

    GIS数据库可以从两个方面来理解：一是把它看作软件系统，即“地图数据库管理系统”的同义语；一是把它看作地图信息的载体——数字地图。讨论GIS数据库，必须考虑GIS数据的的组成和特征，在此基础上构建GIS数据的模型。矢量形式和栅格形式是GIS图形数据最为重要的数字表现形式。非图形数据往往表现为多个数据项的集合，一般表现为定长记录。

一、地理实体的分类

1、地理实体与地理目标的类型

    (1)地理实体

    GIS的地理数据库是地理实体的集合，是一种与现实的地理世界保持一定相似性的实体模型。 

    地理实体——地理数据库中的实体，是一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。例如城市可看成一个地理实体，并可划分成若干部分，但这些部分不叫城市，只能称为区、街道之类。

    地理目标——实体在地理数据库中的表示。地理目标的表示方法随比例尺、目的等情况的变化而变化，例如，对于城市这个地理实体，在小比例尺上可作为一个点目标，而在大比例尺上将作为一个面目标。地理目标在地图上是以地图符号的形式来表示的。

    (2)地理实体的类型

    以相同的方式表示和存储的一组类似的地理实体，可以作为地理实体的一种类型。

    地理实体通常分为点状实体、线状实体、面状实体和体状实体，复杂的地理实体由这些类型的实体构成。

    1° 点状实体

    点状实体是指只有特定的位置，而没有长度的实体。如：

    ·实体点——用于代表一个实体；

    ·注记点——用于定位注记；

    ·内点——用于负载相应多边形的属性；

    ·结点——表示线的终点和起点；

    ·节点——线或弧段的内部点。

    2° 线状实体

    线状实体是指有长度的实体，如线段、边界、链、网络等，并且有如下特性：

    ·长度——从起点到终点的总长；

    ·曲率——用于表示线状实体的弯曲程度，如道路拐弯处；

    ·方向——如水流的方向等。

    3° 面状实体

    面状实体也称多边形、区域等，是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述，通常有如下空间特征：

    ·面积——面状实体所占有的范围的大小；

    ·周长——面状实体所占有区域的周长；

    ·独立或相邻——是独立存在，还是与其它面状实体相邻；

    ·岛或洞——面状实体中是否有岛或洞；

    ·重叠——面状实体之间是否有重叠。

    4° 体状实体

    体状实体用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性，通常有如下空间特征：

    ·体积

    ·岛或洞

    ·表面积

    (3)地理目标的类型

    地理目标是地理实体在计算机系统内的表示，它需要选择合适的类型，而地理目标的类型可按空间维来定义。

    0维——有位置无长度的目标，如点。

    1维——有长度的目标，一般由两个或多个0维目标组成，如线。

    2维——有长和宽的目标，如多边形。

    3维——有长、宽和高的目标，如三维立体。

    因此，地理实体可以根据地理目标的类型分为点、线、面、体4种类型。

    (4)地理实体的描述

    通常需要从如下方面对地理实体进行描述：

    编码——用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的实体。

    位置——通常用坐标值的形式(或其它方式)给出实体的空间位置。

    类型——指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。

    行为——指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。

    属性——指明该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、车流量、交通规则等。

    说明——用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。

    关系——与其它实体的关系信息。

    (5)地理实体时间维的描述

    如果只是地理实体的属性数据在变化，那么，可以把不同时间的属性数据均记录下来，作为该地理实体的属性数据。例如在处理统计区域的人口数时，区域的空间位置不变，只要把新的人口数及对应的时间加入到属性数据表中即可。

    当地理实体的空间位置随时间变化时，如政区界线的变化、地块的合并与重新划分等，这时必须把地理实体的空间特征的变化也记录下来，如记录实体的增加、删除、改变、移动、合并等，同时对实体进行时间标记。

二、地理实体的编码

    在这里，地理实体数据的编码指的是地理实体中属性数据的编码。

    属性数据是描述实体数据的属性特征的数据。例如，道路可以数字化为栅格表示的一组连续的像元或矢量表示的线，而道路的属性数据是指道路的宽度、等级、表面类型、建筑方法、建筑日期、特殊的交通规则、车流量等等。这些数据可以存储在数据库中，通过唯一的标识符与相应的几何数据联系起来。

    当属性数据的数据量较大时，通常与几何数据分开输入。首先将属性数据输入到一个文件，经编辑、检查无误后存入数据库。

    在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的，例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。编码的过程是将信息转换成数据的过程，前提是首先要对需表示的信息进行分类分级。

三、GIS数据库

    GIS数据库可以从两个方面来理解：一是把它看作软件系统，即“地图数据库管理系统”的同义语；一是把它看作地图信息的载体——数字地图。

1、GIS数据的基本组成
    讨论GIS数据库，必须考虑GIS数据的的组成和特征，在此基础上构建GIS数据的模型。
    通过前面的学习我们知道，地理信息系统的数据基础由三部分构成：空间数据、非空间数据（亦称属性数据）和时间因素构成。
    根据其几何特点，空间数据可以分为点数据、线数据、面数据和混合数据类型。空间数据的重要性和功能表现在以下几个方面：空间定位、空间量度、空间结构和空间聚合上，空间数据显式地表现地物的空间位置信息，隐含地表达了地物间的空间关系。
    非空间数据表示的是地理物体的本质特征，是地理实体相互区别的质量准绳。
    地理要素的空间分布规律是地理信息系统的中心研究内容，而地理要素的分布包含时间和空间两个方面，时间要素为地理信息增加了动态性质，为了研究地理信息的这种动态变化特征，必须在GIS数据库中加入时间因素，以期正确地了解过去，合理地认识现在和科学地预测未来。

2、GIS数据在计算机中的表示
A、图形数据的表示：
    从前面的学习中我们知道，矢量形式和栅格形式是GIS数据最为重要的数字表现形式。矢量方式中，曲线是通过一系列带有x，y坐标的支撑点给出的，并且能通过相邻支撑点的连线重现曲线。而在栅格形式中的线是借助于把该线所通过的按行和列（即矩阵形式）作规则划分的栅格中的每个小格标以数字来表示。
    矢量数据与栅格数据的主要区别在于：在矢量方式中一个地理实体的信息（如一条等高线）与其数据的逻辑组织（由若干条物理记录构成的一个逻辑记录）是一致的；而在栅格方式中是按扫描线或条带组织数据的，因而在在地理实体信息串与其数据的逻辑组织之间没有直接联系。

B、非图形数据的表示：
    在建立地图数据库时，要为空间数据配以非图形数据。非图形数据主要指专题属性数据与地理统计数据，分别可用编码系统和观测值系列来表示。非图形数据往往表现为多个数据项的集合，一般表现为定长记录。

3、GIS数据在计算机中的构模
A、图形数据的数据模型
    （1）矢量数据模型
    在矢量数据中，单个地理实体是基本的逻辑数据单位。根据数据模型中所反映的实体间的联系程度，可有两种基本实施方案：无结构的面条模型（仅仅把实体的空间信息定义为坐标串，不存贮任何空间关系）和反映实体间空间关系的拓扑模型（在表示各个物体本身固有信息和性质上联系的同时还要表示物体之间在空间上的各种联系，即拓扑关系）。

    （2）栅格数据模型
    栅格数据的基本数据单元是基于一个空间单元的。实体信息是按照这种空间单元进行采集的。栅格数据的数据模型主要表现为格网系统和多边形系统。格网系统是用规则的小面快集合来比逼近自然界不规则的地理单元，它表现为简单的二维矩阵结构各个格网单元之间的毗邻关系是固定和可推算的，无需另外去建立它。多边形系统借助任意形状的弧段集合来精确表达地理单元的自然轮廓，各个面域之间的关系需要专门地建立。
    （3）矢栅合一的数据模型
    矢栅一体的数据结构同时兼有矢量与栅格的结构特点，这种数据结构的基本逻辑单元是条带。当数据按栅格方式组织时，每一个条带在Y方向上有固定的宽度，并对应一组邻接的线划，每个条带包含有栅格成分也有矢量成分。

B、专题属性数据的数据模型
    管理专题属性的数据模型很多，最为常用的是：表格、层次、网状和关系模型。关系式的DBMS已经成为当前主导的商用数据库管理系统。