空间信息模型与GIS数据管理

"空间信息模型-空间数据库课件" 在探讨空间信息模型之前，我们首先要理解空间数据的特点。地理数据，即GIS（Geographic Information System）数据，与常规数据有着显著的区别，如数据类型多样，包括点、线、面等；实体间的关系复杂，如空间覆盖、相交等；数据量巨大；以及线状或面状地物的字节长度不固定。这些特性使得传统的数据库系统在处理空间数据时面临挑战。 空间信息模型是GIS的核心组成部分，主要分为场模型和对象模型两大类。场模型，也称为连续模型，通常以分段函数或者网格形式表示，如遥感图像，其特点是空间连续，没有明显的边界。网格模型是场模型的一种实现方式，将空间划分为一系列的单元格，每个单元格具有特定的值。 对象模型则关注离散的空间实体，如城市、道路、建筑物等，这些实体具有独立的边界和属性。对象模型通常采用点、线、面等几何对象来表示空间特征，并且可以包含附加的属性信息。在对象模型中，空间关系和拓扑结构是建模的重要部分。 为了适应地理数据的特性，现有的GIS软件常采用混合结构模型、扩展结构模型或统一模型数据。混合结构模型将空间数据和属性数据分开存储，虽然基于标准RDBMS，但数据操作可能不统一，可能导致数据完整性和查询效率的问题。扩展结构模型则在同一数据库管理系统中存储空间和属性数据，简化了数据关联，但查询效率可能不如直接操作。统一模型数据型是最先进的方法，它在开放的DBMS基础上扩展空间功能，允许用户自定义数据类型，实现了空间数据处理的高效和灵活性。 数据库设计对于空间信息模型的实现至关重要，通常包括需求分析、概念设计和逻辑设计三个步骤。在概念设计阶段，可以用扩展ER（Entity-Relationship）模型来表达空间概念，而逻辑设计阶段则可能涉及到用UML（Unified Modeling Language）构建面向对象的数据模型。 在实际应用中，不同的GIS软件根据其设计理念和目标选择了不同的数据模型。比如，ARC/INFO、MGE、SICARD、GENEMAP等采用了混合结构模型，SYSTEM9和SMALL WORLD使用了扩展结构模型，而一些现代的GIS系统，如ESRI的ArcGIS，倾向于采用更集成化的方法，即统一模型数据型，以提供更好的性能和用户体验。 空间信息模型是理解和处理地理数据的关键，其选择和设计直接影响到GIS系统的性能和功能。随着技术的发展，未来的空间数据库模型将更加智能、灵活，能够更好地支持复杂的地理分析和决策支持。