武大资环GIS课件
>> 基于域（场）（field-based）的地理空间认知模型
? 把地理空间中的事物和现象作为连续的变量或体来看待，根据不同的应用可
以表示为二维的，也可表示为三维的
? 在空间信息系统中，场模型一般指的是栅格模型，其主要特点就是用二维划
分覆盖整个连续空间。划分可以是规则的或不规则的，通常是采用正多边形作为划分的单位，如三角形、方格、六边形等。
栅格模型把空间看作像元的划分，每个像元都记录了所在位置的某种现象，用像元值表示。该值可以表示一个确定的现象，也可以是一种模糊的现象。但一个像元应该只赋一个单一的值。
栅格模型的一个重要特征就是每个栅格中的像元的位置是预先确定的，因此描述同一区域的不同现象的栅格数据之间很容易进行重迭运算。
>> 基于实体或对象(object-based)的地理空间认知模型
? 将研究的整个地理空间看成一个空域，地理实体和现象作为独立的对象分布
在该空域中。按照其空间特征的分为点、线和面三种基本对象，对象也可能是由其它的对象构成构成的复杂对象，并且与其它的对象保持着特定的关系。每个对象对应着一组相关的属性以区分出各个不同的对象。只适合于那些具有完整边界的地理现象。
点实体：有特定的位置，维数为0的实体
? 如城镇、乡村居民地、交通枢纽、车站、工厂、学校、医院、机关、火山口、
震中、山峰、隘口、基地等等
? 从较大的空间规模上来观测这些地物，就能把它们都归结为呈点状分布的地理
现象。
线实体：维数为1的实体，由一系列坐标点表示，有以下特征：
? 实体长度：从起点到终点的总长；
? 弯曲度：用于表示象道路拐弯时弯曲的程度；
? 方向性：如水流从上游到下游，公路则有单双向之分；
? 如河流、海岸、铁路、公路、地下管网、街道、行政边界等
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多边形实体：维数为2的实体，，有以下特征：
? 面积范围； ? 周长；
? 独立性或与其它地物相邻：如北京及周边省市； ? 内岛或锯齿状外形：岛屿及海岸线； ? 重叠性与非重叠性。
? 如土壤、森林、草原、沙漠等等，属于大范围连续分布的自然地理现象，此
外城市区划、耕地等属于社会经济现象
体实体：维数为3的实体，，有以下特征：
? 立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，立体状实体一般具有以下一些空间特征： ? ·体积，如工程开控和填充的土方量 ? ·每个二维平面的面积 ? ·周长 ? ·内岛 ? ·含有弧立块或相邻块 ? · 断面图与剖面图
对象模型强调的是空间要素的个体现象，研究的是个体现象本身或与其他个体现象
的关系。任何现象，无论大小，都可以被确定为一个实体。如人为现象：建筑物、道路、管理区域等；自然现象：河流、湖泊、森林等。空间实体必须符合三个条件：
? 可被识别
? 重要（与问题相关） ? 可被描述：位置、属性等
在对象模型中，空间实体的空间位置、关系和度量的描述是非常重要的。空间实体见的空间关系可以抽象为点、线、多边形之间的六种关系：
? 点—点： ? 点—线：
? 点—多边形： ? 线—线：
? 线—多边形： ? 多边形—多边形：
方位空间关系
方位空间关系指的是空间实体之间的上下、前后、左右、东西南北等顺序关系。可以根据实体类型分为：多边形－多边形、多边形－线、多边形－点、线－线、线－点、点－点之间的方位空间关系。
点－点方位空间关系最好确定，只需计算两点连线与某一基准方向的夹角即可。多边形－点、线－点方位空间关系也可以在一定程度上简化为点－点方位空间关系。 其余方位空间关系的计算就相对复杂得多了，目前尚未有很好的解决办法。
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度量空间关系
基本度量空间关系指的是空间实体之间的距离，在此基础上，还可以构造出实体群之间的度量关系。距离度量有不同的计算方式：大地测量距离、曼哈顿距离（经度差加上纬度差）、时间距离等。
此外，还有其他的一些空间量算的指标：
? 几何指标：位置、距离、面积、体积形状、方位等
? 自然地理参数：坡度、坡向、地表辐射度、地形起伏度、通达度等 ? 人文地理指标：交通便利程度、吸引范围、人口密度等
>> 基于网络的地理空间认知模型
? 描述不连续的地理现象
? 考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的相交情况 ? 是基于对象的模型的一个特例，它是由点对象和线对象之间的拓扑关系所构
成
? 网络模型是从图论中发展而来。在网络模型中，空间要素被抽象为链、节点
等对象，同时还要关注其间的连通关系。这种模型适合用于对相互连接的线状现象进行建模，如交通线路、电力网线等。网络模型可以形式化定义为：
网络图 ＝ （节点，{节点间的关系，即链}）
4，地理空间实体(对象)的描述方法
? 地球空间模型
为了研究地理现象，有必要建立地球表面的几何模型。根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可以分为四类：
? 地球的自然表面：起伏不定，十分不规则的表面,马利亚纳海沟-11022米,珠
穆朗玛峰8848.13米)。非常复杂，难以用一个简单的数学表达式描述出来，所以不适合于数学建模。
? 相对抽象的面，即大地水准面：假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面
延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。它有高达百米以上的起伏变化。
? 模型，地球椭球体模型：绕地球自转轴旋转而成的椭球体。它是一个规则的数学表
面。长半径、短半径和扁率成为地球椭球体的基本元素。 ? 数学模型：为解决大地测量中其他一些问题提出的。 ? 地图对地理空间的描述
地图是现实世界的模型，它按照一定的比例、一定的投影原则，又选择地将复杂的三维世界的某些内容投影到二维平面介质上，并用符号将这些内容要素表现出来。在地图学上，把地理空间的实体分为点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号来表示。
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? 遥感影像对地理空间的描述
遥感影像对空间信息的描述主要通过不同的颜色和灰度来表示的。这是因为地物的结构、成分、分布等的不同，其反射光谱特性和发射光谱特性也各不相同，传感器记录的各种地物在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同，反映在影像上则表现为不同的颜色和灰度信息。所以说，通过遥感影像可以获取大量的空间地物的特征信息。
5，地理空间实体（对象）的矢量表达（矢量结构）
矢量数据结构的编码方法:
? 无拓扑关系的编码方法：仅记录空间目标的位置和属性信息，而不记录拓扑
关系。
? Spaghetti模型(独立实体法) ? 点位字典法
? 拓扑关系的编码方法：不仅记录空间目标的位置和属性信息，而且记录拓扑
关系。
? 网络模型(Network Model) ? 拓扑模型(Topological Model)
Spaghetti模型
? Spaghetti模型：以实体为单位进行编码
? 点目标：唯一标识码，地物编码，(X,Y)
? 线目标：唯一标识码，地物编码，(X1,Y1…Xn,Yn)
? 面目标：唯一标识码，地物编码，(X1,Y1…Xn,Yn,X1,Y1)
优点：编码容易，数字化操作简单，数据编码直观，易实现以实体为单位的运算和显示 缺点： 1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余(Redundancy)和碎屑多边形—数据不一致(Inconsistency) ，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。
2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系(Topological Relationship) ，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。
3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。 所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。
点位字典法
? 点位字典法：点坐标作为一个文件，点、线和多边形由点号组成，即
点位字典：点号、(X,Y)
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较直观
点目标：唯一标识码，地物编码，点号
线目标：唯一标识码，地物编码，(点号1…点号n)
面目标：唯一标识码，地物编码，(点号1…点号n, 点号1) 优点：编码比较容易，数字化操作比较简单，数据编码比
? 缺点：操作比较困难，拓扑关系不完整.
网络模型
? 网络模型(Network Model)
? DIME(Dual Independent Map Encoding)-双重独立地图编码
? 美国人口统计系统采用的一种编码方式，以城市街道为编码
的主体。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
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