时间：2022-12-16 20:30:01 | 来源：信息时代
时间：2022-12-16 20:30:01 来源：信息时代
地理信息系统模型 : 地理信息系统的核心,它给出了地理信息系统的数据结构、相关操作及与环境相关的约束等条件。
(1)坐标系统与投影: 空间实体要进行定位,必须嵌入到一个空间参照系(spatial reference system)中。空间参照系的两个重要基础是椭球体(ellipsoid)和基准面(datum)。椭球体是地球的近似模型,为绕自转轴(短轴)的旋转椭球体,通常用长半径和短半径或者一个半径和扁率表示。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近。WGS84椭球体和基准面(1984年全球测地系统)现在被广泛接受,它属于地心坐标系(geocentric coordinate system)。我国目前采用GRS(1975)参考椭球体和“1985国家高程基准”。
地面上任一点的位置,通常用经度(longitude)和纬度(latitude)来决定。经线和纬线是地球表面上两组正交的曲线,它们构成的坐标系称为地理坐标系(geographic coordinate system)。地理坐标是球面坐标系,地图是平面坐标系。从地理坐标系到平面坐标系的转换称为地图投影(projection),因此,地图投影的基本问题是如何将地球表面(椭球面)表示到地图平面上。地图投影种类很多,按投影性质分为等角投影、等积投影和等距投影; 按构成方法分为几何投影和非几何投影,其中几何投影按投影面展开形状分为方位投影、圆柱投影和圆锥投影,按投影面与地理轴关系分为正轴投影、斜轴投影和横轴投影,非几何投影分为伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影和多圆锥投影; 按投影面与地球面关系分为切投影和割投影。高斯—克吕格投影(GaussKrueger projection)是使用比较多的一种投影,又称为横轴墨卡托投影,是一种等角横切椭圆柱投影,我国现行的大于等于1:50万比例尺地形图都采用该投影。
从一种投影转换为另一种投影的过程称为投影变换(projection transformation)。
(2)数据模型: 地理数据(geographic data)是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置、属性特征以及时态特征三个部分。其中标识空间位置的数据称为空间数据。空间数据(spatial data)是与空间实体几何特征相关的数据,具有能够确定空间位置的特性。
空间数据模型(spatial data model)是关于现实世界中空间实体及其相互关系的概念,它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供了基本方法。目前,空间数据模型主要包括要素(feature)模型、场(field)模型和网络(network)模型。要素模型也被称为对象(object)模型,刻画的是一个个离散对象,如点、线、面,根据它们的边界以及组成它们或者与它们相关的其他对象,可以详细地描述离散对象。场模型则表示二维或者三维空间中被看作是连续变化的现象。网络模型也是描述离散的对象,通过目标之间的相关连接(如路径)相互连接多个空间实体,可以看成是基于点对象和线对象及其拓扑关系的集合的描述。
GIS采用两种基本的空间数据结构,即矢量(vector)和栅格(raster)。矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、多边形等空间实体。多边形的边界用线描述,线用坐标串描述,坐标串是一些有序的坐标点的集合。栅格数据结构是用大小均匀紧密相邻的网格阵列表示实体的空间变化,每个网格作为一个像元或像素(pixel),由行、列定义,并包含一个代码表示该像元的属性类型或量值。矢量与栅格之间可以相互转换,由矢量数据转换为栅格数据称为栅格化,从栅格数据转换为矢量数据称为矢量化。
GIS在表示地表形态特征时,采用数字地形模型(digital terrain model,DTM)。它是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型(digital elevation model,DEM)。DEM最主要的三种表示模型是: 规则格网模型、等高线模型和不规则三角网模型。规则格网(regular grid)将区域空间划分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个高程值。等高线(contour line)模型中,高程值的集合已知,每一条等高线对应一个已知的高程值,这样一系列等高线集合加上它们的高程值就构成了一种地面高程模型。不规则三角网(triangulated irregular network,TIN)是一组非叠置的三角网近似表示地形的矢量数据结构,它根据区域内有限个点的集合将空间划分为彼此相连的三角面网络,区域中任意一点都将落在三角面的顶点、边或三角形内,若不在顶点上,该点的高程值通常用线性插值的方法得到。DEM的这三种表示模型可以相互转换。
网络模型(network model)是描述地理空间中由若干线形实体互联而成的一个网络系统,资源经由网络传输,实体间的联系也由网络表达。网络模型将数据组织成有向图结构,由链(link)和结点(node)组成,其中结点又包括中心(center)、站点(stop)、拐点(turn)和障碍(barrier)等类型。网络模型一般基于线性参照系(linear reference system)表达,主要用于支持网络分析。
时空数据模型(spatio-temporal data model)是一种有效组织和管理时态地理数据,其属性、空间和时间语义更完整的地理数据模型。当前主要的时空数据模型包括: 空间时间立方体模型(space-time cube)、序列快照模型(sequent snapshots)、基态修正模型(base state with amendments)、空间时间组合体模型(space-time composite)。相应地,能够同时处理时间维度的GIS称为时态GIS(Temporal GIS,TGIS)。
三维数据模型(three dimensional data model,3D)是将三维空间坐标(x,y,z)作为独立参数进行空间实体的几何建模。
(3)空间关系(spatial relation):是指空间实体之间存在的与空间特性有关的关系,如度量关系、方向关系、顺序关系、拓扑关系、相似关系、相关关系等。
空间拓扑关系(spatial topological relation)反映为在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性,即不考虑度量和方向的空间对象之间的关系,包括相邻(adjacent)、邻接(connection)、连接(conjunction)和包含(inclusion)等。Egenhofer等人构造了一个由简单几何实体的边界、内部和外部的点集组成的3×3矩阵来描述空间拓扑关系,称为9-交空间关系模型(9-Intersection Model,9I Model)。该矩阵中的每一元素,都有“空”与“非空”两种取值。在GIS中,作为基本数据类型的空间拓扑关系主要指点-点、点-线、点-面、线-线、线-面和面-面之间的相互关系。
空间方向关系又称为方位关系、延伸关系,它定义了空间对象之间的方位。主要描述为北、东、南、西4个主方向,以及进一步细分东北、东南、西南和西北方向。
(4)空间数据质量与不确定性: 在GIS当中主要有如下几个与空间数据质量相关的概念。准确性(accuracy)表示一个记录值(测量或观察值)与它的真实值之间的接近程度,空间数据的准确性经常根据所指的位置、拓扑或非空间属性来分类。精度(precision)即对现象描述的详细程度。空间分辨率(spatial resolution)指在空间上可以分辨变化的最小距离。比例尺(scale)是地图上一个记录的距离与它所表现的“真实世界”的距离之间的一个比例。
地理信息系统的不确定性包括空间位置的不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑上的不一致性及数据的不完整性。空间位置的不确定性指GIS中某一被描述物体与其地面上真实物体位置上的差别; 属性不确定性是指某一物体在GIS中被描述的属性与其真实的属性之差别; 时域不确定性是指当描述地理现象时,时间描述上的差错; 逻辑上的不一致性指数据结构内部的不一致性,尤指拓扑逻辑上的不一致性; 数据的不完整性指对于给定的对象,GIS未能充分完全地表达该物体。
(5)空间元数据: 元数据(metadata)是描述数据的数据。空间元数据是用于描述空间数据的内容、定义、空间参照、质量以及空间数据集管理等方面的数据。空间元数据包含下述基本信息:标识信息、质量信息、空间数据组织信息、空间参照信息、实体和属性信息、发行信息、元数据参照系信息。
在线咨询
