3.4空間分析的數(shù)據(jù)模型理論3.4.1空間數(shù)據(jù)及其表示

就是以不同的方式和來源獲得的數(shù)據(jù)，如地圖、各種專題圖、圖像、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)都具有能夠確定空間位置的特點。

空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實世界中及其相互間聯(lián)系的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組織和設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫模式提供了基本方法。

因此，對空間數(shù)據(jù)模型的認(rèn)識和研究在設(shè)計GIS空間數(shù)據(jù)庫和發(fā)展新一代GIS系統(tǒng)的過程中起著舉足輕重的作用。

13.4空間分析的數(shù)據(jù)模型理論3.4.1空間數(shù)據(jù)及其概況一點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容整體概述概況三點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容概況二點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2概況一點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容整體概

3.4.1.2空間數(shù)據(jù)的表示

空間數(shù)據(jù)表示的基本任務(wù)，就是將以圖形模擬的空間物體表示成計算機能夠接受的數(shù)字形式，因此空間數(shù)據(jù)的表示必然涉及到空間數(shù)據(jù)模式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。空間數(shù)據(jù)有兩種基本的表示模型：柵格模型和矢量模型。33.4.1.2空間數(shù)據(jù)的表示3

3.4.2

空間數(shù)據(jù)模型的類型在GIS中與空間信息有關(guān)的信息模型有三個，即基于對象(要素)(Feature)的模型、網(wǎng)絡(luò)(Network)模型以及場(Field)模型。基于對象(要素)的模型強調(diào)了離散對象，根據(jù)它們的邊界線以及它們的組成或者與它們相關(guān)的其它對象，可以詳細(xì)地描述離散對象。網(wǎng)絡(luò)模型表示了特殊對象之間的交互，如水或者交通流。場模型表示了在二維或者三維空間中，空間實體的屬性信息被看作是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)。43.4.2

空間數(shù)據(jù)模型的類型43.4.3場模型對于模擬具有一定空間內(nèi)連續(xù)分布特點的現(xiàn)象來說，基于場的觀點是合適的。例如，空氣中污染物的集中程度、地表的溫度、土壤的濕度以及空氣與水的流動速度和方向等。根據(jù)應(yīng)用的不同，場可以表現(xiàn)為二維或三維。一個二維場就是在二維空間中任何已知的地點上，都有一個表現(xiàn)這一現(xiàn)象的值；而一個三維場就是在三維空間中對于任何位置來說都有一個值。53.4.3場模型對于模擬具有一定空間內(nèi)連續(xù)分場模型可以表示為如下的數(shù)學(xué)公式：z:s

z

(s)

上式中，z為可度量的函數(shù)，s表示空間中的位置，因此該式表示了從空間域（甚至包括時間坐標(biāo)）到某個值域的映射。

663.4.3.1

場的特征場經(jīng)常被視為由一系列等值線組成，一個等值線就是地面上所有具有相同屬性值的點的有序集合。

1、空間結(jié)構(gòu)特征和屬性域在實際應(yīng)用中，“空間”經(jīng)常是指可以進(jìn)行長度和角度測量的歐幾里德空間。空間結(jié)構(gòu)可以是規(guī)則的或不規(guī)則的，但空間結(jié)構(gòu)的分辨率和位置誤差則十分重要，它們應(yīng)當(dāng)與空間結(jié)構(gòu)設(shè)計所支持的數(shù)據(jù)類型和分析相適應(yīng)。

73.4.3.1

場的特征7屬性域的數(shù)值可以包含以下幾種類型：名稱、序數(shù)、間隔和比率。屬性域的另一個特征是支持空值，如果值未知或不確定則賦予空值。

8屬性域的數(shù)值可以包含以下幾種類型：名稱、序數(shù)、間隔

2、連續(xù)的、可微的、離散的

如果空間域函數(shù)連續(xù)的話，空間域也就是連續(xù)的，即隨著空間位置的微小變化，其屬性值也將發(fā)生微小變化，不會出現(xiàn)象數(shù)字高程模型中的懸崖那樣的突變值。只有在空間結(jié)構(gòu)和屬性域中恰當(dāng)?shù)囟x了“微小變化”，“連續(xù)”的意義才確切。92、連續(xù)的、可微的、離散的9當(dāng)空間結(jié)構(gòu)是二維（或更多維）時，坡度——或者稱為變化率，不僅取決于特殊的位置，而且取決于位置所在區(qū)域的方向分布（如圖）。圖2.5某點的坡度取決于位置所在區(qū)域的各方向上的可微性

10當(dāng)空間結(jié)構(gòu)是二維（或更多維）時，坡度——或者稱為變化率，不僅3、與方向無關(guān)的和與方向有關(guān)的(各向同性和各向異性)

空間場內(nèi)部的各種性質(zhì)是否隨方向的變化而發(fā)生變化，是空間場的一個重要特征。如果一個場中的所有性質(zhì)都與方向無關(guān)，則稱之為各向同性場(IsotropicField)。例如旅行時間，假如從某一個點旅行到另一個點所耗時間只與這兩點之間的歐氏幾何距離成正比，則從一個固定點出發(fā)，旅行一定時間所能到達(dá)的點必然是一個等時圓，如圖2.6(a)所示。

(a)(b)113、與方向無關(guān)的和與方向有關(guān)的(各向同性和各向異性)(a)

如果某一點處有一條高速通道，則利用與不利用高速通道所產(chǎn)生的旅行時間是不同的，見圖2.6(b)。圖2.6(b)中的旅行時間與目標(biāo)點和起點的方位有關(guān)，這個場稱為異性場(AnisotropicField).(a)(b)12如果某一點處有一條高速通道，則利用與不利用高速通道所產(chǎn)

4空間自相關(guān)空間自相關(guān)是空間場中的數(shù)值聚集程度的一種量度。距離近的事物之間的聯(lián)系性強于距離遠(yuǎn)的事物之間的聯(lián)系性。如果一個空間場中的類似的數(shù)值有聚集的傾向，則該空間場就表現(xiàn)出很強的正空間自相關(guān)；如果類似的屬性值在空間上有相互排斥的傾向，則表現(xiàn)為負(fù)空間自相關(guān)。因此空間自相關(guān)描述了某一位置上的屬性值與相鄰位置上的屬性值之間的關(guān)系。134空間自相關(guān)133.4.4要素模型3.4.4.1歐氏（Euclidean）空間和歐氏空間中的三類地物要素

將地理要素嵌入到歐氏空間中，形成了三類地物要素對象，即點對象、線對象和多邊形對象。143.4.4要素模型3.4.4.1歐氏（Euclide1、點對象點是有特定的位置，維數(shù)為零的物體。2、線對象

線對象是GIS中非常常用的維度為1的空間組分，表示對象和它們邊界的空間屬性，由一系列坐標(biāo)表示。3、多邊形對象面狀實體也稱為多邊形，是對湖泊、島嶼、地塊等一類現(xiàn)象的描述。通常在數(shù)據(jù)庫中由一封閉曲線加內(nèi)點來表示。151、點對象點是有特定的位置，維數(shù)為零的物體。2、線對象線對3.4.4.2要素模型的基本概念

基于要素的空間模型強調(diào)了個體現(xiàn)象，該現(xiàn)象以獨立的方式或者以與其它現(xiàn)象之間的關(guān)系的方式來研究。任何現(xiàn)象，無論大小，都可以被確定為一個對象(Object)，且假設(shè)它可以從概念上與其鄰域現(xiàn)象相分離。要素可以由不同的對象所組成，而且它們可以與其它的相分離的對象有特殊的關(guān)系。

要素模型適合于人工地物，例如，建筑物、道路、設(shè)施和管理區(qū)域。一些自然現(xiàn)象，如湖、河、島及森林，經(jīng)常被表現(xiàn)在基于要素的模型中，因為它們?yōu)榱四承┠康模梢员豢闯蔀殡x散的現(xiàn)象。

163.4.4.2要素模型的基本概念基于要素的空間模基于要素的空間信息模型把信息空間分解為對象（Object）或?qū)嶓w（Entity）。一個實體必須符合三個條件：

(1)可被識別；(2)重要（與問題相關(guān)）；(3)可被描述（有特征）。

有關(guān)實體的特征，可以通過靜態(tài)屬性（如城市名）、動態(tài)的行為特征和結(jié)構(gòu)特征來描述實體。與基于場的模型不同，基于要素的模型把信息空間看作許多對象（城市、集鎮(zhèn)、村莊、區(qū)）的集合，而這些對象又具有自己的屬性（如人口密度、質(zhì)心和邊界等）。基于要素模型中的實體可采用多種維度來定義屬性，包括：空間維、時間維、圖形維和文本/數(shù)字維。17基于要素的空間信息模型把信息空間分解為對象（Object）或

空間對象之所以稱為“空間的”，是因為它們存在于“空間”之中，即所謂“嵌入式空間”。

空間對象的定義取決于嵌入式空間的結(jié)構(gòu)。常用的嵌入式空間類型有：

（1）歐氏空間，它允許在對象之間采用距離和方位的量度，歐氏空間中的對象可以用坐標(biāo)組的集合來表示；

（2）量度空間，它允許在對象之間采用距離量度（但不一定有方向）；

（3）拓?fù)淇臻g，它允許在對象之間進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系的描述（不一定有距離和方向）；

（4）面向集合的空間，它只采用一般的基于集合的關(guān)系，如包含、合并及相交等。18空間對象之所以稱為“空間的”，是因為它們存在于“空間”1、歐氏平面上的空間對象類型圖2.9表示了在連續(xù)的二維歐氏平面上的一種可能的對象繼承等級圖。

191、歐氏平面上的空間對象類型圖2.9表示了在連續(xù)的二維歐氏平在圖2.9中，具有最高抽象層次的對象是“空間對象”類，它派生為零維的點對象和延伸對象，延伸對象又可以派生出一維和二維的對象類。一維對象的兩個子類：弧和環(huán)（Loop），如果沒有相交，則稱為簡單弧和簡單環(huán)。在二維空間對象類中，連通的面對象稱為面域?qū)ο螅瑳]有“洞”的簡單面域?qū)ο蠓Q為域單位對象。20在圖2.9中，具有最高抽象層次20

對象行為是由一些操作定義的。這些操作用于一個或多個對象（運算對象），并產(chǎn)生一個新的對象（結(jié)果）。可將作用于空間對象的空間操作分為兩類：靜態(tài)的和動態(tài)的。

靜態(tài)操作不會導(dǎo)致運算對象發(fā)生本質(zhì)的改變，而動態(tài)操作會改變（甚至生成或刪除）一個或多個運算對象。21對象行為是由一些操作定義的。213.4.6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型3.4.6.1網(wǎng)絡(luò)模型概述

網(wǎng)絡(luò)是用于實現(xiàn)資源的運輸和信息的交流的相互聯(lián)接的線性特征。網(wǎng)絡(luò)模型是對現(xiàn)實世界網(wǎng)絡(luò)的抽象。

在模型中，網(wǎng)絡(luò)由鏈(Link)、結(jié)點(Node)、站點(Stop)、中心(Center)和轉(zhuǎn)向點(Turn)組成。建立一個好的網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)鍵是清楚地認(rèn)識現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)的各種特性與以網(wǎng)絡(luò)模型的要素(Link,Node,Stop,Center,Turn)表示的特性的關(guān)系。223.4.6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型3.4.6.1網(wǎng)絡(luò)模型

基于網(wǎng)絡(luò)的空間模型與基于要素的模型在一些方面有共同點，因為它們經(jīng)常處理離散的地物，但是最基本的特征就是需要多個要素之間的影響和交互，通常沿著與它們相連接的通道。相關(guān)現(xiàn)象的精確形狀并不是非常重要的，重要的是具體現(xiàn)象之間距離或者阻力的度量。23基于網(wǎng)絡(luò)的空間模型與基于要素的模型在一些方面有共同

網(wǎng)絡(luò)模型的典型的例子就是研究交通，包括陸上、海上及航空線路，以及通過管線與隧道分析水、汽油及電力的流動。

在考慮交通問題時，講兩點之間的直線距離是沒有意義的。因為，對于交通運輸而言，兩點之間的傳輸并不是沿著兩點之間的直線進(jìn)行的，一切都只能是在交通運輸網(wǎng)中的特定路徑上進(jìn)行。

因此，兩點間的距離表現(xiàn)為兩點之間路徑的長度。因為兩點之間的相關(guān)路徑可能有許多條。因此以最短路徑的長度來描述網(wǎng)絡(luò)上兩點之間的距離。24網(wǎng)絡(luò)模型的典型的例子就是研究交通，包括陸上、海上及航3.4.6.2網(wǎng)絡(luò)的組成要素1、鏈(Link)

網(wǎng)絡(luò)的Link構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)模型的框架。

Link表示用于實現(xiàn)運輸和交流的相互聯(lián)接的線性實體。它可用于表示現(xiàn)實世界網(wǎng)絡(luò)中的運輸網(wǎng)絡(luò)的高速公路、鐵路，和電網(wǎng)中的傳輸線和水文網(wǎng)絡(luò)中的河流。其狀態(tài)屬性包括阻力和需求。2、結(jié)點(Node)

Node指Link的起止點。

Link總是在Node處相交。

Node可以用來表示道路網(wǎng)絡(luò)中道路交叉點、河網(wǎng)中的河流交匯點。253.4.6.2網(wǎng)絡(luò)的組成要素1、鏈(Link)2、結(jié)點3、站點(Stops)

Stop指在某個流路上經(jīng)過的位置。它代表現(xiàn)實世界中郵路系統(tǒng)中的郵件接收點、或高速公路網(wǎng)中所經(jīng)過的城市。263、站點(Stops)264、中心(Center)Center指網(wǎng)絡(luò)中一些離散位置，它們可以提供資源。

Center可以代表現(xiàn)實世界中的資源分發(fā)中心、購物中心、學(xué)校、機場等。其狀態(tài)屬性包括資源容量，如總的資源量；

阻力限額，如中心與鏈之間的最大距離或時間限制。

5、轉(zhuǎn)向點(Turn)

Turn代表了從一個Link到另一個Link的過渡。與其它的網(wǎng)絡(luò)要素不同，Turn在網(wǎng)絡(luò)模型中并不用于模擬現(xiàn)實世界中的實體，而是代表Link與Link之間的過渡關(guān)系。274、中心(Center)5、3.4.6.3常用的網(wǎng)絡(luò)模型1、網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)網(wǎng)絡(luò)用于研究網(wǎng)絡(luò)中資源和信息的流向，這就是網(wǎng)絡(luò)跟蹤的過程。

在水文應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)跟蹤可用于跟蹤污染物從污染源開始，沿溪流向下游擴(kuò)散的過程。

在電網(wǎng)應(yīng)用中，可以根據(jù)不同開關(guān)的開與關(guān)的狀態(tài)，確定電力的流向。283.4.6.3常用的網(wǎng)絡(luò)模型1、網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace網(wǎng)絡(luò)跟蹤中涉及的一個重要概念是“連通性”(Connectivity)，這定義了網(wǎng)絡(luò)中弧段與弧段的連接方式，也決定了資源與信息在網(wǎng)絡(luò)中流動時的走向。

弧段與弧段之間的連通多數(shù)情況下是有向的，網(wǎng)絡(luò)的流向是通過弧段的流向來決定的。在弧段被數(shù)字化時，F(xiàn)rom結(jié)點與To結(jié)點的關(guān)系就定義了弧段的流向。29292、路徑選擇(PathFinding)在遠(yuǎn)距離送貨、物資派發(fā)、急救服務(wù)和郵遞等服務(wù)中，經(jīng)常需要在一次行程中同時訪問多個站點(收貨方、郵件主人、物資儲備站等)，如何尋找到一個最短和最經(jīng)濟(jì)的路徑，保證訪問到所有站點，同時最快最省地完成一次行程，這是很多機構(gòu)經(jīng)常遇到的問題。

在這類分析中，最經(jīng)濟(jì)的行車路線隱藏在道路網(wǎng)絡(luò)中，道路網(wǎng)絡(luò)的不同弧段(網(wǎng)絡(luò)模型中的Link)有不同的影響物流通過的因素(網(wǎng)格模型中的Impedance:阻抗)，

路徑選擇分析必須充分考慮到這些因素，在保證遍歷需要訪問的站點(在網(wǎng)絡(luò)模型中的STOP)的同時，為用戶尋找出一條最經(jīng)濟(jì)(時間或費用)的運行路徑。302、路徑選擇(PathFinding)303、資源分配(ALLOCATE)反映現(xiàn)實世界網(wǎng)絡(luò)中資源的供需關(guān)系模型。

“供(Supply)”代表一定數(shù)據(jù)的資源或貨物，它們位于被稱之為“CENTER”的設(shè)施中。

“需(Demand)”指對資源的利用。

Allocate分析就是在空間中的一個或多個點的資源分配的過程。

為了實現(xiàn)供需關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)中必然存在資源的運輸和流動。資源要么由供方送到需方，要么由需方到供方處索取。313、資源分配(ALLOCATE)314、地址編碼與匹配(GeoCoding)

利用人們習(xí)慣的地址(街道門牌號)信息確定它在地圖上的確切位置的技術(shù)，稱為地址編碼與匹配。客戶名單、事故報告、報警中所使用的定位信息多數(shù)是按人們習(xí)慣的街道門牌號等文字形式提供的，經(jīng)常在地圖上需要迅速定位，例如110接警后，需要迅速定位求救地點，然后才可以采取進(jìn)一步措施(例如尋求最優(yōu)路徑前往救助)。

地址編碼和地址匹配就是用于解決此類問題的。324、地址編碼與匹配(GeoCoding)32地址編碼與匹配(GeoCoding)33地址編碼與匹配(GeoCoding)335、選址和分區(qū)(Location-Allocation)分析Location-allocation分析是決定一個或多個服務(wù)設(shè)施的最優(yōu)位置的過程，它的定位力求保證服務(wù)設(shè)施可以以最經(jīng)濟(jì)有效的方式為它所服務(wù)的人群提供服務(wù)。

在此分析中，既有定位過程，也有資源分配過程。

常用來解決的實際問題包括：（1）加油站位置的選擇；（2）急救服務(wù)站位置的選擇：救火、醫(yī)療急救；（3）學(xué)校的選址。345、選址和分區(qū)(Location-Allocation)分析6、空間相互作用和引力模型

用于理解和預(yù)測某點發(fā)生的活動和人、資源及信息的流動。兩點間發(fā)生多大程度的相互作用與兩點的性質(zhì)以及發(fā)生相互作用的消耗或費用有關(guān)。通常情況下兩點間距離越近，發(fā)生相互作用的可能性越大。解決的實際問題包括：

(1)為什么物資總是向沿海地區(qū)流動；(2)為什么某一區(qū)域的人們總是去特定的商場購物；(3)從家到電影院超過多長時間后，就不會選擇去這個電影院看電影了。356、空間相互作用和引力模型用于理解和預(yù)測某點發(fā)生的活6、空間相互作用和引力模型

類似于PathFinding，只是除了考慮相互作用的兩個對象的距離，還要考慮相互作用時發(fā)生的活動的性質(zhì)。

例如，人們不愿意去距離遠(yuǎn)的商場購物，但可能愿意去較遠(yuǎn)地方的名醫(yī)求醫(yī)問藥。366、空間相互作用和引力模型363.4.7時空模型3.4.7.1時空數(shù)據(jù)模型概述1、研究概述傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用只涉及地理信息的兩個方面：空間維度和屬性維度，因此也叫SGIS(StaticGIS)，

能夠同時處理時間維度的GIS叫TGIS（TemporalGIS）。在GIS中，具有時間維度的數(shù)據(jù)可以分為兩類:(1)一類是可以稱為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如一個測站歷史數(shù)據(jù)的積累，它可以通過在屬性數(shù)據(jù)表記錄中簡單地增加一個時間戳（TimeStamp）實現(xiàn)其管理；

373.4.7時空模型1、研究概述37

(2)另一類是非結(jié)構(gòu)化的，最典型的例子是土地利用狀況的變化（圖2.15），描述這種數(shù)據(jù)，是TGIS數(shù)據(jù)模型的重點要解決的問題38(2)另一類是非結(jié)構(gòu)化的，最典型的例子是土地利用狀況的

TGIS數(shù)據(jù)模型特點是語義更豐富、對現(xiàn)實世界的描述更準(zhǔn)確，其物理實現(xiàn)的最大困難在于海量數(shù)據(jù)的組織和存取。

TGIS技術(shù)的本質(zhì)特點是“時空效率”。當(dāng)前主要的TGIS模型包括：(1)空間時間立方體模型（Space-timeCube）(2)序列快照模型（SequentSnapshots）(3)基圖修正模型（BaseStatewithAmendments）(4)空間時間組合體模型（Space-timeComposite）39TGIS數(shù)據(jù)模型特點是語義更豐富、對現(xiàn)實世界的描2、TGIS的研究思路

目前可以研究TGIS技術(shù)，以便在SGIS的框架中用TGIS技術(shù)來實現(xiàn)TGIS功能。對TGIS模型的研究可以本著兩種思路進(jìn)行平行探索：綜合模型和分解模型。先用分解模型思路針對典型應(yīng)用領(lǐng)域（如土地利用動態(tài)監(jiān)測工作）進(jìn)行全面研究，同時不斷豐富、充實綜合模型，最后得到一個比較完善的綜合模型。402、TGIS的研究思路40

3、時空數(shù)據(jù)模型設(shè)計的原則

地籍變更、海岸線變化、土地城市化、道路改線、環(huán)境變化等應(yīng)用領(lǐng)域，需要保存并有效地管理歷史變化數(shù)據(jù)，以便將來重建歷史狀態(tài)、跟蹤變化、預(yù)測未來。這就要求有一個組織、管理、操作時空數(shù)據(jù)的高效時空數(shù)據(jù)模型。

時空數(shù)據(jù)模型是一種有效組織和管理時態(tài)地理數(shù)據(jù)，屬性、空間和時間語義更完整的地理數(shù)據(jù)模型。一個合理的時空數(shù)據(jù)模型必須考慮以下幾方面的因素：

節(jié)省存儲空間、加快存取速度、表現(xiàn)時空語義。

時空語義包括地理實體的空間結(jié)構(gòu)、有效時間結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、時態(tài)關(guān)系、地理事件、時空關(guān)系等。

413、時空數(shù)據(jù)模型設(shè)計的原則41時空數(shù)據(jù)模型設(shè)計的基本指導(dǎo)思想：

（1）根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的特點（如宏觀變化觀測與微觀變化觀測）和客觀現(xiàn)實變化規(guī)律（同步變化與異步變化、頻繁變化與緩慢變化），折衷考慮時空數(shù)據(jù)的空間/屬性內(nèi)聚性和時態(tài)內(nèi)聚性的強度，選擇時間標(biāo)記的對象。

對于屬性，有屬性數(shù)據(jù)項時間標(biāo)記、實體時間標(biāo)記、數(shù)據(jù)庫時間標(biāo)記；

對于空間，有坐標(biāo)點時間標(biāo)記、弧段時間標(biāo)記、實體時間標(biāo)記、數(shù)據(jù)庫時間標(biāo)記。42時空數(shù)據(jù)模型設(shè)計的基本指導(dǎo)思想：42（2）同時提供靜態(tài)（變化不活躍）、動態(tài)（變化活躍）數(shù)據(jù)建模手段（靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)類型和操作）。當(dāng)前、歷史的不同使用頻率的數(shù)據(jù)分別組織存放，以便存取。一般地，將當(dāng)前數(shù)據(jù)存放在本地機磁盤上，而將歷史數(shù)據(jù)存放在遠(yuǎn)程服務(wù)器大容量光盤上。4343（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中顯式表達(dá)兩種地理事件：地理實體進(jìn)化事件和地理實體存亡事件。地理實體進(jìn)化事件以事件發(fā)生的相關(guān)源狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)表達(dá)。構(gòu)成地理實體存亡事件的源狀態(tài)由參加事件的實體標(biāo)識集合表示。

時間的本質(zhì)為事件發(fā)生的序列，地理事件序列直接表明地理時間語義。4444（4）時空拓?fù)潢P(guān)系一般指地理實體空間拓?fù)潢P(guān)系的拓?fù)涫录g的時態(tài)關(guān)系。

時空拓?fù)潢P(guān)系揭示了地理實體在時間和空間上的相關(guān)性。為了有效地表達(dá)時空拓?fù)潢P(guān)系，需要存儲空間拓?fù)潢P(guān)系的時變序列。45453.4.8三維模型

目前，絕大多數(shù)的商品化GIS軟件包還只是在二維平面的基礎(chǔ)上模擬并處理現(xiàn)實世界上所遇到的現(xiàn)象和問題，而一旦涉及到處理三維問題時，往往感到力不從心，GIS處理的與地球有關(guān)的數(shù)據(jù)，即通常所說的空間數(shù)據(jù)，從本質(zhì)上說是三維連續(xù)分布的。從事關(guān)于地質(zhì)、地球物理、氣象、水文、采礦、地下水、災(zāi)害、污染等方面的自然現(xiàn)象是三維的，當(dāng)這些領(lǐng)域的科學(xué)家試圖以二維系統(tǒng)來描述它們時，就不能夠精確地反映、分析或顯示有關(guān)信息。

三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)維護(hù)和界面設(shè)計等方面比二維GIS要復(fù)雜得多。463.4.8三維模型463.4.8.1三維GIS的功能目前，三維GIS所研究的內(nèi)容以及實現(xiàn)的功能主要包括：

1、數(shù)據(jù)編碼：是采集三維數(shù)據(jù)和對其進(jìn)行有效性檢查的工具，有效性檢查將隨著數(shù)據(jù)的自然屬性、表示方法和精度水平的不同而不同。2、數(shù)據(jù)的組織和重構(gòu)：這包括對三維數(shù)據(jù)的拓?fù)涿枋鲆约耙环N表示法到另一種表示法的轉(zhuǎn)換（如從矢量的邊界表示轉(zhuǎn)換為柵格的八叉樹表示）。473.4.8.1三維GIS的功能目前，三維GIS所研究3.4.8.1三維GIS的功能3、變換：既能對所有物體或某一類物體，又能對某個物體進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、剪裁、比例縮放等變換。另外還可以將一個物體分解成幾個以及將幾個物體組合成一個。4、查詢：此功能依賴于單個物體的內(nèi)在性質(zhì)（如位置、形狀、組成）和不同物體間的關(guān)系（如連接、相交、形狀相似或構(gòu)成相似）。5、邏輯運算：通過與、或、非及異或運算符對物體進(jìn)行組合運算。483.4.8.1三維GIS的功能486計算：計算物體的體積、表面積、中心、物體之間的距離及交角等。7分析：如計算某一類地物的分布趨勢，或其它指標(biāo)，以及進(jìn)行模型的比較。8建立模型：

9視覺變換：在用戶選擇的任何視點，以用戶確定的視角、比例因子、符號來表示所有地物或某些指定物體。10系統(tǒng)維護(hù)：包括數(shù)據(jù)的自動備份、安全性措施、以及網(wǎng)絡(luò)工作管理。496計算：計算物體的體積、表面積、中心、物體之間的距離及交角等3.4.8.2三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同二維一樣，也存在柵格和矢量兩種形式。

柵格結(jié)構(gòu)使用空間索引系統(tǒng)，它包括將地理實體的三維空間分成細(xì)小的單元，稱之為體元或體元素。存儲這種數(shù)據(jù)的最簡單形式是采用三維行程編碼，它是二維行程編碼在三維空間的擴(kuò)充。這種編碼方法可能需要大量的存儲空間，更為復(fù)雜的技術(shù)是八叉樹，它是二維的四叉樹的延伸。

三維矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示有多種方法，其中運用最普遍的是具有拓?fù)潢P(guān)系的三維邊界表示法和八叉樹表示法。503.4.8.2三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)501、八叉樹三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

用八叉樹來表示三維形體，既可以看成是四叉樹方法在三維空間的推廣，也可以是用三維體素列陣表示形體方法的一種改進(jìn)。

八叉樹的邏輯結(jié)構(gòu)如下：假設(shè)要表示的形體V可以放在一個充分大的正方體C內(nèi)，C的邊長為2的n次方，它的八叉樹可以用以下的遞歸方法來定義：八叉樹的每個節(jié)點與C的一個子立方體對應(yīng)，樹根與