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  • 数据模型、空间数据模型、GIS数据模型 数据模型 说明 是什么 为了将复杂的地理事物和现象重载到计算机世界中,如何对其进行简化和抽象成为了GIS的基础性问题,而对现实世界进行抽象建模的结果就是数据模型,...

    模型篇

    数据模型、空间数据模型、GIS数据模型

    数据模型 说明
    是什么 为了将复杂的地理事物和现象重载到计算机世界中,如何对其进行简化和抽象成为了GIS的基础性问题,而对现实世界进行抽象建模的结果就是数据模型,其包含着现实世界中空间实体及其相互联系的概念
    三个层次 空间数据模型可归纳为概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个层次
    1. [概念数据模型] 是连接现实世界到概念世界的桥梁,是地理事物与现象的抽象概念的集合,是地理数据的语义解释
    2. [逻辑数据模型] 是概念世界到计算机世界的桥梁(数据世界),其描述概念数据模型中实体及之间关系的逻辑结构,是系统抽象的中间层。通过所说空间数据模型的狭义就是逻辑数据模型
    3. [物理数据模型] 是逻辑数据模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制,即在物理磁盘上是如何存放和存取的,是系统抽象的最底层
    概念数据模型 GIS传统的概念数据模型包含三种:用于描述空间中连续分布现象的场模型;用于描述各种空间地物的对象模型;模拟现实世界中各种网络的网络模型
    逻辑数据模型 即是狭义的空间数据模型,通过所说的空间数据模型即是指逻辑数据模型。GIS传统的数据模型有:矢量、栅格、矢栅一体化、镶嵌数据模型等
    传统GIS模型的缺点 传统GIS模型是按计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象,其难以准确、完整的表达复杂的地理实体及其之间的关系,更难满足客观世界的整体特征要求,这直接导致地理信息失去了很多它本身的特点,独立性差、受制于计算机的发展。
    未来 ①面向对象模型在一定程度上解决了传统GIS模型的某些不足,其也符合人的思维。但还尚未成熟无法产业化,产商也不愿承担风险作出大的变革,绑架了整个产业的发展。
    ②面向几何代数模型(南师提出)是用代数的方法描述客观世界,解决几何问题。其统一了几何与代数、时间与空间、多维和高维、时间与空间的表达与计算,非常切合地学的本质,能够直接支撑地理分析模型,并支持并行计算,有很大的应用前景。

    数据模型(逻辑数据模型)的种类

    介绍 优点 缺点
    矢量数据模型 采用坐标与属性来表达空间实体 1. 数据结构严密,冗余度小,数据量小
    2. 空间拓扑关系清晰,易于网络分析
    3. 面向对象目标的,不仅能表达属性编码,而且能方便记录每个目标的具体的属性描述信息,能够实现图形数据的恢复、更新和综合
    4. 图形显示质量好、精度高
    1. 数据结构处理算法复杂
    2. 叠置分析与栅格图组合比较难
    3. 数学模拟比较困难
    4. 空间分析技术上比较复杂,需要更复杂的软硬件条件
    5. 显示与绘图成本比较高
    栅格数据模型 对面域或空域进行枚举 1. 数据结构简单,易于算法实现
    2. 空间数据叠置和组合容易,有利于遥感数据的匹配应用和分析
    3. 各类空间分析,地理现象模拟均较为容易
    4. 输出方法快速简易,成本低廉
    1. 图形数据量大,用大像元减少数据量时,精度和信息受损失
    2. 难以建立空间网络连接关系
    3. 投影变化实现困难
    4. 图形数据质量低,地图输出不精美
    矢栅一体化 同时用矢量、栅格数据结构来表达 1. 集矢量、栅格两者的优点
    2. 建立了栅格与实体的联系,明确了栅格与实体的对应关系
    1. 对空间实体及其关系描述的数据量增大
    2. 两者生硬的结合,没有实质性的进展
    镶嵌数据模型 用小面块逼近自然界表面 1. 规则格网系统:容易叠置分析,存储的数据具有隐式坐标,无需对坐标进行数字化
    2. 不规则格网:消除数据冗余,格网的结构本身适应于数据的实际分布,可表示不连续的地理现象
    数据量大,算法实现比较复杂和困难,数据表示方面容易产生不协调
    面向对象数据模型 基于面向对象思想 可得到复杂地理对象的逻辑数据模型 1. 复杂属性只能拆分成并列的单一属性,不利于查找、更新和删除
    2. 无法表示变长的属性
    3. 无法表示嵌套表
    基于几何代数的数据模型 统一了几何与代数、时间与空间、多维度与高维度、时间与空间的表达与计算,可以直接支撑地理分析模型
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  • 导航地图数据模型研究现状与趋势

    千次阅读 2013-07-31 14:51:02
  • 数据模型

    2017-06-20 20:57:23
     定义 1. 模型 一张地图、房地产沙盘都是模型。 ...模型是对现实世界中某个...数据模型符合上述“模型”的定义。 特殊的是:这是专门描述“数据”这种对象的模型。 由于计算机处理不了现实世界的具体事物,
    

    定义

    1. 模型

    • 一张地图、房地产沙盘都是模型。
    • 模型是对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象。

      例如:航模飞机是对真实飞机的模拟和抽象,它模拟了飞机的起飞、飞行、降落;它抽象了飞机的基本特征---机身、机头、机翼、机尾。
      

    2. 数据模型

    • 数据模型符合上述“模型”的定义。
    • 特殊的是:这是专门描述“数据”这种对象的模型。

      由于计算机处理不了现实世界的具体事物,所以首先必须把一切“数字化”,把现实世界中的人、物、活动、概念等用【数据模型这个工具】来抽象、表示和处理。

    • 再有:现有的所有数据库(DB)都是基于某种数据模型的。所以,数据模型是DB系统的核心和基础



    两类数据模型

    如同在建筑设计和施工的不同阶段需要不同的图纸一样,在开发实施数据库应用系统中也需要使用不同的数据模型,有如下两类3种:

    • 概念模型
    • 逻辑模型、物理模型

    1. 概念模型(Conceptual Model)

    概念模型是按照用户的观点来对数据和信息建模,主要用于数据库设计

    特点:概念模型与具体的计算机系统和DBMS无关。概念模型的表示方法有很多,最著名和常用的是“实体-联系方法(Entity - Relationship Approach)”,该方法用E-R图来描述概念模型。

    2. 逻辑模型(Logical Model)

    逻辑模型是按照计算机系统的观点来对数据和信息建模,主要用于DBMS的实现

    包括:

    • 层次模型 - Hierarchical Model
    • 网状模型 - Network Model
    • 关系模型 - Relational Model
    • 面向对象模型 - Object Oriented Model
    • 对象关系模型 - Object Relational Model

    3. 物理模型(Physical Model)

    物理模型是对数据最底层的抽象,他描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。如:在磁盘或者磁带上的存储方式和存取方法,是面向计算机系统的。物理模型的具体实现是DBMS的任务,数据库设计人员(即程序员)了解和选择物理模型,一般用户则不必考虑物理级的细节。


    4. 基于上面1、2和3的数据库设计步骤

    数据库设计目的:把现实世界的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型

    1. 首先,把现实世界中的客观对象抽象为一种结构,此结构不依赖于具体的计算机系统,不是某一个DBMS支持的数据模型。这也就是所谓概念模型。
    2. 然后,再把概念模型转换为某一个DBMS支持的数据模型。

    具体描述1和2如下

    1. 现实世界 —-> 概念模型 (数据库设计人员来做)
    2. 概念模型 —-> 逻辑模型 (数据库设计人员 或者 数据库设计工具协助数据库设计人员完成)
    3. 交流的语言。因此,概念模型应该有较强的语义表达能力,另一方面它还应该简单、清晰、易于用户理解。

      2. 信息世界的一些基本概念

      1. 实体(Entity)
        客观存在并可相互区别的事物称为实体。它可以是具体的人、事,也可以是抽象的联系
      2. 属性(Attribute)
        实体具有的某一特性称为属性。一个实体可以有若干的属性来刻画
      3. 码(Key)
        唯一标示一个实体的属性称为码。注意是属性集,可以是1个或多个
      4. 域(Domain)
        域是一组具有相同数据类型的值的集合。就是属性的取值范围,如学号的domain为“8位整数”
      5. 实体型(Entity Type)
        具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。即实体型是描述某一类实体的,格式为“实体名(属性1, 属性2, …… )
      6. 实体集(Entity Set)
        同一类型实体的集合称为实体集。如,全体学生就是一个实体集。(在表中就代表所有的记录)
      7. 联系(Relationship)
        实体内部和之前的关系称为联系。内部:指的是各个属性之间的关系;之间:指的是不同实体集之间的关系
        1. 实体型内部的联系
          同一实体型内部的不同实体之间,存在着一对一、一对多和多对多的关系。(以我实际工作来看,一对多最经常,比如树形父子关系)
        2. 实体型之间的联系
          也是一对一、一对多和多对多

      3. 实体 - 联系方法(E-R图)

      概念模型是对信息世界进行建模,所以要能描述上述信息世界的概念。一种最著名和常用的方式是:E-R图。
      E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法:

      1. 实体型:矩形表示,内写实体名
      2. 属性:用椭圆形表示,用无向边与实体型连接起来。
      3. 联系:用菱形表示,内写联系名,用无向边将有关系的实体型连接起来,然后在无向边旁边标上联系的类型(1:1,1:n,m:n)。另外,联系也可以有属性。

      下面是所有构件的描述图:
      这里写图片描述逻辑模型 —-> 物理模型 (DBMS来做)

    逻辑模型(Logical Model)

    逻辑模型是按照计算机系统的观点来对数据和信息建模,主要用于DBMS的实现

    包括:

    • 层次模型 - Hierarchical Model
    • 网状模型 - Network Model
    • 关系模型 - Relational Model
    • 面向对象模型 - Object Oriented Model
    • 对象关系模型 - Object Relational Model

    层次模型 —> 网状模型 —> 关系模型 —> 面向对象/对象关系模型

    1. 层次模型、网状模型

    层次和网状模型称为:格式化模型。这类模型在20世纪70到80年代初非常流行,但现在以被关系模型取代了。

    2. 面向对象模型、对象关系模型

    20世纪80年代以来面向对象的方法和技术在计算机各个领域蓬勃发展,也推动和影响了关系模型,从而产生了对象关系模型。一般来说,现在还都是用关系模型,有一些纯粹的面向对象模型的数据库已经出现,但是并没有流行。
    1. 从RDBMS扩展而来的ORDBMS随着面向对象技术的发展而出现并能被接受了。
    2. 1999年发布的SQL3终于提供了面向对象的扩展,由于SQL3晚于ORDBMS,所以各个数据库对面向对象模型的支持语法的、功能不尽相同。
    3. SQL3扩展了:LOB、BOOLEAN、集合ARRAY、自定义DISTINCT类型等

    一些ORDBMS的例子有:SQLServer和Oracle的地理信息支持

    3. 关系模型

    关系模型是目前最重要的数据模型,关系数据库依据关系模型。

    历史:1970年IBM的San Jose研究室研究员E.F.Codd提出了关系模型。他于1981年获得ACM图灵奖。
    关系模型建立在严格的数学概念基础上,每个关系的数据结构就是一张规范化的二维表。下面是一些关系模型术语:

    1. 关系(Relation)
      一个关系对应一张二维表
    2. 元组(Tuple)
      表中的一行即为一个元组
    3. 属性(Attribute)
      表中的一列即为属性
    4. 码(Key)
      表中可以唯一确定一个元组的属性组
    5. 域(Domain)
      属性的取值范围,如:人的年龄为整数且在1-150之间
    6. 分量
      元组中的一个属性值
    7. 关系模型
      对关系的描述,格式:关系名(属性1,属性2,……)

    物理模型(Physical Model)

    Database - Data Model(数据模型) 中已经介绍过,物理模型的具体实现是DBMS的任务,而我们开发人员要做的就是:学习相关DBMS,了解和使用其设计好的物理模型

    所以说:物理模型和具体的数据相关,如MySQL、SQL Server、Oracle等等

    1. 作用

    程序员设计依据一个具体的DBMS来设计一个物理模型后,该物理模型就完整的表达了将要被创建的数据库的所有要素,也就是说物理模型可以直接被转化为完整的建库SQL。

    例如:下图是mysql的 Workbench工具,只有New Model(就是Physical Model)选项。也就是说 一个完整的物理模型就等于一个数据库

    这里写图片描述

    2. 元素

    由于物理模型与具体数据相关,所以他们的元素不尽相同,但有些共有的如下:

    1. Table(表)

    表中有属性(Attribute),属性有主属性(Key)和非主属性,还有外码,属性还有值域(Domain)等等

    2. View(视图)

    基于某一张或多张表而创建的逻辑表

    3. Procedure(存储过程)

    4. Index(索引)

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  • 常用数据模型

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    对于数字地图而言,数据是很重要的一块内容,好的...常用的数据模型包括:点数据模型、线数据模型、面数据模型和文本数据模型。  点数据模型(Point) 点是零维的,存储为单个的带有属性值的 x,y 坐标对。用来表达

    对于数字地图而言,数据是很重要的一块内容,好的地图效果离不开好的数据做支撑,而好的数据需
    要分层合理、可控性强,以便于在地图中对其进行风格渲染,控制其在特定比例尺下是否显示等。同时,
    一份有地理意义的地图,也应该考虑其坐标系统。
    本小节针对以上提到的几个方面,来讲述如何进行地理数据的设计,让数据更符合我们的使用要求。
    数据分层设计
    常用数据模型
    常用的数据模型包括:点数据模型、线数据模型、面数据模型和文本数据模型。
     点数据模型(Point)
    点是零维的,存储为单个的带有属性值的 x,y 坐标对。用来表达在某种比例尺下很小但不能描述为线
    或面对象的地理要素。

    点数据模型及物理存储
    任何物体都有大小和形状,点数据模型用于表达物体的空间位置信息,不关心它的形状、大小等。例
    如,在小比例尺世界地图上,喜马拉雅山用点数据模型来描述。
     线数据模型(Line)
    线是一维的,存储为一系列有序的带有属性值的 x,y 坐标对。线数据模型允许有线复杂对象。线的形
    状可以是直线、折线、圆、椭圆、或旋转线等,其中圆、椭圆、圆弧等是转化为折线存储的。线数据模型
    用来表达在某种比例尺下不能够描述为面的线状地理要素。
    当我们只关注这些地理要素的走向、长度等一维信息而不考虑其宽度和面积时,都可以用线数据模型
    来描述,例如作为省界的河流、小比例尺的城市道路等。
    2 地图数据设计
    线数据模型及物理存储
     面数据模型(Region)
    面是二维的,存储为一系列有序的带有属性值的 x,y 坐标对,最后一个点的 x,y 坐标与第一个点的
    x,y 坐标相同,用来描述由一系列线段围绕而成的一个封闭的具有一定面积的地理要素。例如行政区面,
    或者大比例尺下的河流湖泊。

    面数据模型及物理存储
     文本(TEXT)
    存储为两部分,一部分为带有属性值的 x,y坐标对(称为文本的定位点,即文本最小外接矩形的左上
    角点),另一部分为文本属性,包括文本内容、字体、字号、字高、字宽、是否粗体、旋转角度、字体颜
    色、背景透明、固定大小等,

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