第三讲-电子地图数据模型

电子地图可视化工程主讲人：蔡忠亮武汉大学资源与环境科学学院电子地图的数据模型几个重要概念空间数据结构空间数据空间数据——是描述地理数据中空间特征部分的数据，即描述地理现象或地理实体的空间位置、形状、大小以及它们之间关系（如拓扑关系）的数据。空间数据结构——空间数据结构是指空间数据在计算机内的组织和编码形式。它是一种适合于计算机存贮、管理和处理空间数据的逻辑结构，是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述。（包括数据类型、内容、性质以及数据间的联系）空间数据模型空间数据库空间数据模型——是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。现实世界的数据抽象。分为概念、逻辑、物理模型。三要素：数据结构、数据操作及完整性约束条件。几个重要概念空间数据模库——指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。分层次、网络、关系、面向对象等数据库。有哪些数据模型？矢量（对象）模型栅格（场）模型为什么建立数据模型便于计算机进行信息组织与管理现实缩微，便于早期分析便于数据共享与交换数据模型的意义？数据模型内容？数据模型的三元素？电子地图的多源数据集成电子地图矢量与栅格数据集成地理模型与制图模型相结合电子地图的无缝空间数据组织电子地图的空间数据模型1.电子地图的多源数据集成1空间数据的多源性多语义性多时空性和多尺度获取手段多源性存储格式多源性电子地图多源数据集成模式1.电子地图的多源数据集成2.电子地图的矢量与栅格数据集成1)矢量与栅格数据集成的必要性存在两种数据结构两者集成的优势两种数据结构优势互补两者集成可提高地理信息表达效果2)矢量与栅格数据集成矢量要素与DEM矢量要素与影像矢量要素与DEM、影像2.电子地图的矢量与栅格数据集成3.地理模型与制图模型结合1)数字景观模型(DLM)与数字制图模型(DCM)DLM与DCM对应两种数据库DLM是以实体形式描述的地理客体的精确位置、形状和属性，以及实体之间关系（如拓扑结构）变化过程等。DCM则在比例尺要求下以符号的形式反映上述内容。前者强调空间分析，后者强调图形表达。2)地理模型与制图模型结合地理模型与制图模型相结合的数据组织方法，这不仅提高了电子地图对空间数据的可视化效果，而且增强了电子地图的空间分析能力。背景＋热点3.地理模型与制图模型结合2)地理模型与制图模型结合地理模型与制图模型相结合特点：不同分辨率下热点甚至可以具有相同详细程度的信息；发挥两种数据的优势：热点的可视化效果在背景中设计，隐藏在背景后的热点提供分析和查询信息；只有被检索的热点才被显示出来，提高了地图的可读性；数据精度甚至可以不随比例尺/分辨率变化而变化（精确数据来自数据库）；无形目标（无法用详细图形表达的目标）信息的详细表达。3.地理模型与制图模型结合4.电子地图无缝空间数据的组织1）为什么研究无缝空间数据？海量数据存储与处理技术、多分辨率、数据列为数字地球的关键技术内容之一。GIS数据的存储，以地图图幅作为GIS的数据存储方式是不恰当的，它导致数据在横向（图幅）和纵向（图层）上所不期望的分割（Chrisman，1990；Frank，1988）；硬件限制、研究区域增大、对不同详细程度数据的需求，导致出现空间数据在横向和纵向上的无缝问题（王家耀，2004）；新一代的电子地图系统或GIS应该具备处理多尺度海量数据的能力。2）空间数据的多尺度特征比例尺与分辨率空间数据的多尺度特征空间尺度时间尺度4.电子地图无缝空间数据的组织3）空间数据的多重表达基本概念按照NCGIA给出的定义，数据库多重表达是指“随着在计算机内存储、分析和描述的地理目标的分辨率（比例尺）的不同，所产生和维护的同一地理目标在几何、拓扑结构和属性方面的不同数字表达形式（B.P.ButtenField，1993）”数据形式一库多版本多库多版本表现方法各基本比例尺数据图幅及图层控制自动综合4.电子地图无缝空间数据的组织4）基于分层扩展R树和分层线性四叉树的无缝空间数据组织（1）基于分层扩展R树的图幅组织4.电子地图无缝空间数据的组织4)基于分层扩展R树和分层线性四叉树的无缝空间数据组织扩展R树R树描述的对象是地图（含图层）；不同比例尺的地图位于不同层的R树上；相同比例尺的地图位于相同层的R树上；不同层的R树具有不相同的扩展维（显示比例范围）；要素层可以具有不同的显示比例范围的扩展维。4.电子地图无缝空间数据的组织4）基于分层扩展R树和分层线性四叉树的无缝空间数据组织扩展R树的层次4.电子地图无缝空间数据的组织4）基于分层扩展R树和分层线性四叉树的无缝空间数据组织（2）基于分层线性四叉树的空间目标组织与索引机制4.电子地图无缝空间数据的组织5）多级分层树状结构：“层一块一格网”的三级线性树状结构4.电子地图无缝空间数据的组织6）多分辨率金字塔的数据组织粗精1:10000001:2500001:500001:100004.电子地图无缝空间数据的组织1:100万影像数据库工程空间分块索引……1:25万影像数据库分幅索引……1:5万影像数据库分块索引分幅索引……分块索引1:1万影像数据库…………影像数据块影像数据块影像数据块影像数据的建库与管理123456（0，0）（0，1）…（0，2n-1-1）（1，0）（1，1）…（1，2n-1-1）（2n-1-1，0）（2n-1-1，1）…（2n-1-1，2n-1-1）…………（2n-1×2n-1）tgp-2-0-0.pngtgp-2-0-1.pngtgp-2-1-0.pngtgp-2-1-1.png（0，0）（0，1）（1，0）（1，1）栅格地图的服务器端文件组织方式地图瓦片切割与命名示意图切割瓦片的位置矩阵•栅格地图切片的影像金字塔技术•M级缩放地图，存放在M个文件夹目录下，按切割矩阵可组合成一张地图全图。•第n级原图大小为（Ln=L×2n-1）*（Hn=H×2n-1），按L*H大小，顺序切割获得2n-1×2n-1个地图瓦片。7）电子地图瓦片数据组织4.电子地图无缝空间数据的组织5.电子地图的数据模型应用分析GIS空间分析制图输出地理数据库（DLM）地图数据库（DCM）电子地图系统空间定位基础底图操作图层地理数据库（DLM）地图数据库（DCM）任务WebGIS/地图预制静态数据比例尺依赖的动态数据1）客户端动态渲染:RIA:SilverLight,Flex,HTML5,插件等;2）服务器端动态渲染：透明叠加等5.电子地图的数据模型应用分析5.电子地图的数据模型应用分析5.电子地图的数据模型应用分析5.电子地图的数据模型应用分析6.电子地图的应用建模数据建模应用建模6.电子地图的应用建模算法基础GIS空间分析模型应用模型GraphicLevelGISLevelApplicationLevel6.电子地图的应用建模图形基础（OD矩阵）最佳路径交通应用（搭乘方案）ReferencesProgressiveTransmissionofVectorMapDataovertheWorldWideWebMichelaBertolotto,MaxJ.EgenhoferTheRolesofWebFeatureandWebMapServicesinReal-timeGeospatialDataSharingforTime-criticalApplicationsChuanrongZhang&WeidongLi