从地理世界到数字世界

地理信息系统的目的是提供开发利用地球资源的智能决策 的空间框架和对人文环境的管理。这不同于人们通过观察现实地理世界获取相关信息的方法，它是通过GIS软件1存储在地理空间数据库中的数据进行交互的方式获取的。这就需要对获取的地理数据进行数字化，并对地理数据对象进行建模。

人们对地理世界的认知和数据建模过程是—个逐步由抽象到具体的过程。这个建模过程包括地理空间认知模型（概念世界）、地理空间数据模型（模型世界）、地理空间数据结构（数字世界）三个层次。

人们通过地理学的认知理论和方法完成对地理世界的认知过程，获得对地理世界需要表达的地理信息的一组概念和关系的知识，并用地理学语言对其定义和描述，形成地理空间认知模型，也称为认知的概念世界，或概念模型。为了将这个概念世界变换到数据世界，需要从地理对象的建模角度和地理数据库的角度，对其概念特征或对象关系、关联规则属性、表达规则和内容等，用计算机形式化语言或其他建模语言进行定义和描述，形成地理空间数据模型，也称为模型世界，或逻辑模型，它们与地理信息应用的视角有关。地理信息是以地理数据为载体进行存储和管理的，在GIS中是一组以图层为基本巧作单位的空间或非空间数据文件，即地理数据集，用计算机数据库的语言定义和描述，形成地理空间数据结构，也称为数字世界，或物理模型。它们与定义数据文件的数据库管理系统有关。

由此可知，地理空间认知模型是人们对现实地理世界认知的知识表达成果，具有客观性和普遍性。地理空间数据模型，会因建模的应用角度和面向的数据库不同而不同，具有选择性和针对性，如地理数据是按照特征要素建模还是按照地理对象建模？具有全部显式、半显式表达或不表达空间关系的选择；是采用空间建模还是时空建模？等等如CAD、Coverage和GeoDatabase数据模型。地理空间数据结构是地理空间数据模型在特定的数据库管理系统中的具体实现，选择不同的地理数据模型和数据库管理系统其数据文件的结构是不同的，即数据格式不同，同样具有选择性和针对性，如CAD、GeoDatabase数据模型在AutoCAD、Arc/Info和ArcGIS软件中产生的数据格式后两者还因支持的数据库管理软件不同而不同。

数据模型是对数据特征的抽象描述，它不是描述个别数据特性，而是描述数据的共性。严格地说，一个地理空间数据模型应能描述地理空间数据的以下特征：

（1）静态特性。包括实体和实体具有的特性、实体间的联系等，通过构造基本数据结构类型来实现。

（2）动态特性。即现实世界中的实体及实体间的不断发展变化，通过对数据文件的检索、插入、删除和修改等操作来实现。

（3）数据间的相互制约与依存关系。通过一组完整性约束规则来实现。

由此可见，一个数据模型实际上给出了在计算机系统中描述 现实世界的信息结构及其变化的一种抽象方法。数据模型不同，描述和实现的方法也不相同相应的支持软件——数据库管理系统也就不同。

数据模型反映了现实世界中的实体之间的各种联系。实体间的联系有两类：一类是实体内部厲性间的联系；另一类是实体与实体之间的联系。实体与实体之间的联系是错综复杂的。实体间的联系可以分为以下三种：

（1）—对一的联系。这是最简单的一种实体之间的 联系它表示两个实体集中的个体间存在的一对一的联系。记为1:1。

据存储的格式、栅格数据分层、栅格数据目录等。目前多数GIS软件支持图像处理学定义的影像数据模型和格式。

连续表面数据模型是一种2.5维的数据模型，主要包括规则格网和不规则三角网两种类型。对于规则格网连续表面数据模型，多数GIS软件都采用栅格数据模型定义数据结构，这样支持图像处理的软件功能，同样适合处理规则格网连续表面数据模型。不规则三角网数据模型是基于三维的数据点构建的 不规则三角形表达数值空间变化的数据模型，是一种特定的具有拓扑关系的矢量数据模型。

属性数据模型主要定义属性数据表的定义、属性记录之间的关系和属性表之间的关联关系规则，是注重一般关系描述的数据模型。