空间数据库的设计过程

GIS是人类认识客观世界、改造客观世界的有力工具。GIS的开发和应用需要经历一个由现实世界到概念世界，再到计算机信息世界的转化过程。概念世界的建立是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，即对各种不同专业领域的研究和系统分析，最终形成GIS的空间数据库系统和应用系统所需的概念化模型。进一步的逻辑模型设计，其任务就是把概念模型结构转换为计算机数据库系统所能够支持的数据模型。逻辑模型设计时最好应选择对某个概念模型结构支持得最好的数据模型，然后再选定能支持这种数据模型，且最合适的数据库管理系统。最后的存储模型则是指概念模型反映到计算机物理存储介质中的数据组织形式。

GIS的概念模型，是人们从计算机环境的角度出发和思考，对现实世界中各种地理现象、它们彼此的联系及其发展过程的认识及抽象的产物。具体地说，主要包括对地理现象和过程等客体的特征描述、关系分析和过程模拟等内容。这些内容在GIS的软件工具、数据库系统和应用系统研究中往往被抽象、概括为数据结构的定义、数据模型的建立及专业应用模型的构建等主要理论与技术问题。它们共同构成GIS基础研究的主要内容。

G1S的空间数据结构是对地理空间客体所具有的特性的一些最基本的描述。地理空间是一个三维的空间，其空间特性表现为四个最基本的客体类型，即点、线、面和体等。这些客体类型的关系是十分复杂的。一方面，线可以视为由点组成，面可由作为边界的线所包围形成，体又可以由面所包围形成。可见四类空间客体之间存在着内在的联系，只是在构成上属于不同的层次。另一方面，随着观察这些客体的坐标系统的维数、视角及比例尺的变化，客体之间的关系和内容可能按照一定的规律相互转化。例如，由三维坐标系统变为二维坐标系统后，比如通过地图投影，空间体可变成面，面可以部分地变成线，线可以部分地变成点3视角变化之后，也将使某些客体发生变化。坐标系统的比例尺缩小时，部分的体、面、线客体均可能变为点客体。由此可见，空间点、线、面和体等客体及其它们之间结构上的关系是GIS空间数据结构的基础。

同时，所有地理现象和地理过程中的各种空间客体并非孤立存在，而是具有各种复杂的联系。这些联系可以从空间客体的空间、时间和属性三个方面加以考察。

1.客体间的空间联系大体上可以分解为空间位置、空间分布、空间形态、空间关系、空间相关、空间统计、空间趋势、空间对比和空间运动等等联系形式。其中，空间位置描述的是空间客体个体的定位信息；空间分布是描述空间客体的群体定位信息，且通常能够从空间概率、空间结构、空间聚类、离散度和空间延展等方面予以描述；空间形态反映空间客体的形状和结构;空间关系是基于位置和形态的实体关系；空间相关是空间客体基于属性数据上的关系；空间统计描述空间客体的数量、质量信息，又称为空间计量；空间趋势反映客体空间分布的总体变化规律；空间对比可以体现在数量、质量和形态三个方面；空间运动则反映空间客体随时间的迁移或变化。以上种种空间信息基本上反映了空间分析所能揭示的信息内涵，彼此互有区别又有联系。

2.客体之间的时间联系一般可以通过客体变化过程来反映。有些客体数据的变化周期很长，如地质地貌等数据随时间的变化。而有些空间数据则变化很快，需要及时更新，如土地利用数据等。客体时间信息的表达和处理构成了空间时态GIS及其数据库的基本内容。

3.客体间的属性联系主要体现为属性多级分类体系中的从属关系、聚类关系和相关关系。从属关系主要反映各客体之间的上下级或包含关系；聚类关系是反映客体之间的相似程度及并行关系；相关关系则反映不同类客体之间的某种直接或间接的并发或共生关系。属性联系可以通过GIS属性数据库的设计加以实现。