【正文】 個(gè)電力供應(yīng)公司對(duì)它們的設(shè)施管理可能既采用了一個(gè)基于要素的視點(diǎn)，同時(shí)又采用了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的視點(diǎn)，這依賴于他們關(guān)心的是否是替換一個(gè)特定的管道，在這種情況下，一個(gè)基于要素的視點(diǎn)可能是合適的；或者例如他們關(guān)心的是分析重建線路的目的，在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)模型將是合適的。網(wǎng)狀模型的基本特征是，結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間沒(méi)有明確的從屬關(guān)系，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可與其它多個(gè)結(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系。網(wǎng)狀模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)記錄，連線描述不同結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間的關(guān)系。有向圖（Digraph）的形式化定義為：Digraph = (Vertex,{Relation})其中Vertex為圖中數(shù)據(jù)元素（頂點(diǎn)）的有限非空集合；Relation是兩個(gè)頂點(diǎn)（Vertex）之間的關(guān)系的集合。有向圖結(jié)構(gòu)比樹(shù)結(jié)構(gòu)具有更大的靈活性和更強(qiáng)的數(shù)據(jù)建模能力。網(wǎng)狀模型可以表示多對(duì)多的關(guān)系，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率高于層次模型，但其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性限制了它在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的應(yīng)用。網(wǎng)狀模型反映了現(xiàn)實(shí)世界中常見(jiàn)的多對(duì)多關(guān)系，在一定程度上支持?jǐn)?shù)據(jù)的重構(gòu)，具有一定的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和共享特性，并且運(yùn)行效率較高。但它在應(yīng)用時(shí)也存在以下問(wèn)題：．網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難。它要求用戶熟悉數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，知道自身所處的位置。．網(wǎng)狀數(shù)據(jù)操作命令具有過(guò)程式性質(zhì)。．不直接支持對(duì)于層次結(jié)構(gòu)的表達(dá)。．基本不具備演繹功能。．基本不具備操作代數(shù)基礎(chǔ)。6．時(shí)空模型6．1時(shí)空數(shù)據(jù)模型概述6．1．1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(gè)方面：空間維度和屬性維度，因此也叫SGIS(Static GIS)，而能夠同時(shí)處理時(shí)間維度的GIS叫TGIS（Temporal GIS）。在GIS中，具有時(shí)間維度的數(shù)據(jù)可以分為兩類，一類是可以稱為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如一個(gè)測(cè)站歷史數(shù)據(jù)的積累，它可以通過(guò)在屬性數(shù)據(jù)表記錄中簡(jiǎn)單地增加一個(gè)時(shí)間戳（Time Stamp）實(shí)現(xiàn)其管理；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317），描述這種數(shù)據(jù)，是TGIS數(shù)據(jù)模型的重點(diǎn)要解決的問(wèn)題。圖317：土地利用隨時(shí)間的推移而變化TGIS數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)是語(yǔ)義更豐富、對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述更準(zhǔn)確，其物理實(shí)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(diǎn)是“時(shí)空效率”。當(dāng)前主要的TGIS模型包括：空間時(shí)間立方體模型（Spacetime Cube）；序列快照模型（Sequent Snapshots）；基圖修正模型（Base State with Amendments）；空間時(shí)間組合體模型（Spacetime Composite）。其中序列快照模型和GIS分類中的模擬GIS（Analog GIS）一樣，只是一種概念上的模型，不具備實(shí)用的開(kāi)發(fā)價(jià)值，而其它幾種模型都有自己的特點(diǎn)和適用范圍，如基圖修正模型比較適合于柵格模型的TGIS開(kāi)發(fā)。6．1．2 TGIS的研究思路TGIS海量數(shù)據(jù)的處理必然導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型的根本變化。TGIS問(wèn)題的最終解決在于“可與拓?fù)湔撓囝惐鹊摹比聰?shù)學(xué)思路的出現(xiàn)。目前可以研究TGIS技術(shù)，以便在SGIS的框架中用TGIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)TGIS功能。對(duì)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(duì)典型應(yīng)用領(lǐng)域（如土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作）進(jìn)行全面研究，同時(shí)不斷豐富、充實(shí)綜合模型，最后得到一個(gè)比較完善的綜合模型。6．2時(shí)空數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的基本思想地籍變更、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(lái)重建歷史狀態(tài)、跟蹤變化、預(yù)測(cè)未來(lái)。這就要求有一個(gè)組織、管理、操作時(shí)空數(shù)據(jù)的高效時(shí)空數(shù)據(jù)模型。時(shí)空數(shù)據(jù)模型是一種有效組織和管理時(shí)態(tài)地理數(shù)據(jù)，屬性、空間和時(shí)間語(yǔ)義更完整的地理數(shù)據(jù)模型。一個(gè)合理的時(shí)空數(shù)據(jù)模型必須考慮以下幾方面的因素：節(jié)省存儲(chǔ)空間、加快存取速度、表現(xiàn)時(shí)空語(yǔ)義。時(shí)空語(yǔ)義包括地理實(shí)體的空間結(jié)構(gòu)、有效時(shí)間結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、時(shí)態(tài)關(guān)系、地理事件、時(shí)空關(guān)系。時(shí)空數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的基本指導(dǎo)思想：（1）根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)（如宏觀變化觀測(cè)與微觀變化觀測(cè)）和客觀現(xiàn)實(shí)變化規(guī)律（同步變化與異步變化、頻繁變化與緩慢變化），折中考慮時(shí)空數(shù)據(jù)的空間/屬性內(nèi)聚性和時(shí)態(tài)內(nèi)聚性的強(qiáng)度，選擇時(shí)間標(biāo)記的對(duì)象。對(duì)于屬性，有屬性數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)間標(biāo)記、實(shí)體時(shí)間標(biāo)記、數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間標(biāo)記；對(duì)于空間，有坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)間標(biāo)記、弧段時(shí)間標(biāo)記、實(shí)體時(shí)間標(biāo)記、數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間標(biāo)記。（2）同時(shí)提供靜態(tài)（變化不活躍）、動(dòng)態(tài)（變化活躍）數(shù)據(jù)建模手段（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型和操作）。當(dāng)前、歷史等不同使用頻率的數(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(jī)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。（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里顯式表達(dá)兩種地理事件：地理實(shí)體進(jìn)化事件和地理實(shí)體存亡事件。地理事件以事件發(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(shí)體存亡事件的源狀態(tài)有參加事件的實(shí)體標(biāo)識(shí)集合表示。時(shí)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(shí)間語(yǔ)義。常見(jiàn)的狀態(tài)變化查詢即地理事件查詢。（4）時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系一般指地理實(shí)體空間拓?fù)潢P(guān)系的拓?fù)涫录g的時(shí)態(tài)關(guān)系。時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系揭示了地理實(shí)體在時(shí)間和空間上的相關(guān)性。為了有效地表達(dá)時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系，需要存儲(chǔ)空間拓?fù)潢P(guān)系的時(shí)變序列。7．三維模型目前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論的日趨完善，GIS作為一門新興的邊緣學(xué)科也日趨成熟，許多商品化的GIS軟件功能日趨完善。但是，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(shí)世界上所遇到的現(xiàn)象和問(wèn)題，而一旦涉及到處理三維問(wèn)題時(shí)，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(shuō)的空間數(shù)據(jù)，從本質(zhì)上說(shuō)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(lái)描述它們時(shí)，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(jì)等方面比二維GIS要復(fù)雜得多。7．1三維GIS的功能目前，三維GIS所研究的內(nèi)容以及實(shí)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(duì)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(duì)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(shù)表示）。3）變換：既能對(duì)所有物體或某一類物體，又能對(duì)某個(gè)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(gè)物體分解成幾個(gè)以及將幾個(gè)物體組合成一個(gè)。4）查詢：此功能依賴于單個(gè)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(yùn)算：通過(guò)與、或、非及異或運(yùn)算符對(duì)物體進(jìn)行組合運(yùn)算。6）計(jì)算：計(jì)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(jì)算某一類地物的分布趨勢(shì)，或其它指標(biāo)，以及進(jìn)行模型的比較。8）建立模型。9）視覺(jué)變換：在用戶選擇的任何視點(diǎn)，以用戶確定的視角、比例因子、符號(hào)來(lái)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(dòng)備份、安全性措施、以及網(wǎng)絡(luò)工作管理。7．2三維數(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?jī)煞N形式。柵格結(jié)構(gòu)使用空間索引系統(tǒng)，它包括將地理實(shí)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(chǔ)這種數(shù)據(jù)的最簡(jiǎn)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(chǔ)空間，更為復(fù)雜的技術(shù)是八叉樹(shù)，它是二維的四叉樹(shù)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(yùn)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(shù)表示法。7．2．1八叉樹(shù)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用八叉樹(shù)來(lái)表示三維形體，既可以看成是四叉樹(shù)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(shù)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(gè)充分大的正方體C內(nèi)，C的邊長(zhǎng)為2的n次方，形體VC，它的八叉樹(shù)可以用以下的遞歸方法來(lái)定義：八叉樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)與C的一個(gè)子立方體對(duì)應(yīng)，樹(shù)根與C本身相對(duì)應(yīng)，如果V=C，那么V的八叉樹(shù)僅有樹(shù)根，如果V不等于C，則C等分為八個(gè)子立方體，每個(gè)子立方體與樹(shù)根的一個(gè)子節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。只要某個(gè)子立方體不是完全空白或完全為V所占據(jù)，就要被八等分，從而對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)也就有了八個(gè)子節(jié)點(diǎn)。這樣的遞歸判斷、分割一直要進(jìn)行到結(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的立方體或是完全空白，或者是完全為V占據(jù)，或是其大小已是預(yù)先定義的體素大小，并且對(duì)它與V之交作一定的“舍入”，使體素或認(rèn)為是空白的，或認(rèn)為是V占據(jù)的。如此所生成的八叉樹(shù)上的節(jié)點(diǎn)可分為三類：1）灰節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的立方體部分地為V所占據(jù)；2）白節(jié)點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的立方體中無(wú)V的內(nèi)容；3）黑節(jié)點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的立方體全為V所占據(jù)。后兩類又稱為葉結(jié)點(diǎn)。由于八叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)與四叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)是非常相似的，所以八叉樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)方式可以完全沿用四叉樹(shù)的有關(guān)方法。根據(jù)不同的存儲(chǔ)方式，八叉樹(shù)也可以分別稱為常規(guī)的、線形的、一對(duì)八的八叉樹(shù)等等。1）規(guī)則的八叉樹(shù)八叉樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是用一個(gè)有九個(gè)字段的記錄來(lái)表示樹(shù)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)字段用來(lái)描述該結(jié)點(diǎn)的特性，其余的八段用來(lái)作為存放指向其八個(gè)子結(jié)點(diǎn)的指針。這是最普通使用的表示樹(shù)形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)方式。規(guī)則八叉樹(shù)缺陷較多，最大的問(wèn)題是指針占用了大量的空間。因此，這種方式雖然十分自然，容易掌握，但在存儲(chǔ)空間的使用率方面不很理想。2）線形八叉樹(shù)線形八叉樹(shù)注重考慮如何提高空間利用率，用某一預(yù)先確定的次序遍歷八叉樹(shù)，將八叉樹(shù)轉(zhuǎn)換成一貫線形表，表的每個(gè)元素與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。線形八叉樹(shù)不僅節(jié)省存儲(chǔ)空間，對(duì)某些運(yùn)算也較為方便。但是為此付出的代價(jià)是喪失了一定的靈活性，如圖318和圖319所示。圖318：體元形式的三維數(shù)據(jù)圖319：圖318的線性八叉樹(shù)編碼 3）一對(duì)八式的八叉樹(shù)一個(gè)非葉結(jié)點(diǎn)有八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，為了確定起見(jiàn)，將它們分別標(biāo)記為0，1，2，3，4，5，6，7。從上面的介紹可以看到，如果一個(gè)記錄與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，那么在這個(gè)記錄中描述的是這個(gè)結(jié)點(diǎn)的八個(gè)子結(jié)點(diǎn)的特征值。而指針給出的則是該八個(gè)子結(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)記錄的存放處，而且還隱含地假設(shè)了這些子結(jié)點(diǎn)記錄存放的次序。也就是說(shuō)，即使某個(gè)記錄是不必要的，那么相應(yīng)的存儲(chǔ)位置也必須空閑在那里，以保證不會(huì)錯(cuò)誤地存取到其它同輩結(jié)點(diǎn)的記錄。這樣當(dāng)然會(huì)有一定的浪費(fèi)，除非它是完全的八叉樹(shù)，即所有的葉結(jié)點(diǎn)均在同一層次出現(xiàn)，而在該層次之上的所有層中的結(jié)點(diǎn)均為非結(jié)點(diǎn)。為了克服這種缺陷，一是增加計(jì)算量，即在存取相應(yīng)結(jié)點(diǎn)記錄之前，首先檢查它的父結(jié)點(diǎn)記錄，看一下之前有幾個(gè)葉結(jié)點(diǎn)，從而可以知道應(yīng)該如何存取所需結(jié)點(diǎn)記錄。這種方法的存儲(chǔ)需求無(wú)疑是最小的，但是要增加計(jì)算量；另一個(gè)是在記錄中增加一定的信息，使計(jì)算工作適當(dāng)減少或者更方便。例如在原記錄中增加三個(gè)字節(jié)，一分為八，每個(gè)子結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)三位，代表它的子結(jié)點(diǎn)在指針指向區(qū)域中的偏移。因此，要找到它的子結(jié)點(diǎn)的記錄位置，只要固定地把指針指向的位置加上這個(gè)偏移值（07）乘上記錄所占的字節(jié)數(shù)，就是所要的記錄位置，因而一個(gè)結(jié)點(diǎn)的描述記錄為：偏移指針SWBSWTNWBNWTSEBSETNEBNET用這種方式所得到的八叉樹(shù)和以前相同，只是每個(gè)記錄前多了三個(gè)字節(jié)。7．2．2三維數(shù)據(jù)的顯示三維顯示通常采用截面圖、等距平面、多層平面和立體塊狀圖等多種表現(xiàn)形式，大多數(shù)三維顯示技術(shù)局限于CRT屏幕和繪圖紙的二維表現(xiàn)形式，人們可以觀察到地理現(xiàn)象的三維形狀，但不能將它們作為離散的實(shí)體進(jìn)行分析，如立體不能被測(cè)量、拉伸、改變形狀或組合。借助三維顯示技術(shù)，通過(guò)離散的高程點(diǎn)形成等高線圖、截面圖、多層平面和透視圖，可以把這些最初都是人工完成的工作，用各種計(jì)算機(jī)程序迅速高效地完成。圖320給出了一種三維數(shù)據(jù)的表示方法。圖320：通過(guò)“圍墻”狀的剖面表示三維數(shù)據(jù)