【正文】 個電力供應公司對它們的設施管理可能既采用了一個基于要素的視點，同時又采用了一個基于網絡的視點，這依賴于他們關心的是否是替換一個特定的管道，在這種情況下，一個基于要素的視點可能是合適的；或者例如他們關心的是分析重建線路的目的，在這種情況下，網絡模型將是合適的。網狀模型的基本特征是，結點數(shù)據間沒有明確的從屬關系，一個結點可與其它多個結點建立聯(lián)系。網狀模型將數(shù)據組織成有向圖結構。結構中結點代表數(shù)據記錄，連線描述不同結點數(shù)據間的關系。有向圖（Digraph）的形式化定義為：Digraph = (Vertex,{Relation})其中Vertex為圖中數(shù)據元素（頂點）的有限非空集合；Relation是兩個頂點（Vertex）之間的關系的集合。有向圖結構比樹結構具有更大的靈活性和更強的數(shù)據建模能力。網狀模型可以表示多對多的關系，其數(shù)據存儲效率高于層次模型，但其結構的復雜性限制了它在空間數(shù)據庫中的應用。網狀模型反映了現(xiàn)實世界中常見的多對多關系，在一定程度上支持數(shù)據的重構，具有一定的數(shù)據獨立性和共享特性，并且運行效率較高。但它在應用時也存在以下問題：．網狀結構的復雜，增加了用戶查詢和定位的困難。它要求用戶熟悉數(shù)據的邏輯結構，知道自身所處的位置。．網狀數(shù)據操作命令具有過程式性質。．不直接支持對于層次結構的表達。．基本不具備演繹功能。．基本不具備操作代數(shù)基礎。6．時空模型6．1時空數(shù)據模型概述6．1．1研究概述傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)應用只涉及地理信息的兩個方面：空間維度和屬性維度，因此也叫SGIS(Static GIS)，而能夠同時處理時間維度的GIS叫TGIS（Temporal GIS）。在GIS中，具有時間維度的數(shù)據可以分為兩類，一類是可以稱為結構化的數(shù)據，如一個測站歷史數(shù)據的積累，它可以通過在屬性數(shù)據表記錄中簡單地增加一個時間戳（Time Stamp）實現(xiàn)其管理；另一類是非結構化的，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，是TGIS數(shù)據模型的重點要解決的問題。圖317：土地利用隨時間的推移而變化TGIS數(shù)據模型特點是語義更豐富、對現(xiàn)實世界的描述更準確，其物理實現(xiàn)的最大困難在于海量數(shù)據的組織和存取。TGIS技術的本質特點是“時空效率”。當前主要的TGIS模型包括：空間時間立方體模型（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，不具備實用的開發(fā)價值，而其它幾種模型都有自己的特點和適用范圍，如基圖修正模型比較適合于柵格模型的TGIS開發(fā)。6．1．2 TGIS的研究思路TGIS海量數(shù)據的處理必然導致數(shù)學模型的根本變化。TGIS問題的最終解決在于“可與拓撲論相類比的”全新數(shù)學思路的出現(xiàn)。目前可以研究TGIS技術，以便在SGIS的框架中用TGIS技術實現(xiàn)TGIS功能。對TGIS模型的研究可以本著兩種思路進行平行探索：綜合模型和分解模型。先用分解模型思路針對典型應用領域（如土地利用動態(tài)監(jiān)測工作）進行全面研究，同時不斷豐富、充實綜合模型，最后得到一個比較完善的綜合模型。6．2時空數(shù)據模型設計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)境變化等應用領域，需要保存并有效地管理歷史變化數(shù)據，以便將來重建歷史狀態(tài)、跟蹤變化、預測未來。這就要求有一個組織、管理、操作時空數(shù)據的高效時空數(shù)據模型。時空數(shù)據模型是一種有效組織和管理時態(tài)地理數(shù)據，屬性、空間和時間語義更完整的地理數(shù)據模型。一個合理的時空數(shù)據模型必須考慮以下幾方面的因素：節(jié)省存儲空間、加快存取速度、表現(xiàn)時空語義。時空語義包括地理實體的空間結構、有效時間結構、空間關系、時態(tài)關系、地理事件、時空關系。時空數(shù)據模型設計的基本指導思想：（1）根據應用領域的特點（如宏觀變化觀測與微觀變化觀測）和客觀現(xiàn)實變化規(guī)律（同步變化與異步變化、頻繁變化與緩慢變化），折中考慮時空數(shù)據的空間/屬性內聚性和時態(tài)內聚性的強度，選擇時間標記的對象。對于屬性，有屬性數(shù)據項時間標記、實體時間標記、數(shù)據庫時間標記；對于空間，有坐標點時間標記、弧段時間標記、實體時間標記、數(shù)據庫時間標記。（2）同時提供靜態(tài)（變化不活躍）、動態(tài)（變化活躍）數(shù)據建模手段（靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據類型和操作）。當前、歷史等不同使用頻率的數(shù)據分別組織存放，以便存取。一般地，將當前數(shù)據存放在本地機磁盤上，而將歷史數(shù)據存放在遠程服務器大容量光盤上。（3）數(shù)據結構里顯式表達兩種地理事件：地理實體進化事件和地理實體存亡事件。地理事件以事件發(fā)生的相關源狀態(tài)和終止狀態(tài)表達。構成地理實體存亡事件的源狀態(tài)有參加事件的實體標識集合表示。時間的本質為事件發(fā)生的序列，地理事件序列直接表明地理時間語義。常見的狀態(tài)變化查詢即地理事件查詢。（4）時空拓撲關系一般指地理實體空間拓撲關系的拓撲事件間的時態(tài)關系。時空拓撲關系揭示了地理實體在時間和空間上的相關性。為了有效地表達時空拓撲關系，需要存儲空間拓撲關系的時變序列。7．三維模型目前隨著計算機技術的飛速發(fā)展和計算機圖形學理論的日趨完善，GIS作為一門新興的邊緣學科也日趨成熟，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上模擬并處理現(xiàn)實世界上所遇到的現(xiàn)象和問題，而一旦涉及到處理三維問題時，往往感到力不從心，GIS處理的與地球有關的數(shù)據，即通常所說的空間數(shù)據，從本質上說是三維連續(xù)分布的。從事關于地質、地球物理、氣象、水文、采礦、地下水、災害、污染等方面的自然現(xiàn)象是三維的，當這些領域的科學家試圖以二維系統(tǒng)來描述它們時，就不能夠精確地反映、分析或顯示有關信息。三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數(shù)據采集、系統(tǒng)維護和界面設計等方面比二維GIS要復雜得多。7．1三維GIS的功能目前，三維GIS所研究的內容以及實現(xiàn)的功能主要包括：1）數(shù)據編碼：是采集三維數(shù)據和對其進行有效性檢查的工具，有效性檢查將隨著數(shù)據的自然屬性、表示方法和精度水平的不同而不同。2）數(shù)據的組織和重構：這包括對三維數(shù)據的拓撲描述以及一種表示法到另一種表示法的轉換（如從矢量的邊界表示轉換為柵格的八叉樹表示）。3）變換：既能對所有物體或某一類物體，又能對某個物體進行平移、旋轉、剪裁、比例縮放等變換。另外還可以將一個物體分解成幾個以及將幾個物體組合成一個。4）查詢：此功能依賴于單個物體的內在性質（如位置、形狀、組成）和不同物體間的關系（如連接、相交、形狀相似或構成相似）。5）邏輯運算：通過與、或、非及異或運算符對物體進行組合運算。6）計算：計算物體的體積、表面積、中心、物體之間的距離及交角等。7）分析：如計算某一類地物的分布趨勢，或其它指標，以及進行模型的比較。8）建立模型。9）視覺變換：在用戶選擇的任何視點，以用戶確定的視角、比例因子、符號來表示所有地物或某些指定物體。10）系統(tǒng)維護：包括數(shù)據的自動備份、安全性措施、以及網絡工作管理。7．2三維數(shù)據結構三維數(shù)據結構同二維一樣，也存在柵格和矢量兩種形式。柵格結構使用空間索引系統(tǒng)，它包括將地理實體的三維空間分成細小的單元，稱之為體元或體元素。存儲這種數(shù)據的最簡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充。這種編碼方法可能需要大量的存儲空間，更為復雜的技術是八叉樹，它是二維的四叉樹的延伸。三維矢量數(shù)據結構表示有多種方法，其中運用最普遍的是具有拓撲關系的三維邊界表示法和八叉樹表示法。7．2．1八叉樹三維數(shù)據結構用八叉樹來表示三維形體，既可以看成是四叉樹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。八叉樹的邏輯結構如下：假設要表示的形體V可以放在一個充分大的正方體C內，C的邊長為2的n次方，形體VC，它的八叉樹可以用以下的遞歸方法來定義：八叉樹的每個節(jié)點與C的一個子立方體對應，樹根與C本身相對應，如果V=C，那么V的八叉樹僅有樹根，如果V不等于C，則C等分為八個子立方體，每個子立方體與樹根的一個子節(jié)點相對應。只要某個子立方體不是完全空白或完全為V所占據，就要被八等分，從而對應的節(jié)點也就有了八個子節(jié)點。這樣的遞歸判斷、分割一直要進行到結點所對應的立方體或是完全空白，或者是完全為V占據，或是其大小已是預先定義的體素大小，并且對它與V之交作一定的“舍入”，使體素或認為是空白的，或認為是V占據的。如此所生成的八叉樹上的節(jié)點可分為三類：1）灰節(jié)點，對應的立方體部分地為V所占據；2）白節(jié)點，所對應的立方體中無V的內容；3）黑節(jié)點，所對應的立方體全為V所占據。后兩類又稱為葉結點。由于八叉樹的結構與四叉樹的結構是非常相似的，所以八叉樹的存儲結構方式可以完全沿用四叉樹的有關方法。根據不同的存儲方式，八叉樹也可以分別稱為常規(guī)的、線形的、一對八的八叉樹等等。1）規(guī)則的八叉樹八叉樹的存儲結構是用一個有九個字段的記錄來表示樹中的每個結點，其中一個字段用來描述該結點的特性，其余的八段用來作為存放指向其八個子結點的指針。這是最普通使用的表示樹形數(shù)據的存儲結構方式。規(guī)則八叉樹缺陷較多，最大的問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，但在存儲空間的使用率方面不很理想。2）線形八叉樹線形八叉樹注重考慮如何提高空間利用率，用某一預先確定的次序遍歷八叉樹，將八叉樹轉換成一貫線形表，表的每個元素與一個結點相對應。線形八叉樹不僅節(jié)省存儲空間，對某些運算也較為方便。但是為此付出的代價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)據圖319：圖318的線性八叉樹編碼 3）一對八式的八叉樹一個非葉結點有八個子節(jié)點，為了確定起見，將它們分別標記為0，1，2，3，4，5，6，7。從上面的介紹可以看到，如果一個記錄與一個結點相對應，那么在這個記錄中描述的是這個結點的八個子結點的特征值。而指針給出的則是該八個子結點所對應記錄的存放處，而且還隱含地假設了這些子結點記錄存放的次序。也就是說，即使某個記錄是不必要的，那么相應的存儲位置也必須空閑在那里，以保證不會錯誤地存取到其它同輩結點的記錄。這樣當然會有一定的浪費，除非它是完全的八叉樹，即所有的葉結點均在同一層次出現(xiàn)，而在該層次之上的所有層中的結點均為非結點。為了克服這種缺陷，一是增加計算量，即在存取相應結點記錄之前，首先檢查它的父結點記錄，看一下之前有幾個葉結點，從而可以知道應該如何存取所需結點記錄。這種方法的存儲需求無疑是最小的，但是要增加計算量；另一個是在記錄中增加一定的信息，使計算工作適當減少或者更方便。例如在原記錄中增加三個字節(jié)，一分為八，每個子結點對應三位，代表它的子結點在指針指向區(qū)域中的偏移。因此，要找到它的子結點的記錄位置，只要固定地把指針指向的位置加上這個偏移值（07）乘上記錄所占的字節(jié)數(shù)，就是所要的記錄位置，因而一個結點的描述記錄為：偏移指針SWBSWTNWBNWTSEBSETNEBNET用這種方式所得到的八叉樹和以前相同，只是每個記錄前多了三個字節(jié)。7．2．2三維數(shù)據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體進行分析，如立體不能被測量、拉伸、改變形狀或組合。借助三維顯示技術，通過離散的高程點形成等高線圖、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，用各種計算機程序迅速高效地完成。圖320給出了一種三維數(shù)據的表示方法。圖320：通過“圍墻”狀的剖面表示三維數(shù)據