空间逻辑数据模型作为概念模型向物理数据模型转换的桥梁，是根据概念模型确定的空间信息内容，以计算机能理解和处理的形式，具体地表达空间实体的集合及识别它们之间的关系。空间逻辑数据模型的目标是尽可能详细地描述数据，但并不考虑数据在物理上如何来实现。构建空间逻辑数据模型的根本目的是定义人们所认识的现实世界中的各种地理实体的集合，提取感兴趣的属性并对地理实体之间的关系进行描述。尽管逻辑数据模型并不关心如何对其进行物理实现，但在设计空间逻辑数据模型的过程中，必须在所采用的数据库框架下展开。

在空间数据的逻辑建模过程中，可以将其划分为实体属性的逻辑建模、实体关系的逻辑建模和实体行为的逻辑建模。

首先来看实体属性的逻辑建模,属性是对象的性质。对地理实体属性的逻辑建模主要包括非空间属性逻辑建模、几何属性建模和约束性条件建模等。任何地理实体对象都是通过一个或多个属性特征进行描述。在建模过程中，通常只提取感兴趣的属性特征。地理实体特征的提取和抽象，是逻辑数据模型设计的主要内容之一。例如，对于一个建筑物，拥有材质、颜色、高度和建设年代等多个属性。在逻辑建模的过程中，如果建模的目的是用于抗震评价分析，则建设年代、材质等属性是主要关注的属性信息；如果建模的目的是城市规划，则建筑物的高度、占地面积等特征是主要的属性信息。

人们与现实世界的交互是丰富多彩的，地理实体属性的逻辑建模还需要考虑建模对象的几何特征。例如对建筑物的建模，通常使用多边形表示，然而，这并不是唯一的建模方式，必须根据建模的目标选择合理的表达方式。

例如在电子地图中，如果以查询为目的，则建筑物以兴趣点的形式存在，被建模为点数据；当建筑物作为二维地图的底图时，通常又建模为面数据；在三维场景中，则又采用体类型的数据建模。

除此之外，属性还具有一定的约束性条件，通常称之为属性域，属性域可以是数值范围，也可以是一个有效值的列表。例如，房屋的高度一般不能是负数且在一定的数值范围内，建筑物的材质一般也在几个特定的材质类型范围内。

接下来我们来看看实体关系的逻辑建模。现实世界中，地理实体间存在着各种各样的关系。理清这些关系是有必要的，因为只有这样，当一个对象被修改时，相关的对象才可以发生相应的变动。例如，当某段管道拆除时，管道上的阀门也会被移除。

地理实体之间的关系可以定义为一般关系、空间关系和拓扑关系。一般关系是明确定义的关系。空间数据主要通过空间关系和拓扑关系定义不同地理对象之间的关系，但是，有时候两个地理对象之间，或者地理对象与某些属性之间，并不存在明确的空间或拓扑关系，这就需要通过一般关系进行定义。一般关系主要包括一对一、一对多和多对多三种关系进行描述。如下图所示，农户与宗地属于一般关系中的一对多关系。一个农户可以有多个地块，但一个地块只能属于一个农户。

在对一般关系进行逻辑建模时，必须明确定义研究对象间的隶属关系，比如，除了农户和宗地是一对多的关系外，农户和居住区之间还存在多对多的关系，一个农户可以有多个居住区的居所，一个居住区也可以存在多个农户居住。

以上所述一般关系不涉及空间关系，而地块和地块之间、道路和道路之间则分别存在邻接拓扑关系和网络拓扑关系，不同的地理实体对象之间，也可能存在拓扑关系或其它空间关系。针对特定问题进行逻辑建模时，必须明确定义各种逻辑关系和空间关系。

最后是实体行为的逻辑建模。地理实体行为的逻辑建模主要用于定义实体本身或实体之间的交互关系和约束关系，这些“行为”都遵循一定的规则。例如，在水文建模中，水往低处流；在交通路网建模时，车必须在道路上行驶。简单的地理实体行为，通过基本的约束条件、相互关系等实现。更为复杂的特征则通过扩展标准特征或自定义特征实现。例如，某条道路只能向北单行；某种污染物的扩散受风向的影响沿着西北方向扩散速度更快。相比非空间数据的逻辑建模，空间数据对地理实体或地理现象形态的表达、空间关系的确定无疑增加了逻辑建模的复杂性，也使空间数据的逻辑建模极具特殊性。因此，在空间数据逻辑建模过程中，除了遵循传统的建模范式外，还必须充分考虑空间数据模型自身的逻辑规则。

逻辑建模完成后，还需用适当的方式进行表示。标准的逻辑数据模型设计通常使用实体-关系图表达。目前，使用最为广泛的是基于UML（统一建模语言）的设计方法。很多空间数据库趋向于使用对象关系型数据库模型或直接称之为面向对象数据模型，而UML 正是一种适用于表达面向对象模型的表示方法。例如，主流的ArcObject 和SuperMap Object 等GIS 组件式开发均采用UML 表达数据逻辑模型。

对象关系数据模型应用面向对象方法描述空间实体及其相互关系，特别适合于采用对象模型抽象和建模的空间实体的表达。面向对象技术的核心是对象（object）和类（class）。对象是指地理空间的实体或现象，是系统的基本单位。如多边形地图上的一个结点或一条弧段是对象，一条河流或一个宗地也是一个对象。一个对象是由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为的一组操作（方法）组成的。例如，河流的坐标数据描述了它的位置和形状，而河流的变迁则表达了它的行为。

每个对象都有一个惟一的标识号（Object-ID）作为识别标志。类是具有部分系统属性和方法的一组对象的集合，是这些对象的统一抽象描述，其内部也包括属性和方法两个主要部分。类是对象的共性抽象，对象则是类的实例（Instance）。属于同一类的所有对象共享相同的属性和方法，但也可具有类之外的自身特有的属性和方法。类的共性抽象构成超类（super-class），类成为超类的一个子类，表示为“is-a”的关系。一个类可能是某些类的超类，也可能是某个类的子类，从而形成类的“父子”关系。

面向对象方法将对象的属性和方法进行封装（encapsulation），还具有分类（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、联合（association）等对象抽象技术以及继承（inheritance）和传播（propagation）等强有力的抽象工具。

基于以上面向对象思想，OGC（Open GIS Consortium）组织给出了适合于二维空间实体及其关系表达的面向对象空间数据逻辑模型，并以UML（Unified Modeling Language）语言表示，如下图所示。

在实际地理空间对象描述和表达中，按照面向对象方法，对空间实体进行“概括”、“聚集”、“联合”等处理，可得到复杂地理对象的逻辑数据模型。例如，在城市地籍管理中，将宗地多边形类和内部包括的建筑物多边形聚集为“宗地”类，这样按“宗地”进行管理和处理，简化了空间数据的分析。