第三讲(空间数据管理)课件

1、1地理信息系统及应用地理信息系统及应用云南大学信息学院云南大学信息学院梁虹梁虹2第三讲第三讲 空间数据管理空间数据管理3 采用一定的空间数据结构，将空间采用一定的空间数据结构，将空间数据组织为适合于计算机系统存储、管数据组织为适合于计算机系统存储、管理和处理的逻辑结构，支持空间信息检理和处理的逻辑结构，支持空间信息检索与空间分析，是索与空间分析，是GISGIS研究和应用的重研究和应用的重要内容。要内容。 这就是这就是空间数据编码空间数据编码与与空间数据库空间数据库要解决的问题。要解决的问题。 4一、空间数据结构与编码5 空间数据结构空间数据结构 是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，它

2、是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，它将空间数据组织为适合于计算机系统存储、管理和处理的逻将空间数据组织为适合于计算机系统存储、管理和处理的逻辑结构。辑结构。 空间数据结构可分为两大类：矢量结构和栅格结构空间数据结构可分为两大类：矢量结构和栅格结构67 栅格数据结构栅格数据结构 是栅格数据模型在空间数据组织中的实现，是最简单、是栅格数据模型在空间数据组织中的实现，是最简单、最直接的空间数据结构。最直接的空间数据结构。 栅格结构以规则的阵列（像元）来表示空间地物或现象栅格结构以规则的阵列（像元）来表示空间地物或现象分布的数据组织，阵列中的每个数据表示地物或现象的非几分布的数据组织，阵列

3、中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。何属性特征。 8点点线线面面9栅格数据的组织栅格数据的组织10栅格数据的组织栅格数据的组织11 由于栅格结构对地表的离散化，在计算面积、长度、由于栅格结构对地表的离散化，在计算面积、长度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大（分辨率距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较大（分辨率低），则可能造成较大的误差。低），则可能造成较大的误差。 另一方面，由于在一个栅格的地表范围内，可能存另一方面，由于在一个栅格的地表范围内，可能存在多于一种的地物，而表示在相应的栅格结构中只能是在多于一种的地物，而表示在相应的栅格结构中只能是一个值（代码），栅格结构还可能造成

4、属性方面的偏一个值（代码），栅格结构还可能造成属性方面的偏差。差。12 栅格单元代码的确定方法栅格单元代码的确定方法原则：保持地表的真实性，保证最大的信息容量。原则：保持地表的真实性，保证最大的信息容量。 中心点法中心点法 面积占优法面积占优法 重要性法重要性法 13 栅格数据编码栅格数据编码 通过一定的编码规则和方式的对栅格数据进行记录。通过一定的编码规则和方式的对栅格数据进行记录。 栅格结构是以像元为基本单位，一幅栅格图片将占用栅格结构是以像元为基本单位，一幅栅格图片将占用较大的存储空间，因此栅格数据压缩编码是十分必要的。较大的存储空间，因此栅格数据压缩编码是十分必要的。栅格编码栅格编码直

5、接栅格编码直接栅格编码压缩编码方法压缩编码方法游程长度编码游程长度编码四叉树四叉树链码链码14 直接栅格编码直接栅格编码 将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录像元代码。该方法简单，易于存储，但可能造成数据记录像元代码。该方法简单，易于存储，但可能造成数据冗余。冗余。 直接栅格编码直接栅格编码15 压缩编码压缩编码 用尽可能少的数据量记录尽可能多的栅格信息。分为用尽可能少的数据量记录尽可能多的栅格信息。分为无损编码无损编码和和有损编码有损编码两类。两类。 无损编码是指编码过程中没有任何信息损失，通过解无损编码是指编码过程中没有任何信息损

6、失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息；有损编码是指为了提高码操作可以完全恢复原来的信息；有损编码是指为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程中损失一部编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复。分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复。 在地理信息系统中多采用无损编码，而对原始遥感影在地理信息系统中多采用无损编码，而对原始遥感影像进行压缩编码时，有时也采取有损压缩编码方法。像进行压缩编码时，有时也采取有损压缩编码方法。 16 游程长度编码游程长度编码 是栅格数据压缩的重要编码方法。是栅格数据压缩的重要编码方法。 原理：对于一幅栅格图

7、像，常常有行（或列）方向上原理：对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容，即只在各行（或列）数据的代压缩那些重复的记录内容，即只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而实现数据的压缩。从而实现数据的压缩。17 对于右图所示栅格数据，可沿行对于右图所示栅格数据，可沿行方向进行如下游程长度编码：方向进行如下游程长度编码：（0 0，1 1），（），（4 4，2 2），（），（7 7，5 5）

8、；（）；（4 4，5 5），（），（7 7，3 3）；（）；（4 4，4 4），（），（8 8，2 2），），（7 7，2 2）；（）；（0 0，2 2），（），（4 4，1 1），（），（8 8，3 3），（），（7 7，2 2）；（）；（0 0，2 2），（），（8 8，4 4），），（7 7，1 1），（），（8 8，1 1）；）；(0(0，3)3)，(8(8，5)5)；(0(0，4)4)，(8(8，4)4)；(0(0，5)5)，(8(8，3)3)。 游程长度编码只用游程长度编码只用 44 44 个整数就可以表示直接编码中个整数就可以表示直接编码中须要须要 64 64 个整数表示的栅格数

9、据，可见游程长度编码压缩个整数表示的栅格数据，可见游程长度编码压缩数据是十分有效而简便的。数据是十分有效而简便的。18 游程长度编码压缩比的大小与图的复杂程度成反游程长度编码压缩比的大小与图的复杂程度成反比，图像越简单，压缩效率就越高。比，图像越简单，压缩效率就越高。 19 四叉树四叉树 四叉树又是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，它四叉树又是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，它通过树状结构记录栅格数据，并通过四叉树状结构实现查通过树状结构记录栅格数据，并通过四叉树状结构实现查询、修改、量算等操作。询、修改、量算等操作。 四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区四叉树将整个图像区逐步分解

10、为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。 20 分割的原则：将图像区域划分为四个大小相同的象分割的原则：将图像区域划分为四个大小相同的象限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格像种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单

11、个栅格像元为止。元为止。 21栅格四叉树分割栅格四叉树分割22栅格四叉树结构栅格四叉树结构 结点结点 树叉（象限）树叉（象限） 叶子叶子23 四叉树编码四叉树编码 可以看出，只需依序记录树中各叶子结点的地址（层可以看出，只需依序记录树中各叶子结点的地址（层数、象限）和代码，即可表示出四叉树结构。数、象限）和代码，即可表示出四叉树结构。 四叉树编码能够自动地依照图形变化而调整象限尺四叉树编码能够自动地依照图形变化而调整象限尺寸，因此它具有极高的压缩效率。寸，因此它具有极高的压缩效率。 四叉树编码具有可变的分辨率，并且有区域性质，压四叉树编码具有可变的分辨率，并且有区域性质，压缩数据灵活，许多运算

12、可以在编码数据上直接实现，大大缩数据灵活，许多运算可以在编码数据上直接实现，大大地提高了运算效率，是优秀的栅格压缩编码之一。地提高了运算效率，是优秀的栅格压缩编码之一。 2425 矢量数据结构矢量数据结构 是矢量数据模型在空间数据组织中的实现，通过记录坐是矢量数据模型在空间数据组织中的实现，通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体， 对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码。标和属性代码。 对于线实体，则用一系列足够短的首尾相接的直线段近对于线实体，则用一系列

13、足够短的首尾相接的直线段近似表示一条曲线，矢量结构中只记录这些小线段的起点和终似表示一条曲线，矢量结构中只记录这些小线段的起点和终点坐标，即将曲线表示为坐标序列。点坐标，即将曲线表示为坐标序列。26 GISGIS中的面实体又称多边形，是任意形状、边界完全闭中的面实体又称多边形，是任意形状、边界完全闭合的空间区域。合的空间区域。 与表示线实体相似，矢量数据结构将面实体看作是由一与表示线实体相似，矢量数据结构将面实体看作是由一系列多而短的直线段组成的闭合曲线，并通过记录每个小线系列多而短的直线段组成的闭合曲线，并通过记录每个小线段的端点坐标来记录多边形。只是曲线的起点和终点必须是段的端点坐标来记录

14、多边形。只是曲线的起点和终点必须是同一个点。同一个点。 27矢量数据结构矢量数据结构28 矢量数据编码矢量数据编码 通过地理坐标对点、线、面实体进行标识，是矢量数据通过地理坐标对点、线、面实体进行标识，是矢量数据编码的重要特征。编码的重要特征。标识码（标识码（IDID）点要素点要素X X，Y Y坐标坐标非几何属性非几何属性点实体编码点实体编码线实体编码线实体编码线要素线要素标识码（标识码（IDID）起点起点X X，Y Y坐标坐标非几何属性非几何属性终点终点X X，Y Y坐标坐标坐标对序列坐标对序列29 多边形矢量编码多边形矢量编码 多边形运算是多边形运算是GISGIS空间分析的主要内容。空间分

15、析的主要内容。 多边形不但要表示位置和属性，还要能表达区域的拓扑多边形不但要表示位置和属性，还要能表达区域的拓扑性质（如形状、邻域、包含和层次等），以便利用这些信性质（如形状、邻域、包含和层次等），以便利用这些信息进行专题图显示和操作，因此多边形矢量编码比点和线息进行专题图显示和操作，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。 多边形矢量编码除有存储效率的要求外，一般还要求多边形矢量编码除有存储效率的要求外，一般还要求所表示的各多边形有各自独立的形状，可以计算各自的周所表示的各多边形有各自独立的形状，可以计算各自的周长和面积等几何指标

16、。长和面积等几何指标。 30 坐标序列法坐标序列法 由多边形边界的由多边形边界的x x、y y坐标对集合及说明信息组成，是最坐标对集合及说明信息组成，是最简单的多边形矢量编码。简单的多边形矢量编码。 10：x1,y1；x2,y2；x3,y3；x4,y4；x5,y5；x6,y6；x7,y7；x8,y8；x9,y9；x1 0,y1 0；x11,y11；20：x1,y1；x12,y12；x13,y13；x14,y14；x15,y15；x16,y16；x17,y17；x18,y18；x19,y19；x20,y20；x21,y21；x22,y22；x2 3,y2 3；x8,y8；x9,y9；x10,y1

17、0；x11,y11；31 坐标序列法坐标序列法 坐标序列法文件结构简单，易于实现以多边形为单位坐标序列法文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。但也存在以下缺点：的运算和显示。但也存在以下缺点：多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产多边形之间的公共边界被数字化和存储两次，由此产 生数据冗余；生数据冗余；每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域每个多边形自成体系而缺少邻域信息，难以进行邻域分析，如消除某两个多边形之间的共同边界；分析，如消除某两个多边形之间的共同边界；32 树状索引编码法树状索引编码法 采用树状索引减少数据冗余并间接增加邻域信息。采用树状索引减少数据冗余并

18、间接增加邻域信息。具体方法为：具体方法为：对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储；储；由点索引与边界线号相联系；由点索引与边界线号相联系；以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。 331）点文件： 点号 坐标 1 x1 ,y1 2 x2 ,y2 40 x40 ,y40342）线文件 线号 起点终点点号 I 1 61,2,3,4,5,6 II 6 86,7,8 X 333333,34,35,36,37,38,39,40,33 353）多边形文件 多边形编号 多边形边界 10 I , II , IX

19、 20 III , VII , VIII , IX , X 30 X 40 IV , VI , VII 50 II , III , IV , V 36 树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗余和不树状索引编码消除了相邻多边形边界的数据冗余和不一致的问题，并可以通过文件的线索引处理得到多边形邻一致的问题，并可以通过文件的线索引处理得到多边形邻域信息和岛状信息。域信息和岛状信息。37 栅格与矢量数据转换栅格与矢量数据转换 矢量到栅格：也称多边形填充，是将矢量表示的多边形矢量到栅格：也称多边形填充，是将矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，即将点、边界内部的所有栅格点上赋以相

20、应的多边形编码，即将点、线、面实体转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中。线、面实体转换到预定分辩率和已知位置值的矩阵中。 栅格到矢量：也称数字化，指提取以相同的代码的栅格栅格到矢量：也称数字化，指提取以相同的代码的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示为集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示为由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。 38二、空间数据库39 空间数据的特征决定了利用目前流空间数据的特征决定了利用目前流行的数据库系统直接管理地理空间数行的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显的不足，据，存在着明显的不足，

21、GISGIS必须发展必须发展自己的数据库自己的数据库空间数据库空间数据库。40 数据库就是为一定目的服务，以特定的数据结构（层数据库就是为一定目的服务，以特定的数据结构（层次型、网状结构、关系结构）存储的相关联的数据集合。次型、网状结构、关系结构）存储的相关联的数据集合。41 关系型数据库管理系统（关系型数据库管理系统（RDBMSRDBMS）以其成熟的数据管理以其成熟的数据管理一致性、完整性、可靠性、安全性、稳定性，已广泛应用一致性、完整性、可靠性、安全性、稳定性，已广泛应用各行各业，成为各行各业，成为MISMIS开发和应用的基础。开发和应用的基础。42 关系数据库以关系数据模型组织数据，即数

22、据以行和关系数据库以关系数据模型组织数据，即数据以行和列构成的二维表结构进行组织，如在一个关于雇员、供应列构成的二维表结构进行组织，如在一个关于雇员、供应商、顾客和产品的数据库中，顾客数据可用如下关系表组商、顾客和产品的数据库中，顾客数据可用如下关系表组织：织：姓名姓名年龄年龄住址住址职业职业购买量购买量 数据项数据项：也称为字段，是可以定义数据的最小单：也称为字段，是可以定义数据的最小单位，它与现实世界实体的属性相对应。位，它与现实世界实体的属性相对应。 记录记录：由若干相关联的数据项组成，是处理和存储：由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息的基本单位，是关于一个实体的数据总和，构成该信

23、息的基本单位，是关于一个实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。记录的数据项表示实体的若干属性。 43 在上述关于雇员、供应商、顾客和产品的关系数据库在上述关于雇员、供应商、顾客和产品的关系数据库中，可快速回答中，可快速回答“2005“2005年购买量在前十位的顾客年购买量在前十位的顾客”等查询等查询问题。问题。 但但“列出居住在离公司总部列出居住在离公司总部5 5公里范围内的顾客公里范围内的顾客”这样这样的问题，就会将的问题，就会将RDBMSRDBMS置于无望的尴尬境地。因为这一过程置于无望的尴尬境地。因为这一过程需要将公司总部和顾客地址变换到一个可以计算距离的参需要将公司总部

24、和顾客地址变换到一个可以计算距离的参照系统中，然后计算总部与顾客的地址的距离，并保留距照系统中，然后计算总部与顾客的地址的距离，并保留距离小于离小于5 5公里的顾客。公里的顾客。 44 传统的关系型数据库不具有空间索引机制，无法处理传统的关系型数据库不具有空间索引机制，无法处理多维坐标数据的排序问题。多维坐标数据的排序问题。 因此，为了解决空间查询和分析问题，因此，为了解决空间查询和分析问题，GISGIS必须要有必须要有自已专用的数据库自已专用的数据库空间数据库。空间数据库。45 GISGIS中的数据大多数都是空间数据，它与通中的数据大多数都是空间数据，它与通常意义上的数据相比，具有自己的特征

25、常意义上的数据相比，具有自己的特征. . 46空间数据的特征空间数据的特征 空间分布特征空间分布特征 非结构化特征非结构化特征 空间关系特征空间关系特征 海量数据特征海量数据特征 分类编码特征分类编码特征47 空间分布特征空间分布特征 每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空间分布特征。这意味着在空间数据组织方面间分布特征。这意味着在空间数据组织方面, ,要考虑它的空间要考虑它的空间分布特征。除了通用性数据库管理系统或文件系统关键字的分布特征。除了通用性数据库管理系统或文件系统关键字的索引和辅关键字索引以外，一般需要建立空间索引。索引和辅关键

26、字索引以外，一般需要建立空间索引。 48 非结构化特征非结构化特征 在通用的关系数据库管理系统中，数据记录一般是结构化在通用的关系数据库管理系统中，数据记录一般是结构化的。即满足关系数据模型的第一范式要求，每一条记录是定的。即满足关系数据模型的第一范式要求，每一条记录是定长的，数据项表达的只能是原子数据，不允许嵌套记录。长的，数据项表达的只能是原子数据，不允许嵌套记录。 而空间数据则不能满足这种结构化要求。若用一条记录而空间数据则不能满足这种结构化要求。若用一条记录表达一个空间对象，它的数据项可能是变长的，例如，表达一个空间对象，它的数据项可能是变长的，例如，1 1条弧条弧段的坐标，它可能是段

27、的坐标，它可能是2 2对坐标，也可能是对坐标，也可能是1010万对坐标。万对坐标。 49 此外此外，1 1个对象可能包含另外的个对象可能包含另外的1 1个或多个对象，例个或多个对象，例如，如，1 1个多边形，它可能含有多条弧段。若个多边形，它可能含有多条弧段。若1 1条记录表示条记录表示1 1条弧段，在这种情况下，条弧段，在这种情况下，1 1条多边形的记录就可能嵌套条多边形的记录就可能嵌套多条弧段的记录，所以它不满足关系数据模型的范式要多条弧段的记录，所以它不满足关系数据模型的范式要求。求。 非结构化是空间数据难以直接采用通用的关系型非结构化是空间数据难以直接采用通用的关系型 数据库管理系统的

28、主要原因。数据库管理系统的主要原因。50 空间关系特征空间关系特征 除了空间分布特征外，空间数据中记录的拓扑信息表达除了空间分布特征外，空间数据中记录的拓扑信息表达了多种空间关系。这种拓扑数据结构给空间数据的一致性和了多种空间关系。这种拓扑数据结构给空间数据的一致性和完整性（实体完整性、域完整性、参照完整性）维护增加了完整性（实体完整性、域完整性、参照完整性）维护增加了复杂性。如矢量数据结构中的面对象，仅记录组成它的弧段复杂性。如矢量数据结构中的面对象，仅记录组成它的弧段的标识，因而进行查找、显示和分析操作时都要操纵和检索的标识，因而进行查找、显示和分析操作时都要操纵和检索多个数据文件方能得以

29、实现。多个数据文件方能得以实现。51 海量数据特征海量数据特征 空间数据通常比一般的通用数据量要大得多，称海量数空间数据通常比一般的通用数据量要大得多，称海量数据。如一个城市地理信息系统的数据量可能达几十据。如一个城市地理信息系统的数据量可能达几十GBGB，如果如果考虑影像数据的存贮，可能达几百个考虑影像数据的存贮，可能达几百个GBGB。 分类编码特征分类编码特征 在矢量数据结构中，每一个空间对象都有一个分类编码在矢量数据结构中，每一个空间对象都有一个分类编码, ,而这种分类编码往往属于国家标准或行业标准，且该编码是而这种分类编码往往属于国家标准或行业标准，且该编码是与它象不同的唯一的编码。与

30、它象不同的唯一的编码。52 另一方面，另一方面，GISGIS的的空间分析空间分析操作，也对传统操作，也对传统RDBMSRDBMS提出了提出了挑战。挑战。 常用常用GISGIS分析操作列表分析操作列表搜索搜索 专题搜索、区域搜索、分类专题搜索、区域搜索、分类定位分析定位分析 缓冲区分析、叠加分析缓冲区分析、叠加分析地形分析地形分析 坡度、流向、水系坡度、流向、水系分布分布 接近、最近邻居接近、最近邻居空间分析空间分析 模式、拓扑模式、拓扑度量度量 距离、周长、面积距离、周长、面积53 空间数据库已成为近年来数据库领域的研究热点，空间数据库已成为近年来数据库领域的研究热点，其研究成果（如多维空间索

31、引）已开始应用于各种领域。其研究成果（如多维空间索引）已开始应用于各种领域。商业数据库的产商已推出专门处理空间数据库产品，如商业数据库的产商已推出专门处理空间数据库产品，如ESRIESRI开发的空间数据库引擎（开发的空间数据库引擎（ArcSDEArcSDE）,Oracle,Oracle公司开发公司开发的空间数据插件等。的空间数据插件等。54 空间数据库的定义空间数据库的定义 空间数据库是指以特定的数据结构和数据模型表达、存空间数据库是指以特定的数据结构和数据模型表达、存储和管理空间信息，满足不同用户空间分析需求的数据库。储和管理空间信息，满足不同用户空间分析需求的数据库。 空间数据库是空间数据

32、库是GISGIS中空间数据的存储场所，在地理信息系中空间数据的存储场所，在地理信息系统中发挥着核心的作用，是统中发挥着核心的作用，是GISGIS发展的技术支柱。发展的技术支柱。 地理信息系统几次重大的技术革命都是与空间数据库管地理信息系统几次重大的技术革命都是与空间数据库管理系统的技术发展相关的。八十年代，文件系统与关系数据理系统的技术发展相关的。八十年代，文件系统与关系数据库管理系统结合的空间数据管理方式和九十年代末出现的对库管理系统结合的空间数据管理方式和九十年代末出现的对象关系数据库管理系统都代表着当时象关系数据库管理系统都代表着当时GISGIS软件的基本特征。软件的基本特征。 55 空

33、间数据库管理模式空间数据库管理模式 （1 1）文件与关系数据库混合管理模式）文件与关系数据库混合管理模式 即用文件系统管理空间图形数据，用商用关系数据库管即用文件系统管理空间图形数据，用商用关系数据库管理系统管理属性数据，它们之间的联系通过目标标识或者内理系统管理属性数据，它们之间的联系通过目标标识或者内部连接码进行连接。是早期的空间数据库管理模式。部连接码进行连接。是早期的空间数据库管理模式。 56 在混合管理模式中，图形数据和属性数据的查询与维护可在混合管理模式中，图形数据和属性数据的查询与维护可在一个界面上进行，在一个界面上进行， GISGIS软件商只要开发软件商只要开发GISGIS与与

34、ODBCODBC( (开放性开放性数据库连接协议数据库连接协议) )的接口软件，就可以将属性数据与任何一个的接口软件，就可以将属性数据与任何一个支持支持ODBCODBC协议的关系数据库管理系统连接。协议的关系数据库管理系统连接。 57 但混合管理模式中的几何图形数据与属性数据除但混合管理模式中的几何图形数据与属性数据除它们的它们的ODIODI作为连接关键字段以外，两者几乎是独立作为连接关键字段以外，两者几乎是独立地组织、管理与检索，查询与检索效率低。地组织、管理与检索，查询与检索效率低。 此外，由于文件管理系统的功能较弱，特别是在数据此外，由于文件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、一致

35、性、完整性、并发控制以及数据损坏后的的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。多用户操作的并发控制比起商恢复方面缺少基本的功能。多用户操作的并发控制比起商用数据库管理系统来要逊色得多，因而用数据库管理系统来要逊色得多，因而GISGIS软件商一直在软件商一直在寻找采用商用数据库管理系统来同时管理图形和属性数寻找采用商用数据库管理系统来同时管理图形和属性数据。据。 混合管理模式并不是真正意上的空间数据库。混合管理模式并不是真正意上的空间数据库。58 （2 2）全关系型空间数据库管理模式）全关系型空间数据库管理模式 是指图形和属性数据统一由关系数据库管理系统管理。是指

36、图形和属性数据统一由关系数据库管理系统管理。关系数据库管理系统的软件厂商不作任何扩展，由关系数据库管理系统的软件厂商不作任何扩展，由GISGIS软件商软件商在此基础上进行开发，使之不仅能管理结构化的属性数据，在此基础上进行开发，使之不仅能管理结构化的属性数据，而且能管理非结构化的图形数据。而且能管理非结构化的图形数据。 目前大部分关系数据库管理系统都提供了二进制块的字目前大部分关系数据库管理系统都提供了二进制块的字段域，以适应管理多媒体数据或可变长文本字符。段域，以适应管理多媒体数据或可变长文本字符。GISGIS利用这利用这种功能，将图形数据的变长部分（坐标数据）当作一个二进种功能，将图形数据

37、的变长部分（坐标数据）当作一个二进制块，交由关系数据库管理系统进行存贮和管理。制块，交由关系数据库管理系统进行存贮和管理。 但是二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢得多，但是二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢得多，特别是涉牵对象的嵌套，速度更慢。特别是涉牵对象的嵌套，速度更慢。 59 （3 3）对象）对象关系数据库管理系统关系数据库管理系统 采用面向对象的空间数据模型，实现空间数据与属性数采用面向对象的空间数据模型，实现空间数据与属性数据的无缝集成与应用，是目前最为流行的空间数据管理模据的无缝集成与应用，是目前最为流行的空间数据管理模式。式。 方式一：方式一：GISGIS软件厂商在传统关

38、系型数据库管理系统之上软件厂商在传统关系型数据库管理系统之上进行扩展，外加一个空间数据管理引擎（如进行扩展，外加一个空间数据管理引擎（如ESRIESRI公司的公司的ArcSDEArcSDE，MapInfoMapInfo公司的公司的Spacial WareSpacial Ware）。）。 该方式将该方式将GISGIS的空间数据与属性数据由的空间数据与属性数据由RDBMSRDBMS统一进行存统一进行存储和管理。空间数据库引擎位于后台关系型数据库与客户端储和管理。空间数据库引擎位于后台关系型数据库与客户端之间，负责空间数据的检索与分析。之间，负责空间数据的检索与分析。 60 方式二：由数据库管理系统

39、的软件商在关系数据库方式二：由数据库管理系统的软件商在关系数据库管理系统中进行空间数据管理的专用模块扩展，定义操管理系统中进行空间数据管理的专用模块扩展，定义操纵 点 、 线 、 面 、 圆 、 长 方 形 等 空 间 对 象 的纵 点 、 线 、 面 、 圆 、 长 方 形 等 空 间 对 象 的 A P IA P I（Application Programming InterfaceApplication Programming Interface）函数。函数。 这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据变长记录的管理，但空间数据结构不能由用户

40、任意定变长记录的管理，但空间数据结构不能由用户任意定义，使用上仍然受到一定限制。义，使用上仍然受到一定限制。61 ArcSDE:ArcSDE: ArcSDE(ArcSDE(空间数据引擎空间数据引擎) )是美国环境系统研究所是美国环境系统研究所( ( ESRI)ESRI)研制的空间数据库引擎，是一种中间件。它在研制的空间数据库引擎，是一种中间件。它在GISGIS应用程序和应用程序和基于基于RDBMSRDBMS的空间数据库间提供了一个开放的接口，实现空间的空间数据库间提供了一个开放的接口，实现空间数据与属性数据的无缝集成与应用。数据与属性数据的无缝集成与应用。 用户可以通过空间数据引擎将用户可以通

41、过空间数据引擎将GISGIS数据提交给数据提交给RDBMSRDBMS，由由RDBMSRDBMS统一存储、管理；统一存储、管理； 同样客户也可以通过它从同样客户也可以通过它从RDBMSRDBMS中获中获取取GISGIS数据，并转换成客户可使用的格式。数据，并转换成客户可使用的格式。 6263空间数据与属性数据的无缝集成与管理空间数据与属性数据的无缝集成与管理64 Geodatebase Geodatebase ArcSDE ArcSDE采用全新的面向对象空间数据模型采用全新的面向对象空间数据模型GeodatabaseGeodatabase，利用关系型数据库管理系统，利用关系型数据库管理系统（RD

42、BMSRDBMS）实现空间数据的访问和查询。）实现空间数据的访问和查询。65 Geodatebase Geodatebase66图层 (feature class) 是一个表集用户可见用户可见用户不可见用户不可见ArcSDE Users can spatially enable theirbusiness data. ID Address100101102IDGeometryCreation date .100101102100101102属性表* 空间索引Business Table Geodatebase Geodatebase67ArcSDEArcSDE的空间数据存储模型的空间数据存储模

43、型要素封装边要素封装边界界用以进行格用以进行格网空间索引网空间索引68三、空间索引69 空间索引的概念空间索引的概念 空间索引是指依据地理对象的位置、形状或地理对象之空间索引是指依据地理对象的位置、形状或地理对象之间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构。间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构。 通过空间索引，可排除大量与特定空间操作无关的地理通过空间索引，可排除大量与特定空间操作无关的地理对象，快速定位到所选中的地理对象，从而提高空间操作的对象，快速定位到所选中的地理对象，从而提高空间操作的速度和效率。（如拼图问题）速度和效率。（如拼图问题） 空间索引的性能优劣直接影响空间

44、数据库和地理信息系空间索引的性能优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能。统的整体性能。70基于空间索引的空间查询基于空间索引的空间查询71基于空间索引的空间查询基于空间索引的空间查询72 空间索引的方法空间索引的方法 空间索引空间索引格网索引格网索引BSPBSP树索引树索引KDBKDB树索引树索引R R树索引树索引目前目前GISGIS中最为常用的是格网索引和中最为常用的是格网索引和R R树索引树索引73 格网索引格网索引 格网索引是多对多的索引，其原理是在要素类的空间范格网索引是多对多的索引，其原理是在要素类的空间范围内划分规则的格网。围内划分规则的格网。 要素与格网单元的关系是：一个要素被一个或多个格