大三上复习第2章空间数据库

1、华南师范大学地理科学学院GIS系第2章 空间数据库地理信息系统数据库主要内容空间数据库概述空间数据库的发展现状空间数据库与传统数据库的比较参考书目地理信息系统数据库第二版，张新长等，科学出版社空间数据库，吴信才，科学出版社2.1 GIS数据库概述基本概念空间数据类型空间数据的特征空间数据库的作用2.1.1 基本概念地理空间现实世界中，地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的部分，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该范围中。地理空间可认为是物质、能量、信息存在形式在形态、结构、过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。2.1.1 基本概念地

2、理空间地理空间由地理空间定位框架及其连接的地理空间特征实体组成。设E1,E2,En为n个不同类的地理空间实体， E=E1,E2,En表示地理空间中各组成部分的集合；R表示地理空间实体之间的相互联系、相互制约关系，那么地理空间可以表为为S=E,R。2.1.1 基本概念空间数据空间数据指以地球表面空间位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面的数据，是对空间实体的空间特征和属性特征的数字描述，有时也称为地理空间数据或地理数据。如点对象、线对象、面对象、体对象、DEM、TIN、DRG等。2.1.1 基本概念空间数据库是指以特定的信息结构和数据模型表达、存储和管理从地理空间中获

3、取的某类地理信息，以满足Internet/Intranet上的不同用户对地理信息需求的数据库。空间数据是空间数据库中的存储的基本对象。2.1.2 空间数据的类型概括起来主要有以下几种类型：基础地形矢量数据影像数据数字高程模型数字栅格地形图专题数据元数据2.1.2 空间数据的类型根据表示对象的不同，又分为：类型数据面域数据网络数据样本数据曲面数据文本数据符号数据2.1.3 空间数据的特征空间特征 描述了空间物体的位置、形态、方位、距离等关系。空间关系特征 如拓扑关系、网络连通关系等，有利于空间数据的查询和空间分析，但也给空间数据的一致性和完整性维护增加了难度。2.1.3 空间数据的特征 时态特征

4、 地理实体随时间的变化，包括属性变化和位置变化。多维特征 地理空间实体或地理现象本身具有各种性质。2.1.3 空间数据的特征 多尺度与多态性 不同观察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情况下会有形态差异。海量数据特征 比一般的通用数据库要大，一个城市GIS的数据量可能达几十个GB。2.1.4 空间数据库的作用 社会的信息需求有很多与空间有关，空间信息基础设施建设已经成为电子政务建设的重要组成部分。地理空间已作为各个国家共享的资源，对地理空间的数字化管理具有高度战略意义，在军事防御、环境监测、资源管理等方面具有重要的意义。2.1.4 空间数据库的作用空间数据处理与更新海量数据存储与管理空

5、间分析与决策空间信息交换与共享2.2 空间数据库的发展现状空间数据管理模式空间数据模型空间数据库存在问题2.2.1 空间数据的管理模式空间数据的管理模式文件与关系数据库混合管理全关系型GIS数据库管理对象-关系数据库管理面向对象GIS数据库管理面向对象的矢栅一体化GIS数据库管理一、文件与关系数据库混合管理管理模式 文件系统管理几何图形数据，用商用关系数据库管理系统（RDBMS）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。一、文件与关系数据库混合管理特点两者几乎是独立地组织、管理和检索数据。文件管理系统的功能较弱，如数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据恢复等。二、

6、全关系型GIS数据库管理管理模式 图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统进行管理。由GIS软件商在此基础上开发，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。关系数据库管理系统（RDBMS）管理图形数据有两种模式。一是基于关系模型的方式组织图形数据。二是采用二进制块存贮图形数据。二、全关系型GIS数据库管理特点第一种模式会涉及一系列关系连接运算，费时。因此，在处理空间目标方面效率不高。第二种模式采用二进制块Block字段适应可变长的图形数据，但二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢。三、对象-关系数据库管理管理模式 关系数据库管理系统进行扩展，能直接存贮和管理非结构化的空间

7、数据。两种模式：一是专用模块，预先定义了操纵点、线、面等空间对象的API函数。这些函数将各种空间对象的数据结构进行了预先定义，但用户使用时必须满足它的数据结构要求，且不能根据GIS要求再定义。例如Oracle Spatial、DB2 Spatial Extender、Sql Server Spatial、Postgis扩展模块。三、对象-关系数据库管理管理模式 二是空间数据管理引擎，图形数据按BLOB，与特定的GIS平台紧密结合。例如ArcSDE、SuperMap SDX+、MapGIS SDE等空间数据引擎。三、对象-关系数据库管理特点第一种模式将空间数据管理与通用数据库系统融为一体，空间数

8、据按对象存取，解决了变长记录的管理，没有解决对象的嵌套问题，可在数据库内核中实现空间操作和处理，扩展sql较方便。但空间数据结构不能自定义，使用上受到一定的限制，不支持拓扑关系。由于关系数据库管理的扩展，比全关系型GIS数据库管理效率更高。三、对象-关系数据库管理特点第二种模式可跨数据库平台，与特定GIS平台结合。通过空间数据库引擎可以用传统的关系数据库对空间数据加以管理和处理，提供必要的空间关系运算和空间分析。正是由于空间操作和处理无法在数据库内核中实现，数据模型较为复杂，扩展sql较困难。四、面向对象GIS数据库管理管理模式 采用面向对象方法建立的数据库系统，即对问题领域进行自然的分割，以

9、更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型，以便对客观的信息实体进行结构模拟和行为模拟。面向对象数据模型能够很好地模拟和操作复杂对象，最适应于空间数据的表达和管理，不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。四、面向对象GIS数据库管理特点允许用户定义对象和对象的数据结构以及操作。支持拓扑关系现有的面向对象GIS系统（如GDE）还不成熟，价格昂贵。五、面向对象的矢栅一体化GIS数据库管理管理模式 该管理模式是面向对象技术与GIS数据库技术相结合的产物，将矢量数据、影像数据、DEM数据和属性数据进行统一管理。分别建立矢量、影像、DEM三种类型的数据库管理系统，分别进行空间数据的查询、

10、分析和制图。矢量数据库管理系统中提供一套动态链接库函数，用来调用影像数据库和DEM数据库。同样在DEM数据库管理系统中通过另一套动态链接库调用矢量数据库和影像数据库，进行深层次、多数据源的空间查询、分析和制图。2.2.2 空间数据模型空间数据模型的发展栅格模型矢量模型数字表面模型网络结构模型面向对象的空间数据模型 时空数据模型三维数据模型2.2.3 空间数据库存在问题问题数据共享（格式、标准、政策）数据“瓶颈”（编辑费用、工作量、准确性、网速）数据更新（整体、局部、时效性）数据安全（客户端、防火墙）2.3 空间数据库与传统数据库的比较空间数据库的特征两者的差异2.3.1 空间数据库特征综合抽象特征 现实世界所具有的特征复杂，须经过抽象处理提取。非结构化特征 非结构化是从数据组织和管理角度看，难以用二维逻辑表来表现数据。