地理信息系统空间数据库课件

第四章GIS空间数据库第一节空间数据库概述第二节空间数据库概念模型设计第三节空间数据库逻辑模型设计第四节空间数据库物理设计第五节空间数据查询第六节空间数据库索引第七节空间元数据第八节空间数据库引擎第九节空间时态数据库第四章GIS空间数据库第一节空间数据库概述1第五节空间数据查询针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的所有城镇；针对属性的查询：如查询一个城市的人口数量；结合空间关系和属性的查询：如查询距某河流的距离大于500m（空间关系），种植玉米（属性）、且面积大于800hm2（既可以是空间计算，也可以是属性）的土地利用单元。第五节空间数据查询针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的2一、空间关系查询类型面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些；线－面查询：某条线经过（或穿过）哪些多边形，某条链的左、右多边形是哪些；（河流经过哪些行政区）点－面查询：查询某点实体包含在那个面实体的内部。（如查询某城市所在的行政区）面－线查询：查询经过某个面实体的线实体。（如查询经过某行政区的河流）面－点查询：某个多边形内有哪些点状要素；（如查询某行政区内的所有城市、或乡镇）一、空间关系查询类型面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪3线－线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流；线－点查询：查询距离某个线实体一定范围内的点实体；或某条道路上有哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站；点－线查询：查询距离某个点实体一定范围内的线实体（如查询距某城市500m范围内的河流），或某个结点由哪些线（链）相交而成。点-点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。如查询距离水井1km范围内的所有村落。“开窗”查询：在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形，好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该窗口有关的点、线、面及其属性信息。线－线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流4二、属性数据查询大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数据库中，而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语言（SQL）。利用SQL可以在属性数据中方便地实现多种条件的组合查询，找出满足条件的空间实体。二、属性数据查询大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数5SQL查询SQL（StructureQueryLanguage）是结构化查询语言，是一套强大的查询系统。语言简单、指令简洁、操作简单、功能强大，被广泛运用在相互关联的数据库中，并能完成十分复杂的查询和选择。SQL查询SQL（Structu6“SQL选择”的操作示例

例如：查询并显示出人口大于3000万的省份图5-9满足条件的浏览窗口

图5-10人口>3000万的省份单独显示

图5-11不排序图5-12升序图5-13降序

“SQL选择”的操作示例例如：查询并显示出人口大于30007地理信息系统空间数据库课件8地理信息系统空间数据库课件9地理信息系统空间数据库课件10地理信息系统空间数据库课件11地理信息系统空间数据库课件12地理信息系统空间数据库课件13地理信息系统空间数据库课件14地理信息系统空间数据库课件15地理信息系统空间数据库课件16地理信息系统空间数据库课件17地理信息系统空间数据库课件18地理信息系统空间数据库课件19地理信息系统空间数据库课件20地理信息系统空间数据库课件21地理信息系统空间数据库课件22地理信息系统空间数据库课件23但SQL不能处理空间关系的查询，要实现空间操作，需要对SQL进行空间扩展，即采用SQL的基本语法形式，并在查询条件中加入空间约束条件的算子。但SQL不能处理空间关系的查询，要实现空间操作，需要对SQL24空间关系的谓词通常有：相邻：Adjacent或Touch包含：Contain穿过：Cross被包含：Inside或Within缓冲区：Buffer空间关系的谓词通常有：相邻：Adjacent或Touc25例子：条件：有两个空间数据，一是各个省份的点要素空间数据City,属性数据里面带有各个城市的名称；另一个是各个省行政区的多边形空间数据Province,属性数据里面带有各个省的名称。查询要求：查询江苏省省会所在地和名称？例子：条件：有两个空间数据，一是各个省份的点要素空间数据Ci26SQL查询：SELECT*FROMCity,ProvinceWHERECity.objWITHINProvince.objAndProvince.Name=“江苏省”；SQL查询：SELECT*27三、空间属性联合查询可分步骤借助于单独的空间关系查询和属性查询来实现三、空间属性联合查询可分步骤借助于单独的空间关系查询和属性查28第六节空间数据库索引索引是数据库的一种数据快速查找的机制，通常由关键字和存储地址组成。关键字标识数据记录；地址表示记录在数据库中的存储位置；索引就是一张关键字与地址的对照表，通过索引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录。第六节空间数据库索引索引是数据库的一种数据快速查找的机制，29关系数据库通常是一维索引，即根据一个关键字去查询记录的地址。而空间实体的查询通常是通过空间位置来进行的，而空间位置通常是二维的平面位置，需要建立二维的索引。关系数据库通常是一维索引，即根据一个关键字去查询记录的地址。30空间索引：是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形以及存储地址。作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间实体之间，它通过筛选把大量与特定空间操作无关的空间实体排除，从而提高空间操作速度和效率。空间索引：是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间31一、范围索引即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实体的最大和最小坐标。在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时，根据空间实体的最大和最小范围，预先排除那些没有落入查询范围内的空间实体，只对那些最大和最小范围落在查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断，最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。一、范围索引即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实32

范围索引实质是无索引文件的一种图形检索方法。对所击点的图，通过判别是在那个包络线矩形之内，基本决定其位置。一次判别一次判后再进一步一次判别

范围索引实质是无索引文件的一种图形检索方法。对所击点33二、格网索引基本思想是将区域划分成大小相等的网格，记录每个网格内所包含的空间实体在数据库中的地址。为了便于建立空间索引的线性表，可以将每个空间网格按顺序进行编码，建立顺序码与空间实体的对应关系。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询所在网格，然后再在索引表中找到该网格中包含的空间实体，这样一来就加上了空间实体的查询速度。二、格网索引基本思想是将区域划分成大小相等的网格，记录每个网34

格网索引

空间索引014516172021空间对象代码236718192223A289121324252829B12-151011141526273031B153233363748495253B243435383950515455B264041444556576061B36-374243464758596263C34C40C42D60CADB格网索引35三、四叉树索引四叉树空间索引是将区域进行若干层次的划分，每个层次的划分是将上一层次划分得到的每个区域分成四个相等的子区域，判定空间实体包含在哪一层次的那个子区域中，则用子区域的编码来记录空间实体，这样就形成了一个四叉树的空间划分。（建立Morton码和空间实体的对应关系）三、四叉树索引四叉树空间索引是将区域进行若干层次的划分，每个36第七节空间元数据第七节空间元数据37空间元数据的主要作用：帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息，进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。空间元数据的主要作用：帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息38国际上对空间元数据标准内容进行研究的组织主要有三个：欧洲标准化委员会（CEN/TC287）美国联邦地理数据委员会（FGDC）国际标准化组织地理信息/地球信息技术委员会（ISO/TC211）国际上对空间元数据标准内容进行研究的组织主要有三个：欧洲标准39地理信息系统空间数据库课件40第八节空间数据库引擎空间数据库引擎（SDE）——是在GIS应用软件和关系数据库之间建立了一个中间层，由SDE为GIS应用软件提供在关系数据库里存储、存取、查询和分析空间数据的相应功能。第八节空间数据库引擎空间数据库引擎（SDE）——是41SDESDE42SDE的访问模式：GIS用户的应用程序通过SDE的应用编辑接口（API）向SDE服务器提出空间数据访问请求，SDE服务器依据空间对象的特点在存储空间数据的关系数据库中完成空间数据的搜索，通常采用SQL方式进行，并将搜索结果向GIS用户的应用程序返回。SDE可以提供空间、非空间数据进行高效率操作的数据库服务。SDE的访问模式：GIS用户的应用程序通过SDE的应用编辑接43SDE支持的空间数据类型：矢量数据栅格数据DEM数据SDE支持的空间数据类型：矢量数据44通常一个空间数据对象可以被分别存储在三个关系表中：要素表——存储空间对象的坐标数据。属性表——存储空间对象的属性数据。索引表——存储空间对象的空间索引，一般可以是格网空间索引或四叉树空间索引。同一个对象在三个关系表里的记录用一个共同的要素ID编码联系起来。通常一个空间数据对象可以被分别存储在三个关系表中：要素表——45第九节GIS空间时态数据库一、概述时间、空间的不可分割性：环境监测、地籍管理….办法：加入时间维－>四维数据（时空一体）第九节GIS空间时态数据库一、概述46二、时空数据库系统的内容：空间时态数据的表达空间时态数据的更新空间时态数据的查询二、时空数据库系统的内容：空间时态数据的表达47三、时空一体化数据模型1.时间片快照模型用一系列瞬时的地理数据来反应地理现象的时空演化过程（矢量快照，栅格快照）。如遥感图像。缺点：数据完全存储，冗余度大。三、时空一体化数据模型1.时间片快照模型482.底图叠加模型——类似于地图修订方式。思路：先确定空间数据初始状态（底图），再按适当的时间间隔记录数据变化；通过叠加操作，以变化数据恢复各个时间片的状态数据。每次叠加表示状态的一次变化。2.底图叠加模型思路：先确定空间数据初始状态（底图），再按493.时空合成模型思路：将每次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。变化的累积形成最小变化单元，记录其图形和属性。3.时空合成模型50复习思考题：1、空间数据库的概念及其组成部分有哪些？2、空间数据库的设计有哪些主要的步骤？3、实体-联系模型的图示中有哪些基本元素？4、什么是空间索引？主要空间索引有哪些？5、什么是空间元数据？空间元数据的作用是什么？复习思考题：1、空间数据库的概念及其组成部分有哪些？51第四章GIS空间数据库第一节空间数据库概述第二节空间数据库概念模型设计第三节空间数据库逻辑模型设计第四节空间数据库物理设计第五节空间数据查询第六节空间数据库索引第七节空间元数据第八节空间数据库引擎第九节空间时态数据库第四章GIS空间数据库第一节空间数据库概述52第五节空间数据查询针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的所有城镇；针对属性的查询：如查询一个城市的人口数量；结合空间关系和属性的查询：如查询距某河流的距离大于500m（空间关系），种植玉米（属性）、且面积大于800hm2（既可以是空间计算，也可以是属性）的土地利用单元。第五节空间数据查询针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的53一、空间关系查询类型面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些；线－面查询：某条线经过（或穿过）哪些多边形，某条链的左、右多边形是哪些；（河流经过哪些行政区）点－面查询：查询某点实体包含在那个面实体的内部。（如查询某城市所在的行政区）面－线查询：查询经过某个面实体的线实体。（如查询经过某行政区的河流）面－点查询：某个多边形内有哪些点状要素；（如查询某行政区内的所有城市、或乡镇）一、空间关系查询类型面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪54线－线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流；线－点查询：查询距离某个线实体一定范围内的点实体；或某条道路上有哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站；点－线查询：查询距离某个点实体一定范围内的线实体（如查询距某城市500m范围内的河流），或某个结点由哪些线（链）相交而成。点-点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。如查询距离水井1km范围内的所有村落。“开窗”查询：在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形，好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该窗口有关的点、线、面及其属性信息。线－线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流55二、属性数据查询大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数据库中，而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语言（SQL）。利用SQL可以在属性数据中方便地实现多种条件的组合查询，找出满足条件的空间实体。二、属性数据查询大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数56SQL查询SQL（StructureQueryLanguage）是结构化查询语言，是一套强大的查询系统。语言简单、指令简洁、操作简单、功能强大，被广泛运用在相互关联的数据库中，并能完成十分复杂的查询和选择。SQL查询SQL（Structu57“SQL选择”的操作示例

例如：查询并显示出人口大于3000万的省份图5-9满足条件的浏览窗口

图5-10人口>3000万的省份单独显示

图5-11不排序图5-12升序图5-13降序

“SQL选择”的操作示例例如：查询并显示出人口大于300058地理信息系统空间数据库课件59地理信息系统空间数据库课件60地理信息系统空间数据库课件61地理信息系统空间数据库课件62地理信息系统空间数据库课件63地理信息系统空间数据库课件64地理信息系统空间数据库课件65地理信息系统空间数据库课件66地理信息系统空间数据库课件67地理信息系统空间数据库课件68地理信息系统空间数据库课件69地理信息系统空间数据库课件70地理信息系统空间数据库课件71地理信息系统空间数据库课件72地理信息系统空间数据库课件73地理信息系统空间数据库课件74但SQL不能处理空间关系的查询，要实现空间操作，需要对SQL进行空间扩展，即采用SQL的基本语法形式，并在查询条件中加入空间约束条件的算子。但SQL不能处理空间关系的查询，要实现空间操作，需要对SQL75空间关系的谓词通常有：相邻：Adjacent或Touch包含：Contain穿过：Cross被包含：Inside或Within缓冲区：Buffer空间关系的谓词通常有：相邻：Adjacent或Touc76例子：条件：有两个空间数据，一是各个省份的点要素空间数据City,属性数据里面带有各个城市的名称；另一个是各个省行政区的多边形空间数据Province,属性数据里面带有各个省的名称。查询要求：查询江苏省省会所在地和名称？例子：条件：有两个空间数据，一是各个省份的点要素空间数据Ci77SQL查询：SELECT*FROMCity,ProvinceWHERECity.objWITHINProvince.objAndProvince.Name=“江苏省”；SQL查询：SELECT*78三、空间属性联合查询可分步骤借助于单独的空间关系查询和属性查询来实现三、空间属性联合查询可分步骤借助于单独的空间关系查询和属性查79第六节空间数据库索引索引是数据库的一种数据快速查找的机制，通常由关键字和存储地址组成。关键字标识数据记录；地址表示记录在数据库中的存储位置；索引就是一张关键字与地址的对照表，通过索引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录。第六节空间数据库索引索引是数据库的一种数据快速查找的机制，80关系数据库通常是一维索引，即根据一个关键字去查询记录的地址。而空间实体的查询通常是通过空间位置来进行的，而空间位置通常是二维的平面位置，需要建立二维的索引。关系数据库通常是一维索引，即根据一个关键字去查询记录的地址。81空间索引：是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形以及存储地址。作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间实体之间，它通过筛选把大量与特定空间操作无关的空间实体排除，从而提高空间操作速度和效率。空间索引：是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间82一、范围索引即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实体的最大和最小坐标。在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时，根据空间实体的最大和最小范围，预先排除那些没有落入查询范围内的空间实体，只对那些最大和最小范围落在查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断，最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。一、范围索引即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实83

范围索引实质是无索引文件的一种图形检索方法。对所击点的图，通过判别是在那个包络线矩形之内，基本决定其位置。一次判别一次判后再进一步一次判别

范围索引实质是无索引文件的一种图形检索方法。对所击点84二、格网索引基本思想是将区域划分成大小相等的网格，记录每个网格内所包含的空间实体在数据库中的地址。为了便于建立空间索引的线性表，可以将每个空间网格按顺序进行编码，建立顺序码与空间实体的对应关系。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询所在网格，然后再在索引表中找到该网格中包含的空间实体，这样一来就加上了空间实体的查询速度。二、格网索引基本思想是将区域划分成大小相等的网格，记录每个网85

格网索引

空间索引014516172021空间对象代码236718192223A289121324252829B12-151011141526273031B153233363748495253B243435383950515455B264041444556576061B36-374243464758596263C34C40C42D60CADB格网索引86三、四叉树索引四叉树空间索引是将区域进行若干层次的划分，每个层次的划分是将上一层次划分得到的每个区域分成四个相等的子区域，判定空间实体包含在哪一层次的那个子区域中，则用子区域的编码来记录空间实体，这样就形成了一个四叉树的空间划分。（建立Morton码和空间实体的对应关系）三、四叉树索引四叉树空间索引是将区域进行若干层次的划分，每个87第七节空间元数据第七节空间元数据88空间元数据的主要作用：帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息，进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。空间元数据的主要作用：帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息89国际上对空间元数据标准内容进行研究的组织主要有三个：欧洲标准化委员会（CEN/TC287）美国联邦地理数据委员会（FGDC）国际标准化组织地理信息/地球信息技术委员会（ISO/TC211）国际上对空间元数据标准内容进行研究的组织主要有