第7讲-空间数据管理

环境信息系统

重庆三峡学院环化学院GIS1绪论2地理空间3空间表达4GIS的数据获取与处理5空间数据管理

6空间分析7GIS的输出与数字制图5空间数据管理

5.1空间数据库5.2空间数据的组织5.3空间信息查询4地理信息系统与一般管理信息系统的比较(一)两者区别

1）在硬件上，为了处理图形和图像数据，系统需要配置专门的输入和输出设备，如数字化仪、绘图机、图形图像的显示设备等；许多野外实地采集和台站的观测所得到的资源信息是模拟量形式，系统还需要配置模——数转换设备，这些设备往往超过中央处理机的价格，体积也比较大。2）在软件上，则要求研制专门的图形和图像数据的分析算法和处理软件，这些算法和软件又直接和数据的结构及数据库的管理方法有关。53）在信息处理的内容和采用目的方面，一般的管理信息系统，主要是查询检索和统计分析，处理的结果，大多是制成某种规定格式的表格数据，而地理信息系统，除了基本的信息检索和统计分析外，主要用于分析研究资源的合理开发利用，制定区域发展规划，地区的综合治理方案，对环境进行动态的监视和预测预报，为国民经济建设中的决策提供科学依据，为生产实践提供信息和指导。地理信息系统与一般管理信息系统的比较6(二)两者共同处两者都是以计算机为核心的信息处理系统，都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点，也都随着数据库技术的发展在不断的改进和完善。比较起来，商用的管理信息系统发展快，用户数量大，而且已有定型的软件产品可供选用，这也促进了软件系统的标准化。地理信息系统，由于上述一些特点，多是根据具体的应用要求专门设计，数据格式和组织管理方法各不相同。

地理信息系统与一般管理信息系统的比较5.1空间数据库数据库是长期存储在计算机内的、有组织的，服务于一定目的的数据集。计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：程序管理阶段，数据和应用程序一同存在。文件管理阶段，数据和应用程序独立。（数据间无明显关系）数据库管理阶段，数据和应用独立（逻辑独立），数据库和存储设备独立（物理独立）。数据库数据之间建立了联系。数据面向操作组织。数据仓库阶段，数据经过重构、融合等，面向主题组织，服务于决策5.1空间数据库

数据库可以看作是与现实世界有一定相似性的模型，是认识世界的基础，是集中、统一地存储和管理某个领域信息的系统，它根据数据间的自然联系而构成，数据较少冗余，且具有较高的数据独立性，能为多种应用服务。现实世界到数字世界的转换5.1空间数据库5.1.1GIS数据库（空间数据库）定义

——是某区域关于一定地理要素特征的数据集合。

与一般数据库相比，空间数据库具有以下特点：数据量特别大（NASA的对地观测系统（EOS）每天要产生1TB的数据）具有地理空间数据和属性数据数据应用面相当广空间分析赖以进行的基础数据库管理系统——保证数据库的安全性和完整性数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）是在文件处理系统的基础上进一步发展的系统。DBMS在用户应用程序和数据文件之间起到了桥梁作用。DBMS的最大优点是提供了两者之间的数据独立性，即应用程序访问数据文件时，不必知道数据文件的物理存储结构。当数据文件的存储结构改变时，不必改变应用程序。

5.1空间数据库GIS中的数据大多是地理数据，具有类型多样、各类型实体之间关系复杂、数据量大、每个线状或面状地物的字节不等长等特点。因而采用传统的数据库系统管理地理空间数据存在明显的不足:传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理空间数据是连续的，具有很强的空间相关性。传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的空间关系；传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的数据；传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询。5.1空间数据库5.1.2GIS空间数据库模型

目前，大多数商品化的GIS软件都不是采取传统的某一种数据模型，也不是摒弃传统的数据模型，而是采用建立在关系数据库管理系统（RDBMS）基础上的综合数据模型。5.1空间数据库5.1.2GIS空间数据库模型空间数据库管理模式（模型）

（1）混合结构模式（hybridmodel）

基本思想：两个子系统分别存储空间数据和属性数据。记录之间通过关键字联系。在检索时必须同时询问2个子系统，然后将它们的回答结合起来。（很难保证2个存储子系统的数据存储、操作的统一）属于这种模型的GIS软件：ARC/INFO、MGE、SICARD、GENEMAPGISRDBMSSDBMS5.1空间数据库5.1.2GIS空间数据库模型空间数据库管理模式

（2）扩展结构模式（extendedmodel）

基本思想：采用统一的RDBMS存储空间数据和属性数据，扩展RDBMS的空间管理功能。通常在标准RDBMS上附加空间数据管理层，利用该层将GeoSQL转化成标准的SQL语言。属于这种模型的GIS软件：SYSTEM9、SMALLWORLDGIS属性数据空间数据扩展层（标准RDBMS）5.1空间数据库5.1.2GIS空间数据库模型空间数据库管理模式

（3）统一数据模型（integratedmodel）

基本思想：不是基于标准RDBMS，而是在开放的DBMS基础上扩展空间数据表达功能，空间扩展部分完全容入DBMS。空间数据处理可扩展DBMS属于这种模型的软件：TIGRIS(intergraph)、GEO等5.1空间数据库

由于地理空间数据的多源性，就决定了地理空间数据库的多样性。地理信息数据来自完全不同的领域和部门，数据的形式有图形、图像、文字、统计等多种类别。目前地理空间数据库包括如下几种“分立”的子数据库。以DTM、环境监测数据为代表的网格数据库。以地形内容为代表的地理基础数据库。以统计数据为代表的专题数据库。以遥感图像数据为代表的栅格数据库。5.1.3

地理空间数据库的内容5.1多样性空间数据库5.1.4

地理空间数据库的设计过程定义数据库结构

了解用户需求

确定研究区域范围组织和描述数据

分区

数据输入5.2空间数据的组织空间数据是分层进行组织的5.2.1空间数据分层的方法按专题分层按时间序列分层以地面垂直高度分层5.2空间数据的组织数据库中的数据组织方式一般采用逻辑分级。

数据项、数据项组、记录、文件和数据库文件记录数据项数据项组逻辑数据单位之间的关系5.2.2数据组织的分级数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。记录：由若干相关联的数据项组成。文件：是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。22数据项数据项组记录文件数据库最基本的不可分割的数据单位,具有独立的逻辑意义逻辑上具有某种共同标志的若干数据项组成的数据项或数据项组集合,对文件进行存取操作的基本单位给定类型逻辑记录的全部具体值的集合文件的集合，文件之间存在某种联系，不能孤立存在23数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。1、一对一的联系(1：1)2、一对多的联系(1：N)3、多对多的联系(M：N)A

BAB5.2空间数据的组织5.2.3数据库中图幅的组织方法

GIS中的海量空间数据库是以图幅为单位进行管理的。即按图幅将大区域空间数据进行分割。一般采用经纬线分幅或规则矩形分幅。经纬线分幅矩形分幅25空间数据库查询条件属性限制空间拓扑限制二者结合GIS软件查询结果统计结果：图、表、文字新图层新的属性域添加到属性数据库查询方式图形--属性空间查询语言闪烁、颜色等明显表示空间查询定义:

在GIS中根据一定的图形条件或属性条件或两者的结合条件,检索出对应的空间对象的属性或图形的一种工具。5.3空间信息查询26一、空间查询的方式1、给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。1）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系

2、给出属性特征条件1）检索对应的空间实体2）查询属性单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。27二、空间数据查询种类

1、几何参数查询：包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。

实现：查询属性库或空间计算28二、空间数据查询种类

2、空间定位查询（图形查询属性）：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。1）按点查询：

给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询

分为该窗口包含和穿过的区别。实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。--空间运算方法

MapInfo软件中图形查属性的表达方式293、空间关系查询通过空间关系查询和定位空间实体是地理数据库不同于一般数据库的功能之一。如查询满足下列条件的城市：京沪线东部（空间方位关系）；距离京沪线不超过50km（空间距离关系）;城市人口大于100万（属性信息查询）；A12BC303、空间关系查询A12BC·1）相邻分析检索面面查询如与某个多边形相邻的多边形有哪些·面线查询如某个多边形的边界有哪些线·面点查询如某个多边形内有哪些点状地物·线面查询如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某条链的左、右多边形是哪些·线线查询如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路跨过哪些河流。·线点查询如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有哪些变电站。·点面查询如某个点落在哪个多边形内。·点线查询如某个结点由哪些线相交而成。

水系城镇查询城镇是否位于平原区内举例：点面查询322）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）--通过检索拓扑关系线—面（我国边境线总长度）点—线（自来水GIS中，与某阀门相关的水管）;

点—面查询某个面状地物所包含的空间对象。3）包含关系查询—查询某个面状地物所包含的空间对象。同层包含：可直接查询拓扑关系表来实现,如某省的下属地区.

不同层包含：实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。334）穿越查询

采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交

5）落入查询

一个空间对象落入哪个空间对象之内。——空间运算

6）缓冲区查询

根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。

7）边沿匹配检索

空间查询在多幅地图的数据文件之间进行，

这时需应用边沿匹配处理技术。(3)穿越查询长江所经过的县市距黄河150公里范围内的主要城市344、属性查询1）

查找仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。

实现：执行数据库查询语言，找到满足要求的记录，得到它的目标标识，再通过目标标识在图形数据文件中找到对应的空间对象，并显示出来。

2）SQL查询

Select属性项From属性表Where条件or条件and条件

实现：交互式选择各项，输入后，系统再转换为标准的SQL，由数据库系统执行或ODBCC语言执行，得到结果，提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。

SelectfromwhereGIS中SQL查询例1GIS中SQL查询例2查世界地图属性表中有多少国家?总人口?总面积?多表连接查询如查出美国地图数据中总人口大于1000万且州府人口大于20万的州。

SELECT*FROMStates,StatecapWHERE

States.state=Statecap

.Stateand

S