地理空间数据库

地理空间数据库第一页，共四十三页，2022年，8月28日数据库的基本概念和特点数据库的功能和应用领域地理空间数据库的原理与方法地理空间数据库制作与使用本讲的教学重点与目标我们为什么要学空间数据库？到底怎么去学呢？这就是本节的重点内容！第二页，共四十三页，2022年，8月28日5.1.1数据库基础5.1空间数据库概述建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库。定义：数据库就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。数据库概述第三页，共四十三页，2022年，8月28日数字形式文字图形图像声音语言数据计算机数据库技术保存和管理大量复杂的数据图数据库大致组成的结构图第四页，共四十三页，2022年，8月28日数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。

1、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。

2、记录：由若干相关联的数据项组成。

3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。

4、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。

数据库中数据组织层次第五页，共四十三页，2022年，8月28日图数据库功能数据库存储于检索观察的现象、文件与地图存储于检索原始数据数据预处理

结构化数据查询与分析展示与交互

制图第六页，共四十三页，2022年，8月28日数据库的应用领域随着信息时代的发展，数据库也相应产生了一些新的应用领域。主要表现在下面6个方面。多媒体数据库

移动数据库

空间数据库

信息检索系统分布式信息检索专家决策系统

生活工作学习第七页，共四十三页，2022年，8月28日第八页，共四十三页，2022年，8月28日数据模型数据模型是数据库系统中实体与实体之间的联系方式，是衡量数据库能力强弱的主要形式之一。每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，面向对象模型。第九页，共四十三页，2022年，8月28日它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。层次数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组织。

层次数据模型1第十页，共四十三页，2022年，8月28日优点：存取方便且速度快结构清晰，容易理解数据修改和数据库扩展容易实现检索关键属性十分方便1层次数据模型层次数据模型1缺陷：结构呆板，缺乏灵活性同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）不适合于拓扑空间数据的组织第十一页，共四十三页，2022年，8月28日网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。系名化学系教师数学生数研究生系名数学系教师数49学生数257研究生71学校名称徐州师大系名资旅系教师数52学生数300研究生70系名教师数学生数研究生系名教师数学生数学号002312姓名张三年级3籍贯广东系名教师数学生数研究生系名教师数学生数教师号66姓名王一年龄30职称教授系名教师数学生数研究生系名教师数学生数课程号A01课程名GIS周学时4学分5系名教师数系名学号002312课程号A01网络数据模型2第十二页，共四十三页，2022年，8月28日优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小缺陷：网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大数据的修改不方便（指针必须修改）网络数据模型2第十三页，共四十三页，2022年，8月28日1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6点关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。关系数据模型3第十四页，共四十三页，2022年，8月28日优点：结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求能搜索、组合和比较不同类型的数据增加和删除数据非常方便缺陷：数据库大时，查找满足特定关系的数据费时对空间关系无法满足关系数据模型3第十五页，共四十三页，2022年，8月28日面向对象模型4面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。第十六页，共四十三页，2022年，8月28日5.1.2空间数据库主要表现在：用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完成后再将决策结果存储在空间数据库中。概念：某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。特点：数据量特别大;既有属性数据，又有空间数据;数据应用广泛。数据存储数据库数据管理程序库(数据库软件)原始信息数据库第十七页，共四十三页，2022年，8月28日空间数据的组成：从类型上分有栅格数据库和矢量数据库两类，其中栅格数据包括航空遥感影像数据和DEM数据；矢量数据则包括各种空间实体数据（图形和属性数据）影像数字高程模型空间数据库空间对象空间对象空间对象图空间数据库组成第十八页，共四十三页，2022年，8月28日举例第十九页，共四十三页，2022年，8月28日传统数据库与空间数据库的比较传统数据库空间数据库数据连续性/相关性不连续相关性小连续较强空间相关性实体类型/空间关系少简单固定多复杂且不固定记录长度结构化等长非结构化不等长查询与操作文字、数字文字数字空间图形第二十页，共四十三页，2022年，8月28日5.2空间数据管理

GIS数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：空间特征抽象特征空间关系特征多尺度与多态性非结构化特征分类编码特征海量数据特征第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日文件/关系数据库混合管理OID（目标ID或内部连接码）图形数据属于数据在GIS工作工程中，通常需要同时启动图形文件系统和关系数据系统，甚至两个系统来回切换，使用起来很不方便。图形用户界面图形处理图形文件库图形用户界面DBMS属性数据库第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日全关系数据库管理GIS界面属性数据（定长记录）空间数据（变长记录）DBMS空间数据库关系表二进制块属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理，在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将GeoSQL转化为标准SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快属间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作GIS软件：System9，SmallWorld、Geovision等第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日对象/关系数据库管理这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的管理，由于由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块的管理高得多。许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据，如Oracle和Informix等都推出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、面、圆、长方形等空间对象的API函数。用户不能根据GIS要求对其进行再定义，一般不带拓扑关系。但是它仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也不能由用户任意定义，使用上仍然受到一定限制。GIS软件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS界面空间数据处理RDBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面、圆等）第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日文件关系数据库混合管理两个子系统分别存储和检索空间数据和属性数据，使用一种标识符将两者联系起来属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效；几何数据存储在空间数据关系系统中，采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。GIS软件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日几何数据属性数据ID数据文件数据库早期图形用户界面图形处理DBMS属性用户界面图形文件库属性数据库GIS用户界面图形处理DBMS图形文件库属性数据库高级语言ODBC协议GIS用户界面图形处理DBMS图形文件库属性数据库高级语言数据库开发语言数据库开发数据库开发第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日栅格数据的管理基于文件的影像数据库管理文件结合数据库影像管理基于关系数据库管理第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日目前大部分GIS软件和遥感图像处理软件都是采用文件管理方式来管理遥感影像数据缺点：无法应付数据的安全性、并发控制和数据共享文件管理形式的影像数据影像数据001影像数据002影像数据003影像数据004影像数据005文件管理方式第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日影像数据按照文件方式组织管理在关系数据库中，每个文件都有唯一的标识号对应影像信息文件-数据库管理方式文件管理形式的影像数据影像数据001影像数据002影像数据003影像数据004影像数据005011002Image005011001Image004011003Image003…………011002Image002011001Image001块号影像名称影像信息数据库表影像数据的文件管理第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日关系数据库管理基于扩展关系数据库的影像数据管理是将影像数据存储在二进制变长字段中，然后应用程序通过数据访问接口来访问数据库中的影像数据，同时影像数据的元数据信息存放在关系数据库的表中，二者可以进行无缝管理。特点：所有数据集中存储，数据安全，易于共享较方便管理多数据源和多时态的数据支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询对C/S的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很大提高影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不同操作系统平台下运行第三十页，共四十三页，2022年，8月28日GIS应用软件空间及属性数据文件GIS应用软件空间及属性数据库扩展DBMS以容纳空间数据商业数据库GIS应用软件空间及属性数据库用户设计的数据库GIS应用软件空间数据库属性数据库管理空间数据的软件管理属性数据的DBMSGIS数据管理方法的4种主要类型：第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日空间数据索引空间索引概念

根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高空间操作的效率GIS中引入空间索引的必要性工作区建立查询、显示数据提取常见空间索引方法对象范围索引格网索引四叉树索引R树和R+树索引第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日空间索引：对象范围索引IDXmaxXminYmaxYmin1…………2…………3………………………4YmaxYminXminXmax空间对象集合123456检索窗口XNYWYEXSXmax≥XNORXmin≤XSORYmax≥YEORYmin≤YW空间对象不被检索XE≤Xmax，Xmin≤XNANDYW≤Ymax，Ymin≤YE空间对象被检索XNYWYEXS236第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日空间索引：格网索引P(3,3)=6P(3,1)=4P(3,2)=103412P(2,3=1P(2,1)=7P(2,2)=83142头指针IDP10

20304052607334123142375210489168590109链指针第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日实例展示Access中的数据库建库及连接使用说明

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以09地信电话本管理系统为例本项目旨在让同学们熟悉简单的数据库建库及数据库的使用过程1、1在microsoftaccess中通过新建文件——新建空数据库——通过输入数据创建表：09GIS，在表中输入相关信息，保存为09地信电话本.mdb,一个小型数据库即创建成功。如下图所示：第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日2.在开发成功的“09电话本管理系统”中连接数据库：点击系统管理—连接数据库—09地信电话本，下面即可对数据库进行操作了：

第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日3.、对系统进行数据库的操作3。1添加联系人：

第三十七页，共四十三页，2022年，8