空间数据组织与管理课件

空间数据组织空间数据管理q空间数据结构空间l

矢量数据结构l

栅格数据结构数

q矢量、栅格结构对比q空间数据库特点据组q传统数据库模型及特点l

层次数据模型l

网络数据模型织与管理l

关系数据模型q现行空间数据库管理方案l

混合数据管理模式l

扩展数据管理模式l

统一数据管理模式矢量数据结构0

定义：q

矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。q

点：空间的一个坐标点；q

线：多个点组成的弧段；q

面：多个弧段组成的封闭多边形；0

获取方法q

定位设备（全站仪、GPS、常规测量等）q

地图数字化q

间接获取l

栅格数据转换l

空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）0

矢量数据表达考虑内容q

矢量数据自身的存储和管理q

几何数据和属性数据的联系q

空间对象的空间关系（拓扑关系）0

矢量数据表达q

简单数据结构q

拓扑数据结构q

属性数据组织矢量数据结构矢量数据表达—简单数据结构0只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。又称面条结构。0存储：q

独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；q

点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成0特征l

无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询l

公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性续l

多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；l

处理嵌套多边形比较麻烦0

适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析矢量数据结构点:(x,y)独立编码线:(x

,y

),(x

,y

),…,(x

,y

)数据库1122nn面:(x

,y

),(x

,y

),…,(x

,y

)112211标识码属性码

存储方法点号XY点:点号文件线:点号串面:点号串1211

2233

44…

…55

66点位字典续…n空间对象编码唯一连接几何和属性数据矢量数据结构矢量数据表达—拓扑数据结构0不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系0表达对象：关联关系0表达方式l

全显式表达l

部分显式表达0拓扑关系物理实现l

直接存储l

串行指针续0拓扑关系与数据共享0采用拓扑关系的原则矢拓扑结构：全显式表达量数据结构

N1

A3MB1

B2

B3

B4面N2弧A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8N1

N2

N3

N4

N5A1

A2

A5B1B2点N5A6N3B3B4A4

A7

A8N4面-弧拓扑弧-点拓扑点-弧拓扑弧-面拓扑面弧点弧弧段起点弧段左面续终点右面矢量数据结构拓扑结构：部分显式表达l

用上述部分表格表示空间目标的拓扑关系n

System：面-弧

、弧-点n

DIME：弧-点、弧-面l目前商用GIS还没有超出上述四个表格的拓扑关系续矢量数据结构拓扑结构：物理实现§

串行指针面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储POLYVRT（美国计算机图形及空间分析实验室）TIGER（美国人口调查局）§

直接存储Arc/Info、GeoStar续矢量数据结构拓扑结构：拓扑关系与数据共享维护数据的一致性续矢量数据结构拓扑结构：是否需要拓扑结构?q

应用目的l

制图或一般查询，可不要拓扑结构l

空间分析，则应建立拓扑关系q

服务对象和系统数据结构l

面状目标：面-弧、弧-面l

网络目标：点-弧、弧-点续矢量数据结构：属性数据表达与组织q属性特征类型l

类别特征：是什么l

说明信息：同类目标的不同特征q属性特征表达l

类别特征：类型编码l

说明信息：属性数据结构和表格q属性表的内容取决于用户q图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记

录号实现。目标标识

地物编码

坐

标

关联的线目标目标标识

控制点等级

精度

测量年限

测量单位

……点状对象空间对象目标标识

地物编码

坐标串

起点、终点、左面、右面线状对象目标标识

等级

路面材料

宽度

修建时间

管养单位

……目标标识

地物编码

边界目标号面状对象目标标识

所有者

建筑日期

建筑单位

建筑面积

结构

……地物类型特征与制图属性地物编码

地物名称

几何类型

制图颜色

制图符号编码

属性表明矢量数据结构：特点l

用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含l

用拓扑关系描述空间对象之间的关系l

面向目标操作，精度高，数据冗余度小l

与遥感等图象数据难以结合l

输出图形质量号，精度高栅0

定义以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。格数据结构每个栅格单元只能存在一个值。0

对于栅格数据结构l点：为一个像元l线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。l面：聚集在一起的相邻像元集合。0

获取方式：l遥感数据l图片扫描数据l矢量数据转换l手工方式0

栅格数据坐标系0

栅格数据压缩编码方案0

栅格数据的分层0

栅格数据的组织方法0

栅格数据特点面线点栅格数据结构：坐标系与描述参数格网方向格网分辨率X：行西南角格网坐标（X

，Y

W）SWSY：列栅格数据结构：单元值确定CAB面重积要占性优CA分类较细、地物斑块较小AAB具有特殊意义的较小地物连续分布地理要素栅格数据结构：压缩编码方案621

2

3

4

5

6

7

871531

A

A

A

A

R

A

A

A

链式编码起点行列号，单位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3402

A

A

A

R

A

A

A

A3

A

A

A

R

A

G

G

A4

A

A

A

R

A

G

G

A5

A

A

R

A

G

G

G

G6

A

R

A

A

G

G

G

A7

A

R

A

A

G

G

G

A8

R

A

A

A

A

A

A

A游程长度编码

逐行编码数据结构:行号,属性,重复次数1,A,4,R,1,A,4正方形区域为记录单元数据结构:初始位置,半径,属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…块状编码四叉树编码NW

NE

SW

SEGGGGAGGA

AGA

A

A栅格数据结构：数据分层Z建筑物森林土壤地貌YX栅格数据结构：数据组织栅格数据文件栅格数据文件栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层1

像元1

X,Y,属性值像元2

X,Y,属性值层1

多边形1

属性值像元1坐标层1属性值层2属性值…………像元n

X,Y,属性值像元n坐标层n属性值多边形N层2像元2层2………层n像元n层n栅格数据结构：特点l离散的量化栅格值表示空间对象l位置隐含,属性明显l数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大l几何和属性偏差l面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间的关系c几何偏差cac距离:7/4

(5)面积:7

(6)534abba属性偏差栅格数据矢量数据矢量栅格数据较比优点：优点：•表示地理数据的精度较高•严密的数据结构，数据量小•完整的描述空间关系•图形输出精确美观•数据结构简单•空间数据的叠置和组合方便•各类空间分析很易于进行•数学模拟方便•图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现缺点：•面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息•图形数据量大•用大像元减少数据量时，精度和信息量受损缺点：•数据结构复杂•地图输出不美观•矢量叠置较为复杂•数学模拟比较困难•技术复杂，特别是软硬件•难以建立网络连接关系•投影变换比较费时数据结构选择原则q要素还是位置？q可获取的数据q定位要素的必要精度q需要什么类型的要素q需要什么类型的拓扑关联q所需空间分析类型q生产地图类型空间数据管理：空间数据库0

数据库q定义：数据库是为一定目的服务，以特定结构存储的相关联的数据的集合。q特点：l数据独立于应用程序而集中管理l数据之间建立联系，反映了现实世界信息的联系q数据模型l层次模型l网络模型l关系模型空间数据管理：空间数据库（续）0空间数据库q定义：空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合q特点：l数据量特别大l属性数据和空间数据联合管理l数据应用范围广泛0空间数据库的数据特征q空间特征q非结构化特征q空间关系特征q分类编码特征q海量数据特征传统数据库与空间数据库的比较传统数据库空间数据库不连续相关性小少连续较强空间相关性多数据连续性/相关性实体类型/空间关系记录长度简单固定结构化等长复杂且不固定非结构化不等长文字数字空间图形查询与操作文字、数字现行空间数据库管理方案0基于文件与关系式数据库的空间数据混合管理方案0基于关系式数据库的空间数据管理方案0基于对象—关系式数据库的空间数据管理方案。q

属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效；文件关系数据库混合管理方案q

几何数据采用图形文件管理，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。q

空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。q

GIS软件：Arc/Info，MGE，GenMap等GIS用户界面高级语言图形处理数据库开发语言IDDBMS几

属何

性数

数据

据

早期图形文件库属性数据库图形用户界面图形处理属性用户界面DBMSGIS用户界面高级语言图形处理ODBC协议数数据据文库件图形文件库属性数据库DBMS图形文件库属性数据库全关系式数据库管理方案q

属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理q

空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快q

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q

GIS软件：System9，SmallWorld、Geovision等属性数据（定长记录）GIS界面空间数据（变长记录）二进制块关系表DBMS空间数据库对象关系数据库管理方案q

对现有的关系数据库进行扩展，增加空间数据类型q

解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高q

用户不能根据GIS要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑结构进行存储q

GIS软件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS界面空间数据处理扩充实体类型DBMS（点、线、面、圆等）空间数据库GIS空间数据组织Arc/Info并发控制MGE工作层地物类逻辑层GeoStar研究区域GIS工程空间索引工作区1