地球信息管理

地球信息管理第1页，课件共119页，创作于2023年2月主要内容1地球信息的分类与标准2地球信息的元数据标准3数据库技术4地球信息管理系统第2页，课件共119页，创作于2023年2月

1地球信息的分类与标准高度集成的GIS技术、GPS技术和RS技术给我们带来了大量的地球信息资源，也带来了广大的用户群，科学管理这些宝贵的资源才能让用户更好的使用它们。地球信息管理的主要目的有三方面：建立标准化的分类、编码体系;建设空间数据库管理系统处理、组织数据;建设信息共享平台分发地球信息资源。第3页，课件共119页，创作于2023年2月

1地球信息的分类与标准能够保证提供高质量的数据建立一套适合多学科使用的数据标准科学地组织数据集成多源数据建立数据发布网络、共享数据资源第4页，课件共119页，创作于2023年2月

1.1地球信息的分类与标准地球信息分类编码的对象是地球信息,它表示地球系统中自然、人文现象的空间分布与各种地理过程的数量、质量、分布特征、内在联系和运动规律。它是各种地球信息工程和系统的主要数据基础和内容。统一的地球信息分类编码是实现系统内和系统间信息交换、集成与信息共享的关键问题之一。第5页，课件共119页，创作于2023年2月

1.1地球信息的分类与标准（1）地球信息的分类原则科学性和系统性相统一完整性和可延性相结合兼容性与继承性兼顾综合适用性第6页，课件共119页，创作于2023年2月

1.1地球信息的分类与标准类型划分方法：

主分类中的定性信息分类适合使用线分类法；

辅助分类中的定量属性信息往往处于类别的较低层次，适合应用面分类法。

主分类以学科分类为基础，分为学科门、学科纲、学科目、学科种四级；

辅助分类主要从地球信息的具体属性中选取若干个属性面划分。（2）地球信息的分类方法与类型第7页，课件共119页，创作于2023年2月

线分类法也称层级分类法。它是将初始的分类对象（即被划分的事物或概念）按所选定的若干个属性或特征（作为分类的划分基础）逐次地分成相应的若干个层级类目，并排列成一个有层次的、逐级展开的分类体系。在这个分类体系中，同位类的类目之间存在着并列关系且不重复、不交叉，下位类与上位类类目之间存在着隶属关系。

第8页，课件共119页，创作于2023年2月

面分类法是将所选定的分类对象的若干个属性或特征视为若干个“面”，每个“面”中又可分成彼此独立的若干个类目。使用时，根据需要将这些“面”中的类目组合在一起，形成一个复合类目。第9页，课件共119页，创作于2023年2月优点缺点线分类法1)层次性好,能较好地反映类目之间的逻辑关系;2)使用方便,既符合手工处理信息的传统习惯,又便于电子计算机处理信息。1)结构弹性较差,分类结构一经确定,不易改动;2)效率较低,当分类层次较多时,代码位数较长。面分类法1)有较大弹性,一个“面”内类目改变,不影响其他“面”;2)适应性强,可视需要组成任何类目;3)易于添加和修改类目。1)不能充分利用容量,可组配的类目很多,但有时实际应用的类目不多;2)难于手工处理信息。第10页，课件共119页，创作于2023年2月

1.1地球信息的分类与标准分类方法：线分类法、面分类法实际中，由于客观事物的复杂性，往往单独采用哪一种分类法都满足不了使用者的需求。因此，常常是根据情况混合使用。第11页，课件共119页，创作于2023年2月

1.1地球信息的分类与标准（3）地球信息的编码原则编码是在地球信息分类的基础上将分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号体系表示出来的过程。编码的直接结果是代码，又称分类码。每一类别的信息都有一个惟一的分类码。编码的目的在于方便使用。第12页，课件共119页，创作于2023年2月

1.3地球信息的编码编码原则①唯一性。代码结构必须保证每一个编码对象仅有一个唯一赋予它的代码。②可扩性。为新的编码对象留有足够的备用码。③简短。不影响代码系统的容量和可扩性的情况下，代码位数应尽可能少④格式一致。⑤适应性。代码应便于修改⑥含义性。⑦稳定性。⑧识别性。⑨可操作性。⑩纠错性。第13页，课件共119页，创作于2023年2月

1.3地球信息的编码编码方法——

码位设计代码类型有数字型、字母型与数字字母混合型。码位排列体现分类框架，按门类、大类、小类、一级、二级、三级等级序依次排列。

大类码用一位数字，小类、一级、二级、三级均用二位。这代码编排结构可容纳9,600万个类别，有足够的可扩展性。

第14页，课件共119页，创作于2023年2月

1.3地球信息的编码编码方法——

代码使用代码主要用于对数据进行存贮、管理、检索和交换。

第15页，课件共119页，创作于2023年2月

1.4地球信息标准的内容与层次①硬件设备的标准；②软件方面的标准，包括操作系统，查询语言，程序设计语言，图形用户界面等等，如SQL，DCOM，CORBA等等；③数据和格式的标准，包括数据模型，数据库的构建，数据质量和可靠性，地理要素的分类系统，数据格式转换等，空间数据编码规范、元数据标准等就属于该范畴；④数据集标准，数据存放的文件格式标准；⑤过程标准，如ISO9000系列和CMM等，主要是针对系统开发过程的指导。信息技术的标准和规范通常分为以下五个方面：第16页，课件共119页，创作于2023年2月地理信息系统标准化——四个方面①软件工具：如文档，设计、验收、评测标准以及软件的接口规范等；②数据：包括数据模型，数据质量，数据产品，数据交换，数据显示，空间坐标投影等；③系统开发：系统设计过程，数据工艺流程，标准建库流程等；④其它：包括名词术语，管理办法等。

GIS标准主要集中于空间数据以及相关的一系列规范。1.4地球信息标准的内容与层次第17页，课件共119页，创作于2023年2月地球信息系统标准化意义建立一套较为规范数据的录入处理流程，提高工作效率和质量；采用一致的数据格式以及空间数据可视化方式，指导数据的使用；有利于保障地球信息管理系统技术及其应用的规范化发展，指导地球信息管理系统相关的实践活动，拓展地球信息管理系统的应用领域，从而实现地理信息系统的社会及经济价值。可以实现不同应用领域地球信息的共享和互操作，这也正是实现数字地球的关键技术之一。1.4地球信息标准的内容与层次第18页，课件共119页，创作于2023年2月图8-2地球信息标准对地理信息系统应用的意义第19页，课件共119页，创作于2023年2月ISO/TC211地理信息标准

ISO/TC211地理信息/地球信息科学专业委员会成立于1994年3月，其目的是为了促进全球地理信息资源的开发、利用和共享，即制定ISO/TC211地理信息/地球信息科学标准，它是对与地球上位置直接或间接有关的物体或现象信息的结构化标准。

1.4地球信息标准的内容与层次第20页，课件共119页，创作于2023年2月Metadata可以译成元数据，是描述数据的数据。在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。2地球信息的元数据标准2.1元数据定义

元数据应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用，不同领域的数据库，其元数据的内容会有很大差异。通过元数据可以检索、访问数据库，可以有效利用计算机的系统资源，可以对数据进行加工处理和二次开发等。第21页，课件共119页，创作于2023年2月

科学界关于元数据认识的共同点是：元数据的目的就是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程（CASE）服务。

2地球信息的元数据标准第22页，课件共119页，创作于2023年2月①对数据集的描述；对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据序代（数据生产历史）等的说明；②对数据质量的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、元数据的比例尺等；③对数据处理信息的说明，如量纲的转换等；④对数据转换方法的描述；⑤对数据库的更新、集成等的说明。2地球信息的元数据标准元数据内容第23页，课件共119页，创作于2023年2月元数据是使数据充分发挥作用的重要条件之一，可用于数据文档的建立、数据发布、数据浏览、数据转换等，对于促进数据的管理、使用和共享有重要的作用。

元数据标准就是编制元数据所必须遵循一定的规则。国际标准化组织就元数据的规范与标准化制定了一整套的规则。很多国际应用领域元数据的确定都出遵循这套标准。各行各业也可以根据自己业务的需要制定相关的元数据标准，如地理信息系统元数据、数字图书馆元数据、农业信息化元数据、电子政务元数据等。2地球信息的元数据标准元数据标准第24页，课件共119页，创作于2023年2月元数据的一般使用2.2元数据的作用浏览、检索、查找、获取数据质量控制、再处理不同应用之间的转换元数据存贮、档案管理数据用户数据字典应用项目元数据费用地学

元数据

用户部分是服务于用户了解数据的需要；

数据字典需要用户保证数据质量；

应用项目需求是不同格式元数据、不同应用环境中需要一定的转换；

元数据费用在制作与管理元数据时是必不可少的。

第25页，课件共119页，创作于2023年2月（1）获取目标数据：一个完整的地球空间数据库应包括数据和元数据。

通过元数据，用户可对地球空间数据库进行浏览、检索和分析等。只有知道数据的质量、覆盖范围、源空间数据地图的投影方式、数据生产日期、数据的变动、数据的精度等一系列问题，由此可确定是否需要该数据。2.2元数据的作用第26页，课件共119页，创作于2023年2月（2）数据质量评价与控制：影响数据质量的原因主要有源数据的精度或数据获取设备的精密度；数据加工处理过程中质量的控制情况。这些关于数据质量的问题可通过元数据来实现，这类元数据的获取往往是地学、计算机领域的工作者来完成的。2.2元数据的作用第27页，课件共119页，创作于2023年2月（3）在数据转换中的应用：由于地球空间数据的异质性及用户需求的差异，在数据应用项目中经常转化数据。

合理的元数据可为这种转化提供功能流指引信息。2.2元数据的作用第28页，课件共119页，创作于2023年2月（4）数据存贮及管理的应用：通过元数据组织数据库，可以有效降低数据存贮的空间，减少数据用户查寻数据库及获取数据的时间，从而降低数据库的费用。数据库的建设和管理费用是数据库整体性能的反映，通过元数据可以实现数据库的设计和系统资源的利用方面开支的合理分配。2.2元数据的作用第29页，课件共119页，创作于2023年2月元数据在GIS应用中的作用2.2元数据的作用地理信息系统（GIS）是地球空间数据处理、分析、集成等操作最有效的工具，在GIS中使用元数据的目的主要有：（1）数据分析需要（2）系统完整性和可扩展性需求（3）浏览查错功能需求（4）程序生成第30页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（1）数据分析需要地球空间数据分析是GIS有别于其它信息系统的功能，数据分析的每一过程都要有地球空间元数据的支持。如在叠加分析中，首先系统获取要分析的多层地球空间数据的范围、坐标体系、空间位置坐标等信息以便将数据显示到一起；然后获取数据的空间信息，将相应的空间特征合并到一起；接下来获取属性数据的结构信息，把相应的属性合并到一起；最后通过数据的结构信息把分析结果存贮到新的数据中。第31页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（2）系统完整性和可扩展性需求

为保证对数据的处理应该获得数据结构静态信息和系统运行中临时形成的面向对象数据结构和系统结构的动态信息，即数据和系统的元数据。开放GIS的特点之一是功能的可扩充性，运行添加的功能块必须获取该模块对特殊地球空间元数据和因该模块的添加引起的系统运转和数据处理过程中系统动态信息。第32页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（3）浏览查错功能需求

对数据集空间和属性特征浏览时GIS需要解译数据结构及具体内容，而这些信息是以元数据来表达的。在查错时使用地球空间元数据和系统动态信息有助于检测数据处理及系统运行状态。第33页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（4）程序生成如果允许访问元数据，则可以利用关于结构的信息自动生成可实现某些特殊功能的程序，如数据库查询的优化处理等。第34页，课件共119页，创作于2023年2月元数据在系统集成中的作用2.2元数据的作用在集成过程中各种类型的元数据具体的作用是不一致的，数据集元数据服务对象是数据集成预处理和数据质量控制；集成软件系统元数据通过捕获系统各操作过程和数据变动信息以确定系统功能流向；数据特征层次元数据通过记录数据空间和属性特征的变化，将这些元数据信息写入变化后的数据集中。第35页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（1）在数据检索查询中的应用在数据检索查询中作用的主要是为集成提供数据对象。通过元数据提供的数据自身的信息和数据存在的环境信息，集成系统根据应用项目指标体系建立起来的具体数据要求发现原始数据的存在状况，并判断需对数据集采取的动作。第36页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（2）在集成预处理中的应用

集成预处理是根据集成系统的指令对空间和属性数据结构、数据形式、内容等需要某些动作的数据集进行的集成准备操作。

元数据的作用是为数据集空间位置配准提供相对空间位置信息；为数据集成的可行性分析提供基础信息。第37页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（3）在数据集成处理中的作用集成过程需要数据具体内容的元数据及相关数据要素的信息，其作用过程是：用户和系统确定哪些数据特征要进行处理，由数据集元数据获取数据特征的空间和属性的元数据（一般在空间数据文件和属性数据文件中），然后由系统执行合并、删除等操作，并把操作后数据特征的相应变化放入对应文件，同时将各类元数据记录到对应的临时和可输出的元数据中。第38页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（4）在数据结果表达中的作用

元数据对集成结果表达的作用是提供数据输出模式、数据库说明、数据集说明信息等，以便集成结果可以按照一定模式输出，并将数据集成处理过程有关数据的变动信息记录到处理过后或新形成的数据集元数据中。第39页，课件共119页，创作于2023年2月2.2元数据的作用（5）对集成结果的评价

集成结果的评价是对集成处理的评测，内容包括：数据集质量、系统功能评价。

元数据中数据质量信息是评价数据质量的基础，通过系统层次的元数据中诸如：操作过程中使用软硬件环境设置、处理中误差传递扩散等信息可以评价系统功能的优劣。第40页，课件共119页，创作于2023年2月2.3数据管理及元数据标准现状美国联邦地理数据委员会（FGDC）元数据标准ISO/TC211对元数据的标准欧洲地理信息标难化委员会(CEN）元数据标准OpenGIS协会的元数据标准第41页，课件共119页，创作于2023年2月数据库是关于事物及其关系的信息组合。早期——文件处理系统时间：20世纪50年代末期－60年代中期。

早期的数据管理是采用文件管理系统，即数据保存在文件中，用户的应用程序直接操作文件中的数据。文件一般为某一用户或用户组所有，但也可以指定与其他用户共享。3数据库技术3.1数据库技术含义第42页，课件共119页，创作于2023年2月文件系统阶段特点：（1）数据可以长期保存（2）由文件系统管理数据（3）数据可共享，但共享性差、冗余度大（4）数据独立性差第43页，课件共119页，创作于2023年2月数据库系统时间：20世纪60年代末期至今应用程序与数据库间的对应关系：如图所示应用程序P1应用程序P2…应用程序Pn数据库管理系统数据库第44页，课件共119页，创作于2023年2月数据库系统的相关概念（1）数据库定义：是为满足某部门各种用户的多种应用需要，在计算机系统中按照一定数据模型组织、存储和使用的互相关联的数据集合。DATABASE第45页，课件共119页，创作于2023年2月

数据库系统的相关概念（2）数据库系统定义：是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统，即数据库系统（DBS）。简单的说，指基于数据库的计算机应用系统。组成：一般由数据库、数据库管理系统、计算机软硬件及系统人员和用户组成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。第46页，课件共119页，创作于2023年2月（1）硬件系统：要求较高足够大的内存；大容量的直接存取设备；较高的数据传输能力（2）软件系统◆数据库系统的核心软件－－数据库管理系统◆支持DBMS运行的操作系统◆与数据库接口的高级语言及其编译系统，以便于开发应用系统。◆以DBMS为核心的应用开发工具◆为特定应用所开发的数据库应用软件

（1）数据库系统的组成第47页，课件共119页，创作于2023年2月（3）数据数据是数据库系统的基本组成内容之一。（4）各类人员◆数据库管理员（DBA）◆系统分析员◆应用程序员◆最终用户

（1）数据库系统的组成第48页，课件共119页，创作于2023年2月（2）数据库系统的特点（1）实现数据的共享（2）较少的数据冗余度（3）数据的独立性（4）数据实现集中控制（5）数据一致性及可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。

数据库的基本结构分物理数据层、概念数据层和逻辑数据层三个层次，反映了观察数据库的三种不同角度。

第49页，课件共119页，创作于2023年2月

数据库的数据模型反映了数据库中数据的整体逻辑组织。

数据库的数据结构，操作集合和完整性规则集合，组成了数据库的数据模式。在数据库中，数据内容的描述以及数据之间的联系，主要通过数据库的数据模型来实现。（3）数据库的数据模型第50页，课件共119页，创作于2023年2月不同的数据模型具有不同的数据结构形式，最常用的有：

层次模型网状模型关系模型面向对象模型

其中层次模型和网状模型统称为非关系模型，它们的数据结构是以基本层次联系为基本单位，基本层次联系是两个记录及一对多的联系；关系模型的数据结构是表；面向对象模型的数据结构是对象。（3）数据库的数据模型第51页，课件共119页，创作于2023年2月1）层次模型在数据库中满足以下两个条件的数据模型称为层次模型：（1）有且只有一个节点没有双亲节点，这个节点称为根节点;（2）根以外的其它节点有且只有一个双亲节点。第52页，课件共119页，创作于2023年2月1)层次模型（1）层次模型:优缺点层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解性能优于关系模型，不低于网状模型层次数据模型提供了良好的完整性支持多对多联系表示不自然对插入和删除操作的限制多查询子女结点必须通过双亲结点层次命令趋于程序化（2）层次模型：典型层次数据库系统。1968年，IBM公司推出IMS系统，第一个商用系统。优点缺点第53页，课件共119页，创作于2023年2月2)网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型：（1）允许一个以上的结点无双亲；（2）一个结点可以有多于一个的双亲。第54页，课件共119页，创作于2023年2月2)网状模型（1）网状模型:优缺点能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握

DDL、DML语言复杂，用户使用困难（2）网状模型：实际系统DBTG:20世纪70年代提出的系统方案；HP的IMAGE等优点

缺点第55页，课件共119页，创作于2023年2月3)关系模型关系模型是最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型。1970年由美国IBM公司SanJose研究室的研究员E.F.Codd提出。从数据结构的角度看，关系模型采用线性表数据结构。它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表，这种表称为关系，它由行和列组成。

一个实体由若干个关系组成，而关系表的集合就构成了关系模型。第56页，课件共119页，创作于2023年2月3)关系模型第57页，课件共119页，创作于2023年2月3)关系模型

在数据库中，二维表需要满足下列条件的数据模型称为关系模型。（1）同一列分量的类型相同，且分量是不可再分。（2）列的顺序可以是任意的。（3）表的每一行是一个记录，表中的任意两行不能完全相同。（4）行的顺序可以是任意的。（5）二维表是数据库的数据的基本组织单位。第58页，课件共119页，创作于2023年2月3)关系模型基本概念：属性：表中的一列即为一个属性，给每个属性所起的名称即为属性名。元组：二维表中一行称为元组。主健：表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。域：属性的取值范围。分量：元组中的一个属性值。关系模式：对关系的描述。一般表示为关系名（属性1，属性2，…，属性n）例如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）第59页，课件共119页，创作于2023年2月关系模型的基本概念第60页，课件共119页，创作于2023年2月3)关系模型关系模型：优缺点建立在严格的数学概念的基础上概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用；实体和各类联系都用关系来表示；对数据的检索结果也是关系。关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性，更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作存取路径对用户透明导致查询效率不如非关系模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度优点

缺点

第61页，课件共119页，创作于2023年2月4)面向对象数据模型（OO模型）

一个面向对象模型是用面向对象观点来描述现实世界实体（对象）的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型。一系列面向对象核心概念构成了OO模型的基础。

核心概念(1)对象和对象标识(OID)：对象是现实世界中实体的模型化。每一个对象都有一个惟一的标识，称为对象标识（OID）。OID是独立于值的，全系统唯一的。(2)封装(encapsulate)：每一个对象是状态（state）和行为（behavior）的封装。其中状态是该对象一系列属性（Attribute）值的集合；而行为是在该对象状态上操作的方法（程序代码）的集合。被封装的状态和行为在对象外部是看不见的，只能通过显示定义的消息传递来访问。第62页，课件共119页，创作于2023年2月（3）类：所有具有相同属性和方法集的对象构成了一个对象类。任何一个对象都是某个对象类的一个实例（Instance）。一般类包含自身属性和方法类本身。（4）类层次：所有的类组成了—个有根有向无环图，称为类层次（结构）。一个类可以从直接／间接祖先（超类）中继承（Inherit）所有的属性和方法，该类称为子类。（5）消息(Message)：由于对象是封装的，对象与外部的通信只能通过显式的消息传递，即消息从外部传送给对象，存取和调用对象中的属性和方法，在内部执行所要求的操作，操作结果仍以消息的形式返回。第63页，课件共119页，创作于2023年2月4)面向对象数据模型（OO模型）优点A.具有表求和构造复杂对象的能力。B.封装性和信息隐蔽技术提供了模块化机制。C.继承和类层技术提供了重用机制D.滞后束定等技术为系统提供了扩充能力。

第64页，课件共119页，创作于2023年2月数据库管理系统（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。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。数据库管理系统是处理数据库存取和各种管理控制的软件，它不仅面向用户，还面向系统。3.1.1数据库管理系统第65页，课件共119页，创作于2023年2月主要功能：①定义数据库——设计框架、定义数据库、把原模式翻译成机器的目标模式存贮到系统中。②管理数据库——实现数据的完整性、有效性及并发控制③维护数据库——数据库性能的分析和监督，数据库的组织和整理④数据库通讯功能——接口处理3.1.1数据库管理系统第66页，课件共119页，创作于2023年2月程序组成：①系统运行控制程序。②语言处理程序。③建立和维护程序。3.1.1数据库管理系统第67页，课件共119页，创作于2023年2月（1）空间数据库概念空间数据库是指能够存储空间数据，并提供对空间数据的有效的检索，以及分析模型的数据库管理系统。

空间数据库是数据库关系系统研究领域的热点之一，与面向对象的数据并称为下一代数据库的新特征，是继关系数据库之后一项新型的技术，她必将对空间数据的管理和应用带来更新，更加先进的思路。

3.1.2空间数据库第68页，课件共119页，创作于2023年2月空间数据实现的主要的功能和难点主要如下：①地理对象的存储②数据的地理属性③空间查询语言④空间索引机制⑤空间算子3.1.2空间数据库第69页，课件共119页，创作于2023年2月①数据库的复杂性。空间数据种类繁多，数据类型繁多，数据结构复杂；数据之间关系的复杂性；②数据库处理的多样性。涉及属性数据和空间位置数据；进行查询、检索和统计时，常引入一些算法和模型。③数据量大。描述的各种空间要素，尤其是空间位置数据，数据量往往十分庞大。④数据应用广泛。例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。（2）

空间数据库的特点第70页，课件共119页，创作于2023年2月

空间数据模型应该是空间实体及其关系的形式化抽象和数学描述，其目的是揭示空间实体或地球空间的本质属性，并对它进行抽象化，使之转化为计算机能识别、处理和存储的数据。一个空间数据模型可能由多种数据结构来实现。

①栅格数据模型②矢量数据模型③矢量—栅格一体化模型（3）

空间数据模型第71页，课件共119页，创作于2023年2月1）栅格数据模型在栅格数据模型中，点是一个像元，线和面分别由一串和一片彼此相连的像元构成。每一个栅格像元记录着不同的同性特征(如灰度、色彩)，每个像元用一对(x，y)坐标来标识，像元的属性可以表示为f(z，y)。由于栅格像元有其大小，所以表达某一区域表面的栅格数据是一个不连续的、离散的数据。22122332333233323332333第72页，课件共119页，创作于2023年2月栅格数据模型现实世界栅格数据的空间分辨率是按一个像元在地面所代表的实际面积大小来确定的，随着分辨率的增大，对存储空间的要求还要成几何级数的增加。

第73页，课件共119页，创作于2023年2月栅格数据的表达形式非常适合模拟连续变化的地球空间，特别是同性特征随空间变化程度很高的区域，例如在卫星图像上所表现的海岸带分布。栅格数据的缺点是不便于表示点、线状实体，主要是因为这两类实体没有大小，而栅格数据中的像元是有一定大小的；另外栅格数据不适合于表达和分析地理实体之间的空间关系。第74页，课件共119页，创作于2023年2月2）矢量数据模型矢量数据的基本类型起源于“spaghetti”模型。点用一空间坐标对表示，线由一串坐标对组成，而面是由线形成的闭合多边形。如果向三维地理空间扩展还包括表面和立体。根据是否在数据结构中建立实体之间的拓扑关系，矢量数据模型又分为拓扑数据模型和spaghetti数据模型。第75页，课件共119页，创作于2023年2月在这种结构中，空间数据按照以基本空间对象为单元进行单独组织，不含有拓扑结构，如面条结构。简单数据结构第76页，课件共119页，创作于2023年2月

缺点：1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形数据冗余和不一致，导致双重边界不能精确匹配。2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。不易检查拓扑错误。所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。简单数据结构的特点

优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。第77页，课件共119页，创作于2023年2月拓扑数据结构第78页，课件共119页，创作于2023年2月

拓扑数据结构包括双重独立式编码（DIME）、多边形转换器（POLYVRT）、地理编码和参照系统拓扑集成（TIGER）等。拓扑数据结构中的概念：

弧段结点岛简单多边形复合多边形第79页，课件共119页，创作于2023年2月拓扑数据结构的特点及组成特点：

1、点是相互独立的，点连成线，线构成面。

2、每条线起于起始结点，止于终止结点，并于左右多边形相邻接。组成：

1、弧段文件：由弧段记录组成

2、结点文件：由结点记录组成

3、多边形文件：由多边形记录组成第80页，课件共119页，创作于2023年2月组成文件第81页，课件共119页，创作于2023年2月3）矢量—栅格一体化模型将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来，具体采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。线状地物：除记录原始取样点外，还记录路径所通过的栅格。面状地物：除记录它的多边形周边以外，还包括中间的面域栅格。334334423344423344234422212第82页，课件共119页，创作于2023年2月一方面，它保留了矢量的全部性质，以目标为单元直接聚集所有的位置信息，并能建立拓扑关系；另一方面，它建立了栅格与地物的关系，即路径上的任一点都直接与目标建立了联系。从原理上说，这是一种以矢量的方式来组织栅格数据的数据结构。3）矢量—栅格一体化模型第83页，课件共119页，创作于2023年2月建立矢量与栅格一体化数据结构对目标数据存储要求的统一约定。（1）点（2）线（3）面3）矢量—栅格一体化模型第84页，课件共119页，创作于2023年2月a.点状地物：是点，它仅有空间位置，没有形状和面积，在计算机内部仅有一个位置数据。b.线状地物：是曲线，它有形状但没有面积，它在平面上的投影是一连续不间断的直线或曲线，在计算机内部需要用一组元子填满整个路径。c.面状地物：是曲面，并具有形状和面积，在计算机内部需表示由元子填满路径的一组边界和由边界组成的紧凑空间。3）矢量—栅格一体化模型第85页，课件共119页，创作于2023年2月①面向对象模型的应用，使地理空间数据库系统具有更丰富的语义表达能力，并具有模拟和操纵复杂地理对象的能力；②多媒体技术的发展拓宽了地理空间数据库系统的应用领域。③虚拟现实(灵境)技术促进了地理空间数据库的可视化。④分布式处理和Client/Server模式的应用，使地理空间数据库具有Internet/Intranet连接能力，实现分布式事务处理、透明存取、跨平台应用、异构网互联、多协议自动转换等功能。总之，未来理想的地理空间数据库系统应该是一个可表示复杂和可变对象的、面向对象的、主动的、模糊的、多媒体的集成数据库系统。（4）空间数据库系统的发展趋势

第86页，课件共119页，创作于2023年2月

数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在着的应用数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。

空间数据库的设计是指在现有数据库管理系统的基础上建立空间数据库的整个过程。主要包括需求分析、结构设计和数据层设计三部分。（5）空间数据库的设计第87页，课件共119页，创作于2023年2月需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：①调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。②需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、待证、需要存储的数据)、信息加工处理要求(如响应时间)、完整性与安全性要求等。③编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。（5）空间数据库的设计第88页，课件共119页，创作于2023年2月结构设计指空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。其主要任务是：①概念设计。对需求分析阶段所收集的信息和数据进行分拆、整理，确定地理实体、属性及它们之间的联系。将用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式。表示概念模型最有力的工具是E—R模型，即实体一联系模型，包括实体、联系和属性三个基本成分。（5）空间数据库的设计第89页，课件共119页，创作于2023年2月②逻辑设计。

在概念设计的基础上，按照不同的转换规则将概念模型转换为具体DBMS支持的数据模型的过程。即导出具体DBMS可处理的空间数据库的逻辑结构(或外模式)，包括确定数据项、记录及记录间的联系、安全性、完整性和一致性约束等。（5）空间数据库的设计第90页，课件共119页，创作于2023年2月从E—R模型向关系模型转换的主要过程为：A、确定各实体的主关键字；B、确定并写出实体内部属性之间的数据关系表达式,数据项决定另外的数据项；C、把经过消冗处理的数据关系表达式中的实体作为相应的主关键字；D、根据B、C形成新的关系。E、完成转换后，进行分析、评价和优化。（5）空间数据库的设计第91页，课件共119页，创作于2023年2月③物理设计。物理设计是指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现，确定数据在介质上的物理存储结构，其结果是导出空间数据库的存储模式(内模式)。主要内容包括确定记录存储格式，选择文件存储结构，决定存取路径，分配存储空间。

（5）空间数据库的设计第92页，课件共119页，创作于2023年2月④数据层设计。GIS的数据可以按照空间数据的逻辑关系或专业属性分为各种逻辑数据层或专业数据层，原理上类似于图片的叠置。

数据层的设计一般是按照数据的专业内容和类型进行的。数据的专业内容的类型通常是数据分层的主要依据，同时也要考虑数据之间的关系。不同类型的数据由于其应用功能相同，在分析和应用时往往会同时用到，因此在设计时应反映出这样的需求，即可将这些数据作为一层。

（5）空间数据库的设计第93页，课件共119页，创作于2023年2月（1）文件结合关系型数据库管理文件结合关系型数据库管理(混合型管理)空间数据是目前绝大多数商用GIS软件所采用的数据管理方案，已经得到广泛应用。

3.1.3地球信息的数据库管理方式第94页，课件共119页，创作于2023年2月（2）全关系型数据库管理在全关系型数据库管理方式中，使用统一的关系型数据库管理空间数据和属性数据，空间数据以二进制数据块的形式存储在关系型数据库中，形成全关系型的空间数据库。GIS应用程序通过空间数据访问接口访问空间数据库中的空间数据，通过标准的数据库访问接口访问属性数据。3.1.3地球信息的数据库管理方式第95页，课件共119页，创作于2023年2月3.1.3地球信息的数据库管理方式第96页，课件共119页，创作于2023年2月（3）面向对象数据库管理为了克服关系型数据库管理空间数据的局限性，提出了面向对象数据模型，并依此建立了面向对象数据库。

3.1.3地球信息的数据库管理方式第97页，课件共119页，创作于2023年2月（4）分布式数据管理Internet的发展和分布式处理Client／Server和Browse／Server的模式的应用，使地理空间数据库具有Internet／Intranet的连接能力，空间数据库向着分布式数据库方向发展，实现分布式事务处理、透明存取、跨平台应用、异构网互联、多协议自动转换等功能。ORACLE是目前最流行的客户／服务器体系结构的数据库之一，它提供了分布式数据库能力和空间数据管理功能3.1.3地球信息的数据库管理方式第98页，课件共119页，创作于2023年2月第99页，课件共119页，创作于2023年2月3.2.1时态数据库的概念和类型基本概念时态数据库TDB(TemporalDatabase),是在传统的数据库基础上加上时间维,不仅能刻画某个时刻的数据,还能反映出其历史和揭示其未来。3.2

时态数据库技术第100页，课件共119页，创作于2023年2月3.2.1时态数据库的概念和类型类型历史数据库:被管理对象的生命周期称为有效时间(ValidTime),对象的历史由DBMS内部机制完成;事务数据库:数据库本身被查增删改的时间为事物时间(TransactionTime),其历史由DBMS的内部机制处理;双时态数据库:既能管理对象的历史,又能管理数据库本身被查增删改的历史。3.2

时态数据库技术第101页，课件共119页，创作于2023年2月3.2.2时态数据库在地球信息科学中的应用——时空GIS概念具有时间与空间特性的地理信息系统，称为时空地理信息系统(简称时空GIS）。如果在GIS中引入时间概念，那就是时态GIS。时态GIS研究的重点，是研究把时间作为地理实体的基本特征及GIS地理时空的模拟方法。3.2

时态数据库技术第102页，课件共119页，创作于2023年2月3.3.1分布式数据库的定义分布式数据库系统（DistributedDataBaseSystem，缩写DDBS）是面向地理上分散，而管理上需要不同程度集中管理的企、事业单位提供数据管理的信息管理系统，可以把分布式数据库系统看成是：数据库系统＋计算机网络，但是它不是这二者的简单结合。3.3

分布式数据库技术第103页，课件共119页，创作于2023年2月3.3.2分布式数据库的特点（1）集中式数据库系统的特点①系统的所有处理工作都是由一台计算机完成的。②从硬件投资来看，对于采用大型计算机特别是大型存储设备，在价格方面比较合算。③对于机器的维护和管理等，集中式系统的操作、程序设计等上作人员，都容易胜任，因而在经济上也比较合算。④集中式系统能够完成大型的任务，而且可以提供大量的应用软件为用户使用。⑤集中式系统管理集中，数据重复比较少，对于程序和数据都有较高的共享性，有利于提高系统的处理能力。⑥集中式系统便于资源管理，容易调整负荷，使其达到平衡。⑦集中式系统便于专业人员的培训和使用。3.3

分布式数据库技术第104页，课件共119页，创作于2023年2月3.3.2分布式数据库的特点（2）分布式数据库系统的特点数据独立性。集中与自治相结合的控制结构。适当增加数据冗余度。全局的一致性、可串行性和可恢复性。

3.3分布式数据库技术第105页，课件共119页，创作于2023年2月（1）数据库研究领域不断拓展3.4数据库技术的发展趋势第106页，课件共119页，创作于2023年2月（2）面向对象数据库研究与应用进一步深入（3）智能数据库逐渐走向实用（4）数据仓库、数据挖掘及支持智能决策（5）建立在Web平台之上的海量空间数据库的统一体——数字地球解决方案3.4

数据库技术的发展趋势第107页，课件共119页，创作于2023年2月4.1地球信息管理系统的结构4地理信息管理系统基本概念：地球信息管理系统是地球信息科学的技术系统，它是基于计算机技术和网络通信技术的解决与地球空间信息有关的数据获取、存储、传输、管理、分析与应