空间数据库技术-GIS数据库设计课件

第六讲GIS数据库设计文件记录数据项数据项组数据库数据的层次单位安全用户管理数据备份

文件的集合，文件之间存在某种联系，不能孤立存在RSGIS第一步 需求分析第二步 原型概念化（总体）设计第三步 GIS数据库的详细设计第四步 自动化方案制定第五步 试点项目实施第六步 数据库总体实施GIS数据库设计过程RSGIS空间数据库设计的原则与标准空间数据设计的基础知识空间数据库功能设计编码体系设计讲授内容空间数据库安全设计空间数据库概念设计空间数据库设计实例（武汉排水管理信息系统数据库设计方案）RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准1、空间数据库设计的基本内容数据存储数据库数据管理程序库(数据库软件)原始信息数据库用户物理逻辑RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准

空间数据库系统是GIS软件设计的核心内容，进行空间数据库系统设计的主要任务是确定空间数据库的数据模型以及数据结构（空间数据库的物理结构和逻辑结构）和数据编码方案，并提出空间数据库相关功能的实现方案；空间数据库系统实现的主要任务是将设计的空间数据库系统的结构体系进行编码实现，并将收集来的空间数据入库，建立空间数据库管理信息系统。1、空间数据库设计的基本内容RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准2、空间数据库设计的原则空间数据库设计基本原则空间数据库的保护原则空间数据库的备份原则RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准空间数据库设计基本原则数据冗余度小，共享程度高，充分利用数据存储空间，减小投入，并且保证各数据库之间的数据关联；数据独立性强，使应用子系统对数据的存储结构与存取方法有较强的适应性；设计结果符合各项规范指标要求；强调数据的可靠性与完整性；优化存储方式，提高数据库访问速度RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准分布式空间数据库得优点1）灵活性增强。2）用户应用程序的共同开发。3）维护的分享。4）减少数据的冗余度。RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准空间数据库的保护原则

空间数据库是GIS的重要数据基础，若保护不周或遭到破坏、泄密等，都将造成重大的损失。因此建立数据库的保护机制，用以负责阻止一切物理破坏和读写破坏，并能以最快的速度使其恢复工作，是空间数据库建设与使用顺利实施的必要条件，包括：完整性原则：通过实时监控数据库事务（主要是更新和删除操作）的执行，来保证数据项之间的结构不受破坏，使存储在数据库中的数据正确、有效，以及不同副本中的同一数据一致与协调。并发性原则：当多个用户程序并发存取同一个数据块时应对并行操作就需要进行控制，从而保持数据库数据的一致性。例如不致因为多名用户同时调阅某图形资料并进行编辑而产生该数据资料的歧义。安全性原则：通过检查上机权限对业主不同级别数据库用户进行数据访问与存取控制来保障数据库的安全与机密。RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准空间数据库的备份原则

根据各个空间数据库的实际需要定期或实时对数据进行本地与异地备份。同时备份应与更新同步。RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准3、空间数据库设计遵循标准数据标准为确保GIS各数据库与应用系统之间的数据分类、编码及数据文件命名的系统性和唯一性，从而满足系统正常高效运行以及与其他相关系统协同运作的要求，实现系统之间相互兼容、信息共享，数据库建设时必须对规范化、标准化原则予以高度重视，包括下列数据标准：空间定位标准数据分类标准编码体系和代码标准各数据库与文件命名标准数据字典符号标准数据格式与交换标准数据质量标准数据处理标准RSGIS一、空间数据库设计的原则与标准3、空间数据库设计遵循标准操作标准数据库建库作业流程与技术规定数据库建设验收标准RSGIS空间特征：包括比例尺、坐标系和投影类型等时间特征属性特征其中，时间特征和属性特征是一般信息系统中的数据都具有的，而空间特征是空间数据独有的，是空间数据库的宏观定义，建立空间数据库时必须着重考虑。1、空间数据的特征二、空间数据库设计的基础知识RSGIS含义：指空间数据库入库前原始图件的比例尺。数字化后的地图可在一定范围内按任意比例尺显示。如何确定？空间数据库的比例尺通常取决于用户对空间数据的精度要求及所研究区域的大小。精度要求越高，地图比例尺就越大，内容愈详细，数字化工作量和存储量也就越大。比例尺二、空间数据库设计的基础知识RSGIS

空间数据库中常用的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系。坐标系二、空间数据库设计的基础知识RSGIS地理坐标系描述：采用经纬度（φ,λ）来确定地球表面上任意一点的位置。从通过格林威治天文台的子午面向东为东经（0°~180°），向西为西经（0°~180°）；从赤道面算起，向北为北纬（0°~90°），向南为南纬（0°~90°）。应用领域：一般应用于空间位置要求很明确的GIS中。因为经纬度不仅能标示空间对象在地球表面上的位置，还能显示其地理方位以及所处的时区、两地间的时差等。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS平面直角坐标系描述：首先定义一个原点（0,0）及x，y轴方向，然后通过（x,y）值确定某个地理实体的位置。应用领域：适用于大比例尺小区域的GIS应用。因为在该坐标系中，统计面积、距离量算等较为方便，在测绘中应用较广，如房产测绘等。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS二、空间数据库设计的基础知识地图投影的变形示意RSGIS投影类型含义：不同的坐标系可以通过地图投影来建立联系，即地球表面任一由地理坐标（φ,λ）确定的点，在平面上必然有一个由平面直角坐标（x,y）确定的点与它相对应。如何选择地图投影类型？首先是经纬线形状和变形性质能否满足GIS对数据的要求；其次是投影的变形要小且分布均匀，使等变形线大致与区域轮廓一致；再次就是经纬网形状不复杂，便于识别和投影计算、转换等。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS投影类型的选择与比较投影类型特点适用领域等角投影方位准确，小区域的图形能与实地相似航空、航海、气象、洋流和军事等方面等积投影面积正确，方便分析信息间的对比关系行政区划、自然或经济区划、人口密度、土地利用、农业、经济和某种自然现象分布等方面等距方位投影距离准确，方便对一定半径范围进行控制城市防空、地震台、雷达站等方面二、空间数据库设计的基础知识RSGIS空间特征的预处理设计数据库时可以有以下几种选择1）将所有数据放入一个带。2）将各带分别存放。3）选择不同的地图投影。4）选择使用地理坐标系统2、空间数据的逻辑预处理二、空间数据库设计的基础知识RSGIS空间特征的预处理1）在经常需要投影变换而且覆盖面积较大的情况下，应该使用地理坐标系统。2）笛卡儿坐标系统对于小面积和一个固定的坐标系最为适合。3）根据研究区的形状来选择变形最小的投影。4）如果有地区标准的话，应该使用地区标准。5）如果研究区的面积很重要时，可以考虑使用一种等面积的投影进行面积计算，而数据在存储时可以使用另外一种投影。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS空间数据的分幅

当GIS空间数据库的比例尺较大时，图幅的范围也就较大，为了便于数据的存储、检索、显示与分析，有必要对整个地图进行分幅。若不进行分幅处理，一个地图幅面将大得惊人，计算机存储和检索的速度将受到很大影响。二、空间数据库设计的基础知识其一，磁盘容量。地图比例尺越大，覆盖地理范围就越广，在计算机中需要保存巨量甚至海量（可达到GB、TB）的地理数据，然而磁盘的容量往往是有限的，不可能将数据全部集中存放在一个数据文件中。其二，查询分析效率。对地理数据的查询分析一般是在某个局部范围内展开。如果数据文件很大，将直接影响到数据的读取执行速度。其三，数据库维护。一旦系统出现故障或用户操作不慎，将破坏整个地理范围内的数据，因此不便于对数据库进行维护。

RSGIS空间数据的分幅

为了在计算机中对大容量的空间数据进行有效的组织，需要将所研究的地理区域分割成两块或多块独立的幅（块）。分幅的方式可以是按矩形，也可以是按行政区划。还可按城市管理分幅（如电信分幅、污水系统分幅、消防分幅等）、交通管理分幅、邮政分幅、环保分幅等。二、空间数据库设计的基础知识图块1图块3图块4图块2建立空间索引

RSGIS矩形分幅示意图

118500,21000121500,21000MAP1MAP2MAP3720721722723724725MAP4MAP5MAP6648649650651652653MAP7MAP8MAP9576577578579580581118500,18000MAP10336337121500,175001平方公里分幅图

1：1000图幅分幅图

图中所示为在规划国土样区系统中（修文群等，1999年），采用的按矩形分幅方法分别按格网大小分幅：一是按原有1:1000的图幅分幅，另一种按1平方公里分幅。

二、空间数据库设计的基础知识RSGIS分幅处理应注意问题

分幅可能会带来数据无缝处理的问题，即相邻两幅图之间数据的完整性与一致性问题。在数据分幅处理过程中，应注意以下问题：确定典型用户常用的查询范围；选择适当的数据量，每幅中的数据量应适度；需要经过典型试验以确定最佳方案。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS空间数据的分层二、空间数据库设计的基础知识RSGIS空间数据的分层二、空间数据库设计的基础知识描述：分层是在分幅的基础之上进行的，它按地图内容进行划分，不同的内容属于不同的层。目的：更有效地组织和管理空间数据依据：国家相关信息分类标准原则：宜细不宜粗，尽量减少层与层之间的关联RSGIS按要素类型分层，性质相同或相近的要素应放在同一层。比例尺的一致性。数据与数据之间的关系。如数据的公共边，数据之间的隶属关系等。基础信息数据的分层较细，各种专题信息数据一般放在单独的一层或较少的几层中。考虑用户视图的多样性。不同部门的数据通常应该放入不同的层，便于维护。分层处理应注意问题

二、空间数据库设计的基础知识RSGIS分层时应考虑数据与功能的关系，如数据使用频率，起主导作用的功能等。分层时应考虑更新的问题，应考虑将变更频繁的数据分离出来。数据库中的各类数据的更新可能使用各种不同的数据源，在分层中，使用不同数据源更新的数据也应分层进行存储，以便于更新。分层时应顾及数据量的大小，各层数据的数据量最好比较均衡。尽量减少冗余数据。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS分层示例装饰图层背景图层规划图层规划_饼图图框规划_注记规划_图例玫瑰图市界镇界村界耕地林地园地未利用地城镇村工矿河流道路特殊用地规划_林地规划_园地规划_农村居民点规划_道路规划_铁路规划_镇区规划_独立工矿用地规划_河流规划_一般农田规划_基本农田

表中所示为江阴市土地利用规划管理信息系统空间数据分类表，它是江苏省江阴市土地利用规划管理信息系统中对空间数据（土地利用规划图）分类的初步结果。RSGIS空间数据分专题要素

空间数据的另一种组织方式是按专题要素来组织，即根据某部门所感兴趣的对象，如商店、银行、有污染的工厂等来组织地理实体集合的几何与属性数据，同一层中可能会有不同种类的地理对象。二、空间数据库设计的基础知识RSGIS空间数据分专题要素二、空间数据库设计的基础知识RSGIS二、空间数据库设计的基础知识3、空间数据库的特点

空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：1）数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。2）不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库中的数据性质相似），还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。3）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。RSGIS采用标准DBMS存储空间数据的主要问题（1）在GIS中，空间数据记录是变长的，因为需要存储的坐标点的数目是变化的，而一般数据库都只允许把记录的长度设定为固定长度。不仅如此，在存储和维护空间数据拓扑关系方面，DBMS也存在着严重的缺陷。因而，一般要对标准的DBMS增加附加的软件功能。（2）DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。（3）GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支持。（4）地理信息是复杂的，单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录、或许包括大地网、特征坐标、拓扑关系、空间特征量测值、属性数据的关键字以及非空间专题属性等，一般的DBMS也难以支持。（5）具有高度内部联系的GIS数据记录需要更复杂的安全性维护系统，为了保证空间数据库的完整性，保护数据文件的完整性，保护系列必须与空间数据一起存储，否则一条记录的改变就会使其他数据文件产生错误。一般的DBMS都难以保证这些。RSGIS4、空间数据库设计时的选择（1）对不同的应用模型开发独立的数据管理服务，这是一种基于文件管理的处理方法。（2）在商业化的DBMS基础上开发附加系统。开发一个附加软件用于存储和管理空间数据和空间分析，使用DBMS管理属性数据。（3）使用现有的D