第5章空間數(shù)據(jù)管理

1、地理信息系統(tǒng)原理,第,5,章,空間數(shù)據(jù)管理,胡守成,-1-,第,5,章,空間數(shù)據(jù)管理,本章重點：,地圖切片與影像金字塔管理,空間數(shù)據(jù)庫引擎,空間數(shù)據(jù)組織與管理,空間索引,元數(shù)據(jù),-2-,目,錄,1,、空間數(shù)據(jù)庫概述,2,、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,3,、空間數(shù)據(jù)庫管理,4,、地圖切片與影像金字塔管理,5,、空間數(shù)據(jù)庫引擎,6,、空間數(shù)據(jù)組織與管理,7,、數(shù)據(jù)入庫與更新,8,、空間索引,9,、元數(shù)據(jù),思考題,-3-,第,1,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫概述,1.1 DBMS,基礎(chǔ),1.2,空間數(shù)據(jù)庫,-4-,第,1,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫概述,1.1,DBMS,基礎(chǔ),數(shù)據(jù)管理指的是對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、,存儲、檢索和維護。

2、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展可以大,體歸為三個階段：人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫,管理系統(tǒng)。,1.,人工管理,2.,文件系統(tǒng)階段,3.,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)階段,4.,數(shù)據(jù)庫模型,-5-,第,1,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫概述,數(shù)據(jù)庫中常采用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、,網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型以及面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型,4,種。,文件系統(tǒng),層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng),對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),-6-,第,1,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫概述,1.2,空間數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù)庫指的是,GIS,在計算機物理存儲介質(zhì),上存儲的與應(yīng)用相關(guān)的某一區(qū)域內(nèi)所有地理空間數(shù),據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式,組織在存儲介質(zhì)之

3、上的。換句話說，空間數(shù)據(jù)庫是,G,I,S,中,用,于,存,儲,和,管,理,空,間,數(shù),據(jù),的,場,所,。,與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比，空間數(shù)據(jù)庫具有如下特點：,數(shù)據(jù)量龐大。,空間數(shù)據(jù)模型復(fù)雜。,屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)聯(lián)合管理。,具有高效訪問性。,數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛。,-7-,第,2,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,2.1,概念設(shè)計,2.2,邏輯設(shè)計,2.3,物理設(shè)計,-8-,第,2,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,通?？臻g數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括需求分析、概念設(shè)計、邏,輯設(shè)計與物理設(shè)計四個步驟。,需求分析,概念設(shè)計,邏輯設(shè)計,物理設(shè)計,空間,數(shù)據(jù)庫,地理現(xiàn)象和,過程,數(shù)據(jù)庫,概念模型,數(shù)據(jù)庫,邏輯模型,數(shù)據(jù)庫,物理模型,現(xiàn)實世界,信息世界,計算機

4、世界,-9-,第,2,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,2.1,概念設(shè)計,概念設(shè)計是通過對錯綜復(fù)雜的現(xiàn)實世界的認,識與抽象，最終對地理實體形成空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),及其應(yīng)用系統(tǒng)所需的模型。,OpenGIS,協(xié)會推薦的一種簡單幾何特征數(shù)據(jù)集,幾何體,空間參照系,點,1+,2+,曲線,面,幾何集合,線串,1+,多邊形,1+,復(fù)雜面,復(fù)雜曲線,復(fù)雜點,線,線性環(huán),1+,復(fù)雜多邊形,復(fù)雜線串,-10-,第,2,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,2.2,邏輯設(shè)計,概念設(shè)計的基礎(chǔ)上，按照不同的轉(zhuǎn)換規(guī)則將概念模,型轉(zhuǎn)換為具體,DBMS,支持的關(guān)系數(shù)據(jù)模型的過程，即導(dǎo)出,具體,DBMS,可處理的地理數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu),(,或外模式,),，,包括

5、確定數(shù)據(jù)項、記錄及記錄間的聯(lián)系、安全性、完整,性和一致性約束等。,-11-,第,2,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,從,E,R,模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程為：,確定各實體的主關(guān)鍵字；,確定并寫出實體內(nèi)部屬性之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表達式，,即某一數(shù)據(jù)項決定另外的數(shù)據(jù)項；,把經(jīng)過消冗處理的數(shù)據(jù)關(guān)系表達式中的實體作為,相應(yīng)的主關(guān)鍵字,根據(jù)、形成新的關(guān)系。,完成轉(zhuǎn)換后，進行分析、評價和優(yōu)化。,在地理數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計中還包括：定義拓撲關(guān)聯(lián)、,確定規(guī)則與關(guān)系、制定坐標(biāo)系統(tǒng)以及各種容差定義。,-12-,第,2,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計,2.3,物理設(shè)計,物理設(shè)計是指有效地將空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)在物,理存儲器上實現(xiàn)，確定數(shù)據(jù)在介質(zhì)上

6、的物理存儲結(jié)構(gòu)，,其結(jié)果是導(dǎo)出地理數(shù)據(jù)庫的存儲模式,(,內(nèi)模式,),。,物理設(shè)計的好壞對地理數(shù)據(jù)庫的性能影響很大，,一個好的物理存儲結(jié)構(gòu)必須滿足兩個條件：一是地,理數(shù)據(jù)占有較小的存儲空間；二是對數(shù)據(jù)庫的操作,具有盡可能高的處理速度。在完成物理設(shè)計后，要,進行性能分析和測試,。,-13-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,3.1,矢量數(shù)據(jù)管理,3.2,柵格數(shù)據(jù)管理,-14-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,GIS,數(shù)據(jù)存儲一般有以下幾種方式：,空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用同一個數(shù)據(jù)文件存儲；,空間數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)文件存儲，屬性數(shù)據(jù)采用數(shù),據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫存儲；,空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用同一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存,儲；,空間數(shù)據(jù)

7、存儲在一個數(shù)據(jù)庫中，屬性數(shù)據(jù)存儲,在幾個不同的數(shù)據(jù)庫中；,分布式數(shù)據(jù)庫解決方案：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),都分別存儲在幾個不同的數(shù)據(jù)庫中，并關(guān)聯(lián)為一個,系統(tǒng)。,-15-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,3.1,矢量數(shù)據(jù)管理,1.,數(shù)據(jù)文件管理,GIS,應(yīng)用軟件,空間數(shù)據(jù)和屬,性數(shù)據(jù)文件,-16-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,2.,文件,-,關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理,空間數(shù)據(jù)采用數(shù),據(jù)文件存儲，屬性數(shù),據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存,儲的,GIS,系統(tǒng)通常稱,為混合系統(tǒng)。,GIS,應(yīng)用軟件,空間數(shù)據(jù),管理軟件,商業(yè),DBMS,空,間,數(shù),據(jù),文,件,屬性數(shù)據(jù)庫,-17-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,3.,全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理,

8、GIS,應(yīng)用軟件,GIS,應(yīng)用軟件,全,關(guān),系,數(shù),據(jù),模,型,擴展的,商業(yè),DBMS,修改的,DBMS,坐標(biāo)表,ID,X Y Z,屬性表,ID,屬性,ID,鏈接,圖,形,坐標(biāo)表,和,屬,性,ID,X Y Z,數(shù),據(jù),庫,屬性表,ID,屬性,ID,鏈接,-18-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,GIS,應(yīng)用軟件,全,關(guān),系,空,間,數(shù),據(jù),管,理,空間數(shù)據(jù),（變長記錄）,關(guān)系表,二進制,屬性數(shù)據(jù),（定長記錄）,空間數(shù)據(jù)庫,-19-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,對于變長結(jié)構(gòu)的圖形數(shù)據(jù)，一般可采用兩種方法處理,：,1,）對變長記錄的空間幾何數(shù)據(jù)進行關(guān)系范式分,解，分解成定長的數(shù)據(jù)表進行存儲管理,。,2

9、,）將空間幾何數(shù)據(jù)的變長部分采用二進制的數(shù)據(jù),塊（,Binary Data Block,）存儲解決。,-20-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,4.,對象,-,關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理,對,象,關(guān),系,數(shù),據(jù),庫,管,理,模,式,GIS,應(yīng)用軟件,商業(yè),DBMS,空間數(shù)據(jù)管理,專用模塊,-,空間屬性數(shù)據(jù)庫,-21-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,5.,分布式數(shù)據(jù)庫管理,分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由分布在不同計算機上的數(shù)據(jù),庫組成，這些數(shù)據(jù)庫在網(wǎng)絡(luò)的支持下緊密集成，可以,看作一個系統(tǒng)。,GIS,用戶,數(shù)據(jù)庫,1,網(wǎng),絡(luò),數(shù)據(jù)庫,2,數(shù)據(jù)庫,3,分布式數(shù)據(jù)庫管理模式,-22-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,3.2,柵格數(shù)據(jù)管

10、理,1.,數(shù)據(jù)文件管理,影像數(shù)據(jù)序列,1,影像數(shù)據(jù)序列,2,影像數(shù)據(jù)序列,1,影像數(shù)據(jù)序列,2,影像數(shù)據(jù)序列,3,影像數(shù)據(jù)序列,n,對應(yīng)元數(shù)據(jù),影像數(shù)據(jù)序列,3,影像對應(yīng)元數(shù)據(jù),影像數(shù)據(jù)的文件管理方式,影像數(shù)據(jù)文件,+,元數(shù)據(jù)庫,-23-,第,3,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫管理,2.,全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理,由于采用數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)安全、,共享以及數(shù)據(jù)恢復(fù)機制等優(yōu)點，并在矢量數(shù),據(jù)的管理中獲得了成功，越來越多的,GIS,用,戶采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來對柵格數(shù)據(jù)進行管理。,-24-,第,4,節(jié),地圖切片與影像金字塔管理,4.1,地圖切片與影像金字塔結(jié)構(gòu),4.2,地圖切片與影像金字塔組織,4.3,地圖切片與影像金字

11、塔應(yīng)用,-25-,第,4,節(jié),地圖切片與影像金字塔管理,4.1,地圖切片與影像金字塔結(jié)構(gòu),地圖切片是指將大幅影像切分為大量相同分辨率,的切片圖，用戶每次查看影像時，實際只對少量的切,片圖進行操作。,影像金字塔是指在同一的空間參照下，根據(jù)用戶,需要以不同分辨率進行存儲與顯示，形成分辨率由粗,到細、數(shù)據(jù)量由小到大的金字塔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有利,于圖像在移動和縮放過程中的快速顯示。,-26-,第,4,節(jié),地圖切片與影像金字塔管理,通常情況下，會將地圖切片與影像金字塔結(jié)合,在一起使用，形成地圖切片與影像金字塔結(jié)構(gòu)。,-27-,第,4,節(jié),地圖切片與影像金字塔管理,4.2,地圖切片與影像金字塔組織,通常情況

12、下，地圖切片與影像金字塔的組織,被認為是四叉數(shù)的組織結(jié)構(gòu)，即金字塔級別每提高一,個級別，就要用較高分辨率的,4,張地圖切片來替代原來,較低分辨率的,1,張地圖切片。,1,z,2_1_1,2_2_1,2_1_2,2_2_2,11,13,12,14,x,1_1_1,y,地圖四叉數(shù)結(jié)構(gòu),地圖,x-y-z,組織結(jié)構(gòu),x-y-z,的立體坐標(biāo)系組織結(jié)構(gòu)是將影像金字塔級別定,義為,z,，把地圖切片按照,x-y,方向進行排序,。,-28-,第,4,節(jié),地圖切片與影像金字塔管理,4.3,地圖切片與影像金字塔應(yīng)用,1,桌面,GIS,應(yīng)用,2,服務(wù)器,GIS,應(yīng)用,-29-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,5.1 Or

13、acle Spatial,地理擴展,5.2 ArcSDE,數(shù)據(jù)庫引擎,5.3 SpatialWare,數(shù)據(jù)庫引擎,-30-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,擴展的數(shù)據(jù)庫管理模式,GIS,應(yīng)用軟件,空間分析功能,空間數(shù)據(jù)庫引擎,屬性處理功能,通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),空間屬性數(shù)據(jù)庫,-31-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,5.1 Oracle Spatial,地理擴展,1,矢量數(shù)據(jù),Oracle Spatial,地理擴展中對矢量的支持使用的是,SDO_Geometry,類型。,SDO_Geometry,表示一個幾何對象，,可以是點、線、面、多點、多線、多面或混合對象,。,2.,柵格數(shù)據(jù),Oracle Spa

14、tial,在升級到,10g,之后新增了,GeoRaster,模,塊。它用于存儲、索引、查詢、分析和發(fā)布柵格數(shù)據(jù)。,GeoRaster,數(shù)據(jù)在,Oracle,的文檔中定義為柵格影像,（,raster image,）和網(wǎng)格數(shù)據(jù)（,gridded data,），以及,與它們相關(guān)聯(lián)的元數(shù)據(jù)（,metadata,）。,-32-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,5.2 ArcSDE,數(shù)據(jù)庫引擎,ArcSDE,是一個基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的地理數(shù),據(jù)庫服務(wù)器，是對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的一個擴展。他可以,運行于,Oracle,、,SQL Server,、,DB2,、,Informix,等大型數(shù),據(jù)庫之上。與數(shù)據(jù)庫間形成了

15、一種,Client/Server,三重體,系結(jié)構(gòu)。,ArcSDE,的空間數(shù)據(jù)庫連接分為兩種：應(yīng)用服務(wù),器連接和直接連接。,-33-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,ArcSDE,工作原理,ArcSDE,客戶端（直接）,TCP/IP,服務(wù)器部分,SDE,命令,SQL,命令,ArcSDE,應(yīng)用服務(wù)器,SQL,命令,SQL,引擎,存儲管理,ArcSDE,客戶端（間接）,數(shù)據(jù)文件,-34-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,采用,ArcSDE,管理地理數(shù)據(jù)，使,ArcGIS,的共享、安全、,維護和數(shù)據(jù)處理能力方面大大超過老一代地理信息系統(tǒng)。,ArcSDE,有以下,5,個比較明顯的特點：,1,）,ArcSDE,是

16、,ArcGIS,的專用的地理數(shù)據(jù)共享服務(wù)器。,2,）,ArcSDE,是一個高效的地理數(shù)據(jù)服務(wù)器。,3,）,ArcSDE,可以管理海量的無縫地理數(shù)據(jù)。,4,）,ArcSDE,是一個地理數(shù)據(jù)事務(wù)處理系統(tǒng)。,5,）,ArcSDE,是一個安全的地理數(shù)據(jù)庫。,-35-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,5.3 SpatialWare,數(shù)據(jù)庫引擎,MapInfo SpatialWare,是高效存儲、管理和維護,空間數(shù)據(jù)管理工具，是完整的基于服務(wù)器的空間信,息管理系統(tǒng)。,MapInfo SpatialWare,是通過在數(shù)據(jù)庫中定義空,間數(shù)據(jù)類型、空間索引存儲過程、空間操作函數(shù)集,來使數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的支持。,

17、MapInfo SpatialWare,主要包括,3,個部分：,1),空間數(shù)據(jù)類型。,2),空間索引。,3),空間函數(shù)集。,-36-,第,5,節(jié),空間數(shù)據(jù)庫引擎,MaInfo SpatialWare,操作示意,客戶端,空間數(shù)據(jù),EasyLoader,屬性數(shù)據(jù),ODBC,應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯,MapInfo Pro,ODBC,MapInfo MapX,SpatialWare,函,數(shù),集與存儲過程,ODBC,-37-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,6.1,空間數(shù)據(jù)分類與編碼,6.2,空間數(shù)據(jù)組織,6.3,屬性數(shù)據(jù)組織,空間數(shù)據(jù)組織原則：,平面分塊,空間分層,-38-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,6.

18、1,空間數(shù)據(jù)分類與編碼,1.,空間數(shù)據(jù)分類,空間數(shù)據(jù)的分類，是指根據(jù)系統(tǒng)功能及,國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將具有不同屬性或特征的,要素區(qū)別開來的過程，,以便從邏輯上將空間,數(shù)據(jù)組織為不同的信息層，為數(shù)據(jù)采集、存,儲、管理、查詢和共享提供依據(jù)。,-39-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,基礎(chǔ)地理信息要素分類（大類、中類）,序號,要素大類,要素中類,1,2,定位基礎(chǔ),水系,測量控制點、,數(shù)學(xué)基礎(chǔ),河流、溝渠、湖泊、水庫、海洋要素、,其它水系要素、水利及附屬設(shè)施,居民地、工礦及其設(shè)施、農(nóng)業(yè)及其設(shè)施、公共服,務(wù)及其設(shè)施、名勝古跡、宗教設(shè)施、科學(xué)觀,測站、其他建筑物及其設(shè)施,鐵路、城際公路、城市道路、鄉(xiāng)村道路、,

19、道路構(gòu)造物及附屬設(shè)施、水運設(shè)施、航道、空運,設(shè)施、其它交通設(shè)施,電力線、通信線、,油（氣、水）輸送主管道、,城市管道,國外地區(qū)、國家行政區(qū)、省級行政區(qū)、地級行政,區(qū)、縣級行政區(qū)、鄉(xiāng)級行政區(qū)、,其他區(qū)域,等高線、高程注記點、水域等值線、水下注記點、,自然地貌、人工地貌,農(nóng)林用地、城市綠地、土質(zhì),3,居民地及設(shè)施,4,交通,5,管線,6,境界與政區(qū),7,8,地貌,植被與土質(zhì),-40-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,2.,空間數(shù)據(jù)編碼,空間數(shù)據(jù)編碼，是指將空間數(shù)據(jù)分類的結(jié),果，用一種易于被計算機和人識別的符號系統(tǒng),表示。,編碼通常由數(shù)字或字符組成，或由它們,共同組成的混合碼，一般情況下，編碼通常采

20、,用主碼和子碼來組合。,我國基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼采用,6,位十,進制數(shù)字碼表示。分別為按數(shù)字順序排列的大類、中類、,小類和子類碼。具體代碼結(jié)構(gòu)如圖,大類,中類,小類,子類,-41-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,我國的行政分區(qū)可參考,GB/T 2260-1999,中華人民,共和國行政區(qū)劃代碼，在中華人民共和國國家統(tǒng)計,局網(wǎng)站上有最新縣及縣以上行政區(qū)劃代碼，其中省,（直轄市、自治區(qū)）占兩位，地級市（地區(qū)、自治州、,盟）占兩位,縣級市（縣、旗、區(qū)）占兩位,(,圖,5-21),，,圖,5-21,中的,320106,代表筆者所在地為江蘇省南京市鼓,樓區(qū)。,3,省,2,0,市,1,0,縣,旗,6

21、,直轄市,自治區(qū),地區(qū),自治州,盟,區(qū),-42-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,分類代碼,要素名稱,200000,水系,1,：,500,1,：,2000,1,：,5 000,1,：,100 000,1,：,250 000,1,：,1 000,000,210000,210100,河流,常年河,地面河流,地下河段,溝渠,運河,干渠,地面干渠（雙線溝渠）,高于地面干渠（雙線）,部,分,水,系,地,理,編,碼,210101,210102,220000,220100,220200,220201,220202,220900,230000,230100,230101,涵洞,湖泊,常年湖、塘,湖泊,2301

22、02,230103,池塘,魚塘,-43-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,3.,地理編碼,地理編碼（,Geocoding,）又稱地址匹配（,address-,matching,），是指建立地點描述與坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系的,過程。通俗地說就是將地理坐標(biāo)（如經(jīng)緯度，,X,、,Y,）,賦予地名地址、單位及部分興趣點、標(biāo)志物的過程。,地理編碼的過程如圖,地址數(shù)據(jù),地址分割、,標(biāo)準(zhǔn)化,地址匹配,給地址賦,空間坐標(biāo),-44-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,6.2,空間數(shù)據(jù)組織,空間數(shù)據(jù)的常見組織方式為圖幅方式，,GIS,管理的所有空間數(shù)據(jù)對應(yīng)一個范圍，可稱,之為區(qū)域或圖幅，由于,GIS,管理范圍通常較大，,需要

23、對空間數(shù)據(jù)進行分塊管理，也就是分幅管,理。對應(yīng)于平面分塊的方式，圖幅也有兩種分,幅方式，即,規(guī)則分幅和自然分幅,。,-45-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,一個大型,GIS,工程通常分為若干個工作區(qū),（,WorkSpace,），工作區(qū)一般有若干幅圖組成，如以,城市管理,GIS,工程為例，可以以下面的市縣作為工作,區(qū)。,GIS,工程,工作區(qū),1,工作區(qū),2,工作區(qū),n,工作層,1,工作層,2,工作層,m,地物類,1,地物類,2,地物類,p,地物,1,地物,2,地物,q,GIS,工程數(shù)據(jù)組織,-46-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,GIS,工作區(qū)、工作層、邏輯層之間關(guān)系,工作區(qū),居民點,道路,

24、水系,地貌,公路,鐵路,高速公路,等級公路,城市道路,城市快速路,城市主干道,城市次干道,-47-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,GeoDatabase,中空間對象類層次,圖,空間域,工作空間,1.,*,數(shù)據(jù)集,地理數(shù)據(jù)集,表,不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)據(jù)集,要素數(shù)據(jù)集,關(guān)系類,屬性關(guān)系類,規(guī)則,柵格數(shù)據(jù)集,圖表,幾何網(wǎng)絡(luò),對象類,0.1,1.,*,要素類,-48-,第,6,節(jié),空間數(shù)據(jù)組織與管理,4.3,屬性數(shù)據(jù)組織,屬性數(shù)據(jù)由關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲與管理，一般為一,空間工作層對應(yīng)一屬性數(shù)據(jù)表，也可以以一地物類,對應(yīng)一屬性數(shù)據(jù)表，其它的屬性數(shù)據(jù)表可通過,USER-,ID,與空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。,-49-,第,7,節(jié)

25、,數(shù)據(jù)入庫與更新,7.1,數(shù)據(jù)入庫,7.2,數(shù)據(jù)庫更新,7.3,數(shù)據(jù)庫整合,7.4,數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理與版本控制,-50-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,7.1,數(shù)據(jù)入庫,在大型,GIS,數(shù)據(jù)管理過程中，通常采用,3,個子數(shù),據(jù)庫共同作用來滿足,GIS,生產(chǎn)管理的需求。,空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫,臨時數(shù)據(jù)庫,歷史數(shù)據(jù)庫,現(xiàn)勢數(shù)據(jù),臨時數(shù)據(jù),歷史數(shù)據(jù),大型,GIS,工程主要數(shù)據(jù)庫組成,-51-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,三庫之間的邏輯關(guān)系,外業(yè)分,幅數(shù)據(jù),導(dǎo)入更新,現(xiàn)勢庫,質(zhì)量檢查,質(zhì)量檢查,歷史數(shù)據(jù),刪除,版本管理,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,臨時庫,歷史庫,歷史庫管理,-52-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,7.

26、2,數(shù)據(jù)庫更新,1.,數(shù)據(jù)出庫（導(dǎo)出）,大型,GIS,數(shù)據(jù)庫通常較龐大，它的數(shù)據(jù)更新往往一,部分一部分地進行。,數(shù)據(jù)分兩種方式進行導(dǎo)出更新：按圖幅導(dǎo)出更新,和按區(qū)域?qū)С龈?。按圖幅導(dǎo)出更新需要選擇待更新,的圖幅及圖幅比例尺，然后選擇相應(yīng)的圖層進行更新；,按區(qū)域?qū)С龈滦枰x擇待更新的區(qū)域，然后選擇相,應(yīng)的圖層進行更新。,-53-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,2.,數(shù)據(jù)更新方式和過程,基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫,數(shù),據(jù),更,新,技,術(shù),流,程,數(shù)據(jù)導(dǎo)出,數(shù)據(jù)在線更新,單機版數(shù)據(jù),不合格,離線變更,數(shù)據(jù)更新,數(shù)據(jù)監(jiān)理檢查,合格,數(shù)據(jù)入庫更新,-54-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,從更新的技術(shù)手段上可以分為

27、以下兩種方式,:,（,1,）快照更新式,采用快照方式進行數(shù)據(jù)更新，是利用系統(tǒng)提供的,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)更新功能，對發(fā)生變化的區(qū)域全部進,行更新，同時把舊的數(shù)據(jù)備份出來，防止更新數(shù)據(jù)出,錯后不能撤消操作。,（,2,）局部更新式,局部更新可以通過圖幅更新和區(qū)域更新這兩種方,式實現(xiàn)。,-55-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,按圖幅更新,編輯處理,更新、替換,臨時工作數(shù)據(jù)庫,Personal GeoDatabase,工作數(shù)據(jù)庫,（基于,ArcSDE,）,歷史數(shù)據(jù)庫,入庫,數(shù)據(jù)導(dǎo)出,合并,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、輸出,ArcGIS,數(shù)據(jù)庫,其他格式數(shù)據(jù),按圖幅更新的過程設(shè)計,-56-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,按區(qū)域更新

28、,采用按行政區(qū)更新的方式對地理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進,行更新。系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇的某一區(qū)域提取該區(qū)域范,圍內(nèi)的數(shù)據(jù)到本地，用戶對提取的數(shù)據(jù)更新完成之后，,再導(dǎo)回數(shù)據(jù)庫，并保存歷史數(shù)據(jù)。,按區(qū)域更新的方式與按圖幅更新的方式相似，唯一,不同的就是提取數(shù)據(jù)的范圍前者是通過行政區(qū)來確定，,后者是根據(jù)圖幅來確定。兩者對于數(shù)據(jù)更新的原理基,本相同。,-57-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,3.,數(shù)據(jù)入庫（增量識別）,數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)入庫是密不可分的兩個環(huán)節(jié)。數(shù),據(jù)入庫時，通過增量識別可以減小數(shù)據(jù)操作量，降低,數(shù)據(jù)庫冗余度。數(shù)據(jù)入庫前首先要進行增量識別，判,斷發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，把更新的數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫中。,-58-,第,7

29、,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,7.3,數(shù)據(jù)庫整合,1.,數(shù)據(jù)庫整合主要內(nèi)容,（,1,）建立和完善空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系,（,2,）對分散在各個部門的空間數(shù)據(jù)進行調(diào)查、分析、規(guī)范,化和標(biāo)準(zhǔn)化處理，并進行信息的分類、抽取和集中，實現(xiàn)多,源、多格式、異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。,（,3,）利用,GIS,技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、,WEB,技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和,信息安全技術(shù)，建立面向空間信息共享的數(shù)據(jù)交換體系。,（,4,）建立一個統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)庫的管理機制和更新機制，研,制一個高效數(shù)據(jù)管理平臺，能方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的入庫、更新、,備份和維護管理。,-59-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,2.,數(shù)據(jù)庫整合工作流程,制定工作計劃和實施方案,收

30、據(jù)資料數(shù)據(jù),源數(shù)據(jù)分析,圖層分層標(biāo)準(zhǔn),信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn),建立元數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)預(yù)處理,格式轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)編輯整理,數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查,坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,圖形接邊,數(shù)據(jù)反饋,數(shù)據(jù)入庫,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,原系統(tǒng)平臺,數(shù)據(jù)倉庫加載,元數(shù)據(jù)加載,-60-,第,7,節(jié),數(shù)據(jù)入庫與更新,7.4,數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理與版本控制,1,事務(wù)處理,數(shù)據(jù)庫使用事務(wù)處理來完成各種數(shù)據(jù)操作過程。事務(wù)是單,個的工作單元。事務(wù)處理是由若干個工作單元組成，這些工作,單元之間具有一定的邏輯關(guān)系，作為一個整體的操作過程。事,務(wù)處理以提交（,Commit,）或者回滾（,Rollback,）作為結(jié)束標(biāo)志。,2.,版本控制,空間數(shù)據(jù)庫版本是指向某一特定數(shù)據(jù)庫狀

31、態(tài)的數(shù)據(jù)庫記錄。,創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫的一個版本實際是選擇了空間數(shù)據(jù)庫的某一狀,態(tài)，從而生成了整個空間數(shù)據(jù)庫的邏輯快照，但不是物理數(shù)據(jù),的硬拷貝。,-61-,第,8,節(jié),空間索引,8.1,實體范圍索引,8.2,格網(wǎng)索引,8.3,四叉樹空間索引,8.4,其它空間索引機制,-62-,第,8,節(jié),空間索引,空間索引是空間數(shù)據(jù)庫和地理信息,系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，其性能的高低決,定了整個空間數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)的,整體效率。,常見的空間索引一般采取自頂而下、,逐級劃分空間的方式來建立，比較有代,表性的是實體范圍索引、格網(wǎng)索引、四,叉樹索引、,BSP,樹、,KDB,樹、,R,樹、,R+,樹和,CELL,樹索引等。

32、,-63-,第,8,節(jié),空間索引,8.1,實體范圍索引,基,于,實,體,范,圍,的,空,間,索,引,A,B,C,D,注：細線為范圍線；粗線為選擇,圖,5-31,窗體,。,-64-,第,8,節(jié),空間索引,8.2,格網(wǎng)索引,其基本思想是將覆蓋整個研究區(qū)的范圍按照一定的,規(guī)則分成大小相等的格網(wǎng)，然后記錄每個格網(wǎng)內(nèi)所包含,的地理實體。,一個多層的格網(wǎng)空間索引,細格網(wǎng)索引,粗格網(wǎng)索引,注：圖中有旗桿,(,點,),、河流,(,線,),、房屋,(,面,),三個要素，,分別以,F1,、,F2,、,F3,表示,-65-,第,8,節(jié),空間索引,8.3,四叉樹空間索引,在建立四叉樹索引時，根據(jù)所有空間對象覆蓋的范,

33、圍，進行四叉樹分割，使每個子塊中包含單個實體，,然后根據(jù)包含每個實體的子塊層數(shù)或子塊大小，建立,相應(yīng)的索引。在四叉樹索引中，大區(qū)域空間實體更靠,近樹的根部，小實體位于葉端，以不同的分辨率來描,述不同實體的可檢索性。,與格網(wǎng)索引相比，四叉樹索引結(jié)構(gòu)靈活、效率更高。,-66-,第,8,節(jié),空間索引,8.4,其它空間索引機制,1,BSP,樹索引機制,BSP,樹實質(zhì)是一種二叉樹，它將目標(biāo)空間逐級進行一分為二的,劃分，如圖。,BSP,樹的優(yōu)點是能較好地與空間數(shù)據(jù)庫中空間對象的,分布情況相適應(yīng)，缺點是其深度較大，不利于空間操作。,-67-,第,8,節(jié),空間索引,2,KDB,樹索引機制,KDB,樹是,BSP

34、,樹向多維空間的擴展。,KDB,樹索引的優(yōu)點是可以對多維空間中的點進行動態(tài)索引，刪,除和增加空間點對象很方便,.,缺點是不直接支持占據(jù)一定時間范圍的空間對象，如二維空,間中的線與面。針對這一缺點，可以通過空間映射或變換，利用,點索引結(jié)構(gòu)來對區(qū)域進行索引，進而將原始空間中的區(qū)域查詢轉(zhuǎn),化為高維空間中的點查詢。,-68-,第,8,節(jié),空間索引,3,R,樹和,R+,樹索引機制,與實體范圍索引類似，,R,樹和,R+,樹利用空間實體的外接矩形來,建立空間索引。,R,樹索引的機制是：設(shè)計一些虛擬的矩形框，將一些空間距,離相近的空間對象包含在這些矩形框內(nèi)。矩形框包含空間對象的指,針，因而可以作為空間索引。矩

35、形框的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：,RECT(Rectangle,ID,，,Type,，,Min,X,，,Min,Y,，,Max,X,，,Max,Y),其中：,Rectangle,ID,為矩形的標(biāo)識符；,Type,用于表示矩形的,類別是實體的外接矩形還是虛擬矩形；,Min,X,，,Min,Y,為該矩形的,左下角坐標(biāo)；,Max,X,，,Max,Y,為該矩形的右上角坐標(biāo)。,-69-,第,8,節(jié),空間索引,R,樹結(jié)構(gòu)示意圖,-70-,第,8,節(jié),空間索引,R+,樹是對,R,樹索引的一種改進，它允許虛擬矩,形可以相互重疊，并分割下層虛擬矩形，允許一,個空間實體被多個虛擬矩形所包圍。,R+,樹索引示例,-71-,第,9

36、,節(jié),元數(shù)據(jù)（,MetaData,）,9.1,元數(shù)據(jù)的含義,9.2,元數(shù)據(jù)的內(nèi)容,9.3,元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn),9.4,空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的應(yīng)用,9.5,空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)示例,-72-,第,9,節(jié),元數(shù)據(jù)（,MetaData,）,9.1,元數(shù)據(jù)的含義,1,元數(shù)據(jù)概念,“,meta,”,是一希臘語詞根，意思是“改,變”，“,Metadata,”,一詞的原意是關(guān)于數(shù)據(jù)變,化的描述。到目前為止，科學(xué)界仍沒有關(guān)于,元數(shù)據(jù)的確切公認的定義。但一般都認為元,數(shù)據(jù)就是,“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。,-73-,第,9,節(jié),元數(shù)據(jù)（,MetaData,）,2,元數(shù)據(jù)的作用,（,1,）幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地管理和維護空間數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)文檔，,并保證即使其主要工作人員退休或調(diào)離時，也不會失去對數(shù)據(jù)情況的了,解；,（,2,）提供有關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì),量、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò),(clearing house),及數(shù)據(jù)銷售等方面的信息，便于用,戶查詢檢索地理空間數(shù)據(jù)；,（,3,）提