國內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫研究

1、國內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫研究l 技術(shù)現(xiàn)狀l 存在問題l 發(fā)展趨勢 學(xué)院:遙感學(xué)院 系別:地理信息系統(tǒng) 學(xué)號:20101316021 姓名:李玉婷1.空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究現(xiàn)狀目前能夠支持用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)有esri的sde、oracle的spatial car2tridge、informix的spatial datablade、map info的spatialware等1418國產(chǎn)gis軟件supermap也支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲管理空間數(shù)據(jù),它們構(gòu)成了能為gis應(yīng)用系統(tǒng)提供和管理空間數(shù)據(jù)的服務(wù)器。opengis聯(lián)盟已提出了sql的簡單空間特征規(guī)范(“opengis simple features

2、specification for sql”),以上所述的gis軟件產(chǎn)品都遵從該規(guī)范11,15。采用關(guān)系庫管理空間數(shù)據(jù)庫將成為gis發(fā)展潮流,這將增加空間數(shù)據(jù)的互操作性,并使gis融入it行業(yè),最終使gis應(yīng)用真正走向企業(yè)化和社會化。目前gis軟件開發(fā)過程中空間數(shù)據(jù)庫建立的主流模式基本上有3種:一是采用國內(nèi)外gis廠商提供的中間件加主流數(shù)據(jù)庫,比較典型的就是采用arcsde+商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),spatiawlare+oracle等等;二是直接采用數(shù)據(jù)庫廠商提供的空間數(shù)據(jù)庫擴展模塊,例如oracle spatial,spatialdatablade和spatial extender等等;最后一種模

3、式是自行開發(fā)空間數(shù)據(jù)庫引擎,這種模式比較適合規(guī)模比較大,技術(shù)力量比較強大的gis廠商,如超圖公司開發(fā)的supermap sdx+等.大多數(shù)國內(nèi)gis軟件開發(fā)公司采用第一種和第二種解決方案,這兩種方案代表了空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主要發(fā)展方向?，F(xiàn)勢性是地理信息系統(tǒng)的“生命”,直接影響著其使用價值與可持續(xù)發(fā)展。隨著地理信息系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)與廣泛應(yīng)用,地理信息系統(tǒng)建設(shè)的工作重心已經(jīng)由初始的數(shù)據(jù)生產(chǎn)向數(shù)據(jù)更新與服務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)與應(yīng)用的迫切需求提出了很多新的問題,同時也極大地推動了相關(guān)理論、技術(shù)及方法的發(fā)展。其中,空間數(shù)據(jù)庫更新即是這一背景下提出的新問題,相關(guān)的理論和關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前空間信息科學(xué)領(lǐng)域的國

4、際研究與應(yīng)用前沿。近幾年來,歐洲、美國、日本等一些經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家針對這一新的形勢,相關(guān)的地理信息部門已將工作重點從空間數(shù)據(jù)庫建庫轉(zhuǎn)移到更新與應(yīng)用,在建立更新機制、利用遙感影像獲取變化信息、歷史數(shù)據(jù)存取等方面做了大量工作,取得了一些初步成果。我國在此方面也開展了大量工作,2002年完成了對1998年建成的全國1:25萬地形數(shù)據(jù)庫的首次更新,2006年初完成全國1:5萬地形數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)字化建庫,并于2007年根據(jù)國民經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展的迫切需求,啟動了對全國1:5萬地形數(shù)據(jù)庫的全面更新?？臻g數(shù)據(jù)庫更新不同于初始的數(shù)字化建庫,它是綜合利用各種來源的現(xiàn)勢性資料,確定和測定地理要素的位置變化及屬性變化,

5、對原有數(shù)據(jù)庫的地理空間要素進(jìn)行增刪、替換、關(guān)系協(xié)調(diào)等更新處理,生成新版數(shù)據(jù)體,記錄變化信息,并更新用戶數(shù)據(jù)庫。20世紀(jì)70年代，美國人tonydaugherty提出數(shù)據(jù)庫“性能優(yōu)化”概念，并指出它是通過優(yōu)化查詢設(shè)計以降低數(shù)據(jù)庫響應(yīng)時間。大約十年后， performaneetunlngbasies提出“性能調(diào)整”的概念，并指出它是一項通過修改系統(tǒng)參數(shù)、改善系統(tǒng)配置(硬件調(diào)整)、優(yōu)化組件應(yīng)用來改變系統(tǒng)性能的活動。目前，數(shù)據(jù)庫業(yè)界(如oracle、 mssqlserver等)較為一致的看法是:性能調(diào)整與優(yōu)化是通過最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)流通、磁盤1/0和cpu時間以達(dá)到查詢的響應(yīng)時間最短和最大限度地提高數(shù)

6、據(jù)庫服務(wù)吞吐量的目的。同時，在數(shù)據(jù)庫發(fā)展應(yīng)用中，人們逐漸認(rèn)識到數(shù)據(jù)庫性能調(diào)整與優(yōu)化技術(shù)也是保證數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行的一項重要技術(shù)。2.目前空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)所存在的問題空間數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)建設(shè)的核心,地理信息系統(tǒng)幾次重大的技術(shù)轉(zhuǎn)折都與空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)技術(shù)的突破相關(guān).數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了4個階段,即文件系統(tǒng)、層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).隨著面向?qū)ο蟮能浖椒ㄔ谲浖_發(fā)中的廣泛的應(yīng)用,一種新型的數(shù)據(jù)庫“面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫”近年來逐步發(fā)展起來.使用面向?qū)ο蟮哪Ｐ痛鎯臻g地物是高效的、易于理解的,但面向?qū)ο笮蛿?shù)據(jù)庫不支持基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的sql語句,同時與其他類型數(shù)據(jù)庫沒有

7、良好的兼容關(guān)系,這限制了它的使用范圍與應(yīng)用前景.因此目前關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在整個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位.由于傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫僅支持一些傳統(tǒng)的簡單的數(shù)據(jù)類型,不能滿足像視頻、音頻、圖形和圖像等類型的多媒體數(shù)據(jù),更不能滿足像空間數(shù)據(jù)這樣更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)的要求.于是各大gis廠商和數(shù)據(jù)庫公司同時發(fā)展和擴展了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,形成了介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對象數(shù)據(jù)庫之間的對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫.這種數(shù)據(jù)庫可以將復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型(例如空間數(shù)據(jù))作為對象放入關(guān)系數(shù)據(jù)庫中,并且提供索引機制和簡單的操作。我國基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)有兩種途徑。一是通過直接對已有地形圖(包括模擬地形圖和數(shù)字地形圖)進(jìn)行數(shù)字化而形成;二是進(jìn)行地形圖生產(chǎn)的

8、同時,利用同一數(shù)據(jù)源,采用與地形圖相同的地理要素建立空間數(shù)據(jù)庫。由于人們對地圖數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的認(rèn)識模式以及在地理信息系統(tǒng)設(shè)計建庫的初期,對數(shù)據(jù)庫理解還不夠透徹,因此,初建的/空間數(shù)據(jù)庫帶有很多的地圖數(shù)據(jù)特征,同時,新建的/空間數(shù)據(jù)庫又因為庫.現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)存在的問題地圖數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)模式應(yīng)該說是可行的,但必須充分認(rèn)識到地圖數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的區(qū)別。首先,兩者的要求、規(guī)范或是標(biāo)準(zhǔn)不相同?？臻g數(shù)據(jù)庫需要各個地理信息間的相互關(guān)系,如拓?fù)潢P(guān)系,因為基于地理信息系統(tǒng)的空間分析要求具有空間關(guān)系,但地圖數(shù)據(jù)庫中的地圖不需要;其次,地圖按照圖式規(guī)范要求考慮的是美觀、均勻、信息密度取用或采集合

9、適,因此可以編輯、變更地理信息,比如可以/不依比例尺繪制地理要素、地理實體可以被綜合等,而這一切,空間數(shù)據(jù)庫是不允許的。事實上,目前大多數(shù)地區(qū)或部門建立的空間數(shù)據(jù)庫都對部分地理信息進(jìn)行了人為的修飾或綜合,這是違反空間數(shù)據(jù)庫建立原則的,盡管這些修飾和綜合有利于編輯某一比例尺地形圖,卻限制了地理信息系統(tǒng)將其作為地理信息的其他應(yīng)用。由于在概念上混淆了空間數(shù)據(jù)庫和地圖數(shù)據(jù)庫的區(qū)別,在數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中直接按對地圖的認(rèn)識(所謂/地圖比喻)和要求來采集地理信息,因此現(xiàn)已建立的許多/空間數(shù)據(jù)庫存在諸多問題。比如,現(xiàn)有的/空間數(shù)據(jù)庫將同一區(qū)域的地理信息在邏輯關(guān)系上分隔開來,形成了許多比例尺某某,使得同一條地理信

10、息在多個數(shù)據(jù)庫里有著不同的拷貝,這不符合數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本要求,也為地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用以及空間數(shù)據(jù)庫的更新額外增加了負(fù)擔(dān)。再者,某些空間數(shù)據(jù)庫存在結(jié)構(gòu)不甚合理,記錄信息不夠全面,甚至于缺少精度、分辨率、時間戳等基本信息字段,使之提供地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的能力大為減弱。還有,某些空間數(shù)據(jù)庫中存儲的地理信息經(jīng)過了大量的人工/綜合處理 (主要是為了地圖制圖),這些處理過的信息已經(jīng)不具體映射實際的地理實體(位置、形狀等),也因此無法提供地理信息系統(tǒng)的其它應(yīng)用服務(wù)3.目前空間數(shù)據(jù)庫的技術(shù)發(fā)展趨勢目前空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)有兩種發(fā)展趨勢, 一種是gis廠商發(fā)展的中間件技術(shù),比較常見的是esr i公司的arcsde和ma

11、pinfo公司的spatial2w are.所謂中間件是一個軟件,它允許應(yīng)用元素通過網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行互操作,屏蔽其下的通訊協(xié)議、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和其他應(yīng)用服務(wù).中間件位于客戶機/服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上,管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通訊,并營造出一個相對穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境,使開發(fā)人員可以集中精力于系統(tǒng)的上層開發(fā),而不用過多考慮系統(tǒng)分布式環(huán)境下的移植性和通訊能力.因此,中間件能無縫地連入應(yīng)用開發(fā)環(huán)境中,應(yīng)用程序可以很容易地定位和共享中間件提供的應(yīng)用邏輯和數(shù)據(jù),易于系統(tǒng)集成.在分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,客戶端的應(yīng)用程序如果要訪問網(wǎng)絡(luò)上某個服務(wù)器的信息,而服務(wù)器可能運行在不同于客戶端的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中.此時,客戶機的應(yīng)用程序中負(fù)責(zé)尋找數(shù)據(jù)的部分只需要訪問一個數(shù)據(jù)訪問中間件,由該中間件完成網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)或服務(wù)的查找,然后將查找的信息返回給客戶端. 另一種就是數(shù)據(jù)庫廠商的空間數(shù)據(jù)庫擴展