空間數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)報(bào)告

1、國(guó)內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)學(xué)號(hào)：20151389012 姓名：蘇逸摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟，以及“數(shù)字城市”理念逐步深入人心，空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在20世紀(jì)60年代后迅速發(fā)展。本文論述了國(guó)內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，羅列了一些尚存問(wèn)題，展望了空間數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展方向，希望能對(duì)筆者的空間數(shù)據(jù)庫(kù)課程的學(xué)習(xí)打下認(rèn)知基石。關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 一、 國(guó)內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)狀1.1空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式發(fā)展歷程管理模式經(jīng)歷了純文件模式、文件結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的管理模式、全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)管理模式四個(gè)階段。1.2當(dāng)下空間數(shù)據(jù)庫(kù)主流類型1.2.1混合模型數(shù)據(jù)庫(kù)所謂混合模型數(shù)據(jù)庫(kù)其

2、基本思想是將地理空間信息按照專題特性進(jìn)行分層,每個(gè)圖層由一類相同或相似的空間實(shí)體構(gòu)成,如在一個(gè)城市中,道路、旅游景點(diǎn)、大專院校等不同特性的空間實(shí)體構(gòu)成不同專題的圖層,然后對(duì)這些圖層進(jìn)行分層存儲(chǔ)和處理。對(duì)于圖層中的每個(gè)空間實(shí)體,其屬性數(shù)據(jù)被分為兩部分: 空間屬性和非空間屬性,空間屬性存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中,非空間屬性則存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中,兩者通過(guò)一個(gè)全局唯一的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行關(guān)聯(lián)。其示意圖如下圖所示。圖11.2.2 對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)近年來(lái),結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和面向?qū)ο笏枷氲膶?duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型漸漸成為gis應(yīng)用中構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主流技術(shù)。由于這種技術(shù)更為逼真地模擬了現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系,并且采用單一

3、系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ), 因而消除了傳統(tǒng)混合模型的缺點(diǎn), 更有利于對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)。該類型數(shù)據(jù)庫(kù)有如下優(yōu)點(diǎn)：采用對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型的商業(yè)化數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品技術(shù)上已經(jīng)比較成熟,這就使得采用對(duì)象-關(guān)系模型構(gòu)造的數(shù)據(jù)模型可以直接在一個(gè)對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)、管理,并且由于采用了符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放式數(shù)據(jù)接口,使得數(shù)據(jù)的共享更加方便有效；由于采用了單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理, 使得對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行操作更加簡(jiǎn)單和方便,效率也大大提高；通過(guò)采用開放式的sql平臺(tái)以及大量空間操作函數(shù)的使用,能夠開發(fā)出功能更加強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng),擴(kuò)展了gis 應(yīng)用的范圍1。1.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)現(xiàn)狀近些年，空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在索引、數(shù)據(jù)更新、

4、多源數(shù)據(jù)獲取方面獲得了一些進(jìn)展，以下舉出例子。1.2.1空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引技術(shù)2(1)空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引技術(shù)的定義數(shù)據(jù)索引是指在磁盤上組織數(shù)據(jù)記錄的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是對(duì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)位置信息的描述。它用于優(yōu)化某類數(shù)據(jù)檢索的操作，是提高系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)獲取效率的一種重要手段。(2)空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引技術(shù)分類2簡(jiǎn)單格網(wǎng)空間索引格網(wǎng)空間索引的原理簡(jiǎn)單，即把目標(biāo)空間實(shí)體集合所在的空間范圍劃分成一系列大小相同的格?；诟窬W(wǎng)索引的查找思路也較簡(jiǎn)單，在數(shù)據(jù)分布較均勻的情況下，查詢效率較高。但格網(wǎng)的大小直接影響了索引表的大小，格網(wǎng)太小，索引表會(huì)急劇膨脹，維護(hù)索引表本身的花費(fèi)增加，查詢效率隨之下降；反之，落在一個(gè)格內(nèi)的空間

5、實(shí)體可能會(huì)過(guò)多；因此格的大小嚴(yán)重制約著查詢效率的提高。k-d 樹空間索引k-d 樹是早期用于索引多維空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一。 k-d 樹的每層都把空間劃分為兩個(gè)部分，沿著樹的根結(jié)點(diǎn)進(jìn)行一維劃分；依次劃分下一層結(jié)點(diǎn)，盡量保證左右子樹中的結(jié)點(diǎn)數(shù)目均衡，當(dāng)結(jié)點(diǎn)中包含的點(diǎn)數(shù)少于葉子結(jié)點(diǎn)中包含的最大點(diǎn)數(shù)時(shí)停止劃分。為了平衡 k-d 樹的深度，可結(jié)合 b 樹來(lái)得到k-d-b樹索引結(jié)構(gòu)，但此類索引樹對(duì)于占據(jù)一定空間范圍的空間實(shí)體而言（如線和多邊形），構(gòu)造空間索引仍然不方便。因?yàn)楫?dāng)使用數(shù)據(jù)庫(kù)表構(gòu)造k-d 樹的索引表時(shí)，樹型結(jié)構(gòu)的遞歸層次深，導(dǎo)致查詢效率降低。r 樹空間索引r樹是b樹在多維空間上的自然擴(kuò)展，是由

6、guttman提出的最早支持多維空間存取的方法之一。r樹是一種高度平衡樹，可控制樹的深度，采用對(duì)象的最小外包矩形（mbr）來(lái)近似表示空間實(shí)體。r 樹有如下幾條特性：(1) 葉結(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)該結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間要素的mbr 和空間要素標(biāo)識(shí)；(2)mbr 二維上是矩形，三維上是長(zhǎng)方體，以此類推到高維空間；(3)非葉結(jié)點(diǎn)存放其子女結(jié)點(diǎn)集合的整體外包絡(luò)矩形和指向其子女結(jié)點(diǎn)的指針。 r 樹是一種動(dòng)態(tài)索引結(jié)構(gòu)，其查詢、插入、刪除可同時(shí)進(jìn)行，而且不需要定期的對(duì)樹結(jié)構(gòu)重新組織。 r 樹適合于多維空間查詢，不過(guò)由于空間數(shù)據(jù)分布的偶然性，使得各層節(jié)點(diǎn) mbr 容易重疊，導(dǎo)致實(shí)際執(zhí)行空間查詢時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)查詢分支，很大程度

7、上降低了空間查詢的效率。在最壞的情形下，一個(gè)空間查詢會(huì)退化成線性搜索。若使用外部數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)描述 r 樹，在缺乏特定的快速物理數(shù)據(jù)塊訪問(wèn)接口情況下，效率也會(huì)大打折扣。四叉樹空間索引在基于固定網(wǎng)格劃分的四叉樹空間索引機(jī)制中，工作空間在 x、y 方向上進(jìn)行 2n 等分，形成 2n×2n 的網(wǎng)格，并以此建立 n 級(jí)四叉樹。在四叉樹中，空間要素標(biāo)識(shí)記錄在其外包絡(luò)矩形所覆蓋的每一個(gè)葉結(jié)點(diǎn)中。但當(dāng)同一父親的四個(gè)兄弟結(jié)點(diǎn)都要記錄該空間要素標(biāo)識(shí)時(shí)，則只將該空間要素標(biāo)識(shí)記錄在該父親結(jié)點(diǎn)上，并按這一規(guī)則向上層推進(jìn)。層次型的樹狀結(jié)構(gòu)并不適合使用數(shù)據(jù)庫(kù)表來(lái)直接描述，可通過(guò)對(duì)四叉樹的各層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼，來(lái)反映四叉樹

8、的層次結(jié)構(gòu)。四叉樹索引在內(nèi)存中的層次型樹狀結(jié)構(gòu)，其查詢效率較高。(3)空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引技術(shù)的應(yīng)用3oracle spatial的空間數(shù)據(jù)索引可以通過(guò)用戶定義的功能和索引方式，對(duì)用戶定義的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行存儲(chǔ)、恢復(fù)和操作，彌補(bǔ)了以往關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理的不足；ibm空間數(shù)據(jù)刀片（spatial datablade）：ibm db2 spatial extender提供基于網(wǎng)格的三層空間索引，該索引技術(shù)是基于傳統(tǒng)的分層b樹索引形成的；mysql空間數(shù)據(jù)擴(kuò)展：mysql spatial extensions用自己的geometry數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，符合和遵循opengis中的geometry模型；ersi空

9、間數(shù)據(jù)引擎：這是一種處于應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之間的中間件技術(shù)，在用戶和異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)之間提供了一個(gè)開放接口。1.2.2數(shù)據(jù)更新技術(shù)4(1)國(guó)內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫(kù)更新技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)國(guó)外美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局測(cè)繪部從 2001年開始計(jì)劃建立近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新機(jī)制，將數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性保持在幾天或數(shù)月之內(nèi)。英國(guó)軍械測(cè)量局根據(jù)其實(shí)際情況，建立了推掃式和散點(diǎn)式相結(jié)合的更新機(jī)制。日本采用基于柵格的更新方法，先更新1：2. 5萬(wàn)地形圖，再用1：2. 5萬(wàn)圖更新1 5 萬(wàn)圖，城市地區(qū)每3年更新一次，郊區(qū)每5 年更新一次，山區(qū)每10年更新一次。加拿大測(cè)繪署地形信息中心2001年啟動(dòng)了一項(xiàng)利用landsat7 影像更新 1 5 萬(wàn)地形

10、數(shù)據(jù)的計(jì)劃，每年使用landsat7影像更新1 000幅以上地形數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)我國(guó)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的省、市在建立更新機(jī)制、利用遙感影像獲取變化信息、歷史數(shù)據(jù)存取、增量更新、多尺度級(jí)聯(lián)更新等方面進(jìn)行了許多有益的嘗試，并取得一定成效。浙江省測(cè)繪局在2006 年2007年已完成1：10 000地形圖快速更新試驗(yàn)，并已開始規(guī)模性試生產(chǎn)。北京市、廣州市、上海市從2007年開始1：500城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)增量更新試驗(yàn)，目前已逐步形成了各自地方特色的更新模式。2008 年北京清華山維公司推出了基于時(shí)態(tài)的動(dòng)態(tài)更新軟件 epsw 2008，上海市、重慶市、福州市、宜昌等城市正在使用中。由于現(xiàn)實(shí)世界空間實(shí)體及其相互關(guān)系隨

11、時(shí)間不斷發(fā)生變化，使地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的持續(xù)更新既是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨任務(wù)，又是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文以下僅對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)更新的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討，而對(duì)與更新有關(guān)的政策層面問(wèn)題不予論述。(2)空間數(shù)據(jù)庫(kù)更新關(guān)鍵技術(shù)與方法5區(qū)域整體更新區(qū)域整體更新按規(guī)?？煞譃閮煞N：a.大規(guī)模區(qū)域整體更新。三到五年一個(gè)周期，進(jìn)行大面積的修測(cè)和補(bǔ)測(cè)。更新區(qū)域通常是行政區(qū)單元（權(quán)屬單位）。區(qū)域整體更新成本較高，更新投入由地方財(cái)政安排，一般用在區(qū)域空間要素變更很大、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性很差的情況下；b.小范圍區(qū)域整體更新。利用竣工測(cè)量或其他方法對(duì)區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化的某組織單元（圖幅或網(wǎng)格）進(jìn)行的更新，這種方法適用于區(qū)域空間要素變更較小的情況

12、。增量更新地理空間數(shù)據(jù)更新的實(shí)質(zhì)是空間實(shí)體狀態(tài)改變的過(guò)程，即實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)實(shí)世界中的現(xiàn)狀實(shí)體轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)狀實(shí)體，及由數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)狀實(shí)體轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)庫(kù)歷史實(shí)體兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。因此地理空間數(shù)據(jù)更新不是簡(jiǎn)單刪除替換。而增量更新采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型存儲(chǔ)空間要素，空間實(shí)體相互獨(dú)立而完整（實(shí)體之間拓?fù)潢P(guān)系是隱含存在的，一般在分析時(shí)臨時(shí)建立），原則上對(duì)單個(gè)實(shí)體增加、刪除、修改不影響其他要素實(shí)體，因此，歷史數(shù)據(jù)只需要保留發(fā)生變化的要素（即增量信息）?！霸隽扛隆笔墙窈蟮陌l(fā)展方向。但技術(shù)上比較復(fù)雜，存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。1.2.3異構(gòu)、多源空間數(shù)據(jù)庫(kù)的互操作技術(shù)6(1)名詞解釋異構(gòu)是指不同歷史時(shí)期、不同格式、不同存在形

13、式的空間數(shù)據(jù)，如矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)；多源是指來(lái)源不同，如同為柵格形式，遙感影像與dem數(shù)據(jù)來(lái)源不同?；ゲ僮鳎寒悩?gòu)多源空間數(shù)據(jù)的共享和gis應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫集成。(2)異構(gòu)、多源空間數(shù)據(jù)庫(kù)的互操作技術(shù)分析目前，空間信息領(lǐng)域常用的空間數(shù)據(jù)格式已超過(guò)100種，而綜合信息系統(tǒng)應(yīng)用中的各部門由于需求差異和歷史等原因，往往會(huì)采用不同廠商的不同格式數(shù)據(jù)，部門之間的通信（互聯(lián)互訪）成為一個(gè)棘手的問(wèn)題。面對(duì)諸多不同格式的數(shù)據(jù)，如何使已有的數(shù)據(jù)得到更充分的利用，成為當(dāng)前gis發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。異構(gòu)、多源空間數(shù)據(jù)共享與互操作技術(shù)方案，主要有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)空間擴(kuò)展模式，以及web s

14、ervice的數(shù)據(jù)集成技術(shù)。這些方法在一定程度上解決了空間數(shù)據(jù)共享與互操作的問(wèn)題，但也存在一定的局限性。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式可以美國(guó)國(guó)家空間數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（nsdi）制定的統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范sdts（spatial data transformation standard）來(lái)實(shí)現(xiàn)，在一定程度上提供了不同數(shù)據(jù)格式之間統(tǒng)一空間對(duì)象描述方案，但難以為數(shù)據(jù)的集中和分布式處理提供解決方案，也難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步更新。直接數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式可以在一個(gè)gis系統(tǒng)中直接訪問(wèn)不同格式的空間數(shù)據(jù)，避免了繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟，也避免了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩份而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。但這種模式依賴于gis平臺(tái)對(duì)不同格式空間數(shù)據(jù)的解析與支持能力，同

15、時(shí)，由于一些數(shù)據(jù)格式?jīng)]有公開格式文檔，格式升級(jí)變化難以保障。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)空間擴(kuò)展模式以包含空間位置的矢量柵格數(shù)據(jù)查詢檢索定義和結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言 sql的拓展規(guī)范sql multimedia (sql/mm)，提供了面向空間數(shù)據(jù)及多媒體數(shù)據(jù)的查詢描述，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)后端定義的空間函數(shù)算子調(diào)用，以及在查詢操作中實(shí)現(xiàn)空間分析功能。這種模式為不同gis軟件的互訪與互操作提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)機(jī)制，但由于其是以面向?qū)ο蟮乃悸吩陉P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)，在性能上有比較大的損失?；趙ebservice的數(shù)據(jù)共享與互操作模式，以美國(guó)開放地理信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)(open gis consortium, ogc)制定的數(shù)據(jù)共享規(guī)

16、范，用統(tǒng)一協(xié)議的方式使數(shù)據(jù)客戶能夠讀取任意數(shù)據(jù)服務(wù)器提供的空間數(shù)據(jù)。目前，統(tǒng)一協(xié)議對(duì)空間數(shù)據(jù)的支持尚不全面，還存在大量非標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)難以用統(tǒng)一協(xié)議高效表達(dá)。鑒于此，gis軟件廠商提出了多源空間數(shù)據(jù)無(wú)縫集成框 架(seamless integration of multi-source spatial data, sims)和虛擬空間數(shù)據(jù)引擎、通用空 間數(shù)據(jù)引擎（universal spatial data engine, usde）、異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成技術(shù)（open grid servicesarchitecture-data access and integration, ogsa-dai）

17、，以及數(shù)據(jù)中間件模式等特定協(xié)議的方案。這些 模式的基本思路也都是趨向于由一家廠商來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其他數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，或者也試圖定義一些標(biāo)準(zhǔn)，但接口標(biāo)準(zhǔn)與平臺(tái)相關(guān)性比較大，缺乏比較明確可擴(kuò)展的架構(gòu)，成為比較專用的接口標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。二、 當(dāng)前空間數(shù)據(jù)庫(kù)存在的問(wèn)題2.1 數(shù)據(jù)文件共享問(wèn)題2.1.1數(shù)據(jù)文件格式不統(tǒng)一不同的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有不同的數(shù)據(jù)文件格式。目前，業(yè)內(nèi)尚缺乏一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保證不同格式的數(shù)據(jù)文件相互轉(zhuǎn)換時(shí)不受損失。2.1.2數(shù)據(jù)共享政策我國(guó)現(xiàn)階段在數(shù)據(jù)共享方面存在著服務(wù)性與商業(yè)性之間的矛盾。雖則我國(guó)對(duì)地理信息共享政策的制定是從全國(guó)大多數(shù)用戶利益出發(fā)，但其中仍然存在多數(shù)用戶利益與少數(shù)

18、用戶利益、長(zhǎng)遠(yuǎn)利益與眼前利益的沖突。反觀國(guó)外，在歐美地區(qū)數(shù)據(jù)共享政策是服務(wù)性與商業(yè)性結(jié)合的，一般有償使用，按照商業(yè)活動(dòng)方式運(yùn)作。2.2 數(shù)據(jù)“瓶頸”問(wèn)題數(shù)據(jù)模型本身的限制：優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)矢量數(shù)據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)空間查詢數(shù)字化工作繁瑣柵格數(shù)據(jù)與遙感影像密切關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)輸入方便易產(chǎn)生冗余，存儲(chǔ)量大網(wǎng)絡(luò)傳輸能力落后所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、速度等要求較高，這一點(diǎn)嚴(yán)重影響了webgis在實(shí)際生活中的應(yīng)用與發(fā)展。2.3數(shù)據(jù)安全問(wèn)題早期的gis應(yīng)用中，客戶端一般采用文件共享的方式訪問(wèn)服務(wù)器上的空間數(shù)據(jù)文件，但是從客戶端極易盜取和修改數(shù)據(jù)文件，帶來(lái)了重大安全隱患。2.4數(shù)據(jù)更新問(wèn)題地理信息數(shù)據(jù)一般時(shí)效性非常強(qiáng)，因此

19、就要求人們不斷更新空間數(shù)據(jù)庫(kù)?？臻g數(shù)據(jù)更新是通過(guò)空間信息服務(wù)平臺(tái)用現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)或變更數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)中非現(xiàn)勢(shì)性的數(shù)據(jù)，達(dá)到保持現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)中空間信息的現(xiàn)勢(shì)性和準(zhǔn)確性或提高數(shù)據(jù)精度；同時(shí)將被更新的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)供查詢檢索、時(shí)間分析、歷史狀態(tài)恢復(fù)等。因此，空間數(shù)據(jù)的更新并不是簡(jiǎn)單的刪除替換。這其中又涉及數(shù)據(jù)的整體更新、局部更新、數(shù)據(jù)采集的途徑、時(shí)效性、保持原有數(shù)據(jù)的不變、更新數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)正確連接等多方面問(wèn)題，是空間數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題之一。2.5數(shù)據(jù)模型問(wèn)題當(dāng)下空間數(shù)據(jù)庫(kù)軟件多數(shù)依舊采用混合存儲(chǔ)模型, 它們都不同程度地存在著一些缺陷或不足之處,如有些索引方法只采用格網(wǎng)模型,索引效率較

20、低；有些空間數(shù)據(jù)中不包含拓?fù)溥壿?雖然減輕了空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的復(fù)雜度,但降低了空間查詢和空間分析的性能; 有些空間數(shù)據(jù)類型中盡管提供了三維數(shù)據(jù)類型的支持,但空間操作函數(shù)中針對(duì)三維對(duì)象的操作很少,對(duì)三維gis的支持有限; 有些采用了基于對(duì)象的數(shù)據(jù)模型, 但對(duì)基于域的模型的支持有限?？梢?盡管這些已經(jīng)商品化的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能和適應(yīng)性, 但其應(yīng)用范圍仍有一定的局限性,無(wú)法滿足特定的需求,而需要開發(fā)自己的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),并可以與其它類型的空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集成管理。三、 國(guó)內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展趨勢(shì)3.1 時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)內(nèi)容表現(xiàn)為以下三個(gè)主要方面：(1)空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的表達(dá)?？臻g時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)表達(dá)的目的在

21、于建立空間時(shí)態(tài)一體化數(shù)據(jù)模型。它涉及到時(shí)間標(biāo)志、空間時(shí)態(tài)版本的標(biāo)識(shí)、空間變化類型的定義、空間拓?fù)渑c時(shí)態(tài)拓?fù)?、空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及存取策略等內(nèi)容；(2)空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的更新?？臻g時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的更新研究空間數(shù)據(jù)更新的類型、操作方法，更新對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)中空間和時(shí)態(tài)拓?fù)涞挠绊?，以及拓?fù)渲亟ǖ葐?wèn)題；(3)空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的查詢?？臻g時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的查詢探討空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的各種跟蹤算法，多維信息的復(fù)合、分析、可視化等。3.2 分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)⒁呀?jīng)存在的空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成，形成一個(gè)虛擬的數(shù)據(jù)庫(kù)，被所有用戶（全局用戶）共享，即滿足空間數(shù)據(jù)共享的要求。全局用戶不需要知道數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)位置，也能夠訪問(wèn)到

22、數(shù)據(jù)，好像數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在本場(chǎng)地上似的。所有“真實(shí)”的數(shù)據(jù)都是屬于本地參與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的，即本地?cái)?shù)據(jù)由本地?fù)碛?，既使他們可以被其他的?chǎng)地訪問(wèn)；同時(shí)參與空間數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)的所有操作，不受其他場(chǎng)地的控制，即使是全局的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。支持分布式查詢處理，全局用戶的一次查詢可以涉及到兩個(gè)或兩個(gè)以上場(chǎng)地的數(shù)據(jù)。分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)用戶屏蔽了各個(gè)參與空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的異構(gòu)性，即支持異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的集成。分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也對(duì)用戶屏蔽了各個(gè)參與空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)異構(gòu)的操作環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。3.3 空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：面向主題的。傳統(tǒng)的gis數(shù)據(jù)庫(kù)是面向應(yīng)用的，gis空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

23、是面向主題的，它以主題為基礎(chǔ)進(jìn)行分類、加工、變換，從更高層次上進(jìn)行綜合利用；面向集成的?？臻g數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)應(yīng)該是盡可能全面、及時(shí)、準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的gis應(yīng)用是其重要的數(shù)據(jù)源，為此空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)應(yīng)以各種面向應(yīng)用的gis系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)元數(shù)據(jù)將它們集成起來(lái)，從中得到各種有用的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的變換和增值。空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源于不同的面向應(yīng)用gis系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)冗余及其標(biāo)準(zhǔn)和格式存在差異等一系列原因，不能把數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地存入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，應(yīng)該按照主題對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換和增值，提高數(shù)據(jù)的可用性；空間序列的方位數(shù)據(jù)。自然界是一個(gè)立體的空間，任何事物都有自己的空間位置，彼此之間有相互的空間聯(lián)系，因此任何信息

24、也都應(yīng)該具有空間標(biāo)志。一般的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是沒(méi)有空間維數(shù)的，不能做空間分析，不能反映自然界的空間變化趨勢(shì)。進(jìn)入gis空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)必須具有統(tǒng)一的坐標(biāo)系和相同的比例尺；時(shí)間序列的歷史數(shù)據(jù)。自然界是隨時(shí)間變化的，地理數(shù)據(jù)庫(kù)需要隨環(huán)境的變化而不斷更新，在研究、分析問(wèn)題時(shí)可能需要了解過(guò)去的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)包含了數(shù)據(jù)的時(shí)間屬性，因而gis能管理不同時(shí)間的數(shù)據(jù)，滿足用戶數(shù)據(jù)版本管理的要求；基于空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的gis能將數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)以多種形式直觀地呈現(xiàn)給用戶，為決策人員提供面向主題的分析工具。3.4 空間數(shù)據(jù)引擎的發(fā)展趨勢(shì)高維空間索引 三維 gis、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)和時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)等對(duì)多維空間目標(biāo)的搜索與更新效率的要求日益迫切，有必要研究一種可擴(kuò)展的高維索引技術(shù)，能同時(shí)高效地檢索一維、二維或高維的空間數(shù)據(jù)?；诳臻g關(guān)系的動(dòng)態(tài)索引當(dāng)前空間索引技術(shù)的劣勢(shì)在于基于空間目標(biāo)的位置信息建立索引結(jié)構(gòu)，來(lái)提高空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的區(qū)域查詢效率，難以根據(jù)目標(biāo)間的空間關(guān)系建立有效的索引機(jī)