SpatialDatabase

1、Spatial DatabaseDERECTED BY 張廣元CONTENTS【前言】空間數(shù)據(jù)庫是近年來數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究的熱點之一?？臻g數(shù)據(jù)庫指的是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)上存儲的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(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)之上的。所謂空間數(shù)據(jù)是指與空間位置和空間關(guān)系相聯(lián)系的數(shù)據(jù)。5個基本特征1、空間特征2、非結(jié)構(gòu)化特征每個空間對象都具有空間坐標,即空間對象隱含了空間分布特征。這意味著在空間數(shù)據(jù)組織方面,要考慮它的空間分布特征。除了通用性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)關(guān)鍵字的索引和輔關(guān)鍵字索引以外,一般需要建立空間索引。在當(dāng)前通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)

2、記錄一般是結(jié)構(gòu)化的。即它滿足關(guān)系數(shù)據(jù)模型的第一范式要求,每一條記錄是定長的,數(shù)據(jù)項表達的只能是原子數(shù)據(jù),不允許嵌套記錄。而空間數(shù)據(jù)則不能滿足這種結(jié)構(gòu)化要求。EXAMPLE若將一條記錄表達一個空間對象,它的數(shù)據(jù)項可能是變長的,例如, 1條弧段的坐標,其長度是不可限定的,它可能是2對坐標,也可能是10萬對坐標; 其二, 1個對象可能包含另外的1個或多個對象, 例如, 1個多邊形,它可能含有多條弧段。若1條記錄表示1條弧段,在這種情況下, 1條多邊形的記錄就可能嵌套多條弧段的記錄,所以它不滿足關(guān)系數(shù)據(jù)模型的范式要求,這也就是為什么空間圖形數(shù)據(jù)難以直接采用通用的關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要原因。非結(jié)構(gòu)化特征

3、CONTENTS3、空間關(guān)系特征4、分類編碼特征5、海量數(shù)據(jù)特征空間數(shù)據(jù)除了前面所述的空間坐標隱含了空間分布關(guān)系外?？臻g數(shù)據(jù)中記錄的拓撲信息表達了多種空間關(guān)系。這種拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一方面方便了空間數(shù)據(jù)的查詢和空間分析,另一方面也給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護增加了復(fù)雜性。一般而言,每一個空間對象都有一個分類編碼,而這種分類編碼往往屬于國家標準,或行業(yè)標準,或地區(qū)標準,每一種地物的類型在某個GIS中的屬性項個數(shù)是相同的。因而在許多情況下,一種地物類型對應(yīng)于一個屬性數(shù)據(jù)表文件。當(dāng)然,如果幾種地物類型的屬性項相同,也可以多種地物類型共用一個屬性數(shù)據(jù)表文件?？臻g數(shù)據(jù)量是巨大的,通常稱海量數(shù)據(jù)。之所以稱為海

4、量數(shù)據(jù),是指它的數(shù)據(jù)量比一般的通用數(shù)據(jù)庫要大得多。一個城市地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量可能達幾十GB,如果考慮影像數(shù)據(jù)的存貯,可能達幾百個GB。這樣的數(shù)據(jù)量在城市管理的其他數(shù)據(jù)庫中是很少見的。關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫管理存儲技術(shù)20世紀90年代后期,GIS空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲,即兩種數(shù)據(jù)同時使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理,這也成為了現(xiàn)代空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要標志。在這一階段出現(xiàn)了四種數(shù)據(jù)管理模式：【課題研究的國內(nèi)外發(fā)展歷程及現(xiàn)狀】關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫管理存儲技術(shù)全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對象一關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο驡IS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w化GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

5、是指圖形和屬性數(shù)據(jù)都用現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的軟件廠商不作任何擴展,由GIS軟件商在此基礎(chǔ)上進行開發(fā),使之不僅能管理結(jié)構(gòu)化的屬性數(shù)據(jù),而且能管理非結(jié)構(gòu)化的圖形數(shù)據(jù)。用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理圖形數(shù)據(jù)有兩種模式,一種是基于關(guān)系模型的方式,圖形數(shù)據(jù)按照關(guān)系數(shù)據(jù)模型組織。另一種方式是將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成Binary一二進制塊Block字段。全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由于直接采用通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的效率不高,而非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)又一十分重要,所以許多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的軟件商紛紛在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中進行擴一展,推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊使之能直接存貯和管理非結(jié)構(gòu)化的空

6、間數(shù)據(jù),定義了操縱子點、線、面、圓、長方形等空間對象的API函數(shù)這些函數(shù),將各種空間對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行了預(yù)先的定義,用戶使用時必須滿足它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要求,用戶不能根據(jù)GLS要求(即使是GIS軟件商)再定義。對象一關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m應(yīng)于空間數(shù)據(jù)的表達和管理,它不僅支持變長一記錄,而且支持對象的嵌套!信息的繼承與聚集。面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)允許用戶定義對象和對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它的操作。我們可以將空間對象根據(jù)GIS的需要,定義出合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一組操作。這種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是不帶拓撲關(guān)系的面狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),也可以是拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),當(dāng)采用拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時,往往涉及對象的嵌套!對象的連接和對象

7、與信息聚集。面向?qū)ο驡IS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以往的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要是針對圖形矢量空間數(shù)據(jù)的管理而采取的方案。當(dāng)前除圖形矢量數(shù)據(jù)以外,還存在大量影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù),如何將矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理,已成為空間數(shù)據(jù)庫的一個重要研究方向。面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w化GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在21世紀里，人們對 GIS 科技的開發(fā)和研究，主要集中在以空間信息分析的新模式和新方法、空間關(guān)系及數(shù)據(jù)模型（包括與時間有關(guān)的四維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、人工智能和專家系統(tǒng)的引入、顯示與輸出技術(shù)、GIS 的效益評價以及保密性等方面。當(dāng)前，國際上 GIS 已從具備儲存、分析評價、查詢檢索、自動制圖等一般功能向信息

8、采樣自動化、多樣化、多功能的綜合分析評價模型，智能化專家系統(tǒng)，與遙感遙測直接對接進行信息更新，以及規(guī)范化、標準化和信息充分共享等方面發(fā)展。關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫檢索技術(shù)關(guān)于空間數(shù)據(jù)模型關(guān)于空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)庫經(jīng)過這幾年的發(fā)展，二維空間數(shù)據(jù)技術(shù)已相當(dāng)成熟，而且實際應(yīng)用中大多數(shù)情況下用二維甚至一維坐標進行描述就可以滿足需求。人們是生活在三維空間的，從目前的研究現(xiàn)狀來看，三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)總體上分為基于體描述的和基于面表示的數(shù)據(jù)模型及三維矢量、柵格、混合與面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。若果把時間也算上，人們則是生活在四維空間中，隨著應(yīng)用的不斷深入，涉及四維的自然和人為現(xiàn)象的處理越來越多，這就對數(shù)據(jù)的處理提出了更高的要求，

9、要能夠保存并有效地管理歷史變化數(shù)據(jù)，以方便將來重建歷史狀態(tài)、跟蹤變化、預(yù)測未來，這樣的地理信息系統(tǒng)軟件難以處理時態(tài)現(xiàn)象，時空數(shù)據(jù)模型已成為空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)領(lǐng)域一個新的研究方向?，F(xiàn)實生活中,大部分的數(shù)據(jù)(約85%以上)都具有空間屬性,例如,地址、電話號碼、客戶統(tǒng)計分布數(shù)據(jù)或者資產(chǎn)分布數(shù)據(jù)等等。利用這些數(shù)據(jù)信息的空間屬性進行數(shù)據(jù)分析,可以觀察發(fā)展趨勢,幫助您掌握機遇。例如：數(shù)據(jù)共享問題 ，數(shù)據(jù)“瓶頸”問題，數(shù)據(jù)安全問題等等。隨著計算機技術(shù)和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展以及計算機應(yīng)用需求的拓廣, 20世紀80年代以來,數(shù)據(jù)庫研究領(lǐng)域得到了極大的拓展,其特征表現(xiàn)在: 1、海量空間數(shù)據(jù)管理 2、時空空間數(shù)據(jù)庫 3、空間信息與移動通信的集成應(yīng)用關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫問題關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫的發(fā)展【總結(jié)】【總結(jié)】空間數(shù)據(jù)是用于描述有關(guān)空間實體的位置、形狀和相互關(guān)系的數(shù)據(jù),以坐標和拓撲關(guān)系的形式存儲。它包含帶有空間坐標及空間范圍的任何相關(guān)數(shù)據(jù),如二維、三維或更高維 空間坐標、建筑設(shè)計圖、地球經(jīng)緯度、城市規(guī)劃圖等?，F(xiàn)在空間數(shù)據(jù)庫主要應(yīng)用于地理信息