空間信息查詢分解課件

地理信息系統(tǒng)趙姍環(huán)境與水利學(xué)院2012.11

地理信息系統(tǒng)趙姍環(huán)境與水利學(xué)院2012第五章空間信息查詢

第五章空間信息查詢

第五章空間信息查詢第一節(jié)信息查詢與空間數(shù)據(jù)庫(kù)第二節(jié)

空間索引第三節(jié)

空間查詢方式第四節(jié)

空間信息查詢語(yǔ)言第五章空間信息查詢概念

查詢什么空間查詢的一般問(wèn)題是“在什么地方?”、“是什么？”、怎樣（到達(dá)）？”查詢對(duì)象圖形中的信息屬性表中的信息一般問(wèn)題是“某圖元代表什么實(shí)體，有什么屬性”、“處于什么位置、距離、路徑”、“一定范圍內(nèi)包含的地物，地物之間的關(guān)系等”。

信息查詢概念查詢什么信息查詢意義

信息管理通過(guò)查詢可以獲取特定數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息管理和數(shù)據(jù)更新。特定信息提取通過(guò)查詢提取需要的信息，據(jù)棄無(wú)關(guān)的信息，便于使用?？臻g分析基礎(chǔ)查詢結(jié)果一般是對(duì)所需查找的信息及數(shù)據(jù)的報(bào)告，研究需要對(duì)這些數(shù)據(jù)單獨(dú)提出進(jìn)行相關(guān)分析。

信息查詢意義信息管理信息查詢分類空間位置和形態(tài)對(duì)象所在的地理區(qū)域，對(duì)象的幾何和屬性特征。空間關(guān)系和關(guān)聯(lián)空間對(duì)象間的拓?fù)潢P(guān)系?？臻g分布規(guī)律特定類別地物分布在特定的區(qū)域，如電子市場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所、飲食街等。時(shí)空演化通過(guò)時(shí)間空間數(shù)據(jù)分析，可以研究和揭示事物發(fā)展演化的規(guī)律。空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息分類空間位置和形態(tài)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息

空間索引空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。概念

空間索引空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之

空間索引空間索引介于空間操作算法和空間對(duì)象之間，它通過(guò)篩選作用，大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的空間對(duì)象被排除，從而提高空間操作的速度和效率。空間索引的性能的優(yōu)劣直接影響空間數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)的整體性能，它是空間數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

作用

空間索引空間索引介于空間操作算法和空間對(duì)象之間，它通過(guò)篩選

空間索引索引對(duì)象的無(wú)序性空間對(duì)象沒(méi)有明確次序。當(dāng)確定某對(duì)象在一個(gè)子空間內(nèi)，需要逐個(gè)進(jìn)行比較。索引對(duì)象的不規(guī)則性空間對(duì)象不是規(guī)則圖形。需要適當(dāng)選取規(guī)則圖形近似。例如，選取平行于坐標(biāo)軸的矩形。索引對(duì)象的交叉性空間對(duì)象可以交叉或者重疊。一個(gè)對(duì)象可能屬于多個(gè)子空間，需要多路檢索。特點(diǎn)

空間索引索引對(duì)象的無(wú)序性特點(diǎn)例如：查找經(jīng)過(guò)河南省的所有河流。常規(guī)方法：檢查所有河流和河南省省界是否相交。缺點(diǎn)：用實(shí)際空間對(duì)象比較，算法復(fù)雜，計(jì)算開銷大、IO開銷大。索引方法：記錄河流和省界的外接矩形。用外接矩形進(jìn)行比較。

空間索引例如：查找經(jīng)過(guò)河南省的所有河流?？臻g索引將空間位置作為一個(gè)屬性放入關(guān)系表中建立一個(gè)空間索引層cell空間索引層地理要素層

空間索引將空間位置作為一個(gè)屬性放入關(guān)系表中cell空間索引層地理要素空間屬性表描述要素的一般信息，

空間索引表描述要素所在格網(wǎng)的信息，

要素描述表描述要素的點(diǎn)數(shù)，范圍等信息，

三張表通過(guò)FID（FeatureID）關(guān)聯(lián)

空間索引空間屬性表描述要素的一般信息，

空間索引表描述要素所在格網(wǎng)的

空間索引格網(wǎng)索引R樹和R+樹索引常見的空間索引常見空間索引一般是自頂向下、逐級(jí)劃分空間的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間索引，比較有代表性的包括BSP樹、R樹、R+樹和CELL樹等。此外，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的格網(wǎng)型空間索引有著廣泛的應(yīng)用。空間索引格網(wǎng)索引常見的空間索引常見空間索引一

空間索引基本思想是將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，記錄每一個(gè)格網(wǎng)所包含的空間實(shí)體。當(dāng)用戶進(jìn)行空間查詢時(shí)，首先計(jì)算出用戶查詢對(duì)象所在格網(wǎng)，然后再在該網(wǎng)格中快速查詢所選空間實(shí)體，這樣一來(lái)就大大地加速了空間索引的查詢速度。

1、格網(wǎng)索引空間索引基本思想是將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的

空間索引為了便于建立空間索引的線性表,每個(gè)格網(wǎng)按一定規(guī)律進(jìn)行編碼，建立碼與空間實(shí)體的關(guān)系,該關(guān)系表就成為格網(wǎng)索引文件。每個(gè)要素在一個(gè)或者多個(gè)網(wǎng)格中,每個(gè)網(wǎng)格可以包含多個(gè)要素。1、格網(wǎng)索引2123293153556163202228305254606217192527495157591618242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042空間索引為了便于建立空間索引的線性表,每個(gè)格網(wǎng)2123293153556163202228305254606217192527495157591618242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042空間索引對(duì)象索引Peano鍵空間對(duì)象空間對(duì)象Peano鍵集7BA25-2514EB7-715EC54-5525AC60-6026ED32-3332DD35-3533DD38-3835D.FE14-1537EE26-2638DE37-3739EE39-3948EE48-4850EE50-5054CF35-3555C60C1、格網(wǎng)索引ABCEDF每個(gè)要素在一個(gè)或者多個(gè)網(wǎng)格中,每個(gè)網(wǎng)格可以包含多個(gè)要素,要素不是真正被分割。由此建立Peano鍵和空間對(duì)象的關(guān)系。212329315355616320222830525460

空間索引

R樹根據(jù)地物的最小外接矩形建立，可以直接對(duì)空間中占據(jù)一定范圍的空間對(duì)象進(jìn)行索引。

R樹索引設(shè)計(jì)虛擬的矩形目標(biāo)，將空間目標(biāo)包含在矩形內(nèi)。這些矩形作為空間索引，含有包含的空間對(duì)象的指針。

RECT（ID，MinX，MaxX，MinY，MaxY）2、R樹和R+樹空間索引R樹根據(jù)地物的最小外接矩形建立，可以直MBR（MinimumBoundingBox

最小外接矩形）

空間索引MBR（MinimumBoundingBox最小外接矩

R樹

在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)檢索時(shí)，先判斷哪些矩形落在檢索窗口內(nèi)，再進(jìn)一步判斷哪些目標(biāo)是被檢索的內(nèi)容。R樹在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)檢索時(shí)，先判斷哪些矩形在R樹構(gòu)造中，要求虛擬矩形盡可能少重疊，并且一個(gè)空間對(duì)象通常僅僅被一個(gè)矩形包含。實(shí)際中很難保證這種情況。空間對(duì)象千姿百態(tài)，最小矩形通常范圍重疊。于是提出了R樹的改進(jìn)，R+樹。

空間索引2、R樹和R+樹在R樹構(gòu)造中，要求虛擬矩形盡可能少重疊，并且一個(gè)空間對(duì)象通常R+樹

R+樹允許虛擬矩形相互重疊，并允許一個(gè)空間目標(biāo)被多個(gè)虛擬矩形包含。R+樹R+樹允許虛擬矩形相互重疊，并允許一個(gè)空間1、圖查文(圖形查詢屬性)2、文查圖(屬性查詢圖形)2、空間關(guān)系的查詢(面—點(diǎn)、面—線、面—面、線—點(diǎn)、線—線查詢)4、邏輯查詢(SQL查詢)

空間查詢方式1、圖查文(圖形查詢屬性)空間查詢方式

空間查詢方式1、圖查文圖文互查是GIS中最常用的查詢。

一般GIS軟件提供“INFO”工具。用點(diǎn)選、區(qū)域圈選、多邊形選擇、矩形選擇的方式選中地物，并顯示出查詢對(duì)象的屬性列表。1）利用空間索引，在數(shù)據(jù)庫(kù)中快速檢索被選空間實(shí)體。2）根據(jù)實(shí)體和屬性的連接關(guān)系得到所查詢實(shí)體的屬性列表?？臻g查詢方式1、圖查文圖文互查是GIS中最常用的查詢。圖查文圖查文圖查文圖查文

空間查詢方式2、文查圖如：在中國(guó)行政區(qū)圖查人口>4000萬(wàn)的省。1）和一般SQL查詢類似，構(gòu)建SQL查詢語(yǔ)句進(jìn)行查詢。2）查詢到結(jié)果后，利用圖形和屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再圖上表示出結(jié)果?？臻g查詢方式2、文查圖如：在中國(guó)行政區(qū)圖查人口>4000萬(wàn)文查圖文查圖文查圖文查圖MapInfo軟件中點(diǎn)目標(biāo)的幾何參數(shù)查詢

空間查詢方式MapInfo軟件中點(diǎn)目標(biāo)的幾何參數(shù)查詢空間查詢方式MapInfo軟件中線目標(biāo)的幾何參數(shù)查詢

空間查詢方式MapInfo軟件中線目標(biāo)的幾何參數(shù)查詢空間查詢方式Mapinfo軟件中面狀目標(biāo)的幾何參數(shù)查詢

空間查詢方式Mapinfo軟件中面狀目標(biāo)的幾何參數(shù)查詢空間查詢方式是指給定一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)幾何圖形，檢索出該圖形范圍內(nèi)的空間對(duì)象以及相應(yīng)的屬性。這種查詢方式又稱為圖形查詢屬性的方式。

MapInfo軟件中圖形查屬性的表達(dá)方式

空間查詢方式是指給定一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)幾何圖形，檢索出該圖形范圍內(nèi)的空間對(duì)象以ArcView軟件中圖形查屬性的表達(dá)方式

空間查詢方式ArcView軟件中圖形查屬性的表達(dá)方式空間查詢方式

空間查詢方式3、空間關(guān)系的查詢通過(guò)空間關(guān)系查詢和定位空間實(shí)體是地理數(shù)據(jù)庫(kù)不同于一般數(shù)據(jù)庫(kù)的功能之一。如查詢滿足下列條件的城市：京滬線東部（空間方位關(guān)系）；距離京滬線不超過(guò)50km（空間距離關(guān)系）;城市人口大于100萬(wàn)（屬性信息查詢）；空間查詢方式3、空間關(guān)系的查詢通過(guò)空間關(guān)系查空間關(guān)系的查詢空間關(guān)系的查詢·面面查詢?nèi)缗c某個(gè)多邊形相鄰的多邊形有哪些·面線查詢?nèi)缒硞€(gè)多邊形的邊界有哪些線·面點(diǎn)查詢?nèi)缒硞€(gè)多邊形內(nèi)有哪些點(diǎn)狀地物·線面查詢?nèi)缒硹l線經(jīng)過(guò)（穿過(guò)）的多邊形有哪些，某條鏈的左、右多邊形是哪些

空間查詢方式·線線查詢?nèi)缗c某條河流相連的支流有哪些，某條道路跨過(guò)哪些河流?！ぞ€點(diǎn)查詢?nèi)缒硹l道路上有哪些橋梁，某條輸電線上有哪些變電站?！c(diǎn)面查詢?nèi)缒硞€(gè)點(diǎn)落在哪個(gè)多邊形內(nèi)。·點(diǎn)線查詢?nèi)缒硞€(gè)結(jié)點(diǎn)由哪些線相交而成。

·面面查詢?nèi)缗c某個(gè)多邊形相鄰的多邊形有哪些空間查詢方水系城鎮(zhèn)查詢城鎮(zhèn)是否位于平原區(qū)內(nèi)舉例：點(diǎn)面查詢水系城鎮(zhèn)查詢城鎮(zhèn)是否位于平原區(qū)內(nèi)舉例：點(diǎn)面查詢(1)鄰接查詢從多邊形與弧段關(guān)系的表中，檢索出該多邊形關(guān)系的所有弧段從弧段關(guān)系的左右多邊形的表中，檢索出這些弧段所關(guān)聯(lián)的多邊形(1)鄰接查詢從多邊形與弧段關(guān)系的表中，檢索出該多邊形關(guān)系的(2)包含關(guān)系查詢

查詢某一個(gè)面狀所包含的某一類的空間對(duì)象(2)包含關(guān)系查詢查詢某一個(gè)面狀所包含的某一類的空間對(duì)(3)穿越查詢長(zhǎng)江所經(jīng)過(guò)的縣市(3)穿越查詢長(zhǎng)江所經(jīng)過(guò)的縣市(4)落入查詢

查詢一個(gè)空間對(duì)象它落在哪個(gè)空間對(duì)象之內(nèi)?？刹捎每臻g運(yùn)算，使用點(diǎn)在多邊形內(nèi)，線在多邊形內(nèi)，或面在多邊形內(nèi)的判斷方法。

(4)落入查詢查詢一個(gè)空間對(duì)象它落在哪個(gè)(5)緩沖區(qū)查詢

緩沖區(qū)查詢根據(jù)用戶需要給定一個(gè)點(diǎn)緩沖、線緩沖或面緩沖的距離，從而形成一個(gè)緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索的原理，檢索出該緩沖區(qū)多邊形內(nèi)的空間地物。

(5)緩沖區(qū)查詢距黃河150公里范圍內(nèi)的主要城市距黃河150公里范圍內(nèi)的主要城市（6）地址匹配查詢

根據(jù)街道地址來(lái)查詢事物的空間位置和屬性信息是地理信息系統(tǒng)特有的一種查詢功能，這種查詢利用地理編碼，輸入街道門牌號(hào)碼，就可知道大致的位置和所在的街區(qū)。

（6）地址匹配查詢根據(jù)街道地址來(lái)查詢事物的空間位置

空間查詢方式（7）SQL查詢

空間查詢方式（7）（7）SQL查詢

空間查詢方式查詢機(jī)耕道ArcGIS（7）空間查詢方式查詢機(jī)耕道ArcGIS

空間信息查詢語(yǔ)言１、SQL查詢語(yǔ)言２、擴(kuò)展的SQL查詢空間信息查詢語(yǔ)言１、SQL查詢語(yǔ)言MapInfo軟件中SQL輸入標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框

MapInfo軟件中SQL輸入標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框通過(guò)SQL語(yǔ)言查詢的結(jié)果

通過(guò)SQL語(yǔ)言查詢的結(jié)果SelectfromwhereGIS中SQL查詢例1SelectfromGIS中SQL查詢例2查世界地圖屬性表中有多少國(guó)家?總?cè)丝?總面積?GIS中SQL查詢例2查世界地圖屬性表中有多少國(guó)家?總?cè)丝?第五章-空間信息查詢分解課件多表連接查詢?nèi)绮槌雒绹?guó)地圖數(shù)據(jù)中總?cè)丝诖笥?000萬(wàn)且州府人口大于20萬(wàn)的州。

SELECT*FROMStates,StatecapWHERE

States.state=Statecap

.Stateand

States.pop_1990>10000000andStatecap.pop_1990>200000多表連接查詢?nèi)绮槌雒绹?guó)地圖數(shù)據(jù)中總?cè)丝诖笥?000萬(wàn)且州府第五章-空間信息查詢分解課件嵌套查詢求世界地圖中同伊拉克處于同一大洲的國(guó)家

SELECTcountry,continentFROMworldWHEREcontinent=(SELECTcontinent

FROMworld

WHEREcountry=“Iraq”)；首先求出伊拉克處于哪個(gè)洲；之后求出同伊拉克處于同一洲的國(guó)家。嵌套查詢求世界地圖中同伊拉克處于同一大洲的國(guó)家第五章-空間信息查詢分解課件１、查詢謂詞的擴(kuò)展２、面向?qū)ο蟮臄U(kuò)展３、模糊擴(kuò)展擴(kuò)展SQL查詢擴(kuò)展SQL查詢?cè)黾涌臻g數(shù)據(jù)類型（點(diǎn)、線、面）增加空間操作算子（長(zhǎng)度、面積）增加查詢條件（臨近、疊加、經(jīng)過(guò)）擴(kuò)展SQL查詢1、查詢謂詞的擴(kuò)展擴(kuò)展SQL查詢1、查詢謂詞的擴(kuò)展

Mapinfo在SELECT語(yǔ)句中增加了地理函數(shù)和地理運(yùn)算符.擴(kuò)展SQL查詢1、查詢謂詞的擴(kuò)展例：美國(guó)“I10”號(hào)高速公路經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)洲？先美國(guó)高速公路中找出“I10”號(hào)高速公路；再找“I10”號(hào)高速公路經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)洲。WHEREStates.objCONTAINSUs_Hiway.objAND

(States.objINTERSECTS(SELECTobjFROMUs_HiwayWHERE

us_Hiway.highway=“I10”))地理運(yùn)算符擴(kuò)展SQL查詢1、查詢謂詞的擴(kuò)展例：美國(guó)“I10”號(hào)高第五章-空間信息查詢分解課件第五章-空間信息查詢分解課件例如查詢?nèi)龒{地區(qū)長(zhǎng)江流域人口大于50萬(wàn)的縣或市，擴(kuò)展的SQL空間查詢語(yǔ)句為：

SELECT*

FROM

縣或市

WHERE

縣或市·人口>50萬(wàn)

ANDCROSS

（河流·名稱=“長(zhǎng)江”）

擴(kuò)展SQL查詢1、查詢謂詞的擴(kuò)展例如查詢?nèi)龒{地區(qū)長(zhǎng)江流域人口大于50萬(wàn)的縣或市，擴(kuò)展擴(kuò)展SQL空間查詢結(jié)果

擴(kuò)展SQL空間查詢結(jié)果

這些SQL擴(kuò)充和應(yīng)用有關(guān)，目前還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)。例：（1）選擇河南省所有城市和人口

SELECT城市名，人口FROM城市

WHERECENTER（城市地圖）INSIDE

河南；（2）選擇流經(jīng)河南省的所有河流的名稱和河南境內(nèi)長(zhǎng)度

SELECT河流名，LENGTH（INTERSECTS

（ROUTE（河流流域圖），河南））；

FROM河流WHEREROUTE(河流流域圖)INTERSECTS

河南；擴(kuò)展SQL查詢1、查詢謂詞的擴(kuò)展這些SQL擴(kuò)充和應(yīng)用有關(guān)，目前還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展S

采用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)設(shè)計(jì)SQL語(yǔ)言（OOSQL）。優(yōu)點(diǎn)如下：（1）良好的查詢機(jī)制，易于實(shí)現(xiàn)持久性。（2）對(duì)象簡(jiǎn)化了查詢，解決了某些常見的SQL難題。

擴(kuò)展SQL查詢2、面向?qū)ο蟮臄U(kuò)展采用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)設(shè)計(jì)SQL語(yǔ)言（OOSQL）。優(yōu)OGIS協(xié)會(huì)（OpenGIS）是由一些主要軟件供應(yīng)商組成的聯(lián)