地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)組織與管理

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)組織與管理第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日1GIS定義？地理信息系統(tǒng)（GeographicalInformationSystem,GIS）是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)，它是在計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、模擬、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到哪里？以何種方式來存儲(chǔ)？？？如何來管理？？？第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日第5章空間數(shù)據(jù)組織與管理5.1空間數(shù)據(jù)庫概述5.1.1數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫5.1.3數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織層次5.1.4數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系5.1.5數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型5.2空間數(shù)據(jù)管理5.2.1矢量數(shù)據(jù)的管理5.3.2柵格數(shù)據(jù)的管理第三頁，共六十一頁，2022年，8月28日35.1.1數(shù)據(jù)庫概述人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系1.數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程1）人工管理階段數(shù)據(jù)不保存應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性2）文件管理階段3）數(shù)據(jù)庫管理階段第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日2）文件管理階段：數(shù)據(jù)可以長期保存由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大數(shù)據(jù)獨(dú)立性差文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系1.數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日3）數(shù)據(jù)庫管理階段：由DBMS管理1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化2）數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性較強(qiáng)4）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系1.數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.1數(shù)據(jù)庫概述2.建立數(shù)據(jù)庫的目的：為了保存數(shù)據(jù)，擴(kuò)展人的記憶，主要是為了幫助人們?nèi)ス芾砗涂刂婆c這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物。

3.數(shù)據(jù)庫定義：數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中以特定的結(jié)構(gòu)組織、存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。7返回第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.2空間數(shù)據(jù)庫1.空間數(shù)據(jù)庫的定義地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫（空間數(shù)據(jù)庫）：某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合?？臻g數(shù)據(jù)庫是存取、管理空間信息的數(shù)據(jù)庫。第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.空間數(shù)據(jù)的特征1）空間特征2）非結(jié)構(gòu)化特征3）空間關(guān)系特征

4）多尺度與多態(tài)性5）分類編碼特征6）海量數(shù)據(jù)特征一種地物類型對應(yīng)一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。多種地物類型共用一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。組織

拓?fù)鋽?shù)據(jù)給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護(hù)增加了復(fù)雜性。

拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)建空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)變長，對象包含一個(gè)或多個(gè)對象，需要嵌套記錄。

一般需要建立空間索引。第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日4.傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫的比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)連續(xù)性/相關(guān)性不連續(xù)相關(guān)性小連續(xù)較強(qiáng)空間相關(guān)性實(shí)體類型/空間關(guān)系少簡單固定多復(fù)雜且不固定記錄長度結(jié)構(gòu)化等長非結(jié)構(gòu)化不等長查詢與操作文字、數(shù)字文字?jǐn)?shù)字空間圖形返回第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.1.3數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織層次分為四級：數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。1.數(shù)據(jù)項(xiàng)(元素/基本項(xiàng)/字段)：定義數(shù)據(jù)的最小單位2.記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。3.文件：一給定類型的記錄的全部具體值的集合。4.數(shù)據(jù)庫：若干文件的集合。數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。文件數(shù)據(jù)庫field1field2……Record1110ABRecord2115CDRecord389EF……Recordn返回第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日11是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。1、一對一的聯(lián)系(1：1)學(xué)生——學(xué)號(hào)2、一對多的聯(lián)系(1：N)河流——跨河橋梁3、多對多的聯(lián)系(M：N)農(nóng)作物——地理環(huán)境學(xué)生——課程5.1.4數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系A(chǔ)BABABAB返回第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日125.1.5數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型：層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型4.面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型其中應(yīng)用最廣泛的是關(guān)系模型？？？？

第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日13（1）層次數(shù)據(jù)庫模型（HierarchicalModel）是用樹形結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的模型，它將數(shù)據(jù)組織成一對多的聯(lián)系，即一個(gè)父記錄對應(yīng)多個(gè)子記錄，而一個(gè)子記錄只對應(yīng)一個(gè)父記錄。層次關(guān)系，一對多第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日14（1）層次數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點(diǎn)：存取方便且速度快結(jié)構(gòu)清晰，容易理解數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)呆板，數(shù)據(jù)獨(dú)立性差插入和刪除操作復(fù)雜，必須慎用刪除操作，處理低層次對象效率低，難以進(jìn)行反向查詢模擬多對多的聯(lián)系時(shí)導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的冗余不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日15（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型（NetworkModel）網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。沒有明確的從屬關(guān)系學(xué)生甲學(xué)生乙學(xué)生丙學(xué)生丁課程1課程2課程3課程4MIIIabcdefg123456第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日16（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點(diǎn)：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系,數(shù)據(jù)冗余小具有一定的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和共享性缺點(diǎn)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）不支持層次結(jié)構(gòu)的表達(dá)第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日17（3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型（RelationalModel）關(guān)系模型是用二維表來表示實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的模型，它將數(shù)據(jù)組織成規(guī)范化的表格。一個(gè)實(shí)體由若干關(guān)系組成，關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。表而非指針，關(guān)系代數(shù)和關(guān)系運(yùn)算來操縱數(shù)據(jù)圖層多邊形MI，II多邊形ID弧段Ia,b,c,dIIc,e,f,g弧段ID起點(diǎn)終點(diǎn)a12b23c34d41e35f56g64二維關(guān)系表數(shù)據(jù)項(xiàng)（屬性）列column/字段field記錄行row第十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日18（3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特別靈活，使用和維護(hù)方便具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和操作代數(shù)基礎(chǔ)，正反查詢方便能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫大時(shí)，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)耗費(fèi)時(shí)間較多為了用規(guī)范化關(guān)系描述復(fù)雜對象需進(jìn)行不自然分解對空間關(guān)系無法滿足第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日19標(biāo)準(zhǔn)DBMS存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的局限性空間數(shù)據(jù)記錄是變長的（如點(diǎn)數(shù)的可變性），而一般的數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長度設(shè)定為固定在存儲(chǔ)和維護(hù)空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系方面存在著嚴(yán)重缺陷一般都難以實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作不能支持復(fù)雜的圖形功能單個(gè)地理實(shí)體的表達(dá)需要多個(gè)文件、多條記錄，一般的DBMS也難以支持難以保證具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要的復(fù)雜的安全維護(hù)第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日20（4)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型（ObjectOrientedModel）面向?qū)ο螅╫bject-oriented，OO）的概念起源于程序設(shè)計(jì)語言——面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(簡稱OOPL)，強(qiáng)調(diào)對象概念的統(tǒng)一，引入對象、類、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承性機(jī)制。它以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開發(fā)工具為一體，建立OO計(jì)算環(huán)境，配有很強(qiáng)的圖形功能和多窗口用戶界面?；境霭l(fā)點(diǎn)：以對象作為最基本的元素，盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來分析和解決問題。第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日211基本概念對象：面向?qū)ο蟮幕締挝弧ο笫且粋€(gè)擁有屬性、行為和標(biāo)識(shí)符的實(shí)體。對象是類的實(shí)例，對象的屬性和行為在類定義中定義。如電視的屬性有:品牌,尺寸,重量等.操作有:收視,選臺(tái),音量調(diào)節(jié)等類：是具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的對象的集合。消息：是對象之間通信的手段，用來指示對象的操作。方法：是對象接收到消息后應(yīng)采取的動(dòng)作序列的描述。實(shí)例：是由一特定類描述的具體對象。對象具有封裝性、繼承性和多態(tài)性，涉及到分類（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、聯(lián)合（association）、繼承（inheritance）和傳播（propagation）等概念。第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日222面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋虶IS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日233面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型GIS中的地物可根據(jù)國家分類標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H情況劃分類型。如一個(gè)大學(xué)GIS的對象可分為建筑物、道路、綠化、管線等幾大類，地物類型的每一大類又可以進(jìn)一步分類，如建筑物可再分成教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓、圖書館、體育館、教工住宅、學(xué)生宿舍、食堂、后勤服務(wù)建筑等子類，管線可再分為給水管道、污水管道、電信管道、供熱管道、供氣管道等。第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日244面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式特點(diǎn)：巧妙地容納了GIS中拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想，能有效地表達(dá)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達(dá)和處理屬性數(shù)據(jù)時(shí)，又具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。三種實(shí)現(xiàn)方式：擴(kuò)充面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性擴(kuò)充RDBMS，在RDBMS中增加面向?qū)ο蟮奶匦越⑷碌闹С置嫦驅(qū)ο髷?shù)據(jù)模型的OODBMS返回第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日255.2空間數(shù)據(jù)管理5.2.1矢量數(shù)據(jù)的管理5.2.2柵格數(shù)據(jù)的管理第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日265.2.1矢量數(shù)據(jù)的管理對于矢量數(shù)據(jù)，其位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通常是分開組織的?；谖募芾砦募c關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日271.基于文件管理各個(gè)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用程序?qū)?yīng)各自的空間和屬性數(shù)據(jù)文件，當(dāng)兩個(gè)GIS應(yīng)用程序需要的數(shù)據(jù)有相同部分時(shí)，可以提出來作為公共數(shù)據(jù)文件。GIS軟件：MapInfo缺點(diǎn)：1）程序依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時(shí)，應(yīng)用程序也隨之需要改變。2）以文件形式共享，當(dāng)多個(gè)程序共享一數(shù)據(jù)文件時(shí)，文件的修改，需得到所有應(yīng)用的許可。不能達(dá)到真正的共享，即數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄項(xiàng)的共享。第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日282.文件-關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理兩個(gè)子系統(tǒng)分別存儲(chǔ)和檢索空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，使用一種標(biāo)識(shí)符將兩者聯(lián)系起來屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索可靠、有效；缺點(diǎn)：①屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過ID聯(lián)系起來，使查詢運(yùn)算，模型操作運(yùn)算速度慢；②數(shù)據(jù)分布和共享困難；③屬性和圖形數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能；④缺乏表示空間對象及其關(guān)系的能力。GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日29幾何數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)ID數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言O(shè)DBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)數(shù)據(jù)庫開發(fā)第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日303.全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)都采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。本質(zhì)：GIS軟件商在標(biāo)準(zhǔn)DBMS頂層開發(fā)一個(gè)能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。特點(diǎn)：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進(jìn)行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快屬性間接存取效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對象嵌套等復(fù)雜的空間操作GIS軟件：System9，SmallWorld，Geovision等GIS應(yīng)用擴(kuò)展DBMS以容納空間數(shù)據(jù)商用DBMS空間和屬性數(shù)據(jù)庫第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日31全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的本質(zhì)用RDBMS管理圖形數(shù)據(jù)有兩種模式：a、基于關(guān)系模型的方式，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)系數(shù)據(jù)模型組織。由于涉及一系列關(guān)系連接運(yùn)算，費(fèi)時(shí)。

b、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成BinaryBlock字段（多媒體或變長文本）。省去大量關(guān)系連接操作，但BinaryBlock的讀寫效率比定長的屬性字段慢得多，特別涉及對象的嵌套時(shí)，更慢。GIS界面屬性數(shù)據(jù)（定長記錄）空間數(shù)據(jù)（變長記錄）DBMS空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系表二進(jìn)制塊第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日4.對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴(kuò)展的空間對象管理模塊主要解決了空間數(shù)據(jù)的變長記錄的管理，由于由數(shù)據(jù)庫軟件商進(jìn)行擴(kuò)展，效率要比前面所述的二進(jìn)制塊的管理高得多。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(jìn)行擴(kuò)展，使之能直接存儲(chǔ)和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)，如Oracle和Informix等都推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點(diǎn)、線、面、圓、長方形等空間對象的API函數(shù)。用戶不能根據(jù)GIS要求對其進(jìn)行再定義，一般不帶拓?fù)潢P(guān)系。但是它仍然沒有解決對象的嵌套問題，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不能由用戶任意定義，使用上仍然受到一定限制。GIS軟件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS應(yīng)用空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊

商用DBMS空間和屬性數(shù)據(jù)庫擴(kuò)充實(shí)體類型（點(diǎn)、線、面、圓等）第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日335.面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理面向?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)及操作。這樣，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。面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m應(yīng)于空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和管理，它不僅支持變長記錄，而且支持對象的嵌套、信息的繼承與聚集。當(dāng)前已經(jīng)推出了若干個(gè)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也出現(xiàn)一些基于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)，但由于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還不夠成熟，價(jià)格又昂貴，目前在GIS領(lǐng)域還不太通用。相反基于對象--關(guān)系的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是目前GIS空間數(shù)據(jù)管理的主流。第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日345.2.2柵格數(shù)據(jù)的管理影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）三種方式基于文件的影像數(shù)據(jù)庫管理文件結(jié)合數(shù)據(jù)庫影像管理基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日351.文件管理方式目前大部分GIS軟件和遙感圖像處理軟件都是采用文件方式來管理遙感影像數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：大量的圖像元數(shù)據(jù)信息（如圖像類型、攝影日期、攝影比例尺等）需要單獨(dú)建立文件；多數(shù)據(jù)源、多時(shí)相的遙感圖像數(shù)據(jù)間的關(guān)系無法反映；數(shù)據(jù)的安全性、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)共享問題。第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日362.文件-數(shù)據(jù)庫管理方式影像數(shù)據(jù)仍按照文件方式組織管理；在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，每個(gè)文件都有唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)（ID）對應(yīng)影像信息，如文件名稱、存儲(chǔ)路徑等表5.1影像信息數(shù)據(jù)庫表影像名稱塊號(hào)…Image001011001…Image002011002…Image003011003…Image004021001…Image005021002………………第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日373.關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理基于擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫的影像數(shù)據(jù)庫管理是將影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在二進(jìn)制變長字段中，然后應(yīng)用程序通過數(shù)據(jù)訪問接口來訪問數(shù)據(jù)庫中的影像數(shù)據(jù)。同時(shí)影像數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息也存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的表中，二者可以進(jìn)行無縫管理。數(shù)據(jù)庫方式管理影像數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：①所有數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)安全，易于共享。②較方便管理多數(shù)據(jù)源和多時(shí)態(tài)的數(shù)據(jù)。③支持事務(wù)處理和并發(fā)控制，有利于多用戶的訪問與共享。④影像數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)集成到一起，能方便的進(jìn)行交互式查詢。⑤對Client/Server的分布式應(yīng)用支持較好，網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)傳輸速度都有很大提高。⑥影像數(shù)據(jù)訪問只能通過數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)接口訪問，有利于數(shù)據(jù)的一致性和完整性控制，數(shù)據(jù)不會(huì)被隨意移動(dòng)、修改和刪除。⑦支持異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模式，即應(yīng)用程序和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以在不同操作系統(tǒng)平臺(tái)下運(yùn)行。第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日385.3空間數(shù)據(jù)組織5.3.1圖幅數(shù)據(jù)組織在管理空間數(shù)據(jù)時(shí)必須進(jìn)行分幅管理，常見的分幅方式有標(biāo)準(zhǔn)分幅和區(qū)域分幅。第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.3.2空間數(shù)據(jù)的圖庫管理當(dāng)GIS所管理的區(qū)域和所要求的比例尺都比較大時(shí)，如在城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫會(huì)包含大量的圖幅，涉及多個(gè)工作區(qū)及很多工作層的數(shù)據(jù)組織和管理在整個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行眾多圖幅（分區(qū)）、工作層的調(diào)用，圖幅拼接和跨圖幅的剪切、開窗，跨圖幅工作層的漫游、查詢、分析和制圖等在無縫大地圖的方式下，圖庫管理職能通過有效的分幅（分區(qū)）、分層的空間索引，以滿足用戶對具體的局部區(qū)域和專題層的操作、檢索的需要。圖庫管理是海量空間數(shù)據(jù)管理的需要，是大型GIS軟件的必備功能，其管理效率是衡量GIS軟件優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一?？臻g索引和查詢機(jī)制。第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.3.3屬性數(shù)據(jù)組織主要的三種方式如下：⑴與工作層對應(yīng)的組織方式：一個(gè)工作區(qū)對應(yīng)一個(gè)屬性文件，屬性文件建立在工作區(qū)目錄下。Arc/Info采用這種方式⑵與地物類對應(yīng)的組織方式：一個(gè)地物類文件對應(yīng)一個(gè)屬性表⑶混合方式：第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.4空間索引5.4.1對象范圍索引在記錄每個(gè)空間實(shí)體的坐標(biāo)時(shí)，記錄包圍每個(gè)空間實(shí)體的外接矩形的最大最小坐標(biāo)。在檢索空間實(shí)體時(shí)，根據(jù)空間實(shí)體的最大最小范圍，預(yù)先排除那些沒有落入檢索窗口內(nèi)的空間實(shí)體，僅對那些外接矩形落在檢索窗口的空間實(shí)體作進(jìn)一步的判斷,最后檢索出那些真正落入窗口內(nèi)的空間實(shí)體.第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.4.2格網(wǎng)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)體第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.4.3四叉樹空間索引第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日5.4.4R樹和R+樹空間索引R樹空間索引不僅利用單個(gè)實(shí)體的外接矩形，還將空間位置相近的實(shí)體的外接矩形重新組織為一個(gè)更大的虛擬矩形。在構(gòu)造虛擬矩形時(shí)，虛擬矩形方向與坐標(biāo)方位軸一致，同時(shí)滿足以下條件：包含盡可能多的空間實(shí)體；矩形間的重疊率盡可能少；允許在每個(gè)矩形內(nèi)再劃分小矩形。對這些虛擬的矩形建立空間索引，它含有指向所包圍的空間實(shí)體的指針。第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日簡述一種GIS軟件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日6.7元數(shù)據(jù)1.元數(shù)據(jù)的概念元數(shù)據(jù)（Metadata）：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是關(guān)于數(shù)據(jù)和信息資源的描述性信息?？臻g元數(shù)據(jù)（GeospatialMetadata）：地理數(shù)據(jù)和信息資源的描述性信息。它通過對地理空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、條件和其他特征進(jìn)行描述與說明，以便人們有效地定位、評價(jià)、比較、獲取和使用地理空間數(shù)據(jù)。重要性？數(shù)據(jù)是否滿足特定要求？怎樣轉(zhuǎn)換、處理、解釋地理空間數(shù)據(jù)為需要了解更多信息的用戶提供了聯(lián)系信息“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。第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日2.元數(shù)據(jù)的內(nèi)容對數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)所有者及數(shù)據(jù)生產(chǎn)歷史等的說明對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述，如數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性、分辨率、源數(shù)據(jù)的比例尺等對數(shù)據(jù)處理信息的說明，如量綱的轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述對數(shù)據(jù)庫的更新、集成方法等的說明第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.元數(shù)據(jù)的主要作用（1）幫助用戶獲取數(shù)據(jù)：通過元數(shù)據(jù)，用戶可對空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行瀏覽、檢索和研究等。一個(gè)完整的地學(xué)數(shù)據(jù)庫除應(yīng)提供空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)外，還應(yīng)提供豐富的引導(dǎo)信息，以及由純數(shù)據(jù)得到的分析、綜述和索引等?！斑@些數(shù)據(jù)是什么數(shù)據(jù)？”“這個(gè)數(shù)據(jù)庫對我有用嗎？”“這是我需要的數(shù)據(jù)嗎？”“怎樣得到這些數(shù)據(jù)”第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.元數(shù)據(jù)的主要作用（2）空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：標(biāo)準(zhǔn)部分——數(shù)據(jù)質(zhì)量信息元數(shù)據(jù)中包涵了大量的有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息，通過它可以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量；元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過程中質(zhì)量的變化，通過跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的狀況和變化。第五十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.元數(shù)據(jù)的主要作用（3）在數(shù)據(jù)集成中的應(yīng)用：元數(shù)據(jù)記錄了數(shù)據(jù)格式、空間坐標(biāo)體系、數(shù)據(jù)的表達(dá)形式、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)使用軟硬件環(huán)境、數(shù)據(jù)使用規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等信息。這些信息在數(shù)據(jù)集成的一系列處理中，如數(shù)據(jù)空間匹配、屬性一致化處理、數(shù)據(jù)在各平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)換使用中都是必需的。第五十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日3.元數(shù)據(jù)的主要作用（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和功能實(shí)現(xiàn)：元數(shù)據(jù)系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)庫的管理，可以避免數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)；通過元數(shù)據(jù)建立的邏輯數(shù)據(jù)索引可以高效查詢檢索分布式數(shù)據(jù)庫中任何物理存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，減少用戶查詢數(shù)據(jù)庫及獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間；通過元數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和系統(tǒng)資源利用方面開支的合理分配，降低數(shù)據(jù)庫的建設(shè)費(fèi)用。第五十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日4.空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)我國地理信息--元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系第五十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日(1)總體內(nèi)容空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)由兩層組成，第一層是目錄層，它所提供的信息主要用于對數(shù)據(jù)集信息進(jìn)行宏觀描述，適合在數(shù)字地球的國家級空間信息交換中心或區(qū)域以及全球范圍內(nèi)管理和查詢空間信息時(shí)使用。第二層是空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的主體，它由八個(gè)基本內(nèi)容部分和四個(gè)引用部分組成基本內(nèi)容部分包括1標(biāo)識(shí)信息、2數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、3數(shù)據(jù)集繼承信息、4空間數(shù)據(jù)表示信息、5空間參考系信息、6實(shí)體和屬性信息、7發(fā)行信息、以及8空間元數(shù)據(jù)參考信息等八個(gè)方面的內(nèi)容。四個(gè)引用部分包括1引用信息、2時(shí)間范圍信息、3聯(lián)系信息以及4地址信息。第五十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日(2)標(biāo)準(zhǔn)部分標(biāo)識(shí)信息（IdentificationInformation）：是關(guān)于地理空間數(shù)據(jù)集的基本信息。數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對有關(guān)數(shù)據(jù)集的基本信息進(jìn)行詳細(xì)的描述，諸如數(shù)據(jù)集的名稱、作者信息、所采用的語言、數(shù)據(jù)集環(huán)境、專題分類、訪問限制等，同時(shí)用戶也可以根據(jù)這些內(nèi)容對數(shù)據(jù)集有一個(gè)總體了解。數(shù)據(jù)質(zhì)量信息（DataQualityInformation）：是對空間數(shù)據(jù)集質(zhì)量進(jìn)行總體評價(jià)的信息。有關(guān)數(shù)據(jù)集的幾何精度和屬性精度等方面的信息，數(shù)據(jù)集在邏輯上是否一致以及它的完備性，這是用戶對數(shù)據(jù)集進(jìn)行判斷以及決定數(shù)據(jù)集是否滿足需要的主要判斷依據(jù)。數(shù)據(jù)生產(chǎn)者也可以通過這部分內(nèi)容對數(shù)據(jù)集質(zhì)量評價(jià)的方法和過程進(jìn)行詳細(xì)的描述。第五十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日(2)標(biāo)準(zhǔn)部分?jǐn)?shù)據(jù)集繼承信息（DatasetHeritageInformation）：是建立該數(shù)據(jù)集時(shí)所涉及的有關(guān)事件、參數(shù)、數(shù)據(jù)源等的信息，以及負(fù)責(zé)這些數(shù)據(jù)集的組織機(jī)構(gòu)信息。對建立數(shù)據(jù)集的中間過程有一個(gè)詳細(xì)的描述。比如當(dāng)一幅數(shù)字專題地圖的建立經(jīng)過了航片判讀、清繪、掃描、數(shù)字地圖編輯以及驗(yàn)收等過程時(shí)，應(yīng)對每一過程有一個(gè)簡要描述，使用戶對數(shù)據(jù)集的建立過程比較清晰，也使數(shù)據(jù)集每一過程的責(zé)任比較清楚?？臻g數(shù)據(jù)表示信息（SpatialDataRepresentationInformation）：是數(shù)據(jù)集中用來表示空間信息的方式的描述，如空間數(shù)據(jù)類型、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量對象描述、柵格對象描述等內(nèi)容，它是決定數(shù)