第7講-空間數(shù)據(jù)管理

環(huán)境信息系統(tǒng)

重慶三峽學(xué)院環(huán)化學(xué)院GIS1緒論2地理空間3空間表達(dá)4GIS的數(shù)據(jù)獲取與處理5空間數(shù)據(jù)管理

6空間分析7GIS的輸出與數(shù)字制圖5空間數(shù)據(jù)管理

5.1空間數(shù)據(jù)庫5.2空間數(shù)據(jù)的組織5.3空間信息查詢4地理信息系統(tǒng)與一般管理信息系統(tǒng)的比較(一)兩者區(qū)別

1）在硬件上，為了處理圖形和圖像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要配置專門的輸入和輸出設(shè)備，如數(shù)字化儀、繪圖機(jī)、圖形圖像的顯示設(shè)備等；許多野外實(shí)地采集和臺站的觀測所得到的資源信息是模擬量形式，系統(tǒng)還需要配置模——數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，這些設(shè)備往往超過中央處理機(jī)的價格，體積也比較大。2）在軟件上，則要求研制專門的圖形和圖像數(shù)據(jù)的分析算法和處理軟件，這些算法和軟件又直接和數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫的管理方法有關(guān)。53）在信息處理的內(nèi)容和采用目的方面，一般的管理信息系統(tǒng)，主要是查詢檢索和統(tǒng)計分析，處理的結(jié)果，大多是制成某種規(guī)定格式的表格數(shù)據(jù)，而地理信息系統(tǒng)，除了基本的信息檢索和統(tǒng)計分析外，主要用于分析研究資源的合理開發(fā)利用，制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，地區(qū)的綜合治理方案，對環(huán)境進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)視和預(yù)測預(yù)報，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的決策提供科學(xué)依據(jù)，為生產(chǎn)實(shí)踐提供信息和指導(dǎo)。地理信息系統(tǒng)與一般管理信息系統(tǒng)的比較6(二)兩者共同處兩者都是以計算機(jī)為核心的信息處理系統(tǒng)，都具有數(shù)據(jù)量大和數(shù)據(jù)之間關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，也都隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展在不斷的改進(jìn)和完善。比較起來，商用的管理信息系統(tǒng)發(fā)展快，用戶數(shù)量大，而且已有定型的軟件產(chǎn)品可供選用，這也促進(jìn)了軟件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。地理信息系統(tǒng)，由于上述一些特點(diǎn)，多是根據(jù)具體的應(yīng)用要求專門設(shè)計，數(shù)據(jù)格式和組織管理方法各不相同。

地理信息系統(tǒng)與一般管理信息系統(tǒng)的比較5.1空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機(jī)內(nèi)的、有組織的，服務(wù)于一定目的的數(shù)據(jù)集。計算機(jī)對數(shù)據(jù)的管理到目前為止，共經(jīng)歷了四個階段：程序管理階段，數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序一同存在。文件管理階段，數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序獨(dú)立。（數(shù)據(jù)間無明顯關(guān)系）數(shù)據(jù)庫管理階段，數(shù)據(jù)和應(yīng)用獨(dú)立（邏輯獨(dú)立），數(shù)據(jù)庫和存儲設(shè)備獨(dú)立（物理獨(dú)立）。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)之間建立了聯(lián)系。數(shù)據(jù)面向操作組織。數(shù)據(jù)倉庫階段，數(shù)據(jù)經(jīng)過重構(gòu)、融合等，面向主題組織，服務(wù)于決策5.1空間數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫可以看作是與現(xiàn)實(shí)世界有一定相似性的模型，是認(rèn)識世界的基礎(chǔ)，是集中、統(tǒng)一地存儲和管理某個領(lǐng)域信息的系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)據(jù)間的自然聯(lián)系而構(gòu)成，數(shù)據(jù)較少冗余，且具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，能為多種應(yīng)用服務(wù)?，F(xiàn)實(shí)世界到數(shù)字世界的轉(zhuǎn)換5.1空間數(shù)據(jù)庫5.1.1GIS數(shù)據(jù)庫（空間數(shù)據(jù)庫）定義

——是某區(qū)域關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合。

與一般數(shù)據(jù)庫相比，空間數(shù)據(jù)庫具有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量特別大（NASA的對地觀測系統(tǒng)（EOS）每天要產(chǎn)生1TB的數(shù)據(jù)）具有地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用面相當(dāng)廣空間分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）是在文件處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的系統(tǒng)。DBMS在用戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件之間起到了橋梁作用。DBMS的最大優(yōu)點(diǎn)是提供了兩者之間的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，即應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)文件時，不必知道數(shù)據(jù)文件的物理存儲結(jié)構(gòu)。當(dāng)數(shù)據(jù)文件的存儲結(jié)構(gòu)改變時，不必改變應(yīng)用程序。

5.1空間數(shù)據(jù)庫GIS中的數(shù)據(jù)大多是地理數(shù)據(jù)，具有類型多樣、各類型實(shí)體之間關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大、每個線狀或面狀地物的字節(jié)不等長等特點(diǎn)。因而采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理地理空間數(shù)據(jù)存在明顯的不足:傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小的數(shù)字和字符；而地理空間數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的實(shí)體類型較少，并且實(shí)體類型之間通常只有簡單、固定的空間關(guān)系；傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存貯的數(shù)據(jù)通常為等長記錄的數(shù)據(jù)；傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息；而空間數(shù)據(jù)庫中需要有大量的空間數(shù)據(jù)操作和查詢。5.1空間數(shù)據(jù)庫5.1.2GIS空間數(shù)據(jù)庫模型

目前，大多數(shù)商品化的GIS軟件都不是采取傳統(tǒng)的某一種數(shù)據(jù)模型，也不是摒棄傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，而是采用建立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）基礎(chǔ)上的綜合數(shù)據(jù)模型。5.1空間數(shù)據(jù)庫5.1.2GIS空間數(shù)據(jù)庫模型空間數(shù)據(jù)庫管理模式（模型）

（1）混合結(jié)構(gòu)模式（hybridmodel）

基本思想：兩個子系統(tǒng)分別存儲空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。記錄之間通過關(guān)鍵字聯(lián)系。在檢索時必須同時詢問2個子系統(tǒng)，然后將它們的回答結(jié)合起來。（很難保證2個存儲子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、操作的統(tǒng)一）屬于這種模型的GIS軟件：ARC/INFO、MGE、SICARD、GENEMAPGISRDBMSSDBMS5.1空間數(shù)據(jù)庫5.1.2GIS空間數(shù)據(jù)庫模型空間數(shù)據(jù)庫管理模式

（2）擴(kuò)展結(jié)構(gòu)模式（extendedmodel）

基本思想：采用統(tǒng)一的RDBMS存儲空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，擴(kuò)展RDBMS的空間管理功能。通常在標(biāo)準(zhǔn)RDBMS上附加空間數(shù)據(jù)管理層，利用該層將GeoSQL轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言。屬于這種模型的GIS軟件：SYSTEM9、SMALLWORLDGIS屬性數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)擴(kuò)展層（標(biāo)準(zhǔn)RDBMS）5.1空間數(shù)據(jù)庫5.1.2GIS空間數(shù)據(jù)庫模型空間數(shù)據(jù)庫管理模式

（3）統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型（integratedmodel）

基本思想：不是基于標(biāo)準(zhǔn)RDBMS，而是在開放的DBMS基礎(chǔ)上擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)表達(dá)功能，空間擴(kuò)展部分完全容入DBMS?？臻g數(shù)據(jù)處理可擴(kuò)展DBMS屬于這種模型的軟件：TIGRIS(intergraph)、GEO等5.1空間數(shù)據(jù)庫

由于地理空間數(shù)據(jù)的多源性，就決定了地理空間數(shù)據(jù)庫的多樣性。地理信息數(shù)據(jù)來自完全不同的領(lǐng)域和部門，數(shù)據(jù)的形式有圖形、圖像、文字、統(tǒng)計等多種類別。目前地理空間數(shù)據(jù)庫包括如下幾種“分立”的子數(shù)據(jù)庫。以DTM、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為代表的網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫。以地形內(nèi)容為代表的地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為代表的專題數(shù)據(jù)庫。以遙感圖像數(shù)據(jù)為代表的柵格數(shù)據(jù)庫。5.1.3

地理空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容5.1多樣性空間數(shù)據(jù)庫5.1.4

地理空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

了解用戶需求

確定研究區(qū)域范圍組織和描述數(shù)據(jù)

分區(qū)

數(shù)據(jù)輸入5.2空間數(shù)據(jù)的組織空間數(shù)據(jù)是分層進(jìn)行組織的5.2.1空間數(shù)據(jù)分層的方法按專題分層按時間序列分層以地面垂直高度分層5.2空間數(shù)據(jù)的組織數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織方式一般采用邏輯分級。

數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)項(xiàng)組、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫文件記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)組邏輯數(shù)據(jù)單位之間的關(guān)系5.2.2數(shù)據(jù)組織的分級數(shù)據(jù)項(xiàng)：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項(xiàng)、字段等。記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。文件：是一給定類型的(邏輯)記錄的全部具體值的集合。數(shù)據(jù)庫：是比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。22數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)組記錄文件數(shù)據(jù)庫最基本的不可分割的數(shù)據(jù)單位,具有獨(dú)立的邏輯意義邏輯上具有某種共同標(biāo)志的若干數(shù)據(jù)項(xiàng)組成的數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)項(xiàng)組集合,對文件進(jìn)行存取操作的基本單位給定類型邏輯記錄的全部具體值的集合文件的集合，文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在23數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。1、一對一的聯(lián)系(1：1)2、一對多的聯(lián)系(1：N)3、多對多的聯(lián)系(M：N)A

BAB5.2空間數(shù)據(jù)的組織5.2.3數(shù)據(jù)庫中圖幅的組織方法

GIS中的海量空間數(shù)據(jù)庫是以圖幅為單位進(jìn)行管理的。即按圖幅將大區(qū)域空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。一般采用經(jīng)緯線分幅或規(guī)則矩形分幅。經(jīng)緯線分幅矩形分幅25空間數(shù)據(jù)庫查詢條件屬性限制空間拓?fù)湎拗贫呓Y(jié)合GIS軟件查詢結(jié)果統(tǒng)計結(jié)果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫查詢方式圖形--屬性空間查詢語言閃爍、顏色等明顯表示空間查詢定義:

在GIS中根據(jù)一定的圖形條件或?qū)傩詶l件或兩者的結(jié)合條件,檢索出對應(yīng)的空間對象的屬性或圖形的一種工具。5.3空間信息查詢26一、空間查詢的方式1、給出圖形信息：如鼠標(biāo)點(diǎn)取，拉框等方式。1）檢索其相應(yīng)屬性；2）檢索其空間拓?fù)潢P(guān)系

2、給出屬性特征條件1）檢索對應(yīng)的空間實(shí)體2）查詢屬性單純查詢：單純地查詢屬性，或只查詢空間拓?fù)潢P(guān)系聯(lián)合查詢：將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)合查詢。27二、空間數(shù)據(jù)查詢種類

1、幾何參數(shù)查詢：包括點(diǎn)的位置坐標(biāo)，兩點(diǎn)間的距離，一個或一段線目標(biāo)的長度，一個面目標(biāo)的周長或面積等。

實(shí)現(xiàn)：查詢屬性庫或空間計算28二、空間數(shù)據(jù)查詢種類

2、空間定位查詢（圖形查詢屬性）：給定一個點(diǎn)或一個幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對象及其屬性。1）按點(diǎn)查詢：

給定一個鼠標(biāo)點(diǎn)，查詢離它最近的對象及屬性---點(diǎn)的捕捉。2）開窗查詢----按矩形、圓、多邊形查詢

分為該窗口包含和穿過的區(qū)別。實(shí)現(xiàn)：根據(jù)空間索引，檢索哪些對象可能位于該窗口，然后根據(jù)點(diǎn)、線、面在查詢開窗內(nèi)的判別計算，檢索到目標(biāo)。--空間運(yùn)算方法

MapInfo軟件中圖形查屬性的表達(dá)方式293、空間關(guān)系查詢通過空間關(guān)系查詢和定位空間實(shí)體是地理數(shù)據(jù)庫不同于一般數(shù)據(jù)庫的功能之一。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50km（空間距離關(guān)系）;城市人口大于100萬（屬性信息查詢）；A12BC303、空間關(guān)系查詢A12BC·1）相鄰分析檢索面面查詢?nèi)缗c某個多邊形相鄰的多邊形有哪些·面線查詢?nèi)缒硞€多邊形的邊界有哪些線·面點(diǎn)查詢?nèi)缒硞€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（穿過）的多邊形有哪些，某條鏈的左、右多邊形是哪些·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。·點(diǎn)面查詢?nèi)缒硞€點(diǎn)落在哪個多邊形內(nèi)?！c(diǎn)線查詢?nèi)缒硞€結(jié)點(diǎn)由哪些線相交而成。

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322）相關(guān)分析檢索（不同要素類型之間的關(guān)系）--通過檢索拓?fù)潢P(guān)系線—面（我國邊境線總長度）點(diǎn)—線（自來水GIS中，與某閥門相關(guān)的水管）;

點(diǎn)—面查詢某個面狀地物所包含的空間對象。3）包含關(guān)系查詢—查詢某個面狀地物所包含的空間對象。同層包含：可直接查詢拓?fù)潢P(guān)系表來實(shí)現(xiàn),如某省的下屬地區(qū).

不同層包含：實(shí)質(zhì)是疊置分析檢索，通過多邊形疊置分析技術(shù)，只檢索出在窗口界限范圍內(nèi)的地理實(shí)體，窗口外的實(shí)體作裁剪處理。如某省的湖泊分布，沒有建立拓?fù)?，?shí)質(zhì)是疊置分析檢索，通過多邊形疊置分析技術(shù)，只檢索出在窗口界限范圍內(nèi)的地理實(shí)體，窗口外的實(shí)體作裁剪處理。334）穿越查詢

采用空間運(yùn)算的方法執(zhí)行，根據(jù)一個線目標(biāo)的空間坐標(biāo)，計算哪些面或線與之相交

5）落入查詢

一個空間對象落入哪個空間對象之內(nèi)?！臻g運(yùn)算

6）緩沖區(qū)查詢

根據(jù)用戶給定的一個點(diǎn)、線、面緩沖的距離，從而形成一個緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索原理，檢索該緩沖區(qū)內(nèi)的空間實(shí)體。

7）邊沿匹配檢索

空間查詢在多幅地圖的數(shù)據(jù)文件之間進(jìn)行，

這時需應(yīng)用邊沿匹配處理技術(shù)。(3)穿越查詢長江所經(jīng)過的縣市距黃河150公里范圍內(nèi)的主要城市344、屬性查詢1）

查找僅選擇一個屬性表，給定一個屬性值，找出對應(yīng)的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個屬性表，用戶任意點(diǎn)取記錄，對應(yīng)的圖形以高亮顯示。

實(shí)現(xiàn)：執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢語言，找到滿足要求的記錄，得到它的目標(biāo)標(biāo)識，再通過目標(biāo)標(biāo)識在圖形數(shù)據(jù)文件中找到對應(yīng)的空間對象，并顯示出來。

2）SQL查詢

Select屬性項(xiàng)From屬性表Where條件or條件and條件

實(shí)現(xiàn)：交互式選擇各項(xiàng)，輸入后，系統(tǒng)再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的SQL，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)執(zhí)行或ODBCC語言執(zhí)行，得到結(jié)果，提取目標(biāo)標(biāo)識，在圖形文件中找到空間對象，并顯示。

SelectfromwhereGIS中SQL查詢例1GIS中SQL查詢例2查世界地圖屬性表中有多少國家?總?cè)丝?總面積?多表連接查詢?nèi)绮槌雒绹貓D數(shù)據(jù)中總?cè)丝诖笥?000萬且州府人口大于20萬的州。

SELECT*FROMStates,StatecapWHERE

States.state=Statecap

.Stateand

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