第5講-空間數(shù)據(jù)組織與空間數(shù)據(jù)庫(kù)-加密

第五講空間數(shù)據(jù)組織

與空間數(shù)據(jù)庫(kù)5.1空間數(shù)據(jù)組織5.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)5.3空間數(shù)據(jù)索引5.4空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)5.5Geodatabase空間數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介2空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過(guò)程現(xiàn)實(shí)世界空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)?y-axisx-axis數(shù)據(jù)組織35.1空間數(shù)據(jù)的組織方式數(shù)據(jù)分層式(DataLayer)空間分區(qū)式(DataTiling)實(shí)體式(EntityBased)面向?qū)ο笫?ObjectOriented)

依照不同應(yīng)用目的及數(shù)據(jù)類(lèi)型，將資料以適合的組織方式儲(chǔ)存，并依某種連接方式架構(gòu)成一個(gè)適合于存取及管理的結(jié)構(gòu)體。4一、數(shù)據(jù)分層式(DataLayer)將同區(qū)域的數(shù)據(jù)分成不同的類(lèi)型或?qū)蛹?jí)儲(chǔ)存，例如依不同地類(lèi)、專(zhuān)題、年代等，各儲(chǔ)存類(lèi)別稱(chēng)作“圖層”

；傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖通常依不同的專(zhuān)題，如人口分布圖、地質(zhì)圖、地形圖等，來(lái)表現(xiàn)不同的人文活動(dòng)或是地表現(xiàn)象，這些圖稱(chēng)作專(zhuān)題圖(ThematicMap)；目前大多GIS數(shù)字圖則以數(shù)據(jù)項(xiàng)目分層，稱(chēng)作數(shù)據(jù)層(DataLayer)，但也常被稱(chēng)作圖層或?qū)ｎ}圖層。5層：空間數(shù)據(jù)處理的一個(gè)工作單元，不同的系統(tǒng)工作處理層方式不同；邏輯層：當(dāng)一個(gè)層所包含的內(nèi)容太多（如管線層），為了方便于顯示、制圖和查詢，對(duì)其中的部分要素定義邏輯層，邏輯層不改變存儲(chǔ)關(guān)系，僅建立對(duì)照表，每個(gè)邏輯層包含了哪些指向地物類(lèi)的指針；水系水庫(kù)河流湖泊水井邏輯層6按專(zhuān)題分層每層對(duì)應(yīng)一種專(zhuān)題7按專(zhuān)題分層每層對(duì)應(yīng)一類(lèi)專(zhuān)題要素8按時(shí)間分層每層對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間段。2000年1970年1980年1990年1985年9按垂直高度分層每層對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的高度。井下四水平地面井下一水平井下二水平井下三水平10分層方式優(yōu)缺點(diǎn)：這種方式是目前頗為普遍的數(shù)據(jù)組織方法，方便使用者選擇合適的數(shù)據(jù)，適合與柵格或矢量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，目前大多數(shù)GIS軟件采用這一方法。其缺點(diǎn)是層與層之間的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)層疊置(Overlay)處理才能關(guān)聯(lián)在一起，在疊置處理中，對(duì)柵格數(shù)據(jù)常需要大量存儲(chǔ)空間來(lái)完成操作，而矢量數(shù)據(jù)則需大量的計(jì)算處理。同一圖層內(nèi)的圖形數(shù)據(jù)的空間關(guān)系較為簡(jiǎn)單并易于處理，但不同圖層之間的空間關(guān)系難以處理。11二、數(shù)據(jù)分區(qū)式(DataTiling)將大規(guī)模區(qū)域的數(shù)據(jù)劃分為若干規(guī)則或不規(guī)則的小區(qū)域（工作區(qū)）來(lái)存儲(chǔ)。傳統(tǒng)地圖也通常采用這一方法來(lái)分區(qū)記錄，它的劃分稱(chēng)作圖幅

(Mapsheet)。為了不使數(shù)據(jù)量太大而影響數(shù)據(jù)讀取的效率，也常以分區(qū)方式來(lái)存儲(chǔ)GIS數(shù)據(jù)。12數(shù)據(jù)分區(qū)式示意圖13按圖幅組織BR012-5-2BS012-5-1BS012-5-2BR012-5-4BS012-5-3BS012-5-4BR011-5-2BS011-5-2BS011-5-214圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)的組織工作區(qū)行政邊界道路水系居民地土地覆蓋土壤……工作區(qū)：一個(gè)或多個(gè)圖幅覆蓋的范圍15優(yōu)缺點(diǎn)：分區(qū)式與分層式可同時(shí)采用，并不沖突。分區(qū)式也是目前大部份商業(yè)軟件所采用的方法，適合與柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)量大的系統(tǒng)中，分區(qū)方法可提高數(shù)據(jù)存取的效率。圖幅或區(qū)塊間的銜接問(wèn)題是分區(qū)法最大的困擾，尤其在空間數(shù)據(jù)查詢、分析操作時(shí)更是這樣。16三、實(shí)體方式(EntityBased)以人所認(rèn)知的實(shí)體(Entity)或?qū)ο?Object)為組織單元；GIS之精神所在；目前大多GIS都以點(diǎn)、線、面要素為單元，代表二維空間的實(shí)體，例如以點(diǎn)代表城市、學(xué)校或單位等；以線代表道路、河流、或電力線等；以面代表行政區(qū)域、湖泊或地籍宗地等。17點(diǎn)號(hào)xyP1183.2256.7P2112.098.3P3211.3356.7P4115.4241.3P4P3P1P1點(diǎn)號(hào)名稱(chēng)校長(zhǎng)學(xué)生人數(shù)校園面積(公頃)教師人數(shù)P1寧海中學(xué)張三26722.12123P2二十九中李四61571.18254P3東南大學(xué)附中王五21653.55102P4南師附中林六18312.6395空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)18實(shí)體方式的優(yōu)缺點(diǎn)：該組織法符合人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界空間現(xiàn)象的認(rèn)知，同時(shí)便于與空間關(guān)系以及屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系，而形成所謂的實(shí)體關(guān)系(Entity-Relationship)數(shù)據(jù)組織模式，因此適合于空間數(shù)據(jù)的查詢分析和空間關(guān)系的推導(dǎo)?？膳浜戏謪^(qū)及分層的方式來(lái)建立效率高并符合GIS操作的數(shù)據(jù)組織方式。由于人對(duì)地物或現(xiàn)象的認(rèn)知或推理會(huì)隨數(shù)據(jù)或應(yīng)用的目的而改變，因此并無(wú)固定或標(biāo)準(zhǔn)的程序來(lái)把數(shù)據(jù)以實(shí)體的方式組織。19四、面向?qū)ο笫?ObjectOriented）除了將數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)體化以外，并將相同性質(zhì)或相關(guān)聯(lián)的對(duì)象(Object)的數(shù)據(jù)及處理方法(Method)封裝在類(lèi)(Class)中，而這些對(duì)象和類(lèi)應(yīng)符合O-O的原則，如：封裝(Encapsulation)聚合(Classes)繼承(Inheritance)多態(tài)性(Polymorphism)20對(duì)象2對(duì)象1Oid屬性，方法object1object221優(yōu)缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)的組織最為嚴(yán)密，而且更符合人對(duì)實(shí)際空間現(xiàn)象的認(rèn)知，可加強(qiáng)計(jì)算機(jī)以擬人化方式來(lái)完成空間查詢、分析、甚至推理的功能，是未來(lái)智慧型GIS追求的目標(biāo)。雖然面向?qū)ο蟮慕M織形式可能讓使用者感覺(jué)更舒適，但其數(shù)據(jù)組織的設(shè)計(jì)及建立卻十分復(fù)雜，在GIS的維護(hù)和管理上更需要依賴專(zhuān)業(yè)人才。目前尚無(wú)面向?qū)ο笫綌?shù)據(jù)組織的商用GIS開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。22五、屬性數(shù)據(jù)的組織雖然屬性數(shù)據(jù)可由RDMS管理，但不同GIS的實(shí)現(xiàn)策略不同:ARC/INFO：屬性存儲(chǔ)在coverage目錄之下，在工作區(qū)目錄下，通常有一個(gè)記錄屬性數(shù)據(jù)文件信息包括目錄路徑的文件，而且，一個(gè)Coverage僅有一個(gè)AAT或PAT表，還支持按每個(gè)地物類(lèi)建立擴(kuò)展屬性表，通過(guò)PAT或AAT連接；MGE：一個(gè)地物類(lèi)對(duì)應(yīng)于一個(gè)屬性表文件，而且所有屬性文件都在工程目錄下，不要求每個(gè)地物類(lèi)都具有屬性；Geostar：一個(gè)地物類(lèi)有一個(gè)屬性表，或多個(gè)地物類(lèi)公用一個(gè)屬性表。一個(gè)屬性文件包含了工程內(nèi)所有同類(lèi)空間對(duì)象的屬性；23245.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)一、空間數(shù)據(jù)的特征空間特征非結(jié)構(gòu)化特征空間關(guān)系特征分類(lèi)編碼特征海量數(shù)據(jù)特征25二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建模式幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于同一文件；兩個(gè)分離的數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)存儲(chǔ)幾何數(shù)據(jù)，另一個(gè)存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)；同一數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)存儲(chǔ)幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；一個(gè)幾何數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)連接若干不同的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)；若干個(gè)幾何數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)鏈結(jié)形成一個(gè)數(shù)據(jù)。26幾何和屬性

數(shù)據(jù)文件文件管理GIS工具文件管理模式27用戶接口GIS工具管理幾何數(shù)據(jù)的軟件商業(yè)化

DBMS屬性數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)坐標(biāo)文件

IDX,Y,Z屬性文件

ID屬性拓?fù)湮募?/p>

IDLink幾何數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理模式：RDBMS+文件28用戶接口GIS工具擴(kuò)展的

商業(yè)DBMS幾何和屬性數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)坐標(biāo)文件

IDX,Y,Z拓?fù)湮募?/p>

IDLink屬性文件

ID屬性一體化空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式129用戶接口GIS工具定制的專(zhuān)門(mén)DBMS幾何和屬性數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)坐標(biāo)文件

IDX,Y,Z拓?fù)湮募?/p>

IDLink屬性文件

ID屬性一體化空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式230基于文件的空間數(shù)據(jù)庫(kù)基于數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)CoveragesOracleShapefilesOraclewithSpatialGridsDB2withitsSpatialTypeTINsInformixwithitsSpatialTypeImages（各種格式的）SQLServerVectorProductFormat(VPF)filesPersonalGeodatabases（微軟的Access）CAD文件

EnterpriseGeodatabases表（各種格式的）

31獨(dú)立的空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)模式32單中心集中式33聯(lián)合方式34數(shù)據(jù)庫(kù)1數(shù)據(jù)庫(kù)2數(shù)據(jù)庫(kù)3用戶分布式數(shù)據(jù)庫(kù)35空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)地形要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字正射影像圖數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)四、空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)36

數(shù)字柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)（DRG）

數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)（DEM）

數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)（DOM）

矢量地形要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（DLG）

專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)（TD）

元數(shù)據(jù)庫(kù)（MD）等高線

道路

水系

境界

居民地

其它要素

空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型示意圖37空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)在線運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)成果數(shù)據(jù)在線數(shù)據(jù)DRGDEMDOMDLGTDMD成果管理數(shù)據(jù)庫(kù)歷史數(shù)據(jù)38五、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理文件＋關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)象——關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)39文件

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理方案屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索比較可靠、有效；幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫(kù)要遜色得多。空間數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，MGE，GenMap等幾何數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)ID數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫(kù)早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)語(yǔ)言O(shè)DBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)40全關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)管理方案屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時(shí)采用關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進(jìn)行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對(duì)象嵌套等復(fù)雜的空間操作GIS軟件：System9，SmallWorld、Geovision

等，數(shù)據(jù)庫(kù)OracleSpatialGIS界面屬性數(shù)據(jù)（定長(zhǎng)記錄）空間數(shù)據(jù)（變長(zhǎng)記錄）DBMS空間數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系表二進(jìn)制塊41對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理方案采用對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型，對(duì)現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，增加空間數(shù)據(jù)類(lèi)型；將空間坐標(biāo)存在變長(zhǎng)記錄中，解決了空間數(shù)據(jù)變長(zhǎng)記錄的存儲(chǔ)問(wèn)題，由數(shù)據(jù)庫(kù)軟件商開(kāi)發(fā)，效率較高；用戶不能根據(jù)GIS要求進(jìn)行空間對(duì)象的再定義，因而不能將設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，沒(méi)有解決數(shù)據(jù)的嵌套記錄問(wèn)題；建立高效的空間索引；GIS軟件：ARCGISSDE，MapInfo:Spatialware等GIS界面空間數(shù)據(jù)處理DBMS空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)充實(shí)體類(lèi)型（點(diǎn)、線、面、圓等）425.3空間數(shù)據(jù)的索引43

1200013000W4314000

13000

12000

11000

10000

W41

W42W44W45

W31

W32W33

W35W21W22W23

W24

W25

W11

W12W13W14W15

11000120001300014000100001300014000

W341500044空間索引概念空間索引（SpatialIndex）就是指依據(jù)空間實(shí)體的位置和形狀或空間實(shí)體之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)文件，其中包含空間實(shí)體的概要信息，如實(shí)體的標(biāo)識(shí)符、外接矩形及指向空間實(shí)體的指針。GIS中引入空間索引的必要性作為一種輔助性的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，空間索引界于空間操作算法和空間實(shí)體之間，它通過(guò)篩選作用使大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的空間實(shí)體被排除，從而提高空間數(shù)據(jù)查詢和提取的速度和效率。常見(jiàn)空間索引方法通常采用自上而下，逐級(jí)劃分空間的方式來(lái)建立索引：實(shí)體（對(duì)象）范圍索引格網(wǎng)索引四叉樹(shù)索引R樹(shù)和R+樹(shù)索引CELL樹(shù)索引45一、實(shí)體范圍索引A查詢窗口BCEFD46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(méi)有落入檢索窗口內(nèi)的空間實(shí)體，僅對(duì)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。這種方法沒(méi)有建立真正的空間索引文件，而是在存儲(chǔ)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)文件中增加了外接矩形的最大和最小坐標(biāo)，它主要依靠空間計(jì)算來(lái)進(jìn)行判別。ARCVIEW就是采用實(shí)體范圍索引的。47IDXmaxXminYmaxYmin1…………2…………3………………………4XmaxXminYminYmax空間實(shí)體集合123456檢索窗口YNXWXEYSXmax≥XEORXmin≤XWORYmax≥YNORYmin≤YS空間對(duì)象不被檢索XW≤Xmax，Xmin≤XEANDYS≤Ymax，Ymin≤YN空間對(duì)象被檢索YNXWXEYS236實(shí)例：48二、格網(wǎng)索引ARCSDE采用的多級(jí)格網(wǎng)索引49

2123293153556163202228305254606217192527495157591618242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042GAFDCBPeano碼實(shí)體7B14F15F25A26F32D33D35D,G37F38D39F48F50F54C55C60C實(shí)體Peano碼A25-25B7-7C54-55C60-60D32-33D35-35D38-38F14-15F26-26F37-37F39-39F48-48F50-50G35-35實(shí)體索引表空間索引表基于Peano碼的格網(wǎng)索引50基于Peano碼的空間索引將覆蓋整個(gè)研究區(qū)的范圍按照一定的規(guī)則劃分成大小相等的格網(wǎng)，然后記錄每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)所包含的空間實(shí)體，為了便于建立空間索引的線性表，將每個(gè)格網(wǎng)按Morton碼或稱(chēng)Peano碼進(jìn)行編碼，建立Peano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。按格網(wǎng)法對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行索引時(shí)，所劃分的格網(wǎng)數(shù)不能太多，否則，索引表本身太大而不利于數(shù)據(jù)的索引和檢索。51三、四叉樹(shù)空間索引

5E

7

13

G15

B

4F

6

12

14

1A

3

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0

2

8

CPeano碼邊長(zhǎng)實(shí)體0014815421121EDAFCB，G線性四叉樹(shù)索引52層1邊長(zhǎng)4層2邊長(zhǎng)2層3邊長(zhǎng)10E15GB

4F1A128C40D層次四叉樹(shù)索引

5E

7

13

G15

B

4F

6

12

14

1A

3

D

0

2

8

C53四、R樹(shù)和R+樹(shù)空間索引R樹(shù)和R+樹(shù)利用空間實(shí)體的外接矩形來(lái)建立空間索引；R樹(shù)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；R樹(shù)空間索引就是按包含實(shí)體的矩形來(lái)確定的，樹(shù)的層次表達(dá)了分辨率信息，每個(gè)實(shí)體與R樹(shù)的結(jié)點(diǎn)相聯(lián)系，這點(diǎn)與四叉樹(shù)相同。矩形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：RECT(Rectangle-ID，Type，Min-X，Min-Y，Max-X，Max-Y)在虛擬矩形與實(shí)體的外接矩形重合時(shí)，兩者的標(biāo)識(shí)符相同。由于虛擬矩形允許再劃分，還必須建立不同層次矩形的相互關(guān)系：PS(上層虛擬矩形標(biāo)識(shí)符，下層虛擬矩形標(biāo)識(shí)符)54AFGDE

CMNLBKJHIDEFGABC

LMNHIJKR樹(shù)索引55FAB

GD1D2CEFG

CED2

ABD1R+樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與R樹(shù)的相同，但是，對(duì)于被分割的下層虛擬矩形或?qū)嶓w外接矩形，還要增加關(guān)系表達(dá)：DECOMP（原矩形標(biāo)識(shí)符，分割后矩形1的標(biāo)識(shí)符，分割后矩形2的標(biāo)識(shí)符）

R＋樹(shù)索引56五、CELL樹(shù)空間索引57優(yōu)點(diǎn)克服了R樹(shù)和R+樹(shù)空間索引的主要缺點(diǎn)是建立空間索引時(shí)易受實(shí)體方位的限制，當(dāng)空間數(shù)據(jù)層發(fā)生旋轉(zhuǎn)或投影變換后，索引區(qū)域不需要重新建立。缺點(diǎn)凸多邊形索引區(qū)域劃分困難；需要數(shù)據(jù)記錄凸多邊形區(qū)域。58一、空間元數(shù)據(jù)的概念

空間元數(shù)據(jù)（SpatialMetadata)

——是對(duì)空間數(shù)據(jù)集的規(guī)范化描述，它是按照一定內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，從空間數(shù)據(jù)集中抽取出相應(yīng)的特征，組成的一個(gè)特征元素集合。

——是為了適應(yīng)空間數(shù)據(jù)集的共享活動(dòng)從空間數(shù)據(jù)集派生出來(lái)的說(shuō)明性的規(guī)范化的文檔。

——是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)。它的存在與否直接依賴于空間數(shù)據(jù)集的產(chǎn)生與消失。5.4空間元數(shù)據(jù)及其技術(shù)平臺(tái)59空間元數(shù)據(jù)的作用空間數(shù)據(jù)集使用者空間數(shù)據(jù)集獲取空間數(shù)據(jù)集特征元素空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容規(guī)范空間元數(shù)據(jù)規(guī)范信息空間元數(shù)據(jù)獲取途徑空間元數(shù)據(jù)甄別結(jié)果Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸生產(chǎn)者特征信息使用60空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)(FGDC)：元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)；歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CEN)：元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)草案；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織地理信息系統(tǒng)/地球信息技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC211）：地理空間數(shù)據(jù)集描述過(guò)程；中國(guó)“九五”國(guó)家科技攻關(guān)97-759項(xiàng)目：NREDIS空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)草案；GB/T19710-2005《地理信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》61NREDIS空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)引用部分引用信息時(shí)間范圍信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系聯(lián)系信息標(biāo)準(zhǔn)部分標(biāo)識(shí)信息數(shù)據(jù)質(zhì)量信息空間數(shù)據(jù)組織信息空間參照系信息實(shí)體和屬性信息發(fā)行信息元數(shù)據(jù)參考信息62空間元數(shù)據(jù)實(shí)例

摘要

描述信息

目的數(shù)據(jù)集內(nèi)容的時(shí)間信息時(shí)間參照信息

進(jìn)展

狀態(tài)標(biāo)識(shí)信息維護(hù)和更新頻率

西邊界坐標(biāo)

東邊界坐標(biāo)空間元數(shù)據(jù)空間范圍坐標(biāo)邊界

北邊界坐標(biāo)

南邊界坐標(biāo)

主題關(guān)鍵詞詞典關(guān)鍵詞主題關(guān)鍵詞信息

主題關(guān)鍵詞

訪問(wèn)限制使用限制元數(shù)據(jù)日期元數(shù)據(jù)參考信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)版本63空間元數(shù)據(jù)文檔格式規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言（SGML－StandardGeneralizedMarkupLanguage

）-----為定義具有標(biāo)記模式應(yīng)用的文檔結(jié)構(gòu)的ISO標(biāo)準(zhǔn)用標(biāo)記來(lái)描述文檔內(nèi)容的一致和精確的方法一套反映不同工業(yè)信息需求的開(kāi)放式體系可為任何應(yīng)用定義文檔結(jié)構(gòu)64標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言（SGML）特點(diǎn)及其作用

滿足文本處理系統(tǒng)的極大差異性能夠接受SGML文檔不限定字符集和語(yǔ)言數(shù)據(jù)流或文件組織不受限制標(biāo)記元素與其他數(shù)據(jù)共存標(biāo)記應(yīng)能同時(shí)被人和機(jī)器理解----作為文檔信息編碼----作為文檔標(biāo)準(zhǔn)----保證各種來(lái)源的元數(shù)據(jù)文檔在語(yǔ)意上的一致性65二、空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)：概念和模式空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)及其需求——為空間信息共享建立的標(biāo)準(zhǔn)化方法及技術(shù)平臺(tái)——為空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、存儲(chǔ)、更新和利用建立的空間元數(shù)據(jù)管理技術(shù)平臺(tái)66空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)研制的意義

按標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議連接數(shù)據(jù)提供者的空間數(shù)據(jù)庫(kù)

方便空間信息獲取與快速查詢

促進(jìn)空間信息共享67空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)和功能使用者查詢信息元數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)元數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)元數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)元數(shù)據(jù)文檔查詢結(jié)果元數(shù)據(jù)記錄生產(chǎn)者元數(shù)據(jù)內(nèi)容管理信息空間元數(shù)據(jù)庫(kù)查詢指令68空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)的工作模式元數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)反向系統(tǒng)查詢指令空間元數(shù)據(jù)使用者信息查詢空間數(shù)據(jù)集空間數(shù)據(jù)使用空間元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)元數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)空間元數(shù)據(jù)庫(kù)正向系統(tǒng)特征信息元數(shù)據(jù)記錄元數(shù)據(jù)文檔生產(chǎn)者維護(hù)者信息管理空間數(shù)據(jù)集69基于空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)的工作

空間元數(shù)據(jù)的采集

空間元數(shù)據(jù)的管理

空間元數(shù)據(jù)的發(fā)布

網(wǎng)絡(luò)信息搜索和提取協(xié)議——Z39.50協(xié)議

查詢類(lèi)型/屬性集/響應(yīng)記錄/定義語(yǔ)法/結(jié)果集命名/

刪除結(jié)果集/認(rèn)證機(jī)制/資源控制/Z39.50服務(wù)/Z39.25操作數(shù)據(jù)庫(kù)模型/搜索數(shù)據(jù)庫(kù)/提取數(shù)據(jù)庫(kù)記錄/結(jié)果集模型/

擴(kuò)展服務(wù)模型/解釋70三、空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái):分系統(tǒng)與運(yùn)行

空間元數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)索引模塊元數(shù)據(jù)文件庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)存取元數(shù)據(jù)索引索引管理界面管理指令71空間元數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)元數(shù)據(jù)搜索引擎元數(shù)據(jù)搜索引擎元數(shù)據(jù)搜索引擎Z39.50服務(wù)網(wǎng)關(guān)WWWServer

元數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)庫(kù)Z39.50服務(wù)器瀏覽器Z39.50連接模塊Z39.50客戶機(jī)Z39.50服務(wù)Z39.50服務(wù)元數(shù)據(jù)檢索Http服務(wù)72空間元數(shù)據(jù)編輯工具元數(shù)據(jù)信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模塊元數(shù)據(jù)詞典元數(shù)據(jù)對(duì)象信息元數(shù)據(jù)文檔元數(shù)據(jù)內(nèi)容用戶用戶輸入用戶操作界面操作信息綜合操作接口73空間元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)的運(yùn)行與維護(hù)運(yùn)行流程接收KWAQS查詢索引技術(shù)平臺(tái)啟動(dòng)HTTP服務(wù)啟動(dòng)Zserver啟動(dòng)FTP服務(wù)啟動(dòng)有客戶連接YESNOYES權(quán)值遞增查詢成功返回結(jié)果集查找元數(shù)據(jù)庫(kù)NO74技術(shù)平臺(tái)維護(hù)元數(shù)據(jù)文檔元素集索引字字典HTML文件索引文件元數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)備元數(shù)據(jù)建立元數(shù)據(jù)庫(kù)加載元數(shù)據(jù)庫(kù)編寫(xiě)用戶界面維護(hù)元數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)75ESRI全新的空間數(shù)據(jù)模型支持面向?qū)ο罂臻g要素使數(shù)據(jù)更具智能多用戶并發(fā)訪問(wèn)版本管理長(zhǎng)事務(wù)處理API訪問(wèn)接口關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方案5.5Geodatabase空間數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介76Geodatabase的優(yōu)勢(shì)在同一數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)一管理各種類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)；空間要素的合法性規(guī)則檢查使空間數(shù)據(jù)的錄入和編輯更加準(zhǔn)確；空間數(shù)據(jù)更面向?qū)嶋H的應(yīng)用領(lǐng)域。不再是無(wú)意義的點(diǎn)、線、面，而代之以電桿、光纜和用地等；可以表達(dá)空間數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系；可以更好地制圖。對(duì)不同的空間要素，可定義不同的“繪制”方法，而不受限于ArcInfo等客戶端應(yīng)用已經(jīng)給出的工具；空間數(shù)據(jù)的表示更為精確。除了可用折線方式以外，還可用圓弧、橢圓弧和Bezier曲線描述空間數(shù)據(jù)的空間幾何特征；可管理連續(xù)的空間數(shù)據(jù)，無(wú)需分幅、分塊；支持空間數(shù)據(jù)的版本管理和多用戶并發(fā)操作；77Geodatabase支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型Geodatabase支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)表示要素；柵格數(shù)據(jù)表示圖像、格網(wǎng)和表面數(shù)據(jù)；地形TIN（自8.1版后，TIN以Coverage格式存儲(chǔ)）；表數(shù)據(jù)……矢量要素表柵格關(guān)系規(guī)則事件地址拓?fù)銽INs路徑測(cè)量數(shù)據(jù)78Geodatabase

框架ArcCatalogArcMapOracle8iSQLServerInformixDB2OthersArcSDE

GeodatabaseMSAccess單機(jī)版GeodatabaseArcInfo

增強(qiáng)的地理數(shù)據(jù)庫(kù)ArcCatalogArcMap79Geodatabase

的元素基本元素

-要素類(lèi)

-要素?cái)?shù)據(jù)集

-非空間的表基于基本元素建立的復(fù)雜元素

-拓?fù)?/p>

-關(guān)系類(lèi)

-幾何網(wǎng)絡(luò)80表表：要素類(lèi)表和非空間屬性表兩種表都由ArcCatalog管理，使用ArcMap編輯，并按傳統(tǒng)的表格形式顯示，要素類(lèi)表包含一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)要素幾何特征的列（BLOB形式）非空間表僅存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)（無(wú)要素幾何特征），這些表可以單獨(dú)存在，也可與其他關(guān)系表或要素類(lèi)表關(guān)聯(lián)；Thetableinthegeodatabasecontainsattributedata

fortheRoadsfeatureclass(storedinsidetheRoadsfeaturedataset).81對(duì)象與對(duì)象類(lèi)在Geodatabase中，對(duì)象類(lèi)是一種特殊的類(lèi)，它沒(méi)有空間特征，其實(shí)例為可關(guān)聯(lián)某種特定行為的表記錄（Rowintable）。如：某塊地的主人。在“地塊”和“主人”之間，可以定義某種關(guān)系。Geodatabase把地理數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)對(duì)象的層次、等級(jí)進(jìn)行組織；對(duì)象是對(duì)象類(lèi)的實(shí)例，對(duì)象具有特性和行為方法；對(duì)象通過(guò)關(guān)系與其它對(duì)象建立聯(lián)系；

對(duì)象具有唯一的系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符

(OID)；在對(duì)象類(lèi)中的所有對(duì)象都具有：特性–像屬性一樣存儲(chǔ)在表中；行為–以規(guī)則形式描述并執(zhí)行。82對(duì)象類(lèi)(表)ArowstoresanObjectPumpTableOIDPumpTypeInletSize…….175AxialFlow24”…….…………………………….83要素和要素類(lèi)要素（feature）：表示真實(shí)地理空間所需的實(shí)體

(點(diǎn),多點(diǎn),線和多邊形)；要素類(lèi)（Featureclass）：同類(lèi)空間要素的集合即為要素類(lèi)。如：河流、道路、植被、用地、電纜等。要素類(lèi)之間可以獨(dú)立存在，也可具有某種關(guān)系；要素?cái)?shù)據(jù)集（Featuredataset）由一組具有相同空間參考（SpatialReference）的要素類(lèi)組成。一般有三種情況，可以考慮將不同的要素類(lèi)組織到一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集中：專(zhuān)題歸類(lèi)表示——當(dāng)不同的要素類(lèi)屬于同一范疇。如：全國(guó)范圍內(nèi)某種比例尺的水系數(shù)據(jù)，其點(diǎn)、線、面類(lèi)型的要素類(lèi)可組織為同一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集。創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡(luò)——在同一幾何網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)連接點(diǎn)和邊的各種要素類(lèi)，須組織到同一要素?cái)?shù)據(jù)集中。如：配電網(wǎng)絡(luò)中，有各種開(kāi)關(guān)、變壓器、電纜等，它們分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)或線類(lèi)型的要素類(lèi)，在配電網(wǎng)絡(luò)建模時(shí)，這些要素類(lèi)就必須放在同一要素?cái)?shù)據(jù)集下。考慮平面拓?fù)洌≒lanartopologies）——共享公共幾何特征的要素類(lèi)，如：用地、水系、行政區(qū)界等。當(dāng)移動(dòng)其中的一個(gè)要素時(shí)，其公共的部分也要求一起移動(dòng)，并保持這種公共邊關(guān)系不變。此種情況下，必須將這些要素類(lèi)放到同一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集下。84要素類(lèi)一個(gè)要素占一行要素類(lèi)表LateralWaterLinesOIDShapeType…….583X,Y,Z,M(BLOB)Domestic…….…………………………….BLOB:BinaryLargeObjectBlock85要素類(lèi)要素類(lèi)：同類(lèi)空間要素的集合即為要素類(lèi)，包括點(diǎn)、線、面、注記類(lèi)要素類(lèi)可在geodatabase中獨(dú)立存在，也可組合為要素?cái)?shù)據(jù)集；TheSouthAmerica

geodatabasecontainsfourstand-alonefeatureclasses:

apointfeatureclassofcities,adimensionfeatureclassofdistancesbetweencities,apolygonfeatureclassofcountries,andanannotationfeatureclassofcountrynames

Source:86要素?cái)?shù)據(jù)集要素?cái)?shù)據(jù)集由若干要素類(lèi)組合而成，使得要素類(lèi)之間可以相互構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系，在要素?cái)?shù)據(jù)集中，各要素類(lèi)具有相同的空間參照系；

對(duì)某個(gè)要素類(lèi)所進(jìn)行的編輯會(huì)導(dǎo)致同一數(shù)據(jù)集中部分或全部要素類(lèi)的自動(dòng)編輯；在CityWater

geodatabase中,三個(gè)點(diǎn)要素類(lèi)和一個(gè)線要素類(lèi)被組合為PublicWater

要素集并產(chǎn)生幾何網(wǎng)絡(luò)WaterNet

87要素?cái)?shù)據(jù)集要素類(lèi)容器具有相同的空間參照系與Coverage相似而較少限制也可同時(shí)包含關(guān)系類(lèi)幾何網(wǎng)絡(luò)注記88拓?fù)湓贕IS中,要素集中各要素類(lèi)的空間關(guān)系由拓?fù)涠x，由用戶確定是否對(duì)要素建立拓?fù)浜徒⑹裁礃拥耐負(fù)洌荒芙⒌目臻g關(guān)系類(lèi)型有：鄰近、一致和連接關(guān)系；Geodatabase

提供建立拓?fù)涞娜N方式：geodatabase

拓?fù)?約20種預(yù)定義的規(guī)則)、地圖拓?fù)?和幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，每種拓?fù)涠际且詳?shù)據(jù)集中的要素類(lèi)為基礎(chǔ)的，但一個(gè)要素類(lèi)一次只能參與一種拓?fù)涞臉?gòu)建；8990幾何網(wǎng)絡(luò)

在現(xiàn)實(shí)世界中，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例比比皆是：河流匯聚形成更大的河流；輸水管道把水送到千家萬(wàn)戶，電力網(wǎng)絡(luò)把電力向用戶輸送；在geodatabase中,可對(duì)這些現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)建模，從簡(jiǎn)單的點(diǎn)要素類(lèi)到線要素類(lèi)，使用ArcCatalog來(lái)建立幾何網(wǎng)絡(luò)并回答如下問(wèn)題：哪些河流會(huì)受設(shè)計(jì)的大壩的影響？哪些區(qū)域會(huì)受主輸水管道修理的影響？網(wǎng)絡(luò)中兩點(diǎn)間最快的路徑是什么？

Source:91幾何網(wǎng)絡(luò)（續(xù)）參與構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的要素類(lèi)自動(dòng)從簡(jiǎn)單要素類(lèi)轉(zhuǎn)化到網(wǎng)絡(luò)要素類(lèi)，其中的一個(gè)或多個(gè)包含拓?fù)湫畔⒌淖侄巫詣?dòng)追加到要素類(lèi)表中；對(duì)網(wǎng)絡(luò)要素類(lèi)的管理比對(duì)簡(jiǎn)單要素類(lèi)的管理存在更嚴(yán)格的約束，用戶不能重命名、刪除或拷貝網(wǎng)絡(luò)要素類(lèi)，若需要進(jìn)行以上編輯，必須先將網(wǎng)絡(luò)要素類(lèi)恢復(fù)為簡(jiǎn)單要素類(lèi)才可以進(jìn)行操作；在構(gòu)建幾何網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以從許多選項(xiàng)中選擇若干以使得構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)更真實(shí)，如：

-設(shè)定資源在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的流動(dòng)方向；

-指定網(wǎng)絡(luò)不同部分的權(quán)重，以控制資源在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)流動(dòng)的速度；

-確定網(wǎng)絡(luò)中各要素如何相互連接的規(guī)則；92ArcGISSchematic生成的電力和給水網(wǎng)絡(luò)的邏輯示意圖示例93幾何網(wǎng)絡(luò)實(shí)例LateralServiceMainFeedValve要素類(lèi)幾何網(wǎng)絡(luò)94關(guān)系類(lèi)定義兩個(gè)不同的要素類(lèi)或?qū)ο箢?lèi)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如：房主和房子之間的關(guān)系，房子和地塊之間的關(guān)系等，在

Geodatabase中，關(guān)系類(lèi)提供了一種對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)象間相互關(guān)系建模的工方法。關(guān)系類(lèi)中存儲(chǔ)的可以是兩個(gè)要素類(lèi)之間的關(guān)系（如建筑物與宗地，或一個(gè)要素類(lèi)與非空間屬性表（如河流與水質(zhì)采樣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)95OriginDestination96關(guān)系的三種類(lèi)型97值域（Domain)：定義屬性的有效取值范圍?？梢允沁B續(xù)的變化區(qū)間，也可以是離散的取值集合。確認(rèn)規(guī)則（Validationrules）：對(duì)要素類(lèi)的行為和取值加以約束的規(guī)則。如：規(guī)定不同管徑的水管要連接，必須通過(guò)一個(gè)合適的轉(zhuǎn)接頭。規(guī)定一塊地可以有一到三個(gè)主人。98建立Geodatabase的方法使用ArcCatalog

人工建立模式

導(dǎo)入已有的數(shù)據(jù)庫(kù)模式使用

CASE(ComputerAidedSoftwareEngineering)工具和UML(UnifiedModelingLanguage)自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)99Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)Geodatabase體系結(jié)構(gòu)基于一系列簡(jiǎn)單，但是非常重要的數(shù)據(jù)庫(kù)概念之上，即DBMS：數(shù)據(jù)存放在表中；表包含了記錄；所有表中記錄包含了相同的列；每個(gè)列都有數(shù)據(jù)類(lèi)型，例如Integer，Decimalnumber，Character，Date等；關(guān)系用于關(guān)聯(lián)一個(gè)表的記錄與另外一個(gè)表的記錄，一般通