6第六章 空间数据管理

AAAAABBBAABBAABB
2.栅格数据结构及其编码 2.3编码方法
2.栅格数据结构及其编码 2.3编码方法
(二)压缩编码方法 目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如链码、游程长度 编码、块码和四叉树编码等。其目的，就是用尽可能少的 数据量记录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和 信息有损编码之分。信息无损编码是指编码过程中没有任 何信息损失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息，信 息有损编码是指为了提高编码效率，最大限度地压缩数据， 在压缩过程中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这 部分难以恢复。在地理信息系统中多采用信息无损编码， 而对原始遥感影像进行压缩编码时，有时也采取有损压缩 编码方法。
1.空间数据库 1.3数据与文件组织
(一)数据组织分级
数据项 数据项是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、 字段等，数据项与现实世界实体的属性相对应，数据项 有一定的取值范围，称为域，域以外的任何值对该数据 项都是无意义的。 记录 记录是由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息 的基本单位，是关于一个实体的数据总和，构成该记录 的数据项表示实体的若干属性。为了唯一标识每个记录， 就必须有记录标识符，也叫关键字。记录标识符一般由 记录中的第一个数据项担任，唯一标识记录的关键字称 主关键字，其它标识记录的关键字称为辅关键字。
2.栅格数据结构及其编码 2.2决定栅格单元代码的方法
中心点法 用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码， 在图7-5所示的矩形区域中，中心点O落在代码为C的地 物范围内，按中心点法的规则，该矩形区域相应的栅格 单元代码为C，中心点法常用于具有连续分布特性的地理 要素，如降雨量分布、人口密度图等。 面积占优法 以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格 单元的代码，在图7-5所示的例子中，显见B类地物所占 面积最大，故相应栅格代码定为B。面积占优法常用于分 类较细，地物类别斑块较小的情况。
（a）点
（b）线
（c）面
2.栅格数据结构及其编码 2.1栅格数据结构
(二)特点 栅格结构的显著特点是： 属性明显； 定位隐含； 易于存储； 算法简单； 地表是不连续，是量化和近似离散的数据。
2.栅格数据结构及其编码 2.2决定栅格单元代码的方法
在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性，保证最大的信 息容量。图7-5所示的一块矩形地表区域，内部含有A、B、 C三种地物类型，O点为中心点，将这个矩形区域近似地 表示为栅格结构中的一个栅格单元时，可根据需要，采取 如下的方式之一来决定栅格单元的代码。
1.空间数据库 1.4矢量和栅格数据结构
1.空间数据库 1.4矢量和栅格数据结构
2.栅格数据结构及其编码 2.1栅格数据结构
(一)定义Biblioteka Baidu
栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地 球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网 格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代 码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其 属性记录的指针。 点用一个栅格单元表示； 线状地物沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每 个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上； 面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合 表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同 属一个区域。
2.栅格数据结构及其编码 2.3编码方法
(一)直接栅格编码
这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种 编码的图像文件为网格文件或栅格文件，栅格结构不论采用何种压缩 编码方法，其逻辑原型都是直接编码网格文件。直接编码就是将栅格 数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都 从左到右逐个象元记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向 左记录，为了特定目的还可采用其他特殊的顺序。
1.空间数据库 1.2空间数据库
2)GIS数据管理方法主要4种类型 ① 对不同的应用模型开发独立的数据管理服务，这是 一种基于文件管理的处理方法。 ② 在商业化的DBMS基础上开发附加系统。开发一个 附加软件用于存储和管理空间数据和空间分析，使 用DBMS管理属性数据。 ③ 使用现有的DBMS，通常是以DBMS为核心，对系统 的功能进行必要扩充，空间数据和属性数据在同一 个DBMS管理之下。需要增加足够数量的软件和功 能来提供空间功能和图形显示功能。 ④ 重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析 功能的数据库系统。
1.空间数据库 1.1地理信息系统与一般管理信息系统的比较
(一)两者区别 1）在硬件上，为了处理图形和图像数据，系统 需要配置专门的输入和输出设备，如数字化仪、 绘图机、图形图像的显示设备等；许多野外实地 采集和台站的观测所得到的资源信息是模拟量形 式，系统还需要配置模——数转换设备，这些设 备往往超过中央处理机的价格，体积也比较大。 2）在软件上，则要求研制专门的图形和图像数 据的分析算法和处理软件，这些算法和软件又直 接和数据的结构及数据库的管理方法有关。
(三)常用数据文件 文件组织主要指数据记录在外存设备上的组织， 它由操作系统OS进行管理，具体讲在外存设备 上如何安排数据和组织数据，以及实施对数据 的访问方式等问题。操作系统实现的文件组织 方式，可以分为顺序文件、索引文件、直接文 件和倒排文件。
1.空间数据库 1.3数据与文件组织
顺序文件 是最简单的文件组织形式，对记录按照主关键 字的顺序进行组织。 索引文件 索引文件除了存储记录本身（主文件）以外， 还建立了若干索引表，这种带有索引表的文件 叫索引文件。索引表中列出记录关键字和记录 在文件中的位置（地址）。
1.空间数据库 1.1地理信息系统与一般管理信息系统的比较
3）在信息处理的内容和采用目的方面，一般的 管理信息系统，主要是查询检索和统计分析，处 理的结果，大多是制成某种规定格式的表格数据， 而地理信息系统，除了基本的信息检索和统计分 析外，主要用于分析研究资源的合理开发利用， 制定区域发展规划，地区的综合治理方案，对环 境进行动态的监视和预测预报，为国民经济建设 中的决策提供科学依据，为生产实践提供信息和 指导。
1.空间数据库 1.3数据与文件组织
(二)数据间的逻辑联系 数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的 联系。记录是表示现实世界中的实体的。实体 之间存在着一种或多种联系，这样的联系必然 要反映到记录之间的联系上来。数据之间的逻 辑联系主要有三种：一对一的联系；一对多的 联系；多对多的联系。
1.空间数据库 1.3数据与文件组织
1.空间数据库 1.2空间数据库
(一) 数据库概念
数据库就是为一定目的服务，以特定的数据存储的相关 联的数据集合，它是数据管理的高级阶段，是从文件管 理系统发展而来的。地理信息系统的数据库（简称空间 数据库或地理数据库）是某一区域内关于一定地理要素 特征的数据集合。
数据库 图书馆
数据
数据模型 数据的物理组织 数据库管理系统
图书
书卡编目 图书存放规则、书架 图书管理员
外存
用户 数据存取
书库
读者 图书借阅
1.空间数据库 1.2空间数据库
(一) 空间数据库特点 数据量特别大； 不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库 中的数据性质相似），还有大量的空间数据； 数据应用广泛；
1.空间数据库 1.2空间数据库
(三)数据库管理系统 数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是在文件处理系统的基础上 进一步发展的系统。DBMS在用户应用程序和 数据文件之间起到了桥梁作用。DBMS的最大 优点是提供了两者之间的数据独立性，即应用 程序访问数据文件时，不必知道数据文件的物 理存储结构。当数据文件的存储结构改变时， 不必改变应用程序。
2.栅格数据结构及其编码 2.1栅格数据结构
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1.空间数据库 1.3数据与文件组织
直接文件 直接文件又称随机文件，其存储是根据记录关键字 的值，通过某种转换方法得到一个物理存储位置， 然后把记录存储在该位置上。查找时，通过同样的 转换方法，可以直接得到所需要的记录。 倒排文件 倒排文件是带有辅索引的文件，其中辅索引是按照 一些辅关键字来组织索引的。倒排文件的主要优点 是在处理多索引检索时，可以在辅检索中先完成查 询的‘交’、‘并’等逻辑运算，得到结果后再对 记录进行存取，从而提高查找速度。
空间数据管理
本章首先介绍空间数据库、与一般数据库的比 较，以及空间数据库的存储方式。 然后介绍了GIS中两种重要的数据结构：栅格结 构和矢量结构，以及其具体的存储方式，然后 比较了两种结构的特点，并给出了其相互转换 算法。 最后介绍了空间检索中常用的技术——空间索 引，介绍了一些常用的空间索引方式，如BSP树、 R树、CELL树等；以及空间数据的查询功能。
1.空间数据库 1.1地理信息系统与一般管理信息系统的比较
(二)两者共同处 两者都是以计算机为核心的信息处理系统，都具 有数据量大和数据之间关系复杂的特点，也都随 着数据库技术的发展在不断的改进和完善。比较 起来，商用的管理信息系统发展快，用户数量大， 而且已有定型的软件产品可供选用，这也促进了 软件系统的标准化。地理信息系统，由于上述一 些特点，多是根据具体的应用要求专门设计，数 据格式和组织管理方法各不相同。
2.栅格数据结构及其编码 2.2决定栅格单元代码的方法
重要性法 根据栅格内不同地物的重要性，选取最重要的地 物类型决定相应的栅格单元代码，假设图7-5中A 类最重要的地物类型，即A比B和C类更为重要， 则栅格单元的代码应为A。重要性法常用于具有特 殊意义而面积较小的地理要素，特别是点、线状 地理要素，如城镇、交通枢纽、交通线、河流水 系等，在栅格中代码应尽量表示这些重要地物。 百分比法(长度占优法) 根据矩形区域内各地理要素所占面积的百分比数 确定栅格单元的代码，如可记面积最大的两类BA， 也可以根据B类和A类所占面积百分比数在代码中 加入数字
1.空间数据库 1.2空间数据库
1)采用标准DBMS存储空间数据的主要问题 GIS中空间数据记录是变长的，且要存储和维护空间 数据拓扑关系； DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包 含、叠加等基本操作。 GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支 持； 地理信息是复杂的，单个地理实体的表达需要多个文 件、多条记录、或许包括大地网、特征坐标、拓扑关系、 空间特征量测值、属性数据的关键字以及非空间专题属 性等； 具有高度内部联系的GIS数据记录需要更复杂的安全 性维护系统。
1.空间数据库 1.4矢量和栅格数据结构
矢量数据模型 在矢量模型中，现实世界的要素位置和范围可以采 用点、线或面表达，与它们在地图上表示相似，每 一个实体的位置是用它们在坐标参考系统中的空间 位置（坐标）定义。 栅格数据模型 在栅格模型中，空间被规则地划分为栅格（通常为 正方形）。地理实体的位置和状态是用它们占据的 栅格的行、列来定义的。每个栅格的大小代表了定 义的空间分辨率。
1.空间数据库 1.3数据与文件组织
文件
文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的 集合，文件用文件名称标识，文件根据记录的组织 方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、 直接文件和倒排文件等。
数据库
数据库是比文件更大的数据组织，数据库是具有特 定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系 的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文 件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立 存在。