第5讲-空间数据组织与空间数据库-加密

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图幅内空间数据的组织
工作区：一个或多个图幅覆盖的范围 工作区
行政边 界
道路
水系
居民 地
土地覆 盖
土壤
… …
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• 优缺点：
– 分区式与分层式可同时采用，并不冲突。 – 分区式也是目前大部份商业软件所采用的方法， 适合与栅格和矢量数据结构，在数据量大的系统 中，分区方法可提高数据存取的效率。 – 图幅或区块间的衔接问题是分区法最大的困扰， 尤其在空间数据查询、分析操作时更是这样。
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三、空间数据库设计模式
独立的空间数据库模式 32
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单中心集中式 33
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联合方式 34
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数据库1 数据库 用户
第五讲 空间数据组织 与空间数据库
5.1 空间数据组织 5.2 空间数据库 5.3 空间数据索引 5.4 空间数据元数据 5.5 Geodatabase空间数据库简介
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空间数据转化过程
y-axis
数据库2 数据库
数据库3 数据库
分布式数据库 南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室 盛业华教授
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四、空间数据库系统
数字栅格地 图数据库 数字高程模 型数据库
空间数据库 系统 地形要素数 据库
数字正射影 像图数据库
专题数据库 元数据库
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数字栅格地图数据库（ 数字栅格地图数据库（DRG） ）
几何数据与属性数据存储于同一文件； 两个分离的数据库，一个存储几何数据，另一个存储属 性数据； 同一数据库同时存储几何数据和属性数据； 一个几何数据数据库连接若干不同的属性数据库； 若干个几何数据数据库和属性数据库链结形成一个数据。
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GIS工具 工具 文件管理
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层：空间数据处理的一个工作单元，不同的系统工作处理 层方式不同； 逻辑层：当一个层所包含的内容太多（如管线层），为了 方便于显示、制图和查询，对其中的部分要素定义逻辑层， 逻辑层不改变存储关系，仅建立对照表，每个逻辑层包含 了哪些指向地物类的指针；
基于数据库的空间数据库 Oracle Oracle with Spatial DB2 with its Spatial Type Informix with its Spatial Type SQL Server Personal Geodatabases（微软的 Access） Enterprise Geodatabases
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三、实体方式(Entity Based) 实体方式
以人所认知的实体(Entity)或对象(Object)为组 织单元； GIS之精神所在； 目前大多GIS都以点、线、面要素为单元，代 表二维空间的实体，例如以点代表城市、学校 或单位等；以线代表道路、河流、或电力线等； 以面代表行政区域、湖泊或地籍宗地等。
1970年 1980年 1990年 1985年 2000年
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• 按垂直高度分层
– 每层对应一个特定的高度。
地面 井下一水平 井下二水平 井下三水平 井下四水平
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• 分层方式优缺点：
– 这种方式是目前颇为普遍的数据组织方法，方便使用 者选择合适的数据，适合与栅格或矢量数据数据结构， 目前大多数GIS软件采用这一方法。 – 其缺点是层与层之间的数据必须经过层叠置(Overlay)处 理才能关联在一起，在叠置处理中，对栅格数据常需 要大量存储空間来完成操作，而矢量数据则需大量的 计算处理。 – 同一图层內的图形数据的空间关系较为简单并易于处 理，但不同图层之间的空间关系难以处理。 11
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GIS工具 用户接口 扩展的 商业DBMS
几何和属性 数据 数据库
坐标文件
ID X,Y,Z
拓扑文件
ID Link
属性文件
ID 属性
一体化空间数据库模式1 29
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GIS工具 用户接口 定制的专门 DBMS
几何和属性 数据 数据库
坐标文件
ID X,Y,Z
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成果管理数据库
空间 数据 库系 统
成果 数据
DRG DEM DOM DLG TD MD
历史数据库
历史 数据
在线运行数据库
在线数据
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五、空间数据库管理
文件＋关系数据库管理系统 全关系型空间数据库管理系统 对象——关系数据库管理系统 面向对象空间数据库管理系统
逻辑层
水系 水库 河流 湖泊 水井
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• 按专题分层
– 每层对应一种专题
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• 按专题分层
– 每层对应一类专题要素
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• 按时间分层
– 每层对应一个时间段。
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五、属性数据的组织
虽然属性数据可由RDMS管理，但不同GIS的实现策 略不同:
ARC/INFO：属性存储在coverage目录之下，在工作区目录 下，通常有一个记录属性数据文件信息包括目录路径的文 件，而且，一个Coverage仅有一个AAT或PAT表，还支持 按每个地物类建立扩展属性表，通过PAT或AAT连接； MGE：一个地物类对应于一个属性表文件，而且所有属性 文件都在工程目录下，不要求每个地物类都具有属性； Geostar：一个地物类有一个属性表，或多个地物类公用一 个属性表。一个属性文件包含了工程内所有同类空间对象 的属性； 23
数据组织
‧
x-axis
现 实 世 界
空 间 数 据
数 据 模 型
数 据 结 构
空 间 数 据 库 3
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5.1 空间数据的组织方式 间数据的组织方式
数据分层式(Data Layer) 空间分区式(Data Tiling) 实体式(Entity Based) (Entity 面向对象式(Object Oriented) 依照不同应用目的及数据类型，将资料以适合 的组织方式储存，并依某种连接方式架构成一 个适合于存取及管理的结构体。
拓扑文件
ID Link
属性文件
ID 属性
一体化空间数据库模式2 30
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基于文件的空间数据库 Coverages Shapefiles Grids TINs Images（各种格式的） Vector Product Format (VPF) files CAD 文件 表（各种格式的）
宁海中学 二十九中 东南大学附中 南师附中
张三 李四 王五 林六
2672 6157 2165 1831
2.12 1.18 3.55 2.63
123 254 102 95
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实体方式的优缺点：
– 该组织法符合人对现实世界空间现象的认知，同时便 于与空间关系以及属性数据的联系，而形成所谓的实 体关系(Entity-Relationship)数据组织模式，因此适合于 空间数据的查询分析和空间关系的推导。 – 可配合分区及分层的方式来建立效率高并符合GIS操作 的数据组织方式。 – 由于人对地物或现象的认知或推理会随数据或应用的 目的而改变，因此并无固定或标准的程序来把数据以 实体的方式组织。 19
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5.2 空间数据库
一、空间数据的特征
–空间特征 –非结构化特征 –空间关系特征 –分类编码特征 –海量数据特征 25
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二、空间数据库构建模式
几何和属性 数据文件
文件管理模式 27
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GIS工具 用户接口
管理几何数 据的软件
商业化 DBMS
坐标文件
几何数据 数据库
ID X,Y,Z
属性文件
ID 属性
wenku.baidu.com
拓扑文件
ID Link
属性数据 数据库
混合管理模式：RDBMS+文件 南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室 盛业华教授
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四、面向对象式(Object Oriented） 面向对象式 ）
除了将数据对象实体化以外，并将相同性质或相关联的 对象(Object)的数据及处理方法(Method)封装在类 (Class)中，而这些对象和类应符合O-O的原则，如： – – – – 封装(Encapsulation) 聚合(Classes) 继承(Inheritance) 多态性(Polymorphism) 20
空 间 数 据 库 系 统
数字高程模型数据库（ 数字高程模型数据库（DEM） ） 数字正射影像数据库（ 数字正射影像数据库（DOM） ）
等高线 道路 水系
矢量地形要素数据库（ 矢量地形要素数据库（DLG） ）
数据库（ ） 数据库（TD） 地 数据库（ 数据库（MD） ） 要素 数据库 模型 图 盛业华教授
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数据分区式示意图
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• 按图幅组织
BR012-5-2 BR012-5-4 BR011-5-2
BS012-5-1 BS012-5-3 BS011-5-2
BS012-5-2 BS012-5-4 BS011-5-2
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对象1
对象2
Oid object1 object2
属性，方法
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优缺点：
– 数据的组织最为严密，而且更符合人对实际空 间现象的认知，可加强计算机以拟人化方式来 完成空间查询、分析、甚至推理的功能，是未 来智慧型GIS追求的目标。 – 虽然面向对象的组织形式可能让使用者感觉更 舒适，但其数据组织的设计及建立却十分复杂， 在GIS的维护和管理上更需要依赖专业人才。 – 目前尚无面向对象式数据组织的商用GIS开发 系统。
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二、数据分区式(Data Tiling) 数据分
将大规模区域的数据划分为若干规则或不规则 的小区域（工作区）来存储。 传统地图也通常采用这一方法来分区记录，它 的划分称作图幅 (Map sheet) 。 为了不使数据量太大而影响数据读取的效率， 也常以分区方式來存储GIS数据。
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一、数据分层式(Data Layer) 数据分层式
将同区域的数据分成不同的类型或层级储存，例如依不同 地类、专题、年代等，各储存类别称作“图层” ； 传统纸质地图通常依不同的专题，如人口分布图、地质图、 地形图等，来表现不同的人文活动或是地表现象，这些图 称作专题图 (Thematic Map) ； 目前大多GIS数字图则以数据项目分层，称作数据层(Data Layer)，但也常被称作图层或专题图层。 5
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空间数据 P4 P3 P1 P1 属性数据 点号 名称 校长 学生人数 校园面积 (公顷 公顷) 公顷 教师人数
点号 P1 P2 P3 P4
x 183.2 112.0 211.3 115.4
y 256.7 98.3 356.7 241.3
P1 P2 P3 P4
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文 件 关 系 数 据 库 混 合 管 理 方 案
属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一 致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。 空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。 GIS软件：Arc/Info，MGE，GenMap等