空间数据结构和空间数据库
空间数据库复习资料最终版
一、名词解释1.空间数据库：描述与特定空间位置有关的真实世界对象的数据集合。
2.数据库：统一存储和管理数据的基地3.空间数据：指以地球表面空间位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布等诸多方面信息的数据4.空间认知：对现实世界的空间属性包括位置、大小、距离、模式、运动和物体内部关系的认知，是通过获取、处理、存储、传递、和解译空间信息，来获取空间知识的过程5.矢量数据结构：利用欧式几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式6.栅格数据结构实际实质就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合7.空间关系：空间目标在一定区域上构成的与空间特性有关的联系。
8.四面体网格：将目标空间用紧密排列但不重叠的不规则四面体形成的网格来表示，其实质就是2D TIN结构在3D空间上的拓展9.空间数据库系统：指带有数据库的计算机系统，采用现代数据库技术来管理空间数据。
10.空间数据引擎：用来解决如何在关系数据库存储空间数据，实现真正的数据库方式管理空间数据，建立空间数据服务器的方法11.空间索引：指在存储空间数据时依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。
12.空间链接查询：是空间数据库系统一种重要的多路查询，即从两个数据集合中检索出所有满足某一条件的空间对象。
13.元数据：是关于数据的数据，用于描述数据的内容、质量、表示方式、空间参照系、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式以及数据集的其他特征14.空间元数据：描述地理信息数据集内容、表示、空间参照、质量以及管理的数据二、填空1.空间数据特征包括：时空特征、多维特征、多尺度性、海量数据特征2.空间数据库的作用：①空间数据处理与更新②海量数据存储于管理③空间分析与决策④空间信息交换与共享3.空间数据库的特征：综合抽象特征、非结构化特征、分类编码特征、复杂性与多样性4.空间数据管理的五种方式：基于文件管理方式、文件与关系数据库混合型空间数据库、全关系型空间数据库、对象-关系型空间数据库、面向对象空间数据库5.空间类型的表现形式：感知空间、认知空间、符号空间6.空间认知模式：空间特征感知、空间对象认识、空间格局认知7.空间认知的三层模型：空间概念数据模型、空间逻辑数据模型、物理数据模型8.矢量数据结构主要有spaghetti结构和拓扑矢量数据结构9.最基本的拓扑关系：关联、临接、包含10.栅格数据结构实际实质就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合11.栅格数据取值的四种方法：中心归属法、面积占优法、长度占优法、重要性法12.四叉树编码的方式：规则四叉树、线性四叉树、一对四式四叉树13.栅格数据的存储：全栅格式存储、链式编码、行程编码、块式编码、四叉树编码14.空间关系可分为：拓扑关系、度量关系、顺序关系15.面向对象的数据模型涉及四个抽象概念：分类，概括，聚集，联合、以及继承和传播两个语义模型工具16.TIN常用的算法：逐点插入法、分治算法、三角形生长法17.空间构模方法可归纳为：基于面模型、基于体模型、基于混合模型18.根据模型所具有的主要特征大致可以将其分为4类：三维矢量模型、三维体元模型、混合或集成数据模型、面向实体的数据模型19.图形数据与专题数据的链接基本上有4种方式：图形数据与专题属性数据分别管理、对通用DBMS扩展以增加空间数据库的管理能力、属性数据与图形数据有统一的结构、图形数据与属性数据自成体系20.目前空间索引技术超过50多种，可概括为树结构、线性映射和多维空间区域变换三种类型，从应用范围上可以分为静态索引和动态索引21.典型的空间索引技术包括：R树索引、四叉树索引、网格索引22.四叉树索引的方法有：点四叉树索引、MX四叉树索引、PR四叉树索引、CIF四叉树索引、基于固定网格划分的四叉树索引、线性可排序四叉树索引23.SQL查询语言的优点：非过程化语言、统一的语言、所有关系数据库的公共语言24.SQL查询语言的功能：查询、操纵、定义、控制25.SQL可细分为：DDL、DML、DCL26.主要的空间查询包括：点查询、区域查询、最邻近查询27.空间查询采用的算法：过滤筛选步骤、细化步骤28.查询分析的类型：属性查询、空间查询、空间分析29.空间数据交换的方式：①外部数据交换模式②直接数据访问模式③基于空间数据转换标准的转换④空间数据互操作模式30.空间数据库的设计可分为：需求分析，概念设计，逻辑设计，物理设计，数据库的实现，数据库的运行和维护6个阶段31.空间数据库需求分析主要包括三方面内容：用户基本需求调研、分析空间数据现状、系统环境/功能分析三、问答题1.空间数据库与传统数据库的差异：①信息描述差异。
第5讲-空间数据组织与空间数据库-加密
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
4
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
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
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
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
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
空间数据库
1. 空间数据库定义：空间数据库是存放空间数据的数据库，更确切的说，空间数据库是描述空间物体的位置数据元素（点、线、面、体）之间的拓扑关系及描述这些物体的属性数据的数据库。
2. 空间数据库的特点：1.空间数据库管理的是现实世界中相关性大的连续数据，要求进行综合管理。
2.空间数据库中描述的实体类型多，关系复杂，使数据模型复杂。
3.空间数据库存储的空间数据具有非结构化特征，不满足关系数据模型的范式要求。
3. 基于OR-DBMS、OODBMS的SDBMS1.一个SDBMS是一个软件模块，它利用一个底层数据库管理系统（如OR-DBMS/ OODBMS）。
2.SDBMS支持多种空间数据模型，相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言。
3.SDBMS支持空间索引，高效的空间操作算法以及用于查询优化的特定领域规则。
4. 矢量数据交换格式（NSDTF-VCT）《矢量数据交换格式》的组成：《文件头》《要素类型参数》《属性数据结构》《几何图形数据》《注记》《属性数据》5. ArcView的Shapefile文件格式shapefile是ArcView的原生数据格式属于简单要素，用点、线、多边形存储要素的形状却不能存储拓扑关系，具有简单快捷显示的优点。
在shapefile中的信息可分成两种类型，一种与数据有关，如，主文件的记录信息。
主文件文件头有关数据描述的字段（特征类型、围矩等），另一种与数据的组织管理有关，如文件盒记录的长度，记录的偏移等。
这些信息是以文件的方式进行存储的，每个shapefile至少由固定的3个文件组成：主文件（.shp文件）、索引文件（.shx文件)、dbase表文件（.dhp)，其中主文件和索引文件为二进制文件，dbase为数据库文件。
6. 空间数据库引擎（SDE）的特点：1.空间数据库引擎采用RDBMS高级组织和管理海量空间数据，具有大型RDBMS管理数据的许多优点，通过空间数据引擎，能访问RDBMS中的空间数据和GIS软件的传统数据格式文件，还能实现传统格式文件盒RDBMS中空间数据的相互转换，并能很好的平衡服务器和客户端的网络负担。
空间数据库的概念
空间数据库的概念
空间数据库是指地理信息系统在计算机物理存储介质上存储与应用相关的地理空间数据的总和，包括一组特定结构的文件。
空间数据库主要处理空间数据，如地图、城市规划、地理信息系统等。
空间数据包括空间信息和非空间信息，其中空间信息包括几何数据、空间关系数据和属性数据等，非空间信息包括时间戳、布尔值、文本注释等。
空间数据库的特点包括以下几个方面：
1. 数据量大：空间数据通常包含大量的几何数据和属性数据，因此空间数据库的数据量相对较大。
2. 数据类型复杂：空间数据包括多种类型的数据，如点、线、面、多边形等，这些数据类型之间的转换和处理比较复杂。
3. 数据关系复杂：空间数据中的空间关系比较复杂，如相邻、包含、交叉等，这些关系需要用不同的数据结构进行存储和处理。
4. 数据更新频繁：空间数据经常需要进行更新，如添加新数据、修改现有数据、删除旧数据等，因此需要保证数据的完整性和一致性。
5. 数据查询分析复杂：空间数据需要进行复杂的查询和分析，如查找相邻对象、计算面积、距离等，因此需要使用高效的查询和分析算法。
总之，空间数据库是一种处理和存储空间数据的特殊类型的数据库。
地理信息系统概论重点讲义(4)
重点一空间数据库模型1．空间数据库空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
2．空间数据库模型空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS 空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成。
3．数据库概念模型：( conceptual model)概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型。
人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。
也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型，而是概念级的模型，称为概念模型。
4．逻辑模型逻辑模型，是指数据的逻辑结构。
在数据库中，逻辑模型有关系、网状、层次，可以清晰表示个个关系。
在管理信息系统中，逻辑模型：是着重用逻辑的过程或主要的业务来描述对象系统，描述系统要“做什么”，或者说具有哪些功能。
1)关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
2)关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle 、SQL、access 、db2 等。
3)对象—关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象(如点、线、面)的API 函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
5．物理模型，在管理信息系统中，物理模型：描述的是对象系统“如何做”、“如何实现”系统的物理过程。
空间数据结构与数据库数据模型
三、空间数据结构与GIS数据模型地理信息系统所处理的数据与一般事务性信息系统如银行管理系统、图书检索系统不同。
GIS的数据处理不仅包括所研究对象的属性关系，还包括研究对象的空间位臵以及空间拓扑关系等信息，数据量大，结构复杂。
因此，人们对GIS中的数据结构和数据模型进行了大量的研究，并发展了一整套空间数据处理的算法。
一、空间数据结构的概念数据结构是指数据的组织形式，可以分为抽象数据结构(或称逻辑结构)和数据存贮结构(或称物理结构)来进行研究。
所谓抽象数据结构是指人们仅从概念上描绘数据之间的排列和联系，而并不涉及数据和具体程序管理细节。
数据存贮结构则是为实现某一抽象数据结构而具体设计的数据存贮管理方式.是依照任务的不同，软件系统和设计者的不同而改变的，具有一定的特殊性，是前者的一个具体实现。
地理空间数据在GIS中的流向可以认为经历了四个阶段。
用户认知的数据结构输入GIS系统后转换成为GIS空间数据结构，然后，为有效地进行数据管理，将其转化为数据库结构，最后按某种特定程式以硬件结构写入存贮介质。
上述流程即为数据的输入过程。
地理空间实体可以抽象为点、线、面三种基本地形要素来表示它的位臵、形状、大小、高低等。
---点(零维)：又称为元素或像元，是一个数据点，具有一对(x，y)坐标相至少—个属性，逻辑上不能再分。
这里所谓逻辑上不能再分是指抽象的点而不是几何点，因为事实上抽象的点可以是实体线段或面块，对某个比例尺或图像分辨率而言，它们可以被抽象为以一对坐标表示的数据点。
---线：是由一个(x,y)坐标对序列表示的具有相同属性的点的轨迹。
线的形状决定坐标对序列的排列顺序，线上每个点有不多于二个邻点。
地理实体，如河流、道路、地形线、公共设施走廊、区域边界、地质界线等均属线状地物，其特点是线上各点有相同的公共属性并至少存在一个属性。
---面：是以(x,y)坐标对的集合表示的具有相同属性的点的轨迹。
面的形状不受各点坐标对排列顺序的影响。
(完整版)GIS知识点总结
GIS知识点总结地理信息的定义：地理信息是有关地理实体和地理现象的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的数字化表示。
地理信息的特征：具有空间上的分布性、数据量上的海量性、载体的多样性和位置与属性的对应性等特征GIS概念：地理信息系统（Geographical Information System，Geo-Information System，简称GIS），是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
GIS特征：（1）数据的空间定位特征（2）空间关系处理的复杂性（3）海量数据管理能力GIS基本功能：1、数据采集功能 2、数据编辑与处理 3、数据存储、组织与管理功能 4、空间查询与空间分析功能 5、数据输出功能GIS组成：1、硬件 2、软件 3、网络 4、空间数据 5、人员与其他相关学科的联系：空间尺度：涉及四种尺度：观测尺度、操作尺度、比例尺（当制图区域比较小时，地图比例尺指图上长度与地面之间的长度比例；当制图区域相当大时，地图比例尺指在进行地图投影时，对地球半径缩小的比率）、分辨率（光谱分辨率时间分辨率空间分辨率）地理格网：指按一定的数学规则对地球表面进行划分而形成的格网。
按不同的坐标系统可以分为：地理坐标格网（按经纬度坐标系统）直角坐标格网（按直角坐标系统）地理空间实体概念：对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
地理空间实体具有4个基本特征：1、空间位置特征 2、属性特征 3、时间特征 4、空间关系空间数据模型：包括概念模型（最高层、常用E-R模型）、逻辑数据模型（通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型）、物理数据模型（最低）概念模型（对象、场、网络），场模型有6种表示方法。
GIS名词解释
数据：是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图象也是数据，数据本身并没有意义。
信息：是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
信息系统是由计算机硬件、网络和通讯设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。
数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等等操作。
传输技术（Transmission technology）：指成分利用不同信道的传输能力构成一个完整的传输系统，使信息得以可靠传输的技术。
地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
空间信息：是反映地理实体空间分布特征的信息。
空间分布特征包括实体的位置、形状及实体间的空间关系、区域空间结构等。
地理信息系统：地理信息系统是一种决策支持系统。
它的定义由两方面组成，一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
地理数据：是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
空间数据：是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。
空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。
地理学：研究地球表层自然要素与人文要素相互作用及其形成演化的特征、结构、格局、过程、地域分异与人地关系等。
地理信息系统(含名词解释,简述,填空。资源提供者唐超)
一、名词解释：1、数据：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，包括数字、文字、符号和图像等。
2、信息：用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实知识，作为生产、管理、经营、分析和决策的依据。
3、地理信息：指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图像等总称。
4、土地信息：指一切有关土地的自然、社会、经济属性和土地管理内容的数字、文字、符号、语言、图形及图像的总称。
5、信息系统：具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用信息。
6、空间信息系统：是对空间数据进行采集、处理、管理和分析的信息系统。
7、地理信息系统：是以地理空间数据为基础，在计算机软件硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态和地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
GIS基本构成一般包括5个主要部分，即系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
8、土地信息系统：是各种土地信息及其载体（包括文字、数据及各种土地专题图表）的输入、存储、解说、修改、量测、统计运算、分析和输出的技术系统。
9、土地空间数据：是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。
10、数据元素：数据的基本单位，或称元素、结点、顶点、记录。
11、数据模型：根据未来便用上的要求和事物的特征用概念化的语言和示意图来描述现实世界。
12、数据结构：用逻辑关系图、列表、矩阵来表达数据类型，并用某些数据项来反映现实世界以及数据之间的逻辑关系。
13、空间数据：描述地理表面及近地空间实体的位置、形状、属性和时序特征的数据。
14、空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构。
第3讲-空间数据模型和空间数据结构
空间现象 客观世界的现象划分为5类：
可精密观测的自然对象（如建筑物边界） 受采样限制的自然对象（如河流的边界） 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） 规则的人为对象（栅格、立方体元）
空间实体
➢ 对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同 类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
➢ 空间实体具有4个基本特征：
➢ 空间位置特征 ➢ 属性特征 ➢ 时间特征 ➢ 空间关系
观察和认知
现实世界
概念世界
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抽还 象原 世世 界界
信息
数据世界 （计算机）
空间事物或现象
选择、综合、简化和抽象
程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域
的流速和方向等;
根据不同的应用，场可以表现为二维或三维; 一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，
都有一个表现某现象的属性值，即 A＝f(x，y)
一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对 应一个属性值，即 A＝f(x，y，z)
可被标识 在观察中的重要程度 有明确的特征且可被描述
传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例。
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
分类
子类 超类
几何坐标 子部分 超部分
非空间属性
对象模型对空间要素的描述
场/域（field）模型
把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染
GIS部分名词解释
1、地理信息：与地球表面空间位置数据相关联的信息，是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。
2、GIS ：在计算机硬件、软件系统的支持下，对整个或部分地球表层空间中的地理分布数据进行采集、存储、惯例、计算、分析和表达数据的能力。
3、GIS 组成：硬件系统、软件系统、空间数据、应用人员。
4、GIS 的基本功能：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析与统计、产品制作与显示、二次开发与编程。
应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。
5、大地水准面：假设海水面处于静止平衡状态下，将其延伸到大陆下面，构成一个遍及全球的闭会曲面，这个曲面就是大地水准面。
是测量作业的基准面。
坐标系：经线和纬线是地球表面上两组正交的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标为地理坐标系。
将椭球面上的点通过地图投影的方法投影到平面上所形成的坐标系为平面坐标系。
高程：由高程基准面（平均海水面）起算的地面点高度。
绝对高程：地面点至平均海水面的垂直高度。
相对高程：地面点之间的高程差。
WGS-84：国际地心坐标系；1954北京坐标系、1980国家大地坐标系现用（陕西泾阳县永乐镇国家大地原点1980西安坐标系）；1956黄海高程系、1985国家高程基准。
GIS 系统硬件GIS 主机外部设备网络设备软件系统地信功能软件基础支撑软件操作系统软件空间数据地理数据，具有空间特征、属性特征、时间特征（随时间变化）应用人员6、地图的数学基础：地图投影、控制点、比例尺、地图定向。
7、地图比例尺：地图上微小线段的长度l与实地相对应线段L的水平长度之比为地图比例尺。
1M=lL地图投影：依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面（圆锥面、圆柱面等）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。
地图定向：确定地图上图形的地理方向。
在大于1：10万的各种比例尺地形图上绘制出三北方向和三个偏角的图形。
什么是空间数据库及其特点(二)2024
什么是空间数据库及其特点（二）引言概述:空间数据库是一种专门用于存储和管理空间数据的数据库管理系统。
它与传统的关系数据库不同之处在于，它具备了处理和查询空间数据的能力，能够支持各种地理信息系统应用需求。
本文将进一步探讨空间数据库的特点，包括数据模型、查询语言、空间分析和可视化、数据管理和安全性等方面。
正文:一、数据模型1. 空间数据的存储方式：空间数据库使用特定的数据结构来存储空间数据，例如点、线、面等。
2. 空间索引技术：空间数据库使用空间索引技术以提高查询效率，常见的有四叉树、R树等索引结构。
3. 属性数据的关联：空间数据库能够将属性数据与空间数据进行关联，实现综合查询和分析功能。
4. 多维空间数据模型：空间数据库支持多维空间数据模型，能够处理多属性和时间等复杂的数据结构。
二、查询语言1. SQL扩展：空间数据库扩展了标准的SQL查询语言，增加了对空间数据的查询和分析的功能。
2. 空间查询操作：空间数据库支持空间查询操作，例如查询某个区域内的点、计算两个空间对象的相交等。
3. 空间分析函数：空间数据库提供了丰富的空间分析函数，用于计算距离、面积、缓冲区等空间分析操作。
三、空间分析和可视化1. 空间分析功能：空间数据库可以进行空间分析操作，如路径规划、空间关系分析等。
2. 可视化功能：空间数据库具备可视化功能，可以将地理数据以图形的方式展示出来，便于用户直观理解和分析。
四、数据管理1. 数据导入和导出：空间数据库支持各种格式的数据导入和导出，方便用户进行数据交换和共享。
2. 数据更新和编辑：空间数据库提供了数据更新和编辑的功能，用户可以对空间数据进行插入、删除和修改操作。
3. 数据共享和协作：空间数据库支持多用户的数据共享和协作，方便不同用户之间的数据交流和共同编辑。
五、数据安全性1. 数据备份与恢复：空间数据库支持数据备份和恢复功能，确保数据的可靠性和安全性。
2. 用户权限管理：空间数据库可以进行用户权限管理，控制用户对数据库的访问和操作权限。
地理信息系统试题 华北水利水电
3. 什么是空间数据库？其主要特点是什么？
空间数据库是地理信息系统中用于储存和管理空间数据的场所。
特点：
（a）数据量特别大；
（b）不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系；
（c）数据应用广泛。
28、数据库领域中最常用的数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型、对象模型。
29、空间数据的基本特征：空间特征、非结构化特征、空间关系特征、多尺度与多态性、分类编码特征、海量数据特征。
30、地形特征点主要包括山顶点，凹陷点，脊点，谷点，鞍点，平地点等。
31、空间统计分析可包括空间数据的统计分析及数据的空间统计分析，前者着重于空间物体和现象的非空间特性的统计分析。
2、 地理空间数据的概念模型分为：对象模型、场模型、网络模型。
3、 空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。空间关系主要有头拓扑空间关系、顺序空间关系、度量空间关系。
4、 栅格数据模型的一个优点是不同类型的空间数据层可以进行叠加操作，不需要进行复杂的几何计算。
5、 矢量数据结构按其是否明确地表示地理实体空间关系分为：实体数据结构和拓扑数据结构两大类。
2、试论述矢量数据的叠置分析
（1）点与多边形叠加：将一个点图层叠加在一个多边形的图层上，以确定每个点落在哪个多边形内。点与多边形的叠置是通过点在多边形内的判别完成的，它通常是得到一张新的属性表，该属性表除了原有的属性以外，还含有落在那个多边形的目标标识。如果必要，还可以在多边形的属性表中提取一些附加属性。如行政区名称，行政区首长姓名等。
3.地理网格：是指按一定的数学规则对地球表面进行划分而形成的网格。
第4章空间数据结构
第4章空间数据结构在当今数字化的时代，空间数据结构是地理信息系统、计算机图形学、空间数据库等众多领域中至关重要的一个概念。
简单来说，空间数据结构就是用于组织和管理空间数据的方式，它决定了我们如何有效地存储、检索和处理与空间位置相关的信息。
空间数据具有独特的性质，比如它可能包含点、线、面等几何对象，并且这些对象之间可能存在复杂的拓扑关系。
为了能够高效地处理这些数据，我们需要合适的数据结构来对其进行组织和管理。
首先，我们来谈谈栅格数据结构。
想象一下，我们把一个地理区域划分成一个个均匀的小方格，就像棋盘一样。
每个小方格都有一个特定的值，比如表示海拔高度、土地利用类型或者温度等。
这种将空间区域离散化为规则格网的方式就是栅格数据结构。
它的优点是简单直观，易于实现和操作。
在进行一些基于区域的分析，如计算面积、平均值等时非常方便。
但它也有缺点，比如数据冗余较大，因为对于边界和不规则形状的区域，可能会有很多空白的格子被存储；而且它的精度受到格网大小的限制，如果格网划分太粗，可能会丢失一些细节信息。
与栅格数据结构相对的是矢量数据结构。
矢量数据结构是通过点、线、面等几何对象的坐标来表示空间实体。
比如，一条河流可以用一系列的点坐标来表示其轮廓，一个城市可以用一个多边形来表示其边界。
矢量数据结构的优点是精度高、数据量相对较小，能够精确地表示地理实体的形状和位置。
在进行一些几何计算和空间分析时，如距离测量、缓冲区分析等，矢量数据结构具有明显的优势。
然而，它的实现和操作相对复杂，对于一些复杂的空间关系处理起来可能会比较困难。
除了栅格和矢量这两种常见的数据结构外，还有一些其他的空间数据结构。
比如，四叉树结构就是一种用于处理栅格数据的高效数据结构。
它将空间区域不断地划分为四个子区域，直到每个子区域的属性值相同或者达到一定的精度要求。
这样可以有效地减少数据存储量，提高检索和处理的效率。
另一种常见的结构是 R 树，它主要用于处理空间索引问题。
GIS各类名词说明
1. 地理信息系统：GIS作为信息技术的一种，是以运算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处置对象，运用系统工程和信息科学的理论，搜集、存储、显示、处置、分析、输出地理信息的运算机系统，为计划、治理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说，GIS确实是研究如何利用运算机技术来治理和应用地球表面的空间信息，它是由运算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，用于高效地搜集、存储、更新、处置、分析和显示各类类型的地理信息。
2. 地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、散布特点、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特点、多维结构特点和动态转变特点。
3. 地理信息科学：与地理信息系统相较，它加倍偏重于将地理信息视作为一门科学，而不单单是一个技术实现，要紧研究在应用运算机技术对地理信息进行处置、存储、提取和治理和分析进程中提出的一系列大体问题。
地理信息科学在关于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术进展的基础理论研究的重要性。
4. 地理数据：是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，要紧包括数字、文字、图形、图像和表格等。
5. 地理信息流：即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。
6. 数据信息：数据是通过数字化或记录下来能够被辨别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生阻碍时才成为信息。
7. 信息系统：是具有数据搜集、治理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策进程提供有效的信息。
包括运算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
8. 四叉树数据结构：是将空间区域依照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。
凡数值（特点码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。
如此，对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素散布特点而不同。
空间数据库管理的方法与技巧
空间数据库管理的方法与技巧随着科技的不断进步和发展，人们对于数据的需求也越来越大。
在这个信息爆炸的时代，空间数据库管理成为了一项重要的技术，用于存储和管理各种与空间相关的数据。
本文将探讨空间数据库管理的方法与技巧，以帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
一、空间数据库管理的概述空间数据库管理是对空间数据进行存储、查询和分析的过程。
它与传统的关系型数据库管理有所不同，因为空间数据具有地理位置信息，需要考虑空间关系和空间索引等因素。
空间数据库管理主要涉及数据模型、数据结构和查询语言等方面。
二、空间数据模型空间数据模型是对空间数据进行描述和组织的方法。
常用的空间数据模型有层次模型、网络模型和关系模型等。
相对于其他模型，关系模型更具优势，因为它可以方便地进行复杂的空间查询和分析。
在关系模型中，空间数据可以以二维矩阵或几何对象的形式进行存储。
三、空间数据结构空间数据结构是指对空间数据进行索引和组织的方法。
常用的空间数据结构有四叉树、R树、网格和多边形索引等。
这些数据结构可以提高查询效率和空间分析的准确性。
例如，四叉树可以将空间数据按照空间位置划分成四个象限，从而方便地进行范围查询。
四、空间查询语言空间查询语言是指用于查询空间数据的语言和语法。
常用的空间查询语言有SQL和OGC标准中定义的空间查询语言。
SQL是一种通用的关系数据库查询语言，但是对于空间数据的查询需要扩展。
OGC标准中定义的空间查询语言包括空间谓词和空间运算，可以方便地对空间数据进行查询和分析。
五、空间索引优化空间索引优化是指对空间数据进行索引和优化的过程。
由于空间数据的特异性，传统的索引方法可能无法满足对空间查询的需求。
因此，需要针对空间数据设计合适的索引结构，如R树和网格等，以提高查询效率和数据分析的准确性。
六、空间数据可视化空间数据可视化是指将空间数据以图形的方式展示出来，以便于用户的理解和分析。
常用的空间数据可视化方法包括点图、线图和面图等。
空间数据库体系结构
数据库管理系 统集成环境
应用程序API
空 间 数 据 库 引 擎
空 间 数 据 访 问 对 象
操作 系统
据空 库间 数
4、空间数据库系统的集中式体系结构
空间数据库
存储器
磁盘控制器
外设控制器
存储控制器
CPU
系统总线
5、数据库系统的客户/服务器体系结构 （1）主机－终端式网络
使用大型主机作为服务器，通过终端来访问数 据。
（2）子模式 它是用户与数据库的接口，是用户看到的并获准 使用的那部分数据的逻辑结构，借此来操作数据库中 的数据。 它接口简单，使用方便；提供数据共享性；孤立 数据，安全保密。 （3）模式 它是对整个数据库的全局逻辑描述，是对数据模 型的一种等价处理或具体实现。模式的主体是数据模 型，模式只能描述数据库的逻辑结构，而不涉及具体 存取细节。
空间数据库
空间数据库
空间数据库
分布式多空间数据库的关键技术：
① 集成技术 ② 全局空间索引 ③ 事务管理
④ 并发控制
思考题
1、什么是数据字典？什么是聚类？ 2、空间数据库系统由哪几部分组成？ 3、空间数据库系统的体系结构主要有哪些？
（4）模式与子模式之间的关系 所有用户子模式的最小并集是模式，从模式中可 以导出各种子模式。 （5）存储模式 用来描述数据在存储装置上的物理配置和组织问 题。又称为内模式。
2、映射与数据独立 映射实质上是两个事物之间的对应关系，它包括 两种不同的映射。 子模式/模式映射：定义概念记录与用户逻辑记 录之间的对应关系。逻辑独立性
第六章 空间数据库体系结构
一、空间数据库系统 二、数据库系统的体系结构
三、空间数据库系统的体系结构
四、分布式空间数据库系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
空间对象的拓扑空间关系
❖ 拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主 要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包 含关系。
❖ 拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。 ❖ 拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。 ❖ 拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关
空间对象的拓扑空间关系
拓扑关系定义
拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。是指图形在保 持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。可以假设图形绘在一张高质 量的橡皮平面上，将橡皮任意拉伸和压缩，但不能扭转或折叠，这时原来 图形的有些属性保留，有些属性发生改变，前者称为拓扑属性，后者称为 非拓扑属性或几何属性。这种变换称为拓扑变换或橡皮变换。
地理数据的特征
❖ 属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等 级、名称、数量等。
❖ 空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特 征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如F楼与E楼相 邻等。
❖ 时间特征：描述空间对象随时间的变化
2 空间数据的基本特征
空间数据的类型
❖ 属性数据：描述空间对象属性特征的数据，又称非几何数据， 如类型、名称、性质等，一般通过代码给予表达
系
点: 弧:
起点
面: 弧段3
弧段4
中间点
终点
弧段2
弧段1
邻接 点—点
相交
相离
包含
重合
点—线
点—面
线—线Leabharlann 线—面面—面拓扑关系的意义
1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系。 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际
问题。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
举例
标识号 1
实体属性
点 线 面、曲面 体
数字线画图 数字栅格画图 数字高程模型 数字正射影像图
1.3 实体的空间特征
1、空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y）
属性：符号
线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn) 属性：符号—形状、颜色、尺寸
面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1) 属性：符号变化 等值线
第一节 空间信息基础
1.1、地理系统和地理实体
1、定义： 指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概
括性，复杂性，相对意义的概念。 2、理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，GIS中的空间实 体是一个概括，复杂，相对的概念。
1.2 地理实体的描述和存储
1、空间实体的描述 通常需要从如下方面对地理实体进行描述： 1)编码：用于区别不同的实体，有时同一个实体在不同的时间具有不同的编 码，如上行和下行的火车。编码通常包括分类码和识别码。分类码标识实 体所属的类别，识别码对每个实体进行标识，是唯一的，用于区别不同的 实体。 2)位置：通常用坐标值的形式(或其它方式)给出实体的空间位置。 3)类型：指明该地理实体属于哪一种实体类型，或由哪些实体类型组成。 4)行为：指明该地理实体可以具有哪些行为和功能。 5)属性：指明该地理实体所对应的非空间信息，如道路的宽度、路面质量、 车流量、交通规则等。 6)说明：用于说明实体数据的来源、质量等相关的信息。 7)关系：与其它实体的关系信息。
空间数据结构 栅格数据结构(显式表示 ) 矢量数据结构(隐式表示 )
显式描述
显式表示：就是栅格中的一系列像元(点)，为 使计算机认识这些像元描述的是某一物体 而不是其它物体。
注：“c”不一定用c的形式，而可以用颜色、 符号、数字、灰度值来显示。
则得到椅子的简单数据结构为： 椅子的属性——符号／颜色——像元x
2、实体类型组合
现实世界的各种现象比较复杂，往往由不同的空间单元组合 而成，复杂实体由简单实体组合表达。
点、线、面两两之间组合表达复杂的空间问题：
如：线—面
面--面
1.4、空间关系
空间关系是GIS数据描述和表达的重要内容：
一方面它为GIS数据库的有效建立，空间查询，空间分析，辅助决策等提供了最 基本的关系； 另一方面有助于形成标准的SQL空间查询语言，便于空间特征的存储，提取，查 询，更新等。
地理 定位数据
数据 非定位数据
x,y 坐标 拓扑关系 变量 级别 数值 名称
点 线 面 格网网络 土壤 1. 土厚 砂 1.1 细 1.2 中 1.3 粗
3. 空间数据的分类
按数据来源 按数据结构
按数据特征
按几何特征 按数据发布形式
地图数据 影像数据 文本数据
矢量数据 栅格数据
空间数据 非空间属性数据
道路类型 路面材料 宽度
2
柏油
48
2
2
柏油
48
3
2
柏油
48
4
1
混凝土 60
5
1
混凝土 60
6
4
柏油
32
行车道路 道路名称
4
解放路
4
珞瑜路
4
中北路
4
胜利路
4
中山路
2
鲜花路
第二节 空间数据结构的类型
数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管 理和处理的数据逻辑结构。对空间数据则是地理实体的空间排 列方式和相互关系的抽象描述。 在地理系统中描述地理要素和地理现象的空间数据，主要包括 空间位置、拓朴关系和属性三个方面的内容。
隐式表示
隐式表示：由一系列定义了始点和 终点的线及某种连接关系来描述， 线的始点和终点坐标定义为一条表 示椅子形式的矢量，线之间的指示 字，告诉计算机怎样把这些矢量连 接在一起形成椅子，隐式表示的数 据为：
椅子的属性——一系列矢量— —连接关系
第二节 空间数据结构的类型
• 栅格数据结构 ▪ 栅格数据结构指将空间分割成各个规则的网格单元，然后在 各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织 方式； ▪ 栅格数据结构分为栅格矩阵结构、游程编码结构、四叉树数 据结构、八叉树数据结构和十六叉树数据结构。
❖ 几何数据(定位数据)：描述空间对象空间特征的数据，也称位 置数据、定位数据，一般用经纬度、坐标表达
❖ 关系数据（拓扑特征数据）：描述空间对象的空间关系的数据， 如邻接、包含、关联等，一般通过拓扑关系表达。
空间数据的基本特征
一般来说，空间特征 数据包括地理实体或现象 的定位数据和拓扑数据； 属性数据包括地理实体或 现象的专题属性（名称、 分类、数量等）数据和时 间数据，而空间特征数据 和属性特征数据统称为空 间数据或地理数据。因此 空间数据的特征可概括为 空间特征和属性特征。