7-地图数据库与管理
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归纳出6大变化： 1）传统地图定义不再适用 2）地图介质发生变化； 3）获取地图的方式发生变化； 4）地图的使用对象发生变化； 5）地图的评价标准发生变化； 6）地图的使用方式发生变化；
现代地图的新变化
现代地图的新变化
随着研究的深入，无论在设计模式和显示环境或用户需 求满足等方面面临一系列的问题[王英杰 2012]:
地图符号的数据结构*
在地图语言中，最重要的是地图符号系统，制图者通过 运用地图符号把制图对象表现在地图上。 在计算机地图制图中，自动绘制地图上的各种符号是整 个地图制图系统中的一个重要组成部分，地图上各要素 都可看成是由符号（点状符号、线状符号和面状符号） 组成， 因此，建立一个符号库，便于符号的精细制作和标准 化，为符号的自动绘制做好准备。 目前的设计方法：
设计与结构
2)点状符号的数据结构
空间结构与符号子库名的构成：
2)点状符号的数据结构
点状符号库对应图表
2)点状符号的数据结构
符号库与子库的对应
2)点状符号的数据结构
点状符号子库的建立
将符号尺寸转换为栅格数； 定义100 × 100点阵空间； 绘制符号； 符号修改； 存储入库
传统数据库模式2——直接采用厂商提供的空间数据管 理引擎，如：
Oracle——Oracle Spatial; IBM——DB2 Spatial Extender; Informix——Spatial DataBlade;
优缺点——与模式1相反；
2）空间数据库模型
由于各种空间数据库在数据（模型和结构）上差异， 如何实现不同数据库之间的互操作或共享已成为当前 大型空间数据库应用的瓶颈问题； 目前的探索研究：
专题空间库； 用户信息库； 模式库； 规则库。
1）自适应地图数据库概念
1）自适应地图数据库概念
自适应机制——借鉴人工智能理论，建立系统的刺激响应和动态规划能力；并通过自动搜索状态，找出初始 状态-目标状态的最优路径。 规则库——是实现系统刺激-响应机制的核心，步骤： 获得外部信息； 在规则库进行规则匹配和运算推理； 在产生式的引导下组织数据，并发出响应指令；
1）传统地图定义不再适用
现代地图的特点：
二维电子地图——多级比例尺； 遥感地图——显示世界真实图像； 三维地图——透视投影； 地图应该是“用视觉形式传输地理空间信息” [F.Ordering 1999]； “模拟地图”—→“数字地图”；
广义定义：
现代地图的新变化
自适应地图数据库概念 空间数据库模型 自适应地图数据特征 自适应对象构建流程
1）自适应地图数据库概念
定义——具有自适应、自调节、自组织和自建议等特 性的智能型空间数据库，它可以根据不断变化的用户 需求、制图与应用环境，进行自动化的数据组织和信 息推荐，从而使系统自动调整地图内容、表达方式、 传输方式和结构，以满足各类制图与用户的需求。 主要包括：
3)线Hale Waihona Puke Baidu符号的数据结构
线状符号定义为——符号空间20行× 20列点阵和 20 ×150点阵中的标准点集。
前一个点阵空间存储点状图形； 后一个存储线状图形和空白间隔
3)线状符号的数据结构
符号空间结构
与符号子库名的构成
符号库标识字符 + 图形标识字符 + 符号序号 + 后坠
3)线状符号的数据结构
图4.9
4）自适应地图对象构建流程
自适应对象模型UML图：
图4.9
4）自适应地图对象构建流程
UML——Unified Modeling Language，又称统一建模语 言或标准建模语言,是始于1997年一个OMG标准，它是一 个支持模型化和软件系统开发的图形化语言,为软件开发 的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析 到规格，到构造和配置。 面向对象的分析与设计(OOA＆D，OOAD)方法的发展在80 年代末至90年代中出现了一个高潮，UML是这个高潮的产 物。 它不仅统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法， 而且对其作了进一步的发展，并最终统一为大众所接受 的标准建模语言。
基于对象（要素）的模型； 网络模型； 场模型；
在此基础上，形成了面向对象模型、时空模型和三维 模型等特定应用范围； OpenGIS协会提出了9层抽象模型：
2）空间数据库模型
2）空间数据库模型
GIS应有的数据模型涵盖内容和框架 图4.5
3）自适应地图数据特征
与现有空间数据库之间的区别：
结点内符号集合为空的结点， 结点内符号集合包含符号对象且拥有子结点； 结点内符号集合包含符号对象，没有子结点
地图符号集合
现有符号系统分类[陈棉等
2007]：
“笔画”——符号视觉元素（图形、色彩和大小）； “单词”——单个符号； “句型”——符号组； “符号层”——段落； “文章”——地图符号系统（多层多组地图模型）。 在2、3层之间加入了具有不同感情色彩、不同涵义的同义词 集合，且集合中每个单词都包含对应的备注（如具体的涵义 和常用的作者）等——同义词组； 自动、智能的完成。
3）自适应地图数据特征
图4.7
4）自适应地图对象构建流程
自适应对象模型变化因子——4大类，9个小类：
空间信息； 用户背景信息； 用户兴趣信息； 设备信息； 场景信息； 地图模式； 界面模式； 功能模式； 地图规则。
4）自适应地图对象构建流程
在移动地图中——6类：
分类
地图符号的概念
1)地图符号的概念
矢量符号的信息表示
直接法——点、线和面 间接法
1)地图符号的概念
栅格符号库的设计
符号空间的定义：
点：100×100点阵； 线：20 × 20，20 × 150 过程如右图； BMP 特点： 结构简单、 平行关系； 便于动态扩充，修改
产生式规则——“条件-推理-响应”
1）自适应地图数据库概念
图4.2
1）自适应地图数据库概念
2）空间数据库模型
传统数据库模式1——“关系型”+“空间数据引擎”的 中间件解决方案，例如：
ESRI——ArcSDE MapInfo——SpatialWare
访问速度快，应用灵活； 空间操作和处理无法在数据库内核实现，扩展SQL比较困难， 不易实现数据共享与互操作。
自适应地图符号集合特点：
地图符号对象
符号对象有三部分组成：
符号描述； 符号配置定义； 符号几何图形数据；
地图符号对象
符号描述；
符号的内在属性；
抽象程度——+正、-负； 格式类型——矢-栅； 符号形态——点-线-面等
符号的用户认知属性；
符号使用的总频率； 各类型用户使用该符号的频率； 所在的地图符号模板； 用户模型相关的地图符号信息。
设计模式依旧以设计者为中心，未考虑用户的不同特点； 无法满足空间数据需求多样化和个性化的要求； 未考虑数字地图的认知环境差异； 未考虑显示设备的个性差异； 未考虑地图的使用环境变化； 缺少符合数字地图视觉感受规律的符号。
上述问题严重制约了智能化数字地图的发展，因此，需要研究以地图 用户为中心，适合不同用户特点和用户需求，适用不同使用环境和显示设 备，并符合电子设备视觉感受规律的数字地图理论与方法体系。
用于支持用户个性化和多样化分析、需求和模式提取，是分 析性的数据库； 是对各类异构的空间和非空间数据源进行有效集成，可按主 题进行重组，并包含历史数据。 以空间数据类型为主； 适应多用户； 面向主题； 集成式的数据库； 相对稳定的数据库； 反映历史变化； 多种表达形式。
以下特征：
第七章
地图数据库与管理
遥感与地理信息系 赵学胜 2013.12.5
管理
操作 三维 真实 制图设备 基本图元 充填图元 二维剪裁 几何变换
引言
传统数据库难以解决：
海量数据； 复杂的空间关系；
《Data Model》(Tsichritzis & Lochovsky)： “……到目前为止，难以用传统的计算机对地 图进行编码并表示在地图进行操作。”
主要内容
现代地图的新变化 地图符号的数据结构* 数字地图符号系统 小结
现代地图的新变化
传统地图定义不再适用：
传统定义——根据一定的数学法则，使用符号，通过制 图综合将地理表面缩绘到平面的一个表像，它反映各种 自然和社会现象的空间分布、组合、联系及其在时间中 的变化和发展； ICA[Board & Weiss]——地理现实世界的表现或抽象， 以视觉的、数字的或触觉的方式表达地理信息的工具。 从哲学认识论——地图是地学及其相关信息的显示。形 式定义是图形符号的空间集合。具有：
引言
利用计算机技术与数据库技术用于地理或地 图数据处理，需要解决一系列复杂的问题— —地图数据库与地图代数； 地图数据库是计算机制图系统的核心，也是 GIS的重要组成部分；是计算机数据技术与地 理学、地图学的有机结合。 目的——要把地图信息的采集、存储、检索、 分析处理与图形输出等系统化，以便通过多 功能的查询与检索为应用部门提供信息与决 策依据。
2)点状符号的数据结构
符号库对应图表的制作
定义图形大小——符号库对应图表的大小没有限 制，主要依据需要而定，便于增加符号影像，通常 画成图样表，即列为10，行不定，并以ra.bmp命名。 建立对应关系——根据符号顺序在图中对应位置画 上符号标识，对所画图形质量精度不作要求。
注意：符号的映像顺序必须与符号子图顺序一致。
3)线状符号的数据结构
线状符号库与子库的对应
线状符号子库和符号图表的制作（同点状）
4)面状符号的数据结构
面状符号数据结构定义类同点状符号，它的信 息块的制作取决于确定独立而完整的填充点阵 单元（计算机图形的充填算法）。 点阵面状栅格符号信息及成库，可采用人机图 形交互，程序自动处理。
数字地图符号系统
1)符号模型
概念→逻辑→物理; 基本思路——采用树状结构，通过对地物类型不 断细分来组成自适应地图符号树，其中：
树根——整个自适应地图符号库； 树结点——某级地物类别划分粒度的地物类别；包含一 个地图符号集合，集合中的每个元素称为符号对象。
地图符号树
树上的每一个结点代表一类地物，分3类：
现代地图的新变化
研究关键问题[邓红艳
2012]:
可视化认知理论； 数字地图可视化用户模型； 空间数据库与自适应数据管理； 数字地图符号； 数字地图表达与操作问题； 数字地图表达中的智能控制； 数字地图系统的评价机制； 地图可视化的用户界面； 系统软件设计。
空间数据库与自适应数据管理
地图符号依旧沿用传统的模拟地图中的符号 理论和体系，并未进行过多的研究。随着数字 地图的系统研究的深入，现有符号系统在用户 的自适应方面的问题日益突出，主要有：
现有地图符号库组织方式不够科学； 忽略了用户之间的差异； 无法获取用户对地图符号的认知信息。
数字地图符号系统
符号模型 符号设计 符号编辑器的设计 地图符号用户认知 地图符号系统
地图符号的数据结构
地图符号的概念 点状符号的数据结构 线状符号的数据结构 面状符号的数据结构
1)地图符号的概念
地图符号是表达地图内容各要素的类别、空 间位置、大小及其质量和数量特征的特定图 形记号或文字。
现代地图符号还具有相互间的有机联系和共同表达地面 景物整体特征的特定功能； 是定义在符号空间的标准点集。 点状符号——不依比例尺、统计表、汉字 线状符号 面状符号
图示的一般规律：即由数学基础所决定的可量测性，严密的 分级符号系统，符号的清晰可读及意义的唯一性和艺术特点。
1）传统地图定义不再适用
传统地图的特点[孟立秋
2010]：
图为正射投影平面； 图上各点平面坐标与对应的地理坐标存在一直 的数学转换关系； 具有单一主比例尺； 对地理坐标及属性经过了一定的综合； 图上内容以抽象的线化符号为主； 配有图例及注记； 符号见可以进行量算；
现代地图的新变化
现代地图的新变化
随着研究的深入，无论在设计模式和显示环境或用户需 求满足等方面面临一系列的问题[王英杰 2012]:
地图符号的数据结构*
在地图语言中，最重要的是地图符号系统，制图者通过 运用地图符号把制图对象表现在地图上。 在计算机地图制图中，自动绘制地图上的各种符号是整 个地图制图系统中的一个重要组成部分，地图上各要素 都可看成是由符号（点状符号、线状符号和面状符号） 组成， 因此，建立一个符号库，便于符号的精细制作和标准 化，为符号的自动绘制做好准备。 目前的设计方法：
设计与结构
2)点状符号的数据结构
空间结构与符号子库名的构成：
2)点状符号的数据结构
点状符号库对应图表
2)点状符号的数据结构
符号库与子库的对应
2)点状符号的数据结构
点状符号子库的建立
将符号尺寸转换为栅格数； 定义100 × 100点阵空间； 绘制符号； 符号修改； 存储入库
传统数据库模式2——直接采用厂商提供的空间数据管 理引擎，如：
Oracle——Oracle Spatial; IBM——DB2 Spatial Extender; Informix——Spatial DataBlade;
优缺点——与模式1相反；
2）空间数据库模型
由于各种空间数据库在数据（模型和结构）上差异， 如何实现不同数据库之间的互操作或共享已成为当前 大型空间数据库应用的瓶颈问题； 目前的探索研究：
专题空间库； 用户信息库； 模式库； 规则库。
1）自适应地图数据库概念
1）自适应地图数据库概念
自适应机制——借鉴人工智能理论，建立系统的刺激响应和动态规划能力；并通过自动搜索状态，找出初始 状态-目标状态的最优路径。 规则库——是实现系统刺激-响应机制的核心，步骤： 获得外部信息； 在规则库进行规则匹配和运算推理； 在产生式的引导下组织数据，并发出响应指令；
1）传统地图定义不再适用
现代地图的特点：
二维电子地图——多级比例尺； 遥感地图——显示世界真实图像； 三维地图——透视投影； 地图应该是“用视觉形式传输地理空间信息” [F.Ordering 1999]； “模拟地图”—→“数字地图”；
广义定义：
现代地图的新变化
自适应地图数据库概念 空间数据库模型 自适应地图数据特征 自适应对象构建流程
1）自适应地图数据库概念
定义——具有自适应、自调节、自组织和自建议等特 性的智能型空间数据库，它可以根据不断变化的用户 需求、制图与应用环境，进行自动化的数据组织和信 息推荐，从而使系统自动调整地图内容、表达方式、 传输方式和结构，以满足各类制图与用户的需求。 主要包括：
3)线Hale Waihona Puke Baidu符号的数据结构
线状符号定义为——符号空间20行× 20列点阵和 20 ×150点阵中的标准点集。
前一个点阵空间存储点状图形； 后一个存储线状图形和空白间隔
3)线状符号的数据结构
符号空间结构
与符号子库名的构成
符号库标识字符 + 图形标识字符 + 符号序号 + 后坠
3)线状符号的数据结构
图4.9
4）自适应地图对象构建流程
自适应对象模型UML图：
图4.9
4）自适应地图对象构建流程
UML——Unified Modeling Language，又称统一建模语 言或标准建模语言,是始于1997年一个OMG标准，它是一 个支持模型化和软件系统开发的图形化语言,为软件开发 的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析 到规格，到构造和配置。 面向对象的分析与设计(OOA＆D，OOAD)方法的发展在80 年代末至90年代中出现了一个高潮，UML是这个高潮的产 物。 它不仅统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法， 而且对其作了进一步的发展，并最终统一为大众所接受 的标准建模语言。
基于对象（要素）的模型； 网络模型； 场模型；
在此基础上，形成了面向对象模型、时空模型和三维 模型等特定应用范围； OpenGIS协会提出了9层抽象模型：
2）空间数据库模型
2）空间数据库模型
GIS应有的数据模型涵盖内容和框架 图4.5
3）自适应地图数据特征
与现有空间数据库之间的区别：
结点内符号集合为空的结点， 结点内符号集合包含符号对象且拥有子结点； 结点内符号集合包含符号对象，没有子结点
地图符号集合
现有符号系统分类[陈棉等
2007]：
“笔画”——符号视觉元素（图形、色彩和大小）； “单词”——单个符号； “句型”——符号组； “符号层”——段落； “文章”——地图符号系统（多层多组地图模型）。 在2、3层之间加入了具有不同感情色彩、不同涵义的同义词 集合，且集合中每个单词都包含对应的备注（如具体的涵义 和常用的作者）等——同义词组； 自动、智能的完成。
3）自适应地图数据特征
图4.7
4）自适应地图对象构建流程
自适应对象模型变化因子——4大类，9个小类：
空间信息； 用户背景信息； 用户兴趣信息； 设备信息； 场景信息； 地图模式； 界面模式； 功能模式； 地图规则。
4）自适应地图对象构建流程
在移动地图中——6类：
分类
地图符号的概念
1)地图符号的概念
矢量符号的信息表示
直接法——点、线和面 间接法
1)地图符号的概念
栅格符号库的设计
符号空间的定义：
点：100×100点阵； 线：20 × 20，20 × 150 过程如右图； BMP 特点： 结构简单、 平行关系； 便于动态扩充，修改
产生式规则——“条件-推理-响应”
1）自适应地图数据库概念
图4.2
1）自适应地图数据库概念
2）空间数据库模型
传统数据库模式1——“关系型”+“空间数据引擎”的 中间件解决方案，例如：
ESRI——ArcSDE MapInfo——SpatialWare
访问速度快，应用灵活； 空间操作和处理无法在数据库内核实现，扩展SQL比较困难， 不易实现数据共享与互操作。
自适应地图符号集合特点：
地图符号对象
符号对象有三部分组成：
符号描述； 符号配置定义； 符号几何图形数据；
地图符号对象
符号描述；
符号的内在属性；
抽象程度——+正、-负； 格式类型——矢-栅； 符号形态——点-线-面等
符号的用户认知属性；
符号使用的总频率； 各类型用户使用该符号的频率； 所在的地图符号模板； 用户模型相关的地图符号信息。
设计模式依旧以设计者为中心，未考虑用户的不同特点； 无法满足空间数据需求多样化和个性化的要求； 未考虑数字地图的认知环境差异； 未考虑显示设备的个性差异； 未考虑地图的使用环境变化； 缺少符合数字地图视觉感受规律的符号。
上述问题严重制约了智能化数字地图的发展，因此，需要研究以地图 用户为中心，适合不同用户特点和用户需求，适用不同使用环境和显示设 备，并符合电子设备视觉感受规律的数字地图理论与方法体系。
用于支持用户个性化和多样化分析、需求和模式提取，是分 析性的数据库； 是对各类异构的空间和非空间数据源进行有效集成，可按主 题进行重组，并包含历史数据。 以空间数据类型为主； 适应多用户； 面向主题； 集成式的数据库； 相对稳定的数据库； 反映历史变化； 多种表达形式。
以下特征：
第七章
地图数据库与管理
遥感与地理信息系 赵学胜 2013.12.5
管理
操作 三维 真实 制图设备 基本图元 充填图元 二维剪裁 几何变换
引言
传统数据库难以解决：
海量数据； 复杂的空间关系；
《Data Model》(Tsichritzis & Lochovsky)： “……到目前为止，难以用传统的计算机对地 图进行编码并表示在地图进行操作。”
主要内容
现代地图的新变化 地图符号的数据结构* 数字地图符号系统 小结
现代地图的新变化
传统地图定义不再适用：
传统定义——根据一定的数学法则，使用符号，通过制 图综合将地理表面缩绘到平面的一个表像，它反映各种 自然和社会现象的空间分布、组合、联系及其在时间中 的变化和发展； ICA[Board & Weiss]——地理现实世界的表现或抽象， 以视觉的、数字的或触觉的方式表达地理信息的工具。 从哲学认识论——地图是地学及其相关信息的显示。形 式定义是图形符号的空间集合。具有：
引言
利用计算机技术与数据库技术用于地理或地 图数据处理，需要解决一系列复杂的问题— —地图数据库与地图代数； 地图数据库是计算机制图系统的核心，也是 GIS的重要组成部分；是计算机数据技术与地 理学、地图学的有机结合。 目的——要把地图信息的采集、存储、检索、 分析处理与图形输出等系统化，以便通过多 功能的查询与检索为应用部门提供信息与决 策依据。
2)点状符号的数据结构
符号库对应图表的制作
定义图形大小——符号库对应图表的大小没有限 制，主要依据需要而定，便于增加符号影像，通常 画成图样表，即列为10，行不定，并以ra.bmp命名。 建立对应关系——根据符号顺序在图中对应位置画 上符号标识，对所画图形质量精度不作要求。
注意：符号的映像顺序必须与符号子图顺序一致。
3)线状符号的数据结构
线状符号库与子库的对应
线状符号子库和符号图表的制作（同点状）
4)面状符号的数据结构
面状符号数据结构定义类同点状符号，它的信 息块的制作取决于确定独立而完整的填充点阵 单元（计算机图形的充填算法）。 点阵面状栅格符号信息及成库，可采用人机图 形交互，程序自动处理。
数字地图符号系统
1)符号模型
概念→逻辑→物理; 基本思路——采用树状结构，通过对地物类型不 断细分来组成自适应地图符号树，其中：
树根——整个自适应地图符号库； 树结点——某级地物类别划分粒度的地物类别；包含一 个地图符号集合，集合中的每个元素称为符号对象。
地图符号树
树上的每一个结点代表一类地物，分3类：
现代地图的新变化
研究关键问题[邓红艳
2012]:
可视化认知理论； 数字地图可视化用户模型； 空间数据库与自适应数据管理； 数字地图符号； 数字地图表达与操作问题； 数字地图表达中的智能控制； 数字地图系统的评价机制； 地图可视化的用户界面； 系统软件设计。
空间数据库与自适应数据管理
地图符号依旧沿用传统的模拟地图中的符号 理论和体系，并未进行过多的研究。随着数字 地图的系统研究的深入，现有符号系统在用户 的自适应方面的问题日益突出，主要有：
现有地图符号库组织方式不够科学； 忽略了用户之间的差异； 无法获取用户对地图符号的认知信息。
数字地图符号系统
符号模型 符号设计 符号编辑器的设计 地图符号用户认知 地图符号系统
地图符号的数据结构
地图符号的概念 点状符号的数据结构 线状符号的数据结构 面状符号的数据结构
1)地图符号的概念
地图符号是表达地图内容各要素的类别、空 间位置、大小及其质量和数量特征的特定图 形记号或文字。
现代地图符号还具有相互间的有机联系和共同表达地面 景物整体特征的特定功能； 是定义在符号空间的标准点集。 点状符号——不依比例尺、统计表、汉字 线状符号 面状符号
图示的一般规律：即由数学基础所决定的可量测性，严密的 分级符号系统，符号的清晰可读及意义的唯一性和艺术特点。
1）传统地图定义不再适用
传统地图的特点[孟立秋
2010]：
图为正射投影平面； 图上各点平面坐标与对应的地理坐标存在一直 的数学转换关系； 具有单一主比例尺； 对地理坐标及属性经过了一定的综合； 图上内容以抽象的线化符号为主； 配有图例及注记； 符号见可以进行量算；