第五章_空间数据组织与管理
空间数据组织与管理课件
空间查询
② 找出中心线长度超过“主街”的所有路段 SELECT RS1，name FROM Road_Segments RS1 WHERE ST_Length(RS1.Centerline)>
ANY(SELECT ST_Length(RS2.Centerline) FROM Road_Segments RS2 WHERE <>'主街')
子结点中矩形的最小外包矩形； ⑤ 若根结点不是叶结点，则至少包含2个子结点； ⑥ 所有的叶结点出现在同一层中； ⑦ 所有MBR的边与一个全局坐标系的坐标轴平行；
R树索引
优点 ① 采用空间聚类的方法对数据进行分区，提高了空间分区节点的利用效率； ② R树作为一棵平衡树，也降低了树的深度，提高了R树的检索效率； 缺点 ① 由于R树非叶结点的MBR允许重叠，这样会导致同一空间查询出现多条查
空间填充曲线
Hilbert曲线
2
Z曲线
1
空间填充曲线（space-filling curve）是一种降低空间维度的方法。它是一条 连续曲线，自身没有任何交叉，可以通过访问所有网络单元来填充包含均匀 网络的四边形。常用的空间填充曲Z曲线、Hilbert曲线。
空间填充曲线是一种重要的近似表示方法，将数据空间划分成大小相同的网 格，再根据一定的方法将这些网格编码，每个格指定一个唯一的编码，并在 一定程度上保持空间邻近性，即相邻的网格的标号也相邻，一个空间对象由 一组网格组成。这样可以将多维的空间数据降维表示到一维空间当中。
空间查询
Байду номын сангаас目录
01
定义
空间几何查询
02
空间定位查询
03
空间关系查询
04
地理信息系统 复习资料
地理信息系统掌握要点集锦（全）第一章绪论：1.基本概念地理数据：各种地理特征和现象间关系的数字化表示。
（地理数据是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的梳子、文字、图像和图形的总称。
）地理信息：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，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（特征：空间、时间、属性）地理信息系统：在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
2.GIS的定义：即地理信息系统（Geographic Information System或 Geo—Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。
它是一种特定的十分重要的空间信息系统。
它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
3.如何理解GIS？GIS，一种特定的十分重要的空间信息系统，在计算机的软、硬件的支持下对整个或部分地球表层（包括大气层）有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示、描述的技术系统。
平台软件的功能、空间输入与转换、空间数据编辑、空间数据管理、空间查询与空间分析、制图与输出。
4.GIS在信息系统中的地位与分类它是一种特定的十分重要的空间信息系统。
5.GIS由哪几部分组成?①硬件系统：输入设备、处理设备、存储设备和输出设备②软件系统：GIS支撑软件、GIS平台软件、GIS应用软件③网络：局域网、广域网、无线网络、Internet/Intranet/Extranet；主要作用信息传输④空间数据：是指地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据⑤人员6.GIS的主要功能有哪些①空间数据的采集和输入②空间数据的编辑与管理③空间数据的处理与转换④空间查询与空间分析⑤空间数据的显示与输出应用功能：包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策7.GIS与相关学科之间的关系GIS具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动他们的发展。
空间数据组织与管理
空间数据组织空间数据管理❑空间数据结构●矢量数据结构●栅格数据结构❑矢量、栅格结构对比❑空间数据库特点❑传统数据库模型及特点●层次数据模型●网络数据模型●关系数据模型❑现行空间数据库管理方案●混合数据管理模式●扩展数据管理模式●统一数据管理模式空间数据组织与管理定义：❑矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。
❑点：空间的一个坐标点；❑线：多个点组成的弧段；❑面：多个弧段组成的封闭多边形；获取方法❑定位设备（全站仪、GPS 、常规测量等）❑地图数字化❑间接获取●栅格数据转换●空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）矢量数据表达考虑内容❑矢量数据自身的存储和管理❑几何数据和属性数据的联系❑空间对象的空间关系（拓扑关系）矢量数据表达❑简单数据结构❑拓扑数据结构❑属性数据组织矢量数据结构矢量数据表达—简单数据结构只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。
又称面条结构。
存储：❑独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；❑点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征●无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询●公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性●多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；●处理嵌套多边形比较麻烦适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析量数据结构（续）标识码属性码空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点: ( x ,y )线: ( x 1 , y 1 ) , (x 2 , y 2 ) , … , ( x n , y n )面: ( x 1, y 1) , (x 2, y 2) , …, ( x 1, y 1)点位字典点: 点号文件线: 点号串面: 点号串点号X Y 1112223344………n5566存储方法量数据结构（续）矢量数据表达—拓扑数据结构不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系 表达对象：关联关系 表达方式●全显式表达●部分显式表达拓扑关系物理实现●直接存储●串行指针拓扑关系与数据共享 采用拓扑关系的原则量数据结构（续）拓扑结构：全显式表达N1B2N2N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面弧点面-弧拓扑面弧段弧-点拓扑弧起点弧-面拓扑弧左面点-弧拓扑点弧段终点右面量数据结构（续）拓扑结构：部分显式表达●用上述部分表格表示空间目标的拓扑关系⏹System ：面-弧、弧-点⏹DIME ：弧-点、弧-面●目前商用GIS 还没有超出上述四个表格的拓扑关系量数据结构（续）拓扑结构：物理实现▪串行指针面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储POLYVRT （美国计算机图形及空间分析实验室）TIGER （美国人口调查局）▪直接存储Arc/Info 、GeoStar矢量数据结构（续）拓扑结构：拓扑关系与数据共享维护数据的一致性矢量数据结构（续）拓扑结构：是否需要拓扑结构?❑应用目的●制图或一般查询，可不要拓扑结构●空间分析，则应建立拓扑关系❑服务对象和系统数据结构●面状目标：面-弧、弧-面●网络目标：点-弧、弧-点矢量数据结构（续）矢量数据结构：属性数据表达与组织❑属性特征类型●类别特征：是什么●说明信息：同类目标的不同特征❑属性特征表达●类别特征：类型编码●说明信息：属性数据结构和表格❑属性表的内容取决于用户❑图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。
5地理信息系统的数据模型与空间数据库
关系模型
属性 实体 E1 E2
…
A1
V11 V12
…
A2
V21 V22
…
A3
V31 V32
…
…
… …
An
Vn1 Vn2
…
E3
V13
V23
V33
…
Em
V1m
V2m
V3m
…
…
Vn3
Vnm
30
关系1：边界关系 多边形 边号 (P) Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 边 号 (E) a b e b c d 边 长 (L) 30 40 30 40 25 28
为“一对一联系”，记为“1:1”。例如省—省会。
一对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零 个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1 中一个实体有联系，那么称E1和E2的联系为“一对
多联系”，记为“1:N”。例如省和湖泊。
17
多对多联系 如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（ 零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么称E1 和E2的联系为“多对多联系”，记为“M:N”。 例如地块—弧段。 关系数据库很难表达多对多联系，这时候必需进 行分解。
24
1) 层次模型
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关 系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反 应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰， 较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子 女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦， 需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复 多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修 改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除 一个记录其所有下属记录也同时被删除。
《测绘学概论》课程笔记
《测绘学概论》课程笔记第一章：测绘学总论1.1 测绘学的基本概念测绘学是一门研究地球形状、大小、重力场、表面形态及其空间位置的科学。
它的主要任务是对地球表面进行测量，获取地球表面的空间信息，并对其进行处理、分析和应用。
测绘学的研究对象包括地球的形状、大小、重力场、表面形态等自然属性，以及人类活动产生的各种地理现象和空间信息。
1.2 测绘学的研究内容测绘学的研究内容主要包括以下几个方面：（1）大地测量学：研究地球的形状、大小和重力场，建立地球的数学模型，为各种测量提供基准。
（2）摄影测量学：利用航空或卫星摄影技术，获取地球表面的空间信息，并通过图像处理技术对其进行解析和应用。
（3）全球卫星导航定位技术：利用卫星导航系统，如GPS、GLONASS、北斗等，进行地球表面空间位置的测量和定位。
（4）遥感科学与技术：利用遥感技术，如卫星遥感、航空遥感等，获取地球表面和大气的物理、化学和生物信息，并进行处理和应用。
（5）地理信息系统：利用计算机技术，对地理空间信息进行采集、存储、管理、分析和可视化，为地理研究和决策提供支持。
1.3 测绘学的现代发展随着科技的发展，测绘学进入了一个新的发展阶段。
现代测绘技术主要包括卫星大地测量、数字摄影测量、激光扫描、遥感技术、地理信息系统等。
这些技术的发展，使得测绘工作更加高效、精确和全面，为地球科学、资源调查、环境保护、城市规划等领域提供了强大的支持。
1.4 测绘学的科学地位和作用测绘学在科学体系中占有重要地位，它是地球科学的基础学科之一，为其他学科提供了重要的数据支持。
同时，测绘学在国民经济和国防建设中发挥着重要作用，如土地管理、城市规划、环境监测、资源调查、灾害预警等，都离不开测绘学的支持。
第二章：大地测量学2.1 概述大地测量学是测绘学的一个重要分支，主要研究地球的形状、大小、重力场及其变化，建立地球的数学模型，为各种测量提供基准。
大地测量学具有广泛的应用，如地球科学研究、资源调查、环境保护、城市规划等。
教材第五章数据集和数据集的管理1
第五章 数据集的处理5.1 数据集定义z/OS 数据集是存储在一个磁盘卷或者多个磁盘卷上，逻辑相关的数据记录的集合。
例如, 一个数据集可以是一个源程序、一个宏库或一个能够被应用程序使用的数据记录文件。
用户可以在终端上打印或显示数据集。
逻辑记录是应用程序使用的基本信息单元。
数据可以存储在直接访问存储设备上（DASD） ，磁带卷或者光媒体上。
正如前面提到的， DASD适用于磁盘或与磁盘类似的设备。
所有类型的数据集都可以存储在DASD上，但是只有顺序数据集能够存储在磁带上。
我们将在后面讨论数据集的类型。
5.2 数据集命名每当用户分配一个新的数据集时,必须给数据集一个唯一的名字。
一个数据集名可能是一个名字段, 或一系列联合的名字段。
每个名字段描述了一个限定标准，例如,数据集名TECH01.COBOL.DATA是由三个名字段组成。
左边的第一个名字段被称为高级限定词(HLQ-high-level qualifier)，右边的最后一个名字段是最低级的限定词(LLQ- lowest-level qualifier)。
每个名字段的长度可以是一到八个字符，名字段的第一个字母必须是字母(A到Z)或national符号(#，@，$)，剩下的七个字符是任一字母、数字(0-9)、national符号或一个连接符号(-)。
名字段之间用句点(.)相隔。
包括所有的名字段和句点,数据集名的长度不能超过44个字符。
因此，一个数据集名最多可以由22个名字段组成。
5.2.1 HLQ命名约定一个数据集的HLQ是由安全系统控制的，其余的名字段也有许多命名约定，这些是约定而不是标准,但是它们被广泛地使用，它们包括下列各项：（1）名字中的字符LIB表示数据集是一个库，字符PDS也可以表示一个库，但它较少使用。
（2）名字中的字符CNTL、JCL或JOB表示数据集中包含JCL( 但是不一定专用于JCL)。
（3） 名字中的字符LOAD、LOADLIB或LINKLIB表示数据集中包含可运行的模块（一个具有z/OS可执行模块的库必须是单独的可执行模块)。
地理信息系统GIS复习
第一章概论一、GIS概念：是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）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。
二、地理空间分析的三大基本要素：空间、属性、时序三、传统3S ：GIS、GPS、RS新3S:：System、Service、Science四、GIS的基本功能：1、数据输入、编辑和更新2、数据转换3、数据存储和数据库管理4空间信息的转换5信息的浏览和查询6、信息的显示和输出7、空间分析和空间模拟8、GIS二次开发功能五、GIS组成：计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据和管理与应用人员六、GIS与机助制图系统的区别与联系：地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。
一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还具有丰富的空间分析功能。
七、GIS与CAD的区别与联系：机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表达、处理、可视化，甚至空间数据的管理。
GIS与CAD系统的共同特点是二者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。
它们的主要区别是，CAD处理的多为规则几何图形及其组合，图形功能极强，属性功能相对减弱。
而GIS处理的多为地理空间的自然目标和人工目标，图形关系复杂，需要有丰富的符号库和属性库，GIS需要有较强的空间分析功能，图形与属性的相互操作十分频繁，且多具有专业化的特点。
此外，CAD一般仅在单幅图上操作，海量数据的图库管理的能力比GIS要弱。
但是由于CAD具有极强的图形处理能力，也可以设计丰富的符号相连接属性，许多用户都把他作为数字制图系统使用。
第二章地理空间数学基础一、地图投影的概念（P40）：按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B，L），与地图上相对应的平面直角坐标（X，Y）之间一一对应的函数关系。
空间数据管理-空间数据库
contents
目录
• 空间数据库概述 • 空间数据库的核心技术 • 空间数据库的应用领域 • 空间数据库面临的挑战与解决方案 • 空间数据库的未来发展趋势
空间数据库概述
01
定义与特点
定义
空间数据库是一种用于存储和管理空 间数据的数据库系统，它能够存储、 检索、更新和管理空间数据，包括地 理信息、地图数据、遥感数据等。
空间数据查询语言
空间数据查询语言是用于查询和管理 空间数据库的标准语言，它提供了丰 富的空间函数和操作符，用于对空间 数据进行各种复杂的查询和操作。
常见的空间数据查询语言包括SQL、 PostGIS等。
空间数据模型与结构
空间数据模型与结构是描述空间数据的组织和表达方式，它决定了空间数据的表示、存储和查询方式 。
环境监测与保护是空间数据库的重要应用领域之一。 环境监测部门需要利用空间数据库来分析环境质量、 生态状况等信息，为环境保护提供决策支持。
环境监测与保护还包括污染治理、生态修复等领域。
空间数据库面临的挑
04
战与解决方案
数据安全与隐私保护
数据加密
采用先进的加密算法对空间数据进行加密， 确保数据在存储和传输过程中的安全性。
访问控制
实施严格的访问控制策略，对不同用户设定不同的 权限级别，防止未经授权的访问和数据泄露。
隐私保护
在数据采集、处理和使用过程中，采取匿名 化、去标识化等技术手段保护用户隐私。
高性能查询优化
索引技术
利用空间索引技术提高查询效率，如 R-tree、Quadtree等。
查询策略优化
根据查询需求和数据特点，优化查询 路径和算法，减少计算量和I/O负载。
李建松《GIS原理》复习二
李建松《GIS原理》复习题2009第一部分地理信息系统的科学和技术基础第一章地理信息系统的科学基础名词：地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学第三章地理信息系统概述简答：地理信息系统的定义、特征、构成、发展简史第四章地理信息系统的技术基础填空和判断：数据采集输出、GIS软件的发展第二部分地理空间数据组织与管理第五章地理空间信息基础简答：矢量数据、栅格数据、TIN的结构和特点名词：元数据第六章地理空间数据模型简答：空间索引的类型和用途填空和判断：空间数据的基本特征和描述内容第七章地理空间数据结构计算：无拓扑矢量数据结构、拓扑数据结构、栅格数据Morton码、TIN数据结构第八章地理空间数据库填空简答：间数据库管理系统的管理模式1、空间数据的基本特征是、、2、矢量数据最基本的拓扑关系是关联和邻接，解释关联和邻接的含义3、在网络分析方面矢量数据比栅格数据（方便、不方便）4、在叠置分析方面矢量数据比栅格数据（方便、不方便）5、缓冲区分析用什么数据结构比较方便？6、投影变换时，矢量数据比栅格数据（简单、复杂）7、GIS中有几何数据、属性数据和拓扑数据，哪些适合用数据库表示？哪些适合用数据文件表示？第三部分地理空间数据的获取与处理第九章地理空间数据获取填空和判断：数据源的种类、数据采集的方法第十章空间数据的编辑填空简答：图形数据的编辑、图形数据的几何纠正第十一章空间数据的处理方法填空简答：空间数据的拓扑关系自动生成、空间数据的压缩编码方法、矢量数据和栅格数据的转换计算：栅格数据压缩编码方法第十二章地理空间数据的质量填空简答：GIS数据质量的内容、空间数据的不确定性数字测绘和GIS的数据采集有什么区别？1、用SuperMap对栅格数据矢量化时，什么情况下选用非地球坐标系？2、空间数据的不确定性包含了哪些方面？分别举例说明几何数据和属性数据的不确定性3、如何发现进入GIS中的数据错误4、判断点和多边形的关系有和两种方法A 垂线法B 面积法C 内插法D弧长法E转角法5、仿射变换和相似变换公式的差别，各需要几个已知点？6、X=A0+A1x-B1y Y=B0+B1x+A1y 是变换X=A0+A1x+A2y Y=B0+B1x+B2y 是变换A 拓扑B投影 C 仿射 D 相似7、如何求解以上二式中的A0、A1、A2、B0、B1、B2第四部分空间分析基本原理和方法第十五章空间分析方法填空简答：矢量和栅格数据的叠置分析、缓冲区分析1、举例说明几何图形到属性、属性到图形的双向查询2、空间关系查询包含哪些内容？3、解释：属性数据的离散特征数和集中特征数4、DEM分析有哪几种主要用途？5、空间对象的关系有、、、、五种6、点、线、面之间各有什么关系？如何判断点和线之间的关系？第五部分地理信息系统产品输出及可视化第十六章地理信息系统产品输出填空和判断：地理信息系统产品的输出系统的硬件、地理信息系统产品的类型第十七章空间信息可视化技术方法简答：可视化的技术方法、GIS制作专题地图的类型和方法1、举例说明如何将空间查询、统计和分析的结果可视化表示2、VR有哪几种主要类型和功能？3、简述电子地图和GIS的关系和差别第六部分地理信息系统工程设计与标准化第十八章地理信息系统工程设计简答：GIS工程的系统分析、系统设计、实施、运行和维护的内容第十九章地理信息系统的标准化1、GIS开发的四个阶段为、、、2、快速原型法和结构化生命周期法的主要区别是什么？3、GIS的发展瓶颈是什么？改进途径有哪些？4、在众多的GIS的应用领域中，列举出六个领域。
空间数据组织与管理概述
空间数据组织与管理概述1. 引言空间数据指的是地理位置信息与属性信息结合的数据。
在现代化社会中，空间数据的组织与管理对于各种领域的决策和规划至关重要。
空间数据组织与管理的目的是有效地存储、查询、分析和可视化空间数据，以支持地理信息系统（Geographic Information System, GIS）的应用。
2. 空间数据组织在进行空间数据组织之前，我们首先需要了解空间数据的特征。
空间数据通常由几何数据与属性数据组成。
几何数据描述了地理实体的位置、形状和大小，而属性数据描述了与地理实体相关的数量、品质和状态等信息。
2.1 点、线和面几何数据的基本形式包括点、线和面。
点表示一个具体的地理位置，线表示连接两个或多个点的路径，面表示一个封闭的区域。
通过将这些基本形式组合，可以描述复杂的地理现象。
2.2 地理参照系地理参照系是空间数据组织的基础。
它定义了空间数据的坐标系统和地理投影方式，以确保不同数据源之间的一致性和对齐性。
2.3 空间索引为了提高空间数据的查询效率，通常需要使用空间索引来组织和管理数据。
空间索引是一种数据结构，能够快速定位空间数据的位置。
常用的空间索引包括网格索引、四叉树和R树等。
3. 空间数据管理空间数据管理是指对空间数据进行存储、查询、更新和删除等操作的过程。
在空间数据管理中，需要考虑数据的完整性、一致性和安全性。
3.1 数据存储空间数据存储可以采用关系型数据库、文件系统或分布式存储等方式。
关系型数据库通常使用空间扩展模块来支持空间数据的存储和查询。
文件系统可以直接存储空间数据的文件，而分布式存储则将数据分布在多个计算节点上，以提高数据的可扩展性和容错性。
3.2 数据查询空间数据查询是通过查询语言（如SQL）来获取满足特定条件的空间数据。
查询语言通常包括空间操作符（如相交、包含等）和空间函数（如计算距离、面积等）来处理空间数据。
3.3 数据更新和删除空间数据的更新和删除需要考虑数据完整性和一致性。
第五章：空间数据Geodatabase数据库创建
第五章：空间数据Geodatabase数据库创建⼀、关于Geodatabase 1.Geodatabase在⼀个公共模型框架下，对GIS通常所处理和表达的地理空间特征如⽮量、栅格、TIN、⽹络和地址进⾏同⼀描述。
2.Geodatabase是⾯向对象的地理数据模型。
3.ArcGIS的地理数据库（Geodatabase）是为更好地管理和使⽤地理要素数据，⽽按照⼀定的模型和规则组合起来的地理要素数据集（Feature Datasets）。
Geodatabase是按照成层次型的数据对象来组织地理数据的。
这些数据对象包括对象类（Objects）、要素类（FeatureClass）和要素数据集。
4.Geodatabase对地理要素类和要素类之间的相互关系、地理要素类⼏何⽹络和要素属性表对象等进⾏有效管理，并⽀持对要素数据集、关系及⼏何⽹络进⾏建⽴、删除和修改更新操作。
5.Geodatabase数据模型的结构、功能和特点。
⼆、空间数据库的设计 1.空间数据库的设计是指在现在的数据库管理系统的基础上，建⽴空间数据库的整个过程。
⼀般包括需求分析、结构设计和数据层设计等内容。
2.空间数据库的建⽴，有3种⽅法：1.建⽴⼀个新的地理数据库。
2.移植已经存在的数据到地理数据库。
3.⽤CASE⼯具创建地理数据库。
三、创建⼀个新的Geodatabase 1.进⾏设计，计划要包含哪些地理数据类、地理数据集、对象表、⼏何⽹络主关系类等。
2.利⽤ArcCatalog开始建库，步骤包括：建⽴新的空间数据库、建⽴其组成项、向数据库各项加载数据以及建⽴关系添加索引等。
①新建⼀个空的个⼈Geodatabase ②创建要素数据集：要素数据集是储存要素类的集合。
建⽴⼀个新的要素数据集，必须定义其空间参考，包括坐标系统（地理数据、投影坐标）和坐标域（X,Y,Z和M的范围及精度），数据集中所有的要素类必须使⽤相同的空间参考，且要素坐标要求在坐标域内。
空间数据管理概念
空间数据管理概念
空间数据管理是指对地理信息系统（GIS）中的空间数据进行组织、存储、查询和分析的过程。
在当今数字化时代，空间数据管理变得越来越重要。
空间数据管理可以帮助我们更好地理解地球。
通过收集、整理和分析空间数据，我们可以获得关于地球上各种现象和现象之间关系的深入了解。
这些数据可以帮助我们预测自然灾害、规划城市发展、保护环境等。
空间数据管理对于决策制定者来说也是至关重要的。
政府和企业可以利用空间数据来制定政策和战略。
例如，城市规划者可以使用空间数据来确定最佳位置建设新的基础设施，而零售商可以使用空间数据来确定最佳的店铺位置。
空间数据管理还可以促进跨学科研究和合作。
各个领域的研究人员可以共享和访问空间数据，从而促进合作和创新。
例如，地理学家、生态学家和社会学家可以共同利用空间数据来研究城市化对环境和社会的影响。
然而，空间数据管理也面临一些挑战。
数据的质量和准确性是一个重要问题。
不准确的数据可能导致错误的决策和不可靠的结果。
隐私和安全问题也需要得到重视。
空间数据中可能包含个人隐私信息，因此需要采取措施来保护数据的安全性和保密性。
空间数据管理在当今社会中起着至关重要的作用。
它不仅可以帮助我们更好地理解地球，还可以为决策制定者提供有价值的信息。
然而，我们也需要认识到空间数据管理面临的挑战，并采取相应的措施来解决这些问题。
空间数据的组织与结构
空间数据的组织与结构在当今数字化的时代，空间数据的重要性日益凸显。
从导航应用到城市规划，从地质勘探到环境保护，空间数据在各个领域都发挥着关键作用。
而要有效地管理和利用这些空间数据，就需要深入理解其组织与结构。
空间数据，简单来说，是指具有空间位置特征或属性的数据。
它可以是地理坐标、地图上的点、线、面，也可以是与空间位置相关的其他信息，如温度、湿度、人口密度等。
那么，空间数据是如何组织起来的呢？常见的组织方式有栅格数据结构和矢量数据结构。
栅格数据结构将空间区域划分为规则的网格单元，每个单元都有一个值来表示相应的属性。
比如说，在一张卫星图像中，每个像素就是一个栅格单元，其颜色值代表了该位置的地物特征。
栅格数据结构的优点是处理简单、运算速度快，适用于对空间数据进行全局分析和大规模数据的快速处理。
但它也存在一些缺点，比如数据冗余度大，因为每个单元都要存储一个值，即使相邻单元的值可能相同；而且栅格数据的精度相对较低，难以精确表示复杂的地理实体边界。
与栅格数据结构不同，矢量数据结构通过点、线、面等几何对象来表示地理实体。
例如，一条河流可以用一条线来表示，一个湖泊可以用一个面来表示。
矢量数据结构能够更精确地描述地理实体的形状和位置，数据冗余度小，占用存储空间相对较少。
但矢量数据结构的处理算法相对复杂，在进行某些空间分析操作时可能不如栅格数据结构高效。
在实际应用中，选择栅格数据结构还是矢量数据结构，往往取决于具体的需求和数据特点。
如果需要对大面积的空间数据进行快速分析，且对精度要求不是特别高，栅格数据结构可能是更好的选择；而对于需要精确表示地理实体形状和边界的情况，矢量数据结构则更为合适。
除了这两种基本的数据结构，还有一些混合的数据结构，它们结合了栅格和矢量数据结构的优点，以满足更复杂的应用需求。
空间数据的组织还涉及到数据的分层。
就像我们整理书架时会把不同类型的书放在不同的层架上一样，空间数据也可以根据其主题、属性或用途进行分层。
数据库中的空间数据管理与分析技术
数据库中的空间数据管理与分析技术近年来，随着信息技术的快速发展和科学技术的不断进步，空间数据的管理和分析成为了数据库领域中的重要课题。
空间数据管理技术在地理信息系统、交通监控、环境保护等领域起到了重要的作用。
本文将介绍数据库中的空间数据管理与分析技术。
首先，我们来了解什么是空间数据。
空间数据是指具有地理位置信息的数据，包括地点、区域或者地球上的特定位置。
将空间数据存储在数据库中，可以方便地对其进行管理和分析。
一种常见的管理空间数据的方法是使用地理数据库系统。
地理数据库系统是一种专门用于存储和管理空间数据的数据库系统。
在地理数据库系统中，我们可以将地理数据根据特定的坐标系统进行存储和索引，以便更好地管理和操纵数据。
此外，地理数据库系统还提供了专门的查询语言和函数，用于对空间数据进行查询和分析。
其中，空间索引技术是地理数据库系统中的核心技术之一。
空间索引是一种数据结构，用于加速对空间数据的查询操作。
常见的空间索引技术包括R树、四叉树和kd树等。
这些索引结构可以将地理数据进行实时分割和组织，使得查询操作的效率得到显著提高。
通过使用空间索引技术，可以更快速地查询出满足特定空间条件的数据，提高数据分析的效率。
另外，空间数据分析是地理数据库系统中一项重要的功能。
通过空间数据分析，我们可以深入挖掘数据背后隐藏的规律和特征，并从中获取有价值的信息。
常用的空间数据分析技术包括空间关联分析和空间聚类分析。
空间关联分析是在空间数据中寻找特定的关联关系。
例如，寻找城市附近的餐馆数量与人口密度之间的关系。
通过空间关联分析，我们可以发现餐馆更倾向于开在人口密集的地区，这对餐馆的开业定位和市场研究具有重要的意义。
空间聚类分析是通过将地理数据进行聚类操作来寻找空间上的热点区域。
例如，通过对犯罪地点的分析，我们可以找出犯罪高发区域。
这对于犯罪预防和治安管理具有重要的意义。
除了上述的空间数据管理与分析技术，数据库中还涉及到空间数据的可视化技术。
空间数据组织与管理
平台架构
建立一个安全、稳定、高效的空 间数据共享平台，包括数据存储、 数据处理、数据查询和数据分发 等功能模块。
数据整合
将不同来源、不同格式的空间数 据进行标准化和规范化，整合到 一个统一的共享平台上，便于用 户查询和使用。
用户管理
建立完善的用户管理制度，对用 户进行身份认证和权限管理，确 保数据的安全性和保密性。
空间数据组织与管理
• 空间数据概述 • 空间数据组织方式 • 空间数据存储管理 • 空间数据查询与检索 • 空间数据共享与分发 • 空间数据可视化表达与地图制作
目录
空间数据概述
空间数据的定义与特点
总结词
空间数据是描述地理空间中各种要素的数据，具有空间位置、属性、时间三个基本要素。
详细描述
空间数据是地理信息系统（GIS）的基础，它描述了地理空间中各种要素的位置、特征 和属性。这些要素可以是自然物体，如山川、湖泊、植被等，也可以是人文要素，如建 筑物、道路、人口分布等。空间数据的特点包括空间位置的唯一性、属性描述的多样性
空间数据版权保护
1 2 3
版权标识 对共享平台上的空间数据添加版权标识，明确数 据的所有权和使用权，防止未经授权的数据使用 和传播。
访问控制 建立严格的访问控制机制，限制用户对数据的访 问权限，防止未经授权的访问和数据泄露。
法律保护 加强相关法律法规的建设和执行，对侵犯版权的 行为进行严厉打击，保护数据所有者的合法权益。
空间数据的应用领域
总结词
空间数据在城市规划、环境保护、资源调查、灾害监 测等领域具有广泛应用。
详细描述
空间数据在许多领域都有重要的应用价值。在城市规划 中，空间数据可用于城市用地布局、交通规划等方面； 在环境保护中，空间数据可用于监测环境污染、评估生 态保护效果等；在资源调查中，空间数据可用于土地资 源、水资源、矿产资源等的调查和评估；在灾害监测中， 空间数据可用于灾害预警、灾后评估等。此外，空间数 据还可应用于军事侦察、农业管理、旅游规划等领域。
J05 空间数据组织与管理
系统的整体性能，它是空间数据库和地理信息系统的一 项关键技术。
空间索引一般采用自顶向下、逐级划分空间的各种数据
结构。
5.4 空间索引
对 象 范 围 索 引
D
B C 查询窗口
A E F
图5.13 基于实体范围的空间数据检索
5.4 空间索引
格网索引
21 20 17 16 5 4 1 0 23 22 19 18 7 29 28 25 24 13 12 9 8 31 30 27 26 15 14 11 10 53 52 49 48 37 36 33 32 55 54 51 50 39 38 35 34 61 60 57 56 45 44 41 63 62 59 58 47 46 43 42
5.4 空间索引
D
B C 查询窗口
A E F
基于实体范围的空间数据检索
5.4 空间索引
空间索引：指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的顺序排列的一 种数据结构，其中包含有空间对象的概要信息。
空间索引介于空间操作算法和空间对象之间。 空间索引的性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息
图形用户界面
属性用户界面
图形处理系统
DBMS
图形处理
DBMS 图形文件库 属性数据库
图形文件库
属性数据库 图5.5 图形和属性结合的混合处理模式
图5.4 图形数据和属性数据的连接方式
5.2 空间数据管理
文件-关系数据库管理的缺点：
1. 属性数据和图形数据通过ID联系起来，使查询 运算，模型操作运算速度慢； 2. 数据发布和共享困难；
影像数据003
影像数据004
影像数据005
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5.3空间数据组织
GIS工程
工作区1
工作区2
…….
工作区m
图幅1
图幅2
…….
图幅n
工作层1
工作层2
…….
工作层p
地物类1
地物类2
…….
地物类q
地物1
地物2
…….
地物r
图 GIS数据的组织管理结构
5.3空间数据组织
在工作层的基础上，如果研究对象过于庞杂（例如所有 地物类），或者需要分类研究，或者为了显示、制图和 查询方便，仍需要对其进行分层，此时进行可以进行逻 辑层（logic layer）的划分。如研究全国道路交通网， 可以需要分别研究铁路、公路（高速公路、等级公路、 等外公路）等，此时，可以在道路层的基础上划分逻辑 层 地物类是类型相同的地物总称。同类地物一般用相同的 显示颜色和绘图符号表示，而且严格按照点状地物类、 线状地物类和面状地物类进行划分。有些软件将点状地 物、线状地物、面状地物分不同的数据文件进行管理， 如ARC/INFO；而MGE、GeoStar则将工作区中的所有地物 （无论点、线、面）用一个文件进行统一管理。
文字数字 空间图形
5.1空间数据库概述
5.2空间数据库管理
5.2空间数据库管理
5.2.1空间数据库的数据特征
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
5.2空间数据库管理
5.2.2矢量数据的管理
基于文件与关系式数据库的空间数据混合管理 方案
基于关系式数据库的空间数据管理方案
基于对象—关系式数据库的空间数据管理方案。
5.2空间数据库管理
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 GIS用户界面
在RDBMS中融入空间数据后，
ArcSDE可以提供空间和非空间 数据进行高效率操作的数据库 服务。
ArcSDE采用的是客户/服务器
ArcSDE 原理示意图
体系结构，所以众多用户可以 同时并发访问和操作同一数据。 ArcSDE还提供了应用程序接口， 软件开发人员可将空间数据检 索和分析功能集成到自己的应 用工程中去。
L
M
N
R树结构示意图
结
R （b）层状结构 树
5.4.3 R树和R+树空间索引
C F A D1 B E D2 A B D 1 C E D 2 G F G
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间 数据库
5.2空间数据库管理
5.2空间数据库管理
对 象 关 系 数 据 库 管 理 方 案
对现有的关系数据库进行扩展，增加空间数据类型 解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效 率较高 没有解决对象嵌套问题，用户不能根据GIS要求进行空间对象的 再定义，因而不能将计的拓扑结构进行存储 GIS软件：TIGER，Geo++、Geo Tropics等
高级语言
数据库开发语言
ID 几 何 数 据 属 性 数 据
图形用户界面 属性用户界面
图形处理 图形 文件库
DBMS 属性 数据库
早 期
图形处理
DBMS
GIS用户界面
高级语言
ODBC协议
数 数 据 据 文 库 件
图形 文件库
属性 数据库
图形处理 图形 文件库
DBMS 属性 数据库
5.2空间数据库管理
5.3空间数据组织
5.3.3属性数据组织 属性数据由关系数据库管理系统管理，但它的文件组织 方式也要服从上述工作层、工作区和图库的要求，以便 于图形文件协调工作，共同组成工作区、工作层，并进 行跨图幅操作。 属性数据组织的三种方式 ⑴ 与工作层对应的组织方式 Arc/Info ⑵ 与地物类对应的组织方式 MGE ⑶ 混合方式 GeoStar
D
查询窗口
B
C
A E F
图
基于实体范围的空间数据检索
5.4空间索引----5.4.2四叉树空间索引
基本思想：将研究区域用横竖线条划分大小相 等和不等的格网，记录每一个格网所包含的空 间实体。当用户进行空间查询时，首先计算出 用户查询对象所在格网，然后再在该网格中快 速查询所选空间实体，这样一来就大大地加速 了空间索引的查询速度。
5.4空间索引
经对研究区空间数据输入并建立空间数据库以后，得到了一个庞大的数 据库，如何从该数据库中快速检索、提取所需的空间数据来满足空间分 析、模拟与决策的需要是一个重要的问题。 空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间 关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息， 如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。 空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与 特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。 空间索引的性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能， 它是空间数据库和地理信息系统的一项关键技术。 常见的空间索引一般是自顶向下、逐级划分空间的各种数据结构空间索 引，比较有代表性的包括BSP树、K-D-B树、R树、R+树和CELL树等以及格 网索引
5.3空间数据组织
工作区 工 作 层
水系
居民地
道路
地表高程
……
铁路
公路 逻 辑 层
高速公路
等级公路
等外公路
图5.12 工作区、工作层、逻辑层示意图
5.3空间数据组织
5.3.2空间数据库的图库管理
当GIS所管理的区域和所要求的比例尺都比较大时，如在城市规划管理信 息系统中，数据库会包含大量的图幅，涉及多个工作区及很多工作层的 数据组织和管理，这时一个GIS系统会包含几百、几千，甚至上万个工作 区。 GIS软件必须让用户能在整个区域内进行众多图幅（分区）、工作层的调 用，图幅拼接和跨图幅的剪切、开窗，跨图幅工作层的漫游、查询、分 析和制图等。这就涉及到图库的管理。 在无缝大地图的方式下，图库管理职能通过有效的分幅（分区）、分层 的空间索引，以满足用户对具体的局部区域和专题层的操作、检索的需 要。 图库管理是海量空间数据管理的需要，是大型GIS软件的必备功能，其管 理效率是衡量GIS软件优劣的重要指标之一。为了提高海量空间数据的管 理效率，GIS必须建立强有力的空间索引和查询机制。
第5章 空间数据组织与管理
地科院 空间系
第5章 空间数据组织与管理
5.1空间数据库概述
5.2空间数据库管理
5.3空间数据组织
5.4空间索引
5.5空间数据库查询语言
5.1空间数据库概述
数据库 定义：数据库是为一定目的服务，以特定结构存储的相关联的数据的集合。
特点
数据独立于应用程序而集中管理 数据之间建立联系，反映了现实世界信息的联系
数据库管理的阶段： 人工管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段 数据模型 层次模型 网络模型 关系模型 面向对象模型
5.1空间数据库概述
数据的组织方式 数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、 记录、文件和数据库。
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。 记录: 由若干相关联的数据项组成。 文件:文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的 集合。 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。
ArcSDE，即数据通路，是
空 间 数 据 库 引 擎
ArcGIS的空间数据引擎，它是 在关系数据库管理系统（RDBMS） 中存储和管理多用户空间数据 库的通路。
从空间数据管理的角度看，
ArcSDE是一个连续的空间数据 模型，借助这一空间数据模型， 可以实现用RDBMS管理空间数据 库。
GIS界面 空间数据处理 DBMS 扩充实体类型 （点、线、面、圆等）
空间 数据库
5.2空间数据库管理
栅格数据的管理：
1、文件管理方式 2、文件—数据库管理方式 3、关系数据库管理方式
5.2空间数据库管理
5.2空间数据库管理
实施这种方式管理影像数据时，影像数据仍按照文件方式组织管理；在关系数据 库中，每个文件都有唯一的标识号（ID）对应影像信息，如文件名称、存储路径 等。 这种方式管理影像数据，不是真正的数据库管理方式，影像数据并没有放入数据 库中，数据库管理的只是其索引。由于影像数据索引的存在，使影像数据的检索 效率得到提高。
5
7
E 13
G 15
图 用线性四叉树组织的空间索引
在四叉树索引 中，大区域空 间实体更靠近 树的根部，小 实体位于叶端， 以不同的分辨 率来描述不同 实体的可检索 性。
5.4.3 R树和R+树空间索引
A D F G E I H J L C B K
M N
（a）二层不重叠矩形
A B C
D
E
F
G
H
I
J
K
5.2空间数据库管理
空间数据引擎主要是为解决存储在关系数据库中的空间数据与应用程序 之间的数据接口问题。这是SDE的实质 目前空间数据库引擎主要有两种主要方式 1、以ESRI与数据库开发商联合开发的空间引擎SDE为代表，可称之为 “中间件”方式的空间数据库引擎。 2、另一种空间数据引擎由数据库厂商开发。这些厂商凭借其在数据库核 心技术上的优势，在关系数据库管理系统本身作出扩展，使之支持空间 数据管理。如Oracle公司的Spatial即是支持空间数据管理的专用模块，这 种方式可成为“嵌入式”空间数据库引擎。 比较成熟的有GIS厂商ESRI公司的ArcSDE，MapInfo公司的SpatialWare， 数据库厂商Oracle公司的Spatial，Informix公司的Spatial Data B1ade等产 品和技术。