空间数据库-武汉大学
地理信息系统基础_ 空间数据管理_56 新型空间数据库_
新型空间数据库武汉大学遥感信息工程学院乐鹏
本节内容
新型数据库概述
5.6.1
新型空间数据库
5.6基于NoSQL 数据库的空间扩展
5.6.2
新型数据库概述
5.6.1
大数据时代数据格式复杂多样，单一的关系数据库无法满足需求数据量巨大，传统单机存储模式无法满足OLAP/OLTP性能需求
该如何选择数据库？
例如：滴滴出行新增原始轨迹数据规模达到70TB/日
NoSQL数据库
Not Only SQL
（1）NoSQL存储：
不使用关系数据模型
数据模型多种多样，不需要事先为存储数据建立模式，可随时存储自定义的数据格式
能很好地处理半结构和非结构化的大数据
NoSQL数据库
Not Only SQL （2）NoSQL特点：针对大型集群而设计
支持数据自动分片
很容易实现水平扩展
具有良好的伸缩性
（3）关系数据库与NoSQL数据库的对比
关系数据库NoSQL数据库关系模型是否
SQL查询语言是否
事务ACID特性是否
水平扩展否是
海量数据否是
动态模式否是
（4）NoSQL数据系统分类列簇存储
键值模型
文档模型
图模型
①列簇存储
存储模式：
以列为单位存放数据，列的集合称为列簇
每一列中的每个数据项包含时间戳属性，
可保存列中的同一个数据项的多个版本
优点：
相对于关系数据库以行为单位进行数据储存，
使用列存储，对于大数据量的读取，更加高效。
代表软件：
谷歌的BigTable，后期衍生的HBase，Cassandra等。
一种从空间数据库中提取地理本体的方法
，
，
。
)技 术 被 看 成是解 决 不 同 应 用 系 统 之 间 的 异 构性 以 及 互 操 作 难 题 的
一
一
个 重要
途径 传统 的地 理 本 体需 要 通 过 领 域专家 人 工 建 立 比 较耗 费时 间 本 文 提 出 种从 已 经 存 在 的 空 间 数据库 中提 取 出 地 理 本体 的 方 法 来 解决 异 构 系统 中本 体 获 取 困难 的 问 题
学术研 究
、
文 章 编号 ：1 6 7 2
—
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中 图 分 类 号 ：P 2 0 8
文献标识码
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种 从 空 间 数 据 库 中提 取 地 理 本 体 的 方 法
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引
言
GIs
层 次 上 表 达 了 概 念 和 数 据 库 中相
1
关 于 地 理 本体
地 理 本体就是 把 有关地 理 科
应 的 表 之 间 的联 系
。
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应用 的数据库 因
本体 都 是 人 们 通 过 对 数据 库结 构
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地理信息系统原理与方法_武汉大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
地理信息系统原理与方法_武汉大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.已知某一区域部分离散化的已知空间数据，推求其他区域的面域数据的内插方法称为答案:空间外推法2.以下哪些不是求解缓冲区的常用方法（）答案:半平面法3.空间分析与各种其他数据分析方法比较，哪一个不是其独特性答案:空间分析技术不是完成某些任务的唯一手段4.空间数据库设计过程中，需求分析这一步需要做哪些工作（）答案:需求数据的收集和分析_编制用户需求说明_调查用户需求5.数据冗余的缺点有哪些（）答案:容易导致数据不一致性_浪费空间6.以下哪个空间查询算子不考虑拓扑关系：（）答案:缓冲区7.空间数据库与传统的关系数据库的操作区别包括：（）答案:空间数据查询的计算开销相对于关系数据库更大8.栅格金字塔的作用是（）答案:提高栅格显示的效果9.（）是按照不同的转换规则将概念模型转换为具体DBMS支持的数据模型的数据库设计步骤。
答案:逻辑设计10.“事务”指的是（）答案:事务是访问数据库的程序执行单元，要么全部都执行，要么一个都不执行。
11.本身连续的地理实体不能以逻辑连续的方式呈现在空间数据库中指的是（）答案:逻辑无缝12.空间数据库不具备传统数据库的（）特征。
答案:数据结构化13.GIS空间几何图形计算过程中为了提高计算效率可以采用哪些加速方法答案:是否有假结点_包络多边形_MBR外接矩形_矢量方向判断14.空间对象的方位在GIS中通常有哪些表示方法答案:方位角_十六方向描述法_象限角15.垂线法面捕捉算法中，如果点在多边形内，则垂线与多边形的交点个数为（）。
答案:奇数16.在不同类型空间对象的捕捉过程中，哪类空间对象不使用最小外包矩形（MBR）来做初筛？答案:点17.判断欧氏空间矢量拐向的方法中较快的一种是（）答案:矢量叉积符号判断法18.下列哪些矢量数据压缩方法没有累积效应，具有更好的全局性答案:道格拉斯压缩19.在空间数据库中，将跨越2幅图边界的同一地物的编码和属性数据统一的过程称为答案:逻辑接边20.什么矢量运算通常被用来判断矢量相互之间的顺逆时针关系答案:矢量叉积21.求解地球椭球表面2点之间的距离需要哪些已知参数答案:起、终点经纬度22.地理信息数据更新的基本模式有答案:固定变化程度的更新_增量式更新_定期更新23.地理信息数据更新的基本环节是答案:变化信息的发现与提取_主数据库更新_用户数据库更新24.GIS的互操作不包括答案:系统的互操作25.在数据采集与数据应用之间存在的一个中间环节是答案:数据处理26.以下哪种不属于数据采集的方式答案:投影方式27.要保证GIS中数据的现势性必须实时进行：答案:数据更新28.在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入：答案:属性数据29.有关数据处理的叙述错误的是：答案:数据处理是对地图数字化前的预处理30.下列能进行地图数字化的设备是答案:手扶跟踪数字化仪31.游程编码的优点包括（）答案:易于检索，叠加，合并等操作_最大限度地保留原始栅格结构，编码解码运算简单_压缩率高32.块码的数据对中包含（）答案:列_初始行_半径_属性值33.TIN三角网中，最佳三角形的满足条件不包括（）答案:三角形的三个顶点属性相同34.栅格结构的特点是（）答案:定位隐含，属性明显35.以下不是栅格属性值确定方法的是（）答案:面积占优法36.栅格数据的获取来源有（）答案:以上都是37.在空间查询中通用的基于MBR的搜索策略是（）答案:筛选、细化38.下列对POLYVRT及DIME说法中错误的是（）答案:DIME是当今地理信息系统中矢量数据拓扑结构最常用的一种方法39.栅格数据中的点实体是用一个（）表示答案:像元40.以下哪些是方向关系？答案:基于观察者的方位关系_相对目标的方位关系_绝对方位关系41.地理空间现象应包含的主要特征包括答案:时间特征_空间特征_属性特征42.空间索引的作用不包括：答案:提高空间数据插入操作的效率43.使用以下空间索引的空间数据中，哪一个适合使用关系型数据库来存储：答案:空间填充曲线索引44.以下空间索引中，具有坐标平移不变性的有：答案:R树族索引45.MBR是指（）答案:最小外包矩形46.______模型当中对空间的任何一个位置都是一视同仁的。
武汉大学国际软件学院培养计划(13版)
国际软件学院International School of Software武汉大学国际软件学院是教育部、国家计委首批批准成立的国家示范性软件学院，是为了适应我国经济结构战略性调整的要求和软件产业发展对人才的迫切需要而建立的，旨在为我国软件产业发展带来新的推动力，支持国家“以信息化带动工业化”的战略部署，培养复合型、实用型、国际化的高层次软件人才。
学院按国际通行办学模式组织教学。
学院下设：软件工程系、空间信息与数字技术系、数字艺术系、集成电路与通讯软件系、院实验中心、ISS软件研发中心、空间信息与数字工程中心、国际与工程教育中心、湖北省软件人才与技术服务平台等教学与科研机构，现有软件工程、空间信息与数字技术和物联网工程三个本科专业。
学院拥有软件工程一级学科博士点和服务科学、数字媒介2个二级学科博士点。
学院现有专兼职教师210人，专任教师54人。
其中博士生导师17人，教授 18 人，副教授 24 人，90%以上教师具有博士学位和国外学习或工作经历；外聘教师96人，校内双聘教师60人。
其中两院院士2人，教授78人，副教授28人，高级软件工程师14人。
学院现有设备总值2000余万元的一流的教学实验室和专业实验室，配有高性能服务器和计算机设备，拥有完备的实验与科研教学设施和软件，专线接入中国电信网和校园网，设备与网络对学生全天免费开放。
学院走国际化的办学道路：聘请了美国、加拿大、英国、日本、印度等著名大学以及Microsoft、IBM等公司的著名教授、专家在本院授课、讲座，已在美国、欧洲、日本、印度建立教学实习基地，与爱尔兰都柏林城市大学、美国卡耐基梅隆大学、美国威斯康星州立大学、美国东密歇根大学、美国詹姆斯麦迪逊大学、法国国立科学技术与管理学院、印度迈索尔大学、英国邓迪大学等签署了协议，在课程建设、教学资源建设（ 实验软件）、教师培训、学生培养、科学研究等方面展开全面合作，为学生提供国外学习深造的机会。
武汉大学资环院空间数据库期末试题
武汉大学资源与环境科学学院
2012-2013学年第一学期期末考试
《空间数据库原理》课程考试试题A
姓名年级任课教师
学号专业系主任签名
一、名词解释（每小题2分，共20分）
1.空间数据库管理系统
2.数据模型
3.曼哈顿距离
4.领域建模
5.哈希函数
6.Isotropic field
7.不规则三角网
8.栅格链码
9.凸多边形10.Metadata
二、简答题（每小题10分，共60分）
1.试说明在地理信息系统中为什么要研究专门的空间数据库系统。
2.试解释欧氏空间和拓扑几何空间在空间数据组织中分别有何用途。
3.什么是场模型？它在空间数据库中是如何表达和存贮的？
4.试说明矢量拓扑数据结构的构建思想并以一个实例说明之。
5.Give two examples to explain how quad-tree can be used in spatial
database management.
6.什么是空间索引？试详细解释R树是如何达到空间索引目的的？
三、论述题（每小题20分，共20分）
1.请从空间数据的概念、逻辑和物理模型三个层次详细论述道路网在空间数据库中的
存贮与管理问题，要求该模型能支持基本的网络查询和分析功能。
武汉大学研究生专业代码
06图像处理
①101思想政治理论
②201英语一
③301数学一
④970计算机技术基础
数据结构
①编译原理
②操作系统
01GPS快速定位技术
02高精度GPS定位网的布设方案及施测方式
03卫星信号传播中大气延迟误航技术
①101思想政治理论
②201英语一
③301数学一
④949大地测量学基础或966GPS原理及应用
测量平差与工程测量
①数据库原理
②数字测图原理与应用或摄影测量学
01计算机视觉与影像处理
02虚拟现实技术
03遥感应用
04数字摄影测量
05遥感与全球变化监测
06新型遥感影像
073S集成
08空间信息处理
①101思想政治理论
②201英语一
③301数学一
②数据库原理
01多媒体通信
02多媒体信息处理与系统
03空间信息压缩、加密与通信技术
04传感网技术
05多媒体与空间信息远程协作通信
①101思想政治理论
②201英语一
③301数学一
④965信号与线性系统
数字信号处理
①电路基础
②通信原理
01GIS基础软件设计与实现
02多媒体GIS
03GIS应用工程
04空间信息云计算与云服务技术
①数据库原理
②地图投影或地理学
①101思想政治理论
②204英语二
③302数学二
④968C语言程序设计或969计算机原理
数据结构
①编译原理
②操作系统
①101思想政治理论
②204英语二
③302数学二
④941地理信息系统基础或967遥感原理
研究生培养方案-测绘遥感信息工程国家重点试验室-武汉大学
430116测绘工程（Surveying and Mapping Engineering）全日制工程硕士专业学位研究生培养方案培养单位：资源与环境科学学院(205)遥感信息工程学院(213)测绘学院(214)卫星导航定位技术研究中心(618)测绘遥感信息工程国家重点实验室(619)一、培养目标测绘工程领域工程硕士的培养主要是解决测绘行业及相关工程部门高层次应用型、复合型人才紧缺的矛盾，面向生产第一线培养高层次工程技术和工程管理人才。
具体要求为：（一）拥护党的基本路线和方针政策，热爱祖国，遵纪守法，具有良好的职业道德和敬业精神，具有科学严谨和求真务实的学习态度和工作作风，身心健康。
（二）掌握本领域的基础理论、先进技术方法和手段，在领域的某一方向具有独立从事工程设计、工程实施，工程研究、工程开发、工程管理等能力。
（三）具有较高的综合素质和较强的创新能力和适应能力。
（四）掌握一门外国语。
二、领域简介测绘工程是研究地球和其他实体与空间分布有关的信息的采集、量测、分析、显示、管理和利用的工程领域。
研究内容包括确定地球的形状和重力场及空间定位，利用各种测量仪器、传感器获取与空间分布有关的信息，制成各种地形图、专题图和建立地理、土地等各种空间信息系统，为研究地球自然和社会现象、解决人口、资源、环境和灾害等社会可持续发展中的重大问题以及为国民经济和国防建设提供技术支撑和数据保障。
随着现代空间技术、微电子技术、计算机和信息技术的迅猛发展，测绘学科正步入一个自动化、网络化、实时化的发展阶段。
测绘工程有着广泛的应用，在经济发展规划、土地资源调查和利用、海洋开发、农林牧渔业的发展、生态环境保护、疆界的划定以及各种工程、矿山和城镇的建设等各个方面都必须进行相应的测量工作，编制各种地图和建立相应的地理信息系统，以供规划、设计、施工、管理和决策使用。
在国防建设和现代战争中，可持续、实时地提供战场环境，为作战指挥和武器的定位与制导提供测绘保障。
《空间数据库》复习
《空间数据库》复习在当今数字化的时代，空间数据的管理和应用变得越来越重要。
空间数据库作为专门用于存储和管理空间数据的系统，对于地理信息系统、城市规划、环境保护等众多领域都具有关键作用。
为了更好地掌握这一重要的知识领域，让我们来进行一次全面的复习。
首先，我们来了解一下什么是空间数据库。
简单来说，空间数据库就是能够有效地存储、管理和查询空间数据的数据库系统。
空间数据与传统的数值或文本数据不同，它具有空间位置、形状、大小等特征。
例如，地图上的点、线、面等地理要素，以及它们之间的空间关系，都属于空间数据。
空间数据库的特点主要包括以下几个方面。
一是数据量大，因为它需要涵盖广阔的地理区域和丰富的细节信息。
二是数据结构复杂，不仅包含属性数据，还包含空间几何数据，如点、线、面等，以及它们之间的拓扑关系。
三是查询操作复杂，常常需要进行空间位置的查询、空间关系的判断等。
在空间数据库中，常见的数据模型有矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型通过点、线、面等几何对象来表示地理实体，其优点是数据精度高、存储空间小、便于编辑和更新。
栅格数据模型则将地理空间划分为规则的网格，每个网格单元对应一个数值，适用于对连续现象的表示，如地形、温度等。
空间索引是提高空间数据库查询效率的重要技术。
常见的空间索引方法有 R 树、四叉树、网格索引等。
R 树是一种基于空间分割的索引结构，能够有效地支持空间范围查询和最近邻查询。
四叉树则是将空间区域不断地四分，形成层次结构，适用于区域查询。
网格索引则是将空间划分为固定大小的网格，通过网格来快速定位数据。
在数据存储方面，空间数据库需要考虑如何有效地存储空间数据和属性数据。
一般来说，空间数据可以采用二进制大对象（BLOB）的方式存储在数据库中，而属性数据则可以按照常规的数据库字段进行存储。
接下来谈谈空间数据库的查询处理。
空间查询包括空间选择查询、空间连接查询等。
空间选择查询是根据空间位置或空间关系来筛选数据，例如查找距离某个点一定范围内的所有对象。
第一章 地理信息系统概论
qshzhao@
讲授内容提要
第六章空间数据管理，重点介绍空间数据的矢量结构、栅格 结构及其编码方法，介绍空间数据库、空间索引技术等
第七章空间分析：包括度量分析、叠置分析、三维分析、缓 冲区分析及网络分析等基本基础空间分析以及统计分析和空 间分析模型； 第八章数字地形模型及地形分析，介绍DEM的概念及建立， 讲述DEM的应用及地形分析
相关会议
COSIT（Conference on Spatial Information Theory）（空间信息理 论会议） 计算机科学、认知科学、心理学、机器人科学领域的学者会聚讨 论空间信息理论，每两年一次分别在欧洲、北美举行；是公认的 GI理论研究的最高权威会议 ACM-GIS（计算机协会ACM关于GIS的学术讨论会） SDH(Spatial Database Handel)（空间数据处理会议） SSD/SSTD（大型时空数据库学术会议） ISPRS （国际摄影测量与遥感）
qshzhao@
相关学术期刊
International Journal of Geographical Information Science (国际地理信息系统杂志) International Journal of Remote Sensing Computers and Geosciences Transactions in GIS GeoInformatica 测绘学报 武汉大学学报（信息科学版） 测绘通报
本章介绍了地理信息系统的一些最基本的、但又 是非常重要的概念，包括信息、数据、信息系统、 空间数据、空间信息和地理信息系统。有些概念， 如空间信息和空间数据，还将得到进一步的阐述， 实际上，空间数据也是本书中描述GIS功能的核 心。 GIS既是一项技术，也是一门学科，本章也介绍 了它的主要研究内容以及与其它学科，如地理学、 地图学、遥感等的关系。 本章同时介绍了GIS的组成、分类、功能、发展 历史和展望，这些将在后面的章节中更为详尽地 被描述。
空间数据库原理
2、层次模型
空 间 数 据 库 原 理 》
层次模型是一种树结构模型，它把数据接自然的 层次关系组织起来，以反映数据之间隶属关系。 层次模型是数据库技术中发展最早、技术上比较 成熟的一种数据模型。 特点是地理数据组织成有向有序的树结构，也叫 树形结构。结构中的结点代表数据记录，连线描 述位于不同结点数据间的从属关系(一对多的关 系）。 由树的定义知，一棵树有且仅有一个无双亲结点 的称为根结点；其余结点有且仅有一个双亲结点。
用数据库的数据描述语言DDL来定义概念模式、外模 式和内模式； 具体为：数据库逻辑结构、数据项、记录类型、记录 之间关系、安全控制等。
数据库管理功能
对数据的更新、存取功能
数据库维护功能
改善系统性能 受损后的复原 用户管理 拓宽数据库的用户要求
通讯功能（接口）
武汉大学资源与环境科学学院地理信息科学系 蔡忠亮
第四章 空间数据库
空 间 数 据 库 原 理 建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展 人们的记忆，而主要是为了帮助人们去管 理和控制与这些数据相关联的事物。 空间数据库是一种专门化的数据库，因为 这类数据库具有明显的空间特征。 空间数据库的理论与方法是地理信息系统 的核心问题。
武汉大学资源与环境科学学院地理信息科学系 蔡忠亮
武汉大学资源与环境科学学院地理信息科学系 蔡忠亮
（5）数据模型
空 间 数 据 库 原 理 》 相关概念
武汉大学数据库系统概论 第一讲 数据管理技术概述
最早的研究系统出现在1970年代中期, IBM的 System R, 和Berkeley的INGRES 1980年代初期出现了许多的商业产品 关系数据库在1980年代成为标准
22
数据库系统 的特点
23
数 据 库 系 统 的 特 点
1.
数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统
数据（Data） 数据是数据库中存储的基本对象，数据的种类很多， 文本（ text ）、图形（ graph ）、图象（ image ）、 音频（ audio）、视频（ video）、学生的档案记录、 货物的运输情况等，这些都是数据. 数据的表现形式还不能完全表达其内容，需要经过 解释，数据和关于数据的解释不不可分的。例如， 93是一个数据，可以是一个学生某门课的成绩，也 可以是某个人的体重，还可以有其它的含义。
34
数 据 库 系 统 的 特 点
5.
程序与数据的高独立性
外模式（External Schema,子模式 Subschema，用户 模式）--是数据库用户能够看见和使用的局部数据的 逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。 模式（逻辑模式） -- 是数据库中全体数据的逻辑结 构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。是数 据库数据在逻辑级上的视图。 内 模 式 （ Internal Schema ， 存 储 模 式 Storage Schema） -- 是数据物理结构和存储方式的描述，是 数据在数据库内部的表示方式。
28
数 据 库 系 统 的 特 点
1.
数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统
数据库系统（DataBase System, DBS） 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系 统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工 具）、应用系统、数据库管理员构成。 数据库管理员（DataBase Administrator, DBA）是 负责数据库的建立、使用和维护工作的专门人员。
空间数据库简单介绍
对空间数据进行压缩，以减少存 储空间占用和提高数据传输效率 。
数据索引
R树索引
一种用于空间数据库的索引结构 ，通过将空间对象按照一定规则 组织成树形结构，提高空间查询 和范围查询的效率。
Quadtree索引
一种用于栅格数据的索引结构， 通过将栅格区域按照一定规则组 织成四叉树结构，提高栅格数据 的查询和检索效率。
大规模数据处理和高性能计算的需求。
与大数据技术的融合
02
大数据技术可以提供高效的数据处理和分析能力，与空间数据
库结合可以实现更复杂的数据分析和挖掘。
与人工智能的融合
03
人工智能技术可以提供智能化的数据处理和决策支持，与空间
数据库结合可以实现更加智能化的空间信息应用。
空间数据库的未来展望
更加广泛的应用领域
提供数据更新和维护的功能，保证空间数据的实时性和准确性。
数据转换与共享
支持多种数据格式的转换和数据共享，方便与其他系统进行数据交互。
主流的空间数据库管理系统
PostGIS
基于PostgreSQL的扩展，提供强大的地理 信息系统功能。
Spatialite
轻量级的关系型空间数据库管理系统。
Oracle Spatial
感谢观看
实时数据处理
随着物联网、遥感等技术的普及，空间数据库将 需要处理大量的实时数据，因此需要提高数据处 理的速度和实时性。
数据安全与隐私保护
随着数据安全和隐私保护问题的日益突出，空间 数据库将加强数据加密、访问控制等安全措施， 以确保数据的安全和隐私。
空间数据库与其他技术的融合
与云计算的融合
01
云计算提供了弹性的计算和存储资源，可以满足空间数据库对
《空间数据库》PPT课件_OK
2021/8/21
27
性一体化存储
• 空间数据、属性数据及空间索引都存储在一个表中
2021/8/21
28
用RDBMS管理空间数据
2021/8/21
29
p的数据组织
• 根据不同的需求，以及数据的不同特点，选择合适 • 不同的数据集具有不同的数据结构。
2021/8/21
30
各种类型的数据集
2021/8/21
GIS数据库的特征（2）
2021/8/21
16
标准DBMS存储空间数据的局限性
2021/8/21
17
GIS中空间数据库的组织形式
• 混合结构模型 • 扩展结构模型 • 统一数据模型
2021/8/21
18
属性数据存储在常规RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效；
空间数据存储在空间数据管理系统中，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。
– 2、记录：由若干相关联的数据项组成。
– 3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体 值的集合。
– 4、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。
GIS数据库的特征（1）
• 空间特征：是空间数据最主要的特征，它描述空间物体的位置、形 • 抽象特征：空间数据描述的是真实世界所具有的综合特征，非常复 • 空间关系特征：空间数据除了空间坐标隐含了空间分布关系外，空 • 多尺度与多态性：不同观察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地
2021/8/21
15
空间数据库名词解释
空间数据库名词解释
1、空间数据库（Spatial Database）：空间数据库是一种特殊的数
据库，它存储的都是关于地理空间和物理空间的信息，如地形、气候、土壤、社会结构等等。
它的主要作用是记录和分析地理和物理空间的属性信息，例如地形、气候和土壤等，以便更好地分析和利用空间资源。
2、GIS（地理信息系统）：地理信息系统（GIS）是一个复杂的电子
信息系统，它能够收集、存储、处理、分析、以及可视化地理空间数据。
它由几何、属性和表示组成，最终实现信息的管理和查询，以及求解状态
变化的空间关系。
3、地理空间分析（Geospatial Analysis）：地理空间分析是一种利
用GIS技术和数学模型，来分析地理空间数据，提取和模拟空间关系的过程。
它结合了几何、动态和空间分析，可以更好地揭示和模拟空间数据之
间的关系，以及更好地解决复杂的地理问题。
4、空间数据类型（Spatial Data Types）：空间数据类型是一种用
来定义地理数据的形状、属性和表示的数据类型。
它们可以按照数据的不
同特性进行分类，如空间数据和属性数据。
空间数据类型可以有点、线、面、多边形和三维几何体等几何类型，以及属性类型，如数值型、文本型
和逻辑类型等。
《空间数据库》课件
数据输入/输出
1
数据采集
通过GPS、人工控制等方式，采集野外原始空间数据。
2
数据处理
使用专业软件系统对采集得到的数据进行处理、分析和清理，消除数据异常和重 复。
3
数据输出
数据输出常见形式有数字地图、地理信息服务、数据库输出和在线信息系统等。
常见的空间分析
空间查询分析
对空间数据进行分类和查询，并进行高效 的检索和分析。
空间数据的重要性
空间数据是现代科学技术、经济社会发展、国土管理和安全国防建设等领域的重要数据之一。
空间数据的存储基础
硬盘和服务器
使用大容量数据硬盘和服务器进行存储，常规 的备份和恢复策略推荐。
光盘和存储架
可以使用CD和DVD存储光盘对空间数据库进行 数据备份，并使用存储架进行物理存储。
云存储服务
基于云架构进行空间数据的备份和存储，灵活 度高且成本低。
空间模型分析
对空间系统进行模拟和仿真，提炼空间数 据共性和相关性。
空间统计分析
对空间数据进行空间查询和统计分析，为 计算空间数据相关性提供基础。
空间可视化分析
通过数字地图、可视化工具实现对空间数 据的视觉化分析，并提高数据分析效能。
空间数据库应用案例
城市规划
通过地图分析，实现城市规划的数据管理和决 策支持。
《空间数据库》PPT课件
欢迎来到《空间数据库》课程！本课程将为您详细介绍空间数据的定义、分 类及其在存储和分析中的应用。
什么是空间数据？
空间数据的定义
空间数据是指带有空间位置和属性信息的数据，通常表达在地理坐标系或投影坐标系中。
空间数据的分类
空间数据可以分为矢量数据、栅格数据和基础数据，每种数据类型都有其独特的表达方式和 适用范围。
什么是空间数据库及其特点
引言：空间数据库是一种具有特殊功能的数据库系统，它可以存储、管理和查询空间相关的数据，并为用户提供空间数据分析和空间关系处理的功能。
本文将进一步探讨什么是空间数据库及其特点。
概述：空间数据库是一种专门用于处理与空间位置有关的数据的数据库系统。
与传统的关系数据库不同，空间数据库能够存储和处理具有空间属性的数据，例如地理位置、地形等。
它提供了一种强大的数据管理和空间分析工具，可以用于各种领域，如地理信息系统、遥感技术和环境研究。
正文内容：1. 空间数据模型空间数据库采用了特定的数据模型来表示空间数据。
最常用的空间数据模型是对象-关系数据模型，它将地理对象（如点、线、面）表示为数据库中的表格，并使用关系型数据库管理系统进行存储和查询。
其他常用的模型包括层次模型和网状模型。
这些模型提供了对空间数据的强大支持，使用户能够进行高效的空间数据操作。
2. 空间索引技术空间数据库使用索引技术来提高对空间数据的查询效率。
传统的索引结构无法有效地处理空间数据的查询，因为它们只能处理一维数据。
为了解决这个问题，空间数据库采用了特殊的索引结构，如R树和四叉树。
这些索引结构将空间数据分割成多个小区域，并为每个区域分配一个唯一的标识符。
这样一来，用户在查询空间数据时只需要遍历相关的区域，而无需扫描整个数据库。
3. 空间关系查询空间数据库提供了丰富的空间关系查询功能，用户可以通过空间关系来检索和分析空间数据。
常见的空间关系查询操作包括相交、包含和相邻等。
这些查询能够帮助用户快速获取特定关系的空间数据，从而满足各种应用需求，如城市规划、环境保护和路线规划等。
4. 空间数据分析空间数据库具有强大的空间数据分析功能，用户可以利用这些功能来进行空间数据的统计和分析。
例如，用户可以对城市的人口分布进行统计分析，找出人口密度较高的区域。
同时，空间数据库还支持空间数据的可视化，用户可以通过地图和图表等方式直观地展现空间数据的特征和变化。
5. 空间数据一致性与完整性空间数据库对空间数据的一致性和完整性有严格要求。
TIN数据结构
TIN结构 结构( §3.5 TIN结构(Triangulated Irregular Networks Structure)
在地理信息系统中，DEM(Digital Elevation Model)最主要的三种表示 模型是：
规则格网模型( 规则格网模型(GRID) 等高线模型( 等高线模型(Contour) 不规则三角网模型( 不规则三角网模型(TIN)
【空间数据库原理】 武汉大学资源与环境科学学院 地理信息科学系 蔡忠亮 空间数据库原理】
Theory of Spatial Database
一、不规则三角网（TIN）模型 不规则三角网（ ）
不规则三角网（Triangulated Irregular Network, TIN）是另外一种表示数字 高程模型的方法[Peuker等，1978]，它既减少规则格网方法带来的数据冗 余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。 TIN是一个三维空间的分段线性模型
邻接三 角形 2 5 X 1 3 6 X 4 2 3 X 8 1 X 6 2 5 7 6 8 X 4 7 X
1 3
2 1 2 4 4 6 7 8 7 8 3 3 4 5 6 7 8 2
顶点
1 6 5
5
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8
Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 Y 8
三维分析
通视性分析 淹没分析 地形剖面分析 坡度坡向分析 土石方计算
三角网内插 等高线追踪 内插等高线
【空间数据库原理】 武汉大学资源与环境科学学院 地理信息科学系 蔡忠亮 空间数据库原理】
Theory of Spatial Database
2017年武汉大学资源与环境科学学院硕士研究生各科目考试范围
2017年武汉大学资源与环境科学学院硕士研究生各科目考试范围专业课为学校自主命题，大部分专业课不像公共课那样有考试范围公布，不过，武汉大学资源与环境科学学院是有给出考研专业课的考试范围的，为此，东湖武大考研网特意整理收集了2017年武汉大学资源与环境科学学院硕士研究生各科目考试范围（官网版），如果考生有其他疑问，可以联系官网右侧的咨询老师。
888《遥感技术及其应用》（考试范围）着重考察学生对遥感技术的基本概念和原理的理解、对遥感信息处理基本方法的掌握以及对遥感地学应用问题的基本分析能力。
内容涉及：一、遥感物理基础。
包括：遥感定义、类型、系统构成、特点；电磁辐射及其度量、物质的辐射特性、辐射在介质中的传播特性、辐射的主要物理和化学效应、遥感有关的辐射基本定律；太阳和地球的辐射特点、大气介质对辐射传输的主要影响、地表辐射的几何特性、地物波谱等。
二、遥感数据获取技术。
包括：遥感器概念、主要遥感器类型及其简要原理、主要成像方式、辐射定标；遥感卫星的种类、重要遥感卫星及其遥感器的基本参数；摄影测量的基本概念、主动微波遥感概念及其特点、高光谱遥感概念及其特点。
三、遥感信息处理与分析技术。
包括：遥感数据的分辨率、遥感数据的计算机显示方式、遥感图像的直方图及统计参数、遥感数据变换（彩色变换、傅里叶变换、K-L变换、K-T变换）的基本原理和作用、几何校正、辐射校正、图像灰度变换增强、卷积增强、图像代数运算、遥感数据融合、遥感指数技术、目视解译标志、图像特征量化、监督分类和非监督分类概念、K-均值分类方法、最大似然法分类方法、定量遥感（遥感反演）的概念等。
四、遥感技术地学应用。
包括遥感地学应用的一般工作流程，以及土地覆盖与土地利用遥感、植被遥感、水体遥感、地质遥感中的最基本内容，能够举例说明662自然地理学考试范围1、自然地理学的性质及研究对象、意义等；2、地球系统：地球形状和大小、地球运动、地球表层系统、地球的圈层等；3、地球演化：地球形成与演化、地质构造等；4、岩石圈系统：地壳的物质组成、地壳运动及构造形迹、火山与地震、地壳演变、板块构造等；5、大气圈系统：能量基础、大气运动、大气降水、天气系统、气候形成及分异规律等；6、水圈系统：水的分布、水循环与水量平衡、水分运动和输送、海洋水环境、陆地地表水等；7、土壤圈系统：土壤圈的物质组成和特性、土壤的形成与演化、土壤的类型与分布等；8、生物圈系统：生物圈与生物多样性、生物群落、生态系统的组成与结构、生态系统功能、生态平衡、生态修复等；9、地球上的生态系统：森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、湿地生态系统、海洋生态系统、农业生态系统等；10、地理环境的地域分异规律：自然地域分异、综合自然区划等；11、圈层间的相互作用684经济地理学896经济地理与区域规划经济地理学的研究对象与特性，经济活动系统与地理环境系统相结合的基本原理，经济活动区位选择原理与方法，区域经济活动体系地理空间组织原理与方法，基于测度与评价的区域经济发展决策（工业，农业，基础设施和城镇体系布局和环境保护）。
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概述
•空间数据的可视化表现涉及到计算机图形窗口的管理、图 形窗口的空间坐标变换、色彩管理、符号库管理、窗口句 柄、窗口的放大缩小、漫游操作以及绘图设备的连接等。 窗口管理、窗口句柄以及窗口的放大、缩小漫游等属于计 算机方面的技术，而且不同的软件，实现机制不完全相同
概述
•地图制图通常分普通地图制图和专题地图制图。普通地图 和专题地图制作的关键技术都是根据空间和非空间数据进 行符号化的过程
普通地图制图
•普通地图包括国家的基本比例尺的地形图和城市及厂矿的 大比例尺地形图等。这种地形图的一个显著特点是标准化， 国家和有关行业如测绘局对各种系列比例尺的地形图的规 格、大小、内容以及图式都作了严格的规定，所以要由空 间数据生产制作符合规范要求的地形图并非易事
普通地图制图
•地图符号及其分类 •地图符号是地图的语言，是用来表示自然或人文现象 的各种图形，它是表达地理现象与发展的基本手段 •可以分解为点、线、面三种基本图形元素。其中点是 最基本的图形元素，这是因为一组有序的点可以连成线， 而线可以围成面，面域内则由各种线划符号、点符号或 文字表示其属性 •从几何角度来看可以分为点状地物、线状地物和面状 地物。因而表达地物的符号也可以相应地划分为点状符 号、线状符号、面状符号。注记作为一种直接的地理信 息描述手段，在地图中起着非常重要的作用。因此，有 时也将注记看成是一种特殊的符号
普通地图制图
•地图符号及其分类 •线符号是长度在图上依比例尺表示而宽度不用比例尺 表示的符号，它是地图上表示顺线状延伸分布的物体或 制图现象的符号。如河流、道路、输电线等符号。线符 号有以下特点：①线状符号都有一条有形或无形的定位 线；②线状符号可以进一步划分为曲线、直线、虚线、 平行线、沿定位线连续配置点符号等；③线状符号可以 进一步分解成具有单一特征的线状符号，即一线状符号 可以由若干条具有单一特征的线状符号组成
普通地图制图
•地图符号及其分类 •面状符号是指在二维图上各方向都能依比例尺表示的 符号，它是地图上用来表示面状分布的物体或地理现象 的符号。通常用来表示诸如植被、土壤、池塘等呈面状 分布的地物。面状符号有以下特点：①有一条有形或无 形的封闭的轮廓线；②多数面状符号是在轮廓线范围内 配置不同的点状符号、绘阴影线或着染颜色
普通地图制图
•地图符号绘制方法 •地图符号绘制的实质是将符号坐标系中图形元素特征 点的坐标（x,y）变换到地图坐标系中的坐标(X,Y)并按 给定的顺序连线的过程 •计算机制图中符号绘制（符号化）方法有两种，即编 程法和信息法
普通地图制图
•地图符号绘制方法 •编程法 •编程法是由绘图子程序按符号图形参数计算绘图矢 量并操作绘图仪绘制地图符号。这种方法中每一个 地图符号或同一类的一组地图符号可以编制一个绘 图子程序。这些子程序就组成一个程序库。在绘图 时按符号的编码调用相应的绘图子程序，并输入适 当的参数，该程序便根据已知数据和参数计算绘图 向量并产生绘图指令，从而完成地图符号的绘制。 这种方法适合那些能用数学表达式描述的地图符号， 其特点是增加符号不方便，即使增加一个符号也要 对程序库进行重编译，给用户的自主权不大，因而 很难作为商业软件进行流通。目前这种方法的应用 越来越少
普通地图制图
•地图符号及其分类 •面状符号是指在二维图上各方向都能依比例尺表示的 符号，它是地图上用来表示面状分布的物体或地理现象 的符号。通常用来表示诸如植被、土壤、池塘等呈面状 分布的地物。面状符号有以下特点：①有一条有形或无 形的封闭的轮廓线；②多数面状符号是在轮廓线范围内 配置不同的点状符号、绘阴影线或着染颜色
地理信息系统原理
邬国锋 武汉大学资源与环境科学学院 guofengwu@
第七讲 空间数据的可视化与地图制图
1. 普通地图制图 2. 专题地图制图 3. 地图注记 4. 地图输出
概述
•地理信息系统起源于或者说“脱胎于”计算机地图制图。 但是在建立了地理信息系统或者说空间数据库之后，计算 机制图的问题则归结为空间数据的可视化表现问题，以及 地图输出问题 •空间数据的可视化表示包括颜色、线型、符号、文字注记、 统计图表、图像、录相、声音等 •典型的输出产品有普通地图、专题地图和电子地图等
栅栏符号 齿线 虚线 连续点
普通地图制图
•地图符号图元分析 •面状符号 •绘制面符号有三种情况：一是在绘图区域内以不同 的倾角、不同的间距、不同的实、虚部长度的平行 线族来构成不同的图案，即阴影线填充图案；二是 在绘图区域内以不同的间距、不同的布点形式（井 字形、品字形）、不同的旋转转角绘制点状符号以 构成图案，即点符号填充图案；三是位图填充图案
普通地图制图
•地图符号及其分类 •点状符号是不依比例表示的小面积地物或点状地物符 号，如油库、水塔、测量控制点等。点状符号有以下特 征：①点符号的图形固定，不随它在图幅中的位置的变 化而变化；②点符号都有确定的定位点和方向性；③点 符号图形大都比较规则，由几何图形构成，简单、美观、 形象，易用数学公式表示
点 CPoint
线段 CLine
CCPLine
圆弧 CArc
三角形 CTriangle
CBox
子图 CSubSymbol
折线 CPLine
样条曲线 CCurve
多边形 CPolygon
矩形 CRectangle
圆 CCircle
位图 CBmp
普通地图制图
•地图符号图元分析 •线状符号 •一是重复配置点符号图元法，即将线符号分解成基 本点符号图元，然后沿线符号定位线连续配置点符 号，这种方法的特点是每配置一个符号就要进行一 次符号变换，变换速度随定位线的弯曲和符号的复 杂程度而异，因而绘制速度较慢，且变换模板较难 设计；二是组合绘制方法，它认为任何线符号可以 由具有单一特征的线符号组合而成，这种方法的特 点是绘制速度快、算法相对简单，但要针对不同的 线符号设计好各种单一线型。
普通地图制图
•地图符号图元分析 •点符号、线符号、面符号它们各有其特点，又具有共 性。它们的差异是构成各自的基本图素不同，而相同之 处是他们的绘制参数（符号代码、绘图句柄、笔的颜色、 刷子的颜色等）、操作方法（绘制、删除等）基本一致
普通地图制图
•地图符号图元分析 •点状符号图元 •
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