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
空间数据组织与管理概述
Clay
Plain
A1
Loam
Plain
A2
Sandy
Hill
A3
User_ID
Terrain
Slope
233
Plain
0
234
Plain
3
235
Hill
25
关系数据结构
面向对象的数据库模型： 把面向对象的方法和数据库技术结合起来可以使数据库系统的分析、设计最大程度地与人们对客观世界的认识相一致。 面向对象数据库系统是为了满足新的数据库应用需要而产生的新一代数据库系统。
1
空间数据组织与管理概述
第八章 空间数据组织与
管理
第一节 空间数据管理的特点
第二节 空间数据库管理技术的发展
第三节 空间数据的组织
第四节 空间索引
第一节 空间数据管理的特点
为什么空间数据需要管理？
空间数据特征
这些特征都决定了需要行之有效的方法去管理空间数据
1. 空间特体
7
B
55
C
54
C
60
C
26
A
48
A
15
A
…
…
实体
Peano码
A
26,48,50,15,37,39,14
B
7
C
55,54,60
…
…
B
A
C
四叉树索引
是指建立四叉树索引时,根据所有空间对象覆盖的范围，进行四叉树分割，使每一个子块中仅包含单个实体，然后根据包含每个实体的子块层数或者子块大小建立相应的索引表。
采用M：N连接关系描述的数据库存储方式。由于其空间关系复杂，因此，在GIS中并没有广泛应用。
第三章2-空间数据结构与管理
(X,Y) Polygon (X5,Y5) (X4,Y4)
(X2,Y2)
(X3,Y3)
3、矢量数据获取途径
1) 由外业测量获得 利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄)，然后转到地理数据库。 2) 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3) 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
4、Hale Waihona Puke 量数据编码⑪点实体数据编码
对于点实体矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码。
⑫线实体矢量数据编码
唯一标识码是系统排列序号； 线标识码可以标识线的类型； 起始点和终止点号可直接用坐标表示；
显示信息是显示时的文本或符号等； 与线相联系的非几何属性可以直接存储于线文件中， 也可单独存储，而由标识码联接查找。
四叉树编码优点
容易而有效地计算多边形的数量特征； 阵列各部分的分辨率是可变的，边界复杂部分四叉树较高即分级 多，分辨率也高，而不需表示许多细节的部分则分级少，分辨率 低，因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量； 栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容 易； 多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。
2、栅格数据取值方法
⑪中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心 点对应的面域属性值来确定。 ⑫长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线 （水平或垂直）的大部分长度所对应的面域 的属性值来确定。 ⑬面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格 单元中占据最大面积的属性值来确定。 ⑭重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程 度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅 格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域 尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留 的原则。
GIS的数据组织与管理
GIS的数据组织与管理GIS空间数据有多种来源，不同的数据源其输入方法不同。
不论采用什么方法输入数据都会有一些问题，如输入过程中意外的错误，输入数据与使用格式不一致，各种来源数据的比例尺、投影不统一，图幅间不匹配等。
因此，必须对空间数据进行处理的管理，才能得到纯净统一的数据文件，使存储空间数据符合规范、标准，满足使用和分析的需要。
一、空间数据的输入与编辑1．图形数据的输入图形数据的输入过程实际上是图形数字化处理过程。
对于不同来源的空间数据，很难找到一种统一而简单的输入方法，只能从几种普通适合的方法中选用。
（1）手工键盘输入①手工键盘输入矢量数据手工键盘输入矢量图形数据，就是把点、线、面实体的地理位置（坐标），通过键盘输入到数据文件或程序中去。
实体坐标可从地图上的坐标网或其他覆盖的透明网格上量取。
②手工键盘输入栅格数据栅格数据是以一系列像元表示点、线、面实体。
这种数据的手工输入过程是：首先选择适当的像元大小和形状（一般为正方形网格）并绘制透明网格；然后确定地物的分类标准，划分并确定每一类别的编码；最后将透明格网覆盖在待输入图件上，依格网的行、列顺序用键盘输入每个像元的属性值即各类别的编码值。
手工键盘输入方法简单，不用任何特殊设备，但输入效率低，需要做十分繁琐的坐标取点或编码工作。
这种方法在缺少资金或输入图形要素不复杂时可以使用。
（2）手扶跟踪数字化仪输入这是目前常用的图形数据输入方式。
把待数据字化的资料——地图、航片等固定在图形输入板上，用鼠标输入至少4个控制点的坐标和图幅范围，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。
（3）自动扫描输入自动扫描输入方式输入速度快，不受人为因素的影响，操作简单。
缺点是硬件设备昂贵，图形识别技术尚不完全成熟。
这种方法是图形自动输入的发展方向。
（4）解析测图仪法空间数据输入解析测图仪利用航空或航天影像像对，建立空间立体模型，直接测得地面三维坐标（X,Y,Z），并输入计算机，形成空间数据库。
空间数据管理实习报告
一、实习背景与目的随着地理信息技术的飞速发展，空间数据管理在各个领域都发挥着越来越重要的作用。
为了更好地掌握空间数据管理的基本原理和方法，提高自身的实践能力，我参加了本次空间数据管理实习。
通过实习，旨在提高我对空间数据组织、存储、处理和分析等方面的理解和应用能力。
二、实习内容与过程本次实习主要分为以下几个部分：1. 空间数据组织与管理实习- ArcGIS基本知识：首先，我们学习了ArcGIS的体系结构，了解了ArcGIS的基本操作，包括打开（新建）地图、数据加载、数据显示与地图布局以及数据输出等。
- 空间数据的表达：通过实习，我们初步熟悉了空间数据的矢量和栅格表达。
具体操作包括将矢量数据（点、线、面）和栅格数据按不同分辨率转换，以及将栅格数据按缺损值转换成矢量数据。
- ArcGIS中数据的表示：学习了ArcGIS的数据文件类型，包括矢量数据文件（shapefile、coverage）和栅格数据文件（grid、tif、jpg），并了解了在ArcGIS中查看空间数据和属性表的方法。
- 栅格像元的不同编码方法及误差比较：对土地利用数据按主要类型法进行栅格编码，通过Arctoolbox中的polygon to grid工具对话框进行栅格转换，并比较不同分辨率下的栅格数据误差。
2. 空间数据库实习- 空间数据库准备操作：熟悉Oracle数据库的基本操作，回顾空间数据库的相关知识，并完成II号宗地的建库和查询操作。
- 空间数据库建库：使用SQL语句创建用户和管理数据库权限，为用户授权，增加数据列等。
- 空间数据库查询：编写SQL语句，查询II号宗地中所有点的信息，并按点号排序。
三、实习收获与体会1. 提高了空间数据管理能力：通过实习，我掌握了空间数据的组织、存储、处理和分析等方面的基本原理和方法，提高了自身的空间数据管理能力。
2. 熟悉了ArcGIS和Oracle数据库：通过实习，我对ArcGIS和Oracle数据库的基本操作有了深入的了解，为今后在实际工作中应用这些软件奠定了基础。
ArcGIS空间数据组织和管理方法及个人感想
ArcGIS空间数据组织和管理⽅法及个⼈感想题⽬：ArcGIS空间数据组织和管理⽅法及个⼈感想姓名：学号：专业：随着地理信息产业的不断壮⼤，地理信息的模式也发⽣了根本的改变，传统的纸质地图到如今的电⼦地图，未来地理信息将⾯向服务，⾛向共享与职能，整合计算资源、⽹络资源、存储资源在内的各种资源通过云计算连接在⼀起来进⾏服务。
也正是出于让我们更快更好地了解GIS和相关产品的⽬的，⽼师布置了本次作业，⽽我经过查阅资料决定深⼊了解ArcGIS这⼀产品。
ESRI公司作为全球GIS业界的开拓者和引领者，主导着GIS技术的发展前沿。
⽽ArcGIS系列软件是ESRI公司集近40年GIS咨询和研发经验开发的GIS平台产品家族。
建⽴在⼯业标准之上的ArcGIS，既有强⼤的功能，⼜具有良好的易⽤性。
但是对于像我这样的初学者来说，ArcGIS犹如⼀本厚重的教科书，内容虽然详实，翻看起来还是有些吃⼒的。
因此，我选择了4个应⽤基础框架即桌⾯软件（Desktop）、服务器（Server）GIS、嵌⼊式（Embedded）GIS 和移动（Mobile）GIS中的Server GIS进⾏学习，因为Server GIS正是搭建在应⽤服务器、⽹络服务器和⽤户之间的桥梁，学习Server GIS能够确切地把握ArcGIS空间数据组织和管理的基本情况和特殊之处，能够以⼩见⼤、以点盖⾯地去了解整款ArcGIS软件。
⼀、ArcGIS Server初步了解ArcGIS Server是⼀个基于Web的企业级GIS解决⽅案。
⽤户可以使⽤ArcGIS Server在企业内部⽹或整个互联⽹范围内共享GIS资源，也可以把地图或者其他的地理信息资源⽆缝地集成到普通的⽹站页⾯中。
⽽ArcGIS Server特别之处就在于其将两项功能强⼤的技术——GIS技术和Web技术结合在⼀起，协同合作，综合发挥GIS的空间查询、定位、分析和处理特点，以及⽹络技术的全球互连、信息共享的特点。
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
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。
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。
海量空间数据组织与管理
1、地理逻辑窗口 所谓地理逻辑窗口是指由Windows的坐标 空间一次所能直接表达的相对应的地理空间 的范围，此范围是整个所要处理的地理空间 的一部分。将Windows的逻辑或设备空间的 范围的数值代入所建立的坐标空间映射公式：
（1）逻辑坐标转换为地理坐标
（2）地理坐标转换为逻辑坐标
其中，(xLogcal,yLogical)为逻辑坐标； (xMap,yMap)为地理坐标； (xLogicalOrg,yLogicalOrg)为逻辑坐标原点； (xMapOrg,yMapOrg)为地理坐标原点； Fx,Fy为逻辑坐标到地理坐标变换比例因子； Gx,Gy为地理坐标到逻辑坐标变换的比例因子。
图中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别表示全库中的目标编号， ①-④分别分别表示各图幅中的对象编号。在全库索引表 中，还应建立一个区域嵌套关系表，如Ⅲ号区域嵌套在 Ⅱ号区内。 这种用全库索引表来表示不同图幅间目标的连接关系， 比较简单明了。缺点是：索引表比较大，而大多数情况 下，真正被分割到多个图幅上的目标是少数。
2、显示窗口的动态裁剪 在进行地图的输出显示时，为了提高输出的速度，可采用 动态裁剪的方法，即当绘图要素在设备上显示输出时才进行 裁剪，而这一裁剪区域与通常裁剪方法采用的区域不同，此 处的裁剪区域是指地理逻辑窗口，即只有当绘图要素与地理 逻辑窗口的边界相交时才进行裁剪，由于地理逻辑窗口一般
比输出设备的窗口要大得多，在设计实现时，如果始终将输
即出现了所谓的动画显示效果，从而也增强了
系统显示的趣味性。
2、漫游的实现
在建立上述的坐标空间映射关系时，应首先建立在地理 坐标系统中所设立的地理原点同Windows的逻辑原点或设 备原点相对应的关系。如图示，整个地理空间被划分为N 个地理逻辑窗口，滚动前地理坐标原点位于第1个地理逻辑 窗口的左上角，当屏幕窗口在原地图的第1个地理逻辑窗口 范围内漫游时，不移动地理原点只移动设备坐标原点，而 当屏幕窗口到达第1个地理逻辑窗口的边界时，此时将地理
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。
空间数据的安全管理制度
一、总则为加强空间数据安全管理，确保空间数据安全、可靠、高效地服务于国家、社会和经济发展，根据《中华人民共和国国家安全法》、《中华人民共和国数据安全法》等相关法律法规，结合本单位的实际情况，特制定本制度。
二、管理原则1. 安全优先原则：将数据安全放在首位，确保空间数据在采集、存储、传输、使用、销毁等各个环节的安全。
2. 综合管理原则：建立全方位、多层次的空间数据安全管理体系，涵盖技术、管理、人员等多个方面。
3. 风险控制原则：对空间数据安全风险进行识别、评估、控制和监测，确保数据安全。
4. 法规遵循原则：严格遵守国家有关数据安全的法律法规，确保空间数据安全合法合规。
三、组织机构与职责1. 设立数据安全管理领导小组，负责统筹协调、决策和监督空间数据安全管理工作。
2. 设立数据安全管理办公室，负责具体执行空间数据安全管理制度，组织实施安全措施。
3. 各部门负责人为本部门空间数据安全第一责任人，负责组织本部门空间数据安全管理工作。
四、空间数据安全管理措施1. 数据分类分级：根据数据的重要性、敏感性、关键性等因素，对空间数据进行分类分级，采取相应的安全保护措施。
2. 数据采集与存储安全：建立健全数据采集、存储、传输、使用、销毁等环节的安全管理制度，确保数据在各个环节的安全。
3. 访问控制：对空间数据进行严格的访问控制，实行权限管理，确保只有授权人员才能访问和使用数据。
4. 数据加密：对敏感空间数据进行加密存储和传输，防止数据泄露、篡改和非法访问。
5. 数据备份与恢复：定期对空间数据进行备份，确保数据在发生意外事故时能够及时恢复。
6. 安全监测与预警：建立安全监测系统，实时监测空间数据安全状况，及时发现和处置安全隐患。
7. 安全培训与宣传：定期开展安全培训，提高员工数据安全意识，加强数据安全管理。
五、监督检查与责任追究1. 定期对空间数据安全管理制度执行情况进行监督检查，确保各项措施落实到位。
2. 对违反空间数据安全管理制度的行为，依法依规追究相关责任。
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。
面向对象空间数据组织与管理的初步实现
Ｏｒ ａ ｉａｉｎ ａ ｄ Ｍａ ａ ｅ ｎ ｆＯｂｅ ｔ ｇ ｎｚ ｔ ｎ ｎ ｇ ｍｅ ｔｏ ｊｃ —Ｏｒｅ ｔｄ Ｓ ａｉｌ ｔ ｏ ｉｎｅ ｐ ｔ ａ ａ Ｄａ
Ｚ Ｕ Ｄ ｎ ，ＨＡ Ｇ Ｘｉ ｇ Ｘ Ａ Ｘａ ＨＯ ｏ ｇ Ｚ Ｎ ａ ， Ｉ ｉ ｎ ｏ—ｑａｇ ＷＡＮ ｉｎ—ｗ ｉＬ ０ Ｘ ａ ｏ ｇ Ｌ Ｕ Ｓ ａ ｉ ， ｎ ＧＱａ ｅ， Ｕ ｉｏ—ｌ ，Ｉ ｈ ｏ—ｈ ａ ｎ ｕ （ ｃ ｏｌ ｆＥ ｒｈＳ ｉ ｃｓＣ ａ ｇｉｎ ｉ ｒｉ ，ｉｇｈ ｕ４ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ａ ｔ ｃ ｎ ｅ ， ｈ ｎ ｊ ｇＵｎｖ ｓ ｙ Ｊｎ ｚ ｏ ３ ２ ， ｈｎ ） ｏ ｅ ａ ｅ ｔ ４
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•G •G•G•G•A•G•G•A•A•G•A•A•A
空间数据组织与管理
栅格数据结构：数据分层
•建筑物 •Z
•森林 •土壤 •地貌
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•Y •X
空间数据组织与管理
栅格数据结构：数据组织
•栅格数据文件 •像元1 •X坐标
•Y坐标 •层1属性值 •层2属性值
•… •层n属性值 •像元2
的关系
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空间数据组织与管理
•几何偏差
•c
•c
•ac距离: 7/4 (5)
•5
•面积: 7
(6)
•3
•a
•4
•b
•a
•b
•属性偏差
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空间数据组织与管理
矢 量 栅 格 数 据 较 比
•矢量数据
•栅格数据
•优点：
•优点：
•表示地理数据的精度较高 •严密的数据结构，数据量小 •完整的描述空间关系 •图形输出精确美观
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
续 拓扑关系
）
PPT文档演模板
空间数据组织与管理
•
矢 拓扑结构：物理实现
量
数 § 串行指针
据
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
结
室）
构 （
TIGER（美国人口调查局）
特点：
数据量特别大 属性数据和空间数据联合管理 数据应用范围广泛
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 分类编码特征 海量数据特征
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空间数据组织与管理
传统数据库与空间数据库的比较
数据连续性/相关性 实体类型/空间关系
记录长度 查询与操作
PPT文档演模板
传统数据库
系
•GIS用户界面
数
据
•ID
库 •几 •属
混 •何 •性
•图形用户界面 •属性用户界面
合 管
•数 •数 •据 •据 •早
•期
•图形处理
•DBMS
•图形 •文件库
•属性 •数据库
•GIS用户界面
理 方 案
•数 •据 •文 •件
•数 •据 •库
•图形 •文件库
•地图输出不美观
•难以建立网络连接关系
•技术复杂，特别是软硬件
•投影变换比较费时
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空间数据组织与管理
数 要素还是位置？ 据 可获取的数据 结 定位要素的必要精度 构 需要什么类型的要素 选 需要什么类型的拓扑关联 择 所需空间分析类型
原 生产地图类型 则
PPT文档演模板
空间数据组织与管理
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
•属性 •数据库
•高级语言 •图形处理
•ODBC协议
•DBMS
•图形 •文件库
•属性 •数据库
PPT文档演模板
空间数据组织与管理
全 关 系 式 数 据 库 管 理 方 案
PPT文档演模板
属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理 空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快 属间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对
空间数据组织与管理
•
矢 量 数 据 结 构 （ 续 ）
•数据库
•独立编码
•标识码 •属性码 •存储方法
•点位字典
•空间对象编码 •唯一 •连接几何和属性数据
•点: ( x ,y ) •线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) •面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
用拓扑关系描述空间对象之间的关系 面向目标操作，精度高，数据冗余度小 与遥感等图象数据难以结合 输出图形质量号，精度高
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空间数据组织与管理
•
栅 定义 以规则像元阵列表示空间对象的数据结构，阵列中每个数据表示空间
格 数 据 结
对象的属性特征。或者说，栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的 行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。
不连续 相关性小
少 简单固定 结构化
等长
文字、数字
空间数据库
连续 较强空间相关性
多 复杂且不固定
非结构化 不等长 文字数字 空间图形
空间数据组织与管理
现行空间数据库管理方案
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。
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
空间数据组织与管理
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矢 量 数 据 结 构 （ 续 ）
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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。
§ 直接存储
Arc/Info、GeoStar
续
）
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空间数据组织与管理
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矢 拓扑结构：拓扑关系与数据共享 量 维护数据的一致性 数 据 结 构 （ 续 ）
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空间数据组织与管理
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矢 拓扑结构：是否需要拓扑结构?
量
数 应用目的
据 结 构
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
•N1 •N2 •N3 •N4 •N5
（
•A4 •A7 •A8
•面-弧拓扑 •面
•弧段
续
•N4
）
•弧-点拓扑 •弧 •点-弧拓扑 •点 •弧-面拓扑 •弧
•起点 •弧段 •左面
•终点 •右面
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空间数据组织与管理
•
矢
量 拓扑结构：部分显式表达
数
据
用上述部分表格表示空间目标的拓扑关
结 构
•数据结构: 行号, 属性, 重复次数 •1, A, 4, R, 1, A, 4
•8 •R •A •A •A •A •A •A •A
•块状编码 •四叉树编码
•NW •NE •SW •SE
•正方形区域为记录单元 •数据结构: 初始位置, 半径, 属性 •(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…
空间数据组织与管理
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2020/11/24
空间数据组织与管理
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理空 间 数 据 组 织 与 管
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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
•…
•栅格数据文件
•层1 •像元1 •X,Y,属性值
•像元2 •X,Y,属性值
•…
•…
•像元n •X,Y,属性值
•层2
•…
•像元n
•层n
•栅格数据文件 •层1 •多边形1 •属性值
•像元1坐标 •…
•像元n坐标 •多边形N
•层2
•…
•层n
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空间数据组织与管理
栅格数据结构：特点
离散的量化栅格值表示空间对象 位置隐含,属性明显 数据结构简单,易于遥感数据结合,但数据量大 几何和属性偏差 面向位置的数据结构,难以建立空间对象之间
空间数据管理：空间数据库
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
数据模型
层次模型 网络模型 关系模型
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空间数据组织与管理
空间数据管理：空间数据库（续）
空间数据库
定义：空间数据库是某一区域内关于一定地理要 素特征的数据集合
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
续
）
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空间数据组织与管理
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
•面 •线
•点
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空间数据组织与管理
栅格数据结构：坐标系与描述参数
•格网方向
•格网分辨率
•西南角格网坐 标
•（XWS，YWS）
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•X：行
•Y：列
空间数据组织与管理
栅格数据结构：单元值确定
•C
•A
•B
•重 •要 •性
•面 •积 •占 •优
•A
•连续分布地理要素
•C
•具有特殊意义 •的较小地物
•点: 点号文件 •线: 点号串 •面: 点号串