GIS课件第7章 空间数据查询与空间度量

第7章空间数据查询与空间度量

对空间对象进行查询和度量是地理信息系统最基本的功能之一。在地理信息系统中，为进行深层次分析，往往需要查询定位空间对象，并用一些简单的量测值对地理分布或现象进行描述，实际上，空间分析首先始于空间数据查询和度量，它是空间分析的定量基础。本章一方面对空间数据查询类型和方式进行了介绍，包括图形属性、图形定位以及空间关系查询；另一方面讲述了空间度量的主要参数和基本原理，如使用长度、面积、体积、距离、方位、形状和质心等量测值对地理分布或现象进行描述。

7.1空间数据查询概述

空间数据查询属于空间数据库的范畴，一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。查询的过程大致可分为三类：①直接复原数据库中的数据及所含信息，来回答人们提出的一些比较“简单”的问题；②通过一些逻辑运算完成一定约束条件下的查询；③根据数据库中现有的数据模型，进行有机的组合构造出复合模型，模拟现实世界的一些系统和现象的结构、功能，来回答一些“复杂”的问题，预测一些事务的发生、发展的动态趋势。空间数据查询的一般过程如图7.1。

图7.1 空间数据查询的一般过程

空间数据查询的方式主要有两大类，即“属性查图形”和“图形查属性”。属性查图形，主要是用SQL语句来进行简单和复杂的条件查询。如在中国经济区划图上查找人均年收入大于5000元人民币的城市，将符合条件的城市的属性与图形关联，然后在经济区划图上高亮度显示给用户。图形查属性，可以通过点、矩形、圆和多边形等图形来查询所选空间对象的属性，也可以查找空间对象的几何参数，如两点间的距离，线状地物的长度，面状地物的面积等，这些功能一般的地理信息系统软件都会提供。在实际应用中，查找地物的空间拓扑关系非常重要，现在一些地理信息系统软件也提供这些功能。

空间数据查询的内容很多，可以查询空间对象的属性，空间位置，空间分布，几何特征，以及和其他空间对象的空间关系。查询的结果可以通过多种方式显示给用户，如高亮度显示，属性列表和统计图标等。图7.2给出了空间数据查询的方式、内容和结果的关系图。

图7.2 空间数据查询的方式、内容与结果

7.2 属性查询

属性查询是一种较常用的空间数据查询。属性查询又有简单的属性查询和基于SQL 语言的属性查询。

7.2.1 简单的属性查询

最简单的属性查询是查找。查找不需要构造复杂的SQL 命令，只要选择一个属性值，就可以找到对应的空间图形。如图7.3，在江苏省城市信息列表中任意选择一个城市的属性值，在江苏省城市区划图中就会高亮度显示出来。

图7.3 简单的属性查询

7.2.2 SQL 查询

1. SQL 查询

地理信息系统软件通常都支持标准的SQL 查询语言。SQL 的基本语法为：

Select <属性清单>

From <关系> Where <条件>

例如，需要查询“P101”地块的销售日期（表7.1为下面查询语句的关联表），SQL 命令如下： Select sale date

From parcel

Where PIN = “P101”

在执行了上面的命令后，就可以查询到“P101”地块的销售日期了。

2. 扩展的SQL 查询

地理信息系统的空间数据

库以空间（地理）目标作为存储集，与一般数据库的最大不同点是它包含“空间”（或几何）概念，而标准的SQL 是关系代数模型中的一些关系操作及组合，适合于表的查询与操作，但不支持空间概念和运算。因此，为支持空间数据库的查询，需要在SQL 上扩充谓词集，将属性条件和空间关系的图形条件组合在一起形成扩展的SQL 查询语言。常用的空间关系谓词有相邻“Adjacent ”，包含“Contain ”,穿过“Cross ”和在内部“inside ”，缓冲区“buffer ”等。扩展的SQL 查询，给用户带来了很大的方便。

一般的地理信息系统软件都设计了较好的交互式选择界面，用户无需键入完整的SQL 语句，向系统输入了相关内容和条件后，转化为标准的关系数据库SQL 查询语句，由数据库管理系统执行，得到满足条件的空间对象。如图7.4，查询某区域高程大于1358.935m 并且小于1425.64m 的区域（图7.4（a ）），图7.4（b ）为查询的结果。

（a ）输入查询条件

（b ）查询结果显示

图7.4 复杂条件查询及显示

7.3 图形查询

图形查询是另一种常用的空间数据查询。一般的地理信息系统软件都提供这项功能，用户只需利用光标，用点选、画线、矩形、圆或其他不规则工具选中感兴趣的地物，就可以得到查询对象的属性、空间位置、空间分布以及与其他空间对象的空间关系。

7.3.1 点查询

用鼠标点击图中的任意一点，可以得到该点所代表空间对象的相关属性。如图7.5，点击江苏省城市区划图中任意一个城市，得到了该城市的相关信息，图中高亮度显示的城市为

表7.1 查询所需要的关联表 地块标识 销售日期 面积 代码 分区

P101 98－02－13 3.1 1 住宅区 P102 89－03－24 2.5 2 商用区 P103 93－12－03 4.6 3 农用区 P104 95－06－05 5.2 2 商用区 P105

78－08－30

2.7

3

农用区

选择的城市。

图7.5 江苏省城市查询—点查询

7.3.2矩形或圆查询

按矩形框查询，给定一个矩形窗口，可以得到该窗口内所有对象的属性列表。这种查询的检索过程比较复杂，往往要考虑是只检索包含在窗口内的空间对象，还是只要是该窗口涉及到的对象无论是被包含还是穿过都要检索出来。如图7.6，用矩形框选择要查询的江苏省的部分城市（图7.6（a）），得到了矩形框所包含的城市以及所穿越城市地信息（图7.6（b））。

（a）矩形框选择要查询的区域（b）查询结果

图7.6 江苏省城市查询—矩形框查询

圆查询，给定一个圆，检索出该圆内的空间对象，可以得到空间对象的属性，其实现方法与矩形类似。

7.3.3多边形查询

给定一个多边形，检索出该多边形内的某一类或某一层空间对象。这一操作的工作原理与按矩形查询相似，但又比前者复杂得多。它涉及到点在多边形内、线在多边形内以及多边形在多边形内的判别计算。