GIS 地理信息系统空间数据库
地理信息系统的数据源有哪些？
地理信息系统的数据源有哪些？地理信息系统（GIS）是一种用于捕捉、存储、处理、分析和可视化地理空间数据的技术系统。
在GIS中，数据源是指供GIS使用的数据集合。
以下是一些常见的地理信息系统数据源：1. 卫星图像：卫星图像是通过卫星或无人机拍摄的高分辨率图像。
这些图像可以用来绘制地图、分析土地利用、监测环境变化等。
2. 地面调查：地面调查是一种直接收集地理数据的方法。
通过实地测量、问卷调查等方式获取的数据可供GIS使用。
3. 遥感数据：遥感数据是通过遥感技术捕捉的数据，包括雷达、红外线、激光等传感器获取的数据。
遥感数据可以用来监测环境变化、制定土地利用规划等。
4. 矢量数据：矢量数据是使用点、线、面等矢量要素来表示地理现象的数据。
常见的矢量数据包括道路网络、河流、建筑等。
5. 栅格数据：栅格数据是使用像素网格来表示地理现象的数据。
栅格数据适用于需要表现地理现象的连续变化的情况，如高程、气候等。
6. 地理数据库：地理数据库是专门用于存储地理空间数据的数据库。
它可以存储各种类型的数据，并提供高效率的数据管理和查询功能。
7. 公共数据集：许多政府和非政府组织提供免费或付费的公共数据集，包括地图、统计数据、人口数据等。
这些数据集通常可以用于GIS分析。
8. 在线数据服务：许多在线平台和服务提供商提供了丰富的地理数据源，如地图服务、地理编码、卫星影像等。
用户可以通过这些服务获取所需的地理数据。
请注意，这只是地理信息系统数据源的一些常见类型，实际上还有许多其他类型的数据源可供使用。
gis名词解释
名词解释1、地理信息系统：是由计算机硬、软件系统和不同的方法组成的系统，该系统支持空间数据的采集、储存、管理、运算、分析、显示和建模，以便解决复杂的规划和管理问题。
2、数据：指某一目标定性，定量描述的原始资料。
包括数字，文字，符号，图形，图像，以及它们能够转换的数据等形3、信息：信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
信息与数据的联系与区别(1)信息与数据是不可分离的；(2)信息是内涵，数据是载体。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就信息；(3)数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
(4)信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变；(5)数据是原始事实，而信息是数据处理的结果；(6)不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息关系：数据是信息的表达形式，是信息的载体；而信息是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才能成为信息。
4、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、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
5、地理信息：指表征地理圈或地理环境各要素的数量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
6、空间数据：地理现象的空间位置及其相互关系，其数据称为空间数据。
7、游程编码结构：是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（目的;8、压缩栅格数据量，消除数据间的冗余）9、属性数据：地理现象的名称类型和数量等，其数据称为属性数据。
24、空间特征：是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系；时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。
GIS知识点总结
GIS知识点总结地理信息的定义：地理信息是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，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的数字化表示。
地理信息的特征：具有空间上的分布性、数据量上的海量性、载体的多样性和位置与属性的对应性等特征GIS概念：地理信息系统（Geographical Information System，Geo-Information System，简称GIS），是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中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。
GIS特征：（1）数据的空间定位特征（2）空间关系处理的复杂性（3）海量数据管理能力GIS基本功能：1、数据采集功能 2、数据编辑与处理 3、数据存储、组织与管理功能 4、空间查询与空间分析功能 5、数据输出功能GIS组成：1、硬件 2、软件 3、网络 4、空间数据 5、人员与其他相关学科的联系：空间尺度：涉及四种尺度：观测尺度、操作尺度、比例尺（当制图区域比较小时，地图比例尺指图上长度与地面之间的长度比例；当制图区域相当大时，地图比例尺指在进行地图投影时，对地球半径缩小的比率）、分辨率（光谱分辨率时间分辨率空间分辨率）地理格网：指按一定的数学规则对地球表面进行划分而形成的格网。
按不同的坐标系统可以分为：地理坐标格网（按经纬度坐标系统）直角坐标格网（按直角坐标系统）地理空间实体概念：对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
地理空间实体具有4个基本特征：1、空间位置特征 2、属性特征 3、时间特征 4、空间关系空间数据模型：包括概念模型（最高层、常用E-R模型）、逻辑数据模型（通常所称的空间数据模型其实是空间数据的逻辑模型）、物理数据模型（最低）概念模型（对象、场、网络），场模型有6种表示方法。
空间数据库的用途及用处
空间数据库的用途及用处引言概述：随着科技的不断进步和数据的快速增长，空间数据库在各个领域中的应用越来越广泛。
空间数据库是一种特殊类型的数据库，可以存储和管理与地理空间相关的数据，并提供高效的查询和分析功能。
本文将深入探讨空间数据库的用途及用处，从传统的地理信息系统到现代的无人驾驶和智能城市等领域的应用。
正文内容：大点一：地理信息系统（GIS）1. 地理数据的储存与管理：空间数据库可以存储各种类型的地理数据，包括地图数据、地理数据源、地形数据、卫星图像等。
这些数据可以被有效地组织、管理和查询。
2. 空间分析与决策支持：通过对空间数据库中的数据进行分析，可以提供给决策者更全面和准确的信息，帮助其做出更加明智的决策。
比如，通过分析地理数据可以确定最佳的城市规划方案或者最佳的道路设计。
3. 灾害监测与应急响应：利用空间数据库中的数据，可以实时监测地理区域的变化，提前预警可能发生的灾害，并迅速采取相应的应急响应措施。
大点二：环境保护与资源管理1. 生态环境监测：空间数据库能够储存生态环境各个方面的数据，包括空气质量、水质、土壤污染等。
借助于空间数据库，可以实现生态环境监测的实时化和精细化，为环境保护提供科学依据。
2. 资源管理与规划：空间数据库可以帮助管理者更好地进行资源管理和利用规划。
通过对资源数据的分析，可以确定资源的分布情况、利用状况，并为资源管理者提供指导意见，实现资源的合理利用和高效管理。
大点三：交通运输与物流管理1. 路网规划与导航：利用空间数据库中的路网数据，可以进行道路规划和导航，提供最佳路径和交通信息，帮助司机避开拥堵区域，从而缩短行程时间，提高交通效率。
2. 运输监控与智能调度：通过将运输数据存储在空间数据库中，可以实现对物流运输的实时监控和智能调度。
运输企业可以根据实时数据来安排车辆和货物的运输任务，提高物流运输的效率和可靠性。
大点四：农业与农村发展1. 农田管理与农业生产：利用空间数据库中的农田和农业数据，可以实现农田管理的精细化和农业生产的智能化。
空间数据库设计步骤与内容
空间数据库设计步骤与内容
空间数据库是指在地理信息系统(GIS)中应用的一种数据库，它存储和管理与空间相关的数据和信息。
为了设计一个高效的空间数据库，必须遵循以下步骤和内容：
1.需求分析：首先需要明确用户的需求，包括数据类型、数据量、数据更新频率等。
2.数据采集：采集空间数据，可以通过卫星图像、数字地图、GPS 数据等方式获取。
3.数据处理：对采集到的数据进行处理，包括数据格式转换、数据清洗、数据拓扑检查等。
4.空间数据模型设计：根据需求和采集的数据，设计空间数据模型，包括数据表结构、空间索引等。
5.数据库系统设计：选择适合的数据库系统，如Oracle、MySQL、PostgreSQL等，设计数据库系统结构。
6.数据导入：将处理好的空间数据导入到数据库中，建立空间数据表和索引。
7.数据库应用程序设计：根据需求和数据库系统，设计应用程序，如GIS应用程序、Web应用程序等。
8.数据管理：管理空间数据，包括数据备份、数据维护、数据更新等。
9.性能优化：调整数据库系统参数，优化数据库查询效率，提高系统性能。
以上是设计空间数据库的步骤和内容，需要充分考虑用户需求和数据特点，以提高空间数据管理和应用的效率和质量。
地理信息系统概论重点讲义(4)
重点一空间数据库模型1．空间数据库空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
2．空间数据库模型空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS 空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成。
3．数据库概念模型：( conceptual model)概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型。
人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。
也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型，而是概念级的模型，称为概念模型。
4．逻辑模型逻辑模型，是指数据的逻辑结构。
在数据库中，逻辑模型有关系、网状、层次，可以清晰表示个个关系。
在管理信息系统中，逻辑模型：是着重用逻辑的过程或主要的业务来描述对象系统，描述系统要“做什么”，或者说具有哪些功能。
1)关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
2)关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle 、SQL、access 、db2 等。
3)对象—关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象(如点、线、面)的API 函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
5．物理模型，在管理信息系统中，物理模型：描述的是对象系统“如何做”、“如何实现”系统的物理过程。
地理信息系统空间数据库
三、关系模型
用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。
• 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相
关关系。
3. 空间数据库的数据模型设计
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。
（4）数据类型太少
只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。 （2）联系：实体间的相互作用或对应关
系:1:1,1:N,M:N, （3）属性：对实体和联系特征的描述。
如何进行地理信息系统的空间数据库设计
如何进行地理信息系统的空间数据库设计地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为一种集成多种数据和空间信息的信息系统，已经广泛应用于城市规划、自然资源管理、环境保护、交通规划等领域。
而空间数据库设计是GIS中非常重要的一部分，它涉及到数据的组织、存储和处理，直接关系到GIS的性能和效率。
本文将探讨如何进行地理信息系统的空间数据库设计。
一、需求分析在进行空间数据库设计之前，首先需要进行需求分析，明确系统所需要存储的数据种类和数据量。
根据用户的需求，确定需要存储的地理对象类型，例如建筑物、道路、河流等。
同时还需要考虑数据的更新频率以及对数据的访问需要。
二、数据模型选择在设计空间数据库时，需要选择适合的数据模型。
目前常用的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等。
根据具体的需求和现有技术水平，选择合适的数据模型。
一般来说，关系模型是较为常用的一种模型，它可以通过表格来存储地理空间数据和属性数据，方便数据的管理和查询。
三、空间索引设计在地理信息系统中，空间索引是提高查询效率的关键。
通过适当的空间索引设计，可以大幅提升数据查询的速度。
常用的空间索引方法包括R树、四叉树和网格索引等。
根据系统的特点和查询需求，选择合适的空间索引方法，并进行索引的构建。
四、数据存储与组织在进行空间数据库设计时，需要考虑数据的存储和组织方式。
一般来说，可以采用关系型数据库进行数据存储，并建立合适的表结构。
对于大规模的地理空间数据，可以考虑采用分布式存储方式，将数据分布在不同的物理节点上，提高系统的扩展性和性能。
五、数据完整性与一致性地理信息系统的空间数据库中通常涉及大量的数据，因此需要确保数据的完整性和一致性。
在进行数据插入、更新和删除时，需要进行相应的约束和验证，确保数据的有效性和正确性。
同时，还需要进行数据的备份和恢复，以防数据丢失或损坏。
六、安全性与权限控制在进行空间数据库设计时，需要考虑数据的安全性和权限控制。
空间数据库习题答案
空间数据库习题答案空间数据库习题答案随着科技的不断发展，空间数据库在地理信息系统（GIS）领域中起着至关重要的作用。
它可以存储和管理各种地理数据，包括地图、卫星图像、地理坐标等。
而在学习空间数据库的过程中，习题是提高理论与实践能力的重要途径。
下面将为大家提供一些空间数据库习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是空间数据库？空间数据库是一种用于存储和管理地理信息数据的数据库系统。
它可以存储各种地理要素的空间位置和属性信息，并提供强大的查询和分析功能。
空间数据库的设计和实现需要考虑空间索引、空间查询、空间分析等方面的问题。
2. 空间数据库有哪些常见的数据模型？常见的空间数据库数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。
层次模型将地理要素组织成层次结构，通过节点和边的关系来表示空间关系。
关系模型使用表格来存储地理要素的属性和空间关系，通过关系代数和SQL语句来查询和分析地理数据。
对象模型将地理要素作为对象来表示，通过面向对象的方法来操作地理数据。
3. 什么是空间索引？空间索引是一种用于提高空间查询效率的数据结构。
它可以将地理要素的空间位置信息进行组织和存储，以便快速地检索满足特定空间条件的地理要素。
常见的空间索引包括R树、四叉树、网格索引等。
4. 如何进行空间查询？空间查询是指根据特定的空间条件来检索满足条件的地理要素。
常见的空间查询包括范围查询、邻近查询、交叉查询等。
在进行空间查询时，可以利用空间索引来提高查询效率。
例如，对于范围查询，可以使用R树索引来快速找到满足范围条件的地理要素。
5. 空间数据库中的空间分析有哪些应用？空间分析是指对地理要素进行空间关系分析、空间统计分析等操作。
在空间数据库中，可以进行缓冲区分析、叠加分析、网络分析等。
例如，缓冲区分析可以根据给定的距离，在地图上绘制出一定范围内的缓冲区，以便分析和规划。
6. 空间数据库的应用领域有哪些？空间数据库广泛应用于地理信息系统、城市规划、环境保护、交通运输等领域。
地理信息系统
第一章：1、地理信息（Geographic Information）是指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图像等总称。
2、地理信息系统（GIS-Geographic Information System）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
3、数据（Data）是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是一种未经加工的原始资料。
不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据。
数据只有对实体行为产生影响时才成为信息。
4、信息（Information）是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实知识，作为生产、管理、经营、分析和决策的依据。
第二章：1、编码是人为地建立一种数字或符号的组合，沟通人与计算机的联系，用来表达某种特定的事物，编码由多位数字或字符组成，表达一个或多个相关的事件或事物（地物）。
2、编码中每个字符或数字的位置称为码位。
3、若干个码位组合成一个独立的意思，称为码段。
4、拓扑结构是明确定义空间结构关系的一种数学方法；在GIS中，用于空间数据的组织、分析和应用在GIS中。
5、拓扑邻接表示图形中同类元素之间的拓扑关系。
6、拓扑关联表示空间图形中不同类元素之间的拓扑关系。
7、拓扑包含是表示空间图形中，面状实体所包含的其他面状实体或线状、点状实体的关系。
第三章：1、所谓数据压缩，指从所取得的某个数据集合S中抽出一个子集A，这个子集作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
2、空间数据的内插可以作如下简单的描述：设已知一组空间数据，它们可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，现在要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些已知的空间数据，并能根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点或任意分区的值。
GIS名词解释
名词解释★1、地理信息系统：是由计算机硬件、软件、和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解复杂的规划和管理的问题。
2、缓冲区分析：是指根据分析对象的点、线、面、实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这3、GIS 空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。
些实体或者主体对领近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空间分析工具之一。
★4、拓扑关系：图形在保持连续变化状态下，图形关系保持不变的性质．或空间实体之间的关系．★5、栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。
因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
★6、空间数据库：是地理信息系统中用于储存和管理空间数据的场所。
7、空间数据结构：对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式。
8、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。
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。
9、 DTM为数字地形模型（Digital Terrain Model），是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM。
★10、GIS空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。
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
地理信息系统空间数据库
地理空间是一个三维空间，有四个基本实体
线实体
体实体 地理空间实体（客体）
地理空间的认知
点实体
面实体
第一节 空间数据库概述
第一节 空间数据库概述
② 地理空间实体间的联系
空间联系
属性联系
时间联系
空间位置，空间分布，空间形态、空间相关等 空间信息反映了空间分析所能揭示的信息，彼 此互有联系
例如：从数据库中提取弧段arc1的坐标并显示
DRAW coordinates WHERE arcs=‘arc1’
通用选择法不依赖于客体在树状结构中的顺序，而是根据所确定的选择条件，在结构中选择某特定的客体。
通用选择法
第二节 传统的数据模型
在现实世界中客体的联系更多的是非层次关系的，用层次模型表示非树形结构是很不直接的，网络模型可以克服这一弊病。 在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：
数据库的物理设计特点 设计人员必须充分了解所用DBMS的内部特征，特别是存储结构和存取方法； 充分了解应用环境，特别是应用的处理频率和响应时间要求； 充分了解外存设备的特性。
第四步 物理设计 数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（存储结构与存取方法）的过程，就是数据库的物理设计。
叶结点
在右图的例子中， R1根结点， R2和R3为兄弟结点，是R1的子女结点； R4和R5为兄弟结点，是R2的子女结点； R3 ， R4 ， R4 ，是叶结点。
第二节 传统的数据模型
Coverage记录
polygons记录
arcs记录
nodes记录
coordinates记录
多边形层次数据结构
地理信息系统中常用的空间数据库技术
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地理信息系统中的空间数据库设计与优化
地理信息系统中的空间数据库设计与优化地理信息系统（GIS）是一种将地理空间数据与属性信息相结合的系统，它能够对复杂的地理数据进行存储、管理、分析和展示。
而在GIS系统中，空间数据库扮演着关键的角色。
本文将探讨地理信息系统中空间数据库的设计与优化问题。
1. 空间数据库的设计原则空间数据库的设计应遵循以下原则：1.1 数据模型的选择：空间数据库的数据模型有两种主要类型，即矢量数据和栅格数据。
在设计空间数据库时，应根据实际应用的需要选择最适合的数据模型。
1.2 数据结构的设计：空间数据的特点是具有空间和属性信息。
在设计空间数据库中，应选择合适的数据结构来存储和管理空间数据。
常用的数据结构包括点、线、面以及多边形等。
1.3 数据库索引的设计：在空间数据库中，索引的设计对于查询和分析性能至关重要。
应根据实际应用的需要选择索引类型，并合理利用索引来提高查询效率。
2. 空间数据库的优化方法2.1 空间索引的优化：空间索引是空间数据库的基础，对于空间查询的效率起着关键作用。
常见的空间索引方法包括R树、四叉树和网格索引等。
在使用空间索引时，应选择适合具体应用的索引方法，并合理调整索引参数以提高查询效率。
2.2 数据库分区的优化：对于大规模的空间数据库，可以采用数据库分区的方式将数据分成不同的区域进行管理。
通过合理划分分区，可以提高空间数据的查询和操作效率。
2.3 空间数据压缩的优化：空间数据的存储量通常较大，为了减少存储空间的占用，可以采用压缩算法对空间数据进行压缩。
常用的压缩算法包括RLE（Run-Length Encoding）和Delta编码等。
2.4 索引重建的优化：随着空间数据库的使用，索引可能会发生碎片化，导致查询效率下降。
因此，定期进行索引重建是优化空间数据库的重要手段之一。
3. 空间数据库的性能评估在设计和优化空间数据库时，对其性能进行评估是非常重要的。
常用的性能评估指标包括查询响应时间、数据加载速度和数据存储空间占用等。
GIS 空间数据库
供用户一种与数据库相联的用户界面。
（2）空间数据库（Spatial Database） 是空间数据库系统的简称，同样由三部分组 成： ●空间数据库，指GIS中在计算机上存储的
地理空间数据总合；一般以特定结构文件形式
存储。
●空间数据库管理系统，指对存储的地理空
关于地理现象及地理过程的复杂空间关 系包括三个方面：
●空间客体的空间联系 ●空间客体的时间联系 ●空间客体的属性联系
具体解释如下： ①客体之间的空间联系形式有 空间位置：描述空间客体中个体的定位信息； 空间分布：描述空间客体中群体的定位信息； 描述空间分布的指标有：空间概率、空间结构、 空间聚类、空间延展及离散度等；
对上图作如下解释： 首先从计算机环境角度出发，对现实世界中的地 理现象，相互关系及发展过程进行系统研究，最终形 成空间数据库及应用系统所需的概念化模型，然后对 概念模型进行逻辑设计、模型设计，即选用对概念模 型支持力最强的数据模型及合适的DBMS，将概念模 型转化为计算机所能支持的数据模型；最后反映到计 算机存储介质中的数据组织形式为存储模型。
●安全性考虑 数据库管理系统的安全性是一个重要问题， 具体方法是根据用户的实际需要规定数据的存取 权限及应用程序的使用密码，并且规定级别。
●事务控制
数据库管理系统均支持事务概念，所谓事务 是指数据库运行过程中多用户条件下的内部相关 协议等规则，事物控制将确保数据完整与一致性， 分人工控制与系统控制两种方法。
●空间数据库的再组织设计 一般情况下，由于外部环境需求的变化或性能 提高的原因，需要对空间数据库的概念、逻辑及 物理结构进行改变，称为再组织，其中： 改变概念或逻辑结构－再构造 改变物理结构－再格式化 一般均提供数据库的再组织实用程序 ●故障恢复方案设计 一般情况下，数据库管理系统均提供完善的软 件故障恢复及存储介质故障恢复手段，此情况下 设计包括确定缓冲区个数、大小、逻辑块长度、 物理设备等，特殊情况下应制定人工备份方案。
GIS各类名词说明
1. 地理信息系统：GIS作为信息技术的一种，是以运算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处置对象，运用系统工程和信息科学的理论，搜集、存储、显示、处置、分析、输出地理信息的运算机系统，为计划、治理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说，GIS确实是研究如何利用运算机技术来治理和应用地球表面的空间信息，它是由运算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，用于高效地搜集、存储、更新、处置、分析和显示各类类型的地理信息。
2. 地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、散布特点、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特点、多维结构特点和动态转变特点。
3. 地理信息科学：与地理信息系统相较，它加倍偏重于将地理信息视作为一门科学，而不单单是一个技术实现，要紧研究在应用运算机技术对地理信息进行处置、存储、提取和治理和分析进程中提出的一系列大体问题。
地理信息科学在关于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术进展的基础理论研究的重要性。
4. 地理数据：是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，要紧包括数字、文字、图形、图像和表格等。
5. 地理信息流：即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。
6. 数据信息：数据是通过数字化或记录下来能够被辨别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生阻碍时才成为信息。
7. 信息系统：是具有数据搜集、治理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策进程提供有效的信息。
包括运算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
8. 四叉树数据结构：是将空间区域依照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。
凡数值（特点码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。
如此，对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素散布特点而不同。
测绘技术中的地理信息系统数据存储方法
测绘技术中的地理信息系统数据存储方法地理信息系统（Geographic Information System, GIS）是一种用于采集、存储、处理、分析和展示地理空间数据的技术。
而数据存储方法是GIS中至关重要的一环，它直接影响着数据的可靠性、安全性和管理效率。
本文将探讨测绘技术中的地理信息系统数据存储方法。
1. 数据库管理系统在地理信息系统中，数据的存储通常采用数据库管理系统（Database Management System, DBMS）来实现。
DBMS能够提供高效的数据存储和查询功能，以满足GIS中对大量空间数据的要求。
常见的DBMS包括Oracle、MySQL、PostgreSQL等。
2. 空间数据存储格式在GIS中，空间数据通常以矢量数据和栅格数据两种形式存在。
矢量数据以点、线、面等几何元素来表示地理现象，而栅格数据以像素矩阵来表示地理空间的离散值。
这两种数据格式各有优势，根据具体应用场景选择合适的格式进行存储。
3. 矢量数据存储方法矢量数据的存储通常使用矢量文件格式，常见的有Shapefile、GeoJSON、KML等。
这些格式可以将矢量数据按照要素类型、属性信息和空间关系进行组织和存储。
此外，还可以采用数据库管理系统中的空间数据类型来存储矢量数据，如Oracle Spatial、PostGIS等。
4. 栅格数据存储方法栅格数据的存储通常使用栅格文件格式，常见的有GeoTIFF、ERDAS IMG、GRASS等。
这些格式可以将栅格数据按照像素矩阵和地理参考信息进行组织和存储。
此外，还可以将栅格数据存储为数据库中的二进制大对象（Binary Large Object, BLOB），通过DBMS来管理和查询。
5. 数据库空间索引为了提高GIS中的数据查询效率，可以使用空间索引来加速空间查询操作。
空间索引可以将地理空间数据的几何信息和属性信息进行组织，以快速访问和查询数据。
常见的空间索引方法包括四叉树、R树、网格索引等，可以根据具体数据特点选择合适的空间索引方法。
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三、面向对象的数据模型
2、封装和消息传递
封装性：系统把属性值和方法封装在一个对象中，对 象内部的信息是隐藏的。封装的目的在于使对象的使用和 现实分开，使用者不必知道方法操作实现的细节，只需用 消息来访问对象。
这种数据与操作统一的建模方法增强了系统的可维护 性和易修改性。
3、继承及类之间的层次关系
一、传统的数据模型
层次模型、网状模型和关系模型
① 层次数据模型
树数据结构。数据关系是一对多（1：N）。
优点：层次分明、结构清晰、易理解。 缺点：冗余度大，不适于表示数据的拓朴关系。
② 网状数据模型
图数据结构。表达数据关系是多对多（M：N）。
同层次模型相比： 优点：压缩了数据量。 缺点：数据之间的联系通过指针表示，指针数据项使数据量 大大增加。
多边形对象
Draw (mapfile)
Draw (database)
图形文件
数据库
空间对象
Draw
多边形对象 Draw 弧段对象 Draw
面向对象的功能重载和多态
5、概括和聚集
概括：把一组相同特征和操作的类归纳为在一个更一般 的超类中；
聚集：反映了嵌套对象的概念，即是由一些其他对象组 成的，用来描述更高层次对象的一种形式。
最 常 用 语 义 模 型 是 实 体 - 联 系 模 型 （ EntityRelationship model,E-R模型）
E-R模型的3个语义概念： 实体 联系 属性
实体：对客观存在的起独立作用的事物的一种抽象。
用矩形符号表示。包括：
点 (point)
线（polyline）
面（polygon）
二、关系数据库模型中数据的完整性规则
1. 主键：用以保证表中每个记录互不相同，一个表只能有一 个主键。
2. 实体完整性规则：一个表的主键值不能重复，也不能为空。 3. 参照完整性规则：“一对多”关系中，“一”表的主键字
段必然会出现在“多”表中，成为联系两个或多个表的纽 带。“多”表中出现的这个字段被称为外键。 4. 域的完整性规则：将某些字段的值限制在合理的范围内。
设计局部的E-R模型 设计全局的E-R模型 全局E-R模型的优化
E-R模型的优点：接近人的思想，易于理解。同时，与 计算机具体的实现无关，是一种很好的数据库概念设计方法。
由于E-R模型与计算机无关，所以没有一个数据库系统 直接支持E-R模型的实现。
所以，一般用E-R模型设计数据库的概念模型。然后， 在逻辑设计阶段，把E-R模型转换成计算机能够实现的数据 模型，如关系数据模型。
Spatial_Obj
Polygon
具有/属于
ORM图一个事实的示例
Polygon_ID
内容小结
知识结构——
一、什么传统数据模型？ 二、什么是语义数据模型？ 三、什么是面向对象数据模型？ 四、三种不同的概念模型的区别表现在哪些方面？
第三节 空间数据库逻辑模型设计
知识结构——
一、什么关系数据模型？ 二、关系数据库模型的规范化体现？ 三、E-R模型转换为关系数据模型的方式？
重点：空间数据库的概念、设计流程、元数据 难点：空间数据库的设计
第一节 空间数据库概述
知识结构——
一、什么是空间数据库？
——概念、发展
二、空间数据库系统由哪几部分组成？ 三、空间数据库设计的基本过程是什么？ 四、空间数据库如何加以实现和维护？
第一节 空间数据库概述
➢ 空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存 储的与应用相关的地理空间数据的总和，以一系列特定 结构的文件形式组织后存储在介质上。
三、空间数据库的设计
空间数据库的设计的实质就是将地理空间实体以一定组 织形式在数据库系统中加以表达的过程。
空间数据模型是对空间实体进行描述和表达的手段。具 体地说，数据库的数据结构、操作集合和完整性约束规 则集合组成了数据库的数据模型
空间数据库设计最终归结为空间数据模型设计。
空间数据设计的过程和步骤
文件管理：20世纪50年代后期至60年代中期。计算机 用于科学计算，也用于数据管理。数据以文件形式长期保 存在磁盘上。但文件之间相互独立、缺乏联系。数据重复 产生冗余。文件建立、存取、查询、插入、删除、修改等 操作都要用程序实现。
数据库管理：60年代后期以来。程序和数据的联系通过 数据库管理系统实现。数据不再面向特定的某个或多个应 用，而是面向整个应用系统。数据冗余少，实现了数据的 集成和共享。用户可以使用查询语言或终端命令操作数据 库。
内容小结
一、数据管理技术发展阶段 二、空间数据库系统的组 三、空间数据库的设计 四、空间数据库的实现和维护
第二节 空间数据库概念模型设计
知识结构——
一、什么传统数据模型？ 二、什么是语义数据模型？ 三、什么是面向对象数据模型？ 四、三种不同的概念模型的区别表现在哪些方面？
第二节 空间数据库概念模型设计
空间数据库引擎
通用数据库管理系统
特定的空间属性数据库管理系统
空间属性数据库 3 扩展式的管理模式
空间属性数据库 4 集成式的管理模式
二、空间数据库系统的组成
一个完整的数据库系统应当包括三个组成部分：
空间数据库应用系统
GIS应用1
GIS应用2
空间数据库管理系统 空间数据库存储系统
空间数据库管理系统
空间数据库存储 空间数据库系统的组成
③ 关系数据模型
实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表。 在数学上把这种二维表叫做“关系”。这些关系表的集合 就构成了关系模型。
优点：数据结构简单、清晰，能处理多对多关系。 缺点：当涉及的目标很多时，查找操作时间长，效率低。
二、 语义数据模型
语义模型的模型结构是由若干种抽象组成，用这些抽 象来描述空间实体的基本语义特征，再根据语义模型结构 规则把这些抽象结合起来形成模型。模型形成空间实体类 别以及这些类别之间的关联。
第三节 空间数据库逻辑模型设计
一、关系数据模型
在关系模型中，数据的逻辑结构为满足一定条件的二 维表，表具有固定的列数和任意的行数，在数学上称为 “关系”。
二维表是同类实体的各种属性的集合，每个实体对应 于表中的一行，相当于通常的一个记录；表中的列表示属 性，相当于通常记录中的一个数据项。这种满足一定条件 的规范化关系的集合，就构成了关系模型。
第四章 地理信息系统空间数据库
第四章 地理信息系统空间数据库
第一节 空间数据库概述 第二节 空间数据库概念模型设计 第三节 空间数据库逻辑模型设计 第四节 空间数据库的物理设计 第五节 空间数据查询 第六节 空间元数据
第四章 地理信息系统空间数据库
〖课时安排〗 4课时 〖教学目的要求〗 1、熟悉空间数据库及其相关概念。 2、掌握空间数据库模型设计方法和流程。 3、了解元数据相关概念并认识空间数据库的发展动态。 〖教学重点与教学难点〗
尽量减少空间数据存储的冗余量 提供稳定的空间数据结构 满足用户对空间数据及时访问的需求，并能高效地提供用
户所需的空间数据查询结果 在数据元素间维持复杂的联系，以反映空间数据的复杂性 支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适用性
四、 空间数据库的实现和维护
➢ 1、空间数据库的实现
① 建立实际的空间数据库结构 ② 装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认
三、 面向对象的数据模型 1、基本概念
对象：对现实世界中一个事物的抽象或模型化表达。自身状 态＋内在功能（客体数据＋对数据的操作）。一个对象具有一 个唯一的名称标识。 类：多个对象共同特征的抽象概括。 实例：某类的一个具体对象。 消息：对象之间相互请求或相互协作的唯一途经和通信形式。 方法：对象收到消息后应采取的动作系列的描述。
通过继承，使得某类对象可以自然地拥有另一类对象 的某些特征和功能。继承包括单继承和多继承。
曲线对象类
曲面对象类
超类或基类
直线段对象类 多边形对象类
子类或派生类
对象类的单继承和多继承及其层次结构
4、功能重载和多态性
重载：这实现特定功能的方法不仅以名称来区分，还可 以用它所带来的的参数来区别；
多态：指同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用 多种不同的行为方式。
（3）空间数据库应用系统
指由GIS的空间分析模型和应用模型所组成的计算机应 用系统。是提供数据库访问功能的应用软件，由数据库系统、 应用程序系统、用户组成的，具体包括：数据库、数据库管 理系统、数据库管理员、硬件平台、软件平台、应用软件、 应用界面。
可以管理空间数据，运 用空间数据进行分析和决策。
空间对象类
图层对象类
is-a
多边形对象类
is-part-of 1+ 多边形对象类
弧段对象类
1+ 弧段对象类
对象类的概括与聚集
6、空间数据库对象模型
7、ORM图
➢ ORM：即对象角色建模，是运用面向对象的原理进行数据库 概念建模的软件工程方法。
➢ ORM图：用图形符号的形式表现对象角色建模的结果。 对象类型：表示实际对象或概念的类型 ① 实体对象类型：由实际事物组成的对象类型 ② 值对象类型：由数字或字符串组成的数字类型 谓词：描述由对象类型扮演的角色的事实的一部分 约束：唯一性约束，强制性约束，用来规定数据的关系
其功能和性能是否满足设计要求，并检查对数据库空 间的占有情况 ③ 装入实际的空间数据，即数据库的加载，建立起实际 运行的空间数据库
四、 空间数据库的实现和维护
➢ 2、相关的其他设计 空间数据库的再组织设计 故障恢复方案设计 安全性考虑 事务控制
四、 空间数据库的实现和维护
➢ 3、空间数据库的运行和维护 维护空间数据库的安全性和完整性 监测并改善数据库性能 增加新的功能 修改错误
体（polyhedra）