空间数据库第一章 什么是空间数据库
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空间数据库建库
CDIO教学改革教案 作者：陈军
本学期我们的任务
❖ 老师讲述空间数据库的基本知识 ❖ 熟悉空间数据库建库的软件 ❖ 示范案例：林业空间数据库的建立 ❖ 讨论完成：自选题目完成空间数据库构建
提纲
❖第一章 什么是空间数据库 ❖第二章 林业空间数据库设计 ❖第三章 林业空间数据库数据输入与编辑 ❖第四章 林业空间数据库数据入库 ❖ 案例的讨论与提高
第一章 什么是空间数据库
❖1.1 地理信息系统名词分析 ❖1.2 名词分析与空间数据库 ❖1.3 空间数据库构建任务
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 什么是GIS？
GIS的名词剖分理解
地理信息系统
地理数据
地理信息
信息系统
数据
信息
系统
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从数据到信息
小明去年的数学成绩为20分，语文成绩为68分，今 年的数学成绩考了80分，语文考了69分。
简单数据结构
❖ Shapefile概述
单类型 多文件
*.shp：空间数据 *.dbf：属性数据 *.shx：空间索引 *.sbn;*.sbx：空间位置索引 非拓扑
简单数据结构
❖ 简单数据结构——优缺点 优点：简单 缺点：数据冗余、不利于空间分析
A
BI
E
P1 P2 D
F
CH G
P1：{A，B，C，D} P2：{E，F，G，H，I}
混合式
扩展式
应用界面
应用界面
空间 处理
属性 空间 处理 处理
属性 处理
空间
属性 空间数据管理层
数据 ID 数据
管理
管理
RDBMS
空间
属性
数据 库
数据 库
空间与属性数据库
开放式
应用界面
空间 处理
属性 处理
专门的DBMS
空间与属性数据库
栅格数据的空间数据组织
❖ 栅格数据：像元阵列
栅格图像 实际地面
➢概念：具有地理数据的采集、管理、分析、表 达能力，能为决策者提供有用地理信息的系统。
➢推论1：地理信息系统采集的数据为空间数据，即具有空间 位置，又具有属性特征。地理信息系统的数据库因此又称为空 间数据库。 ➢推论二：地理信息系统具有采集、管理、分析地理数据和表 达地理信息的能力。包括空间数据库建设和空间数据库的应用 两个层次。 ➢推论三：地理信息系统包括计算机硬件、软件、数据、系统 开发人员和用户，但由于处理和分析的是地理数据，因此，在 通用的硬件、软件基础上，还有体现专业特点的硬、软件。
1 2 3
空间位置 1
1月气温 3
7月气温 30
➢地理数据：各种地 理特征和现象间关系 的符号化表示，包括 空间位置、属性特征、 时态特征。
➢地理信息：对地理 数据的解释、运用与 解算
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从系统到信息系统
➢系统：
•1、功能：整体>部分和 •2、物质和能量流动，即输 入、输出 •综合1、2：输入-处理-输出
拓扑数据结构
❖ 拓扑数据结构
拓扑：几何图形在连续变形下保持不变的性质，空间目 标的空间关系（关联、邻接、包含等）属于拓扑关系 拓扑数据结构：不仅存储空间位置，同时存储空间关系
A
——上面描述有那些数据，你能得出结论？
➢数据：某一目标定性、定量的描述，包括数字、 文字、符号、图形、图像等，是未加工的原始材料。 ➢信息：对数据的解释、运用与解算，是用数字、 文字、符号、语言等介质表示事件、事物、现象等 的内容、数量或特征。
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从地理数据到地理信息
成都 的气 温数 据
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论三：地理信息系统包括计算机硬件、软件、 数据、系统开发人员和用户，但由于处理和分析 的是地理数据，因此，在通用的硬件、软件基础 上，还有体现专业特点的硬、软件
空间数据库 建设和应用 必备要素
GIS的硬件 GIS的数据 GIS的软件 GIS的系统人员
1、GIS硬件
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论二：地理信息系统具有采集、管理、分析地 理数据和表达地理信息的能力。包括空间数据库 建设和空间数据库的应用两个层次
GIS的工作流程
GIS工作流程
空间数据库建设——数据获取
空间数据库建设——编辑变换处理
目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻辑上的一致性 内容：数据编辑
文档 图表、表格 图片、图像
2、GIS数据——数据模型
❖ 1）矢量数据模型 简单数据结构（面条结构）：如Shapefile 拓扑数据结构：如Coverge 面向对象的数据模型：如Geodatabase
❖ 2）栅格数据模型
1）矢量数据模型
简单数据结构（面条结构）
数据按点、线、 面为单元进行 组织，点、线、 面都有自己的 坐标数据。最 典型的是面条 结构。
•信息系统的输入、输 出？ •信息系统输入输出过 程中，还要做什么？
➢信息系统：具有数据采集、 管理、分析、表达能力，能 为决策提供有用信息的系统。
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 基于计算机的信息系统的4个要素：
信息系统
计算机 硬件
计算机 软件
数据
系统人 员和用
户
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 地理信息+信息系统：地理信息系统
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论1：地理信息系统采集的数据为空间数据，既 具有空间位置，又具有属性特征。地理信息系统 的数据库因此又称为空间数据库。
名称、楼层、楼高、 用途等
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 空间数据库：空间数据和属性数据的组织
➢矢量 ▪混合式 ▪扩展式 ▪开放式
➢栅格
矢量数据的空间数据组织
❖ 一般硬件 网络设备、存储设备、处理器、输入设备 （键盘、鼠标、扫描仪）、输出设备（打印机）
❖ 专业硬件 输入设备：GPS、全站仪、解析和数字摄影测量 仪器、数字化仪 输出设备：绘图仪等
2、GIS数据
矢量数据
空
间ห้องสมุดไป่ตู้
数 据
栅格数据
库
数
据 体
元数据
系
其他数据
空间数据 属性数据 专题地图 遥感影像
格式转换 坐标变换 投影变换 数据概化 数据重构（拼接、截取、压缩）
空间数据库应用——GIS检索和分析
空间查询
空间检索 空间分析
空间分析
位置查询 属性查询 拓扑查询
地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析
空间数据库应用——GIS数据输出
• 数据交换 • 统计表格 • 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图
CDIO教学改革教案 作者：陈军
本学期我们的任务
❖ 老师讲述空间数据库的基本知识 ❖ 熟悉空间数据库建库的软件 ❖ 示范案例：林业空间数据库的建立 ❖ 讨论完成：自选题目完成空间数据库构建
提纲
❖第一章 什么是空间数据库 ❖第二章 林业空间数据库设计 ❖第三章 林业空间数据库数据输入与编辑 ❖第四章 林业空间数据库数据入库 ❖ 案例的讨论与提高
第一章 什么是空间数据库
❖1.1 地理信息系统名词分析 ❖1.2 名词分析与空间数据库 ❖1.3 空间数据库构建任务
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 什么是GIS？
GIS的名词剖分理解
地理信息系统
地理数据
地理信息
信息系统
数据
信息
系统
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从数据到信息
小明去年的数学成绩为20分，语文成绩为68分，今 年的数学成绩考了80分，语文考了69分。
简单数据结构
❖ Shapefile概述
单类型 多文件
*.shp：空间数据 *.dbf：属性数据 *.shx：空间索引 *.sbn;*.sbx：空间位置索引 非拓扑
简单数据结构
❖ 简单数据结构——优缺点 优点：简单 缺点：数据冗余、不利于空间分析
A
BI
E
P1 P2 D
F
CH G
P1：{A，B，C，D} P2：{E，F，G，H，I}
混合式
扩展式
应用界面
应用界面
空间 处理
属性 空间 处理 处理
属性 处理
空间
属性 空间数据管理层
数据 ID 数据
管理
管理
RDBMS
空间
属性
数据 库
数据 库
空间与属性数据库
开放式
应用界面
空间 处理
属性 处理
专门的DBMS
空间与属性数据库
栅格数据的空间数据组织
❖ 栅格数据：像元阵列
栅格图像 实际地面
➢概念：具有地理数据的采集、管理、分析、表 达能力，能为决策者提供有用地理信息的系统。
➢推论1：地理信息系统采集的数据为空间数据，即具有空间 位置，又具有属性特征。地理信息系统的数据库因此又称为空 间数据库。 ➢推论二：地理信息系统具有采集、管理、分析地理数据和表 达地理信息的能力。包括空间数据库建设和空间数据库的应用 两个层次。 ➢推论三：地理信息系统包括计算机硬件、软件、数据、系统 开发人员和用户，但由于处理和分析的是地理数据，因此，在 通用的硬件、软件基础上，还有体现专业特点的硬、软件。
1 2 3
空间位置 1
1月气温 3
7月气温 30
➢地理数据：各种地 理特征和现象间关系 的符号化表示，包括 空间位置、属性特征、 时态特征。
➢地理信息：对地理 数据的解释、运用与 解算
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从系统到信息系统
➢系统：
•1、功能：整体>部分和 •2、物质和能量流动，即输 入、输出 •综合1、2：输入-处理-输出
拓扑数据结构
❖ 拓扑数据结构
拓扑：几何图形在连续变形下保持不变的性质，空间目 标的空间关系（关联、邻接、包含等）属于拓扑关系 拓扑数据结构：不仅存储空间位置，同时存储空间关系
A
——上面描述有那些数据，你能得出结论？
➢数据：某一目标定性、定量的描述，包括数字、 文字、符号、图形、图像等，是未加工的原始材料。 ➢信息：对数据的解释、运用与解算，是用数字、 文字、符号、语言等介质表示事件、事物、现象等 的内容、数量或特征。
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从地理数据到地理信息
成都 的气 温数 据
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论三：地理信息系统包括计算机硬件、软件、 数据、系统开发人员和用户，但由于处理和分析 的是地理数据，因此，在通用的硬件、软件基础 上，还有体现专业特点的硬、软件
空间数据库 建设和应用 必备要素
GIS的硬件 GIS的数据 GIS的软件 GIS的系统人员
1、GIS硬件
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论二：地理信息系统具有采集、管理、分析地 理数据和表达地理信息的能力。包括空间数据库 建设和空间数据库的应用两个层次
GIS的工作流程
GIS工作流程
空间数据库建设——数据获取
空间数据库建设——编辑变换处理
目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻辑上的一致性 内容：数据编辑
文档 图表、表格 图片、图像
2、GIS数据——数据模型
❖ 1）矢量数据模型 简单数据结构（面条结构）：如Shapefile 拓扑数据结构：如Coverge 面向对象的数据模型：如Geodatabase
❖ 2）栅格数据模型
1）矢量数据模型
简单数据结构（面条结构）
数据按点、线、 面为单元进行 组织，点、线、 面都有自己的 坐标数据。最 典型的是面条 结构。
•信息系统的输入、输 出？ •信息系统输入输出过 程中，还要做什么？
➢信息系统：具有数据采集、 管理、分析、表达能力，能 为决策提供有用信息的系统。
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 基于计算机的信息系统的4个要素：
信息系统
计算机 硬件
计算机 软件
数据
系统人 员和用
户
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 地理信息+信息系统：地理信息系统
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论1：地理信息系统采集的数据为空间数据，既 具有空间位置，又具有属性特征。地理信息系统 的数据库因此又称为空间数据库。
名称、楼层、楼高、 用途等
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 空间数据库：空间数据和属性数据的组织
➢矢量 ▪混合式 ▪扩展式 ▪开放式
➢栅格
矢量数据的空间数据组织
❖ 一般硬件 网络设备、存储设备、处理器、输入设备 （键盘、鼠标、扫描仪）、输出设备（打印机）
❖ 专业硬件 输入设备：GPS、全站仪、解析和数字摄影测量 仪器、数字化仪 输出设备：绘图仪等
2、GIS数据
矢量数据
空
间ห้องสมุดไป่ตู้
数 据
栅格数据
库
数
据 体
元数据
系
其他数据
空间数据 属性数据 专题地图 遥感影像
格式转换 坐标变换 投影变换 数据概化 数据重构（拼接、截取、压缩）
空间数据库应用——GIS检索和分析
空间查询
空间检索 空间分析
空间分析
位置查询 属性查询 拓扑查询
地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析
空间数据库应用——GIS数据输出
• 数据交换 • 统计表格 • 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图