第四章——地理信息系统空间数据库·
4地理信息系统空间数据库
4地理信息系统空间数据库地理信息系统（GIS）在当今的社会发展中扮演着至关重要的角色，而空间数据库则是地理信息系统的核心组成部分。
它就像是一个巨大的数字仓库，专门用来存储和管理与地理空间相关的各种数据。
那么，什么是地理信息系统空间数据库呢？简单来说，它是一种用于存储、管理和查询地理空间数据的数据库系统。
这些数据包括但不限于地理位置、地形地貌、土地利用、道路网络、水系分布等等。
与传统的数据库相比，空间数据库具有独特的特点和功能，能够处理和分析空间位置关系，为地理信息系统的应用提供强大的数据支持。
空间数据库中的数据类型多种多样。
有点数据，比如一个城市的坐标点；有线数据，例如一条河流的走向；还有面数据，像是一个湖泊的范围。
此外，还有栅格数据和矢量数据之分。
栅格数据就像是一幅由像素组成的图片，每个像素代表一个特定的地理区域和属性值。
矢量数据则是通过点、线、面的坐标来精确描述地理实体的形状和位置。
为了有效地管理这些复杂的数据，空间数据库采用了一系列特殊的技术和结构。
其中，索引技术是非常关键的。
它就像是一本书的目录，能够帮助我们快速找到所需的数据。
常见的空间索引包括 R 树、四叉树等。
通过这些索引结构，空间数据库能够在大量的数据中迅速定位到与查询条件相关的部分，大大提高了数据检索的效率。
空间数据库的存储方式也有讲究。
它不仅要考虑数据的存储空间，还要保证数据的读写速度和完整性。
在存储数据时，需要根据数据的类型、规模和使用频率等因素，选择合适的存储介质和存储策略。
例如，对于经常访问的热点数据，可以采用高速缓存来提高访问速度；对于大规模的历史数据，可以采用压缩存储来节省空间。
数据的质量对于空间数据库来说至关重要。
不准确、不完整或不一致的数据可能会导致错误的分析结果和决策。
因此，在数据采集、录入和更新的过程中，需要严格遵循相关的标准和规范，进行数据质量控制和检查。
同时，要建立有效的数据更新机制，确保数据库中的数据能够及时反映现实世界的变化。
地理信息系统导论第4章 空间数据的采集和空间数据的处理
程注记等。
6
（2）遥感数据 遥感数据是GIS的重要数据源。遥感数据含有 丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地 质、地球物理、地球化学、地球生物、军事应用等 方面的信息进行信息复合和综合分析。遥感数据是 一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技 术是GIS数据更新的重要手段。
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（3）文本资料 文本资料是指各行业和各部门的有关法律文档 、行业规范、技术标准、条文条例（如边界条约） 等，这些也属于GIS的数据
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表4.1 用于数据采集目的的GIS数据分类
13
4.2 空间数据采集的主要方法
4.2.1 GIS数据采集在GIS 为了便于管理和应用，在复杂的计算机世界里 的数据必须按照一定的方式进行组织和存储。地理 信息系统的应用的一项重要工作是采集不同来源和 不同类型的数据，并创建空间数据库。在采集地理 实体几何数据的同时，还要调查其属性信息。另外 ，为了保证采集数据的可靠性和完整性，采集的 GIS数据必须经过检验和进一步的编辑、处理才能 进入GIS。在空间数据库中，所有的地图、影像和 空间数据表格都根据不同的空间表达和记录方式进 行地学编码 14
第4章 空间数据的采集和空间数 据的处理
学习指南 本章论述了GIS数据来源、数据采置、形状、 大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它具有 GIS的数据源有很多，如地图数据、遥感数据
1
空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观 测成果、航空照片、遥感图像、文本资料等转换成 GIS可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证 、修改、编辑等处理
4.2.2 GIS数据采集的工作流程 所有GIS项目的数据采集都包括一系列连续的 过程，通常其工作流程包括编制计划、准备、数字 化或数据转换、编辑完善、评估五个阶段（图4.3 ）
石大地理信息系统讲义04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主要内容第一节空间数据库概述第二节空间数据库概念模型设计——传统的数据模型第三节空间数据库概念模型——语义数据模型和面向对象数据模型第四节空间数据库逻辑模型设计和物理设计第五节 GIS空间时态数据库第一节空间数据库概述一、空间数据库概述二、空间数据库的设计三、空间数据库的实现和维护一、空间数据库概述1、数据库通常，数据库是数据库系统的简称。
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。
2、数据组织的分级按逻辑单位分级——从应用的角度来观察数据的，是从数据与其所描述的对象之间的关系来划分数据层次的。
层次有：数据项、记录、文件和数据库。
按物理单位分级——指数据在存储介质上的存储单位，层次是：比特、字节、字、块（物理记录）、桶和卷。
3、数据项（field)•数据项是可以定义数据的最小单位，也叫基本项、字段等。
•数据项与现实世界实体的属性相对应•数据项有一定的取值范围，称为域。
•每个数据项都有一个名称，称为数据项目。
•数据项的值可以是数值的、字母的、字母数字的、汉字的等形式。
•数据项的物理特点在于它具有确定的物理长度，一般用字节数表示。
4、记录（record)•记录由若干相关联的数据项组成。
记录是应用程序输入—输出的逻辑单位。
•对大多数数据库系统而言，记录是处理和存储信息的基本单位。
•记录是关于一个实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。
5、文件（file)文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。
文件用文件名标识。
6、数据库系统o一个完整的数据库系统应该包括数据库、数据库管理系统（Database Management System,DBMS）和数据库应用系统三个组成部分o数据库是按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合；o数据库管理系统是提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统；o数据库应用系统则是为了满足特定的用户处理需求而建立起来的，具有数据库访问功能的应用软件，它提供给用户一个访问和操作特定数据库的用户界面。
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。
地信教案2
第四章地理信息系统空间数据库地理信息系统中数据很重要，但是如果数据没有按照一定的结构组织起来，那么这些数据也是没有价值的。
这个组织数据的方法就是数据库。
数据库提供了数据存储的结构。
1、数据库概念和基本构成基于计算机的数据称为电子数据，计算机管理电子数据的方法经过了三个发展阶段：人工管理阶段（程序管理阶段）：程序与数据是一个整体，互相依赖。
文件管理阶段：数据与程序分离，但数据仍依赖于程序；数据文件，数据有格式，数据无法为多个程序所共享。
缺点：数据冗余度大、存在数据不一致性、数据之间存在依赖。
数据库管理阶段：数据与程序分离、数据集中管理、便于数据共享。
数据库的组成：数据实体、数据库管理系统、用户界面。
2、空间数据库的概念1)概念：空间数据库是某区域内关于一定地理要素特征的数据和操作空间数据的工具的集合。
由于地理信息系统中的数据库具有明显的空间特征，所以称为空间数据库；空间数据库中的空间数据是地理信息系统的核心；2)空间数据库的功能有两个方面：一方面为用户提供空间数据，另一方面保存用户分析决策的结果；3)空间数据库同样包括三个部分：空间数据库、数据库管理系统、应用系统；为了对空间数据进行有效管理，在普通数据库系统之上增加了空间数据管理功能；4)增加空间数据管理功能的方法有两种：(1)SDE;(2)ORACLE扩展。
3、空间数据库的设计过程目的：在数据库系统中将空间实体表达出来。
意义：地理信息系统是为了改造世界而设计的，在表面上它表现为计算机硬件和软件组成的系统，这个计算机系统与现实世界之间的联系是怎样建立起来的呢？也就是说怎样将现实世界装载到计算机里呢？从现实世界中抽象出用概念表达的实体(即建立概念模型)、建立抽象出来的概念实体之间的逻辑联系(即建立逻辑模型)、按照一定的结构存储下来(即建立物理模型)。
因此空间数据库设计可以划分为概念模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计三个阶段。
概念模型设计：◆概念：概念模型是从计算机角度出发，对现实世界中各种地理现象和它们之间的联系进行抽象的过程，包括地理现象和过程的特征描述、关系分析和过程模拟。
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
地理信息系统 第四章
建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS
吉 奥 之 星 中 的 空 间 对 象 模 型
思考与练习
简述GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。 数据库中的分层数据模型与空间数据库分层组织有何不同？ 简述GIS数据管理方法的发展过程和趋势，并请说明目前 GIS中没有采用标准的数据库管理系统来管理图形数据的主 要原因。
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
RDBMS
空间 数据库
扩 展 关 系 数 据 库 管 理 方 案
在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查 询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实 施空间索引操作。 解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高 用户不能根据GIS要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑 结构进行存储 GIS软件：TIGER，Geo++、Geo Tropics等
1 2 3 4 5 6
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
1
d
g 6
线
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
关系数据库模型
优点： 结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运 算和数学运算规则形成的查询要求 能搜索、组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 缺陷： 数据库大时，查找满足特定关系的数 据费时 对空间关系无法满足
面向对象的几何抽象类型
GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、 线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型 可以作为GIS中各种地物类型的超类。
GIS第四章地理信息系统空间数据库
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。
（1）空间数据库存储系统 空间数据库存储系统是GIS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。 一般以一系列特定结构的文件形式存储在硬盘、光盘等
介质上。
（2）空间数据库管理系统 指能够对介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑
上的定义，提供空间数据查询、检索、存取、维护和更新 功能的软件系统。
2空间数据库设计的原则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装入试验性的空间数据对应用程序进行测试以确认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知识结构一什么传统数据模型
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。
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。
地理信息系统空间数据库
转换
现实世界
人类的认识、抽象
机器世界 DBMS支持的数据模型
现实世界中客观实体的抽象过程
信息世界的 概念模型
1. 空间数据库的设计过程
这一过程一般需要两步 ①人类对客体的认识、抽象，建立概念模型。 ②将概念模型转换为计算机能够接受的形式，即数据模型。
就是将地理空间客体按一定的组织形式，在数据库系统中加以表达的过程。
把用户的需求加以解释，用概念模型表达出来，具体任务包括： 1)数据库的宏观定义 指对数据库比例尺、地图投影和坐标系统的定义。 2)数据库的特征设计 对于各种地理特征有关的属性数据中以什么几何形式表达进行设计。 3)数据库表格及其关系的设计表达 对与地理特征有关的属性数据在数据库中表达方式的设计。
通过实体变化过程来反映。
实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中 的从属关系、聚类关系和相关关系
第一节 空间数据库概述
第一节 空间数据库概述
空间数据库的数据模型设计
数据模型建立的目的 揭示空间实体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为计算机能够接受和处理的数据形式。 能够对空间数据进行统一管理 帮助用户查询、检索、增加删除和修改数据 保障空间数据的独立性、完整性、和安全性
第一节 空间数据库概述
（2）数据模型
层 次 模 型 网 状 模 型 关 系 模 型 面 向 对 象 模 型 常用数据模型种类
尽量减少空间数据存储冗余； 提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构能够做出相应的变化； 满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需的空间数据查询结果； 在空间元素间维持复杂的联系，反映空间数据的复杂性； 支持多种决策需要，具有较强的应用适应性。
第二节 传统的数据模型
地理信息系统空间数据库
地理信息系统空间数据库在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
从导航软件帮助我们找到最佳路线，到城市规划者制定合理的土地利用方案，再到科学家研究气候变化对生态系统的影响，GIS 都发挥着重要的作用。
而在 GIS 中，空间数据库则是其核心组成部分，它就像是一个巨大的仓库，存储着各种地理相关的数据，并为 GIS 的运行和分析提供了坚实的基础。
那么，什么是地理信息系统空间数据库呢？简单来说，它是一种专门用于存储、管理和查询地理空间数据的数据库。
与传统的数据库不同，空间数据库不仅能够存储属性数据（如地名、人口数量等），还能够存储地理空间数据（如点、线、面等几何图形以及它们的位置、形状和拓扑关系）。
这些空间数据可以是地图上的各种要素，比如道路、河流、建筑物等，也可以是通过卫星遥感、全球定位系统（GPS）等技术获取的地理信息。
为了更好地理解空间数据库，让我们先来看看它的一些特点。
首先，空间数据库具有海量的数据存储能力。
由于地理空间数据通常非常庞大和复杂，空间数据库需要能够容纳大量的数据，并且能够高效地进行管理和组织。
其次，空间数据库支持空间索引。
这意味着它能够快速地定位和检索特定区域或特定类型的地理空间数据，大大提高了数据查询和分析的效率。
此外，空间数据库还具有强大的空间分析功能。
它可以进行缓冲区分析、叠加分析、网络分析等各种复杂的空间运算，帮助用户从地理数据中提取有价值的信息。
那么，空间数据库是如何构建和管理的呢？一般来说，构建空间数据库需要经过数据采集、数据预处理、数据存储和数据管理等几个步骤。
在数据采集阶段，我们可以通过多种方式获取地理空间数据，如实地测量、遥感影像解译、地图数字化等。
采集到的数据往往存在各种误差和不一致性，因此需要进行数据预处理，包括数据清洗、坐标转换、数据格式转换等，以确保数据的质量和一致性。
然后，将处理好的数据存储到空间数据库中，并建立相应的索引和数据结构，以便快速访问和查询。
第四章 空间数据库
4 点-线查询 查询某点实体一定范围内的线实体。步骤
： (1)激活点图层，选择一个点
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(2)SQL查询 激活线图层，输入查询条件
本次您浏览到是第三十三页，共四十三页。
5 线-线查询
查询与某个线实体相连的其他线实体。步骤：
(1)激活线图层，选择一条线
本次您浏览到是第三十四页，共四十三页。
本次您浏览到是第十三页，共四十三页。
本次您浏览到是第十四页，共四十三页。
网状模型用连接指令或指针来确定数据间的显 式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方 式 。网络模型将数据组织成有向图结构，结构 中结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间 的关系。
存在以下问题：1）结构复杂，增加了用户查询 和定位的困难。要求用户熟悉数据的逻辑结构， 知道自身所处的位置。（2）网状数据操作命令 具有过程式性质（3）不直接支持对于层次结构 的表达。
(2)SQL查询
输入查条件
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6 面-线查询 查询经过某个面实体的线实体。步骤：
(1)激活面图层，选择一个面
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(2)SQL查询 激活线图层，输入查询条件
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7 点-面查询
查询某个点实体被包含在哪个面实体内部。 步骤： (1)激活点图层，选择一个点
本次您浏览到是第二十四页，共四十三页。
点、线、面实体相互关系的9种查询： 1 点-点查询
查询某点实体给定距离范围内的其他点 实体。如200km。步骤： (1)激活点图层，选择一个点
本次您浏览到是第二十五页，共四十三页。
(2)SQL查询（200km以内的其他点）
地理信息系统概论——知识点总结
地理信息系统概论第一章导论数据与信息的关系：数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息：是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。
数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。
数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。
就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息是用数字、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的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。
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、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。
地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息系统（Geographical Information System）：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。
其技术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，以便解决复杂的规划和管理问题。
GIS的基本构成：GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
1、系统硬件：（1）GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。
（2）GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。
地理信息系统概论名词解释总结
l 数字地面模型(DTM)：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
l 数字高程模型(DEM)：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。
l 数字地形分析(DTA)：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
l 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、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
l 地理信息科学：与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
l 边界代数算法：边界代数多边形填充法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
l DIME文件：美国人口普查局在1980年的人口普查中提出了双重独立地图编码文件。它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码大纲要图。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
GIS课程各章节知识点
第一章导论第一节：•主要内容：数据与信息、地理信息与地理信息系统•基本概念和知识点：数据、信息、地理信息、地理信息系统的概念、数据与信息联系、信息的特点第二节：•主要内容： GIS 的基本构成•基本概念和知识点： GIS 的基本构成：系统硬件（ GIS 主机、 GIS 外部设备、 GIS 的网络设备）、系统软件（ GIS 专业软件、数据库软件、系统管理软件）、空间数据、应用人员、应用模型第三节：1 ．主要内容： GIS 的基本功能、应用功能2 ．基本概念和知识点： GIS 常见的基本功能（数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理和变换、空间分析和统计、产品制作和显示、二次开发和编程）、应用功能（资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策）第四节1 ．主要内容： GIS 的发展透视2 ．基本概念和知识点： GIS 发展概况3 ．问题与应用（能力要求）：理解 GIS 发展趋势（ GIS 已成为一门综合性技术、产业化的发展势头强劲、 GIS 网络化已构成当今社会的热点、地理信息科学的产生和发展）第二章 GIS 的数据结构第一节：1 ．主要内容：地理空间及其表达2 ．基本概念和知识点：地理空间的概念、空间实体的表达、我国三种大地坐标系3 ．问题与应用（能力要求）：在计算机中空间实体的表达第二节：1 ．主要内容：地理空间数据及其特征2 ．问题与应用（能力要求）：掌握 GIS 的空间数据的类型（地图数据、影像数据、地形数据、属性数据、元数据）及其基本特征（空间特征、属性特征、时间特征），理解空间数据的拓扑关系及其意义（拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含），掌握空间数据的计算机表达第三节：1 ．主要内容：空间数据结构的类型2 ．基本概念和知识点：矢量数据结构、栅格数据结构、TIN数据结构、游程编码结构3 ．问题与应用（能力要求）：掌握矢量数据结构的定义及其类型（简单数据结构、拓扑数据结构、曲面数据结构）、栅格数据结构的定义及其类型（直接编码、链式编码、块码、游程编码结构、四叉树结构），掌握矢量与栅格数据结构的比较第四节1 ．主要内容：空间数据结构的建立2 ．基本概念和知识点：空间数据结构建立的定义、空间数据编码3 ．问题与应用（能力要求）：空间数据结构建立基本过程、矢量数据、栅格数据的获取方法第三章空间数据的处理第一节：1 ．主要内容：空间数据的坐标变换2 ．基本概念和知识点：几何纠正、投影转换（正解变换、反解变换、数值变换）3 ．问题与应用（能力要求）：理解空间数据的几何纠正、投影转换的定义及其意义。
第四章-空间数据库
x
26.7 28.4 46.1 31.3 68.4
y
23.5 46.5 42.5 45.6 38.7
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
多 形 边
Ⅰ Ⅱ
点
a c b e c f d g
1 2 3 4
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
学校名称 西北大学
系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 研究生 城资系 系名 52 教师数 300 学生数 70 研究生 49 257 71 地质系 化学系
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3 学生数广东 研究生
教师号 姓名 年龄 职称 系名 教师数 学生数 66 系名 李四 教师数 30 学生数教授 研究生
数据库技术是20世纪 年代初开始发展起来的一 数据库技术是 世纪60年代初开始发展起来的一 世纪 门数据管理自动化的综合性新技术。 门数据管理自动化的综合性新技术。 一、数据库 数据库： 为了一定的目的 ， 在计算机系统中以特定的 数据库 ： 为了一定的目的， 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 空间数据库： 即地理信息系统的数据库， 空间数据库 ： 即地理信息系统的数据库 ， 是某区域内 关于一定地理要素特征的数据集合。 关于一定地理要素特征的数据集合。
1、计算机对数据的管理阶段
经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
（1）程序管理阶段 变量赋值、运算、输出均在一个程序中进行，值变程 序就变。 如：add.c #include “stdio.h” main() { int a,b,c; a=3; b=5; c=a+b; printf(“c=%d\n”,c); } 编译后生成add.exe。
4地理信息系统空间数据库
范围索引实质是无索引文件的一种图形检索方法。对所击点 的图，通过判别是在那个包络线矩形之内，基本决定其位置。
一次判别
一次判后再进一步一次判别
二、格网索引基本思想
是将区域划分成大小相等的网格，记录每个网格内所包含 的空间实体在数据库中的地址。
为了便于建立空间索引的线性表，可以将每个空间网格按
顺序进行编码，建立顺序码与空间实体的对应关系。
点-点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。如查询距离水井 1km范围内的所有村落。 “开窗”查询： 在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形， 好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该
窗口有关的点、线、面及其属性信息。
二、属性数据查询
大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数据库中， 而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语
一、范围索引
即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实
体的最大和最小坐标。
在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时，根 据空间实体的最大和最小范围，预先排除那些没有落入 查询范围内的空间实体，只对那些最大和最小范围落在 查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断，
最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。
空间索引 空间对象 代码
C
A B B B B B C C C D
2 12- 15 15 24 26 36-37 34 40 42 60
三、四叉树索引
四叉树空间索引是将区域进行若干层次的划分，每个层
次的划分是将上一层次划分得到的每个区域分成四个相
等的子区域，判定空间实体包含在哪一层次的那个子区
域中，则用子区域的编码来记录空间实体，这样就形成
地理信息系统题库及答案详解
地理信息系统题库及答案详解一、名词解释第一章导论1．数据：数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据，数据本身并没有意义。
2．信息：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）提供善于现实世界新的事实的知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
3．数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等等操作。
第二章地理信息系统的数据结构4．矢量数据：是面向地物的结构，即对于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以及目标之间的拓朴关系说明。
但在空间表达方面没有直接建立位置与地物的关系。
5．栅格数据：是面向位置的结构，平面上的任何一点都直接联系到某一个或某一类地物。
但对于某一具体的目标，没有直接聚集所有信息，只能通过遍历栅格矩阵逐一寻找，它也不能完整地建立地物之间的拓朴关系。
6．空间数据（或地理数据）：是指地理实体或现象的空间特征数据和属性特征数据的总称。
7．TIN数据结构：表示和存储曲面要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，经常采用不规则三角网（Triangulated Irregular Network）来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为TIN数据结构。
第三章空间数据处理8．数据变换：是指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正和地图投影转换等等，以实现空间数据的几何配准。
9．数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括数据转换、格式转换、类型替换等等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，多源和异构数据的联接和融合。
10．数据提取：是指对数据进行某种条件的取舍，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。
11．投影转换：投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据；12．空间数据的内插：通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区数据的方法就称为空间数据的内插。
地理信息系统空间数据库
• 空间数据库：GIS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， 一般以特点数据结构的文件的形式组织。
• 空间数据库管理系统：能进行语义和逻 辑定义存储在空间数据库上的空间数据， 提供必需的空间数据查询、检索和存取 功能，以及能够对空间数据进行有效的 维护和更新的一套软件系统。--建立在常 规DBMS上，具有特定空间数据管理功 能。
三种数据模型的比较
Geodatabase数据模型
• 在GeoDatabase地理数据模型诞生前，空间数据多是以 文件形式管理的，如ArcView的Shapefile和ArcInfo的 Coverage等。
• 在过去近二十年中，Shapefile、Coverage数据模型得到 了广泛的应用，但是随着GIS技术和数据库技术的发展， 以文件形式管理空间数据暴露出了在数据输入、存储 及管理等方面的缺欠。
属性联系：从属/聚类/相关
数据模型设计
空间数据模型：对空间客体进行描述和表 达的数学手段，使之能够反映客体的某 些结构特征和行为功能。
优点：能对空间数据进行统一的管理，帮 助用户查询、检索、增删和修改数据， 保证空间数据的独立性、完整性和安全 性，以利于对空间数据的使用和管理。
数据模型
• 层次模型 • 网状模型 • 关系模型 • 语义模型 • 面向对象模型
• Model Management Diagrams include Packages, Subsystems, and Models.
What Is a CASE Tool?
Since the early days of writing software, there has been an awareness of the need for automated tools to help the software developer. Initially the concentration was on program support tools such as translators, compilers, assemblers, macro processors, and linkers and loaders. However, as computers became more powerful and the software that ran on them grew larger and more complex, the range of support tools began to expand. In particular, the use of interactive time-sharing systems for software development encouraged the development of program editors, debuggers, code analyzers, and program-pretty printers.
第四章_地理信息系统GIS空间数据库
第三节 空间数据库逻辑模型设计
数据库逻辑设计的任务是把数据库概念设计阶段产生的概念数据 库模式变换为逻辑数据库模式，即适应于某种特定数据库管理系统所 支持的逻辑模型。
传统的数据模型 层次模型 网状模型 关系模型
一、层次模型
概念：层次模型是以记录类型为结点的有向树或森林，能很好地
表达1:N的关系。
辅助用户的空间分析与决策 • 要求：高效 • 关键：数据模型
空间数据库主要是为GIS提供空间数据的存储和管理方法。 空间数据的存储和管理通常有两种方式：
• 空间数据文件存储管理：空间数据以操作系统的文件形式保存在计算 机中。 特点： 一个GIS软件可以同时直接使用多个 空间数据文件，一个空间数据文件也可 同时为多个GIS软件共享；但空间数据存 储在不同的文件里造成数据是面向应用 的，多个文件之间彼此孤立，不能反映 数据间的联系，易造成数据的冗余和不 一致性等问题。
概括：概括是把一组具有相同持征和操作的对象归纳在一个更一 般的超类中。
聚集：聚集反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其他对象 组成的，它是用来描述更高层次对象的一种形式。即把几个不同 性质类的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。
（五）空间数据库对象模型
运用面向对象的概念和方法就可以建立起GIS中空间数据库的对象 数据模型。如OpenGIS协会推荐的空间对象数据模型：
图中用矩形符号表示，实体名标注于矩形符号内。 联系：联系是客体间有意义的相互作用或对应关系，分为1:1、1:N、
M:N三种类型。用菱形符号表示，实体和联系之间用线段连接并注 明连接类型。 属性：属性是对实体和联系特征的描述。用椭圆表示，椭圆中标注 属性名称，属性同实体和联系之间也用线段连接。
走向
《地理信息系统》考点整理
地理信息系统考点整理题型：一、名词解释5*3'二、选择题15*1'三、作图计算8'+7'/4'+5'+6'四、简单6*5'五、论述与分析10'+15'【第一章绪论】1·数据与信息：数据：是通过数字化或记录下来的可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像等也是数据。
信息：是现实世界在人们头脑中的反映。
它以文字、数字、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理，为人们的生产、建设、管理等提供依据。
信息的特点：客观性、适用性、可传输性、共享性两者关系：①数据是信息的表达，而信息则是数据的内涵；②信息是对数据的解释、运用和解算。
2·地理信息：概念：指与研究对象的空间地理分布有关的信息。
它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
特征：定位特征（区别于其它类型信息的最显著标志）、多维结构特征、时序特征3·地理信息系统（GIS）概念：地理信息系统是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的系统。
构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型功能：①数据采集与输入；②数据编辑与更新；③数据存储与管理；④空间查询与分析；⑤数据显示与输出3·GIS1与其他管理信息系统的关系：①GIS是管理信息系统中的一种；②一般的管理信息系统至具有纯属性数据，而GIS是空间数据和属性数据的联合体；③GIS具有空间分析功能，而其他的管理信息系统则不具有。
4·常见的GIS输入输出设备：（输入）数字化仪、扫描仪、解析测图仪、键盘等；（输出）打印机、显示器、绘图仪等5·GIS系统的应用领域：测绘与地图制图、资源管理、区域与城乡规划、灾害监测、环境评估、作战指挥、交通运输、宏观决策、金融通讯及日常生活结合本专业展开论述GIS应用功能（城乡规划）6·了解国内外GIS发展阶段特性GIS起源于人口普查，土地调查和自动制图。
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三、空间数据库的设计
② 地理空间实体间的联系
空间联系
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
时间联系
通过实体变化过程来反映。
属性联系
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3、空间数据库管理系统 (DBMS)
①能够对物理介质上存储的空间数据进行语义和 逻辑上的定义；
②提供必须的空间数据查询、检索和存取功能；
③能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套
软件系统。
一般由专业GIS软件提供
4、空间数据库应用系统
提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面，是根据用户数据处理需 求而建立的具有数据库访问功能的应用软件。 一般需要进行二次开发。
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5、空间数据管理实现方式的阶段
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数据管理模式
计算机对数据的管理到目前为止，共经历了以下阶段： （1）程序管理阶段，数据和应用程序一同存在。 （2）文件管理阶段，数据和应用程序独立。（数据间
无明显关系） （3）数据库管理阶段，数据和应用独立（逻辑独立），
数据库和存储设备独立（物理独立）。数据库数据之 间建立了联系。数据面向操作组织
典型GIS空间数据文件存储形式： (1)MapInfo 数据文件
*.tab：头文件，软件版本号、存储坐标投影、地图 边界、属性项名等，是ASCII码文件。
*.map：图形文件，存储所有GIS图形。 *.id ：索引文件，存储图形与属性的关联关系。 *.dat：属性文件，存储所有属性项值。 （2）ArcView shape数据文件 *.shp: 图形文件 *.dbf：属性文件 *.shx：索引文件
实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中 的从属关系、聚类关系和相关关系
三、空间数据库的设计
2. 空间数据库的数据模型设计
数据模型建立的目的 揭示空间实体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为计算机能
1、定义
空间数据库(Spatial Database)是存放空间数据的数据库。包括： 空间实体的几何图形数据 空间实体间的拓扑数据 空间实体的属性数据
2、空间数据库特征 1）数据量特别大，海量数据，TB级数据量 2）数据种类多，复杂 3）数据应用面相当广：地理研究、资源开发、生态环境等
在建立空间数据库时， 1）遵循和应用通用的数据库的原理和方法； 2）解决其他数据库所没有的问题。
第四章 地理信息系统空间数据库
主要内容
第1节 空间数据库概述 第2节 空间数据库概念模型设计 第3节 空间数据库逻辑模型设计 第4节 空间数据库的物理设计 第5节 空间数据查询 第6节 空间数据库索引 第7节 空间元数据 第8节 空间数据库引擎 第9节 空间时态数据库
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第1节 空间数据库概述
过程。
这一过程一般需要两步
现实世界
①人类对客体的认识、抽象， 建立概念模型。
②将概念模型转换为计算机能 够接受的形式，即数据模 型。
人类的认识、抽象
信息世界的 概念模型
转换
机器世界 DBMS支持的数据模型
现实世界中客观实体的抽象过程
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三、空间数据库的设计
地理空间的认知
① 地理空间实体（客体）
一、数据库介绍 1、数据库的概念
数据库(Database)：所有相关文件的总和构成数据库。它是最高一层的 数据组织，是信息系统的信息资源，是信息系统的一个重要组成部分。
2、数据库管理系统（DBMS）
数据库管理系统(DBMS)是处理数据存储、进行各种管理的软件系统。应 用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。
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文件系统
在20世纪50年代后期至60年代中后期，大量的数据存储、检索和维护成为当 时紧迫的需求，可直接存取的磁盘成为联机的主要外存，软件上出现了高级 语言和操作系统。
操作系统中的文件系统是专门管理外存储器的数据管理软件。在文件系统阶 段，程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开，有了程序文件和数据 文件的区别。
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程序管理阶段：
在20世纪50年代中期前，硬件里外存储器没有磁 盘这类可以随机访问、直接存取的设备，软件上没有 专门的管理数据的软件，数据由计算或处理数据的程 序自行携带。 特点： 数据与程序不具有独立性，一组数据对应一组程序； 数据不长期保存，一个程序中的数据无法被其他程序 利用，程序与程序间存在大量的重复数据，称为数据 冗余。
即程序访问的数据只需提供数据项名称； 数据共享成为现实，数据库系统的并发功能保证了多个用户可以同时使用同一
个数据文件，而且数据处于安全保护状态； 数据的完整性、有效性和相容性保证其冗余度最小，有利于数据的快速查询和
维护
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三、空间数据库的设计
1. 空间数据库的设计过程
就是将地理空间实体按一定的组织形式，在数据库系统中加以表达的
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数据库阶段：
在20世纪60年代后期，数据量急 剧增长，而且数据共享的需求日益增 强，因此开始发展数据库技术。数据 库技术的主要目的是有效地管理和存 取大量数据资源。
特点 数据管理方式建立在复杂的数据结构设计的基础上，将相互关联的数据集一文
件并赋予某种固有的内在联系。各个相关文件可以通过公共数据项联系起来； 数据库中的数据完全独立，不仅是物理状态的独立，而且是逻辑结构的独立，
特点
数据文件是大量数据的集合形式 面向用户的数据文件，用户可以通过它进行查询、修改、插入、删除等操作 数据文件与对应的程序具有一定的独立性
缺点
➢ 只能对应于一个或几个应用程序，不能摆脱程序的依赖性； ➢ 数据文件之间不能建立关系，呈现出无结构的信息集合状态，往往冗余度大，
不易扩充、维护和维修
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目前常用的数据库管理系统主要有：Access、SQL Server、Oracle数据库 等。
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3、数据库的特点：
①数据的独立性
②数据最小冗余度
③最多的共享性
④统一管理与控制
4、数据库系统的主要组成部分：
用户
应/16/2020
DB
二、空间数据库介绍