空间数据库概论剖析
空间数据库学习报告
空间数据库学习报告空间数据库是一种专门用来处理和管理空间数据的数据库管理系统。
传统数据库主要处理的是非空间数据，如数字、字符等，而空间数据库则加入了对空间数据的支持，可以存储和处理地理、地质、地形等与地理位置相关的数据。
本文将从空间数据库的定义、特点、应用以及学习体会等方面进行探讨。
首先，空间数据库是一种针对空间数据的数据库管理系统。
空间数据是指具有地理位置信息的数据，可以是点、线、面以及更复杂的几何对象，如多边形、立方体等。
与传统数据库相比，空间数据库在数据结构的设计上更加复杂，引入了空间索引、空间关系模型等技术，以提高对空间数据的存储和查询效率。
如：矢量数据模型、栅格数据模型、层次数据模型等。
此外，空间数据库还支持空间查询操作，如空间距离计算、空间关系判断、空间拓扑分析等。
其次，空间数据库具有以下几个特点。
首先，空间数据库具有高效的空间索引技术。
空间索引可以加快对空间数据的查询速度，常用的空间索引技术有R树、QUADTREE等。
其次，空间数据库支持空间数据的存储和查询操作。
空间数据不仅可以进行常规的增、删、改、查操作，还可以进行地理位置相关的查询，如查找一些区域内的所有点。
再次，空间数据库支持空间数据的可视化与分析。
用户可以通过空间数据库将数据可视化展示，同时进行各种分析操作，如空间叠加分析、空间数据挖掘等。
最后，空间数据库支持多种数据格式和数据模型。
由于不同的空间数据具有不同的特点和表达方式，空间数据库需要支持多种数据格式和数据模型，以满足不同数据的存储和查询需求。
空间数据库在许多领域具有广泛的应用。
一方面，空间数据库在地理信息系统中起着至关重要的作用。
地理信息系统是利用计算机技术对地理信息进行采集、存储、处理、分析和展示的系统，而地理数据作为地理信息系统的核心数据，需要通过空间数据库来进行存储和管理。
另一方面，空间数据库也应用于交通管理、环境保护、城市规划等领域。
如交通管理部门可以利用空间数据库进行交通流量分析和道路网络优化，环境保护部门可以利用空间数据库进行环境监测和资源管理。
空间数据库设计概述
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
空间 数据库
地理现象 和过程
数据库的 概念模型
数据库的 逻辑模型
数据库的 存储模型
现实世界
信息世界
计算机世界
4
3.1.1 空间数据库设计的内容
需求分析
概念设计
数据库 运行与维护
数据库实现
逻辑设计 物理设计
5
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
6
3.1.2 空间数据库设计的目标
满足用户 需求
良好的数 据库性能
准确模拟 现实世界
能够被某 个数据库 管理系统
接受
7
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
8
3.1.2 空间数据库设计原则
1. 空间数据库设计与应用系统设计相结合的原则； 2. 数据独立性原则； 3. 共享度高、冗余度低的原则； 4. 用户与系统的接口简单性原则； 5. 系统可靠性、安全性与完整性原则； 6. 系统具有重新组织、可修改与可扩充用性原则。
3.1 空间数据库设计概述
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
2
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
3
3.1.1 空间数据库设计的内容
• 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建 立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应 用需求。
数据库及空间数据库概论
地理信息共享与协同
空间数据库可以实现地理信息的共享和协同，促 进不同部门和地区之间的信息交流与合作。
遥感图像处理中的空间数据库应用
遥感数据存储与管理
空间数据库可以存储和管理大量的遥感数据，实现数据的统一管理 和高效访问。
MySQL Spatial
Oracle Spatial是Oracle数据库的一 个组件，提供了强大的空间数据管理 和分析功能。
MySQL Spatial是MySQL数据库的一 个扩展，提供了基本的空间数据类型 和函数，支持空间数据的存储和查询。
PostGIS
PostGIS是PostgreSQL数据库的一个 扩展，提供了丰富的空间数据类型和 函数，支持空间数据的存储、查询和 分析。
05
空间数据库的应用案例
城市规划与管理中的空间数据库应用
城市规划方案评估
空间数据库可以存储城市规划方案的相关数据，通过数据 分析和可视化技术，对规划方案进行评估和优化，提高规 划的科学性和合理性。
城市设施管理
利用空间数据库管理城市设施，如道路、桥梁、公园等， 实现设施的信息化、可视化及智能化管理，提高设施的使 用效率和安全性。
遥感图像处理与分析
利用空间数据库进行遥感图像的处理和分析，提取有用的地理信息， 为城市规划、资源调查等领域提供数据支持。
遥感监测与预警
通过空间数据库整合遥感监测数据，实现环境污染、气象灾害等方面 的预警和监测，提高应对自然灾害和环境问题的能力。
THANKS
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数据库系统的基本概念
数据模型
数据模型是描述数据、数据关系 和数据操作的抽象表示，常见的 数据模型有层次模型、网状模型 和关系模型。
5.1-空间数据库概述
数据组织、存储和管理
➢分类组织、存储和管理各种数据 ➢确定组织数据的文件结构和存取方式 ➢实现数据之间的联系 ➢提供多种存取方法提高存取效率
数据库的事务管理和运行管理
➢数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理 和控制
➢保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的 并发使用
第6页，共85页。
第17页，共85页。
§1.4.1.2 数据库系统内部体系结构
一、数据库系统模式的概念 二、数据库系统的三级模式结构 三、数据库的二级映像功能与数据独立性
第18页，共85页。
一、数据库系统模式的概念
“型” 和“值” 的概念
➢型(Type) 对某一类数据的结构和属性的说明 ➢值(Value) 是型的一个具体赋值 ➢例如
➢ 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保 持不变
➢ 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证 了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
第28页，共85页。
（2）模式/内模式映象
模式/内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结 构之间的对应关系。
数据模型对操作的定义
➢ 操作的确切含义 ➢ 操作符号 ➢ 操作规则（如优先级） ➢ 实现操作的语言
数据操作是对系统动态特性的描述
第38页，共85页。
在OGC简单要素规范中，所定义的空间操作 可分成三类
⑴ 用于所有几何类型的基本操作 ⑵ 用于空间对象间拓扑关系的测试操作 ⑶ 用于空间分析的一般操作
1. 实体式
1. 链式编码
2. 索引式 3. 双重独立式 4. 链状双重独立式 5. 面向对象的数据
2. 游程长度编码
空间数据库资料
空间数据库资料在当今数字化的时代，数据的管理和利用变得至关重要。
空间数据库作为一种专门用于存储和管理空间数据的数据库系统，在众多领域中发挥着关键作用。
空间数据，简单来说，就是具有空间位置特征的数据。
比如地图上的地点、道路、建筑物的位置，或者地理信息系统中地形的起伏、河流的走向等。
这些数据不仅包含了常规的属性信息，如名称、类型等，更重要的是其独特的空间位置和几何形状信息。
空间数据库与传统数据库相比，有着显著的差异。
传统数据库主要处理文本、数字等简单数据类型，而空间数据库需要处理复杂的空间对象，如点、线、面等。
这就要求空间数据库具备特殊的功能和结构来有效地存储、索引和查询这些空间数据。
为了实现对空间数据的高效管理，空间数据库采用了一系列专门的技术。
其中，空间索引技术是关键之一。
常见的空间索引方法包括 R 树、四叉树等。
这些索引结构能够快速定位和检索空间数据，大大提高了数据库的查询效率。
在数据存储方面，空间数据库通常采用分层存储的方式。
将不同类型、不同精度的空间数据分别存储在不同的层次中，以便在查询时能够根据需要快速获取相应的数据。
同时，为了保证数据的准确性和完整性，空间数据库还需要进行严格的数据质量控制。
这包括对数据的采集、录入、编辑等环节进行监控和校验，确保数据的可靠性。
空间数据库的应用领域非常广泛。
在城市规划中，它可以帮助规划师分析土地利用、交通流量等情况，从而制定更合理的规划方案。
在环境保护方面，能够监测和分析污染源的分布、生态系统的变化等，为环境保护决策提供支持。
在交通管理中，通过对道路网络、车辆位置等数据的管理和分析，可以优化交通流量，提高交通运输效率。
此外，地理信息系统（GIS）也是空间数据库的重要应用领域之一。
GIS 整合了空间数据库、地图绘制、数据分析等功能，为用户提供了一个强大的工具来处理和分析地理空间信息。
无论是进行资源调查、灾害预警还是城市发展研究，GIS 都离不开空间数据库的支撑。
空间数据库导论讲
一种基于四叉树的索引技术，用于对栅格数据进 行索引。
3
kd-tree索引
一种基于二叉树的索引技术，用于对高维数据进 行索引，适用于高维空间数据查询。
03
空间数据库管理系统
空间数据库管理系统的功能
数据存储
能够高效地存储和管理空间数 据，包括矢量数据、栅格数据
等。
数据检索
支持基于空间位置、属性、时 间等条件的快速查询和检索。
城市规划
城市规划需要大量的地理信息和空间 数据支持，空间数据库可以提供高效 的数据存储和处理能力。
交通管理
交通管理需要处理大量的地理信息和 车辆位置数据，空间数据库可以用于 存储、查询和分析这些数据。
空间数据库的发展历程
早期发展
早期的空间数据库主要基于文件系统进行存储和管理，随 着技术的发展和应用的深入，逐渐形成了专业的空间数据 库管理系统。
数据处理和分析
提供强大的空间数据处理和分 析功能，如空间分析、地图可 视化等。
数据更新和维护
支持数据的实时更新和维护， 保证数据的准确性和完整性。
主流的空间数据库管理系统
PostGIS
基于PostgreSQL的开源空间数据库管理系 统，功能强大且灵活。
Oracle Spatial
Oracle数据库的一个组件，提供全面的空间 数据管理和分析功能。
拓扑结构
用于表示空间实体之间的几何关系，如点、线、面之 间的相交、包含等关系。
几何结构
用于表示空间实体的几何特征，如长度、宽度、高度 等。
逻辑结构
用于表示空间数据的组织方式和存储方式，如空间数 据的分层、分类等。
空间索引技术
1 2
R树索引
空间数据库总结
空间数据库总结第一篇：空间数据库总结第一章：1.简述空间数据的结构特点及用传统商用关系数据库管理空间数据的局限性：答：1.结构特点：（1）从数据组织和管理角度看，空间数据与一般的事务数据相比具有非结构化特征（2）相对于一般的事务数据而言，空间数据量大（3）用以描述事物或现象随时间的变化2.局限性：（1）表示某种空间对象实体记录的空间字段难于预先确定（2）空间信息有坐标系统（3）关系数据原有的功能不能满足地理空间应用要求2.空间数据管理的演化过程答：1.人工管理阶段（20世纪50年代中期）特点：（1）数据不保存（2）没有数据管理软件（3）数据冗余2.文件系统阶段（20世纪60年代中期）特点：（1）数据文件是大量数据的集合形式（2）面向用户的数据文件（3）数据文件与对应的程序具有一定的独立性（4）由初期的顺序文件发展为索引文件、链接文件、直接文件等3.文件与数据库系统混合管理系统（20世纪80年代初期）特点：（1）对用户观点的数据进行严格细致的描述（2）允许用户以记录或数据项作单位进行访问（3）数据的物理存储可以很复杂，同样的物理数据可以导出多个不同的逻辑文件4.全关系型空间数据库管理系统（20世纪80年代后期）；5.对象关系数据库管理系统；6.面向对象的数据库系统3..空间数据库的研究内容：答：1.地理空间数据的获取与处理：（1）空间数据库的准确性研究；（2）空间数据质量研究；2.地理空间数据组织（1）空间数据的多种表达方式研究；（2）时空关系的研究；（3）海量空间数据库的结构体系研究3.地理空间数据库系统：（1）空间关系语言研究（2）分布处理和Client/Server模式4.地理空间数据共享的研究4.松散双元空间数据管理的结构及其弊端文件与数据库系统混合管理系统（20世纪80年代初期）特点：（1）对用户观点的数据进行严格细致的描述（2）允许用户以记录或数据项作单位进行访问（3）数据的物理存储可以很复杂，同样的物理数据可以导出多个不同的逻辑文件答：第二章：1.基于实体空间对象描述的基本特点：答：基于对象的模型强调个体现象，对象之间的空间位置关系通过所谓拓扑关系进行连接，主要描述不连续的地理现象，适合表示有固定形状的空间实体2.基于场模型地理空间描述适应的地理变量的分布特点：答：分布特点：在一定空间内连续分布。
《空间数据分析》课件
分析人口分布、消费水平、交通 状况等数据，评估潜在市场的规 模和需求。
为企业提供选址建议，优化资源 配置和提高市场占有率。
犯罪活动的空间数据分析
详细描述
总结词：通过空间数据分析，揭 示犯罪活动的时空规律和特征， 为预防和打击犯罪提供科学依据 。
利用警务数据和GIS技术，分析犯 罪活动的空间分布和热点区域。
探究犯罪活动与人口分布、社会 经济等因素的关联，揭示犯罪活 动的成因和规律。
为警务部门提供情报支持，制定 针对性的防控措施和巡逻计划。
THANKS
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空间数据挖掘的方法
包括空间关联规则挖掘、空间聚类、空间分类、时空数据挖掘等 。
空间数据挖掘的应用
在城市规划、环境保护、灾害预测等领域具有广泛的应用价值。
机器学习在空间数据分析中的应用
监督学习
利用已知结果的数据进行训练，建立预测模型，对新的空间数据进行 预测。
无监督学习
通过对无标签数据进行学习，发现数据的内在结构和规律。
空间聚类分析
总结词
将相似的空间数据点聚集成群组
详细描述
空间聚类分析通过将相似的空间数据点聚集成群组，揭示数 据的内在结构和模式。聚类结果可以根据距离度量、密度等 指标进行评估，并用于分类、识别异常值和进行决策支持。
04
空间数据挖掘与机器学习
空间数据挖掘
空间数据挖掘的定义
空间数据挖掘是指从大量空间数据中提取有用信息的过程，这些 信息可以是隐藏的、未知的或非平凡的。
社交媒体数据的获取方式
社交媒体数据可以通过爬虫等技术获取，但需要遵 守相关法律法规和隐私保护原则。
社交媒体数据的处理和分 析
社交媒体数据处理和分析需要针对其特点进 行，包括文本挖掘、情感分析、用户行为分 析等。
空间数据库管理系统概论
第一章绪论1.空间数据：空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观。
2.矢量数据：矢量数据是一种用点、线、面等基本空间要素来表示人们赖以生存的自然世界的数据。
3.栅格数据：栅格数据是把地理空间中的事物和现象作为连续的变量或体来看待。
4.空间数据特征：空间特征非结构化特征空间关系特征时态特征多尺度特征5.空间数据库：在地球表面某一范围内与空间地理相关的，反映某一主题信息的数据集合。
这些数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。
6.空间数据库特点：数据量大空间数据和属性数据的集合应用广泛7.空间数据库管理系统：空间数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层数据库管理软件。
对空间数据库的所有操作都是在空间数据库管理系统的统一管理和控制下进行的。
8.空间数据库管理系统的功能：空间数据的定义和操纵空间数据的组织、存储和管理后台的事物管理和运行管理数据库的建立和维护。
9.空间数据库系统定义：空间数据库系统是由空间数据库及其管理软件、应用软件组成的系统。
10.空间数据库系统的组成：空间数据库空间数据库管理系统数据库管理员用户和应用程序。
11.空间数据管理技术的发展阶段：文件系统文件关系混合系统空间数据库引擎对象关系型空间数据库管理系统。
第二章数据库相关基础知识回顾1.数据模型：数据模型是对现实世界数据特征的抽象、对现实世界的模拟。
2.数据模型分类：概念模型逻辑模型物理模型3.概念模型：用于信息世界的建模，它是现实世界的第一层抽象，它是数据库设计的有力工具，也是数据库开发人员与用户之间进行交流的语言。
逻辑模型：是用户眼中看到的数据范围，它是能用某种语言描述，使计算机系统能够理解，被数据库管理系统支持的数据视图。
物理模型：是对数据最底层的抽象，它描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。
《空间数据库》PPT课件
网络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 。
学校名称 西科大
学院 教师数 学生数 研究生
环资系系名名
教师数 学生数 研究生 52教师数 300学生数 70研究生
土木 信控
49
257
71
学号 姓名 年级 籍贯
系名 00231系2 名
张教三教师师数数
学3学生生数数广东研究生
2
b
3e
M
5
a
Ⅰc
Ⅱ
f
1
d
4
g
6
地图
M
Ⅰ
Ⅱ
多边形
Ⅰa b c d Ⅱc e f g
Ⅰ
a
1
2
线
Ⅰ
b
2
3
Ⅰ
c
3
4
Ⅰ
d
4
1
Ⅱ
e
3
5
Ⅱ
f
5
6
Ⅱ
g
6
4
点
1 x1 y1
2 x2 y2 3 x3 y3 4 x4 y4 5 x5 t5 6 x6 y6
关系数据库模型的优、缺点
优点： 结构特别灵活，具有严密的数学基础和操作代数
GIS数据库的特征（2）
非结构化特征：在当前通用的关系数据库管理系统中，数 据记录一般是结构化的，即它满足关系数据模型的第一范 式要求，也就是说每一条记录是定长的，数据项表达的只 能是原始数据，不允许镶嵌记录，而空间数据则不能满足 这种结构化要求。
分类编码特征：一般而言，每一个空间对象都有一个分类 编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准， 或地区标准，每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个 数是相同的。因而在许多情况下，一种地物类型对应于一 个属性数据表文件。
空间数据管理：空间数据库
空间数据库的发展和应用推动了地理信息产业的快速发展，为智慧城 市、环境保护、资源调查等领域提供了重要的技术支撑。
空间数据库的应用领域
智慧城市
空间数据库在智慧城市建设 中发挥着重要作用，支持城 市规划、交通管理、公共安 全等方面的应用。
环境保护
资源调查
空间数据库可用于环境监测、 生态保护、灾害预警等领域， 为环境保护提供科学依据。
数据管理层
负责数据的逻辑存储，包括数据表、索引、视图等数 据结构。
应用层
负责提供数据访问接口，包括查询语言、应用程序接 口等。
空间数据库的存储方式
分布式存储
将数据分散存储在多个节点上，以提高数据存储的可靠性和可扩 展性。
列式存储
按照列进行数据存储，有利于数据的压缩和快速查询。
图式存储
将数据以图的方式进行存储，适用于具有复杂关系的数据。
3
人工智能还可以实现空间数据的预测和优化，为 决策提供更加精准的依据。
THANKS
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特点
空间数据库具有空间索引、空间关系和空间分析等特性，能够高效地处理和查 询空间数据，支持地理信息系统（GIS）的应用。
空间数据库的重要性
数据整合与共享
空间数据库能够整合不同来源和格式的空间数据，实现数据的共享 和交换，提高数据利用率。
决策支持
空间数据库能够提供强大的空间分析功能，支持各种地理信息应用， 为政府、企业和学术界的决策提供有力支持。
空间数据库的性能优化
01
索引优化
合理使用索引，提高数据检索速度。
缓存技术
利用缓存技术减少对数据库的频繁 访问，提高系统响应速度。
03
02
查询优化
空间数据库概述
28
图层：
指一定空间范围内具有相同属性要素的一组同 类地理空间实体。需要注意的是，GIS中图层概 念并不是地理空间实体的简单堆砌，而是在某 种特殊应用领域下空间实体的组合，并且相互 之间有着密切的联系。
间数据库性能的瓶颈，而现有的关
系数据库查询优化技术不能完全适
用于空间数据，所以查询优化技术
的研究势必成为空间数据库应用的
难点和突破点 。
34
例如：将查询分两步进行：即初次过滤和二次筛选
空间 数据库
初次过 滤
不准确 的候选 集合
二次筛 选
最终查 询结果
35
2 5
1 3
2 4
6
1 3
2 7
1
36
五、索引
第一章 空间数据库概述
第一章 空间数据库概述
第一节 空间数据库概念 第二节 空间数据库的研究内容
2
一、为什么要研究空间数据库
数据库（DataBase，简称DB）：
存放数据的仓库。 长期存储在计算机内的、有组织的、可
共享的数据集合。
3
一、为什么要研究空间数据库
数据库管理系统（DataBase Management System，简称 DBMS）：
述的二进制块的管理高得多。 但是仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数
据结构也不能由用户任意定义，使用上仍然 受到一定限制。
18
GIS厂商开发的空间数据管理模块 ESRI : ARCSDE MapInfo: Spatialware
空间数据库导论讲稿ppt课件
第二阶段：符号模型 ：以数值方程为根底，在空间参照系统中用数学方 法表示空间实体的位置和关系，用平面符号化地图对现实世界作全面地描画， 准确数值表示的纸质地图成为地理空间的笼统/符号/概括模型。
第三阶段：空间数据模型 ：从信息科学角度来认识、解释与分析客观世 界 ，空间数据模型是地理空间中空间实体集合的质量、数量、时间、空间特 性的全面笼统和概括，是地理空间特征与构造的数字表现方式。
笼统
空间属性 主题属性 时态属性
地理实体〔普通概念〕 或
实体对象〔面向对象〕
现实世界
概念世界
空间要素是独一命名的、可以相互区分的、具有完好地理含义的 笼统信息概念，它用“空间实体〞这个笼统概念，以数字方式来组织和 存储“空间景象〞的信息构造，以“符号地图〞对所表达的内容进展可 视化展现。
空间要素
空间景象--------表达内容 空间实体--------数字方式 地图符号--------展现方式
3、运用目的的复杂性：运用的广泛性欲不同的运用需求。 4、不断的开展变化：实际、技术、运用途于不断开展过程中。
Back
空间数据库与地理信息系统
1、空间数据库 2、数据库与空间数据库 3、空间数据库与地理信息系统 4、GIS与空间数据库的开展过程
Back
空间数据库〔内容〕
1、地图数据库：包括线划地图数据库、数字高程模型数据库、数字栅格地 图数据库、数字正射影像数据库和地名数据库。
具有地理分类编码，同类空间要素具有一样的主题属性构造。
8、可视性：以笼统化的图形符号模型来展现。
9、空间计算：维护、管理、处置、查询、分析和可视化需求空间计算。
10、多源性：多种来源的空间数据存在语义、内容、定位基准、比例尺、
空间数据库概述
要素的空间尺度
•如果要改变不同比例尺下要素的尺度，可以建立一个与另一种要 素级别相关联的数据库。 •在上例中，树与森林的关系表相关联。当绘制一幅地图时，比例 尺决定了要绘制哪一组要素。
树要素类
ID
1 2 3 4 5
森林要素类
stand＃
1 1 2 2 3
geometry
ID
1 2 3
geometry
要素的数据集(feature dataset)
•多边形要素
用来表达区域如省、市、县、人口普查地域、销 售领域、土壤单位、土地块、土地利用区等。
多边形包围的区域是满足用户设定的用于表 达相同特性的现象的区域。
要素的类型
要素分别扮演三种不同的角色：
•
• •
简单要素 (Sample Feature) ：与其它要素没有明显的联系或拓 扑关系
栅格数据集用作要素属性
并不是所有的栅格数据集都具有地理坐标。影像也可以用作要素的 属性。
美国国防部 五角大楼
遭到恐怖分子袭击后
初步恢复（2002-6-3）
影像用作要素属性的例子： 扫描的文档，如许可证、契约。 与位置相关联的野外资料表。 楼面布局的设计蓝图或示意性图。
曲面数据模型(2.5维)
Line Line Polygon Point DEM Image
举例：司机 最近加油站在哪里？
定位司机位置 加油站分布 方圆1公里 计算最短路径
空间数据查询
空间数据库的一个主要功能就是能够进行空间数据库的查
询。 复杂的空间数据查询功能大致可以分为3类： ①针对空间关系的查询，例如：查询一条公路途经的所有城 镇。
空间索引的类型
•范围索引
空间索引的类型
第1章空间数据库概述
第1章空间数据库概述空间数据库是一种用于存储、管理和查询空间数据（如地理信息）的数据库系统。
与传统的关系型数据库不同，空间数据库可以处理地理位置坐标、地理形状、空间拓扑关系等特殊数据类型。
在现代社会中，空间数据的应用已经广泛涉及到各个领域，如城市规划、环境监测、土地管理、交通监控等。
传统的数据库系统往往无法高效地处理这些空间数据，因为它们缺乏对地理位置和空间关系的特定支持。
因此，空间数据库的研究和应用成为了一个热门领域。
空间数据库的设计和实现需要考虑到以下几个方面的特点。
首先，空间数据具有地理位置信息。
地理位置坐标是空间数据的关键属性，它可以用来描述地理空间的位置和形状。
空间数据库需要提供高效的数据结构和查询算法来处理这些地理位置信息。
例如，R树是一种常用的空间索引结构，可以用来加速空间数据的查询。
其次，空间数据具有复杂的空间关系。
地理空间中的实体之间存在着复杂的空间关系，如邻近关系、相交关系、包含关系等。
空间数据库需要提供查询操作来判断和处理这些空间关系。
例如，交集查询可以用来查找两个空间对象之间的交集部分。
再次，空间数据具有多种数据类型。
地理空间中的实体可以是点、线、面、体等不同的类型。
不同类型的数据需要使用不同的存储和查询方法。
因此，空间数据库需要支持多种数据类型，并提供相应的操作和查询接口。
最后，空间数据具有多样性和变化性。
地理空间中的实体往往具有多样性和变化性，如不同地区的地理特征和人口分布可能会发生变化。
空间数据库需要能够应对这种变化，并提供相应的数据管理和更新机制。
总之，空间数据库是一种专门用于存储、管理和查询地理空间数据的数据库系统。
它可以处理地理位置、空间关系、多种数据类型和多样性变化等特点。
空间数据库的研究和应用将进一步推动地理信息技术的发展，促进各个领域的空间数据应用。
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GIS的硬件
空间数据库 建设和应用 必备要素
GIS的数据 GIS的软件 GIS的系统人员
1、GIS硬件
• 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
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
——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
GIS工作流程
1.2 名词分析与空间数据库
• 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
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
•信息系统的输入、输 ➢信息系统：具有数据采集、
出？
管理、分析、表达能力，能
•信息系统输入输出过 为决策提供有用信息的系统。
程中，还要做什么？
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
1.2 名词分析与空间数据库
– 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
ห้องสมุดไป่ตู้
A
BI
E
JO
P1：{A，B，J，K，L，D}
D P1 K N P2
P2：{E，F，G，H，M，N，O，I}
LM
F
CH G
讨论：针对简单数据结构的缺点，你觉得应该怎样设计数 据的结构？
拓扑数据结构
• 拓扑数据结构
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
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
2、GIS数据
矢量数据
空
间
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
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
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
• 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。
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
第一章 空间数据库概论
• 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
• GIS概念
地理数据
地理信息系统
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。
• 矢量数据的空间数据组织
– 空间坐标数据的非结构化 – 属性数据的结构化
Shape ID Polyline 0 Polyline 1 Polyline 2
Name Type …..
A
1
BN
2
AFX
1
1.2 名词分析与空间数据库
• 矢量数据的空间数据组织
混合式
扩展式
应用界面
空间 处理
属性 处理
➢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。
应用界面
空间 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
1.2 名词分析与空间数据库
• 栅格数据：像元阵列
栅格图像
实际地面
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