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。
《地理信息技术应用》最新备课课件：4-GIS空间数据库
1)采用标准DBMS存储空间数据的主要问题 ➢GIS中空间数据记录是变长的，且要存储和维护空间 数据拓扑关系； ➢DBMS一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包 含、叠加等基本操作。 ➢GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支 持；
➢地理信息是复杂的，单个地理实体的表达需要多个文 件、多条记录、或许包括大地网、特征坐标、拓扑关系、 空间特征量测值、属性数据的关键字以及非空间专题属 性等； ➢具有高度内部联系的GIS数据记录需要更复杂的安全 性维护系统。
存储在计算机环境中的相互关联的数据集
在这样的环境中，数据是永久的，也就是说 它可以幸免于软件和硬件的问题（除非是磁盘 崩溃）。
大数据卷和持久性是数据库最大的两个特点。
一个简单的数据库系统环境
Application programs/queries
Software to process queries Software to access stored data
④ 重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析 功能的数据库系统。
2.数据库的数据与文件组织分级
数据项 数据项是可以定义数据的最小单位，也叫元素、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，域以外的任何值对该数据 项都是无意义的。 记录 记录是由若干相关联的数据项组成，是处理和存储信息 的基本单位，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。为了唯一标识每个记录， 就必须有记录标识符，也叫关键字。记录标识符一般由 记录中的第一个数据项担任，唯一标识记录的关键字称 主关键字，其它标识记录的关键字称为辅关键字。
DBMS
Stored database
Stored database definition metadata
地理信息系统第四章数据采集与处理
疏林地 733
未成林林地 734
迹地 735
针叶树疏林地 7331
阔叶树疏林地 7332
标志编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
分类
1
属性数据的编码——编码方法 2
平原河
3
过渡河
山地河
• 多源分类编码法： 1
2 3
常年河
对于一个特定的分类时目令河标，根据诸多不同的
消失河
分类依据分别进行12 编码，各位数字代码之间并没有隶属通不航通关河 航河系。
地理数据库四种方式: 1.全部采用文件管理 2.文件结合关系数据库管理 3.全部采用关系数据库管理 4.重新设计具有空间数据和属 性数据管理和分析功能的数 据库系统（OO－DBMS）
6.地理数据库建立
第三节 地图数字化
一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤
二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作方式
地图投影变换
正解变换 反解变换 数值变换
根据两种投影在变 换区内若干同名的 坐标点，采用插值 法、有限差分法、 待定系数法等，实 现不同投影之间的 转换
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩的目的
节省存贮空间 节省处理时间
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩途径
压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大 节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解 压缩后才能使用
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6
树状河 平行河 筛状河 辐射河 扇形河 迷宫河
主〔要河〕流∶一级 支 流∶二级
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。
GIS原理--地理空间数据库 ppt课件
3．1 语义数据模型 语义数据模型的结构是由若干种抽 象所组成，用这些抽象来描述客体的基 本语义特性，再根据语义模型结构规则 把这些抽象有机地组织起来。 最常用的语义模型之一是实体联系模 型（E—R模型），由实体、联系和属性 构成。
采用E—R模型进行数据库的概 念设计可以分为以下三个步骤： （1）设计局部的E—R模型 （2）设计全局的E—R模型 （3）全局E—R模型的优化
（1）空间数据库 地理信息系统在计算机物理存 储介质上存储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）空间数据库管理系统 指能够对物理介质上存储的地理 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。一般 建立在常规数据库管理系统之上。
第四章 地理空间数据库 §1 空间数据库概述 空间数据库是地理信息系统中空 间数据的存储场所。 用户在决策过程中，通过访问空间 数据库获得空间数据；在决策过程完成 后再将决策结果存储到空间数据库中。
空间数据库的布局和存取能力 对地理信息系统功能的实现和工作 的效率影响极大。
1．1 空间数据库的概念 统进行扩展加入一定量的空间数据 存储与管理功能。（如Oracle）。 方法二，在常规数据库管理系统 之上添加一层空间数据库引擎，以获 得常规数据库管理系统之外的的空间 数据存储与管理功能。（如SDE）
（3）空间数据库应用系统 由空间分析模型和应用模型 构成。
数据库系统的结构
4．4 空间数据库的物理设计
（1）存储记录的格式设计 （2）存储方法设计 （3）访问方法设计 （4）完整性和安全性的考虑 （5）应用设计 （6）形成物理设计说明书
《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。
GIS概论 第四章 空间数据库
第四章空间数据库第一节数据库概述数据库技术是60年代初开始发展起来的一门数据管理自动化的综合性新技术。
数据库的应用领域相当广泛，从一般事务处理，到各种专门化数据的存储与管理，都可以建立不同类型的数据库。
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。
地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库，空间数据库的理论与方法是地理信息系统的核心问题。
一、数据库的定义数据库就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。
计算机对数据的管理经过了三个阶段—最早的程序管理阶段，后来的文件管理阶段，现在的数据库管理阶段。
其中，数据库是数据管理的高级阶段，它与传统的数据管理相比有许多明显的差别，其中主要的有两点：一是数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益；二是在数据间建立了联系，从而使数据库能反映出现实世界中信息的联系。
地理信息系统的数据库(以下称为空间数据库)是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：(1) 数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往大得惊人。
即使是一个很小区域的数据库也是如此。
(2) 不仅有地理要素的属性数据(与一般数据库中的数据性质相似)，还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。
（3) 数据应用的面相当广，如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等等。
上述特点，尤其是第二点，决定了在建立空间数据库时，一方面应该遵循和应用通用数据库的原理和方法，另一方面又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其它数据库所没有的管理空间数据的问题。
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
第四章 GIS空间数据库gis
另外，消息还分公有消息和私有消息，
对象之间发送的消息，叫公有消息，对象自
己向本身发送的消息，叫私有消息。
（5） 协 议：
协议是一个对象对外服务的说明， 它告知一个对象可以为外界做什么； 它是由一个对象能够接受并且愿意接 受的所有消息构成的对外接口。 外界对象能够并且只能向该对象 发送协议中所提供的消息，请求该对 象服务。
3、面向对象的特性
3）多态性：
是指同一对象被不同对象接收时，可 解释为不同的含义。 同一消息，对不同对象，功能不同。 功能重载（参数）——多态，简化消息， 但功能不减。
4、面向对象模型的核心技术：
---分类，概括，聚集，联合
1)分 类： 分类是把一组具有相同属性结构和 操作方法的对象归纳或映射为一个公 共类的过程。 对象和类的关系是“实例”的关 系；(instance-of)。
过程，也就是GIS中空间实体建立 数据模型的过程。
数据模型是现实世界的规格化的说明。 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。 空间数据模型是对空间实体进行描述和 表达的手段，使之能反映实体的某些结构特 性和行为功能，是衡量GIS功能强弱与优劣 的主要因素之一。 从这一角度来说，空间数据库的设计最终 可以归结为空间数据库模型的设计。
江、黄河等。真正抽象的河流不存在，只存
在河流的例子。
类描述了实例的共有形式(属性等)以及作
用于类中对象上的操作(方法)。每个对象都是 这个类的一个实例，对象与类的关系是 instance—of的关系。类——申请实例—— 成为具体对象。
（4）方法和消息：
对同一个类所定义的所有操作称为方法， 对类的操作是由方法来具体实现的。消息是 对象之间的请求与协作。如鼠标点就是消息； 点某按钮，就是对按钮提出请求。
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
本次您浏览到是第三十二页，共四十三页。
(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
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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
本次您浏览到是第三十五页，共四十三页。
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
本次您浏览到是第三十七页，共四十三页。
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）
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。
第四章地理信息系统数据库管理
第四章地理信息系统数据库管理1.地理信息系统（GIS）数据库管理是GIS系统中非常重要的一个组成部分，它涉及到地理数据的组织、存储、管理和查询等方面。
本章将介绍GIS数据库管理的基本概念、技术和方法。
2. GIS数据库管理的基本概念GIS数据库管理是指对地理信息数据进行集中管理和组织的过程，包括数据的存储、更新、检索和维护等操作。
GIS数据库管理的目标是实现对地理信息数据的高效管理和有效利用。
2.1 数据模型在GIS数据库管理中，数据模型是描述和组织地理信息数据的基本框架。
常见的GIS数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型等。
每种模型都有其特点和适用场景，可以根据实际需求选择合适的模型。
2.2 数据结构数据结构是指在数据库中组织和存储地理信息数据的方式。
常见的数据结构包括点、线、面和栅格等。
不同的数据结构适用于不同的地理信息数据类型，比如点数据适用于标注位置，线数据适用于道路和河流等线性对象，面数据适用于土地利用和行政区划等区域对象。
2.3 数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是进行GIS数据库管理的核心软件系统，它提供了对地理信息数据的存储、查询和管理等功能。
常见的DBMS包括Oracle、SQL Server和PostgreSQL等。
选择合适的DBMS可以提高GIS数据库管理的效率和性能。
3. GIS数据库管理的常用技术GIS数据库管理涉及到许多常用的技术，下面介绍几种常见的技术。
3.1 空间索引空间索引是对地理信息数据进行快速检索的一种技术。
它通过将地理信息数据划分为多个空间单元，然后建立索引结构，从而实现对地理数据的高效检索。
常见的空间索引方法包括四叉树、R树和网格索引等。
3.2 数据压缩数据压缩是对地理信息数据进行压缩存储的一种技术。
它可以减少数据存储空间，提高数据传输效率。
常见的数据压缩方法包括矢量压缩和栅格压缩等。
3.3 数据清理数据清理是对地理信息数据进行清理和修复的一种技术。
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
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第一节 空间数据库概述
两个实体之间的联系可分为以下三类
① 一对一联系(1:1) ② 一对多联系(1:n)。 ③ 多对多联系(m : n)
注意： E-R图仅仅是对现实世界描述的一种工具，仅能建立概念模型 (信息模型)，不能在计算机上直接实现。
❖ 明白即将开发的GIS所支持的各种功能； ❖ 了解系统要求的数据内容和行为； ❖ 了解数据之间的关系和优先次序，这些信息有利于制定数
据库的开发实施计划。 ❖ 了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。 用户需求分析方法： ❖现状调查 ❖调查内容的组织的分析
第一节 空间数据库概述
用户需求分析过程
现状调查：通过实际调查了解用户的现状及要求 调查内容的组织的分析：对调查的结果进行整理、分析和组织，并提交 报告及图件。包括： 现有机构的组织结构图 软件、硬件资源表 专业人员清单 部门功能清单 数据来源清单
易于转换 关系、 网状、层次
E-R图
第一节 空间数据库概述
信息世界中的基本概念
(1) 实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物 (2) 属性(Attribute)：实体所具有的某一特性 (3) 码(Key)：唯一标识实体的属性集 (4) 域(Domain)：属性的取值范围 (5) 实体型(Entity Type)：具有相同属性的实体必然有共
第一节 空间数据库概述
第二步 概念化设计
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
间数据查询结果； ④在空间元素间维持复杂的联系，反映空间数据的复杂性； ⑤支持多种决策需要，具有较强的应用适应性。
第一节 空间数据库概述
设计步骤
第一步 需求分析 第二步 概念设计 第三步 逻辑设计 第四步 物理设计 第五步 数据库的实施和维护
第一节 空间数据库概述
第一步 用户需求分析
GIS数据库开发应该主要了解下面的内容
第一节 空间数据库概述
（2）数据模型 常用数据模型种类
❖ 层次模型 ❖ 网状模型 ❖ 关系模型 ❖ 面向对象模型
第一节 空间数据库概述
3. 空间数据库设计的原则、步骤和技术方法
设计原则： ①尽量减少空间数据存储冗余； ②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； ③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
第一节 空间数据库概述
二、 空间数据库的设计
1. 空间数据库的设计过程
就是将地理空间客体按一定的组织形式，在数据库系统中加以表达的
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
第一节 空间数据库概述
3、空间数据库管理系统的实现方法
空间数据库管理系统是建立在常规数据库管理系统的基础上，实现对空 间数据的管理功能。
❖ 常规数据库管理系统扩展：直接对常规数据库管理系统进行扩展， 加入一定数量的空间数据存储与管理功能。 例如：Oracle
❖ 空间数据库引擎（SDE: Spatial Database Engine）：在常规数据 库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现空间数据的存储与管理。 例如：ESRI的SDE
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
第一节 空间数据库概述
地理空间的认知
① 地理空间实体（客体）
地理空间是一个三维空间，有四个基本实体 ➢点实体 ➢线实体 ➢面实体 ➢体实体
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
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
第一节 空间数据库概述
（1）概念模型
实际上是现实世界到机器世界的一个中间层。概念模型用于信息世界的 建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是设计人员的有力工具。
概念结构 设计过程
特点
需求分析 概念结构
用户需求
抽象
信息结构
概念模型
能够真实、 处分的反映 现实世界
易于理解 用户与设计
人员
易于更改 需求改变 模型改变
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的相关概念 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 理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介质上。 空间数据库（系统）组成：包括3部分 ➢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 地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介 质上。 ➢空间数据库管理系统：是指能够对物理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。 ➢数据库应用系统：应用模块。
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 传统的数据模型 第3节 语义和面向对象数据模型 第4节 空间数据库逻辑模型设计和物理设计 第5节 GIS空间时态数据库
第一节 空间数据库概述
一、空间数据库的概念
1. 数据库的相关概念 ①数据库：是指长期储存在计算机内有结构的、大量的、可共享的数据 集合。 ②数据库管理系统：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件； 他的功能包括：数据定义，数据操作，数据库的运行管理，数据库的建 立和维护。 ③数据库系统：指在计算机系统中引入数据库后的系统，它由数据库、 数据库管理系统及其开发工具、应用系统、数据库管理员和用户构成。 ④数据库系统管理员： 负责数据库的建立、使用和维护的专门人员。
时间联系
通过实体变化过程来反映。
属性联系
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
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
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