地理信息系统中空间数据库建立的关键技术

高; (3) 便于数据库完整性和一致性维护; (4) 数 据库易于扩充。基于这一目标, 下面本文着重探 讨空间数据库建立中若干关键技术。
二、空间数据分析 要设计一个空间数据库, 首先必须确认数 据库的用户和用途, 这是空间数据分析的主要 任务。 空间数据分析是整个空间数据库设计中 最重要的步骤之一, 是其它各步的基础。 1、用户调查 用户调查的目的是确定使用数据库的用户 有哪些, 了解各类用户的信息需求和处理要求, 从而确定建立空间数据库的最终目标和基本功 能。 2、确定研究区域的范围 主要内容有两个方面: 一是确定数据的地 理范围, 即区域边界; 二是确定这一范围内的地 理定位或控制点。 3、源数据的获取 为保证数据的实用性和正确性, 需要对调 查资料进行认真鉴别和确认, 严格检查其数学 精度, 如图廓的精度、图面表示的标准性以及地 物间的逻辑一致性。另一方面, 在建立空间数据
Ξ 收稿日期: 1998—7—27
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库之前, 必须将坐标系统转化为统一的坐标系 统, 以保证数据的统一。
三、空间数据库的逻辑设计 逻辑设计的主要任务是把空间数据分析阶 段所得到的地理数据重新进行分类、组织, 如图
1 所示, 从用户观点描述空间数据库的逻辑结 构。 在逻辑设计过程中, 分两步进行, 一是图块 结构的设计, 二是图层信息的组织。图块结构和 层结构是空间数据库从纵、横两个方向的延伸, 同时空间数据库是两者的逻辑再集成。
四、空间数据库的物理设计
图 4 空间数据库的物理结构
该层次模型是以记录类型为结点的有向 树, 结点记录之间具有一定的从属关系。如果把 层次模型中的记录按照从上到下、从左到右的 顺序排列就得到一个记录序列。 因此物理上可 以通过层次顺序和路径查找记录实现该层次模 型。
具体地, 物理建库的一般过程为: (1) 建立 图块工作区; (2) 建立空间数据库的库体框架; (3) 建立层框架; (4) 数据采集、入库。
图 1 空间数据的组织
1、图块结构设计 在空间数据库中, 地图以文件形式进行存
放, 然后集中存放地图却受到诸多因素的限制: (1) 磁盘的容量往往是有限的, 不可能将数据全 部集中存放在一个数据文件中。(2) 对地理数据 的查询分析一般是在某个局部范围内展开。 如 果数据文件很大, 将直接影响到数据的读取执 行速度。 (2) 一旦系统出现故障或用户操作不 慎, 将破坏整个地理范围内的数据, 不便于对数 据库进行维护。
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地理信息系统中空间数据库建立的关键技术
Ξ 谢 榕
(武汉测绘科技大学城市建设学院, 430070)
[ 摘要 ] 地理数据库是地理信息系统 (G IS) 的重要基础。地理数据库中对空间数据的组织有其特定的模 式。 本文总结并讨论了空间数据库建立中若干关键技术, 如空间数据分析、图块结构设计、图层信息组 织、物理设计、空间编码以及数据字典设计等内容。 [ 关键词 ] 地理信息系统 空间数据库
一 种更有效的方法是“细分格网”编码方 法。 所谓细分格网, 就是在点、线目标通过的基 本格网内, 再细分成 256×256 个细格网 (精度 要求不高时, 可细分成 16×16 个细格网) , 然后 记录采样点及线状目标与基本格网边的交点的 线性四叉树编码, 这样点状目标或线状目标的源自文库路径就可以完整而精确地表示出来。 应用细分 格网法, 每个点的位置用两个M o rton 码来表 示: (M 1, M 2) , 其中 M 1 为该点在基本格网中 的地址码,M 2 为该点在细分格网中的地址码。 采用这种方法能提高数据的位置表达精度。
六、数据字典设计 数据字典是数据库设计的重要内容, 它描 述数据库中数据属性与组成描述性信息, 用于 记录空间数据分类和编码的意义, 包括每一数 据类型的编码、名字、意义、描述、来源、用途以 及与其它数据的联系等内容。 空间数据库的数 据字典具有层次结构, 它由一系列相关文件构 成, 每一层中的数据内容包括层目录、项目录和 编码等描述, 其结构如图 5 所示。
物理设计的主要任务是使空间数据库的逻 辑结构能在实际的物理存储设备上得以实现, 即进行数据库物理结构的设计和物理建库。 建 立一个具有较好性能的物理数据库, 其关键在 于构造一个数据模型。
空间物理数据库采用层次模型组织方式, 如图 4 所示。图中地图作为树的根, 表示一个完 整的地理数据库, 地图中的地物要保持存储、表 达的完整性和一致性。根据图块的划分原则, 将 空间数据分为若干个图幅, 图幅构成树的结点。 为了在地图中有效地组织和表达空间地理实 体, 按照地物的大小对其分级抽取, 对不同大小 地理的集合对象表示进行整理分层, 层中每种 类型的要素均由不同的文件来定义, 每种要素 构成树的叶结点, 由此形成内部空间索引系统。
能力, 提高思想道德素质, 为今后解决实际工程 中有关测量工作的问题打下基础。
五、结束语 测量学的教学改革必须与测量学教材、教 学内容、实验课、习题课、考试、教学实习综合评 定成绩等环节紧密结合, 进行课程的全面改革, 怎样进行测量学课程体系的全面改革, 才能适 应二十一世纪测绘科技的发展及不断变化的社 会需求, 这是需要我们测量教师长期不懈, 努力 探求, 共同解决的问题。
在多数情况下, 图块按照地图图幅大小来 划分, 如小比例尺地图按经纬线分幅, 大比例尺 地图按矩形分幅。 由于分幅后会出现某一空间 实体跨越不同图幅, 空间实体被分割成若干空 间基本单元情况, 因此需要在图幅、空间实体和 空间基本单元之间建立连接关系。 这种连接关 系主要通过建立空间索引表来实现, 即建立: (1) 图幅总索引表, 记录各个图幅在整个区域的 位置; (2) 空间实体索引表, 记录每个空间实体 在各图幅上的分布; (3) 基本单元索引表, 记录 每一基本单元与邻近八个图幅所连接的图幅号 以及基本单元序号。 通过建立空间索引表来保 证空间数据库的无缝连接和有效空间查询。
考虑到以上因素, 为了在计算机中对大容 量的空间数据进行有效地组织, 需要将所研究 的地理区域分割成两块或多块独立的块, 如图 2 所示, 然后对这些图块建立空间索引。
图 2 图块的划分
图块划分尺寸根据实际需要而定。一般地, 图块划分的原则如下: (1) 按存取频率较高的空 间分布单元划分图块, 以提高数据库的存取效 率。(2) 图块的划分应使基本存储单元具有较为 合理的数据量。数据量过大, 会造成查询分析效 率低下; 数据量过小, 不便于数据管理。(3) 在定 义图块分区时, 应充分考虑未来地图数据更新 的图形属性信息源及及空间分布, 以利于更新 和维护。
(上接 45 页) 测绘仪器的机会。二是组织学生到 有关科研生产部门参观学习, 或者拍摄测绘先 进仪器使用的教学录像片, 辅助实验课的教学。
集中二周的教学实习是为了巩固和深化课 堂所学知识并使其系统化的过程, 是学生综合 能力培养的重要环节。 实习场地的选择应注意 产学结合, 具有代表性及典型性, 通过测量实 习, 培养学生地形测量、控制测量和工程测量的 能力, 培养学生良好的职业道德, 具有团结协 作、吃苦耐劳的精神, 提高分析问题解决问题的
地理数据库包括空间数据和属性数据。 属 性数据具有与一般事务类数据相同的特征。 当 前关系数据库技术日益成熟, 适合组织与管理 地理数据库中的属性数据, 建立属性数据库。空 间数据库不仅需要把各种地图图形、遥感影像 数据存入计算机, 为了能对这些信息进行分析 和处理, 往往要根据一些特定的模式来分解地 图要素, 因而空间数据库的建立有其特定的模 式。 一个好的空间数据库应该是: (1) 逻辑上和 物理上的地理数据无缝组织; (2) 数据存取效率
2、图层信息组织
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为了提高地图中各个要素的检索速度, 便 于数据的灵活调用、更新及管理, 在空间数据库 中, 往往将不同类不同级的图元要素进行分层 存放, 每一层存放一种专题或一类信息。按照用 户一定的需要或标准把某些相关图元要素组合 在一起成为图层, 它表示地理特征以及描述这 些特征的属性的逻辑意义上的集合。 这样一个 综合地图可包括许多层, 第一层描述研究区域 的一类特征, 如图 3 所示。
五、空间编码 要建立空间数据库的有效空间索引机制, 必须建立起分层格网与空间关系的函数表达, 即对每个分层格网进行有效地空间编码。 在进
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行编码时, 就考虑到: (1) 各层格网编码具有唯 一性; (2) 能有效地表达空间位置; (3) 能区分各 个层次关系; (4) 空间编码具有可扩展性。 目前 常见的空间编码方法有: 基于四进制的M o rton 编码方法、基于十进制的M o rton 编码方法以 及二维行程编码方法。
一、引言 地理信息系统 (G IS) 是在计算机硬、软件
支持下对各种地图和空间地理分布信息进行数 据采集、存储、管理、分析和输出的一个综合性 空间型信息系统。 G IS 中涉及的数据不同于常 规管理信息中的数据, 它是具有丰富地理特征 的地理数据的集合, 这些数据信息量大、来源复 杂、原始数据不规范, 因此如何将这些地理数据 规范化、数字化, 建立完整的 G IS 地理数据库 是 G IS 建立过程中相当重要的基础工作。只有 在建立地理数据库的基础上才能开展空间查询 和空间分析。
图 3 地图分层
在地理数据中, 许多要素可以用于构成图 层, 一般根据数据之间的逻辑关系把数据组织 成若干层面。在构造图层时, 可以考虑到以下策 略: (1) 根据空间实体的要素类别的不同来划分 图层。 地理要素在空间形态上可分为点、线、面 三种要素。构造层的典型做法是将点状、线状和 面状实体分别存放在不同的层上。(2) 根据专题 来划分图层。 同种要素类别的空间实体根据某 种关键属性进行专题划分。每层对应一个专题, 包含一种或几种不同的信息服务于某一特定的 用途或目的。 (3) 根据用户使用目的来划分图 层。不同用户所需的信息不同, 根据用户的目的 将各专业信息要素分开, 以利于用户提取信息。 (4) 另外在具体数据库设计时, 图层划分还需要 根据计算机硬件的存储量、处理速度以及软件 的限制来决定。
图 5 数据字典的层次结构
参考文献 [ 1 ]刘纪平 1 海量空间数据组织与管理初探 1 中 国图象图形学报 11998 (6) [ 2 ]李爱勤, 龚健雅, 李德仁 1 大型 G IS 地理数据 库的无缝组织 1 地理信息世界 11998 (1) [ 3 ]陈艳 1 城市地理信息系统地形图数据库的建 立 1 江苏测绘 11996 (2) [ 4 ]黄杏元, 汤勤 1 地理信息系统概论 1 北京: 高 等教育出版社 11990 [5 ]龚健雅 1 整体 S IS 数据组织与处理方法 1 武 汉: 武汉测绘科技大学出版社, 1993