GIS空间数据库综述

GIS空间数据库文献综述

姓名：张磊

摘要：通过分析地理信息系统建设过程中空间数据库的建设内容1 综述空间数据块的划分、图层的分层设计方法、专题图层划分和数据集设计、分析空间数据库的结构,讨论了空间数据库系统建设的方法和需解决的关键技术问题。

关键字：GIS；空间数据库

引言：地理信息系统是集计算机科学、空间科学、信息科学、测绘遥感科学、环境科学等学科于一体的新兴边缘科学1GIS 从20 世纪60 年代出现以来,至今只有短短的40 多年时间,但已成为已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台,成为地学空间信息分析的基本手段和工具。目前,地理信息系统不仅发展成为一门较为成熟的技术科学,而且已成为一门新兴产业,在测绘、地质、水利、环境检测、土地管理、城市规划、国防建设等领域发挥越来越重要的作用。目前，国际上在此领域进行深入研究并形成软件产品的有目前，国际上在该领域进行过深入研究并形成软件产品的有：ESRIArcSDE1,MapInfo Spatial Ware2以及Oracle Spatial 3,DB2 Spatial Extender4和Informix Spatial Data Blade 等。

1 . 空间数据库的设计

1.1空间数据库的设计思路

空间数据库由图形数据库和属性数据库两部分组成, 运用地理信息系统技术分别建好图形数据库和属性数据库后, 通过统一的编码来实现滑坡的图形数据库与属性数据库的无缝连接, 最终形成完整的空间数据库5。

1.2 间数据库的主要内容

每个GIS 数据集都提供了对世界某一方面的空间表达,包括:

基于矢量的要素(点、线和多边形) 的有序集合;

诸如数字高程模型和影像的栅格数据集;

网络;

地形和其他地表;

测量数据集;

其他类型数据,诸如地址、地名和制图信息;

描述性的属性。

除了地理表现形式以外,地理数据集还包括传统的描述地理对象的属性表1 许多表和空间对象之间可以通过它们所共有的字段(也常称为“关键字”) 相互关联1 就像它们在传统数据库应用中一样,这些以表的形式存在的信息集和信息关系在GIS 数据模型中扮演着非常关键的角色。

1.3 空间数据表现形式

1.3.1空间关系:拓扑和网络

空间关系,比如拓扑和网络,也是一个GIS 数据库的重要部分1 使用拓扑是为了管理要素间的共同边界、定义和维护数据的一致性法则,以及支持拓扑查询和漫游

1胡金星.空间数据库实现及其集成技术研究[J].计算机应用研究,2003,3:12-15．

2Andrew S Tanenbaum,Albert S.Woodhull :Operating SystemDesign and Implementation[Z].

3Forta B, Fonte P, Brewer G.Windows2000 开发人员指南[M].杜大鹏,译.北京: 中国水利水电出版

社,2001.144 ,428.

4David J Kruglinski.Visual C++6. 0 技术内幕[M].4 版.希望图书创作室.北京:北京希望电子出版

社.209-426.

5

兰恒星,吴法权,周成虎,等.基于GIS 的滑坡空间数据库研究以云南小江流域为例[ J].中国地质灾害与防治学报, 2002, 13( 4):10-16.

(如确定要素的邻接性和连接性) 。

1.3.2专题图层与数据集

数据库概念化设计是从抽象的角度来设计数据库,它独立于任何DBMS 软件和硬件,它独立于数据库逻辑结构,是现实世界与机器世界的中介,一方面能充分反映

现实世界实体与实体之间的联系,同时又易于向关系、层次、网状等各种数据模型

转换,是现实世界的一个真实模型,是应用性GIS 数据库设计的关键所在1 一般采

取实体—关系模型( E - R 模型) 进行概念设计6。

1.4空间数据的逻辑设计

逻辑结构设计的任务是运用数据库管理系统提供的工具和环境,将对现实世界抽象的道德概念模型转化为形影的数据库管理系统的数据模型1 目的是规划出整个数据库的框架,回答数据库能做什么的问题.

1.4.1划分方式

地理信息系统具有处理数据量大、结构复杂的特点,设计时将整个系统划分为一些子系统,在逻辑设计过程中,分两步进行:首先进行图块结构的设计,即按照数据的空间分布将数据划分为规则或不规则的块,见图21 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; ③分区时应考虑未来地图数据更新的图形属性信息员及空间分布,以利于更新和维护1 ④一般小比例尺地图按经纬线分幅,大比例尺地图按举行分幅,由于分幅后会出现某一空间实体会出现跨越不同图幅,空间实体被分为若干个空间基本单元的情况,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。

1.4.2图层信息的组织

按照数据的性质分类,将不同性质或不同级的图元要素进行分层存放,可以按专题、时间、高度等不同形式分层,形成不同的图层,见图1 ,图3 ,每一层存放不同的专题或某一类信息1 分类可以从性质、用途、形状、尺度、色彩几个因素考虑1 按时间分层可以对数据进行动态管理,特别是历史数据. 按垂直高度划分是以地面不同高程来分层,从二维转化为三维,便于分析空间数据的垂向变化,从立体角度去认识事物构成1 应用中,用户可以根据自己需要,将不同内容的图层进行分离、组合与叠加形成自己需

6刘南,刘仁义著. Web GIS 原理及其应用[M] . 北京:科学出版社,2002.

要的专题图. 对于公用的要素,可以单独作为一个图层数字化,然后将其添加到要编辑的任何文件中去,假设L i ( i = 1 ,2 ⋯n) 为人一数据层,则一幅完整的地图为L = L 1 ∪L

2 ∪⋯L n ,因此图块结构和图层结构是空间数据库从纵、横两个方向的延伸,同时空间

数据库是两者的集成。

1.4.2关键技术

一般的数据库管理和查询检索技术比较成熟,需要解决的关键技术是如何在网上发布海量空间信息. 资源环境空间数据库地图发布系统以mapinfo xt rem 为基本平

台,分为服务器端、地图引擎、管理器和客户端(提供给用户的页面) . 服务器端、地

图引擎和管理器由mapinfor 提供,客户端开发主要以页面编辑为主.数据发布系统分

为空间数据和非空间数据两个方面. 非空间数据的发布主要利用Microsoft IISWeb

服务器系统,直接获得或通过ORACL E 数据库管理系统获得非空间数据. 空间数据

的发布分为两个步骤: ①SuperMap IS 驱动MAPINFO MAPX 空间数据引擎(Spatial Data Engine) 直接或间接(利用ORACL E 数据库管理系统) 获得各类矢量空间数据

集(或地图) . ②MAPINFO XTREM 把获得的矢量空间数据转换为栅格图,并对栅格

数据进行空间索引与数据压缩1 同时,MAPINFO XTREM MicroSoftIIS 可以协同工

作,以解决空间数据与相关非空间数据(如属性数据) 的联合使用问题。

2.空间数据库构建的意义

长期以来，地理研究主要用野外考察和调查的方法，研究资源环境的过去、现在和未来，其研究成果为定性的报告和图件，而不能数量化，普通图件或者属性数据库，无法在制定重大的宏观决策时提供准确的基础地理数据，这无论对提高研究工作效率还是成果应用效益都不利。因而，迫切需要有新的技术方法和手段改变这种状况，要做到这一点，建立基础性的空间数据库是先决条件。与此同时，大量资源、环境、自然灾害、可持续发展问题的分析和监测应用，以及遥感、GPS 等空间信息技术的飞速发展也在为GIS 提供更多更高质量的数据源并且提出更高的要求，因此，处理分析多分辨率、多时空维、类型复杂的海量地理数据的技术愈发成为地理信息发展的瓶颈。“数字地球”的提出高度概括了空间数据集成和一体化的概念。资源环境监测的数据通常分散在多个子系统中，每个子系统有不同的平台和数据更新周期，而且子系统中的某个数据元素可能在相关的另一个子系统中有着不同的含义，在此情况下数据质量无法得到保障。

资源环境数据仓库是面向资源环境的、综合的、不同时间的、稳定的数据集合，它有助于对资源环境决策的数据收集、分类和整理，并用于支持资源环境管理的决策制定过程。国家决策部门可以方便地访问以各种形式存储于资源环境数据仓库中的信息。数据仓库化是资源环境数据处理的过程，它将资源环境各个部门内分散的原始监测数据和社会经济部门外来的数据汇集和整理在一起，为国家提供完整、及时、准确和明了的决策信息，使国家有关决策部门能够真正地利用决策支持分析工具直接从资源环境信息池中随机地提取、分析数据，有效地服务于国家资源环境的全方位决策。作为一个决策环境，资源环境数据仓库收集存储了各种不同数据源中的数据；通过对数据的集成给国家有关决策者提供了分布在全国各个系统，跨平台的数据，它帮助用户从传统的公共数据访问模式过渡到信息的访问，实现了将数据转化为信息、转化为知识的过程。作为研究人口、资源、环境、经济及其相互作用的资源环境决策支持系统，着重于研究各对象之间的信息流、用来预测、规划和管理物质流和能量流，以便进行合理的人为干预。为了开拓资源环境研究的深度和广度，必须将科学理论、经验知识和专家判断有机地结合起来，实现决策与知识的综合集成，而建立资源环境数据仓库正成为资源环境科学研究的基石。社会的需求不仅仅对于一般信息