GIS空间数据库综述
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。
浅谈GIS空间数据库
浅谈GIS空间数据库摘要空间数据库是GIS的核心。
GIS 所涉及的主要是空间数据，所以对于GIS数据库的大量研究都跟空间数据结构和管理模式相关。
该文概括了国内外空间数据库研究现状与空间数据库的作用。
关键词地理信息系统空间数据库GIS空间数据管理地理信息系统在国民经济各领域有着广泛的应用，特别是“数字地球”的提出，引起了各国政府的高度重视。
这也使得地理信息系统理论面临着前所未有的挑战。
关键性的技术问题之一是GIS空间数据模型的完备性和适应性问题。
实践表明，对现有空间数据模型认识和理解的正确与否在很大程度上决定着GIS空间管理系统研制或应用空间数据库设计的成败，而对空间数据模型的深入研究又直接影响着新一代GIS系统的发展。
因此，现在的GIS软件都在朝集成结构的空间数据库技术方向发展，将空间数据和属性数据全部存储在数据库中。
在目前的采用集成结构的商用空间数据库软件中，应用最广泛的当属SDE,它能将各种数据存放在关系数据库或对象关系型数据库管理系统中。
另外，由于面向对象数据库更适合于存储多维的空间数据和多媒体数据，并适合各种数据的复杂表示，许多科研机构都在进行将所有数据集成于面向对象数据库的研究[1]。
1 国内外研究现状1.1 国外GIS 空间数据管理系统发展现状国外的GIS 空间数据管理系统建设始于70 年代。
至今，在美国及西方发达国家，GIS 空间数据管理的应用系统被广泛地应用于城市规划建设、资源保护与环境保护、灾害预测预报、投资评价与评估、政府公共事务管理和国防建设等诸多领域。
在政府GIS 建设方面，美国的政府机关几乎都用政府GIS 空间数据管理系统来管理公共事务，主要包括资源开发与环境保护、防汛与抗灾减灾、城市规划与人口管理和农业生产建设等应用领域，取得了显著的经济效益和社会效益。
以“人口普查”为例，美国用户可以通过地图查看到各个州、县的人口数量和人口构成[2]。
德国已建成面向政府领导机关的政府GIS 空间数据管理系统，包括地图制图系统、土地利用系统和军事地形系统，这些系统广泛应用于城市道路规划与治理、环境保护和焦点经济问题的分析与决策等应用领域，为德国政府建设GIS空间数据管理系统提供了有效的GIS 空间数据支撑。
GIS空间数据库
2 a 1
Ⅰ
b
多边形 线 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
5 f 6
c
4
d
g
点 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 5 x5 6 x6
地图MAP及多边形实体I和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
数据库系统
空间数据库管理系统的实现 （1）常规DBMS进行扩展，使有空间数据存 储、管理功能；（Oracle）
（2）常规DBMS基础上加一层空间数据库引 擎。（ESRI的SDE（Spatial Database Engine））
GIS数据库的特点（与其它数据库相比） 不仅属性数据，还有大量的空间数据 数据量大，即使是一个极小的区域 数据的应用相当广，如地理研究、环境
文 件 关 系 数 据 库 混 合 管 理 方 案
属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一 致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。
空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。 GIS用户界面
E－R模型的特点及作用
（1）接近人的思维，易于理解，与计算机 的具体实现无关； （2）现有DBMS不能直接支持E－R模型 （3）只用于概念模型设计。在逻辑设计时 再转化为计算机能接受的数据模型。
二、面向对象模型 1、基本思想
按人们通常的思维方式，将各种实体抽象为各 类“对象”，并将数据和操作（方法）封装在一起。 整个系统只由对象组成，对象之间通过“消息”进行 联系。使系统很容易重组和扩充。
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。
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。
测绘技术中的地理信息系统与空间数据库
测绘技术中的地理信息系统与空间数据库随着科技的不断进步和发展，测绘技术在现代社会中扮演着重要的角色。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）和空间数据库作为测绘技术中的两大核心概念，对于地理信息的收集、管理、分析和应用起着至关重要的作用。
一、地理信息系统的概述地理信息系统是以空间数据为基础，通过软件技术对地理现象进行描述、分析和预测的系统。
它将地图、数据库和计算机技术有机地结合在一起，使得地理现象和空间关系可以通过数字化的方式进行管理和处理。
地理信息系统包括数据采集、数据存储、数据管理、数据分析和数据展示等多个环节。
数据采集是GIS的基础，通过遥感、GPS定位、测绘等技术手段，可以获取大量的地理数据。
其中，遥感技术的应用尤为广泛，可以高效地获取广大范围的地理信息。
数据存储和管理使得大量的数据可以被有效地组织和管理起来，以便后续的分析和应用。
数据分析是GIS的核心功能之一，通过对数据的处理和分析，可以发现地理现象之间的关联性和规律性。
数据展示是最终向用户展示结果的环节，通过地图、图表等形式，将复杂的地理信息转化为直观的可视化结果。
二、空间数据库的重要性空间数据库是地理信息系统的基础设施，负责存储和管理地理信息的空间数据。
与传统的关系型数据库相比，空间数据库不仅具备储存和管理数据的能力，还包含了对地理数据进行空间查询和分析的功能。
空间数据库的设计和实现需要考虑到地理数据的特殊性。
地理数据具有空间关联性和拓扑关系，因此空间数据库需要支持空间查询、空间索引和拓扑关系的维护。
同时，由于地理数据的大小和复杂性往往超出了传统数据库的承载能力，因此空间数据库需要具备高效的数据存储和检索性能。
空间数据库的应用范围广泛，包括地理空间分析、地理空间模拟、地理空间预测等多个领域。
例如，在城市规划中，通过对空间数据库中的地理数据进行分析，可以有效地评估城市交通、环境和人口分布等问题，从而为城市规划提供科学依据。
(GIS)第四章-空间数据库
• 类：是对多个相似对象共同特性的描述。共享同一属性和方法
集的所有对象的集合构成类。 • 实例：是由一特定类描述的具体对象。
• 类和实例之间是抽象和具体的关系，实例是某类的一个具体对
象，类是多个实例的抽象综合。
（二）继承及类之间的层次关系
继承：是一种现实世界中对象之间独特的关系，它使得某类对象 可以得到另一类对象的特征和能力。如饭店子类从建筑物类继承地址、 建筑日期等属性。
ORM图可以表达子类型的关系。
示，强制性约束用圆点表示。
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。 主要特点：
的约束来表达业务规则。
ORM图是用图形符号的形式表现对象角色建模的结果。它用对象类 型和谓词来表ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一个事实。
Spatial_Obj
Polygon
Polygon_ID
具有/属于
对象类型：表示实际对象或概念的类型，必须以大写字母开头的英文
名词的形式出现，必须具有唯一的定义，且在模型范围内只能被定义一次。 对象类型有两类：
•
较强的应用适应性
设计技术
数据设计者使用的设计工具，其中包括各种算法、文本化方法、用
户组织的图形表示法、各种转化规则、数据库定义的方法及编程技 术。
设计技术分为两类：数据分析技术和技术设计技术。
四、空间数据库的实现和维护
4GIS空间数据库
第四章GIS空间数据库第一节空间数据库概述一、数据库概念数据库有三个基本部分组成：⑴ 数据集（库）：按一定结构组织起来的相关数据的集合，既包括数据与数据间的联系。
⑵ 物理存储介质：计算机的外存与内存储器，外存存储数据，内存存储操作系统与数据库管理系统，并有一定数量的缓冲区，用于数据处理。
⑶ 数据库软件：核心是数据库管理系统（DBMS），对数据进行建立、定义、管理与维护，还有数据库应用系统，通过空间分析模型对数据进行分析与决策。
二、数据库特征⑴ 数据集中控制维护管理。
⑵数据独立于应用程序。
⑶ 数据共享，多用户可同时存续数据，提高使用效率。
⑷ 减少数据冗余，提高数据的一致性。
⑸ 数据结构化，数据按一定结构形式构成，数据间具有联系。
⑹ 数据保护功能，具有使用权限，确保数据安全。
第二节数据模型一、关系模型关系模型是以数学理论为基础构建的数据模型，它把复杂的数据结构归纳为简单的二元关系，即把每一个实体集看作是一个二维表。
关系模型是用一个单一的二维表结构表示实体及实体间的联系，而满足一定条件的二维表称为一个关系。
其中每一行是一个实体（记录），每一列是一个实体属性（字段），表中第一行是各字段的型的集合。
作为一个关系的二维表，必须满足以下条件：⑴ 表中的每一个属性值都是不可再分的基本单元；⑵ 表中每一列的属性名必须是唯一的；⑶ 表中每一列必须有相同的数据类型；⑷ 表中不能有完全相同的行；关系模型的最大特点是描述的一致性，结构简单清晰。
显然，实体及其联系在关系表中一目了然。
也可以通过关系之间的连接运算建立新的关系，对关系数据库的查询和统计操作均通过布尔逻辑与数学关系运算实现。
关系模型存取路径完全对用户隐蔽，使程序与数据具有高度的独立性。
关系模型使用与维护方便。
由关系数据结构组成的数据库系统称为关系数据库系统。
在关系数据库中，对数据的操作几乎全部建立在一个或多个关系表格上，通过对这些表格的操作来实现对数据的管理。
二、层次模型与树结构层次模型是在数据处理中发展最早、技术上已成熟的一种数据模型。
地理信息系统空间数据库
地理空间是一个三维空间，有四个基本实体
线实体
体实体 地理空间实体（客体）
地理空间的认知
点实体
面实体
第一节 空间数据库概述
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
属性联系
时间联系
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
例如：从数据库中提取弧段arc1的坐标并显示
DRAW coordinates WHERE arcs=‘arc1’
通用选择法不依赖于客体在树状结构中的顺序，而是根据所确定的选择条件，在结构中选择某特定的客体。
通用选择法
第二节 传统的数据模型
在现实世界中客体的联系更多的是非层次关系的，用层次模型表示非树形结构是很不直接的，网络模型可以克服这一弊病。 在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：
数据库的物理设计特点 设计人员必须充分了解所用DBMS的内部特征，特别是存储结构和存取方法； 充分了解应用环境，特别是应用的处理频率和响应时间要求； 充分了解外存设备的特性。
第四步 物理设计 数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（存储结构与存取方法）的过程，就是数据库的物理设计。
叶结点
在右图的例子中， R1根结点， R2和R3为兄弟结点，是R1的子女结点； R4和R5为兄弟结点，是R2的子女结点； R3 ， R4 ， R4 ，是叶结点。
第二节 传统的数据模型
Coverage记录
polygons记录
arcs记录
nodes记录
coordinates记录
多边形层次数据结构
GIS综述什么是GIS
GIS综述本文从什么是GIS及其进展历史、组成部份、功能、应用领域、常常利用软件、进展前景等几个方面来进行分析讲解，让大伙儿对GIS有一个初步的熟悉。
一、什么是GISGIS是Geographic Information System （地理信息系统）的首字母缩写。
最简单地来讲，GIS 是以测绘测量为基础，以数据库作为数据贮存和利用的数据源，以运算机编程为平台的全世界空间分析技术。
二、GIS的进展历史GIS萌生于20世纪60年代，是从利用运算机处置自然资源和土地打算任务，分析地图内容并提供信息开始的。
1963年，Roger Tomlinson 开始创建世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS），他也因此被成为地理信息系统之父。
此刻，GIS通过半个世纪额进展历程，已经成为一门成熟的地理信息技术、具有生命力的地理信息科学和欣欣向荣的地理信息产业。
三、GIS的组成部份一个有效的地理信息系统，其大体组成一样包括以下五个部份：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；模型为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接阻碍和和谐其它几个组成部份。
硬件要紧包括运算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。
软件要紧包括以下几类：操作系统软件、数据库治理软件、系统开发软件、GIS 软件，等等。
GIS软件的选型，直接阻碍其它软件的选择，阻碍系统解决方案，也阻碍着系统建设周期和效益。
数据是GIS的重要内容，也是GIS系统的灵魂和生命。
数据组织和处置是GIS应用系统建设中的关键环节。
应用模型是信息系统为某一特定的世纪工作而成立的运用地理信息系统的解决方案，其构建和选择也是系统应用车告白相当重要的因素。
人员是GIS系统的能动部份。
人员的技术水平和组织治理能力是决定系统建设成败的重要因素。
系统人员按不同分工有项目领导、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。
GIS 空间数据库
供用户一种与数据库相联的用户界面。
（2）空间数据库（Spatial Database） 是空间数据库系统的简称，同样由三部分组 成： ●空间数据库，指GIS中在计算机上存储的
地理空间数据总合；一般以特定结构文件形式
存储。
●空间数据库管理系统，指对存储的地理空
关于地理现象及地理过程的复杂空间关 系包括三个方面：
●空间客体的空间联系 ●空间客体的时间联系 ●空间客体的属性联系
具体解释如下： ①客体之间的空间联系形式有 空间位置：描述空间客体中个体的定位信息； 空间分布：描述空间客体中群体的定位信息； 描述空间分布的指标有：空间概率、空间结构、 空间聚类、空间延展及离散度等；
对上图作如下解释： 首先从计算机环境角度出发，对现实世界中的地 理现象，相互关系及发展过程进行系统研究，最终形 成空间数据库及应用系统所需的概念化模型，然后对 概念模型进行逻辑设计、模型设计，即选用对概念模 型支持力最强的数据模型及合适的DBMS，将概念模 型转化为计算机所能支持的数据模型；最后反映到计 算机存储介质中的数据组织形式为存储模型。
●安全性考虑 数据库管理系统的安全性是一个重要问题， 具体方法是根据用户的实际需要规定数据的存取 权限及应用程序的使用密码，并且规定级别。
●事务控制
数据库管理系统均支持事务概念，所谓事务 是指数据库运行过程中多用户条件下的内部相关 协议等规则，事物控制将确保数据完整与一致性， 分人工控制与系统控制两种方法。
●空间数据库的再组织设计 一般情况下，由于外部环境需求的变化或性能 提高的原因，需要对空间数据库的概念、逻辑及 物理结构进行改变，称为再组织，其中： 改变概念或逻辑结构－再构造 改变物理结构－再格式化 一般均提供数据库的再组织实用程序 ●故障恢复方案设计 一般情况下，数据库管理系统均提供完善的软 件故障恢复及存储介质故障恢复手段，此情况下 设计包括确定缓冲区个数、大小、逻辑块长度、 物理设备等，特殊情况下应制定人工备份方案。
简述arcgis空间数据库
简述arcgis空间数据库arcgis数据库是地质地理学中制图的重要组成部分，通过对地质地理信息地图符号中的点、线、面等进行信息编辑，以符号为基础创建模型库和模型组件，最终实现集分析、测绘、构图为一体的arcgis空间数据库的创建。
1. arcgis空间数据库概念arcgis空间数据库主要帮助地质研究进行构图，是制图过程中的重要组成部分。
arcgis空间数据库通过将地质岩性、地质性质、矿产资源、地质界线和年代等信息进行统一调配，数据库建立成功后会在短时间内通过计算机构成大量完整的图，提高制图的效率。
arcgis是一个功能强大的信息处理管理平台，能够对大量数据进行管理、编辑、分析，最终显示出来。
由于arcgis完全COM化，因此，在需要结构扩充和程序独立多层次开放的高级应用来说，其潜在的价值还是非常大的，具有很大的灵活性。
arcgis的功能核心的AO，同时也是其功能扩展的开发平台，通过对AO进行嵌入式开发，在空间数据库建立中引用模型开发和组件技术，不仅能够提高空间数据库的灵活性，更有利于数据库的管理。
2. arcgis模型开发2.1组件技术与GIS的结合arcgis空间数据库模型开发需要组件技术与GIS技术相结合，随着GIS技术的发展，其软件模式从功能模块发展到包式软件，再到核心式软件，最终发展到组件式GIS和WebGIS。
通过组件技术与GIS技术的结合，帮助GIS軟件向大众化和集成化方向发展。
组件技术具有一定的结构和功能，遵循接口标准，不仅能够单独完成规定功能设置，还可以与其他组件共同完成。
组件技术开发方法以硬件设计理论为基础，通过多个重要组件组合而成，其与结构化方法中的模块和面向对象方法中的对象不同，其具有独立的结构层次，在应用程序中是完全动态的。
组件技术在重用性方面存在不稳定特性，与GIS技术结合后，通过对多种格式数据的解读、图形编辑多样性的变化等，在遵循COM标准的基础上，协调编辑环境，提高重用性。
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5章+GIS空间数据库+第5+节+GIS空间时态数据库概述
第5 节 GIS空间时态数据库概述
二、时空数据库系统的主要研究内容
2.基态修正模型（底图叠加模型）
为了避免连续快照模型将每个未发生变化的部分的快照特征重复进行 记录存储，基态修正模型按一定的时间间隔采样，只存储某个时间的数据 状态（基态）和相对于基态的变化量。 基态修正模型的每个对象只需存储一次，每变化一次只需要较少的数 据需要记录；同时，只有在事件发生或对象发生变化时才存入系统中，时 态分辨率刻度值与事件发生的时刻完全对应。 它具有少的数据冗余，对它辅以一定的索引机制或其他时空分析办法， 它将是一种较理想的时空数据模型。鉴于地籍信息管理的主线宗地变更， 具有变化频繁，信息量大且具有特定的时空拓扑关系的特征，可采用该模 型作为地籍时空数据库设计的基础。
第5 节 GIS空间时态数据库概述
一、空间时态数据库概述
TGIS目前基本上还处在实验阶段，国内外均未见成型的TGIS应用系统，其 理论主要集中在时空数据模型方面
在国外，Langran和Chrisman最早在1998年就给出了TGIS概念设计的框架， 随后又提出了四种基本的时空数据模型：时空立方体模型，快照模型、基 态修正模型和时空复合模型
2数据的查询由上述分析可以看出时空建模已取得了长足的进步但是gis的时态问题远未解决在时态gis的发展过程中人们提出了许多时空数据模型其中比较成功的有连续快照模型基态修正模型时空复合模型时空立方体模型及近来发展起来的基于事件的方法和面向对象的方法下面近就前四种作一比较第5节gis空间时态数据库概述二时空数据库系统的主要研究内容1
第5 节 GIS空间时态数据库概述
二、时空数据库系统的主要研究内容
1.连续快照模型
快照模型在快照数据库中仅保留当前数据状态更新后的数据，旧数据 的变化值不再保留。 而连续快照模型则是将一系列的时间片段快照保存起来，反映整个空 间特征的状态，根据需要对指定的时间片段的现实片段进行播放。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 ∪L2 ∪⋯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资源，也包括空间信息资源。
GIS 的全数字图形化方式正在影响着人们对信息的需求。
同时，地理信息系统在商业化的进程中逐渐采用的组件式GIS、与关系型数据库的集成，使其逐步融入主流的信息产业，使不同平台的数据交换成为可能。
一个全面的区域空间数据库的建立和发展对于这一区域各部门的需求都是必要的。
3.GIS 空间数据库的新发展73.1基于体素的三维空间数据模型的研究地理信急系统经过这些年的发展，一维空间数据技术己相当成熟，而且由于实际应用中大多数情况下用而维甚至一维坐标来进行描述就可以满足需求，因此目前流行的GIS 软件绝大多数是而维或者而维半的，但人们是生活在三维空间的，如果把时间也算上，则是生活在四维空间中，随着应用的不断深入，涉及到三维或四维的自然和人为现象的处理越来越多，因而现在GIS 在很多领域的应用仍受到很大的限制，为此，国内外众多学者已对三维的GIS 进行了大量的研究。
目前的研究现状来看，三维数据结构总体上分为基于体描述的和基面表示的数据模型及三维矢量、栅格、混合与而向对象的数据结构。
目前来说，二维的数据结构和三维的数据结构对于不同的应用目的，具有不同的优点，基于不同的应用目的往往需要这两种方式交替运作，这样就需要有一种三维数据结构能够与一维的数据结构相兼容，基于体素的不规则三棱柱数据模型结合地学结构的特点，在建立地学GIS 上有其独特的优点，同时，还可以很容易在基于矢量结构的二维数据结构上进行扩展得到二维数据结构，并实现与一维数据结构兼容。