地理信息系统原理高勇06空间数据管理

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1、北京大学遥感与地理信息系统研究所空间数据管理空间数据管理空间数据组织空间数据库空间查询空间索引图层图层l空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层l图层是相同类型地物的集合l如城镇、道路、水系、行政区划等l或者是相同主题的地理要素形成的覆盖l如温度场、土地利用分类、人口密度分布等l图层是GIS系统中基本的用来组织和存储空间数据的数据单位。Buildings.PolygonStreams,LineWells,PointRoads,LineZoning,PolygonMAP SHEETS数据分层与分类数据分层与分类l数据分层l专题分层l每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌

2、层、水系层、道路层、居民地层等。l时间序列分层l即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。l地面垂直高度分层l把不同高度的数据作为一个数据层。l数据分类 l分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的过程。GIS数据组织管理方式（数据组织管理方式（1）l文件管理l所有的数据都存放于一个或者多个文件中，包括结构化的属性数据 l灵活，可以任意定义自己的文件格式，管理各种数据l需要由开发者实现属性数据的更新、查询、检索等操作，增加了属性数据管理的开发量l程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应用程序也随之改变l不利于数据共享 GIS数据组织管理方

3、式（数据组织管理方式（2）l文件RDBMSl在商业化的RDBMS基础上开发处理空间数据和空间分析的附加系统l使用文件和附加程序管理空间数据，使用DBMS管理属性数据l空间数据和属性数据通过关键字链接GIS数据组织管理方式（数据组织管理方式（3）lRDBMSl以DBMS为核心，对系统的功能进行必要扩充，空间数据和属性数据在同一个DBMS管理之下 l需要增加足够数量的软件和功能来提供空间功能和图形显示功能 l空间与属性数据统一管理l充分利用RDBMS的功能：多用户并发访问，安全性控制和一致性检查；通用的访问接口也便于实现数据共享 l空间数据存储效率较低l现有的SQL并不支持空间数据检索，需要软件厂

4、商自行开发空间数据访问接口，如果要支持空间数据共享，则要对SQL进行扩展 GIS数据组织管理方式（数据组织管理方式（4）lOO-DBMSl扩充其中的数据类型以支持空间数据，并允许定义对于这些几何体的基本操作 l通过对象数据库管理系统，提供了对于各种数据的一致的访问接口以及部分空间模型服务，不仅实现了数据共享，而且空间模型服务也可以共享，使GIS软件可以将重点放在数据表现以及开发复杂的专业模型上 l目前对象数据库管理系统远未成熟，许多的技术问题仍需进一步研究 主要的文件格式主要的文件格式矢量矢量栅栅格格ESRI CoverageWindows Bitmap（BMP）ESRI Shapefile（

5、SHP）Graphics Interchange Format（GIF）ESRI GeodatabaseTag Image File Format（TIFF；支持；支持GeoTIFF tags）ESRI Interchange File（E00）Portable Network Graphics（PNG）MapInfo Table（TAB）ERDAS IMAGINE（IMG）MapInfo MIF（MIF）ESRI GRID file（GRID）AutoCAD 图图形交形交换换格式（格式（DXF）JPEG File Interchange Format（JFIF）AutoCAD 图图形格式（形

6、格式（DWG）Arc Digitized Raster Graphics（ADRG）Microstation drawing file format（DGN）Band Interleaved by Line（BIL）地理地理标记语标记语言（言（GML）Band Interleaved by Pixel（BIP）数字数字线线化地化地图图（DLG）Band Sequential（BSQ）矢量矢量产产品格式（品格式（VPF）Device-independent Bitmap（DIB）Encapsulated Postscript（EPS）Digital Terrain Elevation Data（

7、DTED）空空间间数据交数据交换换格式（格式（VCT）ASCII空间数据库空间数据库l概念l空间数据库(SDBMS)是一个在数据模型和查询语言中定义了空间数据类型，在实现中支持对空间数据类型的存储、检索和管理，并且提供了有效的空间索引和空间连接算法的数据库系统l主要功能l具备传统数据库的所有功能，例如事务管理、完整性维护、安全性、多用户并发、故障恢复等l不仅支持标准数据类型（字符、整数、浮点数、时间），还支持各种空间数据类型（矢量、栅格）l支持空间查询语言、空间索引、空间运算、空间查询优化l长事务支持l实现方法l在现有的RDBMS、ORDBMS以及OODBMS的基础上进行空间扩展，添加对空间数

8、据存储、管理和访问模块 l分层体系结构l集成体系结构l可扩展体系结构 空间数据库的体系结构空间数据库的体系结构空间查询空间查询l空间信息查询是按一定要求对地理信息系统所描述的空间实体及其空间信息进行访问,从众多的空间实体中挑选出用户要求的空间实体及其相应的属性l属性查空间l按属性信息的要求来查询定位空间位置l空间查属性l利用光标，用点选、画线、矩形、圆、不规则多边形等工具选中地物，并得到所查询对象的属性l空间关系查询l基于空间关系查询空间对象l空间查询语言lGeoSQL空间索引空间索引l结构l依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的

9、概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针l目的l通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率l空间索引的性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能 l主要空间索引方法l格网型空间索引 lBSP树空间索引 lKDB树空间索引 lR树和R+树lCELL树 格网型空间索引格网型空间索引 l将研究区域用横竖线条划分大小相等和不等的格网，记录每一个格网所包含的空间实体l当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对象所在格网，然后再在该网格中快速查询所选空间实体l加速空间查询速度 R树和树和R树树l最小外包矩形(最小外接矩形)lMBR：Mini

10、mum Boundary RectanglelR树索引l方法lR树是平衡树的结构。主要用于对矩形和其它多边形的索引lR树的每个树结点对应一个矩形边界框，多边形只存在叶结点上l叶结点的边界框是包含叶结点中所有对象的最小矩形MBRl内部结点的边界框是包含其子结点的边界框的最小矩形l特点l兄弟结点对应的MBR可以相交，但所有对象仅属于一个MBRl较容易地进行插入和删除操作。但空间索引可能要对多条路径进行搜索后才能得到最后的结果，其空间搜索的效率较低 lR树l兄弟结点对应的MBR不相交，但对象可以属于多个MBRl提高空间索引搜索的速度，但插入和删除的效率降低R树和树和R树的示例树的示例R+树树R树树G

11、eodatabasel在标准的关系数据库管理系统中存储和管理地理信息lPersonal Geodatabasel使用Microsoft Access存储GIS数据l最大存储量为2GBlFile Geodatabasel基于文件系统存储和管理空间数据l最大存储量1TBlArcGIS建议代替Personal Geodatabase lArcSDE Geodatabasel通过ArcSDE支持多种数据库平台l包括IBM DB2、Informix、Oracle和SQL Server基于通用数据库的空间数据库系统基于通用数据库的空间数据库系统lOracle SpatiallIBM DB2 Spatial

12、 ExtenderlInformix Spatial DataBladelPostgreSQL/PostGIS lMySQL Spatial Extension Oracle SpatiallOracle公司推出的空间数据库组件l利用关系型数据库来存储和处理空间数据l使用空间字段SDO_GEOMETRY存储空间数据l用元数据表来管理具有SDO_GEOMETRY字段的空间数据表l采用R树索引和四叉树索引，提高空间查询和空间分析速度l提供一系列空间查询和空间分析的函数l抽象数据类型(ADT)空间数据库引擎空间数据库引擎lESRI ArcSDElMapInfo SpatialWarelSuperMap SDX+lMapGIS SDEArcSDEl基本任务是作为存储在RDBMS中的空间数据的GIS网关 l支持的大型商业数据库包括Oracle、IBM DB2、Informix、SQL Server l高性能的应用服务器，向多个用户和应用分发空间数据 l针对长事务和版本管理的高级编辑服务l支持所有的空间数据类型（包括要素、栅格、拓扑、网络、地形、测量数据、表格数据，以及位置数据等），而无需用户考虑DBMS的底层实现