空间数据库报告114102王皓

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1、间数据库报告姓 名： 班级序号：114102-24 学 号：20101003606随着地理信息技术的发展，地理信息系统的应用范围不断扩展。不同行业不同部门迫切 需要实现数据共享，以降低数据获取的费用，并通过互操作增强数据的现势性和一致性。本 文就是对空间数据库的互操作技术研究。一空间数据库空间数据库指的是是地理信息系统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。空间数据库，也称为地理数据库，是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。与 一般数据库相比，空间数据库具有以下特点： 数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，

2、要用数据来描述各种地理要素，尤其 是要素的空间位置，其数据量往往很大； 从数据内容上看，空间数据库中不仅有属性数据(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有不可分 割的联系； 数据的抽象性，空间数据描述的是现实世界中的地物和地貌特征，非常复杂，必须经 过抽象处理； 多尺度和时空性，不同的观察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情况下 就会有形态差异，空间数据还具有时空性，空间数据库中有同一时间不同空间的数据，也有 同一空间不同时间序列的数据。而空间数据便是GIS组成的核心内容，是GIS的操作对象，采集空间数据、建立空间数

3、 据库是GIS建设中最重要、最基础的工作。因此数据是任何GIS系统的一个关键组成部分。然而，空间数据获取手段的发展和传统 地理信息系统的缺陷传统G都是孤立系统，没有统一标准，各自采用不同的数据格式、数据 存贮和数据处理方法，共同造成了现存GIS数据的多样化特征。如何实现在不同平台、不同 格式数据之间的无损共享已成为业界的一个突出问题。当前对空间数据共享的研究较多总体来看，目前存在3种数据共享的方式：(1) 外部数据交换；(2) 空间数据库互操作；(3) 空间数据共享平台。其中外部数据交换方式多会产生信息丢失，而且效率低;而空间数据共享平台方式实现 起来是比较困难的。因此，空间数据库互操作技术是

4、一个好的选择。二空间数据库的互操作技术随着地理信息技术的发展，地理信息系统(GIS )的应用范围已经逐渐从工程应用转向 行业和社会化应用，而地理信息技术与网络技术的结合推动GIS应用扩展到了各个应用领域 和广泛的地理区域。随之在Internet上出现了大量不同类型、分布式异构地理信息源，如数 据库、数据文件、地图图片等，它们是由不同的商业组织、政府组织、企业和个人根据应用 需求在不同的软件平台或数据库管理系统中创建并维护的。许多应用所需的数据可能来自不 同数据源，这涉及到不同数据源之间地理信息的共享和集成，而实现地理信息共享的根本解 决办法是地理信息源之间具备互操作能力。1、空间数据互操作实现

5、方式地理信息互操作是指地理信息系统及地理数据库之间能够自由交换描述各种地理现象 和对象特征的地理信息，并能相互调用功能程序，共同合作以实现用户的应用需求。目前空 间数据互操作的实现方式有基于直接访问模式的互操作方法及基于公共接口访问模式的互 操作方法。直接访问是指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单 个GIS软件存取多种数据格式。基于直接访问的方法实现数据互操作要求熟知宿主软件的文 件格式，并且当宿主软件的格式发生变化时，需要及时的更新。由于每个GIS软件都有自己 的特点，针对语义信息比较丰富的结构，如图、表等，这些信息往往容易丢失。基于公共接口的互操作方式现在主

6、要有基于公共软件接口的互操作和基于web服务的互 操作。这些接口和服务规范主要是由0GC制定的。在软件接口方面，OGC制定了SQL简单要素 访问规范，COM/OLE访问规范，CORBA访问规范等，定义了几何对象模型以及用于操作几何对 象的类、接口，方法等，基于公共软件接口的互操作方法尽管有了标准，但由于接口规范不 够成熟，接口程序需要多个GIS软件提供商互相合作，责任不明确，基于二进制的接口组件 部署复杂等原因，目前进展不大。基于web服务的空间数据互操作适合当前分布式异构数据 共享的要求，能够与语义网较好的结合，对现有GIS软件结构影响较小，是目前发展最为迅 速的互操作方式。2、基于共享数据

7、库平台的空间数据互操作基于共享数据库平台的互操作是由服务器端的空间数据库对空间数据进行集中存储和 维护，不同的GIS软件直接访问和操作位于服务器端的同一份空间数据，通过数据库在不同 的GIS系统之间实现数据互操作和共享。在这种空间数据互操作实现中，空间数据库位于服 务器端，GIS软件访问数据库，可以认为是客户端。基于共享数据库平台的互操作方式被认为是理想的互操作方式，但是实现起来比较困 难，主要是由于不同的GIS软件的对象模型不相同，而目前的GIS软件都不愿意丢掉自己底层 采用公共的数据平台。基于共享数据库平台的互操作方法在维护数据的一致性，减少数据冗 余以及不同GIS重复获取数据的代价方面具

8、有较为明显的优势，并且基于共享数据库平台的 互操作方式与当前用户的需求比较一致。3、空间数据互操作实现方法3. 1空间数据互操作实现的难点基于共享数据库平台的空间数据互操作的困难主要是由不同GIS软件底层采用的几何对 象模型不同造成的。由于现实世界的极其复杂性，对其抽象和描述具有相当有难度，主要的 GIS采用的数据模型和数据结构存在较大的差别，具体表现在：1）不同GIS软件，所采用的几何对象模型不相同。当前几乎所有的GIS软件都把空间对象 抽象为点、线，面、注记等类型，但是具体的每一类包括哪些子类型以及每种子类型的描述 不完全相同。2）不同GIS软件，几何对象在数据库中采用的存储方式不尽相同。

9、即使是同样的对象， 在数据库中存储方式也不相同，且存储方式一般是不公开的，造成不同GIS系统对数据库中 的数据无法读取。3）虽然不同的GIS软件都采用数据库作为存储，但是在数据库中都有自己的一套规范， 维护一套自己的元表，这些表一般用于存储数据库设置，要素类列表、空间参照、图层符号 化等相关信息。此外，导致基于共享数据库平台的空间数据互操作困难的因素还有各系统采用的符号化 和表现方式的差异，不同GIS的空间参照系统定义的差异等。3. 2 OpenGIS简单要素规范简单要素规范是OGC组织定义的要素访问规范，该规范定义一整套几何要素的模型，涵 盖了点，线、面各类要素的模型定义。目前主要的IS厂商

10、，都支持OGC简单要素规范定义的 要素的读取。此外主流的数据库厂商也推出与OGC规范一致的空间数据存储方案。这些都为 基于数据库系统为多个GIS软件建立统一的空间数据存储结构提供了可能。3. 3空间数据互操作实现方法数据模型的异构性，包括几何对象的定义及采用的数据结构，是空间数据互操作的一个 重要障碍1131。要通过数据库实现不同的客户端之间空间数据的共享和互操作，就需要使数 据库中的对象被不同的客户端都能识别。由于不同的客户端在数据模型上存在差异，需要一 个接口层，实现客户端对象与数据库中对象的相互转换，以便不同的客户端都可以识别数据 库端的对象。对象转换可以考虑在客户端进行，也可以考虑在服

11、务器（数据库端）进行，在本 文中同时考虑了对象转换接口层在数据库端和在客户端的情况，基于）GC简单要素模型，提 出了两种不同的方法。3. 3. 1采用统一数据结构实现空间数据互操作如果能综合考虑主要的GIS软件采用的对象模型和数据结构，制定一套空间对象的存储 方案，使之能够兼容主要的GIS软件的空间数据对象，就可以实现这些GIS软件的几何对象在 同一套方案中统一存储。由于主流GIS软件都支持OGC的简单要素规范，可以采用OGC的简单要素规范作为基础， 并进行扩展，包容各GIS软件中OGC简单要素规范不支持的对象。在对空间数据类型扩展以后，由于数据存储结构发生了改变，各GIS软件不能直接读取 所

12、有的空间数据类型。在数据加载和保存时必须寻求一种方法实现数据库和GIS软件之间的 交互，包括从数据库加载数据到GIS软件，以及将数据AkGIS软件保存到数据库中。由于当前GIS软件体系结构不断趋于开放，都提供了对软件功能进行定制和扩展的方法, 包括相应的开发组件，接口等，可以深入地与系统的内部操作进行交互。如ArcGIS软件提供 了 ArcObjec ts组件库实现对ArcGIS定制，并可以从底层深入操纵ArcGIS系列软件，Auto desk 提供了 Objec tARX库，用于开发和定制Aut oCAD及Au to CAD Map，最新又推出了 FDO（Fea. ture DataObje

13、cts）规范，对AutoCAD Map进行扩展。另夕卜，Maplnfo公司也提供了Mapbasic开发工 具以及OLE开发方式，实现对Maplnfo软件定制和扩展，并与Maplnfo软件的底层进行交互。 因此结合数据库平台提供的数据访问方法，通过定制实现数据库和GIS平台之间的教据交互 是可行的。这种多GIS客户端通过空间数据库实现互操作的模式（如下图）。这是一种理想的方案， 但是采用这种方式的工作量相当大，实现起来比较困难。G）瞎户端1GISS户端25S&厂和|圧用存匡扩議！丨应甲却徉尸賤2应用抚序扩展gA.a4数数据屯据保fHr技 牢间数喘库望于0做简笙叢策规範的境一数据存鷲采用统一的数据

14、结构实现互操作3. 3. 2基于对象转换的方式实现互操作基于对象转换的方式在不同的客户端实现空间数据操作，其主要思想是定义一种中间类 型的几何对象（称为可互操作的几何对象），并实现可互操作的几何对象与GIS软件定义的几 何对象之间的转换，借助可互操作对象来实现不同GIS客户端之间的数据互操作。由于当前主流的GIS厂商，其软件都支持OGC的简单要素规范，可以直接采周遵循OGC规 范的空间数据库的作为其数据存储方案。OGC规范中没有定义的对象，如有向点（Oriented Poin t）争文（Tex t）,不同的GIS软件在数据库中定义了不同的对象类型。对于这样的对象， 需要定义一种中间对象类型，使

15、之可以包括不同GIS软件中针对该对象的所有信息，在一个 GIS软件将对象写入数据库时，通过触发器等方式，实时将其转换成可互操作的对象，并将 可互操作的对象类型转换成其他GIS软件定义的对象，从而每个GIS软件都可以直接读取这些 数据，并且互操作对象对这些GIS软件是透明的。另外，每个GIS软件在把数据存储到数据库中时，都维护了一套自己的元表，以记录该 GIS软件能够读取的要素类表，表的几何字段，空间参照类型等，并通过这些元表读取相应 的要素类。有的GIS软件还会在要素类表增加一些保留字段，以存储该系统所需的必要信息， 因此采用这种方式时，还需要对要素类表的结构进行调整，包括增加一些针对特定SI

16、S平台 的字段和具有唯一值的主键，还需要建立针对不同关键字的索引，更新每个GIS的元表，以 记录下要素类的相应信息。由于需要存储和维护可互操作的对象,并且可互操作的对象与不同客户端的对象需要实 时的相互转换，会使得数据库中存在一些数据的冗余，并且会引起数据库处理性能的下降。 由于大多数几何对象可以直接被不同的GIS软件读写，仅仅是少量的几何对象需要可互操作 的几何对象作为中间对象，因此，这种空间上的冗余以及性能上的损失还是可以接受的。此 模式示意图如下。基于对象转换的方式实现互操作三结语本文主要讲述了是空间数据库的定义与空间数据库的互操作技术,主要讲述了基于对象 转换的方式实现不同客户端之间的互操作。采用共享数据库平台的GIS数据互操作，能够实 现以空间数据为中心，摆脱对特定GIS平台的依赖。与基于数据转换的互操作方法相比，基 于共享数据库平台的互操作可以减少数据的冗余，增强数据的一致性。随着空间数据库的 互操作技术不断发展，互操作技术一定能为地理信息系统产业的发现做出很大的贡献。参考文献：【1】 黄梦龙基于共享数据库平台的空间数据互操作实现方法地理空间信息，2009.【2】 龚建雅，高文秀地理信息共享与互操作技术及标准空间数据库增值应用.