空间数据管理-课件

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1、第六章第六章 空间数据管理空间数据管理第六章第六章 空间数据管理空间数据管理1 1n n6.1 6.1 数据的管理数据的管理数据的管理数据的管理n n6.2 6.2 空间数据的管理空间数据的管理空间数据的管理空间数据的管理n n6.5 6.5 空间索引空间索引空间索引空间索引n n6.6 6.6 元数据元数据元数据元数据n n6.7 6.7 栅格与影像数据库栅格与影像数据库栅格与影像数据库栅格与影像数据库n n6.8 6.8 时空数据模型时空数据模型时空数据模型时空数据模型第六章第六章 空间数据管理空间数据管理6.1 数据的管理第六章数据的管理第六章 空间数据管理空间数据管理2 26.1 数据

2、的管理数据的管理n n计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：程序管理阶段程序管理阶段程序管理阶段程序管理阶段 文件管理阶段文件管理阶段文件管理阶段文件管理阶段 数据库管理阶段数据库管理阶段数据库管理阶段数据库管理阶段 数据仓库阶段数据仓库阶段数据仓库阶段数据仓库阶段数据与程序共存数据与程序共存数据与程序共存数据与程序共存顺序文件顺序文件顺序文件顺序文件索引文件索引文件索引文件索引文件直接文件直接文件直接文件直接文件倒排文件倒排文件倒排文件倒排

3、文件数据经过重构、融数据经过重构、融数据经过重构、融数据经过重构、融合等，面向主题组合等，面向主题组合等，面向主题组合等，面向主题组织，服务于决策系织，服务于决策系织，服务于决策系织，服务于决策系统统统统层次数据库层次数据库层次数据库层次数据库网络数据库网络数据库网络数据库网络数据库关系数据库关系数据库关系数据库关系数据库面向对象数据库面向对象数据库面向对象数据库面向对象数据库6.1 数据的管理计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个数据的管理计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个3 31 1、文件管理方式、文件管理方式n n文件管理是将文件管理是将文件管理是将文件管理是将GISGISG

4、ISGIS中所中所中所中所有的数据都存放在自行定有的数据都存放在自行定有的数据都存放在自行定有的数据都存放在自行定义的空间数据结构及其操义的空间数据结构及其操义的空间数据结构及其操义的空间数据结构及其操纵工具的一个或者多个文纵工具的一个或者多个文纵工具的一个或者多个文纵工具的一个或者多个文件中，包括非结构化的空件中，包括非结构化的空件中，包括非结构化的空件中，包括非结构化的空间数据、结构化的属性数间数据、结构化的属性数间数据、结构化的属性数间数据、结构化的属性数据等。空间数据和属性数据等。空间数据和属性数据等。空间数据和属性数据等。空间数据和属性数据两者之间通过标识码建据两者之间通过标识码建据

5、两者之间通过标识码建据两者之间通过标识码建立联系。立联系。立联系。立联系。GISGIS应用应用应用应用空间数据文件空间数据文件空间数据文件空间数据文件属性数据文件属性数据文件属性数据文件属性数据文件文件管理系统文件管理系统文件管理系统文件管理系统标识码关联标识码关联标识码关联标识码关联空间数据管理方式 1、文件管理方式文件管理是将、文件管理方式文件管理是将GIS中所有的数据都存放在自行定中所有的数据都存放在自行定4 4各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，各个地理信息系统

6、应用程序对应各自的空间和属性数据文件，当两个当两个当两个当两个GISGISGISGIS应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作为应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作为应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作为应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作为公共数据文件公共数据文件公共数据文件公共数据文件缺点是：缺点是：缺点是：缺点是：1 1 1 1）程程程程序序序序依依依依赖赖赖赖于于于于数数数数据据据据文文文文件件件件的的的的存存存存储储储储结结结结构构构构，数数数数据据据据文文文文件件件件修修修修改改改改时时时时，应应应应用程序也随之需要改变。用程序也随之需要改变。用程序也随

7、之需要改变。用程序也随之需要改变。2 2 2 2）以以以以文文文文件件件件形形形形式式式式共共共共享享享享，当当当当多多多多个个个个程程程程序序序序共共共共享享享享一一一一数数数数据据据据文文文文件件件件时时时时，文文文文件件件件的修改，需得到所有应用的许可，不能达到真正的共享。的修改，需得到所有应用的许可，不能达到真正的共享。的修改，需得到所有应用的许可，不能达到真正的共享。的修改，需得到所有应用的许可，不能达到真正的共享。空间、属性空间、属性空间、属性空间、属性数据文件数据文件数据文件数据文件1 1 1 1GISGISGISGIS应用应用应用应用1 1 1 1空间、属性空间、属性空间、属性

8、空间、属性数据文件数据文件数据文件数据文件2 2 2 2GISGISGISGIS应用应用应用应用2 2 2 2空间、属性空间、属性空间、属性空间、属性数据文件数据文件数据文件数据文件3 3 3 3各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，当两个各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，当两个5 5n n2.2.2.2.文件与关系数据库混合管理方式文件与关系数据库混合管理方式文件与关系数据库混合管理方式文件与关系数据库混合管理方式 是目前绝大多数商用是目前绝大多数商用是目前绝大多数商用是目前绝大多数商用GISGISGISGIS软件所采用的数据管理方案，已经软件所采用的数据

9、管理方案，已经软件所采用的数据管理方案，已经软件所采用的数据管理方案，已经得到广泛应用。这种方案用商用得到广泛应用。这种方案用商用得到广泛应用。这种方案用商用得到广泛应用。这种方案用商用DBMSDBMSDBMSDBMS管理属性数据，用文件系管理属性数据，用文件系管理属性数据，用文件系管理属性数据，用文件系统管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。统管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。统管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。统管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。两者几乎独立地组织、管理和检索两者几乎独立地组织、管理和检索两者几乎独

10、立地组织、管理和检索两者几乎独立地组织、管理和检索,由于空间数据与属性数据分由于空间数据与属性数据分由于空间数据与属性数据分由于空间数据与属性数据分开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的语义表达和存储开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的语义表达和存储开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的语义表达和存储开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的语义表达和存储机制；难以保证数据的存储和操作的统一机制；难以保证数据的存储和操作的统一机制；难以保证数据的存储和操作的统一机制；难以保证数据的存储和操作的统一ArcInfo,MapInfo,ArcInfo,MapInfo,ArcInfo,MapInf

11、o,ArcInfo,MapInfo,MicrostationMicrostationMicrostationMicrostation GISGIS应用应用应用应用空间数据文件空间数据文件空间数据文件空间数据文件属性数据据文件属性数据据文件属性数据据文件属性数据据文件文件管理系统文件管理系统文件管理系统文件管理系统标识码关联标识码关联标识码关联标识码关联关系型数据库管理关系型数据库管理关系型数据库管理关系型数据库管理系统系统系统系统2.文件与关系数据库混合管理方式文件与关系数据库混合管理方式 GIS应用空间数据文件属性应用空间数据文件属性6 6数据库系统与文件系统比较数据库系统与文件系统比较文件

12、系统文件系统文件系统文件系统数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统集中控制集中控制集中控制集中控制分散的、不能多用户共享、分散的、不能多用户共享、分散的、不能多用户共享、分散的、不能多用户共享、不能统一控制、维护和管不能统一控制、维护和管不能统一控制、维护和管不能统一控制、维护和管理理理理多用户共享，统一控制、维多用户共享，统一控制、维多用户共享，统一控制、维多用户共享，统一控制、维护和管理护和管理护和管理护和管理冗余度冗余度冗余度冗余度冗余大，增加存储空间冗余大，增加存储空间冗余大，增加存储空间冗余大，增加存储空间能够消除部分冗余能够消除部分冗余能够消除部分冗余能够消除部分冗余独立性独立性

13、独立性独立性数据和应用程序共存数据和应用程序共存数据和应用程序共存数据和应用程序共存数据独立于应用程序数据独立于应用程序数据独立于应用程序数据独立于应用程序数据模型数据模型数据模型数据模型数据模型简单，顺排文件，数据模型简单，顺排文件，数据模型简单，顺排文件，数据模型简单，顺排文件，随机文件随机文件随机文件随机文件数据模型复杂：层次模型、数据模型复杂：层次模型、数据模型复杂：层次模型、数据模型复杂：层次模型、网络模型、关系模型、面向网络模型、关系模型、面向网络模型、关系模型、面向网络模型、关系模型、面向对象模型对象模型对象模型对象模型数据保护数据保护数据保护数据保护无无无无完整性控制、并发控制

14、、数完整性控制、并发控制、数完整性控制、并发控制、数完整性控制、并发控制、数据恢复据恢复据恢复据恢复数据库系统与文件系统比较文件系统数据库系统集中控制分散的、不数据库系统与文件系统比较文件系统数据库系统集中控制分散的、不7 7数据库系统的数据模型数据库系统的数据模型n n1 层次模型层次模型n n2 网络模型网络模型n n3 关系模型关系模型n n4 面向对象模型面向对象模型数据库系统的数据模型数据库系统的数据模型1 层次模型层次模型8 8数据库数据库数据库数据库 文文文文 件件件件 文文文文 件件件件 文文文文 件件件件。记记记记 录录录录 记记记记 录录录录 记记记记 录录录录 记记记记

15、录录录录。数据项数据项数据项数据项数据项数据项数据项数据项 数据项数据项数据项数据项 数据项数据项数据项数据项数据项数据项数据项数据项数据组织的层次关系图数据组织的层次关系图数据组织的层次关系图数据组织的层次关系图数据库数据库 文文 件件 文文 件件 文文 件。件。记记 9 9层次模型表示层次模型表示层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解优点：层次和关系清楚，检索路线明确；优点：层次和关系清楚，检索路线明确；缺点：不能表示多对多的关系，对任何对象的查询都必须从层次结缺点：不能表示多对多的关系，对任何对象的查询都必须从层次结构

16、的根结点开始，数据独立性较差，插入和删除操作比较复杂。构的根结点开始，数据独立性较差，插入和删除操作比较复杂。Ma ab bc cd dc ce ef f1 12 22 23 33 34 44 41 13 34 43 35 55 54 4a ab bc cd de ef f1 12 23 35 54 4M层次模型表示层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易层次模型表示层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易1010网状模型表示网状模型表示网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，网状模型反映地理世界中常见的多对多

17、关系，支持数据重构，网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，优优优优点点点点：适适适适用用用用于于于于数数数数据据据据间间间间相相相相互互互互关关关关系系系系非非非非常常常常复复复复杂杂杂杂的的的的情情情情况况况况，具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的数数数数据据据据独独独独立和数据共享特性，且运行效率较高；立和数据共享特性，且运行效率较高；立和数据共享特性，且运行效率较高；立和数据共享特性，且运行效率较高；缺点：缺点：缺点：缺点：由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，指针由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，指针由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位

18、困难，指针由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，指针的存在使数据量大大增加，尤其是当数据间关系复杂时的存在使数据量大大增加，尤其是当数据间关系复杂时的存在使数据量大大增加，尤其是当数据间关系复杂时的存在使数据量大大增加，尤其是当数据间关系复杂时a ab bc cd de ef f1 12 23 35 54 4MMa ab bc cd de ef f1 12 23 34 45 5网状模型表示网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据网状模型表示网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据1111关系模型表示关系模型表示多边形编号多边形编号多边形编号多边形编号产权人产权人产权人

19、产权人面积面积面积面积地物特征地物特征地物特征地物特征张三张三张三张三125.2125.2林地林地林地林地李四李四李四李四43.543.5麦地麦地麦地麦地优优优优点点点点：结结结结构构构构灵灵灵灵活活活活，可可可可满满满满足足足足所所所所有有有有用用用用布布布布尔尔尔尔逻逻逻逻辑辑辑辑运运运运算算算算和和和和数数数数学学学学运运运运算算算算规规规规则则则则形形形形成成成成的的的的询询询询问问问问要要要要求求求求，能能能能够够够够搜搜搜搜索索索索、组组组组合合合合和和和和比比比比较较较较不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的数数数数据据据据，加加加加入和删除数据都非常方便。入和删除数据都非常方

20、便。入和删除数据都非常方便。入和删除数据都非常方便。缺缺缺缺点点点点：搜搜搜搜索索索索速速速速度度度度随随随随关关关关系系系系的的的的复复复复杂杂杂杂度度度度增增增增加加加加而而而而下下下下降降降降，只只只只能能能能查查查查找找找找和和和和检检检检索索索索满足特定关系的数据。满足特定关系的数据。满足特定关系的数据。满足特定关系的数据。(1)(1)(1)(1)多边形关系表多边形关系表多边形关系表多边形关系表(2)(2)(2)(2)边界结点关系表边界结点关系表边界结点关系表边界结点关系表(3)(3)(3)(3)结点坐标表结点坐标表结点坐标表结点坐标表a ab bc cd de ef f1 12 2

21、3 35 54 4M关系模型表示多边形编号产权人面积地物特征关系模型表示多边形编号产权人面积地物特征张三张三125.2林地林地1212关系模型例关系模型例关系模型例1313现实世界现实世界现实世界现实世界抽象抽象抽象抽象对对对对象象象象1 1对对对对象象象象n n对对对对象象象象2 2地理对象地理对象地理对象地理对象属性属性属性属性数据数据数据数据行为行为行为行为方法方法方法方法对对对对象象象象的的的的划划划划分分分分：根根根根据据据据对对对对象象象象的的的的共共共共性性性性，及及及及对对对对它它它它的的的的研研研研究究究究目目目目的的的的来来来来划划划划分分分分，与与与与具具具具体体体体的的

22、的的目目目目的的的的、性性性性质质质质相相相相联系，不同的目的就会有不同划分。联系，不同的目的就会有不同划分。联系，不同的目的就会有不同划分。联系，不同的目的就会有不同划分。面向对象数据模型面向对象数据模型对象的定义：无论怎样复杂的事例都可以对象的定义：无论怎样复杂的事例都可以对象的定义：无论怎样复杂的事例都可以对象的定义：无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个对象表示，每个对象都是包准确地由一个对象表示，每个对象都是包准确地由一个对象表示，每个对象都是包准确地由一个对象表示，每个对象都是包含了数据集和操作集的实体。含了数据集和操作集的实体。含了数据集和操作集的实体。含了数据集和操作集的实体。对

23、象与封装对象与封装对象与封装对象与封装 类类类类 继承继承继承继承 多态多态多态多态 现实世界抽象对对对地理对象属性现实世界抽象对对对地理对象属性数据行为数据行为方法对象的划分：根方法对象的划分：根1414GIS中面向对象模型中面向对象模型n n1）空间地物的几何数据模型）空间地物的几何数据模型 通常最高等级的类为点、线、面通常最高等级的类为点、线、面通常最高等级的类为点、线、面通常最高等级的类为点、线、面n n2）拓扑关系与面向对象模型）拓扑关系与面向对象模型 以点或弧段对象的标识号来表示弧段和面域以点或弧段对象的标识号来表示弧段和面域以点或弧段对象的标识号来表示弧段和面域以点或弧段对象的标

24、识号来表示弧段和面域的相互关系的相互关系的相互关系的相互关系n n3）面向对象的属性数据模型）面向对象的属性数据模型 可能与几何对象的划分标准不一致可能与几何对象的划分标准不一致可能与几何对象的划分标准不一致可能与几何对象的划分标准不一致GIS中面向对象模型中面向对象模型1）空间地物的几何数据模型）空间地物的几何数据模型1515GIS中面向对象的几何数据中面向对象的几何数据空间实体空间实体空间实体空间实体复杂实体复杂实体面域面域弧段弧段节点节点面实体面实体线实体线实体点实体点实体体实体体实体简单实体简单实体GIS中面向对象的几何数据空间实体复杂实体面域弧段节点面实体中面向对象的几何数据空间实体

25、复杂实体面域弧段节点面实体1616交通线交通线水系水系人工交通线人工交通线自然交通线自然交通线河流河流湖泊湖泊 池塘池塘公路公路运河运河可航行河流可航行河流不可航行河流不可航行河流交通线水系人工交通线自然交通线河流湖泊池塘公路运河可航行河流交通线水系人工交通线自然交通线河流湖泊池塘公路运河可航行河流1717面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型耕地耕地耕地耕地园地园地园地园地林地林地林地林地居民地居民地居民地居民地牧草地牧草地牧草地牧草地未用地未用地未用地未用地交通用地交通用地交通用地交通用地水域水域水域水域GISGISGISGIS城镇城镇城镇城镇农村居民点农村居民点农村居民点农村居民点

26、工矿地工矿地工矿地工矿地控制点控制点控制点控制点电力设施电力设施电力设施电力设施公园公园公园公园 街道街道街道街道建筑物建筑物建筑物建筑物操作：操作：操作：操作：查询查询查询查询插入插入插入插入删除删除删除删除属性：标识码属性：标识码属性：标识码属性：标识码区号区号区号区号 街道号街道号街道号街道号房主等房主等房主等房主等建筑日期建筑日期建筑日期建筑日期：职员库职员库职员库职员库操作操作操作操作属性属性属性属性职员编号职员编号职员编号职员编号工资工资工资工资姓名姓名姓名姓名酒店设施库酒店设施库酒店设施库酒店设施库房间床位房间床位房间床位房间床位操作操作操作操作属性属性属性属性工厂工厂工厂工厂医

27、院医院医院医院学校学校学校学校居民住宅居民住宅居民住宅居民住宅酒店酒店酒店酒店商店商店商店商店邮局邮局邮局邮局银行银行银行银行面向对象的属性数据模型耕地园地林地居民地牧草地未用地交通用地面向对象的属性数据模型耕地园地林地居民地牧草地未用地交通用地1818MapGIS空间实体模型空间实体模型n n更接近人类面向对象实体的思维方式更接近人类面向对象实体的思维方式更接近人类面向对象实体的思维方式更接近人类面向对象实体的思维方式n n全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性全面支持对象、类、子类、子类型、关系、

28、有效性规则、数据集、地理数据库等概念规则、数据集、地理数据库等概念规则、数据集、地理数据库等概念规则、数据集、地理数据库等概念n n对象类型覆盖对象类型覆盖对象类型覆盖对象类型覆盖GISGIS和和和和CADCAD对模型的双重要求对模型的双重要求对模型的双重要求对模型的双重要求n n要素可描述任意几何复杂度的实体要素可描述任意几何复杂度的实体要素可描述任意几何复杂度的实体要素可描述任意几何复杂度的实体n n完善的关系定义完善的关系定义完善的关系定义完善的关系定义n n支持多层次数据结构支持多层次数据结构支持多层次数据结构支持多层次数据结构n n支持几何数据的矢量表示法和解析表示法支持几何数据的矢

29、量表示法和解析表示法支持几何数据的矢量表示法和解析表示法支持几何数据的矢量表示法和解析表示法n nMapGIS空间实体模型更接近人类面向对象实体的思维方式空间实体模型更接近人类面向对象实体的思维方式19196.2 空间数据管理空间数据管理n n空间数据特征空间数据特征n n传统数据库管理空间数据的局限性传统数据库管理空间数据的局限性n n空间数据管理模式空间数据管理模式6.2 空间数据管理空间数据特征空间数据管理空间数据特征20201 1 1 1 空间特征：一般需要建立空间索引。空间特征：一般需要建立空间索引。空间特征：一般需要建立空间索引。空间特征：一般需要建立空间索引。2 2 2 2 非结

30、构化特征：非结构化特征：非结构化特征：非结构化特征：结构化的，即满足第一范式结构化的，即满足第一范式结构化的，即满足第一范式结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，而空间数据数据每条记录定长，而空间数据数据每条记录定长，而空间数据数据每条记录定长，而空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。3 3 3 3 空间关系特征：空间关系特征：空间关系特征：空间关系特征：拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。拓扑数据给空间数据的一致性和完

31、整性维护增加了复杂性。拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。4 4 4 4 分类编码特征：分类编码特征：分类编码特征：分类编码特征：一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。个属性数据表文件。个属性数据表文件。个属性数据表文件。5 5 5 5 海量数据特征。海量数据特征。海量数据特征。海量数据特征。空间数据特征空间数据特征？1 空间特征：一

32、般需要建立空间索引。空间数据特征？空间特征：一般需要建立空间索引。空间数据特征？21216.3 空间数据管理空间数据管理n n空间数据特征空间数据特征n n传统数据库管理空间数据的局限性传统数据库管理空间数据的局限性n n空间数据管理模式空间数据管理模式6.3 空间数据管理空间数据特征空间数据管理空间数据特征2222传统数据库管理空间数据的局限性传统数据库管理空间数据的局限性 不连续的、相关性较小的数字和字符不连续的、相关性较小的数字和字符 实体类型较少，并且难以充分表达实体间复实体类型较少，并且难以充分表达实体间复杂的空间关系杂的空间关系 存贮的数据通常为定长记录的数据存贮的数据通常为定长记

33、录的数据 只操纵和查询文字和数字信息，难以处理图只操纵和查询文字和数字信息，难以处理图形信息形信息？传统数据库管理空间数据的局限性传统数据库管理空间数据的局限性 不连续的、相关性较小的数字和不连续的、相关性较小的数字和23236.3 空间数据管理n n空间数据特征空间数据特征n n传统数据库管理空间数据的局限性传统数据库管理空间数据的局限性n n空间数据管理模式空间数据管理模式6.3 空间数据管理空间数据特征空间数据管理空间数据特征2424空间数据管理模式空间数据管理模式基于文件管理基于文件管理混合结构模型混合结构模型扩展结构模型扩展结构模型面向对象数据库管理面向对象数据库管理空间数据管理模式

34、基于文件管理空间数据管理模式基于文件管理2525缺点：缺点：缺点：缺点：1 1 1 1）程程程程序序序序依依依依赖赖赖赖于于于于数数数数据据据据文文文文件件件件的的的的存存存存储储储储结结结结构构构构，数数数数据据据据文文文文件件件件修修修修改改改改时时时时，应应应应用程序也随之改变。用程序也随之改变。用程序也随之改变。用程序也随之改变。2 2 2 2）以文件形式共享，当多个）以文件形式共享，当多个）以文件形式共享，当多个）以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件程序共享一数据文件时，文件程序共享一数据文件时，文件程序共享一数据文件时，文件的修改，需得到所有应用的许的修改，需得到所有应

35、用的许的修改，需得到所有应用的许的修改，需得到所有应用的许可。不能达到真正的共享，即可。不能达到真正的共享，即可。不能达到真正的共享，即可。不能达到真正的共享，即数据项、记录项的共享。数据项、记录项的共享。数据项、记录项的共享。数据项、记录项的共享。GISGIS应用应用应用应用1 1空间、属性空间、属性空间、属性空间、属性数据文件数据文件数据文件数据文件1 1GISGIS应用应用应用应用2 2空间、属性空间、属性空间、属性空间、属性数据文件数据文件数据文件数据文件2 2空间、属性空间、属性空间、属性空间、属性数据文件数据文件数据文件数据文件3 3基于文件的管理方式基于文件的管理方式X X X

36、X缺点：缺点：GIS应用应用1空间、属性数据文件空间、属性数据文件1GIS应用应用2空间、属性空间、属性2626两两两两个个个个子子子子系系系系统统统统分分分分别别别别存存存存储储储储空空空空间间间间数数数数据据据据和和和和属属属属性性性性数数数数据据据据。记记记记录录录录之之之之间通过关键字联系间通过关键字联系间通过关键字联系间通过关键字联系混合结构模型混合结构模型关系数据库关系数据库关系数据库关系数据库空间数据文件空间数据文件空间数据文件空间数据文件混合结构模型关系数据库空间数据文件混合结构模型关系数据库空间数据文件2727混合结构模型混合结构模型GISGISGISGIS应用软件应用软件应

37、用软件应用软件Arc/Info Arc/Info Arc/Info Arc/Info 图形用户界面图形用户界面图形用户界面图形用户界面ArcEditArcEdit属性用户界面属性用户界面属性用户界面属性用户界面TablesTables图形数据图形数据图形数据图形数据文件库文件库文件库文件库属性数据库属性数据库属性数据库属性数据库图形处理图形处理图形处理图形处理系统系统系统系统数据库管理数据库管理数据库管理数据库管理系统系统系统系统oidoidoidoid 采用文件与采用文件与采用文件与采用文件与RDBMSRDBMSRDBMSRDBMS的混的混的混的混合管理模式中图形数据文合管理模式中图形数据文

38、合管理模式中图形数据文合管理模式中图形数据文件管理系统的功能较弱，件管理系统的功能较弱，件管理系统的功能较弱，件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、特别是在数据的安全性、特别是在数据的安全性、特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控一致性、完整性、并发控一致性、完整性、并发控一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复制以及数据损坏后的恢复制以及数据损坏后的恢复制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。因方面缺少基本的功能。因方面缺少基本的功能。因方面缺少基本的功能。因而而而而GISGISGISGIS软件商需要寻找能软件商需要寻找能软件商需要寻找能软件商需要寻找能同时管理图形和属性数

39、据同时管理图形和属性数据同时管理图形和属性数据同时管理图形和属性数据的商用的商用的商用的商用DBMSDBMSDBMSDBMS。混合结构模型混合结构模型GIS应用软件图形用户界面应用软件图形用户界面ArcEdit属性用户属性用户2828GISGIS软件商在标准软件商在标准软件商在标准软件商在标准DBMSDBMS顶层开发顶层开发顶层开发顶层开发一个能容纳、管理空间数据的系统一个能容纳、管理空间数据的系统一个能容纳、管理空间数据的系统一个能容纳、管理空间数据的系统功能。功能。功能。功能。扩展结构模型（扩展结构模型（I）全关系型数据库管理全关系型数据库管理GISGISGISGIS应用应用应用应用扩展扩

40、展扩展扩展DBMSDBMSDBMSDBMS以容纳以容纳以容纳以容纳空间数据空间数据空间数据空间数据商用商用商用商用DBMSDBMSDBMSDBMS空间和属性空间和属性空间和属性空间和属性数据库数据库数据库数据库原理：将图形数据的变长部分处理成原理：将图形数据的变长部分处理成原理：将图形数据的变长部分处理成原理：将图形数据的变长部分处理成Binary BlockBinary Block字段（多媒体或变长文本）。省去大量关系连接字段（多媒体或变长文本）。省去大量关系连接字段（多媒体或变长文本）。省去大量关系连接字段（多媒体或变长文本）。省去大量关系连接操作，但操作，但操作，但操作，但Binary

41、BlockBinary Block的读写效率比定长的属性字的读写效率比定长的属性字的读写效率比定长的属性字的读写效率比定长的属性字段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。Oracle Long RawOracle Long RawOracle Long RawOracle Long RawInformix 4.x BLOBInformix 4.x BLOBInformix 4.x BLOBInformix 4.x BLOBFoxfro GeneralFoxfro GeneralFox

42、fro GeneralFoxfro GeneralSQL Server IMAGESQL Server IMAGESQL Server IMAGESQL Server IMAGE GIS GIS GIS GIS软件商进行的扩展软件商进行的扩展软件商进行的扩展软件商进行的扩展ESRI ArcSDEESRI ArcSDEESRI ArcSDEESRI ArcSDEMapInfo Spatial WareMapInfo Spatial WareMapInfo Spatial WareMapInfo Spatial WareGIS软件商在标准软件商在标准DBMS顶层开发一个能容纳、管理空间数据的顶层开

43、发一个能容纳、管理空间数据的2929 DBMS DBMS DBMS DBMS软件商在软件商在软件商在软件商在RDBMSRDBMSRDBMSRDBMS中进行扩展，中进行扩展，中进行扩展，中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的使之能直接存储和管理非结构化的使之能直接存储和管理非结构化的使之能直接存储和管理非结构化的空间数据，如空间数据，如空间数据，如空间数据，如Informix Informix Informix Informix 和和和和OracleOracleOracleOracle等等等等都推出了空间数据管理的专用模块，都推出了空间数据管理的专用模块，都推出了空间数据管理的专用模块，都推

44、出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、面、圆等空间定义了操纵点、线、面、圆等空间定义了操纵点、线、面、圆等空间定义了操纵点、线、面、圆等空间对象的函数。对象的函数。对象的函数。对象的函数。主主主主要要要要解解解解决决决决空空空空间间间间数数数数据据据据的的的的变变变变长长长长记记记记录录录录的的的的管管管管理理理理，效效效效率率率率比比比比二二二二进进进进制制制制块块块块的的的的管管管管理理理理高高高高得得得得多多多多，但但但但仍仍仍仍没没没没有有有有解解解解决决决决对对对对象象象象的的的的嵌嵌嵌嵌套套套套问问问问题题题题，空空空空间间间间数数数数据据据据结结结结构构构构不不不不能能能

45、能由由由由用用用用户户户户定定定定义义义义，用用用用户户户户不不不不能能能能根根根根据据据据GISGIS要要要要求求求求再再再再定定定定义义义义，使使使使用用用用上受一定限制。上受一定限制。上受一定限制。上受一定限制。GISGISGISGIS应用应用应用应用空间数据管理的专空间数据管理的专空间数据管理的专空间数据管理的专用模块用模块用模块用模块 商用商用商用商用DBMSDBMSDBMSDBMS空间和属性空间和属性空间和属性空间和属性数据库数据库数据库数据库扩展结构模型（扩展结构模型（II）对象对象-关系型数据库管理关系型数据库管理 数据库软件商进行的扩展数据库软件商进行的扩展数据库软件商进行的

46、扩展数据库软件商进行的扩展Oracle Oracle SpatialOracle Oracle SpatialOracle Oracle SpatialOracle Oracle Spatial DBMS软件商在软件商在RDBMS中进行扩展，使之能直接存储中进行扩展，使之能直接存储3030 面面面面向向向向对对对对象象象象模模模模型型型型最最最最适适适适合合合合于于于于空空空空间间间间数数数数据据据据的的的的表表表表达达达达和和和和管管管管理理理理，它它它它不不不不仅仅仅仅支支支支持变长记录，且支持对象的嵌套，信息的继承和聚集。持变长记录，且支持对象的嵌套，信息的继承和聚集。持变长记录，且支持

47、对象的嵌套，信息的继承和聚集。持变长记录，且支持对象的嵌套，信息的继承和聚集。允允允允许许许许用用用用户户户户定定定定义义义义对对对对象象象象和和和和对对对对象象象象的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构及及及及它它它它的的的的操操操操作作作作。可可可可以以以以将将将将空空空空间间间间对对对对象象象象根根根根据据据据需需需需要要要要，定定定定义义义义合合合合适适适适的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构和和和和一一一一组组组组操操操操作作作作。这这这这种种种种空空空空间间间间数数数数据据据据结结结结构构构构可可可可以以以以带带带带和和和和不不不不带带带带拓拓拓拓扑扑扑扑，当当当当带带带带拓

48、拓拓拓扑扑扑扑时时时时，涉涉涉涉及及及及对对对对象象象象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操作。面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操作。面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操作。面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操作。面向对象数据管理面向对象数据管理 当前已推出了若干当前已推出了若干当前已推出了若干当前已推出了若干OODBMSOODBMSOODBMSOODBMS如如如如O2O2O2O2等，也出现一个

49、基于等，也出现一个基于等，也出现一个基于等，也出现一个基于OODBMSOODBMSOODBMSOODBMS的，但由于的，但由于的，但由于的，但由于OODBMSOODBMSOODBMSOODBMS价格昂贵且技术还不成熟，目前在价格昂贵且技术还不成熟，目前在价格昂贵且技术还不成熟，目前在价格昂贵且技术还不成熟，目前在领域不太通用。领域不太通用。领域不太通用。领域不太通用。基于对象基于对象基于对象基于对象关系的关系的关系的关系的SDBMSSDBMSSDBMSSDBMS将可能成为将可能成为将可能成为将可能成为GISGISGISGIS空间数据库发展的主空间数据库发展的主空间数据库发展的主空间数据库发展的

50、主流。流。流。流。面向对象模型最适合于空间数据的表达和管理，它不面向对象模型最适合于空间数据的表达和管理，它不3131n n6.1 6.1 数据的管理数据的管理n n6.2 6.2 空间数据的管理空间数据的管理n n6.5 6.5 空间索引空间索引n n6.6 6.6 元数据元数据n n6.7 6.7 栅格与影像数据库栅格与影像数据库n n6.8 6.8 时空数据模型时空数据模型第六章 空间数据管理6.1 数据的管理第六章数据的管理第六章 空间数据管理空间数据管理32326.5 空间索引n n什么是空间索引 对存储在介质上的数据位置信息的描述对存储在介质上的数据位置信息的描述n n为什么要建立

51、空间索引 计算机硬件技术的限制计算机硬件技术的限制 传统的数据库索引技术不适用于空间数据传统的数据库索引技术不适用于空间数据？6.5 空间索引什么是空间索引？空间索引什么是空间索引？33336.5 6.5 空间索引空间索引矩形范围索引矩形范围索引矩形范围索引矩形范围索引单元格网索引单元格网索引单元格网索引单元格网索引R R R R树索引树索引树索引树索引四叉树索引四叉树索引四叉树索引四叉树索引6.5 空间索引矩形范围索引单元格网索引空间索引矩形范围索引单元格网索引R树索引四叉树索引树索引四叉树索引3434矩形范围索引矩形范围索引 在记录每个空间对象的坐标时，同时记录每个空间在记录每个空间对象的

52、坐标时，同时记录每个空间在记录每个空间对象的坐标时，同时记录每个空间在记录每个空间对象的坐标时，同时记录每个空间对象最大最小坐标。这样，在检索空间对象时，根据空对象最大最小坐标。这样，在检索空间对象时，根据空对象最大最小坐标。这样，在检索空间对象时，根据空对象最大最小坐标。这样，在检索空间对象时，根据空间对象的最大最小范围，预先排除那些没有落入检索窗间对象的最大最小范围，预先排除那些没有落入检索窗间对象的最大最小范围，预先排除那些没有落入检索窗间对象的最大最小范围，预先排除那些没有落入检索窗口内的的空间对象，仅对那些最大最小范围落在检索窗口内的的空间对象，仅对那些最大最小范围落在检索窗口内的的

53、空间对象，仅对那些最大最小范围落在检索窗口内的的空间对象，仅对那些最大最小范围落在检索窗口的空间对象进行进一步的判断，最后检索出那些真正口的空间对象进行进一步的判断，最后检索出那些真正口的空间对象进行进一步的判断，最后检索出那些真正口的空间对象进行进一步的判断，最后检索出那些真正落入检索窗口内的空间对象。落入检索窗口内的空间对象。落入检索窗口内的空间对象。落入检索窗口内的空间对象。矩形范围索引矩形范围索引 在记录每个空间对象的坐标时，同时记录每个在记录每个空间对象的坐标时，同时记录每个3535n n假设外包矩形的坐标为假设外包矩形的坐标为假设外包矩形的坐标为假设外包矩形的坐标为gxmin,gy

54、min,gxmax,gymaxgxmin,gymin,gxmax,gymax，利用，利用，利用，利用SQLSQL模型查模型查模型查模型查询落在举行范围内的空间要素：询落在举行范围内的空间要素：询落在举行范围内的空间要素：询落在举行范围内的空间要素：SELECT id0 from owner.GeoObjeTb1 WHERE SELECT id0 from owner.GeoObjeTb1 WHERE(gxminXMIN)AND(gxminXMIN)AND(gxmaxXMIN)AND(gxmaxXMIN)AND(gyminYMIN)AND(gyminYMIN)AND(gymaxYMIN)(gym

55、axYMIN)这种方法没有建立真正的空间索引文件，而是在空间对象的数据文这种方法没有建立真正的空间索引文件，而是在空间对象的数据文这种方法没有建立真正的空间索引文件，而是在空间对象的数据文这种方法没有建立真正的空间索引文件，而是在空间对象的数据文件中增加了最大最小范围一项，它主要靠空间计算来进行判断。当件中增加了最大最小范围一项，它主要靠空间计算来进行判断。当件中增加了最大最小范围一项，它主要靠空间计算来进行判断。当件中增加了最大最小范围一项，它主要靠空间计算来进行判断。当空间要素不超过空间要素不超过空间要素不超过空间要素不超过3030万个时，初次过滤速度快，所以矩形范围索引方万个时，初次过滤

56、速度快，所以矩形范围索引方万个时，初次过滤速度快，所以矩形范围索引方万个时，初次过滤速度快，所以矩形范围索引方法适用于中小型数据量的法适用于中小型数据量的法适用于中小型数据量的法适用于中小型数据量的GISGIS。假设外包矩形的坐标为假设外包矩形的坐标为gxmin,gymin,gxmax,gy3636单元格网索引单元格网索引2121 2323 2929 3131 5353 5555 6161 63632020 2222 2828 3030 5252 5454 6060 62621717 1919 2525 2727 4949 5151 5757 59591616 1818 2424 2626 4

57、848 5050 5656 58585 57 7 1313 1515 3737 3939 4545 47474 46 6 1212 1414 3636 3838 4444 46461 13 39 9 1111 3333 3535 4141 43430 02 28 8 1010 3232 3434 4040 4242 也叫栅格索引，它是将工作区按照一定的规则划分成格也叫栅格索引，它是将工作区按照一定的规则划分成格网，然后记录每个格网内所包含的空间对象。通常建立一网，然后记录每个格网内所包含的空间对象。通常建立一个平行于坐标轴的正方形数字网格，把整个数据库数值空个平行于坐标轴的正方形数字网格，把整

58、个数据库数值空间划分成间划分成32323232（或（或64646464）的正方形网格，建立空间索）的正方形网格，建立空间索引文件。引文件。A B C 单元格网索引单元格网索引2123293153556163202228303737MortonMorton码码码码空间对象空间对象空间对象空间对象7 7A A1414C C1515C C2626C C3737C C3939C C4848C C5050C C5454B B5555B B6060B B空间对象空间对象空间对象空间对象MortonMorton码码码码A A7-77-7B B54-5554-55B B60-6060-60F F14-1514

59、-15F F26-2626-26F F37-3737-37F F39-3939-39F F48-4848-48空间索引空间索引空间索引空间索引对象索引对象索引对象索引对象索引2121 2323 2929 3131 5353 5555 6161 63632020 2222 2828 3030 5252 5454 6060 62621717 1919 2525 2727 4949 5151 5757 59591616 1818 2424 2626 4848 5050 5656 58585 57 7 1313 1515 3737 3939 4545 47474 46 6 1212 1414 3636

60、 3838 4444 46461 13 39 9 1111 3333 3535 4141 43430 02 28 8 1010 3232 3434 4040 4242A B C 行行列列Morton码空间对象码空间对象7A14C15C26C37C39C4838386.6.1 元数据的定义及作用元数据的定义及作用n n定义：定义：定义：定义：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描理空间数据的内容、质量、条件和其他特征

61、进行描理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。取和使用与地理相关的数据。取和使用与地理相关的数据。取和使用与地理相关的数据。n n作用：作用：作用：作用：用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。帮助数据使用者查询所

62、需空间信息。帮助数据使用者查询所需空间信息。帮助数据使用者查询所需空间信息。帮助数据使用者查询所需空间信息。组织和维护一个机构对数据的投资。组织和维护一个机构对数据的投资。组织和维护一个机构对数据的投资。组织和维护一个机构对数据的投资。用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。提供数据转换方面的信息。提供数据转换方面的信息。提供数据转换方面的信息。提供数据转换方面的信息。6.6.1 元数据的定义及作用定义：元数据的定义及作用定义：39396.6.2 元数据的分类元数据的

63、分类n n按照元数据所描述的数据内容分：按照元数据所描述的数据内容分：数据集系列元数据数据集系列元数据数据集系列元数据数据集系列元数据 数据集元数据数据集元数据数据集元数据数据集元数据 要素类型和要素实例元数据要素类型和要素实例元数据要素类型和要素实例元数据要素类型和要素实例元数据 属性类型和属性实例元数据属性类型和属性实例元数据属性类型和属性实例元数据属性类型和属性实例元数据 属性类型和属性实例元数据属性类型和属性实例元数据属性类型和属性实例元数据属性类型和属性实例元数据6.6.2 元数据的分类按照元数据所描述的数据内容分：元数据的分类按照元数据所描述的数据内容分：40406.6.3 元数据

64、的内容元数据的内容第一层是目录层，主要用于对数据集信息进行宏观描述，适合在数字地球的第一层是目录层，主要用于对数据集信息进行宏观描述，适合在数字地球的国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询空间信息时使用。国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询空间信息时使用。第二层是空间元数据标准的主体，由八个基本内容部分和四个引用部分组成。第二层是空间元数据标准的主体，由八个基本内容部分和四个引用部分组成。6.6.3 元数据的内容第一层是目录层，主要用于对数据集信息元数据的内容第一层是目录层，主要用于对数据集信息41416.7 栅格与影像数据库栅格与影像数据库n n栅格数据栅格数据

65、栅格数据栅格数据库可以与库可以与库可以与库可以与矢量数据矢量数据矢量数据矢量数据库联合使库联合使库联合使库联合使用，复合用，复合用，复合用，复合显示各种显示各种显示各种显示各种专题信息专题信息专题信息专题信息n n细节层次细节层次细节层次细节层次模型模型模型模型n n金字塔及金字塔及金字塔及金字塔及分块显示分块显示分块显示分块显示6.7 栅格与影像数据库栅格数据库可以与矢量数据库联合使用，栅格与影像数据库栅格数据库可以与矢量数据库联合使用，4242 时空数据库系统或数据处理技术，研究内容包括以下三个方面：时空数据库系统或数据处理技术，研究内容包括以下三个方面：(1)(1)空间时态数据的表达空间

66、时态数据的表达 空间时态数据表达的目的在于建立空间时态一体化数据模型。它涉及空间时态数据表达的目的在于建立空间时态一体化数据模型。它涉及到时间标志、空间时态版本的标识、空间变化类型的定义、空间拓扑与到时间标志、空间时态版本的标识、空间变化类型的定义、空间拓扑与时态拓扑、空间时态数据的存储结构，以及存取策略等内容。时态拓扑、空间时态数据的存储结构，以及存取策略等内容。(2)空间时态数据的更新空间时态数据的更新 空间时态数据的更新研究空间数据更新的类型、操作方法，更新对时空空间时态数据的更新研究空间数据更新的类型、操作方法，更新对时空数据库中空间和时态拓扑的影响，以及拓扑重建等问题。数据库中空间和时态拓扑的影响，以及拓扑重建等问题。(3)空间时态数据的查询空间时态数据的查询 空间时态数据的查询探讨空间时态数据的各种跟踪算法，多维信息的复空间时态数据的查询探讨空间时态数据的各种跟踪算法，多维信息的复合、分析、可视化等。合、分析、可视化等。6.8 时空数据模型时空数据模型 时空数据库系统或数据处理技术，研究内容包括以下三个方面：时空数据库系统或数据处理技术，研究内容包括以下三个方面：43436