空間數(shù)據(jù)組織與管理課件(ppt56頁)(已修改)
2025-02-19 20:04 本頁面
【正文】 第 5章 空間數(shù)據(jù)組織與管理 朱 瑩 主要內(nèi)容 ? 空間數(shù)據(jù)庫概述 ? 空間數(shù)據(jù)管理 ? 空間數(shù)據(jù)組織 ? 空間索引 ? 空間數(shù)據(jù)庫查詢語言 空間數(shù)據(jù)庫概述 ? 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) – 數(shù)據(jù) 是描述事物的符號記錄，可以是數(shù)字形式，也可以是文字、圖形、圖像、聲音、語言等多種表現(xiàn)形式 – 數(shù)據(jù)庫 是長期儲存在計算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合 – 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) ? 最常用的數(shù)據(jù)模型 – 層次模型（ HierarchicalModel） – 網(wǎng)狀模型（ NetworkModel） – 關(guān)系模型（ RelationalModel） – 面向?qū)ο竽Ｐ停?ObjectOrientedModel） 非關(guān)系模型 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) 文件系統(tǒng) 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) . 數(shù)據(jù)模型演化 層次數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 空間數(shù)據(jù)庫 ? 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫（簡稱空間數(shù)據(jù)庫或地理數(shù)據(jù)庫）是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合；是地理信息系統(tǒng)在計算機(jī)物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和 ? 空間數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)中用于存儲和管理空間數(shù)據(jù)的場所 ? 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 在整個地理信息系統(tǒng)中占有極其重要的地位，是地理信息系統(tǒng)發(fā)揮功能和作用的關(guān)鍵，主要表現(xiàn)在：用戶在決策過程中，通過訪問空間數(shù)據(jù)庫獲得空間數(shù)據(jù)，在決策過程完成后再將決策結(jié)果存儲到空間數(shù)據(jù)庫中 空間數(shù)據(jù)庫 ? 空間數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)： – 數(shù)據(jù)量特別大，地理信息系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合體，要用數(shù)據(jù)來描述各種地理要素，尤其是要素的空間位置和空間關(guān)系等，其數(shù)據(jù)量往往很大 – 不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)（與一般數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)性質(zhì)相似），還有大量的空間數(shù)據(jù)，即描述地理要素空間分布位置的數(shù)據(jù)，并且這兩種數(shù)據(jù)之間具有不可分割的聯(lián)系 – 數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，例如地理研究、環(huán)境保護(hù)、土地利用和規(guī)劃、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境、市政管理、道路建設(shè)等 空間數(shù)據(jù)庫 ? 空間數(shù)據(jù)庫的組成 – 柵格數(shù)據(jù)庫 ? 柵格數(shù)據(jù)包括航空遙感影像數(shù)據(jù)和 DEM數(shù)據(jù) – 矢量數(shù)據(jù)庫 ? 矢量數(shù)據(jù)則包括各種空間實體數(shù)據(jù)（圖形和屬性數(shù)據(jù)） 空間數(shù)據(jù)庫 空間對象 影 像 數(shù)字高程模型 圖形 屬性 空間數(shù)據(jù)庫組成 空間數(shù)據(jù)管理 ? 空間數(shù)據(jù)的基本特征 – 空間特征 ? 每個空間對象都具有空間坐標(biāo)，即空間對象隱含了空間分布特征，因此數(shù)據(jù)庫應(yīng)對空間數(shù)據(jù)建立空間索引 – 非結(jié)構(gòu)化特征 ? 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)記錄中每條記錄都是定長的（結(jié)構(gòu)化），數(shù)據(jù)項不能再分，不允許嵌套記錄，空間數(shù)據(jù)不滿足這種定長（結(jié)構(gòu)化）要求，使得空間圖形數(shù)據(jù)難以直接采用通用的關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 空間數(shù)據(jù)管理 ? 空間數(shù)據(jù)的基本特征 – 空間關(guān)系特征 ? 空間數(shù)據(jù)除了空間坐標(biāo)隱含了空間分布關(guān)系外，還通過拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)了多種空間關(guān)系 ? 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一方面雖然方便了空間數(shù)據(jù)查詢和空間分析，但另一方面也給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護(hù)增加了復(fù)雜度 ? 如拓?fù)涞拿鏍顚嶓w僅記錄組成它的弧段標(biāo)識，因而進(jìn)行查找、顯示和分析操作時都需要操作和檢索多個數(shù)據(jù)文件 – 多尺度與多態(tài)性 ? 不同觀察比例尺具有不同的尺度和精度，同一地物在不同情況下也會有形態(tài)差異 ? 如城市在空間上占據(jù)一定的范圍，在較大比例尺中作為面狀空間實體對象，而在較小比例尺中，則作為點(diǎn)狀空間對象來處理 空間數(shù)據(jù)管理 ? 空間數(shù)據(jù)的基本特征 – 分類編碼特征 ? 每個空間對象都有一個分類編碼，這種分類編碼往往是按照國家標(biāo)準(zhǔn)，或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)來應(yīng)用 – 海量數(shù)據(jù)特征 ? GIS中數(shù)據(jù)量非常龐大，遠(yuǎn)大于一般的通用數(shù)據(jù)庫，稱為海量數(shù)據(jù) ? 一個城市地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)量可達(dá)幾十 GB，如果考慮影像數(shù)據(jù)的存儲，可能達(dá)到幾百個 GB ? 需要在二維空間上劃分塊或圖幅，在垂直方向上劃分層進(jìn)行數(shù)據(jù)組織 空間數(shù)據(jù)管理 ? 通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在管理空間數(shù)據(jù)時，面臨的問題： – GIS需要一些復(fù)雜的圖形功能，一般的 DBMS不能支持 – DBMS一般都難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作 – 地理信息表達(dá)復(fù)雜，表達(dá)單個地理實體需多個文件、多條記錄，或許包括大地網(wǎng)、特征坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系、空間特征量測值、屬性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字以及非空間專題屬性等 – 具有高度內(nèi)部聯(lián)系的 GIS數(shù)據(jù)記錄需要復(fù)雜的安全維護(hù)系統(tǒng)，為了保證空間數(shù)據(jù)庫的完整性，保護(hù)數(shù)據(jù)文件的完整性，保護(hù)系列必須與空間數(shù)據(jù)一起存儲，否則一條記錄的改變就會使其他數(shù)據(jù)文件產(chǎn)生錯誤 空間數(shù)據(jù)管理 ? 通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在管理空間數(shù)據(jù)時，面臨的問題： – GIS中空間數(shù)據(jù)記錄是變長的（存儲的坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)目隨空間對象的變化而變化），而一般數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長度設(shè)定為固定長度。另外，在存儲和維護(hù)空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系方面， DBMS也存在著缺陷 矢量數(shù)據(jù)的管理 ? 對于矢量數(shù)據(jù)，其位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通常是分開組織的 ? 空間數(shù)據(jù)管理方式與數(shù)據(jù)庫發(fā)展是密不可分的，按照發(fā)展的過程，對矢量數(shù)據(jù)的管理有： – 文件 /關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理 – 全關(guān)系管理 – 對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理 矢量數(shù)據(jù)的管理 ? 文件 關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理 – 傳統(tǒng) GIS軟件采用文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合方式管理空間數(shù)據(jù)，比較典型的是 ArcInfo，有的系統(tǒng)也采用純文件方式管理空間數(shù)據(jù)，如 MapInfo；即用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，用商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)，兩者之間通過目標(biāo)標(biāo)識或內(nèi)部連接碼進(jìn)行連接 OID（目標(biāo) ID 或內(nèi)部連接碼） 圖形數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù) 矢量數(shù)據(jù)的管理 ? 文件 關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方式的缺點(diǎn)： – 屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過 ID聯(lián)系起來，使查詢運(yùn)算，模型操作運(yùn)算速度慢 – 數(shù)據(jù)發(fā)布和共
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