【正文】 空間 數(shù)據(jù)庫(kù) 關(guān)系表 二進(jìn)制塊 2022/5/29 101 空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎 ? 空間數(shù)據(jù)引擎概述 ? 常規(guī)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不直接支持對(duì)空間數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)功能，也不提供對(duì) GIS空間數(shù)據(jù)類型的操作。它在 GIS應(yīng)用軟件和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立了一個(gè)中間層，由 SDE為GIS 應(yīng)用軟件提供在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)里存儲(chǔ)、查詢和分析空間數(shù)據(jù)的相應(yīng)功能。 ? 解決了空間數(shù)據(jù)變長(zhǎng)記錄的存儲(chǔ)問(wèn)題，由數(shù)據(jù)庫(kù)軟件商開發(fā)，效率較高 ? 用戶不能根據(jù) GIS要求進(jìn)行空間對(duì)象的再定義，因而不能將設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ) ? GIS軟件： TIGER， Geo++、 Geo Tropics等 GIS界面 空間數(shù)據(jù)處理 RDBMS 空間 數(shù)據(jù)庫(kù) 擴(kuò)充實(shí)體類型 （點(diǎn)、線、面、圓等） 2022/5/29 104 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型從概念上將人們對(duì) GIS的理解提高到了一個(gè)新的高度。另一方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達(dá)和處理屬性數(shù)據(jù)時(shí)，又具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。 ? 空間索引 就是依據(jù)空間實(shí)體的位置和形狀或空間實(shí)體之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其中包括空間實(shí)體的概略信息，如表示碼、最小外接矩形以及存儲(chǔ)地址。 2022/5/29 106 空間數(shù)據(jù)索引 ? 空間數(shù)據(jù)索引的方法 ? 范圍索引 ? 即在記錄每個(gè)空間實(shí)體坐標(biāo)時(shí)，同時(shí)記錄每個(gè)實(shí)體的最大最小坐標(biāo)。 2022/5/29 107 空間數(shù)據(jù)索引 ? 空間數(shù)據(jù)索引的方法 ? 格網(wǎng)空間索引 ? 將區(qū)域分成大小相等的網(wǎng)格，記錄每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)所包含的空間實(shí)體在數(shù)據(jù)庫(kù)中的地址。 0 1 4 5 16 17 20 21 2 3 6 7 18 19 22 23 8 9 12 13 24 25 28 29 10 11 14 15 26 27 30 31 32 33 36 37 48 49 52 53 34 35 38 39 50 51 54 55 40 41 44 45 56 57 60 61 42 43 46 47 58 59 62 63 編碼 36 37 38 39 48 5 7 16 18 實(shí)體 A A A A A B B B B A B 2022/5/29 108 空間數(shù)據(jù)索引 ? 空間數(shù)據(jù)索引的方法 ? 四叉樹空間索引 ? 四叉樹空間索引是將區(qū)域進(jìn)行若干個(gè)層次的劃分，每個(gè)層次劃分得到的每個(gè)區(qū)域分成四個(gè)相等的子區(qū)域，判斷空間實(shí)體包含在哪一個(gè)層次的哪一個(gè)子區(qū)域內(nèi)，則用該區(qū)域的編碼來(lái)記錄空間實(shí)體，這樣就形成了一個(gè)四叉樹的空間劃分。 2022/5/29 109 空間數(shù)據(jù)索引 ? 四叉樹索引 2022/5/29 110 167。 ? 要素具有精確的形狀和位置、屬性和元數(shù)據(jù)以及有意義的行為。 ? 線要素用來(lái)表示那些具有一定長(zhǎng)度但沒(méi)有面積的對(duì)象，或者是那些在給定的地圖尺寸上其形狀非常窄的要素。 2022/5/29 113 模擬離散要素 ? 要素分別扮演三種不同的角色：簡(jiǎn)單要素、網(wǎng)絡(luò)要素或拓?fù)湟亍? 2022/5/29 116 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的基本內(nèi)容 點(diǎn) : ( x ,y ) 線 : ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , ? , ( xn , yn ) 面 : ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 ) 點(diǎn) : 點(diǎn)號(hào)文件 線 : 點(diǎn)號(hào)串 面 : 點(diǎn)號(hào)串 66 55 n ? ? ? 44 33 2 22 11 1 Y X 點(diǎn)號(hào) 標(biāo)識(shí)碼 屬性碼 空間對(duì)象編碼 唯一 連接空間和屬性數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫(kù) 獨(dú)立編碼 點(diǎn)位字典 存儲(chǔ)方法 2022/5/29 117 點(diǎn)實(shí)體 方向字體排列指針與線相交的角度如果是簡(jiǎn)單點(diǎn)符號(hào)符號(hào)字符大小簡(jiǎn)單點(diǎn)文字說(shuō)明結(jié)點(diǎn)唯一識(shí)別符比例尺方向x ， y 坐標(biāo)其它有關(guān)的屬性點(diǎn)實(shí)體類型序列號(hào)有關(guān)的屬性如果是文字說(shuō)明如果是結(jié)點(diǎn)2022/5/29 118 線實(shí)體 唯一標(biāo)識(shí)碼線標(biāo)識(shí)碼起始點(diǎn)終止點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)序列顯示信息非幾何屬性線實(shí)體面實(shí)體 多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)涮卣?，如形狀、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進(jìn)行顯示和操作，由于要表達(dá)的信息十分豐富，基于多邊形的運(yùn)算多而復(fù)雜，因此多邊形矢量編碼比點(diǎn)和線實(shí)體的矢量編碼要復(fù)雜得多，也更為重要。 ? 特征 ? 無(wú)拓?fù)潢P(guān)系，主要用于顯示、輸出及一般查詢 ? 公共邊重復(fù)存儲(chǔ)，存在數(shù)據(jù)冗余，難以保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性和一致性 ? 多邊形分解和合并不易進(jìn)行，鄰域處理較復(fù)雜； ? 處理嵌套多邊形比較麻煩 簡(jiǎn)單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) — 面條結(jié)構(gòu) 2022/5/29 121 簡(jiǎn)單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) — 面條結(jié)構(gòu) 10： x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 x5,y5 x6,y6 x7,y7 x8,y8 x9,y9 x10,y10 x11,y11。 2022/5/29 122 簡(jiǎn)單的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) — 面條結(jié)構(gòu) ? 這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有編碼容易、數(shù)字化操作簡(jiǎn)單和數(shù)據(jù)編排直觀等優(yōu)點(diǎn)。 2022/5/29 123 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 主要特點(diǎn)： ? 點(diǎn)是相互獨(dú)立的，點(diǎn)連成線，線構(gòu)成面 ? 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)特征和貢獻(xiàn)是具有拓?fù)渚庉嫻δ埽ǘ噙呅芜B接編輯和結(jié)點(diǎn)連接編輯。 ? 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 索引法 ? 雙重獨(dú)立編碼 ? 鏈狀雙重獨(dú)立式 2022/5/29 124 該法采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息， 方法是對(duì)所有邊界點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對(duì)以順序方式 存儲(chǔ)，由點(diǎn)索引與邊界線號(hào)相聯(lián)系，以線索引與各多邊 形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)。 2022/5/29 126 雙重獨(dú)立式 DIME(Dual lndependent Map Encoding) ABCDOabcdefghijklmn123456789101112線號(hào) 左多邊形 右多邊形 起點(diǎn) 終點(diǎn) a O A 1 8 b O A 2 1 c O B 3 2 d O B 4 3 e O B 5 4 f O C 6 5 g O C 7 6 h O C 8 7 i C A 8 9 j C B 9 5 k C D 12 10 l C D 11 12 m C D 10 11 n B A 9 2 這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了通過(guò)線文件生成面文件外，還需要點(diǎn)文件 2022/5/29 127 鏈狀雙重獨(dú)立式 ? 鏈狀雙重獨(dú)立式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是 DIME數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。 ? 在鏈狀雙重獨(dú)立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要有四個(gè)文件：多邊形文件、弧段文件、弧段坐標(biāo)文件、結(jié)點(diǎn)文件。 2022/5/29 130 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表達(dá) 點(diǎn)狀 對(duì)象 目標(biāo)標(biāo)識(shí) 目標(biāo)標(biāo)識(shí) 地物編碼 坐 標(biāo) 關(guān)聯(lián)的線目標(biāo) 精度 控制點(diǎn)等級(jí) 測(cè)量單位 測(cè)量年限 線狀 對(duì)象 目標(biāo)標(biāo)識(shí) 目標(biāo)標(biāo)識(shí) 地物編碼 坐 標(biāo)串 起點(diǎn)、終點(diǎn)、左面、右面 路面材料 等級(jí) 修建時(shí)間 寬度 管養(yǎng)單位 ?? ?? 面狀 對(duì)象 目標(biāo)標(biāo)識(shí) 目標(biāo)標(biāo)識(shí) 地物編碼 邊界目標(biāo)號(hào) 建筑日期 所有者 建筑面積 建筑單位 結(jié)構(gòu) ?? 空 間 對(duì) 象 地物編碼 地物名稱 制圖顏色 幾何類型 制圖符號(hào)編碼 屬性表明 地物類型特征與制圖屬性 2022/5/29 131 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ? 用離散的點(diǎn)描述空間對(duì)象與特征，定位明顯，屬性隱含 ? 用拓?fù)潢P(guān)系描述空間對(duì)象之間的關(guān)系 ? 面向目標(biāo)操作，精度高，數(shù)據(jù)冗余度小 ? 與遙感等圖象數(shù)據(jù)難以結(jié)合 ? 輸出圖形質(zhì)量號(hào)，精度高 2022/5/29 132 ? 柵格數(shù)據(jù)表現(xiàn)連續(xù)的數(shù)據(jù)。 ? 柵格數(shù)據(jù)集的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是以連續(xù)數(shù)據(jù)的形式存貯和操作，這些數(shù)據(jù)可以是高程、水量表、污染物濃度或環(huán)境噪聲的級(jí)別。柵格數(shù)據(jù)集也可以是一個(gè)要素（如建筑物）的照片。因此，柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。 點(diǎn) 線 面 2022/5/29 135 柵格結(jié)構(gòu)： ? 由于柵格結(jié)構(gòu)是按一定的規(guī)則排列的，所表示的實(shí)體位置很容易隱含在網(wǎng)格文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，且行列坐標(biāo)可以很容易地轉(zhuǎn)為其它坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。 ? 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是像元陣列，每個(gè)像元的行列號(hào)確定位置，用像元值表示空間對(duì)象的類型、等級(jí)等特征。 2022/5/29 136 柵格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 柵格結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是： 屬性明顯，定位隱含 ，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性本身，而所在位置則根據(jù)行列號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的坐標(biāo)，即定位是根據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)集中的位置得到的。 2022/5/29 137 柵格單元的大小： 柵格模型的表達(dá)與分辨率密切相關(guān)，所以，同樣屬性的空間 對(duì)象（如公路）在高分辨率的情況下將占據(jù)更多的像元或存 儲(chǔ)單元 。 2022/5/29 138 ? 一般的，我們通過(guò)保證最小多邊形的精度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定格網(wǎng)的大小。 面積占優(yōu)法 以占矩形區(qū)域面積最大的地物類型決定 柵格單元的代碼，常用于分類較細(xì)，地 物類別斑塊較小的情況。 長(zhǎng)度占優(yōu)法 根據(jù)矩形區(qū)域內(nèi)線段最長(zhǎng)的實(shí)體的屬性來(lái)確定。 ? 三角形的面積為 6個(gè)平方單位，而右圖中則為 7個(gè)平方單位，這種誤差隨像元的增大而增加。 ? 例如影像： A A A A A B B B A A B B A A A B 在計(jì)算機(jī)內(nèi)是一個(gè) 4*4階的矩陣。如上例存貯順序?yàn)椋?A A A A A B B B A A B B A A A B 當(dāng)每個(gè)像元都有唯一一個(gè)屬性值時(shí)，一層內(nèi)的編碼就需要 m行 n列個(gè)存儲(chǔ)單元。 2022/5/29 146 直接?xùn)鸥窬幋a 0 2 2 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 5 5 5 0 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 2 3 3 5 5 0 0 2 3 3 3 5 5 0 0 3 3 3 3 5 3 0 0 0 3 3 3 3 3 0 0 0 0 3 3 3 3 0， 2， 2， 5， 5， 5， 5， 5；2， 2， 2， 2， 2， 5， 5， 5；2， 2， 2， 2， 3， 3， 5， 5；0， 0， 2， 3， 3， 3， 5， 5；0， 0， 3， 3， 3， 3， 5， 3；0， 0， 0， 3， 3， 3， 3， 3；0， 0， 0， 0， 3， 3， 3， 3；0， 0， 0， 0， 0， 3， 3， 3。這樣，具體的象元值就可連續(xù)存儲(chǔ)了。 2022/5/29 147 柵格單元的編碼方法： 壓縮編碼方法 目前有一系列柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，如 鏈碼、游程 長(zhǎng)度編碼、塊碼和四叉樹編碼 等。信息無(wú)損編碼是指編碼過(guò)程中沒(méi) 有任何信息損失，通過(guò)解碼操作可以完全恢復(fù)原來(lái)的信息 ，信息有損編碼是指為了提高編碼效率，最大限度地壓縮 數(shù)據(jù)，在壓縮過(guò)程中損失一部分相對(duì)不太重要的信息，解 碼時(shí)這部分難以恢復(fù)。 2022/5/29 148 原理 ：由起點(diǎn)位置和一系列按某些基本方向編碼的單位矢量鏈表示 。 開始按順時(shí)針?lè)较虼a分別為 0，1， 2， 3， 4， 5， 6， 7。 鏈碼 （ Chain Codes） ?鏈碼 又稱為弗里曼鏈碼 [Freeman]或邊界鏈碼 。 6 70123452022/5/29 149 ? 線： 1， 5， 3， 2， 2， 3， 3， 2， 3， ? 面： 5， 8， 3， 2， 4， 4， 6， 6， 7， 6， 0， 2， 1 32233233246676021起始點(diǎn)起始點(diǎn)6 7012345鏈碼編碼示例 2022/5/29 150 ?優(yōu)點(diǎn)：鏈碼可以有效地壓縮柵格數(shù)據(jù)，而且對(duì)于估算面積、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)折方向的凹凸度等運(yùn)算十分方便，比較適合于存儲(chǔ)圖形