空间数据库引擎
《地理信息系统教程》专业术语 名词解释
《地理信息系统教程》专业术语第一章信息指音讯、消息、通讯系统传输和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容。
地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。
地理信息系统是在计算机硬、软件的支持下，对整个或部分地球表层的有关地理分布数据进行采集、存储、显示、处理、分析、输出的计算机系统。
空间查询利用空间索引机制，从数据库中找出符合该条件的空间数据。
空间分析操纵空间数据使之成为不同的形式，并且提取其潜在的信息。
工具型GIS具有GIS的基本功能、供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台应用型GIS是根据用户的需求和应用目的而设计的一类或多类专门型GIS 数字地球是利用数字技术和方法将地球及其上的活动和环境的时空变化数据,按地球的坐标加以整理，存入全球分布的计算机中，构成一个全球的数字模型网格GIS它是利用现有的网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。
虚拟现实GIS 指一种专门用于研究地球科学的，或以地球系统为对象的虚拟现实技术移动GIS是以移动互联网为支撑、以智能手机或平板电脑为终端、结合北斗、GPS或基站为定位手段的GIS系统第二章大地水准面：可以假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。
大地体指由大地水准面所包围的地球形体。
地球椭球一个形状和大小与大地水准面最为接近的旋转椭球椭球定位地球椭球的形状、大小确定之后，还应该进一步确定地球椭球与大地体的最佳拟合位置，才能作为测量计算的基准面，这一过程称为椭球定位。
天文地理坐标系表示地面点在大地水准面上的位置,它的基准是铅垂线和大地水准面,它用天文经度λ和天文纬度φ两个参数来表示地面点在球面上的位置.大地地理坐标系是依托地球椭球用定义原点和轴系以及相应基本参考面标示较大地域地理空间位置的参照系空间直角坐标系是在参考椭球上建立的三维直角坐标系O-XYZ高斯—克吕格平面直角坐标系是根据高斯—克吕格投影，并以经投影后的中央子午线和赤道这两条相互正交的直线为坐标轴而建立的平面直角坐标系。
国内外gis基础软件对比分析报告
国外主流GIS基础软件对比分析报告1.国国际主要GIS产品国地理信息系统市场在近几年得到飞越发展，各行各业都广泛使用GIS软件开展应用。
国际著名GIS软件厂商和产品有美国ESRI公司开发的ArcGIS系列、美国MapInfo公司开发的MapInfo系列产品、美国AutoDesk公司开发MapGuide 系列产品、美国Intergraph公司开发的GeoMedia产品。
国也涌现出一批优秀国产GIS软件，主要有中国地质大学开发的MapGIS、中科院地理所超图公司开发SuperMap、大学开发的GeoStar等。
目前在国市场占据主导地位的国际著名GIS软件有ArcGIS、MapInfo，国产GIS软件有MapGIS、SuperMap。
下面针对这四种产品进行比较。
2.产品体系比较按照用途将GIS软件四类软件：空间数据库引擎、基于SOA的服务GIS、网络地图发布WEBGIS、高端客户端二次开发组件、高端桌面GIS软件、中低端客户端二次开发组件、中低端桌面GIS软件、嵌入式GIS软件。
从技术门槛来看前面五类软件的技术门槛较高。
高端GIS产品线方面明显存在不足。
3.产品功能性能比较3.1.空间数据库引擎空间数据库引擎是地理信息系统最核心的模块，其功能、性能决定了整个GIS 软件的主要性能，主要空间数据库引擎情况如下表：（1）数据模型和存储：在数据模型方面各个空间数据库引擎均支持常规的地理信息数据模型，包括矢量、栅格、DEM模型，能够支持二维、三维、线性、拓扑等多种结构，其中ArcSDE对矢量数据采取整型存储，在数据库中占用的存储空间较少。
ArcSDE在栅格方面支持金字塔结构和栅格目录方式。
ArcSDE支持数据完整性约束和规则。
（2）基本功能方面：均支持编辑和版本管理，ArcSDE支持地理数据建模、分布式空间数据复制、基于版本的长事务管理。
（3）空间索引和速度：在多个空间数据库引擎的对比中，ArcSDE空间索引机制效率最高，其访问速度和空间算子的计算速度在多个空间数据库引擎中最快，特别在空间运算方面遥遥领先于国产空间数据库引擎。
空间数据库引擎概述
２、 Ｏｒ ａ ｃ ｌ ｅ Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ 一三、 工 作 原 理
客 户 端 发 出请 求 由 客 户 端 Ａ Ｐ Ｉ函数 进 行 处 理 ， 通过 应用服务 器将请求转换 为标 准 Ｓ Ｑ Ｌ语句 ， 间接 使用 Ｓ Ｑ Ｌ引擎 执行搜 索 ， 最 后通过服务器端的 Ａ Ｐ Ｉ 建立 与 Ｒ Ｄ Ｂ ＭＳ的通 信 ， 将 满足要 求 的结 果 由Ｓ Ｄ Ｅ返 回给 客 户 端 。或 者 不 通 过 Ａ ｒ ｃ Ｓ Ｄ Ｅ应 用 服 务 器 直 接 访 问空间数 据库 。由 客户 端 直接 把 请 求转 换 成 Ｓ ＱＬ命 令 发 送 给 Ｒ ＤＢ ＭＳ ， 然后将数据返回客户端 。
空 问数 据 库 引擎概 述
路 军
（ 天津师范大学城 市与环境科 学学院
【 摘 要】 由于空 间数 据 管理 的复 杂， 通 过 空 间数据 库 引 擎 实现 海量 多 源数据 的共 享和 互操 作 。本 文介 绍 了引擎 的 功能 、 体 系以及 典 型空 间 数 据库 引 擎如 何进 行选取 。 【 关键词 】 空间数据 库 引擎 ； 三层 结构 ； Ａ ｒ ｃ Ｓ Ｄ Ｅ ； Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ
四、 基 本 功 能
Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ 提供了基于 Ｓ ＱＬ语句及包 、 函数 、 过程 等函数与过 程 ， 存储管理和高效访问空间数据 。１ ０ ｇ提 供 矢 量 数 据 、 栅格数据 、 拓 扑数据和网络数据多种模 型。包括几方面 ： （ １ ） 用来 描述 空间数据 存储 、 语法 、 语义的模式 ， 即 ＭＤ Ｓ Ｙ Ｓ 。（ ２ ） 空间索引机制 ， 包括 Ｒ树 索 引及其 函数 。（ ３ ） 提供管 理工 具 ， 将 空 间和属 性数据 一体 化存 储， 降低 了系统管理 的复杂度 。可 以在 Ｄ Ｂ ＭＳ中存储矢 量数据与 栅格数据 ， 为用户提供空问支持 。（ ４ ） 提供 空间分析操作 符和 函数 集 。Ｅ ２ ３ Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ 矢量数据通过 元数 据表 、 Ｓ Ｄ Ｏ Ｇ Ｅ ＯＭＥ Ｔ Ｒ Ｙ和 空 间 索 引管理 ， 提供 空间查 询和分析 函数， 让用户深 层应 用开发 。［ ２ ］ 栅 格 数 据 模 型 逻 辑 分 图层 或 物 理 分 波 段 ， 用 栅 格 表 和 栅 格 数 据 表 组 织 。栅格表 Ｓ Ｄ Ｏ Ｇ Ｅ Ｏ Ｒ Ａ Ｓ Ｔ Ｅ Ｒ存 储影像 属性 和元数据 信息 。栅 格数据表 的 Ｓ Ｄ Ｏ Ｒ ＡＳ Ｔ Ｅ Ｒ利用 Ｂ Ｌ ＯＢ类 型来 存储影像 的像 素数 据。
空间数据库
一、空间数据空是存放空间数据的数据库、更确切地说空间数据是描述物体的位置数据、位置数据元素（点、线、面）之间拓扑关系及描述这些物体的属性数据二、空间数据库的特点1、空间数据库管理的实现世界中相关性大的连续数据，要求进行综合管理2、空间数据库中描述数据实体类型多、关系复杂，是数据模型复杂3、空间数据库储存的空间数据具有非结构化特征，不满足关系数据模型的范式要求三、基于OR-DBMS.OODBMS的SDBMS1、一个SDBMS是一个软件模块，它利用一个底层数据库管理系统（如：OR-DBMS.OODBMS）2、 SDBMS支持多种空间数据模型，相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言3、 SDBMS支持空间索引，高效的空间操作算法以及用于直接优化的特定领域规则四、三层体系结构在OR-DBMS上搭建SDBMS的体系结构示意图（即三层体系结构）顶层为空间应用，如gis MMIS CAD，该应用层并不直接与OR-DBMS打交道，而需要经过一个中间层与OR-DBMS交互，而这个中间层称之为空间数据库SDB，中间层是封装大多数空间领域知识的地方并被“插入”到OR-DBMS中五、矢量数据交换格式（CNSDTF-VCT）：（1）文件头，一类是基本的必须信息不可缺省一类是扩充的附加信息可以缺省。
（2）要素类型参数属性数据结构几何图形数据注记属性数据，要素类型编码，要素类型名称，几何类型，属性表名，缺省颜色，用户项。
（3）点状要素数据格式，线状要素数据格式，面状要素数据格式。
六、Arciew的shapefile文件格式：（1）shapefile是arcview的原生数据格式，属于简单要素类，用点线多边形的形式存储要素的形状，却不能存储拓扑关系，具有简单、快速显示的优点。
（2）在shapefile中的信息可分为两种：一种与数据有关如主文件的记录信息一种与数据的组织管理有关，如文件和记录的长度。
空间数据引擎名词解释
空间数据引擎名词解释
空间数据引擎（Spatial Data Engine）是一种数据库服务器，它可以储存、管理和处理空间数据，提供强大的空间查询、分析和绘图服务。
空间数据引擎可以帮助用户深入了解空间关系，更好地管理地理信息，从而可以更方便地决策。
空间数据引擎所使用的数据类型包括空间定位、地理坐标和几何图形，该数据可以储存于关系型数据库或者格式化地址中。
由于空间数据引擎可以支持多种数据格式，因此它可以被广泛用于多种空间数据应用程序中，比如地理信息系统（GIS）、空间分析和地图服务。
此外，空间数据引擎使得用户可以在网络和本地计算机上访问空间数据。
它提供强大的搜索功能，能够帮助用户快速查询想要的数据，还可以支持大规模的空间查询操作，帮助用户分析抽象数据和复杂空间关系。
空间数据库引擎名词解释
空间数据库引擎名词解释
空间数据库引擎是一种用于管理和维护空间数据的数据库管理系统,通常用于存储和检索卫星图像、地图、气象数据等空间数据。
空间数据库引擎的主要功能包括数据管理、数据存储、数据分析和数据可视化等。
数据管理功能是指负责数据的创建、修改、删除和查询等操作。
数据存储功能是指负责将数据存储到数据库中,并提供数据的安全性和可靠性。
数据分析功能是指负责对数据进行统计分析和挖掘,以便更好地理解数据并做出决策。
数据可视化功能是指负责将数据转换成图表、图像等形式,以便更好地展示数据并让用户更好地理解数据。
空间数据库引擎还可以与其他技术结合使用,例如机器学习、人工智能等,以便更好地处理和分析空间数据。
例如,可以使用机器学习算法来识别卫星图像中的建筑物、道路等特征,从而更好地理解空间数据。
随着空间数据的不断增长,空间数据库引擎已成为空间科学研究和应用领域中不可或缺的工具。
空间数据库引擎的发展将推动空间数据的管理和分析能力的提升,为更好地理解和利用空间数据做出贡献。
B-Tree、Hash等数据库存储引擎技术的优劣势分析
1. 什么是数据库的存储引擎技术数据库的存储引擎是什么？它主要解决什么问题？很多数据库管理员可能对存储引擎并不熟悉，因为大多数常见关系型数据库基本只有一种存储引擎，没有给我们选择和设计的机会，例如Oracle、SQL Server。
但是如果我们接触MySQL以及其他一些NoSQL分布式数据库比较多的人可能对存储引擎就会深有感受。
首先，我们认为存储引擎就是为了实现数据存储以及数据检索而实现的解决方案，如何建立索引，如果实现更新，如何检索数据等都是它的功能实现范畴。
常见的存储引擎有哈希存储引擎和树存储引擎，树存储引擎又分为B-Tree、B+Tree、LSM-Tree等若干种。
不同的存储引擎对数据的结构、数据的存储方式、数据的读取方式等都有不同的要求和特点。
2. 不同存储引擎如何建立索引2.1 B-TreeB树数据结构其实是在我们大学当中所学数据结构课程当中的二叉树基础上的一种升级和改进。
最早是由德国计算机科学家Rudolf Bayer等人于1972年在论文《Organization and Maintenance of Large Ordered Indexes》提出。
如图所示，B树事实上是一种平衡的多叉查找树，也就是说最多可以开m个叉（m>=2），我们称之为m阶b树。
总的来说，m阶B树满足以下条件：（1）每个节点至多可以拥有m棵子树。
（2）根节点，只有至少有2个节点（极端情况，就是一棵树就一个根节点)。
（3）非根非叶的节点至少有Ceil(m/2)个子树( 图中5阶B树，每个节点至少有3个子树)。
（4）非叶节点中信息包括[n,A0,K1,…,Kn,An]，其中n表示该节点保存的关键字个数，K为关键字且Ki（对应到关系型数据库当中的信息，就是二位表当中记录的主键信息）。
（5）从根到叶子的每一条路径都有相同的长度，也就是指向这些节点的指针为空。
2.2 B+TreeB+树实际上是B-Tree的升级版，它是基于原有数据结构的不足支持进行系列改造之后形成的存储引擎技术，如图所示：从图中所示的状况我们可以很直观感受到：B+树与B树最大的不同是所有数据记录都保存在叶子节点中，叶子结点是有指针将所有数据连接起来的。
空间数据引擎
空间数据引擎，简称SDE，是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。
代表性的是ESRI的SDE。
（黄杏元、马劲松、汤勤，《地理信息系统概论》）空间数据引擎在用户和异种空间数据库的数据之间提供了一个开放的接口，它是一种处于应用程序和数据库管理系统之间的中间件技术。
使用不同厂商GIS的客户可以通过空间数据引擎将自身的数据提交给大型关系型DBMS，由DBMS 统一管理；同样，客户也可以通过空间数据引擎从关系型DBMS中获取其他类型GIS 的数据，并转化成客户可以使用的方式。
空间数据库的设计一、空间数据库的设计数据库因不同的应用要求会有各种各样的组织形式。
数据库的设计就是根据不同的应用目的和用户要求，在一个给定的应用环境中，确定最优的数据模型、处理模式、存贮结构、存取方法，建立能反映现实世界的地理实体间信息之间的联系，满足用户要求，又能被一定的DBMS接受，同时能实现系统目标并有效地存取、管理数据的数据库。
简言之，数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在着的应用数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。
空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统的基础上建立空间数据库的整个过程。
主要包括需求分析、结构设计、和数据层设计三部分。
1、需求分析需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：1）调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。
2）需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、特征、需要存储的数据)、信息加工处理要求(如响应时间)、完整性与安全性要求等。
3）编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。
需求分析是一项技术性很强的工作，应该由有经验的专业技术人员完成，同时用户的积极参与也是十分重要的。
在需求分析阶段完成数据源的选择和对各种数据集的评价2、结构设计指空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。
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企业化 GIS
社会化 GIS
信息为中心
• 超大数据量 • 大用户数 • 开放性需求 • 快速响应
ArcSDE—空间数据库引擎
用RDBMS管理空间数据 面向对象数据模型（Geodatabase） 开放的应用程序接口(API) Client/Server 工作模式 海量空间数据管理
ArcSDE—空间数据库引擎
•Intersect
数据的运算（6） •叠加运算
•Difference
数据的运算（7） •叠加运算
•异 或
数据的运算（8） •叠加运算
•Union
数据的运算（9） •Clip
数据访问模型
连接
条件
结果集指针
结果
属性或图形
定义查询
•查询的数据源：
layers, DBMS tables, …
•可定义基于
多边形文件
1
2
B
3
A
线文件 点文件
读取一个要素至少需要三次磁盘动作
空间索引表（S）
1、每个要素在一个或多个网格中 2、每个网格可含多个要素 3、要素不真正被网格分割
空间索引表(S)
数数据据集集
空间要素表(F)
要素属性表 (A)
专题图层 索引网格 空间对象 外部属性表
拓扑关系在哪里
?
不必预先存储拓扑关系 拓扑关系是实时计算的
空间检索和分析
数据的运算 •布尔运算
•Equals
•Touches
数据的运算（2） •布尔运算
•Within
•Contains (与Within反之)
数据的运算（3） •布尔运算
•Crosses
•Overlaps
(同维数椐间)
数据的运算（4） •布尔运算
•Disjoint
数据的运算（5） •叠加运算
1.38
1.17
1.25
0.50
0.00 8
16
32
64
96
并发访问用户数
ArcSDE 技术
SDE的数据存 储
空间要素类型
点 点簇 相遇相交的线 相遇不相交的线 环线 多边形 含洞多边形
SDE的数据组织
Dataset
数据集
Layers Features
数据层 要素
SDE的空间数据表达
属性、空间、或两者的查询
定义属性查询
•用标准的SQL语句
Select taxes.parcel_id, , taxes.taxes from taxes, owners where taxes > 500 and taxes.parcel_id = owner.parcel_id
ArcSDE
空间数据库引擎
ESRI产品构架
嵌入式GIS
MapObjects
ArcView GIS
桌面GIS
ARC/INFO
专业GIS
?
ArcSDE 空间数据库引擎
什么是 ArcSDE ？
GIS的发展阶段
项目 GIS
部门 GIS
GIS为中心
• 较小数据量 • 少数用户共享数据 • 无须开放 • 响应要求不高
用RDBMS管理空间数据 面向对象数据模型（Geodatabase） 开放的应用程序接口(API) Client/Server 工作模式 海量空间数据管理
ArcSDE—空间数据库引擎
用RDBMS管理空间数据 面向对象数据模型（Geodatabase） 开放的应用程序接口(API) Client/Server 工作模式 海量空间数据管理
•只有通过过滤器的shape才被加到结果集中
过滤器： SM_SC （全包含）
结果 shapes
查询shapes 候选shapes
空间索引表
每一个要素 落在
某一级、某一个Grid中
FeatureID GridID
空间检索
例：邻近分析
空间检索
FeatureID GridID
FeatureID Grid ID FeatureIDs 比较Envelope 比较坐标 得到结果
F Table 空间要素表 要素描述表
S Table
空间索引表
A Table
空间属性表
地理要素描述结构
外部属性表（A） Shape(FID) 直 径
3632
12
空间项
长度 47.58
空间索引表（S） FID Grid Coordinate
3632
要素表（F） FID Coordinates 3632
OWNERS parcel_id name
1000 Joe 1000 Bob 2000 Tom 4000 Tim 4000 Joe
TAXES parcel_id year taxes
1000 94 500 1000 95 600 1000 93 700
查询中增加空间限制条件
•空间限制条件
由一组空间过滤器（spacial filters）实现
扩展的RDBMS
客户端
服务器
API
工具
空间数据 RDBMS
SDE 的体系结构
ห้องสมุดไป่ตู้
应用
客户库
网络
空间服务器
用户接口 应用逻辑
C-API, 数据访问
网络数据传输
空间类型模拟 空间数据检索 DBMS 交 互
RDBMS
数据存储 SQL 处理
SDE 的开放策略
APIs
SDE RDBMS 硬件平台
多硬件平台； 多数据库；多编程环境；多客户端
空间要素表（F ）
FID Date Entity ....... Numofpts Envelope BLOB
x1,y1,x2,y2, ...
B
...xn,yn
A
一个要素的所有坐标存储在一条记录 读取一个要素只需一次磁盘动作
基于要素的数据读取
SDE
需读 一取 次一 磁个 盘要 动素 作只
分解的图形数据存储
ArcSDE—空间数据库引擎
用RDBMS管理空间数据 面向对象数据模型（Geodatabase） 开放的应用程序接口(API) Client/Server 工作模式 海量空间数据管理
ArcSDE—空间数据库引擎
用RDBMS管理空间数据 面向对象数据模型（Geodatabase） 开放的应用程序接口(API) Client/Server 工作模式 海量空间数据管理
SDE 与应用的关系
数据浏览/发布
自开发应用
ARC / INFO ArcView
MapObjects
ArcExplorer GIS Server
高级应用
SDE
CAD应用
数据管理
Spatial Database
SDE的性能
SDE的性能
数据: 全美街区
平均响应时间（秒）
1.50
1.06
1.11
1.00
SDE的数据层
F Table 空间要素表 要素描述表
S Table
空间索引表
A Table
空间属性表
拓扑关系计算
公共点 公共边 重合 相交 包含 穿越