第五章 空间数据组织与管理(3)

图幅间被分割目标的组织方法
• 整个空间目标统一组织和管理方式 • 只建立和组织被分割目标方式
整个空间目标统一组织和管理方式
• 这种组织方式是建一个全库索引表，将整个空间的所有目 标及其分属的图幅号均放入索引表中。
只建立和组织被分割目标方式
• 这种方式是只将被分割的目标放在索引表中，显然，此索 引表要比上述的全库索引表要小得多。 • 在建库和图幅入库时，索引表是空的。当进行图幅拼接时 ，每拼接一个目标，就将该目标的信息（包括该目标分别 在两个图幅中的编号）插入索引表中的适当位置 。 • 在检索目标时，可根据所要检索的图幅号来查询索引表， 从中找出符合要求的完整的目标对象。对索引表中没有的 目标，可直接查询该图幅中的目标信息即可。
二、结构设计
1、概念模型
走向 空间实体 市区要素 空间实体属性 空间实体关系 E_R 模 型 街道 1 组成 m 边线 路面质量
所属路段
所属街道 长度等
二、结构设计
2、逻辑模型 逻辑模型的设计是将概念模型结构转换转换为具体DBMS可处 理的地理数据库的逻辑结构(或外模式)，包括确定数据项、记录及 记录间的联系、安全性、完整性和一致性约束等。 从E—R模型向关系模型转换的主要过程为： ① 确定各实体的主关键字； ②确定并写出实体内部属性之间的数据关系表达式（函数依赖关 系），即某一数据项决定另外的数据项；
装入的数据要确保其准确性和一致性。
3、调试运行 装入数据后，要对地理数据库的实际应用程序进 行运行，执行各功能模块的操作，对地理数据库系统 的功能和性能进行全面测试。
3.4 空间数据库的建立与维护
五、空间数据库的维护
1、空间数据库的重组织
指在不改变空间数据库原来的逻辑结构和物理结 构的前提下，改变数据的存储位置，将数据予以重新 组织和存放。 2、空间数据库的重构造 指局部改变空间数据库的逻辑结构和物理结构。 数据库重构通过改写其概念模式(逻辑模式)的内模式 (存储模式)进行。
（二）空间数据的分层组织
2、空间数据分层的目的： 便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。 1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就 简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比 较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简单； 2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据 进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可 加快查询速度； 3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层， 因而增加了图形显示的灵活性； 4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析。
跨图幅地图漫游
当要对由多幅不同比例尺地图组合而成的地图进行处 理时 ，由于计算机实际物理内存总是有限的，如将全部 地图调入内存后再处理，机器的运行效率将会极低，缩放 漫游的速度也将会变得很慢。为此，系统在设计由多幅不 同比例尺的数字地图的缩放漫游时，使用了一种以一幅地 图为基本单位对象，并建立这些基本对象间拓扑邻接关系 ，从而实现多比例尺数字地图的快速显示与漫游。根据所 建立的图幅对象拓扑邻接关系将上一层或下一层内中相应 的地图调入内存显示出来。而在同一层内的图幅内进行漫 游时，当到达该图幅的边界时，同样根据邻接关系将相邻 的地图显示出来。
二、地理数据的编码
●地理信息种类繁多、内容丰富、只有将它们按一定 的规律进行分类和编码，使其有序地存储、检索，以 满足各种应用分析需求。因此，基础地理数据的分类 和编码是空间数据库建立的重要基础。
分类、编码
点、线、面 特征码、坐标
信息世界
（一）地理数据的编码
在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的。 例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、 尺寸等。 在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并 与几何数据一起管理起来。
• 图幅之间邻近关系示意图
•
(a) 经纬线分幅
(b) 矩形分幅
数据库中图幅的组织方法 –1. 为空间的组织形式进行定义：坐标单位、 经度和纬度跨度（用经纬线分幅时），比例尺 、图幅的宽和高（用矩形分幅时），地图投影 类型、椭球体参数等。 –2. 逐一数字化输入并编辑各图幅，然后将这 些图幅输入库中、输入时须指定图幅的文件名 、图幅在库中的位置等。
现实世界 地理实体
需求分析
概念模型
逻辑模型 结构设计
物理模型
二、结构设计
1、概念模型 是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，最终形成空间 数据库系统及其应用系统所需的模型。 表示概念模型最有力的工具是E—R模型，即实体—联系模型， 包括实体、联系和属性三个基本成分。用它来描述现实地理世界， 不必考虑信息的存储结构、存取路径及存取效率等与计算机有关 的问题，比一般的数据模型更接近于现实地理世界，具有直观、 自然、语义较丰富等特点，在地理数据库设计中得到了广泛应用。
3.4 空间数据库的建立与维护
五、空间数据库的维护
3、空间数据库的完整性、安全性控制
完整性是指数据的正确性、有效性和一致性，主 要由后映象日志来完成，它是一个备份程序，当发生 系统或介质故障时，利用它对数据库进行恢复。 安全性指对数据的保护，主要通过权限授予、审计 跟踪，以及数据的卸出和装入来实现。
现而使原编码系统失效、造成编码错乱现象。
（三）地理数据的编码
1.代码的类型——是指代码符号的表示形式，有数字型、字母型、 数字和字母混合型三类 数字型代码，是用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。 特点：结构简单、使用方便、易于排序，但对对象的特征描述不 直观
字母型代码，是用一个或若干个字母表示对象的代码。 特点：比同样位数的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信 息，易于记忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机 空间。 数字、字母混合型代码，是由数字、字母、专用符组成的代码。 特点：代码兼有数字型和字母型的优点，结构严密，直观性好， 但组成形式复杂，处理麻烦。
第5章 空间数据组织与管理
补充内容1.：地理实体分类及数 据编码
空间数据的组织
地理数据的编码
一、空间数据的组织
GIS应用
大范围 地理区域
经纬度分块 矩形分块 区域分块
合理组织
面向对 象组织
分层
空间数据库
（一）空间数据的分块组织
• 目前，象域市规划，地下管网、土地管理、公安 警用这样一些GIS应用系统，由于其比例尺较大 ，所以多数都是以图幅为单位进行管理，即按图 幅将大区域空间数据进行分割，现在世界各国的 一般方法是采用经纬线分幅或采用规则矩形分幅 ，如示图1所示。 • 数据库中图幅的组织方法 • 图幅间被分割目标的组织方法 • 跨图幅地图漫游
三、数据字典设计
数据字典用于描述数据库的整体结构、数据内容和定义等。 一个好的数据字典可以说是一个数据的标准规范，它可使数据库 的开发者依此来实施数据库的建立、维护和更新。 数据字典的内容包括： 数据库的总体组织结构、 数据库总体设计的框架、
各数据层详细内容的定义及结构、 数据命名的定义
元数据（有关数据的数据，是对一个数据集的内容、质量 条件及操作过程等的描述）等内容。
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。
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（一般、空间、属性评价）。
二、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。
空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织形式 在数据库系统中加以表达的过程，也就是地理信息系统中空间实 体的模型化问题。
（二）空间数据的分层组织
●空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图 层(Coverage)。 1、空间数据分层方法： 1）专题分层 ◆每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地 貌层、水系层、道路层、居民地层等。 2）时间序列分层 ◆即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。 3）地面垂直高度分层 ◆把离地面不同高度的数据作为一个数据层。 如：地下、地 表、地上。
编码：是指确定地理数据的代码的方法和过程。
代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理 的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。 编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。
（二）地理数据的分类编码原则
系统性和科学性：满足所涉及学科的科学分类方法，能反映
出同一类型中不同的级别特点。
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园地
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林地
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牧草地
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居民点及公矿用地
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交通用地
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水域
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未利用地
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有林地
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灌木地
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疏林地
733
未成林林地
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迹地
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针叶树疏林地
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阔叶树疏林地
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（三）地理数据的编码
3、编码方法举例 加拿大数字地形要素分类编码系统——一种分类码，且是数字 字母混合代码 采用树型结构将地形要素分为四级，其代码结构为： X XXX ——四级代码，三位数字 ——三级代码，三位数字 ——二级代码，两位数字 ——一级代码，一位数字 XX XXX
四、空间数据库的建立
1、建立空间数据库结构 利用DBMS提供的数据描述语言描述逻辑设计和物理设计的 结果，得到概念模式和外模式，编写功能软件，经编译、运行后 形成目标模式，建立起实际的空间数据库结构。
四、空间数据库的建立 2、数据装入 一般由编写的数据装入程序或DBMS提供的应用 程序来完成。在装入数据之前要做许多准备工作，如 对数据进行整理、分类、编码及格式转换(如专题数据 库装入数据时，采用多关系异构数据库的模式转换、 查询转换和数据转换)等。
补充内容2：空间数据库的设计和 建立
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。
结构设计 现实世界 地理实体 数据层设计 需求分析
数据字典设计
一、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。
（三）地理数据的编码
2.GIS中代码的种类：可以分为两种，一种是分类码，另一种是 标识码。 分类码：是根据地理信息分类体系设计出的各专业信息的分类 代码，用以标识不同类别的数据，根据它可以从数据中查询出 所需类别的全部数据。 标识码(亦称识别码)，是在分类码的基础上，对每类数据设计 出其全部或主要实体的识别代码，用以对某一类数据中的某个 实体(如一个居民地、一条河流等)进行个体查询检索，从而弥 补分类码不能进行个体分离的缺陷。 标识码是联系实体的几何信息和属性信息的关键字。
（三）地理数据的编码
3、编码方法举例 行政区划代码(GB—2260—91)（层次编码法）：是一种识别 码用6位数字代码按层次分别表示:
例如，南京市的代码为320101 连云港市的代码为320701 东海县320722 灌云县320723 赣榆县320721 灌南县320822
土地利用类型
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耕地
一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。 兼容性(标准化\通用性)：有国家或行业标准的要按标准进
行，没有标准的必须考虑在有可能的条件下实现标准化。
实用性(简捷性)：在满足国家标准的前提下、每一种编码应
该是以最小的数据量载负最大的信息量。
可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，避免新对象的出
③把经过消冗处理（规范化处理）的数据关系表达式中的实体作为 相应的主关键字；
④根据②、③形成新的关系。
⑤完成转换后，进行分析、评价和优化。
二、结构设计
3、物理设计 是指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现， 确定数据在介质上的物理存储结构，其结果是导出地理数据库的 存储模式(内模式)。 主要内容包括确定记录存储格式，选择文件存储结构，决定存取 路径，分配存储空间。 物理设计的好坏将对地理数据库的性能影响很大，一个好的物理 存储结构必须满足两个条件： 一是地理数据占有较小的存储空间； 二是对数据库的操作具有尽可能高的处理速度。 在完成物理设计后，要进行性能分析和测试。