地理空间数据库
4地理信息系统空间数据库
4地理信息系统空间数据库地理信息系统（GIS）在当今的社会发展中扮演着至关重要的角色，而空间数据库则是地理信息系统的核心组成部分。
它就像是一个巨大的数字仓库，专门用来存储和管理与地理空间相关的各种数据。
那么，什么是地理信息系统空间数据库呢？简单来说，它是一种用于存储、管理和查询地理空间数据的数据库系统。
这些数据包括但不限于地理位置、地形地貌、土地利用、道路网络、水系分布等等。
与传统的数据库相比，空间数据库具有独特的特点和功能，能够处理和分析空间位置关系，为地理信息系统的应用提供强大的数据支持。
空间数据库中的数据类型多种多样。
有点数据，比如一个城市的坐标点；有线数据，例如一条河流的走向；还有面数据，像是一个湖泊的范围。
此外，还有栅格数据和矢量数据之分。
栅格数据就像是一幅由像素组成的图片，每个像素代表一个特定的地理区域和属性值。
矢量数据则是通过点、线、面的坐标来精确描述地理实体的形状和位置。
为了有效地管理这些复杂的数据，空间数据库采用了一系列特殊的技术和结构。
其中，索引技术是非常关键的。
它就像是一本书的目录，能够帮助我们快速找到所需的数据。
常见的空间索引包括 R 树、四叉树等。
通过这些索引结构，空间数据库能够在大量的数据中迅速定位到与查询条件相关的部分，大大提高了数据检索的效率。
空间数据库的存储方式也有讲究。
它不仅要考虑数据的存储空间，还要保证数据的读写速度和完整性。
在存储数据时，需要根据数据的类型、规模和使用频率等因素，选择合适的存储介质和存储策略。
例如，对于经常访问的热点数据，可以采用高速缓存来提高访问速度；对于大规模的历史数据，可以采用压缩存储来节省空间。
数据的质量对于空间数据库来说至关重要。
不准确、不完整或不一致的数据可能会导致错误的分析结果和决策。
因此，在数据采集、录入和更新的过程中，需要严格遵循相关的标准和规范，进行数据质量控制和检查。
同时，要建立有效的数据更新机制，确保数据库中的数据能够及时反映现实世界的变化。
如何进行地理信息系统的空间数据库设计与管理
如何进行地理信息系统的空间数据库设计与管理地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种用于存储、管理、分析和展现地理数据的系统。
而地理信息系统的核心组成部分之一就是空间数据库，它是存储地理数据的关键。
本文将就如何进行地理信息系统的空间数据库设计与管理展开讨论。
一、空间数据库的设计1. 数据需求分析在进行空间数据库设计之前，首先要进行数据需求分析。
这一步骤是非常重要的，它涉及到对地理数据使用者的需求进行全面的了解，以确定数据库需要支持的功能和提供的数据类型。
2. 数据模型选择选择合适的数据模型是空间数据库设计的基础。
根据不同的需求，可以选择层次模型、关系模型、对象模型或者面向对象模型等。
在选择数据模型的过程中，要充分考虑数据库的性能、可扩展性和易用性。
3. 空间数据结构设计空间数据是地理信息系统中最核心的数据类型之一。
在设计空间数据结构时，可以选择点、线、面等几何对象来表示地理要素，并且要确定几何对象的属性。
4. 数据库表设计根据数据模型和空间数据结构的设计，进行数据库表的设计。
在设计表结构时，要合理划分不同的逻辑单元，并确定各个属性的数据类型和约束条件。
二、空间数据库的管理1. 数据采集数据采集是获取地理数据的过程。
常见的数据采集方法包括GPS测量、遥感影像解译、地理调查等。
在进行数据采集时，要注意数据的准确性和完整性，确保采集到的数据能符合数据库设计的要求。
2. 数据输入与编辑将采集到的地理数据输入到数据库中，并进行相应的编辑。
数据输入的过程中要尽量避免错误和重复，可以通过数据验证和数据清洗等手段来确保数据的质量。
3. 数据存储与索引将数据存储到数据库中，并对数据进行索引以提高查询和分析的效率。
在进行数据存储和索引时，要考虑数据库的性能和空间数据的特点，选择合适的存储结构和索引策略。
4. 数据查询与分析通过SQL查询语言或者专门的GIS分析工具，进行数据查询和分析。
地理空间数据库
地理空间数据库在当今数字化的时代，地理空间数据成为了我们理解和管理世界的重要工具。
而地理空间数据库，作为存储、管理和分析这些数据的核心设施，发挥着不可或缺的作用。
想象一下，当我们打开手机上的地图应用，查找附近的餐厅或者规划出行路线时，背后都有地理空间数据库在默默地工作。
它为我们提供了准确的位置信息、道路状况以及周边的各种设施分布。
又或者在城市规划中，决策者需要了解不同区域的土地利用情况、人口密度分布等，以便做出合理的规划决策，这也离不开地理空间数据库的支持。
那么，究竟什么是地理空间数据库呢？简单来说，它是一种专门用于存储和管理地理空间数据的数据库系统。
这些数据可以包括地理位置、地形地貌、行政区划、交通网络、气象信息等等。
与传统的数据库不同，地理空间数据库能够处理具有空间属性的数据，也就是说，它不仅关心数据的属性值，还关注数据的空间位置和相互关系。
地理空间数据库的构成通常包括数据模型、数据结构和数据管理系统。
数据模型用于定义地理空间数据的组织方式和语义，常见的数据模型有矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型将地理实体表示为点、线、面等几何对象，适用于精确表示边界清晰的地理要素，如道路、建筑物等。
栅格数据模型则将地理空间划分为规则的网格单元，每个单元存储一个属性值，常用于表示连续变化的地理现象，如地形高程、气温等。
数据结构则决定了数据在数据库中的存储方式和访问效率。
常见的数据结构包括拓扑数据结构和层次数据结构等。
拓扑数据结构能够有效地表达地理实体之间的空间关系，如相邻、包含等，从而便于进行空间分析和查询。
层次数据结构则将数据按照层次组织起来，提高了数据的存储和检索效率。
数据管理系统则负责对地理空间数据进行存储、检索、更新和维护等操作。
它需要具备高效的空间索引机制，以便快速定位和访问数据。
同时，还需要支持复杂的空间查询和分析功能，如缓冲区分析、叠加分析、网络分析等。
地理空间数据库的建立并非一蹴而就，需要经过一系列的步骤。
地理数据库
地理数据库地理数据库地理数据库是指用来存储和管理地理信息数据的数据库系统。
它能够以空间方式组织和处理大量地理数据，使得用户能够获取和分析地理信息。
地理数据库广泛应用于城市规划、环境保护、资源管理、农业、气象等领域。
地理数据库的基本概念包括地理实体、属性、关系和地理操作。
地理实体是指现实世界中的地理现象，如河流、山脉、建筑物等。
属性是描述地理实体特征的数据，如名称、海拔高度、面积等。
关系是地理实体之间的相互联系，如两个城市之间的距离、河流与湖泊的关系。
地理操作是对地理实体进行查询、分析、可视化和模拟等处理过程。
地理数据库的常见类型包括地理信息系统数据库（Geographic Information System, GIS）、空间数据库（Spatial Database）和地理关系数据库（Geographic Relational Database）等。
地理信息系统数据库是用来存储和管理地理信息数据的系统，可用于制图、空间查询和地理分析。
空间数据库是在数据库管理系统中添加空间数据类型和空间相关的操作，使得地理数据能够与非空间数据进行关联查询和分析。
地理关系数据库是在关系数据库中嵌入地理信息数据和地理操作，以实现与GIS的集成。
地理数据库的设计和建立需要考虑数据模型、数据获取、数据存储和数据查询等方面的问题。
常用的地理数据模型包括面状模型（面对象模型）、图形模型（线对象模型）和栅格模型。
面状模型适用于表示地物的空间形状和边界关系，如多边形表示的行政区划。
图形模型适用于表示线状地物，如道路和铁路等。
栅格模型适用于表示连续分布的地物数据，如遥感影像和DEM数据。
数据获取是地理数据库的关键步骤，主要包括遥感数据获取、GPS数据采集和地理编码等。
遥感数据获取是通过航空或卫星传感器获取地物特征的数据，如影像数据和高程数据。
GPS数据采集是通过全球定位系统获取地物的空间坐标信息。
地理编码是将地名或地址转换为地理坐标的过程，以实现地理数据的准确定位。
简述地理空间数据库建立的流程
简述地理空间数据库建立的流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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地理空间数据库实训报告
一、实习背景与目的随着我国地理信息产业的快速发展，地理空间数据库技术作为地理信息系统（GIS）的核心组成部分，其重要性日益凸显。
为了提高学生对地理空间数据库技术的实际操作能力，本实训旨在通过实际操作，让学生熟悉地理空间数据库的基本概念、设计、管理和应用，培养学生的空间数据处理和分析能力。
二、实习内容1. 实训环境本次实习采用ArcGIS软件进行地理空间数据库的创建、管理和应用。
ArcGIS是一款功能强大的地理信息系统软件，具有丰富的空间数据处理和分析功能。
2. 实训内容（1）地理空间数据库的基本概念实习首先介绍了地理空间数据库的基本概念，包括空间数据、属性数据、地理空间数据库、空间数据模型等。
（2）地理空间数据库设计实习重点讲解了地理空间数据库的设计方法，包括ER模型设计、空间数据模型设计、数据字典编制等。
（3）地理空间数据库创建实习指导学生使用ArcGIS软件创建地理空间数据库，包括数据库的创建、要素类的创建、字段属性的设置等。
（4）地理空间数据库管理实习指导学生进行地理空间数据库的管理，包括数据的导入导出、数据编辑、数据查询、空间分析等。
（5）地理空间数据库应用实习引导学生利用地理空间数据库进行实际应用，如制作地图、空间分析、决策支持等。
三、实习步骤1. 准备工作（1）安装ArcGIS软件，确保软件运行正常。
（2）收集实习所需的空间数据和属性数据。
2. 实训过程（1）地理空间数据库设计根据实习所需的数据，设计地理空间数据库的ER模型，并绘制ER图。
（2）地理空间数据库创建使用ArcGIS软件创建地理空间数据库，包括数据库的创建、要素类的创建、字段属性的设置等。
（3）地理空间数据库管理导入实习所需的数据，进行数据编辑、数据查询、空间分析等操作。
（4）地理空间数据库应用利用地理空间数据库进行实际应用，如制作地图、空间分析、决策支持等。
3. 实习总结实习结束后，学生需撰写实习报告，总结实习过程中的收获和体会。
地理信息系统空间数据库
三、关系模型
用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。
• 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相
关关系。
3. 空间数据库的数据模型设计
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。
（4）数据类型太少
只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。 （2）联系：实体间的相互作用或对应关
系:1:1,1:N,M:N, （3）属性：对实体和联系特征的描述。
geo数据库基本功能
geo数据库基本功能
Geo数据库是管理地理空间数据的关系型数据库，具有以下基本功能：
1. 数据存储：Geo数据库可以存储各种类型的地理空间数据，包括空间数据（如点、线、面等）和属性数据（如人口数量、土地利用类型等）。
2. 数据检索：Geo数据库支持通过空间查询和属性查询等方式检索数据，用户可以根据需要获取相关地理信息。
3. 数据处理和分析：Geo数据库可以对地理空间数据进行处理和分析，包括空间运算、地理统计分析等，以满足各种地理问题解决的需求。
4. 地图可视化：Geo数据库可以将地理信息以地图的形式可视化，提供直观的地理信息展示方式。
5. 数据更新和维护：Geo数据库支持对数据进行更新和维护，确保数据的准确性和时效性。
6. 跨平台应用：Geo数据库可以跨平台应用，支持各种操作系统和软件环境，方便用户的使用。
总之，Geo数据库具有强大的地理空间数据处理、分析和可视化能力，能够满足各种地理信息系统的需求，是地理信息产业中重要的组成部分。
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点状地物
线状地物
面状地物
复杂地物
电 视 塔
桥 梁
车 站
道 路
水 管
电 力 线
建 筑 物
公 湖 园
Hale Waihona Puke 矿 山大 学 县5.1.2 空间数据库
数据 存储
数 据 库
数据 管理
原始信息 数据库
• • •
程序库 (数据库软件)
主要表现在：用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完 成后再将决策结果存储在空间数据库中。 概念 ：某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合 。 特点 ： – 数据量特别大 ; – 既有属性数据，又有空间数据 ; – 数据应用广泛 。
查询与操作
文字、数字
5.2 空间数据管理
GIS数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别 于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：
海 量 数 据 特 征
分 类 编 码 特 征
非 结 构 化 特 征
多 尺 度 与 多 态 性
空 间 关 系 特 征
抽 象 特 征
空 间 特 征
文件/关系数据库混合管理
2 a 1 d
b Ⅰ c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
6
M
Ⅰ
Ⅱ
a 1 2 2
b 3 3
c 4 4
d 1 3
c 4 3
e 5 5
f 6 6
g 4
1 层次数据模型 1 层次数据模型
• 缺陷： • 结构呆板，缺乏灵活 性 • 同一属性数据要存储 多次，数据冗余大 （如公共边） • 不适合于拓扑空间数 据的组织
数字形式
文字
图形
图像
声音
语言
数据
计算机
数据库技术
保存和管理大量复杂的数据
图 数据库大致组成的结构图
数据库中数据组织层次
•
数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据 项、记录、文件和数据库。
– 1、数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、 基本项、字段等。 – 2、记录：由若干相关联的数据项组成。 – 3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体 值的集合。 – 4、数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具 有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系 的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的 集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。
地理空间数据库 制作与使用
5.1 空间数据库概述
5.1.1 数据库基础
数据库概述
• 建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记 忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些 数据相关联的事物。 • 地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据 库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以 有人把它称为空间数据库。 • 定义：数据库就是为了一定的目的，在计算机系 统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相 关联的数据集合。
根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一 定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高 空间操作的效率
GIS中引入空间索引的必要性
工作区建立 查询、显示 数据提取
常见空间索引方法
对象范围索引 格网索引 四叉树索引 R树和R+树索引
空间索引：对象范围索引
空间对象集合
4
面向对象模型
• 面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录， 而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。 • GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状 地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这 四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。
空间地物
观察的现象、 文件与地图
存储于检索
数据库
存储于检索
原始数据 数据预处理
展示与交互
制图
结构化数据
查询与分析
图 数据库功能
数据库的应用领域
随着信息时代的发展，数据库也相应产生了一些新的应用领域。主要表现在下面 6个方面。
多媒体数据库
信息检索系统
移动数据库
生活 工作 学习
分布式信息检索
空间数据库
专家决策系统
空间数据的组成：从类型上分有栅格数据库和矢量数据库两类，其中栅 格数据包括航空遥感影像数据和DEM数据；矢量数据则包括各种空间实 体数据（图形和属性数据）
空间数据库
空间对象 影 像
数 字 高 程 模 型
空间对象
空间对象
图 空间数据库组成
举例
传统数据库与空间数据库的比较
传统数据库 数据连续性/相关性 实体类型/空间关系 记录长度 不连续 相关性小 少 简单固定 结构化 等长 空间数据库 连续 较强空间相关性 多 复杂且不固定 非结构化 不等长 文字数字 空间图形
GIS用户界面
高级语言
数据库开发语言
ID 几 何 数 据 属 性 数 据
图形用户界面 属性用户界面
图形处理 图形 文件库
DBMS 属性 数据库
早 期
图形处理
DBMS
GIS用户界面
高级语言
ODBC协议
数 数 据 据 文 库 件
图形 文件库
属性 数据库
图形处理 图形 文件库
DBMS 属性 数据库
栅格数据的管理
GIS数据管理方法的4种主要类型 ：
GIS应用 软件
GIS应用软 件
GIS应用软件
GIS应用软 件
管理空间 数据的软件
管理属性 数据的DBMS
扩展DBMS 以容纳空间数据
用户设计 的数据库
商业数据库
空间及 属性数 据文件
空间数据库
属性数据库
空间及属性 数据库
空间及属性 数据库
空间数据索引
空间索引概念
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3学生数广东 研究生
学号 课程号 系名 002312 系名 A01 教师数
课程号 课程名 周学时 学分 系名 教师数 学生数 A01系名 GIS 教师数 4学生数 5研究生
2
网络数据模型
优点： •能明确而方便地表示数据间的复杂关系 •数据冗余小
数据模型
数据模型是数据库系统中实体与实体之 间的联系方式，是衡量数据库能力强弱的主 要形式之一。
每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能 力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方 式。 数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状 模型和关系模型，面向对象模型。
1
层次数据模型
• 它的特点是将数 据组织成一对多 关系的结构。 • 层次结构采用关 键字来访问其中 每一层次的每一 部分。 • 层次数据库结构 特别适用于文献 目录、土壤分类、 部门机构等分级 数据的组织。
– – – – – 所有数据集中存储，数据安全，易于共享 较方便管理多数据源和多时态的数据 支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享 影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询 对C/S的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很 大提高 – 影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致 性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除 – 支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不 同操作系统平台下运行
地理信息系统教程
——第5章 空间数据组织与管理
衡阳师范学院资源环境与旅游管理系 10级 地理科学专业1-2班
主讲人：胡最 2012/10/8
本讲的教学重点与目标
数据库的基本概念 和特点
数据库的功能 和应用领域
地理空间数据库 的原理与方法
我们为什么要学 空间数据库？到 底怎么去学呢？ 这就是本节的重 点内容！
点 1 x1 y1
2
3 4 5 6
x2
x3 x4 x5 x6
y2
y3 y4 t5 y6
3
关系数据模型
• 优点： • 结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运 算和数学运算规则形成的查询要求 • 能搜索、组合和比较不同类型的数据 • 增加和删除数据非常方便 • 缺陷： • 数据库大时，查找满足特定关系的数 据费时 • 对空间关系无法满足
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间 数据库
对象/关系数据库管理
• 这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的管 理，由于由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块 的管理高得多。 • 许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩 展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据，如Oracle 和 Informix等都推出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、 面、圆、长方形等空间对象的API函数。用户不能根据GIS要求对其 进行再定义，一般不带拓扑关系。 • 但是它仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也不能由用户 任意定义，使用上仍然受到一定限制。 • GIS软件：TIGER，Geo++、Geo Tropics等
缺陷： •网状结构的复杂，增加了用户查询和定 位的困难。 •需要存储数据间联系的指针，使得数据 量增大 •数据的修改不方便（指针必须修改）
3
关系数据模型
关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各 种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建 立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
• • • •
优点： 存取方便且速度快 结构清晰，容易理解 数据修改和数据库扩 展容易实现 • 检索关键属性十分方 便
2
网络数据模型
网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连 接关系，是具有多对多类型的数据组织方式 。