文献综述-空间数据库

高级数据库（结课）文献综述

题目：空间数据库

姓名：张广元

学号：Y151021422

学院：计算机与信息工程学院

专业：计算机技术（专业硕士）年级：2015级

任课教师：葛利

2015 年12 月15 日

【前言】

空间数据库是近年来数据库技术研究的热点之一。空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。所谓空间数据是指与空间位置和空间关系相联系的数据。归纳起来它具有以下5个基本特征：

1、空间特征

每个空间对象都具有空间坐标,即空间对象隐含了空间分布特征。这意味着在空间数据组织方面,要考虑它的空间分布特征。除了通用性数据库管理系统或文件系统关键字的索引和辅关键字索引以外,一般需要建立空间索引。

2、非结构化特征

在当前通用的关系数据库管理系统中,数据记录一般是结构化的。即它满足关系数据模型的第一范式要求,每一条记录是定长的,数据项表达的只能是原子数据,不允许嵌套记录。而空间数据则不能满足这种结构化要求。若将一条记录表达一个空间对象,它的数据项可能是变长的,例如, 1条弧段的坐标,其长度是不可限定的,它可能是2对坐标,也可能是10万对坐标; 其二, 1个对象可能包含另外的1个或多个对象, 例如, 1个多边形,它可能含有多条弧段。若1条记录表示1条弧段,在这种情况下, 1条多边形的记录就可能嵌套多条弧段的记录,所以它不满足关系数据模型的范式要求,这也就是为什么空间图形数据难以直接采用通用的关系数据管理系统的主要原因。

3、空间关系特征

空间数据除了前面所述的空间坐标隐含了空间分布关系外。空间数据中记录的拓扑信息表达了多种空间关系。这种拓扑数据结构一方面方便了空间数据的查询和空间分析,另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。特别是有些几何对象,没有直接记录空间坐标的信息,如拓扑的面状目标,仅记录组成它的弧段的标识,因而进行查找、显示和分析操作时都要操纵和检索多个数据文件方能得以实现。

4、分类编码特征

一般而言,每一个空间对象都有一个分类编码,而这种分类编码往往属于国家标准,或行业标准,或地区标准,每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个数是相同的。因而在许多情况下,一种地物类型对应于一个属性数据表文件。当然,如果几种地物类型的属性项相同,也可以多种地物类型共用一个属性数据表文件。

5、海量数据特征

空间数据量是巨大的,通常称海量数据。之所以称为海量数据,是指它的数据量比一般的通用数据库要大得多。一个城市地理信息系统的数据量可能达几十GB,如果考虑影像数据的存贮,可能达几百个GB。这样的数据量在城市管理的其他数据库中是很少见的。正因为空间数据量大,所以需要在二维空间上划分块或者图幅,在垂直方向上划分层来进行组织。

【课题研究的国内外发展现状】

1.2015年的有关研究

在2015年内，国内大概有相关空间数据库的3篇论文发表，分别是：山东省 1 ︰50 万区域地质志空间数据库建设分析（2015年2月），辽宁省1：20万区域水文地质图空间数据库建库方法及研究成果（2015年5月），和基于GIS 的SWAT 模型空间数据库的建立（2015年7月）。下面我将大概的介绍一下这三篇论文的内容。

山东省1 ︰50 万区域地质志空间数据库建设分析和辽宁省1：20万区域水文地质图空间数据库建库方法及研究成果这两篇论文主要是将空间数据库应用在了区域地理信息的地质图建设上了。大概内容是：将我们日常用的地理地图和专用地质图结合起来，再加上更新的地理资料，来把地理的相关数据和属性的要素编制出来。在经过图层的划分，属性录入，无缝接边处理，质量检测等一系列方法，最后用投影变化将数据录入新的地质图，最后建立一些元数据用于解释。

这样的地址空间数据库或水文地质图的建立不仅可为本地区国民经济各部门作总体区域规划部署、科研教育、勘查设计、资源开发、环境保护等提供科学、可靠的基础地质资料，还可以对今后的国土资源合理的开采利用，推动地矿工作信息化系统建设工作都有深远的意义，具有广泛的应用前景。

而基于GIS 的SW AT（Soil and Water Accessment Tool）模型空间数据库的建立则是利用地理信息系统（GIS）强大的空间地理信息分析和管理能力，把DEM(Digital Terrain Model)、土壤类型、土地利用图等，构建达溪河流域空间数据库。它能够可用来模拟预测具有多种土壤类型、土地利用与管理条件流域中土地管理措施对水、沙、化学物质等的长期影响，并且对流域水资源管理、规划及生态环境保护也具有重要意义。

2.2014年的有关研究

在2014年内，国内大概有相关空间数据库的2篇论文发表，分别是：CO2_ECBM地质空间数据库建设方法研究（2014年9月）和空间数据库电子接图表的设计与实现（2014年3月）。

空间数据库电子接图表的设计与实现的论文中，从底层空间数据存储的逻辑结构设计出发，实现了空间数据库电子接图表的数据存储、检索及处理的功能，并编程实现了空间数据接图表的可视化。但是，为使空间数据库电子接图表具有更强的通用性、扩展性和可靠性，具体的参数还应根据具体的硬件和数据库结构进行调整。

CO2_ECBM地质空间数据库建设方法研究一文，它就是为CO2_ECBM技术的实施提供数据支持。首先通过区域调查，测试分析获得数据，在将数据细化，共享，编码，最后按照Geodatabase数据模型储存，从而实现数据的共享，管理和可视化的应用分析。

3.2010-2008年的有关研究

在3年内，国内大概有相关空间数据库的3篇论文发表，分别是：城镇产业布局基础空间信息数据库系统的设计与实现（2010年1月），地质图空间数据库自动检查系统的设计（2010年12月）和基于历史关系数据库的时空数据库实现研究（2008年9月）。这几年的空间数据库的发展比较的发散，有应用到城镇布局的，有应用到简单的人工智能的，还有结合时间所应用的时空数据库的。

城镇产业布局基础空间信息数据库系统的设计与实现，它综合利用地理信息系统技术、数据库技术和空间数据库引擎技术,提出了基于SQL Server和ArcSDE技术构建城镇产业布局基础空间信息数据库的基本方法,并在该方法之上建立了数据库模型系统,可用于城镇产业布局空间信息数据的有效组织、管理和应用。通过建设城镇产业布局基础空间信息数据库系统,可以实现小城镇区域多源、多尺度、海量城镇基础空间数据的有机整合和高效的组织管