空间数据库第一章 什么是空间数据库
空间数据库的概念
空间数据库的概念
空间数据库是指地理信息系统在计算机物理存储介质上存储与应用相关的地理空间数据的总和，包括一组特定结构的文件。
空间数据库主要处理空间数据，如地图、城市规划、地理信息系统等。
空间数据包括空间信息和非空间信息，其中空间信息包括几何数据、空间关系数据和属性数据等，非空间信息包括时间戳、布尔值、文本注释等。
空间数据库的特点包括以下几个方面：
1. 数据量大：空间数据通常包含大量的几何数据和属性数据，因此空间数据库的数据量相对较大。
2. 数据类型复杂：空间数据包括多种类型的数据，如点、线、面、多边形等，这些数据类型之间的转换和处理比较复杂。
3. 数据关系复杂：空间数据中的空间关系比较复杂，如相邻、包含、交叉等，这些关系需要用不同的数据结构进行存储和处理。
4. 数据更新频繁：空间数据经常需要进行更新，如添加新数据、修改现有数据、删除旧数据等，因此需要保证数据的完整性和一致性。
5. 数据查询分析复杂：空间数据需要进行复杂的查询和分析，如查找相邻对象、计算面积、距离等，因此需要使用高效的查询和分析算法。
总之，空间数据库是一种处理和存储空间数据的特殊类型的数据库。
《空间数据库》复习
《空间数据库》复习在当今数字化的时代，空间数据的管理和应用变得越来越重要。
空间数据库作为专门用于存储和管理空间数据的系统，对于地理信息系统、城市规划、环境保护等众多领域都具有关键作用。
为了更好地掌握这一重要的知识领域，让我们来进行一次全面的复习。
首先，我们来了解一下什么是空间数据库。
简单来说，空间数据库就是能够有效地存储、管理和查询空间数据的数据库系统。
空间数据与传统的数值或文本数据不同，它具有空间位置、形状、大小等特征。
例如，地图上的点、线、面等地理要素，以及它们之间的空间关系，都属于空间数据。
空间数据库的特点主要包括以下几个方面。
一是数据量大，因为它需要涵盖广阔的地理区域和丰富的细节信息。
二是数据结构复杂，不仅包含属性数据，还包含空间几何数据，如点、线、面等，以及它们之间的拓扑关系。
三是查询操作复杂，常常需要进行空间位置的查询、空间关系的判断等。
在空间数据库中，常见的数据模型有矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型通过点、线、面等几何对象来表示地理实体，其优点是数据精度高、存储空间小、便于编辑和更新。
栅格数据模型则将地理空间划分为规则的网格，每个网格单元对应一个数值，适用于对连续现象的表示，如地形、温度等。
空间索引是提高空间数据库查询效率的重要技术。
常见的空间索引方法有 R 树、四叉树、网格索引等。
R 树是一种基于空间分割的索引结构，能够有效地支持空间范围查询和最近邻查询。
四叉树则是将空间区域不断地四分，形成层次结构，适用于区域查询。
网格索引则是将空间划分为固定大小的网格，通过网格来快速定位数据。
在数据存储方面，空间数据库需要考虑如何有效地存储空间数据和属性数据。
一般来说，空间数据可以采用二进制大对象（BLOB）的方式存储在数据库中，而属性数据则可以按照常规的数据库字段进行存储。
接下来谈谈空间数据库的查询处理。
空间查询包括空间选择查询、空间连接查询等。
空间选择查询是根据空间位置或空间关系来筛选数据，例如查找距离某个点一定范围内的所有对象。
空间数据管理系统概论复习
《空间数据库管理系统概论》期末复习考试第一章绪论1.空间数据库: 是指在地球表面某一范围内与空间地理有关, 反应某一主题信息旳数据集合, 是一类以空间目旳作为存储对象旳专业数据库, 是GIS旳关键和基础。
2.空间数据: 是指以地球表面空间位置为参照旳自然、社会和人文经济景观数据。
它包括文字、数字、图形、影像、声音、图像等多种体现形式, 如地名地址、数字高程、矢量地图、遥感影像、地理编码数据、多媒体地图等。
3.矢量数据: 是一种用点、线、面等基本空间要素体现人们赖以生存旳自然世界旳数据。
4、栅格数据：是把地理空间中旳事物和现象作为持续旳变量或体来看待, 如大气污染、植被覆盖、土壤类型、地表温度等。
5、空间数据旳特性: 1）空间特性2）非构造化特性3）空间关系特性4）时态特性5）多尺度特性6.空间数据库: 在地球表面某一范围内与空间地理有关, 反应某一主题信息旳数据集合。
7、空间数据库旳特点: 1）数据量大2）空间数据与属性数据旳集3）应用广泛8、空间数据库管理系统: 位于顾客与操作系统之间旳一层数据管理软件。
对空间数据库旳所有操作都是在空间数据库管理系统旳统一管理和控制下进行旳。
9、空间数据库管理系统旳特点: 1）空间数据旳定义和操纵2）空间数据旳组织、存储和管理3）后台旳事务管理和运行管理4）数据库旳建立和维护10、空间数据系统旳一般由四部分构成: 1）空间数据库2）空间数据库管理系统3）数据库管理员4）顾客和应用程序11.既有旳两个空间数据原则简介:（1）简朴要素旳SQL实现规范（SFA SQL）: 第一部分定义旳是几何对象旳不同样体现方式和空间参照系统旳体现方式；这个规范不是针对某个特定平台定义旳, 具有平台独立性。
第二部分定义了第一部分定义旳简朴要素模型在数据库中旳实现, 给出了内模式下几何类型旳定义及有关实现。
（2）SQL多媒体及应用包旳第三部分: 1）空间定义了矢量数据存储于检索旳有关原则；2）静态图像定义了静态图像数据存储于检索旳有关原则。
空间数据库
1什么是数据库、空间数据库、空间数据库管理系统、空间数据库应用系统？
数据库是人们收集并抽取应用所需的大量数据后，将其保存期来已供进一步的加工处理，抽取有用信息。
是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。
空间数据库：是某一区域关于地理要素特征的数据集和，是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用地理空间数据的总和，一般以一系列特征结构的文件的形式组织存储在存储介质上。
空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义。
空间数据库应用系统：提供给用户访问俄亥俄操作空间数据库的用户界面，是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的应用软件。
2.需求分析阶段应解决的主要问题？
需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，也是软件研发是否成功的前提条件。
应解决问题有：调查用户需求、需求数据的收集和分析、编制用户需求说明书。
3.结构设计包括哪些内容？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。
地质09-04
310903010414
马栋赟。
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。
空间数据库
空间数据库模型
•基于纯关系数据库的管理方式
•第一种方式：
•关系数据模型组织
•GIS软件商在标准DBMS顶层开发一 个能容纳、管理空间数据的系统功 能
GIS应用 开发与维护 扩展DBMS以容纳 空间数据
GIS开发人员
空间数据库模型
•基于纯关系数据库的管理方式
•第一种方式：
E
多边形编号 P1 P1 P1 P1 边号 a b c d 边长
返回
空间数据库的概念
•空间数据库系统 空间数据库、空间数据库管 理系统以及其它们的软、硬件 系统的总称。
空间数据库模型
•传统数据库模型 数据结构：是指数据的组织形式，在计算机存储、管理和处理的 数据逻辑结构 数据模型：是描述实体及其相互关系的数学描述，是空间数据库 建立的逻辑模型 层次模型 网络模型
N
边号 起结点号 1 2 终结点号 7 1
P1
P2
a b …
C
结点号 1 2 … x .. … y … …
空间数据库模型
•基于纯关系数据库的管理方式
•第二种方式：
•将图形数据的变长部分处理成 Binary Block字段 •由GIS开发人员完成
GIS应用 开发与维护 关系数据库
GIS开发人员
空间数据库模型
•对象数据模型的含义
•
地理信息系统原理
聂俊堂 昆明冶金高等专科学校测绘学院
第四讲 空间数据库模型
1. 空间数据库的概念 2. 空间数据库模型
空间数据库的概念
•空间数据库 是地理信息系统在计算机物理存储 介质上存储和应用的相关地理空间数 据的总合 空间数据、属性数据以及时间数据 •空间数据库系统 空间数据库、空间数据库管理系统 以及其它们的软、硬件系统的总称。
空间数据库习题答案
空间数据库习题答案空间数据库习题答案随着科技的不断发展，空间数据库在地理信息系统（GIS）领域中起着至关重要的作用。
它可以存储和管理各种地理数据，包括地图、卫星图像、地理坐标等。
而在学习空间数据库的过程中，习题是提高理论与实践能力的重要途径。
下面将为大家提供一些空间数据库习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是空间数据库？空间数据库是一种用于存储和管理地理信息数据的数据库系统。
它可以存储各种地理要素的空间位置和属性信息，并提供强大的查询和分析功能。
空间数据库的设计和实现需要考虑空间索引、空间查询、空间分析等方面的问题。
2. 空间数据库有哪些常见的数据模型？常见的空间数据库数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。
层次模型将地理要素组织成层次结构，通过节点和边的关系来表示空间关系。
关系模型使用表格来存储地理要素的属性和空间关系，通过关系代数和SQL语句来查询和分析地理数据。
对象模型将地理要素作为对象来表示，通过面向对象的方法来操作地理数据。
3. 什么是空间索引？空间索引是一种用于提高空间查询效率的数据结构。
它可以将地理要素的空间位置信息进行组织和存储，以便快速地检索满足特定空间条件的地理要素。
常见的空间索引包括R树、四叉树、网格索引等。
4. 如何进行空间查询？空间查询是指根据特定的空间条件来检索满足条件的地理要素。
常见的空间查询包括范围查询、邻近查询、交叉查询等。
在进行空间查询时，可以利用空间索引来提高查询效率。
例如，对于范围查询，可以使用R树索引来快速找到满足范围条件的地理要素。
5. 空间数据库中的空间分析有哪些应用？空间分析是指对地理要素进行空间关系分析、空间统计分析等操作。
在空间数据库中，可以进行缓冲区分析、叠加分析、网络分析等。
例如，缓冲区分析可以根据给定的距离，在地图上绘制出一定范围内的缓冲区，以便分析和规划。
6. 空间数据库的应用领域有哪些？空间数据库广泛应用于地理信息系统、城市规划、环境保护、交通运输等领域。
空间数据管理：空间数据库
空间数据库的发展和应用推动了地理信息产业的快速发展，为智慧城 市、环境保护、资源调查等领域提供了重要的技术支撑。
空间数据库的应用领域
智慧城市
空间数据库在智慧城市建设 中发挥着重要作用，支持城 市规划、交通管理、公共安 全等方面的应用。
环境保护
资源调查
空间数据库可用于环境监测、 生态保护、灾害预警等领域， 为环境保护提供科学依据。
数据管理层
负责数据的逻辑存储，包括数据表、索引、视图等数 据结构。
应用层
负责提供数据访问接口，包括查询语言、应用程序接 口等。
空间数据库的存储方式
分布式存储
将数据分散存储在多个节点上，以提高数据存储的可靠性和可扩 展性。
列式存储
按照列进行数据存储，有利于数据的压缩和快速查询。
图式存储
将数据以图的方式进行存储，适用于具有复杂关系的数据。
3
人工智能还可以实现空间数据的预测和优化，为 决策提供更加精准的依据。
THANKS
感谢观看
特点
空间数据库具有空间索引、空间关系和空间分析等特性，能够高效地处理和查 询空间数据，支持地理信息系统（GIS）的应用。
空间数据库的重要性
数据整合与共享
空间数据库能够整合不同来源和格式的空间数据，实现数据的共享 和交换，提高数据利用率。
决策支持
空间数据库能够提供强大的空间分析功能，支持各种地理信息应用， 为政府、企业和学术界的决策提供有力支持。
空间数据库的性能优化
01
索引优化
合理使用索引，提高数据检索速度。
缓存技术
利用缓存技术减少对数据库的频繁 访问，提高系统响应速度。
03
02
查询优化
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•信息系统的输入、输 出？ •信息系统输入输出过 程中，还要做什么？
➢信息系统：具有数据采集、 管理、分析、表达能力，能 为决策提供有用信息的系统。
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 基于计算机的信息系统的4个要素：
信息系统
计算机 硬件
计算机 软件
数据
系统人 员和用
户
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 地理信息+信息系统：地理信息系统
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论二：地理信息系统具有采集、管理、分析地 理数据和表达地理信息的能力。包括空间数据库 建设和空间数据库的应用两个层次
GIS的工作流程
GIS工作流程
空间数据库建设——数据获取
空间数据库建设——编辑变换处理
目的：保证数据在入库时在内容上的完整性， 逻辑上的一致性 内容：数据编辑
➢概念：具有地理数据的采集、管理、分析、表 达能力，能为决策者提供有用地理信息的系统。
➢推论1：地理信息系统采集的数据为空间数据，即具有空间 位置，又具有属性特征。地理信息系统的数据库因此又称为空 间数据库。 ➢推论二：地理信息系统具有采集、管理、分析地理数据和表 达地理信息的能力。包括空间数据库建设和空间数据库的应用 两个层次。 ➢推论三：地理信息系统包括计算机硬件、软件、数据、系统 开发人员和用户，但由于处理和分析的是地理数据，因此，在 通用的硬件、软件基础上，还有体现专业特点的硬、软件。
1 2 3
空间位置 1
1月气温 3
7月气温 30
➢地理数据：各种地 理特征和现象间关系 的符号化表示，包括 空间位置、属性特征、 时态特征。
➢地理信息：对地理 数据的解释、运用与 解算
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从系统到信息系统
➢系统：
•1、功能：整体>部分和 •2、物质和能量流动，即输 入、输出 •综合1、2：输入-处理-输出
第一章 什么是空间数据库
❖1.1 地理信息系统名词分析 ❖1.2 名词分析与空间数据库 ❖1.3 空间数据库构建任务
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 什么是GIS？
GIS的名词剖分理解
地理信息系统
地理数据
地理信息
信息系统
数据
信息
系统
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从数据到信息
小明去年的数学成绩为20分，语文成绩为68分，今 年的数学成绩考了80分，语文考了69分。
简单数据结构
❖ Shapefile概述
单类型 多文件
*.shp：空间数据 *.dbf：属性数据 *.shx：空间索引 *.sbn;*.sbx：空间位置索引 非拓扑
简单数据结构
❖ 简单数据结构——优缺点 优点：简单 缺点：数据冗余、不利于空间分析
A
BI
E
P1 P2 D
F
CH G
P1：{A，B，C，D} P2：{E，F，G，H，I}
格式转换 坐标变换 投影变换 数据概化 数据重构（拼接、截取、压缩）
空间数据库应用——GIS检索和分析
空间置查询 属性查询 拓扑查询
地形分析 网络分析 缓冲区分析 几何量测 地图分析 叠置分析 统计分析 决策分析
空间数据库应用——GIS数据输出
• 数据交换 • 统计表格 • 制图：专题地图、影象地图、统计地图、地形图
混合式
扩展式
应用界面
应用界面
空间 处理
属性 空间 处理 处理
属性 处理
空间
属性 空间数据管理层
数据 ID 数据
管理
管理
RDBMS
空间
属性
数据 库
数据 库
空间与属性数据库
开放式
应用界面
空间 处理
属性 处理
专门的DBMS
空间与属性数据库
栅格数据的空间数据组织
❖ 栅格数据：像元阵列
栅格图像 实际地面
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论1：地理信息系统采集的数据为空间数据，既 具有空间位置，又具有属性特征。地理信息系统 的数据库因此又称为空间数据库。
名称、楼层、楼高、 用途等
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 空间数据库：空间数据和属性数据的组织
➢矢量 ▪混合式 ▪扩展式 ▪开放式
➢栅格
矢量数据的空间数据组织
1.2 名词分析与空间数据库
❖ 推论三：地理信息系统包括计算机硬件、软件、 数据、系统开发人员和用户，但由于处理和分析 的是地理数据，因此，在通用的硬件、软件基础 上，还有体现专业特点的硬、软件
空间数据库 建设和应用 必备要素
GIS的硬件 GIS的数据 GIS的软件 GIS的系统人员
1、GIS硬件
——上面描述有那些数据，你能得出结论？
➢数据：某一目标定性、定量的描述，包括数字、 文字、符号、图形、图像等，是未加工的原始材料。 ➢信息：对数据的解释、运用与解算，是用数字、 文字、符号、语言等介质表示事件、事物、现象等 的内容、数量或特征。
1.1 地理信息系统名词分析
❖ 从地理数据到地理信息
成都 的气 温数 据
空间数据库建库
CDIO教学改革教案 作者：陈军
本学期我们的任务
❖ 老师讲述空间数据库的基本知识 ❖ 熟悉空间数据库建库的软件 ❖ 示范案例：林业空间数据库的建立 ❖ 讨论完成：自选题目完成空间数据库构建
提纲
❖第一章 什么是空间数据库 ❖第二章 林业空间数据库设计 ❖第三章 林业空间数据库数据输入与编辑 ❖第四章 林业空间数据库数据入库 ❖ 案例的讨论与提高
文档 图表、表格 图片、图像
2、GIS数据——数据模型
❖ 1）矢量数据模型 简单数据结构（面条结构）：如Shapefile 拓扑数据结构：如Coverge 面向对象的数据模型：如Geodatabase
❖ 2）栅格数据模型
1）矢量数据模型
简单数据结构（面条结构）
数据按点、线、 面为单元进行 组织，点、线、 面都有自己的 坐标数据。最 典型的是面条 结构。
❖ 一般硬件 网络设备、存储设备、处理器、输入设备 （键盘、鼠标、扫描仪）、输出设备（打印机）
❖ 专业硬件 输入设备：GPS、全站仪、解析和数字摄影测量 仪器、数字化仪 输出设备：绘图仪等
2、GIS数据
矢量数据
空
间
数 据
栅格数据
库
数
据 体
元数据
系
其他数据
空间数据 属性数据 专题地图 遥感影像
拓扑数据结构
❖ 拓扑数据结构
拓扑：几何图形在连续变形下保持不变的性质，空间目 标的空间关系（关联、邻接、包含等）属于拓扑关系 拓扑数据结构：不仅存储空间位置，同时存储空间关系
A