空间数据库的发展与应用
空间数据库结课报告—空间数据库的发展与应用学号：
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指导老师：
中国地质大学（武汉）信息工程学院
2013年1月
目录
一、前言 (3)
二、空间数据库的简介及特征 (3)
2.1空间数据库简介 (3)
2.2空间数据库的特征 (3)
2.2.1空间数据库的完备性 (3)
2.2.2空间查询的执行效率 (3)
2.2.3空间数据的物理特征 (4)
三、空间数据库管理系统模式 (4)
四、空间数据库的应用模式 (4)
4.1文件与关系数据库混合管理系统 (4)
4.2全关系型空间数据库管理系统 (5)
4.3对象—关系数据库管理系统 (6)
4.4面向对象空间数据库管理系统 (6)
4.5面向对象的矢栅一体化空间数据库管理系统 (6)
五、空间数据库的实际应用.......................................................................................... .7
5.1空间数据库实际应用的必要性 (7)
5.2空间数据库的具体应用 (7)
5.2.1实例1—石油地质空间数据库 (7)
5.2.2实例2—城市规划图 (9)
六、结束语 (10)
参考文献 (11)
空间数据库的发展与应用
XXX
（中国地质大学（武汉）信息工程学院湖北武汉 430074）
摘要：在GIS的基础上，鉴于实际需求下，空间数据库应运而生，本文从空间数据库的简单介绍开始，主要概述了空间数据库的发展、特征、应用类型及其在发展中的一些实际应用。在通过对文献的阅读它的实际作用和空间数据库管理系统模式的概述，对空间数据库从三方面有了进一步的了解，最后列出空间数据库在实际应用中的具体案例。
关键词：空间数据库；GIS；特征；模式；类型；应用。
一、前言
地理信息系统( Geographic Informa tion System ,GIS)融合了信息学、地理学、测绘学、城市科学等一系列科学技术,是一门典型的边缘学科。经过40余年的发展,GIS 经历了从最早期简单的机助制图,到现在与
卫星遥感技术相结合的过程,已经发展成为
一项非常成熟的应用技术,活跃于生产和生
活的各个部门。但是,GIS 的广泛应用和深
入发展, 也给 GIS 数据库带来了数据量激
增的问题，而且传统GIS中空间数据与属性数据是分别存储的,即空间数据(图形数据)
以文件格式存放,非空间数据(属性数据)则
存放在关系数据库中,形成文件 + 关系数
据库的二元存储模式。这样的存储方式在数据安全和数据共享方面都存在着不少缺陷。基于这种情况,GIS自身的数据存储能力显
然已经不能完全满足实际需求,需要借助功
能更加强大的外部数据库来存储和处理海
量数据。空间数据库正是在这一背景下应运而生, 并应用到了 GIS中。
二、空间数据库的简介及
特征。
2.1空间数据库简介
空间信息是指与位置（特别是地理位置）有关的信息，它在信息中占有相当大的比例（曾有统计可达 80%）然而，空间信息又有其特殊的一面，它具有诸如数据量巨大、结构复杂多样操作是计算密集型的具有自相关性等特性随着IT技术的迅速发展，以GIS 为代表的空间信息技术在各领域得到了应用，同时遥感等空间信息获取技术不断进步，现代社会对位置服务和分析决策的需要也日益迫切，因此深入研究和掌握空间信息技术的理论与方法的重要性也日益凸显出来空间数据库是近年的热点研究领域，是一门前沿的交叉学科其研究成果（如空间多维索引）开始应用于许多不同领域正是已有应用的需求推动了空间数据库管理系统的研究，这些应用包括地理信息系统（geographical information system ,GIS）和计算机辅助设计（computer-aided design ,CAD），以及诸如多媒体信息系统数据仓库等近年来，许多计算机应用领域通过扩充数据库管理系统的功能来支持与空间相关的数据空间数据库管理系统（spatial database management system ,SDBMS）研究是找到有效处理空间数据的模型和算法的重要步骤。
2.2空间数据库的特征
2.2.1空间数据的完整性
所谓完整性，就是数据的正确性和一致性，在关系型数据库中，有实体完整性参照完整性用户自定义完整性；在空间数据库中，语义层面的空间数据的正确性和一致性，就很难界定，它要比关系型属性数据复杂得多。打个比方一条道路横跨一条河流，必然经过一座桥，而如果不经过，就必然违背了空间数据的正确性，也就是说不完整这只是一个很简单的例子，类似于这样的空间语义关系，
是需要空间数据库提供用户自定义完整性约束，保证空间数据的完整性。
2.2.2空间查询的执行效率
一个带有空间和属性的混合查询，是先进行空间查询，再进行属性查询，还是反过来，先进行属性查询，再进行空间查询，还是多个步骤交错进行，这是一个值得思考的问题。
2.2.3空间数据的物理存储
物理存储，关系到空间数据添加删除修改的性能。而目前，空间数据是以二进制对象或字符等形式，交给关系型数据库来管理的，屏蔽了物理层的存储细节，粒度较大；同时，空间聚簇与数据更新存在矛盾，如果这些问题交给关系型数据库来处理，还很难得到较好的解决，需要单独针对空间数据实现物理存储的管理空间数据存储在数据库里，实现数据共享；空间数据挖掘也是提高空间数据库智能化水平的手段。
三、空间数据库管理系统
模式
空间数据库是一类特殊且重要的数据库,在其内部存储了大量与空间有关的数据,如地图、遥感数据等。更重要的一点是,空间数据库具备将空间数据与属性数据无缝链接和一体化存储管理的能力。由于空间数据带有空间拓扑结构和位置关系,并且相互之间存在数据依赖问题,所以较之关系型数据库和事务型数据库,空间数据库在数据存储机制、数据组织结构和数据访问方式等方面有诸多不同之处,且要复杂得多。对空间数据库的访问通常需要采取空间推理、空间知识表示等技术来实现。GIS是空间数据库发展的主体。采用空间数据库技术存储数据,是当前GIS应用和发展的要求。怎样有效地存储、管理和挖掘海量数据,已经成为 GIS所面临的最紧迫的问题之一。如果没有外部数据库的支持,仅凭GIS自身的存储能力,很难从根本上解决这一问题。而空间数据库的应用使海量的空间数据和属性数据实现了一体化存储,并使更广泛的空间数据共享成为可能。此外,空间数据库也是空间数据挖掘的基础。空间数据挖掘是指对空间数据库中非显式存在的知识、空间关系或其它有意义的模式等的提取,是数据挖掘技术在空间领域的一个分支。空间数据库存储的海量数据是空间数据挖掘的必要前提。在空间数据库上进行数据挖掘,能够找出大量隐含的、对管理和研究工作有指导意义的知识,是对空间数据库中数据的深层应用。在某些对数据要求比较高的情况下,还可以按照一定主题,对空间数据库中的数据进行抽取、转换和清洗,形成更高层次的空间数据仓库,更好地支持空间数据挖掘和与空间数据有关的决策过程。
四、空间数据库的应用模
式
由于空间数据的复杂性和特殊性, 一般的商用数据库管理系统难以满足要求。因而, 围绕空间数据管理方法, 出现了几种不同的模式。
4.1文件与关系数据库混合管
理系统
由于空间数据具有以上几个特征,市场上通用的关系数据库管理系统难以满足要求。因而大部分GIS软件采用混合管理的模式。即用文件系统管理几何图形数据,用商用关系数据库管理系统管理属性数据,它们之间的联系通过目标标识或者内部连。
在这种管理模式中,几何图形数据与属性数据除它们的oid作为连接关键字段以外, 两者几乎是独立地组织、管理与检索。就几何图形而言, 由于GIS系统采用高级语言编程,可以直接操纵数据文件,所以图形用户界面与图形文件处理是一体的,
中间没有裂
缝。但对属性数据来说,则因系统和历史发展而异。早期系统由于属性数据必须通过关系数据库管理系统,图形处理的用户界面和属性的用户界面是分开的,它们只是通过一个内部码连接,如图2所示，导致这种连接方式的主要原因是早期的数据库管理系统不提供编程的高级语言如Fortran 或C的接口,只能采用数据库操纵语言。这样通常要同时启动两个系统(GIS 图形系统和关系数据库管理系统),甚至两个系统来回切换, 使用起来很不方便。
最近几年,随着数据库技术的发展, 越来越多的数据库管理系统提供高级编程语言C 和 Fortran等接口,使得地理信息系统可以在C语言的环境下,直接操纵属性数据, 并通过C语言的对话框和列表框显示属性数据, 或通过对话框输入SQL语句,并将该语句通过C语言与数据库的接口查询属性数据库, 并在GIS的用户界面下,显示查询结果。这种工作模式,并不需要启动一个完整的数据库管理系统,用户甚至不知道何时调用了关系数据库管理系统,图形数据和属性数据的查询与维护完全在一个界面之下。在ODBC(开放性数据库连接协议)推出之前,每个数据库厂商提供一套自己的与高级语言的接口程序,这样 GIS 软件商就要针对每个数据库开发一套GIS的接口程序,所以往往在数据库的使用上受到限制。在推出了ODBC 之后,GIS 软件商只要开发GIS与ODBC的接口软件,就可以将属性数据与任何一个支持ODBC协议的关系数据库管理系统连接。无论是通过C还是通过ODBC与关系数据库连接,GIS用户都是在一个界面下处理图形和属性数据,它比前面分开的界面要方便得多。这种模式称为混合处理模式, 如图3 所示。
采用文件与关系数据库管理系统的混合管理模式,还不能说建立了真正意义上的空间数据库管理系统,因为文件管理系统的功能较弱, 特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。多用户操作的并发控制比起商用数据库管理系统来要逊色得多,因而GIS 软件商一直在寻找采用商用数据库管理系统来同时管理图形和属性数据。
4.2全关系型空间数据库管理
系统
全关系型空间数据库管理系统是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理。关系数据库管理系统的软件厂商不作任何扩展,由GIS 软件商在此基础上进行开发,使之不仅能管理结构化的属性数据, 而且能管理非结构化的图形数据。用关系数据库管理系统管理图形数据有两种模式, 一种是基于关系模型的方式,图形数据按照关系数据模型组织。这种组织方式由于涉及一系列关系连接运算,相当费时,例如为了显示一个多边形,需要找出组成多边形的采样点坐标。它要涉及到4个关系表,作多次连接投影运算,这一查询的语句如下：
Select X, Y
From P, E,N , C
Where P·P# = E·P# and E·E# = N ·E
# and (N·BN = C·N # and N·EN = C·N # )
对于这样简单的实例,
需要作如此复杂
的关系连接运算,非常费时。由此可见,关系模型在处理空间目标方面效率不高。用关系数据库管理系统管理图形数据的另一种方式是将图形数据的变长部分处理成Binary 二进制块Block 字段。目前大部分关系数据库管理系统都提供了二进制块的字段域, 以适应管理多媒体数据或可变长文本字符。GIS 利用这种功能,通常把图形的坐标数据, 当作一个二进制块,交由关系数据库管理系统进行存贮和管理。这种存贮方式,虽然省去了前面所述的大量关系连接操作,但是二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢得多, 特别是涉牵对象的嵌套, 速度更慢。
4.3对象-关系数据库管理系统
由于直接采用通用的关系数据库管理系统的效率不高,而非结构化的空间数据又十分重要,所以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, 使之能直接存贮和管理非结构化的空间数据, 如 Ingres, Inform ix 和Oracle 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A P I函数。这些函数,将各种空间对象的数据结构进行了预先的定义,用户使用时必须满足它的数据结构要求,用户不能根据GIS 要求(即使是GIS 软件商)再定义。例如这种函数涉及的空间对象一般不带拓扑关系, 多边形的数据是直接跟随边界的空间坐标, 那么GIS用户就不能将设计的拓扑数据结构采用这种对象—关系模型进行存贮。这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据变长记录的管理,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。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。
4.4面向对象空间数据库管理
系统
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。面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。这样,我们可以将空间对象根据GIS的需要,定义出合适的数据结构和一组操作。这种空间数据结构可以是不带拓扑关系的面条数据结构, 也可以是拓扑数据结构, 当采用拓扑数据结构时, 往往涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。当前已经推出了若干个面向对象数据库管理系统如O2、Object store otorn 等, 也出现了一些基于面向对象的数据库管理系统的地理信息系统,如GDE 等。但由于面向对象数据库管理系统还不够成熟, 价格又昂贵, 目前在GIS领域还不太通用。相反基于对象—关系的空间数据库管理系统将可能成GIS空间数据管理的主流。
4.5面向对象的矢栅一体化空
间数据库管理系统
以上所述空间数据库管理系统主要是针对图形矢量空间数据的管理而采取的方案。当前除图形矢量数据以外,还存在大量影像数据和DEM 数据,如何将矢量数据、影像数据、DEM 数据和属性数据进行统一管理, 已成为空间数据库的一个重要研究方向(Ehlers, 1989, Figueroa, 1990)。一种实现方案是采用面向对象矢栅一体化空间数据模型。面向对象的矢栅一体化数据模型是面向对象技术与空间数据库技术相结合的产物。面向对象技术已成为现代计算机技术的主流技术。在众多领域,面向对象技术已成为新一代软件体系结构的基石。面向对象数据模型和面向对象的空间数据管理一直是地理信息系统领域所追求的目标。自80 年代末、90年代初,人们就相当重视面向对象技术在GIS 领域中的应用, 软件技术也在不断发生变革,较早推出的面向对象 GIS 软件 System 9,对面向对象方法GIS 中的应用起了较大推动作用,之后的Small Word 已使面向对象GIS达到了普及应用阶段。
五、空间数据库的实际应
用
5.1空间数据库实际应用的必
要性
现实生活中, 大部分的数据( 约85%以上) 都具有空间属性,例如,地址、电话号码、客户统计分布数据或者资产分布数据等等。利用这些数据信息的空间属性进行数据分析,可以观察发展趋势,帮助您掌握机遇。总而言之, 能够迅速有效地管理空间数据, 根据其空间属性进行分析,对于当今的企业来说, 是势在必行的。特别是在金融、保险、市场营销、邮电通信、市政管理、城市规划、公安交通、石油地质、医疗保健等领域。而
能够进行空间操作的数据库更具有明显的优势,它包含许多能够根据其地理属性进行分析的基本信息。所有在普通数据库中能够进行的空间操作在空间数据库中均可以进行。使用Or-acle7 Spatial Data Opt ion, 可以围绕数据库建立一个企业级的决策支持系统, 用来处理所有类型的数据, 包括空间属性数据。可以预见,随着信息技术的发展,对于空间数据的管理将显得日趋的重要,因此空间数据库因其数据分析的多维性,或者说是空间性,在数据库的应用方面将扮演越来越重要的角色。
5.2空间数据库的具体应用
5.2.1实例1——石油地质空间数据
库
5.2.1.1研究思路
针对油田上游业务特点，利用空间数据库管理各类空间对象（表 1），建立一个涵盖勘探开发工程设计及油田建设等领域的公共基础地理数据库及其应用系统平台。
如果遇到需要更新的数据（例如，一个圈闭需要更新），就可以利用图形制作软件修改这个圈闭，生成新的版本需要更新各个图件的时候，只需要根据条件和范围选择各类空间对象重新生成图件即可图形数据统一一次修改确立数据权威，减少了工作量，并且由于系统仍然存有老版本数据，还可以进行动态模拟某个图件对象的变化过程通过采用通用图形显示标准应用接口规范及统一授权机制等技术和 SOA架构理念集成已建和未建专业数据库应用系统（图1），为地理地质工程环境条件等专业应用系统提供统一的规范的标准的和集成的基础地理服务及其他个性化应用服务，从而将其逐步打造为一个跨专业多应用和集中展示的油田上游业务综合工作平台，服务于油田上游业务的科研管理及决策工作。
这是一次从图形文件管理向实体对象管理转变，是实现数字油田的一项非常重要不可缺少的基础工作涉及构成图件的所有普通地理和石油专业的所有空间实体对象建设一个与任何制图软件无关的图形存放标准，既有充分的表现力，又简单实用，数据标准是开放的透明的，今后都可遵循这个标准。
5.2.1.2实施步骤
实施步骤分两个阶段完成。
5.2.1.2.1第一阶段
空间数据库和GIS应用平台建设：分析石油空间对象、构建空间数库；开发基于空间数据库的 GIS成图和 GIS应用平台，确立空间对象的服务和安全管理体系。
5.2.1.2.2第二阶段
专业服务体系的设计和开发建设：构建专业服务体系，内容包括构架专业。服务体系，制定专业服务的规范和标准；建立专业服务管理器，内容包括自由配置专业服务的名称调用路径参数设置方法调用方式配置与空间对象的关联功能包括添加配置修改专业服务；制作专业服务，内容包括改造各分类数据库的专业功能，制作成专业服务的形式按油田企业标准设计服务，使之统一风格功能包括查询专业库数据，用图形或表格进行展示。
5.2.1.3应用及效果分析
5.2.1.3.1图形元素的分层控制
就像我们在日常应用中看到的那样，当打开一幅复杂的图件时，由于图上有太多的东西（断层等值线、井位测线等），使人看了眼花缭乱，一时难于找到希望看到的东西（图 2）该图形平台采用分层管理的模式为科研人员解决了这一难题通过分层的机制，科研人员可以关闭不希望看到的层，从而凸现所关注的相关地质信息若要查找某个图元（图上的一个元素），图形平台提供了许多方法找到它，通过名称（比如井名），通过类别、通过层类通过大小通过颜色当找到后，系统通过一个特殊的标志显示出图元的位置通过数字制图平台上的工具，可删除不再需要的层（包括动态图层）可让某层或某些层闪烁。
5.2.1.3.2空间数据查看
现有的图件只是有限数据的组合，它只能反映图件制作时的某些信息人们没有必要也不可能将全部信息都集中到一幅或有限的几幅图件上，即使能做到这一点，新的信息也反映不到已经制作好的图件上按照现代数据管理的模式，空间图形数据应按照数据的类别分类存放基于这样的理念，本图形平台提供了关联任意空间（平面几何）数据库的能力，无论是各个数据结构还是用户自己设计的空间数据库，只要满足一定的空间数据的要求，都可以十分简单方便的集成到图形平台[4~5]（图 3）
用户在该平台下，可通过预先定义、交互定义用现有图件的框架等手段，指定一个（矩形区域），将希望查看的各类地理空间数据依次铺设到该区域上，动态生成一幅新图件，达到实时查看信息的目的如了解某个地区或全油田新的勘探形势局部或全油田新的（或一定时期内的）各类井分布图等不依赖于专业制图人员，任何人都可在短短一二分种内，得到一幅专业级的地质图件不仅空间数据可按层显示，对于任何的一层（一类）数据，在查看中可选择附加的条件比如井位信息，可以定义井别油气田钻探日期等条件对于构造区块可以指定日期等条件。
5.2.2实例2——城市规划图
5.2.2.1引入 GIS软件后，GIS空间数
据在规划成图过程中的应用大大
增加，而引起成图流程及其所用
软件、成果数据的调整，如图 2
所示。
5.2.2.1.1地形图预处理过程
利用 AutoCAD的“矢量图打印成栅格图”功能生成栅格地形图,进而可通过 Map Info 的地图投影功能读入软件中,作为空间分析的背景数字地图。
5.2.2.1.2现状空间分析过程
将 GIS空间数据如现状道路、用地界线、工程管线等数据直接读入 MapInfo中,叠加在分析底图上。通过对现状规划要素的评价分析、比较分析、影响范围分析、平衡分析和门槛分析等空间分析过程,为制定规划方案提供支持。
5.2.2.1.3规划方案成图过程
通过规划分析,找出问题,确定规划方案后,便可在 AutoCAD中画出规划内容 ,这一步与现有规划成图过程相似.但为了利用MapInfo软件对规划内容进行空间检验 ,必须对面状要素(如地块界线等 )进行闭合且按照不同规划内容分层。
5.2.2.1.4规划方案空间检验过程
将 5.2.2.1.3中的图形元素转入Map Info中,编辑、编码完成后,即形成了规划内容的 GIS空间数据.通过对规划要素的用地平衡检验、服务半径检验、投资平衡检验等空间检验过程,评估规划方案的合理性和可实施性。
5.2.2.1.5规划图后期加工过程
通过空间检验,若规划方案不合理,则重返5.2.2.1.3,修改规划方案及内容;若方案合理 ,则在 Au2toCAD中将确定的方案打印成栅格图形文件 ,调入Photoshop中进行后期加工修饰 ,得到的文件可直接打印出图。
5.2.2.2GIS空间数据库在规划成图过
程中的具体应用
5.2.2.2.1在现状分析中的应用
利用 GIS空间数据在 MapInfo中可以对现状要素进行空间分析,主要有:
评价分析:规划范围内的社会、经济、环境等多方面因素都会对规划结果产生影响 ,评价分析就是对这些因素综合影响下的最优化空间方案做出评价选择，这一功能可以通过对各因素的空间叠加 (o2verlay)功能实现。
比较分析:通过对城市不同时期空间的发展化特征比较,能反映城市空间发展的方向和数量；如果GIS空间数据库内具备不同时期的社会、经济发展数据 ,还能对这些数据进行空间的同步分析,从而为规划决策提供直观判断。
影响范围分析:利用SQL选择( SQL select)功能对符合某些属性条件的空间数据进行检索 ,利用缓冲区 ( buffer)功能分析其影响范围，如某个公共设施的服务半径、公交车站点的服务人口等现状。
平衡分析：尤其是可以利用空间数据对不同性质用地进行平衡分析,为调整城市用地结构和规模提供参考和依据。
门槛分析:城市空间拓展往往会遇到一定的门槛,如道路拓宽后两边建筑的拆迁量计算,可以利用缓冲区功能对空间数据进行分析，还可以利用 MapInfo的生成专题图( Thematic Map)功能,将上述多种空间分析结果生成各种直观的分析图,如密度范围图、性质分类图等。这些分析图可以另存为( save window as)栅格图,经 Photoshop 处理后供打印输出,也可直接进入GIS空间数据库对原有数据进行更新和补充。
在规划内容检验中的应用，城市规划本身是一种空间资源调控 ,因此对其内容的检验完全可以利用 MapInfo的空间分析来进行.常见的空间检验有:
用地平衡检验:由于已经获得了规划内容的GIS空间数据,因此完全可以在Map Info中利用 SQL选择功能选取某类用地并自动求和,这一操作仅需一个SQL函数便可完成。
服务半径检验:利用 SQL选择功能将所有符合某些特定属性条件的公共设施选出,利用缓冲区功能,可以非常方便地对它们的服务半径是否符合规范进行检验。
投资平衡检验:通过对现状与规划的GIS空间数据的叠加分析,可以得出规划空间扩展量；再利用 SQL函数对扩展空间按类别选出不同用地并求出面积之和,参照地均投资与产出 ,即可得到规划方案的投资平衡检验。
六、结束语
GIS 处理的是复杂的地理空间信息，与普通数据库的业务逻辑不同，有特定的严密的逻辑系统，包括：空间参考系统、空间数据模型、空间索引、空间对象操作、空间分析等等，在此基础上衍生的空间数据并发、版本、长事务、时序等应用相比非空间数据的应用、管理又复杂得多。因此，只有将GIS 技术和数据库技术相互结合相互渗透才能获得高效、稳定、安全的空间数据库系统。空间数据库是提高GIS数据存储和处理能力的重要技术,GIS是空间数据库的主要应用领域。当今比较完善的空间数据库产品，比如Oracle Spatial和GIS开发平台 MapInfo 构建的空间数据库,不但可以达到空间数据和属性数据无缝集成的目的,同时也为更深层的空间数据挖掘和知识发现和智能化GIS 研究奠定了基础。
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实验空间数据库管理及属性编辑实验报告
实验报告 一、实验名称 二、实验目的 三、实验准备 四、实验内容及步骤 五、实验后思考题 班级：资工（基）10901 姓名：魏文风 序号：28 实验二、空间数据库管理及属性编辑 一、实验目的 1.利用ArcCatalog管理地理空间数据库，理解Personal Geodatabse空间数据库模型的有关概念。 2.掌握在ArcMap中编辑属性数据的基本操作。 3.掌握根据GPS数据文件生成矢量图层的方法和过程。 4.理解图层属性表间的连接(Join)或关联(Link)关系。 二、实验准备 预备知识： ArcCatalog 用于组织和管理所有GIS 数据。它包含一组工具用于浏览和查找地理数据、记录和浏览元数据、快速显示数据集及为地理数据定义数据结构。 ArcCatalog 应用模块帮助你组织和管理你所有的GIS 信息，比如地图，数据集，模型，元数据，服务等。它包括了下面的工具： ●浏览和查找地理信息。 ●记录、查看和管理元数据。 ●创建、编辑图层和数据库 ●导入和导出geodatabase 结构和设计。 ●在局域网和广域网上搜索和查找的GIS 数据。
管理ArcGIS Server。 ArcGIS 具有表达要素、栅格等空间信息的高级地理数据模型，ArcGIS支持基于文件和DBMS(数据库管理系统)的两种数据模型。基于文件的数据模型包括Coverage、Shape文件、Grids、影像、不规则三角网(TIN)等GIS数据集。 Geodatabase 数据模型实现矢量数据和栅格数据的一体化存储，有两种格式，一种是基于Access文件的格式－称为Personal Geodatabase，另一种是基于Oracle或SQL Server等RDBMS关系数据库管理系统的数据模型。 GeoDatabase是geographic database 的简写，Geodatabase 是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型。Geodatabase是ArcGIS软件中最主要的数据库模型。 Geodatabase 支持在标准的数据库管理系统（DBMS）表中存储和管理地理信息。 在Geodatabase数据库模型中，可以将图形数据和属性数据同时存储在一个数据表中，每一个图层对应这样一个数据表。 Geodatabase可以表达复杂的地理要素（如，河流网络、电线杆等）。比如：水系可以同时表示线状和面状的水系。 基本概念：要素数据集、要素类 数据准备： 数据文件：National.mdb ，GPS.txt （GPS野外采集数据）。 软件准备： ArcGIS Desktop 9.x ---ArcCatalog 三、实验内容及步骤 第1步启动ArcCatalog打开一个地理数据库 当ArcCatalog打开后，点击, 按钮（连接到文件夹）. 建立到包含练习数据的连接（比如 “E:\ARCGIS\EXEC2”）, 在ArcCatalog窗口左边的目录树中, 点击上面创建的文件夹的连接图标旁的(+)号，双击个人空间数据库－National.mdb。打开它。. 在National.mdb中包含有2个要素数据集、1个关系类和1个属性表第2步预览地理数据库中的要素类 在ArcCatalog窗口右边的数据显示区内，点击“预览”选项页切换到“预览”视图界面。在目录树中，双击数据集要素集－“WorldContainer”，点击要素类－“Countries94”激活它。 在此窗口的下方，“预览”下拉列表中，选择“表格”。现在，你可以看到Countries94的属性表。查看它的属性字段信息。 花几分钟，以同样的方法查看一下National.mdb地理数据库中的其它数据。
校园基础地理空间数据库建设设计方案
校园基础地理空间数据库建设设计方案 遥感1503班第10组 （杨森泉张晨欣杨剑钢熊倩倩） 测绘地理信息技术专业 昆明冶金高等专科学校测绘学院 2017年5月
一．数据来源 二. 目的 三 .任务 四. 任务范围 五 .任务分配与计划六．小组任务分配七. E-R模型设计八．关系模式九．属性结构表十．编码方案
一．数据来源 原始数据为大二上学期期末实训数字测图成果（即DWG格式的校园地形图） 导入GIS 软件数据则为修改过的校园地形图 二．目的 把现实世界中有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。空间数据库设计要满足用户需求，具有良好的数据库性能，准确模拟现实世界，能够被某个数据库管理系统接受。
三．任务 任务包括三个方面：数据结构、数据操作、完整性约束 具体为： ①静态特征设计——结构特性，包括概念结构设计和逻辑结构设计； ②动态特性设计——数据库的行为特性，设计查询、静态事务处理等应用程序； ③物理设计，设计数据库的存储模式和存储方式。 主要步骤：需求分析→概念设计→逻辑设计→物理设计 原则：①尽量减少空间数据存储冗余；②提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构能够做出相应的变化；③满足用户对空间数据及时访问的需求，高校提供用户所需的空间数据查询结果；④在空间元素间为耻复杂的联系，反应空间数据的复杂性；⑤支持多种决策需要，具有较强的应用适应性。 四、任务范围 空间数据库实现的步骤、建库的前期准备工作内容、建库流程 步骤：①建立实际的空间数据库结构；②装入试验性数据测试应用程序；③装入实际空间数据，建立实际运行的空间数据库。 前期准备工作内容：①数据源的选择；②数据采集存储原则；③建库的数据准备；④数据库入库的组织管理。 建库流程：①首先必须确定数字化的方法及工具；②准备数字化原图，并掌握该图的投影、比例尺、网格等空间信息；③按照分层要求进行
空间数据库期末复习重点总结
一、数据管理的发展阶段 1、人工管理阶段 2、文件系统阶段 3、数据库管理阶段 注意了解各阶段的背景和特点 二、数据库系统的特点 1、面向全组织的复杂的数据结构 2、数据的冗余度小，易扩充 3、具有较高的数据和程序的独立性：数据独立性 数据的物理独立性 数据的逻辑独立性 三、数据结构模型三要素 1、数据结构 2、数据操作 3、数据的约束性条件 四、数据模型反映实体间的关系 1、一对一的联系(1：1) 2、一对多的联系(1：N) 3、多对多的联系(M：N) 五、数据模型： 是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。 数据库结构的基础就是数据模型。数据模型是描述数据(数据结构)、数据之间的联系、数据语义即数据操作，以及一致性(完整性)约束的概念工具的集合。 概念数据模型：按用户的观点来对数据和信息建模。ER模型 结构数据模型：从计算机实现的观点来对数据建模。层次、网状模型、关系 六、数据模型的类型和特点 1、层次模型： 优点：结构简单，易于实现 缺点：支持的联系种类太少，只支持二元一对多联系 数据操纵不方便，子结点的存取只能通过父结点来进行 2、网状模型： 优点：能够更为直接的描述世界，结点之间可以有很多联系 具有良好的性能，存取效率高 缺点：结构比较复杂 网状模型的DDL、DML复杂，并且嵌入某一种高级语言，不易掌握，不易使用
3、关系模型： 特点：关系模型的概念单一；（定义、运算） 关系必须是规范化关系； 在关系模型中，用户对数据的检索操作不过是从原来的表中得到一张新的表。 优点：简单，表的概念直观，用户易理解。 非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径。 数据独立性，用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做”。 坚实的理论基础。 缺点：由于存储路径对用户透明，存储效率往往不如非关系数据模型 4、面向对象模型 5、对象关系模型 七、三个模式和二级映像 1、外模式(Sub-Schema)：用户的数据视图。是数据的局部逻辑结构，模式的子集。 2、模式(Schema)：所有用户的公共数据视图。是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特性的描述。 3、内模式(Storage Schema)：又称存储模式。数据的物理结构及存储方式。 4、外模式/模式映象：定义某一个外模式和模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各外模式中。当模式改变时，修改此映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为逻辑独立性。 5、模式/内模式映象：定义数据逻辑结构与存储结构之间的对应关系。存储结构改变时，修改此映象，使模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为物理独立性。 八、数据视图 数据库管理系统的一个主要作用就是隐藏关于数据存储和维护的某些细节，而为用户提供数据在不同层次上的抽象视图，即不同的使用者从不同的角度去观察数据库中的数据所得到的结果—数据抽象。 九、规范化 1、几个概念 候选码（候选关键字）：如果一个属性（组）能惟一标识元组，且又不含有其余的属性，那么这个属性（组）称为关系的一个候选码(候选关键字)。 码（主码、主键、主关键字）：从候选码中选择一个唯一地标识一个元组候选码作为码 主属性：任何一个候选码中的属性（字段） 非主属性：除了候选码中的属性 外码：关系模式R中属性或属性组X并非R的码，但X是另一个关系模式的码，则称X是R的外部码，简称外码。 2、函数依赖 （1）设R(U)是一个属性集U上的关系模式，X和Y是U的子集。若对于R(U)的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称“X函数确定Y”或“Y函数依赖于X”，记作X→Y。X称为这个函数依赖的决定属性集(Determinant)。Y=f(x)
SQLServer空间大数据库应用案例报告材料
实验四SQL Server空间数据库应用案例一、实验学时 4学时 二、实验目的 1. 了解SQL Server 2008 r2的空间参考系统表； 2. 掌握SQL Server 2008r2的空间数据类型的使用； 3. 掌握空间数据库与数据表的设计与实现 4.掌握用SQL实现空间查询与分析功能的方法 三、预习容 1.SQL Server 有关空间操作的教程 2.教材中有关SQL语言的关于空间查询与分析的语法章节 四、实验设备及数据 1.安装了SQL Server 2008 r2的电脑 2.教材第五章的空间数据库实例数据 五、实验容 1. SQL Server 2008的空间参考系统表的介绍 2 空间数据类型的介绍与使用 3. 空间数据库与数据表的创建与修改 4. 使用SQL语句添加、删除、修改空间数据记录 5. 用SQL实现空间查询和分析 六、实验步骤 建蓝湖数据库 create table lakes( fid integer not null primary key, name varchar(64), shore geometry); create table road_segments( fid integer not null primary key,
name varchar(64), alises varchar(64), num_lanes integer, centerline geometry); create table divided_routes( fid integer not null primary key, name varchar(64), roadseg1id integer references road_segments, roadseg2id integer references road_segments, position geometry); create table bridges( fid integer not null primary key, name varchar(64), roadseg1id integer references road_segments, roadseg2id integer references road_segments, position geometry); create table streams( fid integer not null primary key, name varchar(64), fromlakeid integer references lakes, tolakeid integer references lakes, centerline geometry); create table buildings( fid integer not null primary key, address varchar(64), position geometry, footprint geometry); create table poods( fid integer not null primary key, name varchar(64), type varchar(64), shores geometry); create table island( fid integer not null primary key, name varchar(64), lakeid integer references lakes,
数字航道空间数据库管理系统
长江空间数据库管理系统 1、项目介绍 建设长江航道数据库管理软件，包括元数据管理、数据预处理、数据管理、空间分析、测绘成果管理、区域局空间数据发布、空间数据应用接口等模块，同时接合各区域局业务需求，定制相关业务功能处理模块。要满足6个区域局和长江航道局、长江航道测量中心、长江规划研究院9个用户的需求。 2、系统功能模块 系统分为数据入库、数据管理、业务应用、系统设置、数据交换及建库工具等功能模块。 数据入库模块：包括数据质检检查、数据预处理和数据入库三大模块；主要用于数据入库及入库数据的准备工作。
数据入库：完成全要素数据、水深、DEM、DRG、DOM数据的入库工作。 数据质检：对入库数据进行质量检查，并将检查结果与清华山维进行对接，以在清华山维中显质检结果。 数据处理工具：对入库前数据进行相应处理，如果坐标转换、格式转换、DEM生成等。
数据编辑:对ESRI格式的数据进行简单的图形和属性编辑。 数据管理模块：包括数据数据浏览、基础数据管理、测绘成果管理、查询分析、制图与输出、测绘成果管理、DEM基础分析、工具箱等模块，主要完成对入库数据的管理和浏览工作，是数据管理系统的的核心。 数据制图输出:对当前分析结果进行制图成图，并打印输出等，以及对数据库中进行数据输出。
工具箱:提供数据处理的常用工具。 查询分析：查询统计模块主要是针对图层数据属性的查询与统计，这是对数据信息展示，方便用户随时了解数据成果的详细详细，整个“查询统计”功能模块包含以下功能点。 测绘成果管理：对工程测图成果、维护性测图成果、专项测图成果、ENC测图成果及整治建筑物测量成果等专题测绘成果进行管理，包括测量项目信息、成果入果、成果管理等。
空间数据库更新技术
课程结课报告 空间数据库更新技术 关键字: GIS 空间数据库更新数据模型空间分析矢量数据栅格数据多源数据多比例尺数据自动变化检测 1引言 地理信息产业在近年来飞速发展,并在科学、政府、企业和产业等方面得到广泛的应用，应用包括房地产、公共卫生、犯罪地图、国防、可持续发展、自然资源、景观建筑、考古学、社区规划、运输和物流。面对各个领域的迅猛发展，地理信息数据的更新问题变得迫在眉睫。空间数据库具有数据量庞大、高可访问性、空间数据模型复杂、属性数据和空间数据联合管理及应用范围广泛的特点，所以，在空间数据库更新技术的研究颇受关注，也是地理信息系统未来发展所要面对的巨大挑战。 现研究成果表明，一旦GIS创建成功后，保持空间地理数据的现势性并及时进行地图数据库的更新，是保证GIS有效运行的根本前提，也是今后地理信息工程中一项长期而繁重的任务，而当前地理空间数据库的更新技术存在的问题是：劳动强度大，更新周期长。 现在大家广泛认同的对地理空间数据库的更新主要有两种方法：一是逐渐建立一个新的数据库去取代老数据库，但是这种方法速度慢，适合于为一个新的区域建立一个新的数据库；二是检测、识别和更新变化部分，这种方法更新速度快，更适合于更新现有的数据库。但是针对不同的数据、数据模型及需求进行数据库更新技术都有不同的研究重心。本文中，我将针对多比例尺数据、多源数据、矢量数据和栅格数据及不同数据模型进行的空间数据库更新技术的研究理论、实现方法及成果进行整理归纳，呈现空间数据更新技术的现有发展动向及未来的发展趋势。 2空间数据库更新技术 2.1 利用空间分析技术更新空间数据库[1]
研究表明空间分析技术是空间数据更新的基础，空间叠加分析、实体空间关系分析，以及基于实体空间关系的智能捕捉，是实现区域空间要素整体更新和局部更新这两种更新方式的最主要的支持技术。在空间数据更新中引入智能捕捉CAD制图技术是解决在基于面向对象数据模型系统中边界重合问题的有效方法。 2.1.1 区域空间要素整体更新与处理 区域空间要素整体更新通常通过开窗方式更新窗口内的几类或全部空间要素。它要求源数据准确度能够得到保证，整体更新成本较高，很少采用这种方法，一般用在区域空间要素变更很大、数据现势性很差的情况下的数据更新。数据更新的前提是用于更新数据与被更新数据位于同一坐标系，使之具有可叠加分析，因此坐标匹配是数据更新不可缺少的环节。由于数据源的多尺度性，在实际更新中一般用大比例尺数据更新小比例尺数据，因此数据综合也成了数据更新的重要环节。叠加开窗是根据更新数据范围，在数据库确定被更新的区域，同时进行数据更新。数据接边处理是编辑处理数据库中被更新区域与周围数据之间的一致性问题。 2.1.2 区域空间要素的局部更新 用于区域局部对象更新的数据源可以有2种方式：电子数据、非电子数据（如直接输入坐标、直接勾绘）。局部更新操作对象是根据空间要素对象，根据空间对象之间的相互关系，一般只需要更新点、线和面要素，注记与地物属性紧密相联系，可以根据属性实现自动更新。在变更过程中由于不同来源数据的精度不同，经常产生数据不匹配，因此匹配吹是局部更新的重要环节。 （1）数据模型对局部更新实现的影响 01.拓扑结构数据模型以空间实体间拓扑关系为基础组织管理几何要素。数据拓扑关系以整 个管理区域为单位建立，所涉及空间实体几何属性的编辑、更新操作（如增加、删除、修改地理实体）就必须对整个区域进行拓扑重建，因此局部更新效率较低。但基于拓扑结构的空间数据更新可以充分享用实体之间拓扑关系，保持了图斑的基本特性。
ArcGIS缩编工具在空间数据库缩编中的应用
ArcGIS缩编工具在空间数据库缩编中的应用 熊志伟李静谭卢师 （黄河设计公司测绘信息工程院） [摘要] 地图缩编是由大比例尺地图通过综合、取舍、合并、变换等操作，生产小比例尺地图以满足不同用图需求的技术方法。因基于已有的地图数据，能避免重复生产，缩短建设周期，节省人力物力，为目前得到不同比例尺的地图所广泛采用。纯手工的地图缩编方式速度慢、投入高，而计算机自动地图缩编仍是一个无法解决的技术难题。空间数据库的缩编与传统地图缩编相比，除了要按照地图缩编方法对数据进行综合、取舍外，还要维持空间数据库严格的拓扑关系和属性数据，比单纯的地图缩编更加复杂。本文结合第二次土地调查数据库省级汇总缩编项目的经验，阐述了利用ArcGis缩编工具，采用人机协同方式进行空间数据库缩编的方法。 [关键词]数据库缩编二调省级汇总 1、省级汇总缩编项目概述 第二次土地调查数据库省级汇总缩编项目，是在已经调查完成的河南省1:1万土地利用空间数据库的基础上进行缩编汇总，形成1:5万、1:10万、1:25万、1:50万的系列比例尺数据库成果。空间数据库与传统的地图缩编相比，不再只是简单的地图符号的综合取舍，而是有着严格的拓扑关系和属性要求，在遵循传统地图缩编要求的同时，还必须保持数据的拓扑关系正确，属性数据完整。如何简单快捷
的对海量数据库内容进行选取、简化、概括和关系协调，保持原有土地利用的规律和典型特征，是完成土地利用数据库缩编的关键，也是工作的难点所在。 2、ArcGis缩编工具介绍 地理信息主流软件ArcGis所包含的ArcToolbox工具箱，能够在GIS数据库中建立并集成多种数据格式，进行高级GIS分析，处理GIS 数据等，是一套功能强大的地学数据处理工具模块。其中包含的数据缩编工具，能够简单、高效的、自动的对线状、面状空间数据进行缩编操作，并且维持原来的拓扑关系属性数据正确。在现有的各种Gis 软件中，也或多或少的包含一些数据库缩编功能模块，但ArcGis以其算法严密、实用高效著称。 3、二调数据库缩编的主要工作内容 二调省级汇总缩编的主要工作对象是以点状、线状、面状形式存储的反映各类用地分布的要素，主要工作内容是按照相关数据标准，缩编规则（包括面积规则、长度规则、宽度规则、重要性规则、综合取舍规则等），对要素进行取舍、合并、综合、变换等操作，从而形成符合成图要求的小比例尺的数据库。由于地图比例尺的变化，需要进行诸如图斑合并、带状河流变换为单线河流、面状村庄变换为点状村庄、线状地物形状综合等，其中工作量最大的是对面状要素的处理，主要有下面几类：○1按照宽度规则，小于某一宽度的带状图斑以线表示。○2地类相同的相邻图斑合并。○3按照面积规则，小于某一面积的图斑舍去，即合并到相邻大图斑。○4将临近的离散居民地、池
空间数据管理平台解决方案
空间数据管理平台解决方案
1.引言 1.1方案概述 空间数据管理平台解决方案主要是针对我国各级测绘院、信息中心建设区域地理信息基础框架的迫切需求，开发的一套专业性强、具有高可扩展性的基础地理信息数据库管理平台。 整个方案从管理多源、多尺度、多类型的基础地理信息数据的角度出发，开发了一些列软件系统，包括空间数据入库更新子系统、空间数据质量检查子系统以及空间数据管理平台等，可以实现对现有基础地理信息数据的整合、转换与集成管理，为政府、企业、公众等提供空间信息服务。 1.2系统特点 ●“多源、多尺度、多时相”基础地理数据的集成管理 由于基础地理数据具有多源、多尺度、多时相的特点，基础地理数据管理平台必须具有集成不同数据类型、不同比例尺、不同时间的各种基础地理数据的能力。 ●多比例尺数据集成 对于不同尺度的基础地理数据，其集成通过统一空间参考系（WGS84、西安80、北京54）或动态投影技术来实现。不同比例尺的
基础地理数据可以叠加一起显示，通过控制其显示比例实现地图的逐层显示效果。 ●多类型数据集成 对于不同类型的数据（如DLG与DRG）的集成采用按空间坐标范围或图幅索引实现。 ●多时序数据集成 对于不同时间段的基础地理数据，采用历史数据库来实现。根据数据更新周期的不同，采用按数据集、图幅、对象级别的历史数据库机制。 ●基础地理数据管理全过程支持 SuperMap D-Manager特别针对我国各级测绘院、信息中心设计开发，系统支持数据加工、数据入库管理、数据共享、数据发布的整个业务过程，可以快速为用户打造完备的基础地理数据中心，满足各种用户对基础地理信息的需求，为数字城市建设服务。 ●基础性与平台性 SuperMap D-Manager从设计到实现，充分考虑了其作为基础性、平台性等支撑性要求。SuperMap D-Manager在设计思路、软件开发实现上都具有高可扩展性的特点。
基于arcsde的空间数据库的设计与建立
基于ArcSDE的空间数据库的设计与建立 摘要：随着地理信息系统的发展，传统的以文件形式管理、存储地理空间数据的方式已不能满足现在应用的需求。针对以上问题，本文通过arcsde对空间数据进行管理，使空间数据和属性数据统一存储在面向对象的关系型数据库（sql server）中，实现统一、高效的管理。 关键词：空间数据库；属性数据；arcsde 围绕空间数据的管理，前后出现了几种不同的空间数据管理模式：纯文件模式、文件结合关系型数据库的管理模式、全关系型数据库管理模式和面向对象的数据库管理模式。前两种方式都是将空间数据和属性数据分离存储，这样往往会产生诸多问题：1.空间数据与属性数据的连接太弱，综合查询效率不高，容易造成空间数据与属性数据的脱节；2.空间数据与属性数据不能统一管理，实质上是两套管理系统，造成资源的浪费和管理的混乱，数据一致性较难维护；3.由于空间数据不能统一在标准数据库里存放，造成空间数据不能在网上共享。而面向对象数据库管理系统技术还不够成熟，并且价格昂贵，目前在gis领域还不够通用。所以在较长时间内，还不能完全脱离现有关系型数据库来建设gis空间数据库。arcsde是esri公司提供的一个基于关系型数据库基础上的地理数据库服务器。同一些数据库厂商推出的在原有数据库模型上进行空间数据模型扩展的产品（如oracle spatial）不同，esri的arcsde 的定位则是空间数据的管理及应用，而非简单的数据库空间化。
1.系统目标 建成一个多级比例尺(100万、25万、5万、1万)矢量、栅格以及航空影像、遥感影像(tm,spot)的c/s结构基础地理空间数据库,便于对空间数据有效的管理、分发和应用。 2.总体设计方案 系统总体技术方案设计在充分考虑实际应用环境及应用需求的 基础上,结合考虑国际国内发展的主流趋势和平台产品的功能与性能来完成。 2.1技术路线 空间数据库建设应放弃数据文件式的管理方式,采用大型关系数据库管理系统(sql server)管理空间数据，arcsde作为sql server 2008和arc/info或其他地理信息系统软件的接口, vb/vc/delphi/java/c#为前端应用开发工具。其中，空间数据通过arcsde存储在sql server 2008数据库。arcsde是基于c/s计算模型和关系数据管理模式的一个连续的空间数据模型，借助这一模型,可将空间数据加入到数据库管理系统(rdbms)中去[1]。arcsde 融于rdmbs后,提供了对空间、非空间数据进行高效率操作的数据接口。由于arcsde采用c/s体系结构，大量用户可同时针对同一数据进行操作。arcsde提供了应用程序接口(api)，开发人员可将空间数据检索和分析功能集成到应用工程中去，以完成前端的应用开发,最终提供数据的存储、查询和分发服务。如图1所示： 图1结构图
空间数据库
《空间数据库》习题第一章： 1、什么是空间数据库？ KA0394******* 2、空间数据库有哪些特点? 4001-520-520 3、空间数据库与传统数据库的差异何在？ 4、空间数据库有哪些主要作用？ 5、目前空间数据库存在哪些主要问题？ 6、简述空间数据库发展的历史和现状。 7、何谓空间数据？ 8、地理空间类型的表现形式主要有哪些？ 9、何谓地理空间？ 10、当前常用的数据库软件有哪些？ 11、空间数据的类型主要有哪几种？ 第二章： 1、空间实体包括哪些？ 2、空间实体类型主要有哪几种？
3、什么是空间认知的三层模型？ 4、什么是空间认知的九层模型？ 5、地理空间场操作可分为哪几种？ 6、何谓空间认知？ 7、什么是E-R模型？ 第三章： 1、OGC定义的基本几何空间对象有哪些？ 2、GIS逻辑数据模型主要有哪些？ 3、什么是面向对象数据模型？ 4、面向对象数据模型所涉及的主要概念及主要技术有哪些？ 5、三维空间数据模型主要有哪几种？ 6、构成E-R模型的三要素指什么？ 7、Spaghetti数据结构与拓扑矢量数据结构的差异何在？ 8、简述三维矢量模型的数据结构特征。 9、简述三维体元模型的数据结构特征。
10、空间关系主要有哪几种？ 11、GIS逻辑数据模型主要有哪几种？ 第四章： 1、ArcGIS的Geodatabase是如何定义空间对象模型的？ 2、空间数据的管理方式有哪些？ 3、什么是空间数据引擎？ 4、空间数据库引擎管理空间数据的实现方法有哪些？ 5、何谓栅格金字塔结构？ 6、空间数据库引擎的作用是什么？ 7、栅格数据的存储方式主要有哪些？ 8、栅格数据有几种取值方法？ 9、空间数据的组织方式有哪些？ 10、主要空间数据库管理方法各有何优缺点？ 第五章： 1、四叉树索引有几种方法？ 2、简述网格空间索引的基本原理。
浅议地理信息系统与空间数据库建设
浅议地理信息系统与空间数据库建设 发表时间：2019-05-06T16:38:47.200Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：蔡云霞 [导读] 对于城市范畴中的所有空间数据，赶着全方位的管理作用，通过对地图的数据化处理，进而实现对各种信息的系统化储存。 内蒙古自治区第七地质矿产勘查开发院内蒙古呼和浩特 010020 摘要：该文阐述了在地理信息系统建设过程中,地图数据库、空间数据库的作用与差别。针对我国现阶段地理信息系统建设的现状,分析了现阶段同时建立与维护空间数据库与地图数据库的必要性。指出了随着空间数据库技术的发展,空间数据库最终将取代地图数据库,同时提供多比例尺地图服务及各种时空尺度的地理信息服务。 一、地理信息系统与空间数据库的相关简介 地理信息系统又称“地学信息系统”，是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行加工处理的技术系统。而所谓的空间数据库，正是以空间数据为基础，力辅这以计算机硬件力量的支撑和扶持，实现对相关数据的处理活动，以实现提供空间动态层面的多元化，从根本上提升城市服务的质量的一种技术操作手段。空间数据库是地理信息系统中的基础与核心元素，对于城市范畴中的所有空间数据，赶着全方位的管理作用，通过对地图的数据化处理，进而实现对各种信息的系统化储存。 二、空间数据库的特点 GIS空间数据库与普通的数据库在模型及功能上有很大的差别,总的来说,空间数据有以下特征。空间特征:每一个空间对象具有空间坐标。除了通用数据库管理系统或文件系统关键字索引和辅关键字索引以外,一般都需要建立空间索引。非结构化特征:空间数据不满足结构化的要求。将一条记录表达一个空间对象时,它的数据项有可能是变长的。例如,一条弧段的坐标,其长度将是不可预料的;此外,一个对象也可能包含另外的一个或多个对象。空间关系的特征:空间数据中记录的拓扑信息表达了多种的空间关系。该种拓扑数据结构一方面既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。海量数据特征:空间数据库是海量数据。由于空间数据量大,需要在二维空间上划分出块或者图幅,垂直方向上分层来组织。由于空间数据的如上几个特征,当前通用的关系数据库系统难以满足要求。而大部分GIS软件将采用混合管理的模式――即用文件系统来管理几何图形数据,用商用的关系数据库管理属性数据。但是存在的问题是,文件管理系统的功能较弱,特别在数据的安全性、以及一致性、完整性、并发控制、数据损坏后的恢复方面都缺乏基本的功能。所以GIS 开发商一直在寻找商用数据库管理系统来同时管理图形和属性数据。 三、空间数据库构建中的数据分析 空间数据库在实际构建前需对设计的用途以及应用对象进行确认，确保空间数据分析能够为数据库的构建奠定良好的基础。具体数据分析过程中主要体现在三方面，即：首先，做好数据库应用对象的调查工作。通过对应用对象的调查了解信息的需求以及信息处理内容，以此为依据确定空间数据库的构建目标。其次，对数据研究范围进行确定，主要包括区域边界与地理控制点两方面。最后，保证源数据的准确性。为使空间数据库中的数据具有参考价值，需注意综合考虑调查资料与其数学精度，如地物间是否在逻辑上保持一致或图面的相关表示是否准确等。尤其要求在构建前应使各坐标系统进行统一，避免出现数据不统一的情况。 四、空间数据库分类 空间数据可分为矢量数据和栅格数据两大类。矢量数据用点、线、面等来描述现实世界,表达地表信息,通过坐标值来定义,是数学的表达方式。栅格数据用一定的空间分解力来解析地表的信息,通过灰度、色调来定义。以前矢量数据以其数据结构严密,拓扑关系完善、数学分析方便、图形输出精美、数据记录量小等诸多的优点而为广大GIS用户青睐,但随着计算机硬件的发展,制约栅格数据的硬件问题得到解决。国民经济的快速发展,对制图周期和更新周期提出了更高的要求,矢量数据复杂的内容、漫长的采集期,不便快速更新的缺点反而越来越突出。现在栅格数据和矢量数据相互相成,互相转化,使矢量图的内容相对数字地形而言,内容大为减少,缩短了矢量数据生产和更新的周期。 五、我国的空间数据库建设问题与改进策略 5.1我国现行基础空间数据库的建设过程 我国在建设地理信息系统的初期，很多人由于对数据库这一概念理解不透彻，导致把地理数据库和空间数据库弄混淆，所以在两个数据库中分别含义对方的数据信息。还有一些空间数据库在设计初期不合理，无法满足地图数据库的要求。为此，在以后的建设过程中采用直接对已有地形图进行数字化，或者在进行地形图生产的同时，利用同一数据源，采用与地形图相同的地理要素建立空间数据库。 5.2现有空间数据库建设存在的问题 由于人们对两个数据库理解的不够透彻，所以在空间数据库后期制作方面也出现了诸多问题。常常出现在同一个区域利用逻辑关系把相关的地理信息分隔开来；在数据库中记录信息不全面，设计结构不合理；在数据库中存在大量人工处理过的地理信息。这样不仅给数据空间带来很大的负担，而且还降低了提供地理信息系统的应用能力。 5.3未来空间数据库建设思路 在充分了解地图数据库和空间数据库之后，知道它们是两种完全不同的数据库。为此，在以后的建设中要集中到这两个方面：其一，对空间数据库的更新和改造。从不同角度出发，提高提取地理信息的速度，数据的精度和准确度；加强管理，对每一条信息进行有效操作；加强对信息的安全把控，防止数据泄露，并进行有效分类，统一标准。其二，对地图数据库的建立和更新。明确地图的符号化，统一标准，提高对数据的挖掘能力，加强地图制图综合能力。当这些问题都得到解决时，就证明了地理信息系统在技术方面有了很大的提高，在信息储存方面也可以及时的更新，不用在大量积攒无用的信息。 六、我国发展地理信息系统与空间数据库建设的基本途径 虽然我国在地理信息系统与空间数据库建设的发展历程中，已经存在了20多年的研究历程，但如令人欲改变停滞不前的初级阶段，仍然需要基本途径的转换和更新。第一，要在新兴的空间数据库的工作上，夯实其更新创造的基础。更新空间数据库，主要包括实现对地理信息速度和精确度的增长，自动化程度的增强，同时也要促进数据系统的人为管理。第二，对于传统通用的地图数据库，也要进行适度的改造，对于地图数据库中的系统功能的优化，主要包括三个方面：图形的符号化动作，以便解决地理信息的合理表示问题；地图制图综
空间数据库技术
《空间数据库技术》教学大纲 课程编号: 课程名称:空间数据库技术 学分: 4 总学时: 72 实验学时: 36 适用专业: 地理信息系统本科 一、本课程的性质和任务 本课程的性质：是高等院校地理信息系统本科专业的必修课程。 本课程的任务：通过该课程的学习，不仅使学生熟练掌握空间数据库的基本知识和基本原理：空间信息基础、空间数据库的基本概念、空间数据结构、空间数据库模型及空间数据库设计等内容，而且为以后其他相关课程的学习打下良好的基础。 二、本课程的教学内容和基本要求 第一章绪论 第一节 GIS数据库概述 一、GIS 数据库定义 二、GIS数据库特征 三、GIS数据库作用 第二节 GIS数据库的形成与发展 一、数据库发展综述 二、GIS数据库历史发展 三、GIS数据库基础性与共享行性 第三节 GIS数据库与DBMS原理和关系模型 一、GIS数据库基本概念 二、DBMS的基本原理 三、RDBMS的基本特征 第四节本书对GIS数据库的研究特色 基本要求： 1.掌握GIS数据库的定义、特征与作用 2.了解数据库及GIS数据库的形成与发展背景和历程 3.掌握GIS数据库与DBMS原理和关系模型 第二章空间数据的表达与管理 第一节空间数据的表达 一、地理系统与地理现象 二、空间对象及其定义 三、空间对象关系和表达 第二节空间数据结构与组织 一、栅格数据模型 二、矢量数据模型 三、栅格矢量一体化数据模型 四、数字高程模型 第三节空间索引 一、格网索引 二、四叉树索引 三、R树和R+树空间索引 第四节空间数据管理 一、文件与关系数据库混合管理方式 二、纯关系型数据库管理方式 三、对象－关系数据库管理方式 四、Oracle Spatial介绍 五、遥感影像数据库管理 六、数字高程模型数据库管理
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。
空间数据库管理模式
空间数据管理模式 1．文件管理——ArcInfo中Coverage文件管理 ARC/INFO7.X以前版本以Coverage作为矢量数据的基本存储单元。一个Coverage存储指定区域内地理要素的位置、拓扑关系及其专题属性。每个Coverage一般只描述一种类型的地理要素（一个专题Theme）。位置信息用X,Y表示，相互关系用拓扑结构表示，属性信息用二维关系表存储。 ?Coverage的优点 空间数据与属性数据关联 空间数据放在建立了索引的二进制文件中，属性数据则放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的标识编码关连。 矢量数据间的拓扑关系得以保存 由此拓扑关系信息，我们可以得知多边形是哪些弧段（线）组成、弧段（线）由哪些点组成、两条弧段（线）是否相连以及一条弧段（线）的左 或右多边形是谁？这就是通常所说的“平面拓扑”。 ?新技术条件下Coverage的缺陷 Coverage模型可取的方面，有的已经可以不再继续作为强调的因素； 拓扑关系的建立可以由面向对象技术解决（记录在对象中） 硬件的发展，不再将存储空间的节省与否作为考虑问题的重心 计算机运算能力的提高，已经可以实时地通过计算直接获得分析结果。 空间数据不能很好地与其行为相对应； 以文件方式保存空间数据，而将属性数据放在另外的DBMS系统中。这种方式对于日益趋向企业级和社会级的GIS应用而言，已很难适应（如海量数据、 并发等） Coverage模型拓扑结构不够灵活，局部的变动必须对全局的拓扑关系重新建立（Build） “牵一发而动全身”，且费时 在不同的Coverage之间无法建立拓扑关系； 河流与国界 人井与管道 2．文件-关系数据库混合型管理——ArcInfo、ArcView GIS的Shape文件和Mapinfo中的Tab文件管理 用文件系统管理几何图形数据，用商用关系型数据库管理属性数据，两者之间通过目标标识或内部连接码进行连接。在这一管理模式中，除通过OID(object，ID)连接之外，图形数据和属性数据几乎是完全独立组织、管理与检索的。当前GIS ODBC(Open Database Consortium，开放性数据库连接协议)
空间数据库论文
空间数据库概述 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北武汉，430079 摘要：空间数据库是地理信息系统的核心，每一次空间数据库技术的变革都带来地理信息系统软件的革命。本文是一片综述性文章，首先阐述了空间数据库的概念、内容、特征，然后介绍了空间数据管理的发展过程，其中对象—关系数据库是目前空间数据的主要管理模式，最后探讨了空间数据库的前沿发展。 关键词：空间数据库；对象-关系数据库；空间数据库模型 1空间数据库概念 空间数据库是地理信息系统的核心，它具有通用数据库的基本内涵， 是指以特定的数据结构（如国土、规划、环境、交通等）和数据模型（如 关系模型、面向对象模型等）表达、 存储和管理从地理空间中获取的某类 空间信息，满足不同用户对空间信息 需求的数据库[1]。 2空间数据库内容 由于地理空间数据分为两种类型，一种是具有几何特征和离散特点的地理要素，即空间对象数据，如点、线、面、体等对象；另一种是指在一定空间范围内连续变化的地理对象，即场对象数据，如某一地理空间的数字高程模型、不规则三角网、栅格影像数据等，因此以应用性质划分空间数据库，空间数据库可分为基础地理空间数据库和专题数据库。基础地理空间数据库包括矢量地形要素数据（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字栅格地图（DRG）以及元数据库[2]。 （1）矢量地形要素数据库：矢量核心地形要素数据库是存储在计算机中的各种数字地形数据及其数据管理软件的集合。矢量核心地形要素数据库包含有居民地、水系、测量控制点等内容。它既包括以矢量结构描述的带有拓扑关系的空间信息，又包括以关系结构描述的属性信息。 （2）数字高程模型数据库：数字高程模型是定义在X、Y 域离散点（规则或不规则）的以高程信息表达地面起伏形态的数据集合。数字高程模型数据库是计算机存储的数字高程模型数据及其管理软件的集合。数字高程模型数据库可以用于和高程信息有关的地表形态分析、坡度分析、通视分 1