空间数据管理 ppt课件
空间数据库管理方式
空间数据库管理方式
一、概述
空间数据库是指将空间数据（如地图、卫星图像等）与非空间数据（如文本、图片等）相结合，形成的一种特殊类型的数据库。空间数据库管理方式是指对空间数据库进行管理和维护的方法。
二、空间数据库管理方式的分类
1. 数据库设计
数据库设计是指根据用户需求，对数据库进行规划和设计，包括数据模型设计、表结构设计、索引设计等。在空间数据库中，还需要考虑地理坐标系和投影坐标系的选择以及数据精度等因素。
2. 数据采集
空间数据采集是指通过测量、遥感等手段获取地理信息，并将其转换为数字化数据存储到数据库中。在采集过程中需要考虑数据精度和准确性问题。
3. 数据质量控制
数据质量控制是指对采集到的数据进行检查和筛选，保证其准确性和完整性。在空间数据库中，还需要考虑地理位置误差、拓扑关系错误等问题。
4. 数据库备份与恢复
数据库备份与恢复是指对数据库进行定期备份，并在出现故障时及时恢复。在空间数据库中，还需要考虑备份文件大小以及恢复时间等问题。
5. 数据库维护
数据库维护是指对数据库进行常规的维护工作，包括索引重建、数据清理、性能优化等。在空间数据库中，还需要考虑空间索引的重建以及空间数据清理等问题。
三、空间数据库管理方式的具体实现
1. 数据库设计
在进行数据库设计时，需要考虑以下因素：
（1）数据模型设计：选择适合空间数据存储的数据模型，如面向对象模型、关系模型等。
（2）表结构设计：根据用户需求选择合适的字段，并将其分组存储到不同的表中。
（3）索引设计：选择适合空间数据查询的索引类型，如R树、Quadtree等。
（4）地理坐标系和投影坐标系的选择：根据用户需求和应用场景选择合适的坐标系，并将其保存到数据库中。
2. 数据采集
在进行数据采集时，需要考虑以下因素：
（1）测量设备和遥感设备的选择：根据应用场景选择合适的设备，并保证其准确性和精度。
第七章空间数的组织和管理
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-1 第七章 空间数的组织与管理
一、数据的组织
1、数据组织的分级
数据组织的层次有两类分级方法：
逻辑分级：从人的观测角度及描述对象之间的关系，有数据项、记录、文件和数据库。
物理分级：在存储介质上的存储单位，有比特、字节、字、块、桶和卷。
数据项：可以定义数据的最小单位，也叫基本项、字段等。数据项与实体的属性相对应，有一定的取值范围，称为域。域外的任何值视为无意义的取值。
记录：由若干相关联的数据项组成。是应用程序输入/输出的逻辑单位。对数据库系统来说，是信息处理和存储的基本单位，是对一个实体信息描述的数据总和。特点：
由型和值的区别。型为定义的记录的框架，值为记录的内容。
为了唯一标识每个记录，必须有记录标识符，也称关键字。一般由记录的第一个关键字担任。有主关键字、次关键字之分。
有逻辑记录和物理记录。逻辑记录按信息逻辑在逻辑上的的独立意义划分数据单位，物理记录按数据存储单位划分。两者之间的关系为：
一个物理记录对应一个逻辑记录；
一个物理记录对应若干个逻辑记录；
一个逻辑记录对应若干个物理记录。
文件：是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。根据记录的组织方式分为：顺序文件、索引文件、直接文件、和倒排文件。
数据库：具有特定联系的数据集合。也可以看成是多类型记录的集合。其内部构造是文件的集合。文件之间存在某种联系，不能孤立存在。 百度文库 - 好好学习，天天向上
-2 2、图幅内的空间数据组织
（1）工作区
通常将一幅图或几幅图的范围当作一个工作单元，或工作区。工作区包含了所有各层的空间数据。工作区通常按范围定义。
例1：6-5-1。
例2：水平
（2）工作层
工作是空间数据处理的一个工作单位。可包含若干逻辑层。
（3）逻辑层
具有多个地物类组成。
（4）地物类（专题层）
具有相同属性和意义的地物组合。
3、图库的管理
划分工作区。数据除了按上述纵向划分为层管理外，有时还需要在水平方向划分若干工作区（如ARC/INFO 的TILE）。 百度文库 - 好好学习，天天向上
空间数据库管理系统概论
第一章绪论
1.空间数据：空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观。
2.矢量数据：矢量数据是一种用点、线、面等基本空间要素来表示人们赖以生存的自然世界的数据。
3.栅格数据：栅格数据是把地理空间中的事物和现象作为连续的变量或体来看待。
4.空间数据特征：空间特征非结构化特征空间关系特征时态特征多尺度特征
5.空间数据库：在地球表面某一范围内与空间地理相关的，反映某一主题信息的数据集合。这些数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。
6.空间数据库特点：数据量大空间数据和属性数据的集合应用广泛
7.空间数据库管理系统：空间数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层数据库管理软件。对空间数据库的所有操作都是在空间数据库管理系统的统一管理和控制下进行的。
8.空间数据库管理系统的功能：空间数据的定义和操纵空间数据的组织、存储和管理后台的事物管理和运行管理数据库的建立和维护。
9.空间数据库系统定义：空间数据库系统是由空间数据库及其管理软件、应用软件组成的系统。
10.空间数据库系统的组成：空间数据库空间数据库管理系统数据库管理员用户和应用程序。
11.空间数据管理技术的发展阶段：文件系统文件关系混合系统空间数据库引擎对象关系型空间数据库管理系统。
12.空间数据引擎和对象关系空间数据库的对比
项目 空间数据引擎（寄生模式） 对象关系空间数据库（融合模式）
技术特点 中间件技术 数据库技术
代表产品 ARCSDE、SuperMap SDX+、MapGIS
SDE、TerraLib（开源） Oracle Spatial、DB2
Spatial Extender、PostGIS（开源）
对比分析 优点 支持通用的RDBMS，可跨数据库平台
与特定的GIS平台紧密结合，有较高的空间处理效率 可以充分利用RDBMS的内核技术，获得较好的存取效率
空间数据的组织与管理
第二章 空间数据的组织与管理
1 练习 2
1. 利用ArcCatalog 管理地理空间数据库
2. 在ArcMap中编辑属性数据
第1步 启动 ArcCatalog 打开一个地理数据库 .................................................................... 1
第2步 预览地理数据库中的要素类： .................................................................................... 2
第3步 创建缩图，并查看元数据 ........................................................................................... 4
第4步 创建个人地理数据库(Personal Geodatabase) .......................................................... 5
第5步 拖放数据到ArcMap中 ............................................................................................. 11
第6步 编辑属性数据及进行1：M的空间查询 ................................................................... 12
第7步 导入GPS数据，生成图层 ......................................................................................... 14
第1步 启动 ArcCatalog 打开一个地理数据库
3空间数据管理方法
3空间数据管理方法
三维(3D)数据管理是一种重要的技术，用于处理和管理具有三个维度的空间数据。它在许多领域中都有广泛的应用，包括地理信息系统(GIS)、建筑设计、城市规划、航空航天、医学影像等。在这篇文章中，我们将探讨三个主要的3D数据管理方法：块压缩、索引和多分辨率。
首先，块压缩是一种常用的3D数据管理方法。它通过将3D数据划分为一些块，然后对每个块进行压缩，从而减小数据的存储空间。块压缩方法可以根据数据的特征选择不同的压缩算法，例如无损压缩和有损压缩。无损压缩方法可以保证数据的完整性，但通常需要更大的存储空间。有损压缩方法可以有效地减小数据的存储空间，但会丢失一定程度的数据信息。因此，在选择块压缩方法时，需要根据应用场景的要求权衡存储空间和数据精度。
其次，索引是另一种常用的3D数据管理方法。索引可以加快对大规模3D数据的查询和访问速度。传统的索引方法如B树和R树可以被扩展到三维数据领域。然而，在处理大规模3D数据时，这些传统的索引方法可能会遇到效率低下的问题。因此，一些专门针对三维数据的索引方法被提出，例如kd树和八叉树。这些方法可以将三维数据空间划分为多个较小的区域，以便更快地定位目标数据。此外，最近还出现了一些基于图像处理技术的3D索引方法，如SIFT和SURF等。这些方法可以从三维数据中提取关键特征，并建立索引以进行更精确的匹配和检索。
最后，多分辨率是一种常用的3D数据管理方法，可以在不同层次的细节上处理和访问数据。多分辨率方法可以将原始3D数据分解为一系列不同分辨率的表示形式，使得用户可以根据需要选择合适的分辨率进行处理。一种常见的多分辨率方法是金字塔表示法，它将3D数据表示为多个层次的金字塔结构。每个层次的金字塔都表示了原始数据的不同分辨率，用户可以根据需要选择更详细或更粗糙的分辨率进行处理。此外，还有一些基于小波变换的多分辨率方法，如小波包和小波变换树。这些方法可以将数据分解为不同频率的子带，并根据需要选择合适的子带进行处理。
空间数据组织与管理概述
空间数据组织与管理概述
1. 引言
空间数据指的是地理位置信息与属性信息结合的数据。在现代化社会中，空间数据的组织与管理对于各种领域的决策和规划至关重要。空间数据组织与管理的目的是有效地存储、查询、分析和可视化空间数据，以支持地理信息系统（Geographic Information System, GIS）的应用。
2. 空间数据组织
在进行空间数据组织之前，我们首先需要了解空间数据的特征。空间数据通常由几何数据与属性数据组成。几何数据描述了地理实体的位置、形状和大小，而属性数据描述了与地理实体相关的数量、品质和状态等信息。 2.1 点、线和面
几何数据的基本形式包括点、线和面。点表示一个具体的地理位置，线表示连接两个或多个点的路径，面表示一个封闭的区域。通过将这些基本形式组合，可以描述复杂的地理现象。
2.2 地理参照系
地理参照系是空间数据组织的基础。它定义了空间数据的坐标系统和地理投影方式，以确保不同数据源之间的一致性和对齐性。
2.3 空间索引
为了提高空间数据的查询效率，通常需要使用空间索引来组织和管理数据。空间索引是一种数据结构，能够快速定位空间数据的位置。常用的空间索引包括网格索引、四叉树和R树等。 3. 空间数据管理
空间数据管理是指对空间数据进行存储、查询、更新和删除等操作的过程。在空间数据管理中，需要考虑数据的完整性、一致性和安全性。
3.1 数据存储
空间数据存储可以采用关系型数据库、文件系统或分布式存储等方式。关系型数据库通常使用空间扩展模块来支持空间数据的存储和查询。文件系统可以直接存储空间数据的文件，而分布式存储则将数据分布在多个计算节点上，以提高数据的可扩展性和容错性。
3.2 数据查询
空间数据查询是通过查询语言（如SQL）来获取满足特定条件的空间数据。查询语言通常包括空间操作符（如相交、包含等）和空间函数（如计算距离、面积等）来处理空间数据。 3.3 数据更新和删除
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
空间数据库管理系统
§2.6 空间数据模型
六、空间数据库管理系统
地理信息系统管理空间数据的方式与一般数据库技术的发展紧密联系，最初采用基于文件管理的方式，目前有的系统采用文件与关系数据库混合管理模式，有的采用全关系型空间数据库管理模式，随着面向对象技术与数据库技术的结合，面向对象空间数据模型及实现系统已经提出，但由于面向对象数据库管理系统价格昂贵且技术还不成熟，目前在ＧＩＳ领域不太通用。基于对象—关系的空间数据管理系统将可能成为GIS空间数据库发展的主流。
1、基于文件管理的方式
各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，当两个GIS应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作为公共数据文件（图2-6-16）。
这种管理空间数据方式的缺点是：
1）程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应用程序也随之需要改变。 2）以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件的修改，需得到所有应用的许可。不能达到真正的共享，即数据项、记录项的共享。
2、文件与关系数据库混合管理系统(据龚建雅)
随着数据库技术的发展及商用DBMS的成熟，GIS也开始采用数据库技术来管理空间数据，但由于一般DBMS不适于存储和管理空间数据，目前大部分GIS软件采用混合管理模式，即文件系统管理几何图形数据，商用DBMS管理属性数据，它们之间的联系通过目标标识码进行连接（图2-6-17（a））。
在这种管理模式中，几何图形数据与属性数据除它们的oid作为连接关键字以外，几乎是两者独立地组织、管理和检索。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，分为图形与属性结合的各自分开处理模式图2-6-17（b）和图形与属性结合的混合处理模式,图2-6-17（c）。
3、全关系型空间数据库管理系统—分层模型
空间数据管理概念
空间数据管理概念
空间数据管理是指对地理信息系统（GIS）中的空间数据进行组织、存储、查询和分析的过程。在当今数字化时代，空间数据管理变得越来越重要。
空间数据管理可以帮助我们更好地理解地球。通过收集、整理和分析空间数据，我们可以获得关于地球上各种现象和现象之间关系的深入了解。这些数据可以帮助我们预测自然灾害、规划城市发展、保护环境等。
空间数据管理对于决策制定者来说也是至关重要的。政府和企业可以利用空间数据来制定政策和战略。例如，城市规划者可以使用空间数据来确定最佳位置建设新的基础设施，而零售商可以使用空间数据来确定最佳的店铺位置。
空间数据管理还可以促进跨学科研究和合作。各个领域的研究人员可以共享和访问空间数据，从而促进合作和创新。例如，地理学家、生态学家和社会学家可以共同利用空间数据来研究城市化对环境和社会的影响。
然而，空间数据管理也面临一些挑战。数据的质量和准确性是一个重要问题。不准确的数据可能导致错误的决策和不可靠的结果。隐私和安全问题也需要得到重视。空间数据中可能包含个人隐私信息，因此需要采取措施来保护数据的安全性和保密性。
空间数据管理在当今社会中起着至关重要的作用。它不仅可以帮助我们更好地理解地球，还可以为决策制定者提供有价值的信息。然而，我们也需要认识到空间数据管理面临的挑战，并采取相应的措施来解决这些问题。
空间数据库
第一章 空间数据库概述
1、空间数据库系统由空间数据库、空间数据库管理系统与空间数据库应用系统三部分构成。
2、空间数据的特征：空间特征、非结构化特征、空间关系特征、分类编码特征、数据种类多、抽象性特征、海量数据特征
3、数据库的发展阶段
人工管理阶段
文件系统阶段 ：数据文件是大量文件的集合形式，每个文件包含大量记录
面向用户的数据文件，用户可以通过它进行查询、修改、删除等操作；
数据文件与对应的程序有一定的独立性，程序员可以不关心数据的物理存储，只考虑逻辑存储结构；由初期的顺利文件发展为索引文件、直接文件等，数据可随机存取。数据文件只能对应一个或几个程序，仍依赖程序。数据文件之间不能建立关系，数据冗余 。
文件-关系数据库管理系统：用文件系统管理几何图形数据，用商用RDBMS管理属性数据，几何图形数据和属性数据之间通过对象标识或内部连接码（OID）进行连接。两者独立地组织、管理和检索。
缺点：该模式中，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数据恢复方面缺少基本的功能。
全关系型数据库管理系统：图形和属性数据都用RDBMS来管理
模式1：图形数据按关系模型组织。涉及一系列关系连接运算，相当费时。
模式2：将图形数据的变长部分处理成二进制块（Block）字段。但Block的读写效率比定长的属性字段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。
对象-关系数据库管理系统：DBMS软件商或GIS软件商基于面向对象技术在RDBMS中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据。
主要解决空间数据的变长记录的管理，效率比全关系型二进制Block的管理高得多。缺点：但仍没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构不能由用户定义，用户不能根据GIS要求再定义，使用上受一定限制。
面向对象数据库管理系统：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。