第四章空間數(shù)據(jù)庫(kù)

第四章空間數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)管理模式數(shù)據(jù)庫(kù)模型空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式空間索引4.1.1數(shù)據(jù)管理的三個(gè)階段：

人工管理階段

文件管理階段

數(shù)據(jù)庫(kù)管理階段4.1數(shù)據(jù)管理模式地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)Fori=1,nforj=1,m

………………nextjNextiIf……………..…………….End564,735,689,34,23,455,……

人工管理階段地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)文件管理階段數(shù)據(jù)文件1數(shù)據(jù)文件2數(shù)據(jù)文件n……...應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2………..應(yīng)用程序m輸出1輸出2…….輸出m地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)文件管理階段缺點(diǎn)：（1）每個(gè)應(yīng)用程序都必須直接訪問(wèn)所使用的數(shù)據(jù)文件，應(yīng)用文件完全依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時(shí)應(yīng)用文件也隨之修改。（2）數(shù)據(jù)文件的共享。由于若干用戶或應(yīng)用程序共享一個(gè)數(shù)據(jù)文件，要修改數(shù)據(jù)文件必須征得所有用戶的認(rèn)可。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件1數(shù)據(jù)文件2數(shù)據(jù)文件n……...應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2………..應(yīng)用程序m輸出1輸出2…….輸出m數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)文件1數(shù)據(jù)文件2數(shù)據(jù)文件n……...應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2………..應(yīng)用程序m輸出1輸出2…….輸出m數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)集中控制（2）數(shù)據(jù)可充分共享（3）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性（4）以擴(kuò)充新的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用（5）用戶直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)（6）冗余信息得到有效控制（7）多種用戶的觀點(diǎn)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)缺點(diǎn)：（1）建立數(shù)據(jù)庫(kù)的費(fèi)用較高，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件和與之聯(lián)系的任何硬件都可能是昂貴的。（2）添加內(nèi)容時(shí)變得復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)比文件管理系統(tǒng)更加復(fù)雜。（3）風(fēng)險(xiǎn)集中化。數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，雖然減少了數(shù)據(jù)冗余，但集中存儲(chǔ)也同樣是數(shù)據(jù)損壞或丟失的風(fēng)險(xiǎn)增加。4.1數(shù)據(jù)管理模式4.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它提供了數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)接口，以方便、有效地提供存取數(shù)據(jù)庫(kù)信息的環(huán)境。應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具DBMS操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶應(yīng)用程序員數(shù)據(jù)庫(kù)管理員4.1數(shù)據(jù)管理模式2.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)。包括數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（及其開(kāi)發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶構(gòu)成。4.2數(shù)據(jù)庫(kù)模型4.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)模型

數(shù)據(jù)庫(kù)模型是嚴(yán)格定義的一組概念的集合，主要由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成。

數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型

數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型

數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型（1）面向記錄的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型

層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型（2）面向語(yǔ)義的語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型

實(shí)體-聯(lián)系模型（E-R)（3）面向?qū)ο蟮膶?duì)象數(shù)據(jù)模型方法數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型常用術(shù)語(yǔ)實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。實(shí)體集：同型實(shí)體的集合。屬性：實(shí)體所具有的很多特征中的每一個(gè)特征。標(biāo)識(shí)符：惟一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性或?qū)傩约臉?biāo)識(shí)符。實(shí)體間的聯(lián)系：實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系實(shí)體集之間的聯(lián)系：1:1；1：N；M:N數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型

數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型是由DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，并面向數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，有嚴(yán)格的形式化定義，以便于在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。它通過(guò)嚴(yán)格的語(yǔ)法和語(yǔ)義定義，來(lái)描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性，滿足數(shù)據(jù)庫(kù)存取、運(yùn)行等用戶需求。數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型1、術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件、關(guān)鍵碼2、要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：實(shí)體類型及關(guān)系的表達(dá)和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作：對(duì)數(shù)據(jù)的檢索和更新約束條件：對(duì)數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的制約和依賴規(guī)則地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項(xiàng)、字段等。姓名學(xué)號(hào)籍貫性別出生年月……數(shù)據(jù)項(xiàng)（字段）（字段名、類型、長(zhǎng)度）地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。記錄姓名學(xué)號(hào)籍貫性別出生年月…張英18北京女66.02…李林20陜西男67.10…一條記錄地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)文件文件：文件是一給定類型的(邏輯)記錄的全部具體值的集合。姓名學(xué)號(hào)籍貫性別出生年月…張英18北京女66.02…李林20陜西男67.10…………………基本信息地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)：是比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)庫(kù)是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。數(shù)據(jù)庫(kù)

基本信息課程成績(jī)教師信息數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型

從滿足用戶需求的已定邏輯模型出發(fā)，在有限的硬軟件環(huán)境下，用DBMS手段設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)模式，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)形式、存取路徑、文件結(jié)構(gòu)等。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.2數(shù)據(jù)庫(kù)模型4.2.2傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（非空間）的數(shù)據(jù)模型

層次模型

網(wǎng)狀模型

關(guān)系模型

面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)模型層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型

它的特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)組織成一對(duì)多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來(lái)訪問(wèn)其中每一層次的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄、土壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級(jí)數(shù)據(jù)的組織。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)安大學(xué)人文學(xué)院汽車學(xué)院機(jī)械學(xué)院資源學(xué)院地測(cè)學(xué)院管理學(xué)院建筑學(xué)院外語(yǔ)學(xué)院建工學(xué)院公路學(xué)院材料學(xué)院環(huán)工學(xué)院理學(xué)院信息學(xué)院地質(zhì)工程系地球探測(cè)與信息工程系測(cè)繪科學(xué)與工程系安全工程系層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型優(yōu)點(diǎn)：存取方便且速度快結(jié)構(gòu)清晰，容易理解數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性同一屬性數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)模型

網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來(lái)確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對(duì)多類型的數(shù)據(jù)組織方式。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)MIIIabcdefg123456學(xué)生宿舍專業(yè)系學(xué)生教研室教師父母子女養(yǎng)育贍養(yǎng)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)模型地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)點(diǎn)：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系數(shù)據(jù)冗余小缺點(diǎn)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.3.2網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實(shí)體與屬性之間的關(guān)系進(jìn)行存儲(chǔ)和變換，不分層也無(wú)指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)校名稱長(zhǎng)安大學(xué)系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生計(jì)算機(jī)5230070系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生地工系5230070系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生測(cè)繪系5230070教師號(hào)姓名年齡職稱66謝元禮30教授教師號(hào)姓名年齡職稱66謝元禮30教授教師號(hào)姓名年齡職稱66謝元禮30教授課程號(hào)課程名教師號(hào)學(xué)分A01GIS42課程號(hào)課程名教師號(hào)學(xué)分A01GIS42課程號(hào)課程名教師號(hào)學(xué)分A01GIS42學(xué)號(hào)姓名年級(jí)籍貫002312張三3陜西學(xué)號(hào)姓名年級(jí)籍貫002312張三3陜西學(xué)號(hào)姓名年級(jí)籍貫00231張三3陜西學(xué)號(hào)課程號(hào)002312A01學(xué)號(hào)課程號(hào)002312A01學(xué)號(hào)課程號(hào)00231A01地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特別靈活，滿足所有布爾邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺陷：數(shù)據(jù)庫(kù)大時(shí)，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)對(duì)空間關(guān)系無(wú)法滿足關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

面向?qū)ο螅╫bject-oriented，oo）的概念起源于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言(簡(jiǎn)稱OOPL)，強(qiáng)調(diào)對(duì)象概念的統(tǒng)—，引入對(duì)象、對(duì)象類、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語(yǔ)，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承性機(jī)制。它以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開(kāi)發(fā)工具為一體，建立OO計(jì)算環(huán)境，配有很強(qiáng)的圖形功能和多窗口用戶界面。

基本出發(fā)點(diǎn)就是以對(duì)象作為最基本的元素，盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來(lái)分析和解決問(wèn)題。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象：是對(duì)客觀世界實(shí)體的抽象描述，由信息（數(shù)據(jù)）和對(duì)數(shù)據(jù)的操作組合而成。所有的概念實(shí)體都可以模型化為實(shí)體。類：是對(duì)多個(gè)相似對(duì)象共同特性的描述。消息：是對(duì)象之間通信的手段，用來(lái)指示對(duì)象的操作。分公有消息和私有消息。方法：是對(duì)象接收到消息后應(yīng)采取的動(dòng)作序列的描述。實(shí)例：是由一特定類描述的具體對(duì)象。元類：是相似的類的共同屬性的抽象，元類的實(shí)例是類，類的實(shí)例是對(duì)象。

基本概念

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念協(xié)議：是一個(gè)對(duì)象對(duì)外服務(wù)的說(shuō)明，它告知一個(gè)對(duì)象可以為外界。封裝：是將某件實(shí)物包圍起來(lái)，使外界不必知道其實(shí)際內(nèi)容。繼承：從某類對(duì)象得到另一類對(duì)象的特征和能力。如飯店子類從建筑物類繼承地址、建筑日期等屬性。引入類的繼承，就出現(xiàn)了類的層次結(jié)構(gòu)，也就有了超類（基類）、子類（派生類）的概念。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.3.1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)定義

簡(jiǎn)單地說(shuō)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)是存放空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。確切地說(shuō)：空間數(shù)據(jù)庫(kù)是描述空間物體的位置數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)元素之間拓?fù)潢P(guān)系及描述這些物體的屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)4.4.2、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)作用

對(duì)海量數(shù)據(jù)的管理能力；空間分析功能；設(shè)計(jì)方式靈活，滿足用戶要求支持網(wǎng)絡(luò)功能地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.4空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)4.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)4.3.2空間數(shù)據(jù)的特征

空間特征抽象特征多尺度與多態(tài)性特征非結(jié)構(gòu)化特征空間關(guān)系特征分類編碼特征海量數(shù)據(jù)特征地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)描述空間物體的位置、形態(tài)，甚至需要描述物體的空間拓?fù)潢P(guān)系同一自然地物在不同的抽象中，可能有不同的語(yǔ)義。不同觀察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情況下會(huì)有形態(tài)差異。記錄不能等長(zhǎng)空間數(shù)據(jù)除了空間坐標(biāo)及隱含的空間分布關(guān)系外，空間數(shù)據(jù)還記錄了拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)的多種空間關(guān)系。每一個(gè)空間對(duì)象都有一個(gè)分類編碼，因而每種地物對(duì)應(yīng)于一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。4.3.3空間數(shù)據(jù)與一般數(shù)據(jù)相比所具有的特點(diǎn)：

4.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)量大；不僅擁有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，且還擁有大量的空間數(shù)據(jù)，且這兩種數(shù)據(jù)具有不可分割的聯(lián)系；數(shù)據(jù)應(yīng)用面廣地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.3.4傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理地理空間數(shù)據(jù)的局限性1、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小的數(shù)字和字符，而地理信息數(shù)據(jù)是連續(xù)的，并且具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性。2、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理的實(shí)體類型較少，并且實(shí)體類型之間通常只有簡(jiǎn)單的、固定的空間關(guān)系，而地理空間數(shù)據(jù)的實(shí)體類型繁多，實(shí)體類型之間存在著復(fù)雜的空間關(guān)系，并且還能產(chǎn)生新的關(guān)系。3、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通常為等長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)，而地理空間數(shù)據(jù)通常用于不同目標(biāo)的坐標(biāo)串長(zhǎng)度的不定，具有變長(zhǎng)記錄，且數(shù)據(jù)項(xiàng)可能很大、很復(fù)雜。4、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息，而空間數(shù)據(jù)庫(kù)中需要大量的空間數(shù)據(jù)操作和查詢，如鄰域、連通、包含和疊加等。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.4.6、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展（1）數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展

集中式系統(tǒng)階段

經(jīng)典客戶/服務(wù)器系統(tǒng)階段

分布式計(jì)算系統(tǒng)階段（2)空間數(shù)據(jù)模型的發(fā)展柵格模型、矢量模型、對(duì)象模型、約束模型地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)集成式階段主機(jī)終端終端終端數(shù)據(jù)庫(kù)集中在大型的基于主機(jī)的管理模式、具有各自獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、文件格式，只能以重復(fù)備份或脫機(jī)拷貝的方式在不能得系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)典客戶/服務(wù)器系統(tǒng)階段服務(wù)器客戶端客戶端客戶端以統(tǒng)一、完整的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)和管理海量地理空間數(shù)據(jù)為主體，這種數(shù)據(jù)庫(kù)可以在整個(gè)局域網(wǎng)范圍內(nèi)共享。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)分布式計(jì)算系統(tǒng)階段服務(wù)器服務(wù)器服務(wù)器客戶端客戶端客戶端多種不同類型的地理數(shù)據(jù)分布在成千上萬(wàn)的通信子網(wǎng)站點(diǎn)上，形成多嵌套、無(wú)限延伸和異常復(fù)雜的地理信息空間。4.3.4空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式

文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理

全關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理

擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.3空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)4.4.7目前GIS數(shù)據(jù)庫(kù)存在的問(wèn)題

數(shù)據(jù)共享問(wèn)題

數(shù)據(jù)瓶頸問(wèn)題數(shù)據(jù)更新問(wèn)題數(shù)據(jù)安全問(wèn)題

數(shù)據(jù)格式文件統(tǒng)一性地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享的政策地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.4空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)文件-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理幾何數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)ID數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫(kù)早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)語(yǔ)言O(shè)DBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫(kù)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索比較可靠、有效；幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫(kù)要遜色得多?？臻g數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。文件-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)全關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)GIS界面屬性數(shù)據(jù)（定長(zhǎng)記錄）空間數(shù)據(jù)（變長(zhǎng)記錄）DBMS關(guān)系表二進(jìn)制塊地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)全關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時(shí)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進(jìn)行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對(duì)象嵌套等復(fù)雜的空間操作GIS軟件：System9，SmallWorld、Geovision等地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理GIS界面空間數(shù)據(jù)處理RDBMS空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)充實(shí)體類型（點(diǎn)、線、面、圓等）地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理在標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上增加空間數(shù)據(jù)管理層，即利用該層將地理結(jié)構(gòu)查詢語(yǔ)言(GeoSQL)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢，借助索引數(shù)據(jù)的輔助關(guān)系實(shí)施空間索引操作。解決了空間數(shù)據(jù)變長(zhǎng)記錄的存儲(chǔ)問(wèn)題，由數(shù)據(jù)庫(kù)軟件商開(kāi)發(fā)，效率較高用戶不能根據(jù)GIS要求進(jìn)行空間對(duì)象的再定義，因而不能將設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)GIS軟件：TIGER，Geo++、GeoTropics等地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m應(yīng)于空間數(shù)據(jù)的管理，它不僅支持變長(zhǎng)記錄，而且支持對(duì)象的嵌套、信息的繼承與聚集。面向?qū)ο蟮腉IS數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)允許用戶定義對(duì)象和對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及它的操作。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?/p>

GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?/p>

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

GIS中的地物可根據(jù)國(guó)家分類標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H情況劃分類型。如一個(gè)大學(xué)GIS的對(duì)象可分為建筑物、道路、綠化、管線等幾大類，地物類型的每一大類又可以進(jìn)一步分類，如建筑物可再分成教學(xué)樓、科研實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓、教工住宅、學(xué)生宿舍、后勤服務(wù)建筑、體育樓等子類，管線可再分為給水管道、污水管道、電信管道、供熱管道、供氣管道等，另一方面，幾種具有相同屬性和操作的類型可綜合成一個(gè)超類。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5空間數(shù)據(jù)的組織空間數(shù)據(jù)的組織方式與所采用的數(shù)據(jù)模型有關(guān)。4.5.1分塊組織——分區(qū)管理分區(qū)原因：

磁盤(pán)容量查詢分析效率數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5空間數(shù)據(jù)的組織圖塊劃分原則：

按存取效率較高的空間分布單元?jiǎng)澐謭D塊，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的存取效率。圖塊的劃分應(yīng)使基本存儲(chǔ)單元具有較高較為合理的數(shù)據(jù)量。在定義圖塊分區(qū)時(shí)，應(yīng)充分考慮未來(lái)地圖更新的圖形屬性信息及空間分布，以利于更新和維護(hù)。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5空間數(shù)據(jù)的組織4.5.2分層組織

將不同類不同級(jí)別的圖元要素進(jìn)行分層存放，每一層存放一種專題或一類信息。每一圖層應(yīng)具有的特性：可見(jiàn)性繪圖特征疊加性地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5空間數(shù)據(jù)的組織

當(dāng)需要在整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，必須建立邏輯上或物理上無(wú)縫的數(shù)據(jù)庫(kù)。在平面方向上，分幅的數(shù)據(jù)要組織成無(wú)縫的一個(gè)整體，在垂直方向，各種數(shù)據(jù)通過(guò)一致的空間坐標(biāo)定位能夠相互疊加和套合?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)要有高效的空間數(shù)據(jù)查詢、調(diào)度、漫游以及數(shù)據(jù)分發(fā)與制圖等功能。

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)1、工作區(qū)通常將一幅圖或幾幅圖的范圍當(dāng)作一個(gè)工作單元或稱工作區(qū)。在這個(gè)工作區(qū)范圍內(nèi)，包含了所有各層的空間數(shù)據(jù)。工作區(qū)通常是以范圍定義的。一般情況下，一幅圖定義為一個(gè)工作區(qū)，也可將幾幅圖合為一個(gè)工作區(qū)。工作區(qū)行政邊界道路……水系土壤土地覆蓋居民4.5.3圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)組織4.5空間數(shù)據(jù)的組織地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)2、工作層工作層被定義為空間數(shù)據(jù)處理的一個(gè)工作單元，它在平面上可能與工作區(qū)范圍一致，但是在垂直方向，不同的軟件定義有所區(qū)別。3、邏輯層如果一個(gè)工作層包含的內(nèi)容很多，如所有地物類，這是為了顯示、制圖和查詢方便，需要定義邏輯層。4、地物類將類型相同的地物組合在一起，形成地物類。

4.5空間數(shù)據(jù)的組織邏輯層與地物類的關(guān)系地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5.4圖庫(kù)管理圖庫(kù)管理即為工程管理。從物理上說(shuō)，每個(gè)工作區(qū)或工作層形成一個(gè)獨(dú)立的工作單元，這樣在數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)非常必要的。但是在邏輯上，一個(gè)地區(qū)，或一個(gè)城市應(yīng)該形成一個(gè)整體，即當(dāng)作一個(gè)工程看待，用戶可以在工程內(nèi)任意開(kāi)窗、放大、漫游、查詢、分析和制圖。這樣涉及多個(gè)工作區(qū)的數(shù)據(jù)組織，也稱海量數(shù)據(jù)管理。工程管理一般是建立圖幅索引，即通過(guò)工作區(qū)的范圍建立二維空間索引。工程管理除了進(jìn)行工作區(qū)索引以外，還要進(jìn)行并發(fā)控制管理。4.5空間數(shù)據(jù)的組織地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5.5屬性數(shù)據(jù)的組織

屬性數(shù)據(jù)雖然一般均由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理，但是它的組織方式也依GIS軟件而異。如ARC/INFO，它的屬性數(shù)據(jù)文件一般建立在對(duì)應(yīng)的Coverage目錄之下，在工作區(qū)目錄下，通常有一個(gè)記錄屬性數(shù)據(jù)文件信息包括目錄路徑的文件。特別是，無(wú)論一個(gè)Coverage包含多少地物類，僅有一個(gè)ATT表和一個(gè)PAT表。為了表達(dá)不同地物類的不同屬性項(xiàng)，也可能按每個(gè)地物類建立一個(gè)擴(kuò)展屬性表，他們與AAT或PAT表的連接，根據(jù)地物編碼和內(nèi)部連接碼進(jìn)行。

4.5空間數(shù)據(jù)的組織地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.5.5屬性數(shù)據(jù)的組織MGE的屬性數(shù)據(jù)管理方式，一個(gè)地物類對(duì)應(yīng)于一個(gè)屬性表文件，而且所有屬性文件都在工程的目錄下，即是說(shuō)不同工作區(qū)相同的地物類型的屬性是放在一起的，這樣便于屬性的工程管理，在工程中查找某一屬性要快速得多。

GeoStar的屬性管理模式，它結(jié)合前兩者的優(yōu)點(diǎn)。在GeoStar中，可以設(shè)計(jì)成一個(gè)地物類為一個(gè)屬性表，也可以是多個(gè)地物類公用一個(gè)屬性表，這樣會(huì)帶來(lái)許多方便。4.5空間數(shù)據(jù)的組織地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)工程工作區(qū)1工作區(qū)2工作區(qū)3空間地物專題1專題2專題3專題地物結(jié)點(diǎn)、點(diǎn)狀地物線狀地物面狀地物類1類2……類3類5類6……類4類5類7……類1類2類3類4類5類6弧段類7類8位置XYZ柵格注記地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.6空間索引4.6.1概念

空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)，外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.6空間索引4.6.2目的

作為一種輔助性的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，空間索引介于空間操作算法和空間對(duì)象之間，它通過(guò)篩選作用，排除大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的空間對(duì)象，從而提高空間操作的速度和效率。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)1、對(duì)象范圍索引在記錄每個(gè)空間對(duì)象的坐標(biāo)時(shí)，記錄每個(gè)空間對(duì)象最大最小坐標(biāo)。這樣在檢索空間對(duì)象時(shí)，根據(jù)空間對(duì)象的最大最小范圍，預(yù)先排除那些沒(méi)有落入檢索窗口內(nèi)的空間對(duì)象，僅對(duì)那些最大最小范圍落在檢索窗口的空間對(duì)象進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，最后檢索出那些真正落入窗口的空間對(duì)象。4.6空間索引4.6.3方法地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.6空間索引4.6.3方法地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.6空間索引2、格網(wǎng)索引

將工作區(qū)按一定的規(guī)則劃分成格網(wǎng)，然后記錄每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)所包含的空間對(duì)象。為了便于建立空間索引的線性表，將空間格網(wǎng)按Morton碼或稱Peano鍵進(jìn)行編碼，建立Peano鍵與空間對(duì)象的關(guān)系。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)4.6空間索引2、格網(wǎng)索引

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)3、四叉樹(shù)索引有兩種索引：線性四叉樹(shù)和層次四叉樹(shù)。4.6空間索引地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)線性四叉樹(shù)索引地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)

層次