第七章 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第七章

空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)《地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教程空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是GIS軟件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并提出空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)方案；空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)是將設(shè)計(jì)的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)，并將收集來的空間數(shù)據(jù)入庫，建立空間數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)。教學(xué)提綱一、空間數(shù)據(jù)

二、空間數(shù)據(jù)的邏輯預(yù)處理

退出一、空間數(shù)據(jù)（一）空間數(shù)據(jù)的特征（二）空間數(shù)據(jù)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)返回空間數(shù)據(jù)有三大基本特征空間特征：包括比例尺、坐標(biāo)系和投影類型等時(shí)間特征屬性特征其中，時(shí)間特征和屬性特征是一般信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都具有的，而空間特征是空間數(shù)據(jù)獨(dú)有的，是空間數(shù)據(jù)庫的宏觀定義，建立空間數(shù)據(jù)庫時(shí)必須著重考慮。比例尺含義：指空間數(shù)據(jù)庫入庫前原始圖件的比例尺。數(shù)字化后的地圖可在一定范圍內(nèi)按任意比例尺顯示。如何確定？空間數(shù)據(jù)庫的比例尺通常取決于用戶對空間數(shù)據(jù)的精度要求及所研究區(qū)域的大小。精度要求越高，地圖比例尺就越大，內(nèi)容愈詳細(xì)，數(shù)字化工作量和存儲(chǔ)量也就越大。返回坐標(biāo)系空間數(shù)據(jù)庫中常用的坐標(biāo)系有地理坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系。地理坐標(biāo)系描述：采用經(jīng)緯度（φ,λ）來確定地球表面上任意一點(diǎn)的位置。從通過格林威治天文臺的子午面向東為東經(jīng)（0°~180°），向西為西經(jīng)（0°~180°）；從赤道面算起，向北為北緯（0°~90°），向南為南緯（0°~90°）。應(yīng)用領(lǐng)域：一般應(yīng)用于空間位置要求很明確的GIS中。因?yàn)榻?jīng)緯度不僅能標(biāo)示空間對象在地球表面上的位置，還能顯示其地理方位以及所處的時(shí)區(qū)、兩地間的時(shí)差等。返回平面直角坐標(biāo)系描述：首先定義一個(gè)原點(diǎn)（0,0）及x，y軸方向，然后通過（x,y）值確定某個(gè)地理實(shí)體的位置。應(yīng)用領(lǐng)域：適用于大比例尺小區(qū)域的GIS應(yīng)用。因?yàn)樵谠撟鴺?biāo)系中，統(tǒng)計(jì)面積、距離量算等較為方便，在測繪中應(yīng)用較廣，如房產(chǎn)測繪等。返回投影含義：不同的坐標(biāo)系可以通過地圖投影來建立聯(lián)系，即地球表面任一由地理坐標(biāo)（φ,λ）確定的點(diǎn)，在平面上必然有一個(gè)由平面直角坐標(biāo)（x,y）確定的點(diǎn)與它相對應(yīng)。如何選擇地圖投影類型？首先是經(jīng)緯線形狀和變形性質(zhì)能否滿足GIS對數(shù)據(jù)的要求；其次是投影的變形要小且分布均勻，使等變形線大致與區(qū)域輪廓一致；再次就是經(jīng)緯網(wǎng)形狀不復(fù)雜，便于識別和投影計(jì)算、轉(zhuǎn)換等。不同投影類型的比較

投影類型特點(diǎn)適用領(lǐng)域等角投影方位準(zhǔn)確，小區(qū)域的圖形能與實(shí)地相似航空、航海、氣象、洋流和軍事等方面等積投影面積正確，方便分析信息間的對比關(guān)系行政區(qū)劃、自然或經(jīng)濟(jì)區(qū)劃、人口密度、土地利用、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)和某種自然現(xiàn)象分布等方面等距方位投影距離準(zhǔn)確，方便對一定半徑范圍進(jìn)行控制城市防空、地震臺、雷達(dá)站等方面返回空間數(shù)據(jù)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)包括以下內(nèi)容：空間數(shù)據(jù)的分類空間數(shù)據(jù)的編碼標(biāo)準(zhǔn)空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)返回分類目的：為了便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、編碼和檢索空間數(shù)據(jù)。分類體系劃分是否合理和規(guī)范，直接影響到GIS數(shù)據(jù)的組織以及GIS之間數(shù)據(jù)的連接、傳輸和共享，最終影響GIS產(chǎn)品的質(zhì)量。方法：一般采用宏觀的全國分類系統(tǒng)與詳細(xì)的專業(yè)分類系統(tǒng)相遞歸的分類方案，即低一級的分類系統(tǒng)必須能歸并和綜合到高一級的分類系統(tǒng)之中。返回編碼描述：它是將分類的結(jié)果用一種易于被計(jì)算機(jī)和人識別的符號體系表示出來的過程，是人們統(tǒng)一認(rèn)識、統(tǒng)一觀點(diǎn)和相互交換信息的一種技術(shù)手段。編碼的直接產(chǎn)物是代碼，即表示特定信息的一個(gè)或一組有序排列的符號。原則：編碼按國家的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；杜絕多義性；碼位不宜過長。*******

路名序號（數(shù)字）干路序號（數(shù)字）走向序號（數(shù)字）分類碼（數(shù)字）方位區(qū)碼（字符）

道路編碼方案示例圖中所示為某市根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，參考北京市（市區(qū)）、常州市城市道路編碼的方案確定的市區(qū)道路編碼方案。道路編碼由五種道路屬性組成，例如道路編碼“E123005”，其中，“E”代表方位區(qū)碼，“1”代表分類碼，“2”代表走向序號，“3”代表干路序號，“005”代表路名序號。

返回空間元數(shù)據(jù)定義：指描述空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，它描述空間數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參考、管理方式以及數(shù)據(jù)集的其它特征。是空間數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)，也是空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化的保證，在一定程度上為空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供了保障。分類：管理元數(shù)據(jù)：是對GIS源數(shù)據(jù)及其內(nèi)容、主題、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和各種操作信息的描述用戶元數(shù)據(jù)：幫助用戶查詢、理解信息，并了解這些數(shù)據(jù)的組織方式等?？臻g元數(shù)據(jù)理論體系的發(fā)展

目前，從整個(gè)國際社會(huì)來說，還沒有成形的元數(shù)據(jù)理論體系。我國在廣泛吸收國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)草案的基礎(chǔ)上提出了我們自己的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建議草案。該草案由兩層組成：第一層目錄層：提供的是元數(shù)據(jù)復(fù)合元素和數(shù)據(jù)元素第二層是元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的主體，由八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分和四個(gè)引用部分組成，包括了全面描述空間信息的必選項(xiàng)、條件必選項(xiàng)以及可選項(xiàng)的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)部分標(biāo)識信息標(biāo)識空間數(shù)據(jù)的名稱、由誰開發(fā)的、是關(guān)于哪個(gè)區(qū)域的、包括的專題、現(xiàn)勢性如何、對數(shù)據(jù)的使用和獲取有何限制等數(shù)據(jù)質(zhì)量信息屬性精度、邏輯一致性、完備性報(bào)告、空間位置精度和垂直精度報(bào)告等空間數(shù)據(jù)表示信息空間表示類型、矢量空間表示信息、柵格空間表示類型和影像空間表示類型等數(shù)據(jù)集繼承關(guān)系數(shù)據(jù)源信息、數(shù)據(jù)源范圍和處理步驟等空間參照信息空間參照系類型、地理標(biāo)識碼參照系統(tǒng)、水平坐標(biāo)系統(tǒng)定義和垂直坐標(biāo)系統(tǒng)定義等實(shí)體和屬性信息實(shí)體類型定義、類型名稱、類型標(biāo)識碼、屬性定義、屬性名稱和屬性標(biāo)識碼等數(shù)據(jù)集發(fā)行信息發(fā)行部門、發(fā)行日期、訂購程序等元數(shù)據(jù)參考信息元數(shù)據(jù)日期信息、聯(lián)系地址、限制條件和安全信息等引用部分引用信息標(biāo)題、作者、參考時(shí)間、出版信息和版本等時(shí)間范圍信息起始和結(jié)束日期等聯(lián)系信息聯(lián)系人、聯(lián)系地址和聯(lián)系單位等地址信息國家、省、市、縣、郵編、聯(lián)系電話、電子郵件地址和網(wǎng)址等我國元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建議草案主體組成返回二、空間數(shù)據(jù)的邏輯預(yù)處理

（一）分幅（二）分層（三）分專題要素返回分層(縱方向)

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分幅（水平方向）

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tile1tile2植被層(Layer1)

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tile1tile2水系層(Layer2)

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tile1tile2居民地層(Layer3)

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空間數(shù)據(jù)分幅和分層示意圖

分幅當(dāng)GIS空間數(shù)據(jù)庫的比例尺較大時(shí)，圖幅的范圍也就較大，為了便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、顯示與分析，有必要對整個(gè)地圖進(jìn)行分幅。若不進(jìn)行分幅處理，一個(gè)地圖幅面將大得驚人，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和檢索的速度將受到很大影響。

分幅的方式可以是按矩形，也可以是按行政區(qū)劃。還可按城市管理分幅（如電信分幅、污水系統(tǒng)分幅、消防分幅等）、交通管理分幅、郵政分幅、環(huán)保分幅等。

矩形分幅示意圖

圖中所示為在規(guī)劃國土樣區(qū)系統(tǒng)中（修文群等，1999年），采用的按矩形分幅方法分別按格網(wǎng)大小分幅：一是按原有1:1000的圖幅分幅，另一種按1平方公里分幅。

118500,21000121500,21000MAP1MAP2MAP3720721722723724725MAP4MAP5MAP6648649650651652653MAP7MAP8MAP95765775785795805811180500,18000MAP10336337121500,175001平方公里分幅圖1：1000圖幅分幅圖分幅處理應(yīng)注意問題

分幅可能會(huì)帶來數(shù)據(jù)無縫處理的問題，即相鄰兩幅圖之間數(shù)據(jù)的完整性與一致性問題。在數(shù)據(jù)分幅處理過程中，應(yīng)注意以下問題：確定典型用戶常用的查詢范圍；選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)量，每幅中的數(shù)據(jù)量應(yīng)適度；需要經(jīng)過典型試驗(yàn)以確定最佳方案。返回分層描述：分層是在分幅的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，它按地圖內(nèi)容進(jìn)行劃分，不同的內(nèi)容屬于不同的層。

目的：更有效地組織和管理空間數(shù)據(jù)依據(jù)：國家相關(guān)信息分類標(biāo)準(zhǔn)原則：宜細(xì)不宜粗，盡量減少層與層之間的關(guān)聯(lián)分層處理應(yīng)注意問題

按要素類型分層，性質(zhì)相同或相近的要素應(yīng)放在同一層。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。如數(shù)據(jù)的公共邊，數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系等?；A(chǔ)信息數(shù)據(jù)的分層較細(xì)，各種專題信息數(shù)據(jù)一般放在單獨(dú)的一層或較少的幾層中?？紤]用戶視圖的多樣性。分層處理應(yīng)注意問題（續(xù)）分層時(shí)應(yīng)考慮數(shù)據(jù)與功能的關(guān)系，如數(shù)據(jù)使用頻率，起主導(dǎo)作用的功能等。分層時(shí)應(yīng)考慮更新的問題，應(yīng)考慮將變更頻繁的數(shù)據(jù)分離出來。分層時(shí)應(yīng)顧及數(shù)據(jù)量的大小，各層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量最好比較均衡。盡量減少冗余數(shù)據(jù)。分層示例表中所示為江陰市土地利用規(guī)劃管理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)分類表，它是江蘇省江陰市土地利用規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中對空間數(shù)據(jù)（土地利用規(guī)劃圖）分類的初步結(jié)果。裝飾圖層背景圖層規(guī)劃圖層規(guī)劃_餅圖圖框