論文 數(shù)字城市的空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以“數(shù)字東營”為例

1、中國石油大學(xué)（華東） 碩士學(xué)位論文 數(shù)字城市的空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以“數(shù)字東營”為例 姓名：劉娜 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：地球探測與信息技術(shù) 指導(dǎo)教師：王永剛;萬劍華 20060401 數(shù)字城市的空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 以“數(shù)字東營”為例 劉娜( 地球探測與信息技術(shù)) 指導(dǎo)教師：王永剛( 教授) 萬劍華( 教授) 摘要 “數(shù)字地球”就是對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和 認(rèn)識(shí)。數(shù)字城市是物質(zhì)城市在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)空間的再現(xiàn)和反映，是以信息( 特 別是空間信息) 為核心、以網(wǎng)絡(luò)為支撐的城市信息管理與服務(wù)體系?！皵?shù) 字城市”是“數(shù)字地球”的重要組成部分，是綜合運(yùn)用G I S 、遙感、遙 測、網(wǎng)

2、絡(luò)、多媒體和虛擬仿真等技術(shù)，對(duì)城市的基礎(chǔ)設(shè)施、功能機(jī)制進(jìn) 行自動(dòng)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)。當(dāng)前，我國“數(shù) 字城市”中數(shù)據(jù)( 圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)等) 大多以多種格式和多種介質(zhì) 分別分散存儲(chǔ)，難以有效滿足數(shù)字城市管理的信息處理需求。探索如何 實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)、構(gòu)建“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)庫， 對(duì)加快數(shù)字城市的發(fā)展具有重要作用。 本文研究“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題，研究以“數(shù) 字東營”空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)為背景展開。本文通過對(duì)“空間數(shù)據(jù)”、“空間 數(shù)據(jù)庫”的分析，引出了“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)庫的信息需求和功能需 求，在此基礎(chǔ)上提出了“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)

3、、邏輯設(shè)計(jì) 和物理設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)介紹了“數(shù)字東營”空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。該數(shù) 據(jù)庫基于G e o d a t a b a s e 數(shù)據(jù)模型，采用O r a c l e 9 i 作為數(shù)據(jù)庫支撐平臺(tái)， l l A r c S D E 作為空間數(shù)據(jù)庫的組織管理工具，使用A r c C a t a l o g 軟件的 I m p o r tF e a t u r eC l a s s 工具完成數(shù)據(jù)的載入。通過典型應(yīng)用驗(yàn)證和展示 了“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是合理的、實(shí)現(xiàn)是有效的。 本文研究成果為新形勢(shì)下“數(shù)字城市”空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)探索出了一 套先進(jìn)的思路和做法，尤其在圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)及空間

4、 數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)方面做了一些有益的嘗試。 關(guān)鍵詞：空問數(shù)據(jù)庫，數(shù)字城市，A r c s D E ，G e o d a t a b a s e ，信息系統(tǒng) I T h e D e s i g na n d R e a l i z a t i o no f S p a t i a lD a t a b a s e B a s e do n D i g i t a lC i t y “D i g i t a lD o n g y i n g f o rE x a m p l e L i u N a D i r e c t e db yP r o f e s s o rW a n g Y o n g -

5、g a n g W A NJ i a n - h u a A b s t r a c t D i g i t a lE a r t h i sak i n do fu n i t a r yd i g i t a lr e a p p e a ra n dk I l o M n ga b o u t o fv e r i t a b l ee a r t ha sw e l la si n t e r r e l a t e dp h e n o m e n a D i g i t a lC i t y i sa c a p i t a lc o m p o n e n to f D i g

6、i t a lE a r t h ，a n dat e c h n i q u es y s t e mw h i c hc a r r i e s a u t o m a t i cc o l l e c t i o n , d y n a m i cm o n i t o ra n da s s i s t sd e c i s i o no nb a s a l i n s t a l l a t i o na n df u n c t i o no fc i t ys y n t h e t i c a l l yu s em a n yt e c h n i q u e s ，s u

7、 c ha s G I S ，R S ，r e m o t es u r v e y , n e t w o r k , m u l t i m e d i aa n d V i l t U a le m u l a t e C u r r e n t l y , t h eD i g i t a lC i t y Sd a m ( g r a p hd a t aa n da t t r i b u t ed a t a ) o fC h i n aw e r e d i s p e r s i v ek e p ti nm u l t i f o r ma n d d i v e r s

8、i f o r mm e d i u m ，S Ot h a ti ti sd i f f i c u l tt o m a n a g et h e s ed a t ai nD i g i t a lC i t y Si n f o r m a t i o nd i s p o s i t i o n E x p l o r i n gh o w t oi n c o r p o r a t ek e e pg r a p hd a t aa n da t t r i b u t ed a t a , a n dh o wt oe s t a b l i s hs p a t i a l

9、d a t a b a s eo f “D i g i t a lC i t y ”，t h e s ea r ev e r yi m p o r t a n tf o rt h ed e v e l o p i n go f D i g i t a lc i t y I nt h i sd i s s e r t a t i o n , t h et h e s i si st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fs p a t i a l d a t a b a s eb a s e do nD i g i t a lC i t y , t

10、 h eb u i l d i n go fs p a t i a ld a t a b a s eo f “D i g i t a l D o n g y i n g f o rE x a m p l e I nt h i sd i s s e r t a t i o n , w ee d u c et h ei n f o r m a t i o n I v r e q u i r e m e n ta n df u n c t i o nr e q u i r e m e n to fs p a t i a ld a t a b a s eo fD i g i t a lC i t y

11、t h r o u g ha n a l y z i n gs p a t i a ld a t aa n ds p a t i a ld a t a b a s e ，b a s e dO l lt h e s e ，w ep u t f o r w a r dt h ee o n c e p t i o nd e s i g n 1 0 9 i cd e s i g na n dp h y s i c sd e s i g no fs p a t i a l _ d a t a b a s eo f D i g i t a lC i t y , a n de m p h a t i c a

12、 l l yi n t r o d u c et h e t e c h n i q u e so fs p a t i a l t d a t a b a s eo fD i g i t a lC i 夠1 h ed a t a b a s eb a s e do n 。G e o d a t a b a s e ，a d o p t s O r a c l e 9 ia sp l a t f o r mo fd a t a b a s e u s eA r c S D E 瑟m a n a g et o o lo fs p a t i a l d a t a b a s e ，u t i

13、l i z e sI m p o r tF e a t u r eC l a s so fA r c C a t a l o gt ob o o kd a t a W e t e s t i f ya n dr e v e a lt h a tt h ed e s i g ni sr a t i o n a la n dt h er e a l i z a t i o ni se f f e c t i v eo f s p a t i a ld a t a b a s eo f D i g i t a lC i t yt h r o u g ht y p i c a la p p l i c

14、 a t i o n s T h ea c h i e v e m e m so f t h ep a p e rp r o b ea na d v 鋤c e dc l u ea n dp r a c t i c ef o r t h ec o n s t r u c to fs p a t i a ld a t a b a s eo f D i g i t a lC i t y i nt h ei l e wc o n d i t i o n , e s p e c i a l l y , w ew e l lt r yk e e p i n gg r a p hd a t aa n da

15、t t r i b u t ed a t ai np h a s e ，a n d r e a l i z i n gs p a t i a ld a t a b a s e K e yW o r d s ：S p a t i a lD a t a b a s e ，D i g i t a lc i t y , A r c S D E ，G e o d a t a b a s e ，I n f o r m a - t i o nS y s t e m V 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論 文中

16、不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國 石油大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作 的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示 了謝意。 簽各j 腎訓(xùn)6 年歹月硎 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解中國石油大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件及電子版，允許論文被查閱和借閱；學(xué) 校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手 段保存論文。 ( 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 學(xué)生簽名： 導(dǎo)師簽名： 悼 h 彩年歲月卯日 訓(xùn)年y 只1 - o 日 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第1 章前言

17、 1 1 數(shù)字地球的概念 第1 章前言 1 9 9 8 年美國副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅摹皵?shù)字地球”計(jì)劃為我們展示了更加 美好的未來，人類的視野范圍不斷擴(kuò)大而信息交流的時(shí)空距離在不斷縮 小，這表明我們己進(jìn)入歷史發(fā)展的新紀(jì)元“地球村”時(shí)代。 “數(shù)字地球”就是對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和 認(rèn)識(shí)“。其核心思想是利用數(shù)字化的手段來處理整個(gè)地球的自然和社會(huì) 活動(dòng)諸方面的問題，最大限度地利用資源，并使一個(gè)單位、一個(gè)部門甚 至每一個(gè)人能夠通過一定方式方便地獲得他們所想了解的有關(guān)地球的信 息嘲?！皵?shù)字地球”是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基 礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶運(yùn)用海量地球信息對(duì)地球進(jìn)行多分辨

18、率、多尺度、 多時(shí)空和多種類的三維描述，并利用它作為工具來改造自然和發(fā)展社會(huì) 經(jīng)濟(jì)啪 1 2 數(shù)字城市概述 1 2 1 數(shù)字城市起源 戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球”這一概念，掀起一場數(shù)字革命，在中國相繼 出現(xiàn)“數(shù)字中國”、“數(shù)字省區(qū)”、“數(shù)字城市”等，經(jīng)過近幾年的探索與 發(fā)展已經(jīng)形成一定的體系結(jié)構(gòu)。明確地將“數(shù)字城市”與地理信息系統(tǒng)、 遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多維虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù)和可持續(xù) 發(fā)展決策以及農(nóng)業(yè)、災(zāi)害、資源、全球變化、教育、軍事等方面的社會(huì) 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第l 章前言 需要聯(lián)系在一起，在世界范圍內(nèi)開始了一場基于空間數(shù)據(jù)的信息化建設(shè) 的革命。 現(xiàn)實(shí)城市與數(shù)字城市的關(guān)系

19、如圖1 - 1 所示。 圖1 1 現(xiàn)實(shí)城市與數(shù)字城市的關(guān)系 1 2 2 建設(shè)“數(shù)字城市”的目的及意義 “數(shù)字城市”是“數(shù)字地球”的重要組成部分，它是綜合運(yùn)用計(jì)算 機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、衛(wèi)星對(duì)地觀測技術(shù)、衛(wèi)星 導(dǎo)航定位技術(shù)、衛(wèi)星通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將 城市地理、資源、環(huán)境、人文、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和居民日常生活等復(fù)雜系統(tǒng) 進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，建立能夠分類存儲(chǔ)、自動(dòng)處理和智能識(shí)別的海量 數(shù)據(jù)庫，并可直接用于城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)和居民日常生活的 綜合信息服務(wù)“1 。 “數(shù)字城市”建設(shè)，在廣義上指城市信息化，是指將有關(guān)城市的信 息，包括城市的自然資源、社會(huì)資源、基

20、礎(chǔ)設(shè)施、人文、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方 面，以數(shù)字的形式進(jìn)行獲取、存儲(chǔ)、管理和再現(xiàn)，通過對(duì)城市信息系統(tǒng) 的綜合分析和有效利用，為提高城市管理效率、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和 2 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第l 章前言 城市可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。 城市歷來是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的焦點(diǎn)和中心。當(dāng)前一個(gè)以數(shù)字城 市為旗幟的城市信息化運(yùn)動(dòng)正在全國范圍內(nèi)迅速展開。數(shù)字城市建設(shè)的 任務(wù)就是利用現(xiàn)代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各種信息資 源( 特別是空間信息資源) ，建立面向政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾服務(wù)的 信息平臺(tái)、信息應(yīng)用系統(tǒng)以及政策法規(guī)保障體系等。 “數(shù)字城市”包括大部分要素的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化和智能 化

21、全部過程。它將全市各部門、各行業(yè)、各領(lǐng)域的信息通過數(shù)字化和計(jì) 算機(jī)處理，并最大程度地集成和共享，利用各類信息源，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為 紐帶，快速、完整、便捷地提供各種信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信 息化。 1 3 “數(shù)字城市”基礎(chǔ)框架 數(shù)字城市是物質(zhì)城市在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)空間的再現(xiàn)和反映，是以信息( 特 別是空間信息) 為核心、以網(wǎng)絡(luò)為支撐的城市信息管理與服務(wù)體系。地 理空間基礎(chǔ)框架則是數(shù)字城市的核心組成部分之一，它為城市發(fā)展和信 息化建設(shè)提供統(tǒng)一的空間定位與基礎(chǔ)地理信息公共平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市 信息資源按照地理空間位置的整合和共享。 城市地理空間基礎(chǔ)框架建設(shè)的總體目標(biāo)為，充分運(yùn)用遙感、G P S 、 G I

22、S 和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，制定相應(yīng)的政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，建設(shè)多尺 度、多分辨率、多種類的城市空間數(shù)據(jù)體系，構(gòu)建統(tǒng)一的城市地理空間 基礎(chǔ)平臺(tái)，從而為城市政府、企業(yè)、社區(qū)和公眾提供高質(zhì)量的基于空間 位置的應(yīng)用服務(wù)。 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第1 章前言 1 3 1 城市寬帶網(wǎng)絡(luò) 隨著因特網(wǎng)在中國的飛速發(fā)展，上網(wǎng)正在成為日常生活中必不可少 的個(gè)重要方面，網(wǎng)絡(luò)生活正處于蓬勃發(fā)展之際。數(shù)字城市的建設(shè)離不 開城市寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及建設(shè)，建設(shè)高速骨干網(wǎng)絡(luò)、提供用戶寬帶方式接 入已經(jīng)變的越來越迫切。 東營市先期已經(jīng)建立起全市范圍內(nèi)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，覆蓋市區(qū)、縣區(qū)、 油區(qū)，通聯(lián)各行各業(yè)，各個(gè)部門。高速、穩(wěn)定的現(xiàn)代化

23、寬帶網(wǎng)絡(luò)為數(shù)字 城市的建設(shè)奠定了良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。 1 3 2 “數(shù)字東營”基礎(chǔ)空間框架 空間資源具有數(shù)據(jù)種類、尺度、源點(diǎn)、應(yīng)用等多種特征，因此關(guān)鍵 的任務(wù)是綜合數(shù)字化城市的核心需求，確定城市共享與交換的空間基礎(chǔ) 框架。 “數(shù)字東營”基礎(chǔ)空間框架，是指城市基礎(chǔ)地理信息，主要包括l ： 1 0 0 0 0 、l ：5 0 0 0 、l ：2 0 0 0 、1 ：1 0 0 0 、l ：5 0 0 基礎(chǔ)圖所包含的內(nèi)容，以 及各種分辨率的城市遙感影像圖等。“數(shù)字東營”空間基礎(chǔ)框架分為全 市空間基礎(chǔ)框架和分縣市空間基礎(chǔ)框架。 “數(shù)字化東營”基礎(chǔ)空間框架，按照地理要素分為以下特征類： 測量控制點(diǎn) 居民地和

24、垣柵 工礦建構(gòu)筑物及其它設(shè)施 交通及附屬設(shè)施 管線及附屬設(shè)施 4 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第l 章前言 水系及附屬設(shè)施 境界 地貌和土質(zhì) 植被 注記 1 4 論文研究的背景 隨著全球信息化、經(jīng)濟(jì)一體化的不斷發(fā)展，測繪在國家信息化、經(jīng) 濟(jì)建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。發(fā)達(dá)國家按其自 身政治、經(jīng)濟(jì)、軍事的需要提出“數(shù)字地球”戰(zhàn)略，聯(lián)合國也組織開展 “全球測圖計(jì)劃”。測繪技術(shù)體系伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、對(duì)地 觀測技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等日新月異的發(fā)展發(fā)生著深刻的變化，以衛(wèi)星定位 系統(tǒng)( G P S ) 、遙感( R s ) 、地理信息系統(tǒng)( G I S ) 、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主

25、體的全數(shù)字化測繪技術(shù)體系代替了傳統(tǒng)的模擬測繪技術(shù)體系，從而大大 提高了測繪工作的效率，縮短了生產(chǎn)周期，改變了測繪成果的形式和服 務(wù)模式。 以數(shù)字高程模型( D E M ) 、數(shù)字正射影像圖( o o m ) 、數(shù)字柵格地圖 ( D R G ) 、數(shù)字線劃圖( D L G ) 數(shù)據(jù)( 簡稱“4 D ”產(chǎn)品) 為代表的基礎(chǔ)地 理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)已成為各城市測繪部門以后的主要任務(wù)。同時(shí)，由于 地理信息的區(qū)域性、分布性、共享性和綜合性的特征，每個(gè)應(yīng)用部門都 需要一些基本的地理信息，使G I S 應(yīng)用正在從專業(yè)部門走向全社會(huì)嘲。 為了更好地促進(jìn)全市的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，建立能提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、 查詢、出圖和

26、分發(fā)服務(wù)，具有空間數(shù)據(jù)共享的分布式管理模式以及可靠 的、安全機(jī)制的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫是十分必要的。 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第1 章前言 近年來，城市面貌發(fā)生了巨大的變化，同樣也面臨著交通改善、環(huán) 境保護(hù)、資源開發(fā)、城市基礎(chǔ)設(shè)施改造等一系列問題。隨著城市功能的 全面調(diào)整和城市建設(shè)的迅速發(fā)展，在全市范圍內(nèi)，工程項(xiàng)目大幅度增加， 城市規(guī)劃管理中的各類數(shù)據(jù)、圖件和文檔資料也急劇增加，傳統(tǒng)的管理 手段和人工作業(yè)方式在時(shí)效性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性和工作效率等方面已不 能適應(yīng)目前的需要御。隨著“數(shù)字東營”工程的正式啟動(dòng)、社會(huì)對(duì)基礎(chǔ) 地理信息需求量的加大，正式啟動(dòng)?xùn)|營市空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)已經(jīng)成為必 然，通過

27、空間數(shù)據(jù)庫的建立，能在比較短的時(shí)間內(nèi)使政府和社會(huì)各界能 夠充分利用各種基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品，為工程建設(shè)和政府決策服務(wù)。 1 5 研究內(nèi)容與方法 1 建立地理空間數(shù)據(jù)組織標(biāo)準(zhǔn)。 為了保證數(shù)據(jù)的共享，標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)鍵，因此需建立和國家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一 的適應(yīng)“數(shù)字東營”需要的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)體系。標(biāo)準(zhǔn)化體系“m 1 應(yīng)包 括從數(shù)據(jù)采集、處理、質(zhì)量檢查、轉(zhuǎn)換、建庫、更新、維護(hù)、分發(fā)各個(gè) 環(huán)節(jié)的一整套規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)等的研究與制定，既要遵守國家、行業(yè) 已有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程，同時(shí)，又要結(jié)合信息化建設(shè)的實(shí)際情況和行 業(yè)管理的實(shí)際需要，充分考慮標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性、先進(jìn)性、擴(kuò)充性和前瞻性 嘲J i g ) 0 空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要分為

28、以下幾部分：空間數(shù)據(jù)的采集標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù) 據(jù)來源、分類與編碼以及數(shù)據(jù)輸入方法3 個(gè)方面；空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo) 準(zhǔn)；空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；空間數(shù)據(jù)共享與交換( 轉(zhuǎn)換格式) 標(biāo)準(zhǔn)等。 通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，將整個(gè)數(shù)據(jù)庫的信息納入統(tǒng)一 管理之下，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的合理建設(shè)和系統(tǒng)資源的充分利用。 6 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第1 章前言 2 管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)更新問題 主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的更新；空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的交換 共享；應(yīng)用部門的后臺(tái)管理，主要包括權(quán)限管理和維護(hù)等。數(shù)據(jù)更新有 兩種方式“小”1 ：一是不定期的更新，另一是實(shí)時(shí)更新。 3 數(shù)據(jù)庫的建立 最初收集數(shù)據(jù)，編制數(shù)據(jù)檢

29、查技術(shù)規(guī)定；然后，進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫前檢 查的工作；按照規(guī)范化的信息分類標(biāo)準(zhǔn)整合數(shù)據(jù)；建立包括元數(shù)據(jù)庫、 影像數(shù)據(jù)庫、D E M 數(shù)據(jù)庫和矢量數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫。 1 6 論文的組織和安排 論文共分六章，研究內(nèi)容按下列章節(jié)組織： 第1 章為前言。闡述了數(shù)字地球、數(shù)字城市的概念，數(shù)字城市的起源， 建設(shè)“數(shù)字城市”的目的和意義，數(shù)字城市基礎(chǔ)框架，就論文的研究背 景，確定了論文的研究目標(biāo)、研究內(nèi)容與方法。 第2 章為空間數(shù)據(jù)庫。闡述了空間數(shù)據(jù)的概念及特征，空間數(shù)據(jù)庫 的概念及特征，分析了空間數(shù)據(jù)庫的研究現(xiàn)狀及研究意義，闡述空間數(shù) 據(jù)的建設(shè)。 第3 章為空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本章主要闡述了四大部分，第一 部分為空

30、間數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)；第二部分為空間數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)；第 三部分為空間數(shù)據(jù)庫的功能設(shè)計(jì)；最后一部分闡述了空間數(shù)據(jù)庫的用戶 界面設(shè)計(jì)。 第4 章為空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。本章闡述了“數(shù)字東營”空間數(shù) 據(jù)庫的建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，空 間數(shù)據(jù)采集建庫。 中國千舳大學(xué)( 華東) 碩士論文第1 章前言 第5 章為研究實(shí)例。介紹了空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)，包括體系結(jié)構(gòu)， 數(shù)據(jù)庫建設(shè)的流程；介紹了空間數(shù)據(jù)庫平臺(tái)的建設(shè)，包括空間數(shù)據(jù)庫管 理平臺(tái)，空間數(shù)據(jù)庫建模平臺(tái)，空間數(shù)據(jù)庫建庫平臺(tái)，空間數(shù)據(jù)庫發(fā)布 平臺(tái)；進(jìn)行了應(yīng)用事例分析。 第6 章為結(jié)論和展望。對(duì)全文作一個(gè)全面總結(jié)，即做了哪些研究

31、內(nèi)容， 及取得了哪些開創(chuàng)性的研究成果，同時(shí)對(duì)以后的研究方向提出一些建 議。 1 7 本章小結(jié) 本章闡述了“數(shù)字地球”的定義， 基礎(chǔ)框架，闡述了論文的研究背景， 與方法。 8 建設(shè)“數(shù)字城市”的目的、意義和 在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究內(nèi)容 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空問數(shù)據(jù)庫 第2 章空間數(shù)據(jù)庫 2 1 空間數(shù)據(jù)及其特征 2 1 1 空間數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)( G e o s p a t i a ld a t a ) 用于確定具有自然特征或者人工建 筑特征的地理實(shí)體的地理位置、屬性及其邊界的信息1 。 在地理信息系統(tǒng)中，有關(guān)空間目標(biāo)實(shí)體的描述數(shù)據(jù)可分為三種類 型：空間特征數(shù)據(jù)、時(shí)間屬性數(shù)

32、據(jù)和專題屬性數(shù)據(jù)“”。對(duì)于絕大部分地 理信息系統(tǒng)的應(yīng)用來說，時(shí)間和專題屬性數(shù)據(jù)結(jié)合在一起共同作為屬性 特征數(shù)據(jù)，而空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為空間數(shù)掘或地理數(shù) 據(jù)。 空間特征數(shù)據(jù)記錄的是空間實(shí)體的位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征，這 是將地理信息系統(tǒng)同其它行業(yè)的各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)區(qū)分開的標(biāo)志?？?間特征指空間物體的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰物體的 拓?fù)潢P(guān)系。 時(shí)間屬性是指地理實(shí)體的時(shí)間變化或數(shù)據(jù)采集的時(shí)間等，嚴(yán)格地 講，空間數(shù)據(jù)總是在某一定時(shí)間或時(shí)段內(nèi)采集得到或計(jì)算產(chǎn)生的。由于 有些空間數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化相對(duì)較慢，因而有時(shí)被忽略；有些時(shí)候，時(shí)間 可以被看成一個(gè)專題特征。 專題屬性指的是實(shí)體

33、所具有的各種性質(zhì)，如年降雨量、植被類型或 土壤類型等。專題屬性通常以數(shù)字、符號(hào)、文本和圖像等形式來表示。 9 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)庫 2 1 2 空間數(shù)據(jù)的特征 空間數(shù)據(jù)一般具有三個(gè)基本特征“郵”： 1 屬性特征( 非定位數(shù)據(jù)) 表示實(shí)際現(xiàn)象或特征，例如變量、級(jí)別、數(shù)量特征和名稱等等。 2 時(shí)間特征( 時(shí)間尺度) 指現(xiàn)象或物體隨時(shí)間的變化，其變化的周期有超短期的、短期的、 中期的、長期的等等?？臻g數(shù)據(jù)庫建庫過程中，需要考慮空間數(shù)據(jù)的時(shí) 效性，盡量采用現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)。 3 空間特征( 定位數(shù)據(jù)) 是空間數(shù)據(jù)獨(dú)有的，指的是空間對(duì)象的位置、形狀、大小等幾何特 征以及與相鄰

34、地物之間的拓?fù)潢P(guān)系?？臻g特征又稱為幾何特征或定位特 征，包括比例尺、坐標(biāo)系和投影類型等，它們也是空間數(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。 2 2 空間數(shù)據(jù)庫及其特征 2 2 1 空間數(shù)據(jù)庫 空間數(shù)據(jù)庫指的是G I S 在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān) 的地理空間數(shù)據(jù)的總和“”?？臻g數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的簡稱，是存 儲(chǔ)在一起的空間數(shù)據(jù)有機(jī)集合，包括空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)“”，是地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)場所。它 是3 S 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的技術(shù) 體系，主要包括3 s 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)索引、使用標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)

35、行模 式等方面的技術(shù)內(nèi)容。 l O 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)庫 2 2 2 空間數(shù)據(jù)庫的特征 空間數(shù)據(jù)庫除了一般的數(shù)據(jù)特征之外，還具有一些區(qū)別于其他一般 數(shù)據(jù)庫的特征，主要有如下七個(gè)方面： 1 空間特征 空間特征是空間數(shù)據(jù)最主要的特征，它描述了空間物體的位置、形 態(tài)，甚至描述了物體的空間拓?fù)潢P(guān)系。例如，描述一條河流，一般數(shù)據(jù) 側(cè)重于河流的流域面積、水流量、枯水期等；而空間數(shù)據(jù)側(cè)重于描述河 流的位置、長度、發(fā)源地等和空間位置有關(guān)的信息，復(fù)雜的還需要處理 河流與流域內(nèi)河流間的距離、方位等空間關(guān)系。 2 抽象特征 ， 空間數(shù)據(jù)描述的是真實(shí)世界所具有的綜合特征，非常復(fù)雜，必須經(jīng)

36、 過抽象處理。在不同的抽象中，同一的自然物可能會(huì)有不同的語義。 3 空聞關(guān)系特征 空間數(shù)據(jù)記錄了拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)的多種空間關(guān)系。這種拓?fù)鋽?shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)一方面方便了空間數(shù)據(jù)的查詢空間分析，另一方面也給空間數(shù)據(jù)的 一致性和完整性維護(hù)增加了復(fù)雜程度。 4 多尺度和多態(tài)性 不同觀察尺度具有不通的比例尺和精度，同一地物在不同的情況下 會(huì)有形態(tài)差異。例如，任何城市在地理空間都占據(jù)一定范圍的區(qū)域，可 以被看作面狀空間對(duì)象。在比例尺較小的G I S 數(shù)據(jù)庫中，城市是作為點(diǎn) 狀空間對(duì)象來處理的。 5 非結(jié)構(gòu)化特征 空間數(shù)據(jù)不能滿足關(guān)系數(shù)據(jù)庫的“結(jié)構(gòu)化”要求。若將一條記錄表 達(dá)成一個(gè)空間對(duì)象，它的數(shù)據(jù)項(xiàng)可能是變長的。

37、如1 條弧段，其長度是 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)庫 不可限定的，可能是2 對(duì)坐標(biāo)，也可能是1 0 萬對(duì)坐標(biāo)。 6 分類編碼特征 每一個(gè)空間對(duì)象都有一個(gè)分類編碼，而這種分類編碼往往是屬于國 家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，每一種地物的類型在某個(gè)G I S 種的屬性項(xiàng)個(gè)數(shù)是相 同的。在多種情況下，一種地物類型對(duì)應(yīng)于一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。 7 海量數(shù)據(jù)特征 空間數(shù)據(jù)量是巨大的，通常稱海量數(shù)據(jù)。一個(gè)城市的G I S 數(shù)據(jù)量可 能達(dá)幾十個(gè)G B ，如考慮影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可能達(dá)幾百個(gè)G B 甚至T B 級(jí)。這 樣的數(shù)據(jù)量在通常的數(shù)據(jù)庫中是非常少見的。 2 3 空間數(shù)據(jù)庫的研究現(xiàn)狀 地理信息系統(tǒng)經(jīng)過

38、這些年的發(fā)展，二維空間數(shù)據(jù)技術(shù)已相當(dāng)成熟， 但人們是生活在三維空間的，如果把時(shí)問也算上，貝是生活在四維空間 中。目前，G I S 軟件與大型商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)( R D B M S ) 的集成 采用空間數(shù)據(jù)引擎來實(shí)現(xiàn)。使用不同G I S 廠商數(shù)據(jù)的客戶可以通過空間 數(shù)據(jù)引擎將自身的數(shù)據(jù)提交給大型關(guān)系型D B M S ，由D B M S 統(tǒng)一管理；同 樣，客戶也可以通過空間數(shù)據(jù)引擎提供的用戶和空間數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù) 接口，從關(guān)系型D B M S 中獲取其它類型的G I S 數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成客戶可以 使用的方式。 傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)往往采用文件方式，隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐漸將屬性 數(shù)據(jù)移植到數(shù)據(jù)庫平臺(tái)上

39、；隨著技術(shù)發(fā)展，圖形數(shù)據(jù)也可以和屬性數(shù)據(jù) 一起存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。文件方式對(duì)數(shù)據(jù)管理安全住較差，存在著屬 性和圖形分開管理的問題，不適合網(wǎng)絡(luò)共享發(fā)展的需要；數(shù)據(jù)庫方式則 實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)和管理，便于開發(fā)兩層、三層甚 1 2 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)庫 至多層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢(shì)來看，純關(guān)系數(shù)據(jù)庫方案取代文件方 案是發(fā)展的必然趨勢(shì)，這也是I T 發(fā)展的主流趨勢(shì)o ”。 空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出三個(gè)突出特點(diǎn)：D B M S 要求具有高可靠 性、高性能、高可伸縮性和高安全性；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下， 要實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)交換和共享；滿足應(yīng)用需求

40、，協(xié)同發(fā)展數(shù)據(jù) 庫套件與應(yīng)用構(gòu)件。 空間數(shù)據(jù)庫是在數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此它的建立離不開數(shù) 據(jù)庫。目前數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域采用的數(shù)據(jù)模型有：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系 模型和面向?qū)ο竽Ｐ汀Ｆ渲谢陉P(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最為成熟，作為 新興的面向?qū)ο竽Ｐ停募夹g(shù)也有了很大的發(fā)展。 對(duì)手存儲(chǔ)和管理對(duì)象為空間數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)，面向?qū)ο竽Ｐ偷?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)顯然更適合作為存儲(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮拇鎯?chǔ) 方式可以提供對(duì)空間對(duì)象的抽象、繼承、聚集等方法，用戶不僅能直接 把自定義的空間實(shí)體對(duì)象直接存入數(shù)據(jù)庫，而且可以同時(shí)存儲(chǔ)對(duì)象之間 的嵌套、關(guān)聯(lián)關(guān)系。但是從現(xiàn)實(shí)角度來看，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的技術(shù)還不 夠成熟、實(shí)現(xiàn)

41、代價(jià)高。 因此，基于現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，空間數(shù)據(jù)庫建立多采用關(guān)系型數(shù)據(jù) 庫。不過，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在效率、數(shù)據(jù)語義、擴(kuò)充等方面仍顯得不足。 為了使通用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠處理非結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)，目前 許多關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都進(jìn)行了擴(kuò)展，可以直接存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，如 O r a c l e 、S Q LS e r v e r 等，用戶定義的空間對(duì)象以二進(jìn)制塊的方式存儲(chǔ)。 由空間數(shù)據(jù)引擎負(fù)責(zé)進(jìn)行空間對(duì)象和二進(jìn)制塊之間的轉(zhuǎn)換操作。 這就是目前普遍應(yīng)用的對(duì)象一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫既非純面 向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫也非純關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，而是兩者的組合，它能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)

42、庫 數(shù)據(jù)間的關(guān)系以及數(shù)據(jù)的操作集。這種數(shù)據(jù)庫不僅兼容純關(guān)系型數(shù)據(jù)庫 的數(shù)據(jù)，而且支持而向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，支持S Q L 標(biāo)準(zhǔn)語句，并在標(biāo)準(zhǔn)S Q L 語句的基礎(chǔ)上增加了對(duì)空間數(shù)據(jù)的擴(kuò)展，利用對(duì)象模型的智能性對(duì)非結(jié) 構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)處理，減少了人為的干涉與參與，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象操作和關(guān) 系操作的優(yōu)勢(shì)結(jié)合。 2 4 空間數(shù)據(jù)庫的研究意義 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，信息化已經(jīng)成為不可阻擋 的潮流?？臻g數(shù)據(jù)庫作為G I S 的重要組成部分對(duì)信息進(jìn)行管理，其發(fā)展 備受重視，專家學(xué)者對(duì)空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和探索。 空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)是G I S 基礎(chǔ)和核心。”。由于空間數(shù)據(jù)非常復(fù)雜，使 G I S

43、理論研究與軟件開發(fā)的難度很大，至今還沒有一種數(shù)據(jù)庫技術(shù)有能 力把G I S 空間數(shù)據(jù)的管理、分析、顯示和傳輸都表示得很好。因此對(duì)空 間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的認(rèn)識(shí)和研究在設(shè)計(jì)發(fā)展新一代G I S 系統(tǒng)的過程中起著關(guān) 鍵作用，建立一種有效的空間數(shù)據(jù)模型是G I S 領(lǐng)域的主要研究方向之一。 2 5 空間數(shù)據(jù)的建設(shè) 2 5 1 空間數(shù)據(jù)庫組織 基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫按照O r a c l eS p a t i a l 圖屬一體化格式組織，存儲(chǔ) 在對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫O r a c l e 中。基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫是利用“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”， 在O r a c l e 對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫中先建立基于O r a c l eS p a t i

44、 a lP r o f e s s i o n a l 平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)模型，然后將基礎(chǔ)G I S 數(shù)據(jù)庫中的A R C I N F O 工程圖形數(shù) 據(jù)和屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到O r a c l e 中而建立的。 1 4 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)庫 2 5 2 空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換 A R C I N F O 特征模型同基于O r a c l eS p a t i a l 的O r a c l eS p a t i a l 特征 類模型的映射。相同屬性結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)的A R C I N F O 特征，被映射成一個(gè) O r a c l eS p a t i a l 數(shù)據(jù)庫的特征類，建庫規(guī)則中

45、的子特征被定義成區(qū)分特 征的編碼，以便于同政府等支持子特征類型( s u b t y p e ) 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， 以及實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的符號(hào)化等。 類型轉(zhuǎn)換：從A R C I N F O 數(shù)據(jù)庫到O r a c l eS p a t i a l 數(shù)據(jù)庫經(jīng)歷元素 類型的轉(zhuǎn)換，對(duì)于單一的點(diǎn)、線、面元素，轉(zhuǎn)換后的類型保持不變；對(duì) 于非單一類型的元素，則轉(zhuǎn)換為復(fù)合類型。 文本類型轉(zhuǎn)換：文本類型則按照O r a c l eS p a t i a l 文本特征類轉(zhuǎn)換 為文本復(fù)合類型。 2 5 3 數(shù)據(jù)庫單元存儲(chǔ)方案 一體化的綜合數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方案。便于發(fā)展成東營市G I S 數(shù)據(jù)庫、多 奄 種類、多尺度綜合數(shù)據(jù)庫存

46、儲(chǔ)方案。 基礎(chǔ)G I S 數(shù)據(jù)庫，指以地形圖為基礎(chǔ)的4 D 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)基 礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫采用O r a c l e 空間數(shù)據(jù)模型組織，可滿足基于I n t r a n e t 的 異構(gòu)、分布式G I S 查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，以及基礎(chǔ)G I S 數(shù)據(jù)的網(wǎng)上發(fā)布等 應(yīng)用。 專題圖紙資料數(shù)據(jù)庫，是管線及其他市政工程竣工圖單體圖、照片 等管線及其他市政工程的非地理資料數(shù)據(jù)庫。 地理歷史數(shù)據(jù)版本數(shù)據(jù)庫，是為進(jìn)行地理及資料更新而設(shè)計(jì)的專項(xiàng) 數(shù)據(jù)庫，存放了地理歷史數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)版本。 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第2 章空間數(shù)據(jù)庫 2 6 本章小結(jié) 本章主要闡述了空間數(shù)據(jù)的概念、特征，空間數(shù)據(jù)庫的概念

47、、特征， 空間數(shù)據(jù)庫的研究現(xiàn)狀以及研究意義，空間數(shù)據(jù)的建設(shè)等。 1 6 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是將地理空間客體以一定的組織形式在 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程，也就是G I S 中空聞客體數(shù)據(jù)的模型化問 題?？臻g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)，并提出數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)方案。 在設(shè)計(jì)“數(shù)字東營”空間數(shù)據(jù)庫時(shí)，我們采取了以下五個(gè)步驟：空 間數(shù)據(jù)需求分析；定義實(shí)體及其關(guān)系；實(shí)體空間類型的識(shí)別表達(dá)；選擇 適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)模型；組織空間數(shù)據(jù)集。其中，前三步稱為概念設(shè)計(jì)，后兩 步稱為邏輯

48、設(shè)計(jì)。 3 1 空間數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì) 3 1 1 空間數(shù)據(jù)需求分析 空間數(shù)據(jù)需求分析包括三個(gè)步驟：一是用戶需求調(diào)查：二是分析空 間數(shù)據(jù)現(xiàn)狀；三是系統(tǒng)分析。各個(gè)步驟又包含一些具體的工作，如圖3 1 所示。 其中，用戶需求調(diào)查在空間數(shù)據(jù)需求分析中具有重要地位。建立空 間數(shù)據(jù)庫是為了用戶更好地利用和共享空間數(shù)據(jù)資源，而用戶對(duì)空間數(shù) 據(jù)及其處理方法的需求多種多樣，繁瑣復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)處理工作希望能 通過空間數(shù)據(jù)庫給予有效、靈活和經(jīng)濟(jì)的解決，這就需要全面調(diào)查和分 析用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的需求。用戶需求調(diào)查方法通常采取與 G I S 用戶面對(duì)面討論的形式為主，調(diào)研的最終結(jié)果是提交一份全面和完 整的書面報(bào)

49、告。 1 7 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 現(xiàn)行業(yè)務(wù)處理流程 數(shù)據(jù)性質(zhì)、獲取途徑 與應(yīng)用范圍 數(shù)據(jù)間的關(guān)系 數(shù)據(jù)使用頻率 用戶的數(shù)據(jù)要求、處 理方式與處理要求 分析數(shù)據(jù)現(xiàn)狀系統(tǒng)分析 數(shù)據(jù)內(nèi)容是否復(fù)合要求分析系統(tǒng)環(huán)境和條件 數(shù)據(jù)的有效性確定系統(tǒng)邊界 數(shù)據(jù)的完整性 確定計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的功 數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性+能 數(shù)據(jù)的表示方法 數(shù)據(jù)加工的難易程度 抽象出系統(tǒng)模型 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化 數(shù)據(jù)的數(shù)量與質(zhì)量 數(shù)據(jù)的來源 圖3 1 空間數(shù)據(jù)需求分析示意圖 3 t 2 空間數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫概念模型是對(duì)數(shù)據(jù)庫所管理的各種數(shù)據(jù)的綜合型描述，利用 歸類、綜合、抽象等建模方法，可以用數(shù)學(xué)建

50、模的方法描述現(xiàn)實(shí)世界， 該概念數(shù)據(jù)模型不依賴于任何數(shù)據(jù)庫軟件。數(shù)據(jù)庫概念模型要描述實(shí)體 類型( 如河流、公路、建筑物等) 、實(shí)體的屬性( 如公路的編號(hào)、等級(jí)、 路寬等) 和實(shí)體間的關(guān)系( 如公路的交叉、公路與涵洞的關(guān)系、公路與 橋梁與河流的關(guān)系等) 。數(shù)據(jù)庫概念模型是數(shù)據(jù)庫的全局邏輯數(shù)據(jù)視圖， 是數(shù)據(jù)庫管理員所看到的實(shí)體、實(shí)體屬性和實(shí)體間的聯(lián)系。概念模型設(shè) 計(jì)任務(wù)：概念數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)；事務(wù)設(shè)計(jì)淵。 數(shù)據(jù)庫概念模型的設(shè)計(jì)有多種方法，如面向?qū)ο蠓治龇? O O A ) ， 擴(kuò)展實(shí)體關(guān)系建模法( E E R ) ，還有數(shù)據(jù)流程圖設(shè)計(jì)方法( D F D ) 等。 空間數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計(jì)主要采用空間E

51、 R 方法來進(jìn)行，如圖3 2 所示。 根據(jù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)所描述的地形地物特征，可以推導(dǎo)出東營市 的綜合性的數(shù)據(jù)概念模型( 簡化圖) ，如圖3 3 和圖3 4 所示。 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 2 空間數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的任務(wù)是把數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的概念數(shù)據(jù) 庫模式變換為邏輯數(shù)據(jù)庫模式。數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)依賴于邏輯數(shù)據(jù)模型和 數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)。 圖3 - - 2 用空間E R 方法建立空間數(shù)據(jù)庫的概念模型 圖3 3 。數(shù)字東營”的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫概念模型示例 1 9 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 2

52、1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型分為：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型。三者的比 較如表3 1 所示。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫發(fā)展中起了重要作用，但仍然存在許多不 足，概括為： 以記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)不能很好地面向用戶和應(yīng)用。 不能以自然的方式表示客體之間的聯(lián)系。 語義貧乏。 數(shù)據(jù)類型太少難以滿足應(yīng)用需要。 圖3 4 “數(shù)字東營”的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)概念模型示意圖 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 標(biāo)3 一l 三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較 數(shù)據(jù) 模型 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)清晰，較容易實(shí)現(xiàn) 層 2 易于理解、更新與擴(kuò)充 1 不能表示多對(duì)多的聯(lián)系，難以顧及 次3 通過關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)訪問易于 數(shù)據(jù)

53、共享和實(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系，數(shù) 模 據(jù)冗余度大 型 實(shí)現(xiàn) 4 事先知道全部可能的查詢 2 大量索引文件需要維護(hù) 3 訪問限于自上而下的路徑 結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)檢取方便 l - 可以表示多對(duì)多的關(guān)系，冗1 采用循環(huán)指針來聯(lián)系結(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù) 網(wǎng) 余度較小 雜，難以修改和維護(hù)，更新較為困 絡(luò)2 空間特征及其坐標(biāo)數(shù)據(jù)易難嘲 模 型 于連接 2 間接的指針使數(shù)據(jù)庫擴(kuò)大，在復(fù)雜 3 避免數(shù)據(jù)冗余，已有數(shù)據(jù)可 的系統(tǒng)中可能占據(jù)數(shù)據(jù)庫的很大部 t 充分使用分 _ 1 結(jié)構(gòu)簡單靈活，數(shù)據(jù)修改和 1 難以處理復(fù)雜的目標(biāo)，效率、數(shù)據(jù) 一 更新方便，容易維護(hù)和理解 關(guān)語義和目標(biāo)標(biāo)識(shí)等方面還有不足 系2 可以滿足布爾邏輯和數(shù)學(xué) 模

54、2 為了找到滿足指定關(guān)系要求的數(shù) 型 運(yùn)算表達(dá)的各種查詢需求 據(jù)，許多操作涉及對(duì)文件的順序搜 3 允許對(duì)各種數(shù)據(jù)類型的搜 索、組合和比較捌 索，對(duì)大型系統(tǒng)而言很費(fèi)時(shí)間 3 2 2 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型吸收了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型和語義數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)，同 時(shí)具有面向?qū)ο蟮奶卣?。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型具有如下特點(diǎn)啪m 1 ： 支持復(fù)雜對(duì)象：具有對(duì)簡單對(duì)象運(yùn)用各種構(gòu)造符組成復(fù)雜對(duì)象 的能力 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 具有對(duì)象標(biāo)識(shí)：對(duì)象獨(dú)立于它的值的存在； 具有封裝性：數(shù)據(jù)庫對(duì)象中既封裝數(shù)據(jù)又封裝程序，從而達(dá)到 信息隱蔽，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)邏輯數(shù)據(jù)的獨(dú)立性： 支持類型和類的概

55、念，類型概括了具有相同特性的一組對(duì)象的 共同特性； 支持類或類型的層次結(jié)構(gòu)，具有繼承關(guān)系； 允許重載，即將同一名字用于不同類型的數(shù)據(jù)操作； 通過與現(xiàn)有程序設(shè)計(jì)語言的合理連接達(dá)到計(jì)算完備性； 具有擴(kuò)充性。 3 2 3 空間數(shù)據(jù)模型 1 混合數(shù)據(jù)模型 混合數(shù)據(jù)模型指在空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)中，采用將空間圖形數(shù)據(jù)和相關(guān) 聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)分離開來管理的模式，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過關(guān)鍵字連 接。該模型使用方便、實(shí)現(xiàn)起來較為簡單，是目前使用較為廣泛的一種 空間數(shù)據(jù)模型。 2 全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)模型 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都采用關(guān)系模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立全關(guān)系型空間 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 3 對(duì)象一關(guān)系型空間數(shù)據(jù)模型 在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

56、中擴(kuò)展，通過定義一系列操作空間對(duì)象( 如點(diǎn)、線、 面等) 的A P I 函數(shù)，來直接存儲(chǔ)和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)庫管理模式。 4 面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型不僅支持變長記錄，而且支持對(duì)象的嵌套、信息 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 的繼承等，面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還允許用戶定義對(duì)象和對(duì)象 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它的操作?！薄Ｅc面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語占緊密結(jié)合，容 易被熟悉面向?qū)ο笳Z言的開發(fā)設(shè)計(jì)人員所接受，具有較高的執(zhí)行效率。 缺乏數(shù)據(jù)庫基本特性，尤其是缺乏與S Q L 兼容的查詢功能，在安全性、 完整性、并發(fā)控制、開發(fā)工具等方面也比關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品差”m 1

57、 。 3 2 4 “數(shù)字東營”的邏輯模型 “數(shù)字東營”的數(shù)據(jù)庫軟件選用O r a c l e + A r c S D E ，根據(jù)其特點(diǎn)，東 營市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的邏輯模型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3 5 所示。 圖3 5 “數(shù)字東營”的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫邏輯模型 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) “數(shù)字東營”的數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體如下： 1 建立一個(gè)O r a c l e 數(shù)據(jù)庫，命名為“東營市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫”。 2 ，在該數(shù)據(jù)庫內(nèi)分別建立相應(yīng)的幾個(gè)表空間。名稱分別為： 五百表空間 二千表空間 五千表空間 I K O N O S 影像表空間 3 在每個(gè)表空間下分別建立不同類

58、型的表，以對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類 型。 表名命名規(guī)則：X X X X XX X 其中，前五位表示數(shù)據(jù)名稱。如：“T E R L K ”表示等高線，“G P S R D ” 表示車載數(shù)據(jù)，“P N A M E ”表示地名數(shù)據(jù)；第七、八位表示數(shù)據(jù)類型，如 “P t ”表示點(diǎn)，“P l ”表示線，“P g ”表示面，“A n ”表示注記，對(duì)于柵 格數(shù)據(jù)用“U n ”表示。如表3 2 所示。 4 表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 ) F e a t u r eD a t a s e t 類型，使用生產(chǎn)時(shí)定義的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)。 2 ) R a s t e rD a t a s e t 類型。 D E M 表結(jié)構(gòu)，如表3 3 所

59、示。 其他數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，如表3 4 所示。 代碼表機(jī)構(gòu)，如表3 5 所示、 3 ) 元數(shù)據(jù)索引表。 遙感影像數(shù)據(jù)，如表3 - - 6 所示。 標(biāo)準(zhǔn)圖幅數(shù)據(jù)，如表3 7 所示。 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士論文第3 章空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 表3 - - 2 各表空間命名 表空間表名備注類型 二千表空間 1 1 1 D N TP t水系( 點(diǎn))F e a t u r e ( 五百、五千同D a t a s e t H Y D N TP 1水系( 線) 樣) H Y D N T _ P g水系( 面) R E S N TP t居民地( 點(diǎn)) R E s N l P 1居民地( 線) R E S M g居民地( 面) R S D E MU n R a s t e r R S D R GU n D a t a s e t A P D ( 瑚U n G P S R DP tF e a t u r e G P S R DP 1 D a t a s e t P N m I EP t 代碼表R e l a t i o n D a t a s e t 元數(shù)據(jù)索引表 T a b l e I K O N O S 影像表 S P D O MU nR a s t e r 空間 D a t a s