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1、GIS空间数据库,空间数据库能做什么,传统数据库: 列出南京市销售额最高的十家苏果分店 空间数据库: 列出南中医附近10k范围内的所有超市 找出南京市内附近500m内有学校的所有售房,第一节 空间数据库概述,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(有人统计可以达到80%)。,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。 空间数据库的研究始于20 世纪 70年代的地图制图与遥感图像处理领域,其目的是为了有效地利用卫星遥感资源迅速绘制出各种经济专题地图。,5,传统
2、数据库与空间数据库的比较,空间数据管理适用的行业和人群,司机 最近加油站在哪,附近有没有餐馆(GPS) 军队指挥家 敌军动向(电子沙盘) 公司供货经理 新的物流仓库和零售店应建在什么地方(选址) 环境专家 该地区的总体环境评价(多因素多因子空间叠置分析) 交通专家 路网建设怎样能改善交通状况(网络分析) 应急服务 求助人的位置?最佳路线怎么走(最短路径分析) 停车场 附近有哪些停车场,有多少空位(GPS+LBS(通过电信移动运营商的无线电通讯网络(如GSM网、CDMA网)或外部定位方式(如GPS)获取移动终端用户的位置信息 ) 突发公共卫生事件 感染源在哪里?带有5000m缓冲的隔离区,发生原
3、因及趋势(空间自相关空间分析) ,空间数据,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
4、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
5、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
6、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。,SDBMS定义,一个SDBMS是一个软件模块,它利用一个底层数据库管理系统(如OR-DBMS,OO-DBMS) SDBMS支持多种空间数据模型、相应的空间抽象数据类型(ADT),以及一种能够调用这些ADT的查询语言 SDBMS支持空间索引、高效的空间操作算法以及用于查询优化的特定领域规则,现有空间数据库简介,ESRI (美国环境系统研究所公司 ,是世界最大的地理信息系统技术提供商 ) Person
7、al database(mdb) SDE(sde for oracle | mysql | sqlserver)(空间数据库引擎 ) Oracle spatial Mysql spatial PostgreSQL+PostGIS ,在OR-DBMS上搭建SDBMS的体系结构示意图,空间数据库设计就是把现实世界中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。 实质:如何将地理实体以一定组织形式在数据库中表达。即空间实体数据的模型化问题。,客观世界(认识、抽象)概念模型 概念模型(选定数据模型、DBMS)逻辑模型 逻辑模型(确定数据组织方式)存储模型,空间数据库的设计,概念模型(空间
8、特征,关系描述) (1)空间特征:点、线、面、体四种基本类型; (2)实体在空间、时间、属性三方面存在联系: 空间联系:空间位置、分布、关系、运动等; 时间联系:客体随时间变化,可构成时态数据库; 属性关系:属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相关关系。,空间数据库的数据模型,空间数据模型是地理信息系统的基础,它不仅决定了系统数据管理的有效性,而且是系统灵活性的关键。空间数据模型是在实体概念的基础上发展起来的,它包含两 个基本内容,即实体组和它们之间的相关关系。实体和相关关系可以通过性质和属性来说明。空间数据模型可以被定义为一组由相关关系联系在一起的实体集 (D.J.Peuqoet)。 空间数
9、据模型是衡量GIS功能强弱与优劣的主要因素之一。,空间数据模型的设计主要是构建一个能够用真实世界的抽象提取来代表该真实世界的模型。由于空间数据模型的设计与计算机硬件、系统软件和工具软件的发展现状 密切相关,所以,就目前的发展现状而言,很难用一个统一的数据模型来表达复杂多变的地理空间实体。例如,某些空间数据模型可能很适合于绘图,但它们对于空 间分析来说效率确十分低;有些数据模型有利于空间分析,但对图形的处理则不理想。,目前,与GIS设计有关的空间数据模型主要有矢量模型,栅格模型,数字高程模型,面向对象模型,矢量和栅格的混合数据模型等。前面四种模型属于定向性模 型,在模型设计时只包括与应用目标有关
10、的实体及其相互关系,而混合模型的设计则包括所有能够指出的实体及其相互关系。就目前的应用现状而言,矢量模型、栅 格模型、数字高程模型相当成熟(目前成熟的商业化GIS主要采用这三类模型),而其它模型,特别是混合模型则处于大力发展之中。,矢量模型(针对2D GIS),矢量模型是利用边界或表面来表达空间目标对象的面或体要素,通过记录目标的边界,同时采用标识符(Identifier)表达它的属性来描述空间对象实 体。矢量模型能够方便地进行比例尺变换、投影变换以及图形的输入和输出。矢量模型处理的空间图形实体是点(point)、线(line)、面(area),查询语言,例子1 找出拥有该公司的所有女性参议员
11、的名字,例2 找出其代表的选区面积大于300平方英里并在这个选区拥有公司的所有参议员,空间数据库的设计原则 尽量减小存储冗余 可变的数据结构 对数据及时访问,高效查询 能维持空间数据的复杂联系 支持多种决策的需要,适应性强,空间数据库的应用与集成,c,c+,php,vb,perl,python Grass,R Xml、svg、Gml、kml、landxml等,谢谢!,空间数据引擎,空间数据引擎是一种处于应用程序和数据库管理系统之间的中间件技术,在用户和异构空间数据库之间提供了一个开放接口。用户可通过空间数据引擎将不同形式的空间数据提交给RDBMS,由RDBMS统一管理。同样,用户也可以通过空间数据引擎从RDBMS中获取空间类型的数据,满足客户端操作需求。因此RDBMS实质上是形式各异的空间数据的容器,而空间数据引擎就是空间数据出入该容器的通道。,各种空间数据引擎在本质上都是通过利用和扩展符合工业技术标准的RDBMS的数据类型和功能,来实现空间数据在数据库中的物理存储。为了支持异构平台的访问和互操作,各种几何类型都遵循OGC国际标准。借助RDBMS的强大功能,空间数据引擎实现了数据完整性和一致性的维护,提供严格的规则及有效性检查,支持长事务处理和版本管理,并可实现分布式存储和用户透明的分布式数据库操作。,返回,
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