地理信息系统原理（高勇）06 空间数据管理.ppt

北京大学遥感与地理信息系统研究所 空间数据管理 空间数据组织 空间数据库 空间查询 空间索引 图层 l空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称 为图层 l图层是相同类型地物的集合 l如城镇、道路、水系、行政区划等 l或者是相同主题的地理要素形成的覆盖 l如温度场、土地利用分类、人口密度分布等 l图层是GIS系统中基本的用来组织和存储空间数据的数据 单位。 Buildings. Polygon Streams, Line Wells, Point Roads, Line Zoning, Polygon MAP SHEETS 数据分层与分类 l数据分层 l专题分层 l每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。如地貌 层、水系层、道路层、居民地层等。 l时间序列分层 l即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。 l地面垂直高度分层 l把不同高度的数据作为一个数据层。 l数据分类 l分类是将具有共同的属性或特征的事物或现象归并 在一起，而把不同属性或特征的事物或现象分开的 过程。 GIS数据组织管理方式（1） l文件管理 l所有的数据都存放于一个或者多个文件中，包括结构 化的属性数据 l灵活，可以任意定义自己的文件格式，管理各种数据 l需要由开发者实现属性数据的更新、查询、检索等操 作，增加了属性数据管理的开发量 l程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时， 应用程序也随之改变 l不利于数据共享 GIS数据组织管理方式（2） l文件RDBMS l在商业化的RDBMS基础上 开发处理空间数据和空间分 析的附加系统 l使用文件和附加程序管理空 间数据，使用DBMS管理属 性数据 l空间数据和属性数据通过关 键字链接 GIS数据组织管理方式（3） lRDBMS l以DBMS为核心，对系统的功能进行必要扩充，空间数据和 属性数据在同一个DBMS管理之下 l需要增加足够数量的软件和功能来提供空间功能和图形显 示功能 l空间与属性数据统一管理 l充分利用RDBMS的功能：多用户并发访问，安全性控制和 一致性检查 ；通用的访问接口也便于实现数据共享 l空间数据存储效率较低 l现有的SQL并不支持空间数据检索，需要软件厂商自行开 发空间数据访问接口，如果要支持空间数据共享，则要对 SQL进行扩展 GIS数据组织管理方式（4） lOO-DBMS l扩充其中的数据类型以支持空间数据，并允许定义对于这 些几何体的基本操作 l通过对象数据库管理系统，提供了对于各种数据的一致的 访问接口以及部分空间模型服务，不仅实现了数据共享， 而且空间模型服务也可以共享，使GIS软件可以将重点放在 数据表现以及开发复杂的专业模型上 l目前对象数据库管理系统远未成熟，许多的技术问题仍需 进一步研究 主要的文件格式 矢量栅栅格 ESRI CoverageWindows Bitmap（BMP） ESRI Shapefile（SHP）Graphics Interchange Format（GIF） ESRI GeodatabaseTag Image File Format（TIFF；支持GeoTIFF tags） ESRI Interchange File（E00）Portable Network Graphics（PNG） MapInfo Table（TAB）ERDAS IMAGINE（IMG） MapInfo MIF（MIF）ESRI GRID file （GRID） AutoCAD 图图形交换换格式（DXF）JPEG File Interchange Format（JFIF） AutoCAD 图图形格式（DWG）Arc Digitized Raster Graphics（ADRG） Microstation drawing file format（DGN）Band Interleaved by Line （BIL） 地理标记语标记语 言（GML）Band Interleaved by Pixel （BIP） 数字线线化地图图（DLG）Band Sequential （BSQ） 矢量产产品格式（VPF）Device-independent Bitmap（DIB） Encapsulated Postscript （EPS）Digital Terrain Elevation Data（DTED） 空间间数据交换换格式（VCT）ASCII 空间数据库 l概念 l空间数据库(SDBMS)是一个在数据模型和查询语言中定义了空间数据 类型，在实现中支持对空间数据类型的存储、检索和管理，并且提供了 有效的空间索引和空间连接算法的数据库系统 l主要功能 l具备传统数据库的所有功能，例如事务管理、完整性维护、安全性、多 用户并发、故障恢复等 l不仅支持标准数据类型（字符、整数、浮点数、时间），还支持各种空 间数据类型（矢量、栅格） l支持空间查询语言、空间索引、空间运算、 空间查询优化 l长事务支持 l实现方法 l在现有的RDBMS、ORDBMS以及OODBMS的基础上进行空间扩展， 添加对空间数据存储、管理和访问模块 l分层体系结构 l集成体系结构 l可扩展体系结构 空间数据库的体系结构 空间查询 l空间信息查询是按一定要求对地理信息系统所描述的空间 实体及其空间信息进行访问,从众多的空间实体中挑选出 用户要求的空间实体及其相应的属性 l属性查空间 l按属性信息的要求来查询定位空间位置 l空间查属性 l利用光标，用点选、画线、矩形、圆、不规则多边形等工具选中 地物，并得到所查询对象的属性 l空间关系查询 l基于空间关系查询空间对象 l空间查询语言 lGeoSQL 空间索引 l结构 l依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一 定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息， 如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针 l目的 l通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从 而提高空间操作的速度和效率 l空间索引的性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整 体性能 l主要空间索引方法 l格网型空间索引 lBSP树空间索引 lKDB树空间索引 lR树和R+树 lCELL树 格网型空间索引 l将研究区域用横竖线条划分大小相等和不等的格 网，记录每一个格网所包含的空间实体 l当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对 象所在格网，然后再在该网格中快速查询所选空 间实体 l加速空间查询速度 R树和R树 l最小外包矩形 (最小外接矩形) lMBR：Minimum Boundary Rectangle lR树索引 l方法 lR树是平衡树的结构。主要用于对矩形和其它多边形的索引 lR树的每个树结点对应一个矩形边界框，多边形只存在叶结点上 l叶结点的边界框是包含叶结点中所有对象的最小矩形MBR l内部结点的边界框是包含其子结点的边界框的最小矩形 l特点 l兄弟结点对应的MBR可以相交，但所有对象仅属于一个MBR l较容易地进行插入和删除操作。但空间索引可能要对多条路径进 行搜索后才能得到最后的结果，其空间搜索的效率较低 lR树 l兄弟结点对应的MBR不相交，但对象可以属于多个MBR l提高空间索引搜索的速度，但插入和删除的效率降低 R树和R树的示例 R+树 R树 Geodatabase l在标准的关系数据库管理系统中存储和管理地理信息 lPersonal Geodatabase l使用Microsoft Access存储GIS数据 l最大存储量为2GB lFile Geodatabase l基于文件系统存储和管理空间数据 l最大存储量1TB lArcGIS建议代替Personal Geodatabase lArcSDE Geodatabase l通过ArcSDE支持多种数据库平台 l包括IBM DB2、Informix、Oracle和SQL Server 基于通用数据库的空间数据库系统 lOracle Spatial lIBM DB2 Spatial Extender lInformix Spatial DataBlade lPostgreSQL/PostGIS lMySQL Spatial Extension Oracle Spatial lOracle公司推出的空间数据库组件 l利用关系型数据库来存储和处理空间数据 l使用空间字段SDO_GEOMETRY存储空间数据 l用元数据表来管理具有SDO_GEOMETRY字段的空 间数据表 l采用R树索引和四叉树索引，提高空间查询和空间分 析速度 l提供一系列空间查询和空间分析的函数 l抽象数据类型(ADT) 空间数据库引擎 lESRI ArcSDE lMapInfo SpatialWare lSuperMap SDX+ lMapGIS SDE ArcSDE l基本任