空间数据组织与管理ppt课件

1、姓名：马孟 学号：2021127012空间查询与索引;空间索引定义空间索引是指根据空间实体的位置和外形或空间实体之间的某种空间关系，按一定顺序陈列的一种数据构造，其中包含空间实体的概要信息如对象的标识、最小边境矩形及指向空间实体数据的指针。;内容内容01三个根本知识02网络索引03四叉树索引目录目录R树索引04空间查询05;1最小边境矩形三个根本知识三个根本知识2空间填充曲线3空间查询执行过程与索引;最小边境矩形：minimum bounding rectangle,MBR是GIS或计算机图形学上非常重要的概念。 几何对象的MBR是该几何对象的最小外接矩形，但该几何的边必需平行于X,Y轴。由于

2、MBR是平行于X，Y轴的规那么图形，故对空间几何对象MBR的几何运算，要比本来复杂几何对象的运算简单得多。;Z曲线1Hilbert曲线2空间填充曲线;空间填充曲线space-filling curve是一种降低空间维度的方法。它是一条延续曲线，本身没有任何交叉，可以经过访问一切网络单元来填充包含均匀网络的四边形。常用的空间填充曲Z曲线、Hilbert曲线。空间填充曲线是一种重要的近似表示方法，将数据空间划分成大小一样的网格，再根据一定的方法将这些网格编码，每个格指定一个独一的编码，并在一定程度上坚持空间临近性，即相邻的网格的标号也相邻，一个空间对象由一组网格组成。这样可以将多维的空间数据降维表

3、示到一维空间当中。理想的空间映射方法是：在多维空间中聚集的空间实体，经过填充曲线编码以后，在一维空间中依然是聚集的;Z曲线曲线Z曲线沿着一条“Z字形途径来填充数据空间。Z-排序Z-ordering技术将数据空间循环分解到更小的子空间，每个子空间根据分解步骤依次得到一组数字，称为该子空间的Z-排序值。数据空间经Z曲线填充后，按照Z曲线经过的顺序，每个网格空间都会被赋予一定得值。通常来说，Z值临近网络空间位置也相对临近。;Hilbert曲线沿着一条“字形途径来填充数据空间数据空间经Hilbert曲线填充后，按照Hilbert曲线经过的顺序，每个网格空间也会被赋予一定的值。通常来说，Hilbert值

4、临近网络空间位置也相对临近。相比之下，Hilbert曲线的数据聚集特性更优，即Hilbert值临近网络空间位置的临近性更好；而Z曲线聚集特性较差。但是，Hilbert曲线的映射过程较复杂，Z曲线的映射过程较简单;空间查询候选集准确几何的输入实践几何对象准确检测匹配不匹配查询结果过滤步精炼步空间索引;网络索引 网格索引思绪比较简单。根本思想是将研讨的网格索引思绪比较简单。根本思想是将研讨的N维空间区域用横竖划分维空间区域用横竖划分为大小相等的网格，用一个为大小相等的网格，用一个N维数据来记录每一个网格所包含的空间要素。维数据来记录每一个网格所包含的空间要素。当用户进展空间查询时，首先计算出查询空

5、间要素所在的网格，然后经过该当用户进展空间查询时，首先计算出查询空间要素所在的网格，然后经过该网格快速定位到所选择的空间要素。通常是把整个数据库数值空间划分成网格快速定位到所选择的空间要素。通常是把整个数据库数值空间划分成3232或或6464的正方形网格，建立另一个倒排文件的正方形网格，建立另一个倒排文件栅格索引。每栅格索引。每一个网格在栅格索引中有一个索引条目一个网格在栅格索引中有一个索引条目(记录记录)，在这个记录中登记一切位于，在这个记录中登记一切位于或穿过该网格的物体的关键字，可用变长指针法或位图法实现或穿过该网格的物体的关键字，可用变长指针法或位图法实现;在以下图中有三个制图物体：一

6、条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键在以下图中有三个制图物体：一条河流、一个湖泊和一条省界，它们的关键字分别为字分别为5，11和和23。河流穿过的栅格为。河流穿过的栅格为2，34，35，67，68；湖泊覆盖的栅；湖泊覆盖的栅格为格为68，69，100，101；省界所经过的栅格为；省界所经过的栅格为5，37，36，35，67，99，98，97。这种物体与栅格的关系可用位图法来表示。由图看出，一个栅格中包含。这种物体与栅格的关系可用位图法来表示。由图看出，一个栅格中包含的物体个数就是该栅格在栅格索引的对应记录中存贮的比特的物体个数就是该栅格在栅格索引的对应记录中存贮的比特“1的个数。这的个数。这

7、是定位是定位(开窗开窗)检索的根本工具。此外，物体与栅格的关系亦可用变长指针法表检索的根本工具。此外，物体与栅格的关系亦可用变长指针法表示，如下图示，如下图网络索引;3254321643736353433966968676665(5)(11)(23);网络索引网络索引最大的优点就是简单，易于实现。其次，网络索引具有良好的可扩展性。网络化可以经过网络编号向正负方向上不断延展以反映整个二维空间的情况。可以看出：网络索引在追加新要素记录时，无论在扩展网络范围，还是添加网格记录项上都有很好的可扩展性。网络范围的可扩展性是四叉树索引所不可比较的。;四叉树索引四叉树索引就是为了实现要素真正被网络分割、同时

8、保证桶内要素不超越某一个量而提出的一种空间索引方法。四叉树索引首先将整个数据空间分割成为四个相等的矩形，四个不同的矩形分别对应西北NW、东北NE、西南SW、东南SE四个象限；假设每个象限内包含的要素不超越给定的桶量那么停顿，否那么对超越的桶量的矩形再按同样的方法进展划分，直到桶量满足要求或不会再减少为止，最终构成一颗有层次的四叉树。;NENWSWSEBCDDCBAG HFIEIFHG ;R树索引 R树用空间对象的最小边境矩形MBR来逼近其几何外形，采用空间聚集的方式把相临近的空间实体划分到一同，组成更高一级的节点；在更高一级又根据这些节点的最小外包矩形进展聚集，划分构成更高一级的节点，直到一切

9、的实体组成一个根节点。;R树索引特点：除根结点外，每个叶节点包含mM条索引记录其中mM/2;每个叶结点上记录了空间对象的MBR和元组标识符；除根结点外，每个中间结点至多有M个子结点，至少有m个子结点；每个非叶结点上记录了MBR，子结点指针，其MBR为空间上包含其子结点中矩形的最小外包矩形；假设根结点不是叶结点，那么至少包含2个子结点；一切的叶结点出如今同一层中；一切MBR的边与一个全局坐标系的坐标轴平行；;R树索引优点采用空间聚类的方法对数据进展分区，提高了空间分区节点的利用效率；R树作为一棵平衡树，也降低了树的深度，提高了R树的检索效率；缺陷由于R树非叶结点的MBR允许重叠，这样会导致同一空

10、间查询出现多条查询途径情况;R树索引要想得到一棵高效的R树，需尽量追求以下几点：非叶结点MBR的面积尽能够小，其中不被其下级节点覆盖的面积尽能够小。这样，查找分支的决策可以在树的更高层进展，从而改良查询性能。各非叶结点MBR的重叠尽能够小，这样可以减少查找途径的数目。非叶结点MBR的周长能够小。尽能够提高每个节点的子结点的数目，提高空间利用率，降低树的深度。;空间查询空间查询01定义02空间几何查询03空间定位查询04空间关系查询05SQL构造化查询言语查询目录目录;空间查询定义：根据空间特征本身的特性及与其他特征之间的空间关系，用一定方式查询满足条件的特征。空间几何查询运用GIS本身具有的几

11、何量算的功能，查询空间特征的几何参数。点：坐标，两点间的间隔。线：长度，点到线的间隔。面：面积，周长。;空间查询空间定位查询图形的定位选择有多种方式： 1点查询：查询一个对象； 2矩形查询； 3圆查询； 4多边形查询。 后三者都是查询一组对象。例如查询落入某行政区内的道路、景点等。;空间查询空间关系查询邻接查询邻接关系包含查询包含关系穿越查询线面相交关系落入查询包含关系缓冲区查询包含关系反向查询例如：A包含B，假设由A查询B那么为包含查询；反之，假设由B查询A那么为落入查询。;空间查询SQL构造化查询言语查询 由属性条件查询相应的图形。用SQL言语构造条件语句，查询满足条件的图形。例如：查询人

12、口50万的县或市。Select 人口属性项From 县或市属性表Where县或市人口 50万条件 普通的GIS软件都设计了比较好的用户界面，交互式选择和输入有关语句的内容，替代键入完好的查询条件语句。 另外， SQL属性条件和空间关系的图形条件组合在一同，构成扩展的SQL查询言语;空间查询在某些复杂的运用中，还可以构造一些嵌套查询和集合查询。下面给出了复杂查询的例如。其中，前两个例如为嵌套查询，后一个例如为集合查询。找出间隔Stream中河流中心线最近的一个区域。 SELECT Z1.name,S1.Name FROM Zone Z1,Streams S1WHERE ST_Distance(Z1.Boundary,S1.Centerline) ALL(SELECT ST_Distance(Z2.Boundary,S1.Centerline) FROM Zone Z2 WHERE Z1.NameZ2.name);空间查询找出中心线长度超越“主街的一切路段SELECT RS1，name FROM Road_Segments RS1W