new第三章地理信息系统数据库的组织3-5

1、第三章第三章 主要内容1.空间数据库的概念2.空间数据库的建立n确定投影和坐标n空间数据的输入与处理n地理信息的分类与编码3.空间数据的质量控制4.空间数据库设计的步骤5.GIS中空间数据库的组织3、空间数据的质量控制数据质量是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间这三 个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。 （1）误差(Error) （2）数据的准确度(Accuracy) （3）数据的精密度(Resolution) （4）不确定性（Uncertainty) 空间位置、属性特征和时间是表示实体空间变化的三个空间位置、属性特征和时间是表示实体空间变化的

2、三个基本要素，空间数据是这三者信息的符号记录。而数据基本要素，空间数据是这三者信息的符号记录。而数据质量则是表达它们质量则是表达它们一致性、完整性和统一性一致性、完整性和统一性的程度。的程度。衡量空间数据质量标准的几个要素衡量空间数据质量标准的几个要素（1）位置精度）位置精度 空间实体的真实位置与坐标数据的接近空间实体的真实位置与坐标数据的接近程度程度 （2）属性精度）属性精度 空间实体的属性与其真值相符程度空间实体的属性与其真值相符程度（3）时间精度）时间精度 数据更新的时间和频度来衡量数据更新的时间和频度来衡量（4）逻辑一致性）逻辑一致性 数据结构、数据内容、拓扑关系的一致数据结构、数据内

3、容、拓扑关系的一致（5）数据完整性）数据完整性 空间数据覆盖的范围、类型、关系空间数据覆盖的范围、类型、关系误差的类型 源误差操作误差 误差类型误差来源误差特征源误差数据年代；数据的空间覆盖范围；地图比例尺；观测密度数据的可访问性，数据格式；数据与用途的一致性；数据的采集处理费用明显、易探测由自然变化或原始测量引起的误差位置误差；属性误差：质量和数量方面的误差数据偏差：输入输出错误，观测者偏差，自然变化不明显难测定GIS处理过程引起的误差计算机字长引起的误差拓扑分析引起的误差：逻辑错误、地图叠置操作分类与综合引起的误差：分类方法、分类间隔、内插方法复杂难探测误差来源误差来源数据采集数据使用数据

4、前处理野外测量遥感仪器人为误差数据转换数据输入遥感解译理解与随意性数据处理过程数据处理过程误误 差差 来来 源源数据搜集野外测量误差：仪器误差、记录误差遥感数据误差：辐射和几何纠正误差、信息提取误差地图数据误差：原始数据误差、坐标转换、制图综合及印刷 数据输入数字化误差：仪器误差、操作误差不同系统格式转换误差：栅格-矢量转换、三角网-等值线转换数据存储数值精度不够空间精度不够：每个格网点太大、地图最小制图单元太大 数据处理分类间隔不合理多层数据叠合引起的误差传播：插值误差、多源数据综合分析误差， 比例尺太小引起的误差数据输出输出设备不精确引起的误差输出的媒介不稳定造成的误差数据使用对数据所包含

5、的信息的误解对数据信息使用不当空间数据质量控制空间数据质量控制 应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差，常见的方法有：用一定的方法减少误差，常见的方法有：1.1.传统的手工方法：传统的手工方法： 质量控制的人工方法主要是将数字化数据与质量控制的人工方法主要是将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法；较方法；2

6、.2.地理相关法地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。如叠加河流和等高线两层数据时，如河流的位置不在等据的质量。如叠加河流和等高线两层数据时，如河流的位置不在等高线的外凸连线上，则说明两层数据中必有一层数据有质量问题高线的外凸连线上，则说明两层数据中必有一层数据有质量问题3.3.元数据方法元数据方法：数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪

7、元数据可以了解数据质量的状况和变化。中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。4、空间数据库的设计步骤空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是说GIS中空间实体的模型化问题。步骤如下：概念模型是概念模型是通过对复杂通过对复杂的现实世界的现实世界的认识与抽的认识与抽象，最终形象，最终形成空间数据成空间数据库系统及其库系统及其应用系统所应用系统所需的模型。需的模型。逻辑模型的逻辑模型的设计是将概设计是将概念模型结构念模型结构转换成数据转换成数据库系统所能库系统所能支持的数据支持的数据模型。模型。物理模型的物理模型的设计由是将设计由是将

8、概念模型反概念模型反映到计算机映到计算机物理存储介物理存储介质中的数据质中的数据组织形式。组织形式。工具型工具型GIS( (应用平台）与应用型应用平台）与应用型GIS各有侧重各有侧重工具平台工具平台： 设计设计： 总体结构和功能（运行环境，合适的开发工具）、总体结构和功能（运行环境，合适的开发工具）、系统数据结构设计、用户界面设计、各子系统功能模块及系统数据结构设计、用户界面设计、各子系统功能模块及集成，编程及调试。集成，编程及调试。 实施实施：系统编程、模块优化调试：系统编程、模块优化调试应用（实用）型应用（实用）型：设计设计：需求分析（总体结构描述，硬、软件配置、平台选：需求分析（总体结构

9、描述，硬、软件配置、平台选择）；数据来源、信息规范和标准确定；数据库结构设计；择）；数据来源、信息规范和标准确定；数据库结构设计；应用方法选择、应用模型设计；数据质量保证。应用方法选择、应用模型设计；数据质量保证。实施实施：主要任务是数据建库；应用模型程序编制、各个子：主要任务是数据建库；应用模型程序编制、各个子系统的实现系统的实现一个成功的一个成功的GIS项目实现，需要多方面工作的共同配合项目实现，需要多方面工作的共同配合5、空间数据库的组织GIS中的数据大多数都是地理数据，它与通常意义上的数据相比，具有自己的特点：n地理数据类型多样，各类型实体之间关系复杂，数据量很大，而且每个线状或面状地

10、物的字节长度都不是等长的等等。地理数据的这些特点决定了利用目前流行的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显的不足，GIS必须发展自己的数据库-空间数据库。传统数据库系统管理地理空间数据有以下几个方面的局限性：(1)传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。(2)传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的空间关系；而地理空间数据的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系(如拓扑关系)。 (3)传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的数据；而地理空间数据通常由于不同空间目标的

11、坐标串长度不定，具有变长记录，并且数据项也可能很大，很复杂。(4)传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如相邻、连通、包含、叠加等。 目前，大多数商品化的GIS软件都不是采取传统的某一种单一的数据模型，也不是抛弃传统的数据模型，而是采用建立在关系数据库管理系统(RDBMS)基础上的综合的数据模型，归纳起来，主要有以下三种：混合结构模型（混合结构模型（Hybrid Model） 扩展结构模型（扩展结构模型（Extended Model） 统一数据模型（统一数据模型（Integrated Model） 图4-9 混合结构模型RDBMS几何空间数据存

12、储子系统GIS混合结构模型混合结构模型属这种模型的属这种模型的GIS软件有软件有ARC/INFO，MapInfo等。等。由于这种混合结构模型的一部分是建立在标准由于这种混合结构模型的一部分是建立在标准RDBMS之上，之上，故存储和检索数据比较有效、可靠。但因为使用两个存储子故存储和检索数据比较有效、可靠。但因为使用两个存储子系统，它们系统，它们有各自的规则有各自的规则，查询操作难以优化查询操作难以优化，存储在，存储在RDBMS外面的数据有时会丢失数据项的语义；此外，数据外面的数据有时会丢失数据项的语义；此外，数据完整性的约束条件有可能遭破坏，完整性的约束条件有可能遭破坏，例如在几何空间数据存储

13、例如在几何空间数据存储子系统中目标实体仍然存在，但在子系统中目标实体仍然存在，但在RDBMS中却已被删除。中却已被删除。 空间数据标准RDBMS属性数据GIS扩展数据模型这种模型的代表性GIS软件有SYSTEM 9，SMALL WORLD等。扩展结构模型用同一DBMS存储空间数据和属性数据。其做法是其做法是在标准的关系数据库上增加空间数据管理层在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。这种模型的优点是省去了空空间数据库和属性数据库之间的繁琐联结间数据库和属性数据库之间的繁琐联结，空间数据存取速度较快，但由于是间接存取，在效率上总是低于DBMS中所用的直接操作过程，且查询过程复杂。可扩展DBMS空间数据处理总实体复合实体简单实体属性表空间及属性数据连接到关系表的实体标识符RDBMS输出.这种综合数据模型不是基于标准的RDBMS，而是在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。如图所示，空间扩展完全包含在DBMS中，用户可以使用自己的基本抽象数据类型(ADT)来扩充DBMS。在核心DBMS中进行数据类型的直接操作很方便、有效，并且用户还可以开发自己的空间存取算法。该模