空间信息数据库复习

1、引子引子q空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，用它描大小及其分布特征诸多方面信息的数据，用它描述现实世界的实体，并具有定位、定性、时间和述现实世界的实体，并具有定位、定性、时间和位置关系等特性。位置关系等特性。 q三万五千年前，克鲁马努猎人就已经在现在法国拉斯科附近的洞穴岩壁上用有意义的标识符来描绘其生活的迁移路线 q数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是有用最广泛的技术之一之一，也是有用最广泛的技术之一 q空间数据库空间数据库 = 空间数据空间数据 +

2、数据库（技术的融合）数据库（技术的融合）q空间信息系统空间信息系统= 计算机软硬件、各类空间数据及其计算机软硬件、各类空间数据及其模型库和用户组成的，模型库和用户组成的， 为用户各种提供服务。为用户各种提供服务。1.2空间数据包含的内容空间数据包含的内容 q空间位置数据或地理位置相关的数据和空间位置数据或地理位置相关的数据和表示该位置数据特征的属性数据表示该位置数据特征的属性数据 q一个城市可以用一个空间的点（一个城市可以用一个空间的点（x,y）作）作为城市中心来表示它的位置数据，它的为城市中心来表示它的位置数据，它的属性数据有城市人口、城市的国民产值属性数据有城市人口、城市的国民产值GDP、

3、城市绿化率等描述指标、城市绿化率等描述指标 空间数据的基本类型空间数据的基本类型 q 1 空间数据的种类q 根据空间数据的特征，可以把空间数据归纳为三类：根据空间数据的特征，可以把空间数据归纳为三类：q (1)属性数据属性数据描述空间数据的属性特征的数据，也描述空间数据的属性特征的数据，也称非几何数据。此类数据的目的是回答称非几何数据。此类数据的目的是回答“是什么是什么”，如类型、等级、名称、状态等。如类型、等级、名称、状态等。q (2)几何数据几何数据描述空间数据的空间特征的数据，描述空间数据的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。回答也称位置数据、定位数据。回答“在哪里在哪里”，如用，如

4、用X、Y坐标来表示。坐标来表示。q (3)关系数据关系数据描述空间数据之间的空间关系的数描述空间数据之间的空间关系的数据，包括相对关系、绝对关系和方位关系等，如空间据，包括相对关系、绝对关系和方位关系等，如空间数据的相邻、包含、方位顺序等等，包括拓扑关系、数据的相邻、包含、方位顺序等等，包括拓扑关系、方位关系和度量关系等内容。方位关系和度量关系等内容。 空间数据的基本类型空间数据的基本类型 q 在地球表面，按照表达和位置相关的空间数据的维数划分，在地球表面，按照表达和位置相关的空间数据的维数划分，空间数据有四种基本类型：点数据、线数据、面数据和体数空间数据有四种基本类型：点数据、线数据、面数据

5、和体数据。据。q 点是零维的，点是零维的， 抽象的一个孤立的点。点数据可以是以抽象的一个孤立的点。点数据可以是以单独地物目标的抽象表达，也可以是地理单元的抽象表达。单独地物目标的抽象表达，也可以是地理单元的抽象表达。这类点数据种类很多，如水深点、高程点、道路交叉点、一这类点数据种类很多，如水深点、高程点、道路交叉点、一座城市中心点、一个区域给定位置等。座城市中心点、一个区域给定位置等。q 线数据是一维的，线数据是一维的， 它只记录长度数据一个特征。某些它只记录长度数据一个特征。某些地物可能具有一定宽度，例如道路或河流，也可以把它抽象地物可能具有一定宽度，例如道路或河流，也可以把它抽象为线。线数

6、据可以表示不可见的行政区划界，水陆分界的岸为线。线数据可以表示不可见的行政区划界，水陆分界的岸线，或物体运输线或物质传播的路线等。线，或物体运输线或物质传播的路线等。q 面数据是二维的，指的是某种类型的地理实体或现象的面数据是二维的，指的是某种类型的地理实体或现象的区域范围，区域范围， 它具有长度和宽度数据，它具有长度和宽度数据， 通常抽象成一个多边通常抽象成一个多边形。例如一个公园、一个学校、一个城市、国家、气候类型形。例如一个公园、一个学校、一个城市、国家、气候类型和植被特征等。和植被特征等。q 真实的地物通常是三维的，体数据更能表现出地理实体真实的地物通常是三维的，体数据更能表现出地理实

7、体的特征。的特征。 空间数据的基本特征空间数据的基本特征 q1 空间特征q2专题特征q3时间特征时间特征 1.3空间数据结构空间数据结构 q矢量结构矢量结构q栅格结构（有些文献也称为矢量模型和栅格结构（有些文献也称为矢量模型和栅格模型）栅格模型）q两类结构都可用来描述地理空间实体的两类结构都可用来描述地理空间实体的点、线、面三种基本类型和它们的属性点、线、面三种基本类型和它们的属性。 1.4 空间数据库空间数据库q空间数据库是能够存储和处理空间相关数据的空间数据库是能够存储和处理空间相关数据的数据库。空间数据库是以特定的信息结构数据库。空间数据库是以特定的信息结构(如如国土、规划、环境、交通等

8、国土、规划、环境、交通等)和数据模型和数据模型(如关如关系模型、面向对象模型等系模型、面向对象模型等)表达、存储和管理表达、存储和管理从地理空间中抽象出来的位置和属性信息从地理空间中抽象出来的位置和属性信息,以满以满足不同用户对空间信息需求的数据库。足不同用户对空间信息需求的数据库。 q空间数据库的特征：空间特征、抽象特征、空空间数据库的特征：空间特征、抽象特征、空间关系特征、多尺度与多态性、非结构化特征间关系特征、多尺度与多态性、非结构化特征、分类编码特征和海量数据特征等。、分类编码特征和海量数据特征等。空间数据模型空间数据模型 q层次模型层次模型q网状模型网状模型q关系模型关系模型q面向对

9、象数据模型面向对象数据模型 空间数据库的特点空间数据库的特点 q数据量庞大数据量庞大q具有高可访问性具有高可访问性q空间数据模型复杂空间数据模型复杂q属性数据和空间数据联合管理。属性数据和空间数据联合管理。q应用范围广泛应用范围广泛 空间数据库的作用空间数据库的作用 q空间数据库是空间信息系统中空间数据空间数据库是空间信息系统中空间数据的存储场所。在一个项目的工作过程中的存储场所。在一个项目的工作过程中， 空间数据库发挥着核心的作用。空间数据库发挥着核心的作用。q空间数据处理与更新。空间数据处理与更新。 q海量数据存储与管理。海量数据存储与管理。q空间分析与决策空间分析与决策: 。q空间信息的

10、交换与共享空间信息的交换与共享GISq地理信息系统（地理信息系统（Geographic Information System或或 GeoInformation system，GIS）有时又称为）有时又称为“地学信息系统地学信息系统”或或“资源与环境信息系统资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。 qGIS是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、采集、储存、管理、运算

11、、分析、显示和描述的技术系统。显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。管理问题。 文件图表数据获取 原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出 制图、表格 交互展示 结构化数据空间数据库NSQ 赤道纬线本初子午线EA直

12、接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影l将地球椭球面上的点映射到平面上的方将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影法，称为地图投影l地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算方位、面积等参数的量算l地球椭球体为不可展曲面地球椭球体为不可展曲面l地图为平面，符合视觉心理，并易于进地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间行距离、方位、面积等量算和各种空间分析分析，x，yq 变形分类：变形分类： 等角投影：投影前后角度不变等角投影：投影

13、前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变；等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形任意投影：角度、面积、长度均变形q 投影面：投影面： 横圆柱投影：投影面为横圆柱横圆柱投影：投影面为横圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面方位投影：投影面为平面q 投影面位置：投影面位置： 正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直 相切投影：投影面与椭球体相切相切投影：投影

14、面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割相割投影：投影面与椭球体相割Coordinate systemScaleTime 1Time 22.5 空间对象（实体）的地图表达点：位置：（点：位置：（x，y） 属性：符号属性：符号线：位置：线：位置： (x1,y1),(x2,y2),(xn,yn) 属性：符号属性：符号形状、颜色、尺寸形状、颜色、尺寸面：位置：面：位置：(x1,y1),(x2,y2),(xi,yi),(,(xn,yn) ) 属性：符号变化属性：符号变化 等值线等值线 有位置，无宽度和长度；有位置，无宽度和长度； 抽象的点抽象的点有长度，但无宽度和高度；有长度，但无宽度和高度； 用

15、来描述线状用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多；实体，通常在网络分析中使用较多； 度量实体距离度量实体距离具有长和宽的目标， 通常用来表示自然或人工的封闭多边形， 一般分为连续面和不连续面有长、宽、高的目标有长、宽、高的目标q 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标等三维目标q编码编码区别不同的实体，包括分类码和识别区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类码。分类 码码 表识空间对象的类别，而识别码对表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行表识，是唯一的。每个空间对象进行表识，是唯一的。q位置位置 ：坐标形式给出空间对

16、象的空间位：坐标形式给出空间对象的空间位置置, 用坐标用坐标q类型类型 ：空间对象所属的实体类型，或有那：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成。些实体组成。 点、线、面、体等表示点、线、面、体等表示q行为行为 ：空间对象所具备的行为和功能：空间对象所具备的行为和功能q属性属性 ：空间对象所对应的非几何信息：空间对象所对应的非几何信息q说明说明 ：实体数据来源、精度等：实体数据来源、精度等q关系关系 ：与其他实体之间的关系：与其他实体之间的关系q 分类对象的从属和层次关系分类对象的从属和层次关系q 有明确的分类对象类别和严格的隶属关系有明确的分类对象类别和严格的隶属关系高压711电线架715

17、管线:7地下电力线与电缆72电力线71地下检修井74管线73低压712电杆713电塔714不依比例7142依比例7141q 按空间对象不同特性进行分类并进编码按空间对象不同特性进行分类并进编码q 代码之间没有隶属关系，反映对象特性代码之间没有隶属关系，反映对象特性q 具有较大的信息量，有利于空间分析具有较大的信息量，有利于空间分析河流特性分类与编码通航情况通航： 1不通航：2常年河：1时令河：2消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季节河流宽度河流长度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220 30 m： 330 60 m： 460 120

18、m： 5120 300 m：6300 500 m：7500m： 8 50m： 60描述空间对象之间的空间相互作用关系描述空间对象之间的空间相互作用关系0方法方法q 绝对关系绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等；坐标、角度、方位、距离等；q 相对关系：相邻、包含、关联等相对关系：相邻、包含、关联等0 相对关系类型相对关系类型q 拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等q 顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。右、东、西、南、北等。q 度量空间关系：描述空间对象之

19、间的距离等。度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。0地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。达。0空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的准和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述可能采用不同的方法进行描述邻接邻接相交相交重合重合相离相离包含包含点点点点点点线线点点面面线线面面面面面面线线线线空间数据操作的谓词描述空间数据操作的谓词描述 q (1) 基

20、本符号基本符号q 先定义空间数据操作中的一些记号。先定义空间数据操作中的一些记号。q SDT 空间数据类型；空间数据类型；q ZS 大小为零（大小为零（zero size）空间数据类型，例如点；）空间数据类型，例如点；q NZS 大小非零（大小非零（non-zero size）的空间数据类型，例）的空间数据类型，例如线、区域等；如线、区域等；q ADT 原子（原子（atomic）空间数据类型）空间数据类型 例如点、线、区例如点、线、区域；域；q CDT 集合型（集合型（collection）空间数据类型，例如网络、）空间数据类型，例如网络、划分等。划分等。q PT 点；点；LN 线；线； RG

21、 区域；区域；PTN 划分；划分；NTW 网网络。络。（2）基于拓扑的描述）基于拓扑的描述q两个同类型空间数据是否相等（两个同类型空间数据是否相等（= 或或 ）；）； PTPT Bool；LNLN Bool；RGRG Boolq空间数据空间数据SDT是否在区域是否在区域RG中（中（INSERT）：）： SDT RG Boolq两个大小非零的空间数据是否相交（两个大小非零的空间数据是否相交（INTERSECTS）：）：NZS NSZ Boolq两个区域是否邻接（两个区域是否邻接（ISNEIGHBOROF）：RGRGBool（3）基于集合运算的描述）基于集合运算的描述q相交（相交（Intersec

22、tion）：）： 两条线相交为点两条线相交为点的集合，的集合，LNLNPT；线与区域；线与区域相交为线的集合，相交为线的集合，LNRGLN； 区区域与区域相交为区域的集合，域与区域相交为区域的集合， RGRGRGq重叠（重叠（OVERLAP）：）：PTNPTNFGq中心点（中心点（CENTER）：）：NZSPT(4) 基于度量的描述基于度量的描述q 两点间距离（两点间距离（DIST）：）：PTPT NUM DISTq 两空间图形间的最大、最小距离（两空间图形间的最大、最小距离（MAXDIST，MINDIST）：）：SDTSDTNUM MAXDIST或或MINDISTq 多点的直径（多点的直径（

23、DIAMETER）：）：PT NUMDIAMETERq 线的长度（线的长度（LENGTH）：）：LN NUM LENGTHq 区域的周长（区域的周长（PERIMETER）或面积（）或面积（AREA）：）：RG NUM PERIMETER 或或AREA 坐标序列法坐标序列法 树状索引编码法树状索引编码法 拓扑结构编码法拓扑结构编码法 (X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)LinePoint(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)Polygon(X,Y)q唯一标识码是系统排列序唯一标识码是系统排列序号；号；q线标识码可以标识线的类线标识码可以标

24、识线的类型；型；q起始点和终止点号可直接起始点和终止点号可直接用坐标表示；用坐标表示；q显示信息是显示时的文本显示信息是显示时的文本或符号等；或符号等；q与线相联系的非几何属性与线相联系的非几何属性可以直接存储于线文件中，可以直接存储于线文件中，也可单独存储，而由标识也可单独存储，而由标识码联接查找。码联接查找。1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 1多边形多边形 数据项数据项A(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5),(x6,y6),(x7,y7

25、),(x8,y8),(x9,y9),(x1,y1)B(x1,y1), (x9,y9), (x8,y8), (x17,y17), (x16,y16), (x15,y15),(x14,y14) ,(x13,y13), (x12,y12), (x11,y11),(x10,y10),(x1,y1)C(x24,y24),(x25,y25),(x26,y26),(x27,y27),(x28,y28),(x29,y29),(x30,y30) ,(x31,y31), (x24,y24)D(x19,y19),(x20,y20),(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23),(x15,y15),(x

26、16,y16) ,(x19,y19)E(x5,y5),(x18,y18),(x19,y19),(x16,y16),(x17,y17),(x8,y8),(x7,y7) ,(x6,y6), (x5,y5)BCDEabcfghefibcij12345678910111213141516171819202122232425262728293031线与多边形之间的树状索引 点与多边形之间的树状索引 ABCDOabcdefghijklmn123456789101112线号线号左多边形左多边形右多边形右多边形起点起点终点终点aOA18bOA21cOB32dOB43eOB54fOC65gOC76hOC87iC

27、A89jCB95kCD1210lCD1112mCD1011nBA92这种数据结构除了通过线这种数据结构除了通过线文件生成面文件外，还需文件生成面文件外，还需要点文件要点文件 弧段文件弧段号弧段号起始点起始点终结点终结点左多边形左多边形右多边形右多边形a51OAb85EAc168EBd195OEe1519ODf1516DBg115OBh81ABi1619DEj3131BC弧段坐标文件弧段坐标文件弧段号弧段号点点 号号a5,4,3,2,1b8,7,6,5c16,17,8d19,18,5e15,23,22,21,20,19f15,16,g1,10,11,12,13,14,15h8,9,1i16,19

28、j31,30,29,28,27,26,25,24,3112345678910111213141516171819202122232425262728293031多边形文件多边形号多边形号 弧段号弧段号 周长周长 面积面积 中心点坐标中心点坐标Ah,b,aBg,f,c,h,-jCjDe,i,fEe,i,d,bq属性特征类型属性特征类型 类别特征：是什么类别特征：是什么 说明信息：同类目标的不同特征说明信息：同类目标的不同特征q属性特征表达属性特征表达 类别特征：类型编码类别特征：类型编码 说明信息：属性数据结构和表格说明信息：属性数据结构和表格q属性表的内容取决于用户属性表的内容取决于用户q图形

29、数据和属性数据的连接通过目标识图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记别符或内部记 录号实现。录号实现。点状对象目标标识目标标识地物编码坐 标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐 标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性（a）三角形（b） 菱形（c) 六边形点线面对于栅格数据结构对于栅格数据结构点：为一个像元点：为一个像元线：在一定方向线：在一定方向上连接成串的相上连接成串的

30、相邻像元集合。邻像元集合。面：聚集在一起面：聚集在一起的相邻像元集合。的相邻像元集合。CAB百分比法面积占优重要性中心点法A连续分布地理要素C具有特殊意义的较小地物A分类较细、地物斑块较小AB为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法 链码链码 游程长度编码游程长度编码 块码块码 四叉树四叉树5,5A,A,B,B,BA,C,C,C,AD,C,C,A,AD,D,C,A,AD,D,A,A,Aq链式编码又称为弗里曼链码（链式编码又称为弗里曼链码（Freeman，1961）或边界链码。该编码方法将数据）或边界链码。该编码方法将数据表示为由某

31、一原点开始并按某些基本方表示为由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。向确定的单位矢量链。q基本方向可定义为：东基本方向可定义为：东0，东南，东南1，南南2，西南，西南3，西，西4，西北，西北5，北，北6，东北，东北7 等八个基本方向。等八个基本方向。例如，确定原点为像元（例如，确定原点为像元（10，1），则某个多边形边界按顺时），则某个多边形边界按顺时针方向的链式编码为：针方向的链式编码为：10，1，7，0，1，0，7，1，7，0，0，2，3，2，2，1，0，7，0，0，0，0，2，4，3，4，4，3，4，4，5，4，5，4，5，4，5，4，6，6。其中前。其中前两个数字两个数字10

32、 和和1 表示起点为第十表示起点为第十行第一列，从第三个数字开始行第一列，从第三个数字开始每个数字表示单位矢量的方向，每个数字表示单位矢量的方向，八个方向以八个方向以07 的整数代表。的整数代表。1 row: (2, A), (3,B)2 row: (1, A), (3,C),(1,A)3 row: (1, D), (2,C), (2,A)4row: (2, D), (2,C), (2,A)5row: (2, D), (3,A按第一种编码方法，此数据按第一种编码方法，此数据游程长度编码：游程长度编码：（0，1），（），（4，2），（），（7，5）；（）；（4，5），（），（7，3）；）；（4，

33、4），（），（8，2），（），（7，2）；（）；（0，2），（），（4，1），），（8，3），（），（7，2）；（）；（0，2），（），（8，4），（），（7，1），），（8，1）；）； (0，3)， (8，5)； (0，4)， (8，4)； (0，5)， (8，3)。用用44个整数表达了原始数据个整数表达了原始数据中的中的64个栅格。个栅格。按第二种编码方法，此数据游程按第二种编码方法，此数据游程长度编码长度编码（沿列方向）：（沿列方向）：（1，0），（），（2，4），（），（4，0），（，（1，4），（），（4，0）；（）；（1，4），（），（5，8），（），（6，0）；（）；（1，7），

34、（），（2，4），（），（4，8），（），（7，0）；（）；（1，7），（），（2，4），（），（3，8），（），（8，0）；（）；（1，7），），（3，8）；（）；（1，7），（），（6，8）；（；（1，7），（），（5，8）。）。 0 4 4 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 4 4 4 8 8 8 8 8 7 7 4 4 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 0 8 0 0 8 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 其块码编码为：其块码编码为：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),

35、(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。树杈结点叶子结点1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8M

36、M R M M M M MM M R R M R M MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM R R R R R R MM M R R R R R MM M M R R M M M 0 4 4 7 7 7 7 7 4 4 4 4 4 7 7 7 4 4 4 4 8 8 7 7 0 0 4 8 8 8 7 7 0 0 8 8 8 8 7 8 0 0 0 8 8 8 8 8 0 0 0 0 8 8 8 8 0 0 0 0 0 8 8 8 其中最上面的结点叫根结点，它对应整个图形。此树共有其中最上面的结点叫根结点，它对应整个图形。此树共有4层结

37、点，每个结层结点，每个结点对应一个象限，如第点对应一个象限，如第2层层4个结点分别对应于整个图形的四个象限，排列次序依个结点分别对应于整个图形的四个象限，排列次序依次为南西（次为南西（SW）、南东（）、南东（SE）、北西（）、北西（NW）和北东（）和北东（NE），不能再分的结点），不能再分的结点称为终止结点（又称叶子结点），可能落在不同的层上，该结点代表的子象限具称为终止结点（又称叶子结点），可能落在不同的层上，该结点代表的子象限具有单一的代码，所有终止结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从有单一的代码，所有终止结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下，从左到右为叶子结点编号，共

38、有左到右为叶子结点编号，共有40个叶子结点，也就是原图被划分为个叶子结点，也就是原图被划分为40个大小不等个大小不等的方形子区（最下面的一排数字表示各子区的代码）。的方形子区（最下面的一排数字表示各子区的代码）。 AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起点行列号，单位矢量R: (1,5),3,2,2,3,3,2,3链式编码游程长度编码逐行编码数据结构: 行号, 属性, 重复次数1, A, 4, R, 1, A, 4块状编码正方形区域为记录单元数据结构: 初始

39、位置, 半径, 属性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),NE SWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉树编码栅格数据文件像元1X坐标Y坐标层2属性值层1属性值层n属性值像元2像元n栅格数据文件层1像元1层2X,Y,属性值像元2X,Y,属性值像元nX,Y,属性值层n栅格数据文件层1 多边形1层2属性值像元1坐标多边形N像元n坐标层n矢量数据优点优点：表示地理数据的精度较高表示地理数据的精度较高严密的数据结构，数据量小严密的数据结构，数据量小完整的描述空间关系完整的描述空间关系图形输出精确美观图形输出精确美观图形数据和属性数据的恢复、更新、图形数据和属性数据的恢复、更新、

40、综合都能实现综合都能实现面向目标，不仅能表达属性，而且面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性能方便的记录每个目标的具体属性信息信息缺点：缺点：数据结构复杂数据结构复杂矢量叠置较为复杂矢量叠置较为复杂数学模拟比较困难数学模拟比较困难技术复杂，特别是软硬件技术复杂，特别是软硬件栅格数据优点优点：数据结构简单数据结构简单空间数据的叠置和组合方便空间数据的叠置和组合方便各类空间分析很易于进行各类空间分析很易于进行数学模拟方便数学模拟方便缺点：缺点：图形数据量大图形数据量大用大像元减少数据量时，精度和信用大像元减少数据量时，精度和信息量受损息量受损地图输出不美观地图输出不美观难以建

41、立网络连接关系难以建立网络连接关系投影变换比较费时投影变换比较费时 内部点扩散算法 复数积分算法 射线算法和扫描算法 边界代数算法 1）多边形边界提取： 2）边界线追踪 3）拓扑关系生成 4）去除多余点及曲线圆滑 2.10.1 元数据概念与分类元数据概念与分类 q “meta”是一希腊语词根，意思是是一希腊语词根，意思是“改变改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一般一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是都认为元数据就是 “关于数据的数据关于数据的数据”。元数据并不。元数据并不是一个新的概念。是一个新的概念。q 传统的图书馆卡片、出版图书的介绍、磁盘的标签等

42、传统的图书馆卡片、出版图书的介绍、磁盘的标签等都是元数据。纸质地图的元数据主要表现为地图类型都是元数据。纸质地图的元数据主要表现为地图类型、地图图例、包括图名、空间参照系统和图廓坐标、地图图例、包括图名、空间参照系统和图廓坐标、地图内容说明、比例尺和精度、编制出版单位和日期地图内容说明、比例尺和精度、编制出版单位和日期或更新日期等。或更新日期等。q 元数据是可读的，生产者和用户之间容易交流，用户元数据是可读的，生产者和用户之间容易交流，用户可以很容易地确定地图是否能够满足其应用需要。可以很容易地确定地图是否能够满足其应用需要。第三章第三章 空间数据库空间数据库q3.1数据模型的发展数据模型的发

43、展q3.2在空间数据库中使用传统数据库的数据模型在空间数据库中使用传统数据库的数据模型q3.3空间数据库的数据组织方式空间数据库的数据组织方式q3.4空间数据管理方案空间数据管理方案q3.5空间数据引擎空间数据引擎q3.6 空间索引空间索引q3.7 空间查询处理空间查询处理q3.8空间查询语言空间查询语言q3.9 ORACLE空间数据库的数据组织空间数据库的数据组织层次数据库模型123456abcdefgMMabcdefg1223344134355664c网络数据库模型系名化学系教师数学生数研究生系名地质系教师数49学生数257研究生71学校名称西北大学系名城资系教师数52学生数300研究生7

44、0系名教师数学生数研究生系名教师数学生数学号002312姓名张三年级3籍贯广东系名教师数学生数研究生系名教师数学生数教师号66姓名谢元礼年龄30职称教授系名教师数学生数研究生系名教师数学生数课程号A01课程名GIS周学时4学分5系名教师数系名学号002312课程号A01关系数据库模型M acbecfgda12gb25f463e356d41c34地图多边形线关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。点123456abcdefgM地理关系数据模型的实现地理关系数

45、据模型的实现-ShapefileqShapefile是一个典型的基于矢量的数据模型，属是一个典型的基于矢量的数据模型，属于简单要素类，用点、线、多边形存储要素的形于简单要素类，用点、线、多边形存储要素的形状，却不能存储拓扑关系。状，却不能存储拓扑关系。q一个一个shapefile是由若干个文件组成的，空间信息是由若干个文件组成的，空间信息和属性信息分离存储。每个和属性信息分离存储。每个shapefile，至少由三，至少由三个文件组成，其中：个文件组成，其中：*.shp存储的是几何要素的存储的是几何要素的的空间信息，也就是的空间信息，也就是XY坐标。坐标。*.shx存储的是有存储的是有关关*.s

46、hp存储的索引信息，它记录了在存储的索引信息，它记录了在*.shp中，中，空间数据是如何存储的，空间数据是如何存储的，XY坐标的输入点在哪坐标的输入点在哪里，有多少里，有多少XY坐标对等信息。坐标对等信息。*.dbf存储地理数存储地理数据的属性信息的据的属性信息的dBase表。表。q例如，存储一个关于湖的几何与属性数据，就必例如，存储一个关于湖的几何与属性数据，就必须有须有lake.shp，lake.shx与与lake.dbf三个文件。三个文件。 Shape文件中所有的内容文件中所有的内容q 二类：二类：1）与数据相关的包括主文件记录内容和主文件）与数据相关的包括主文件记录内容和主文件头的数据

47、描述域（头的数据描述域（Shape 类型，边界盒等）；类型，边界盒等）；2）与文）与文件管理相关的包括文件和记录长度和记录偏移等。件管理相关的包括文件和记录长度和记录偏移等。q Shapefile支持以下的图形类型：支持以下的图形类型：a)0空图形，空图形，b) 1 Point（点），（点）， c)Polyline（折线）（折线）d) 5 Polygon（多边（多边形）形） e)8 MultiPoint（多点）（多点） f)11 PointZ（带（带Z与与M坐标的点）坐标的点）, g)13PolylineZ（带（带Z或或M坐标的折坐标的折线）线）h)15PolygonZ（带（带Z或或M坐标的多

48、边形）坐标的多边形）i)18 MultiPointZ（带（带Z或或M坐标的多点）坐标的多点）j) 21 PointM（带（带M坐标的点）坐标的点）k) 23 PolylineM（带（带M坐标坐标的折线）的折线）l) 25PolygonM（带（带M坐标的多边形）坐标的多边形）m)28MultiPointM n) 31MultiPatch q 支持支持15种种典型类型的例子典型类型的例子 q 1）：）：Point Double X /X坐标坐标 Double Y /Y坐标坐标q 2） MultiPoint Double4 Box /边界盒边界盒 Integer NumPoints /点的数目点的数

49、目 PointNumPoints Points /在集合中的点在集合中的点 边界盒以边界盒以Xmin,Ymin,Xmax,Ymax存储。存储。q 3）PolyLine Double4 Box /边界盒边界盒 Integer NumParts /部分的数目部分的数目 Integer NumPoints /点的总数目点的总数目 IntegerNumParts Parts /在部分中第一个点的索引在部分中第一个点的索引 PointNumPoints Points /所有部分的点所有部分的点 qCoverage文件夹可能存储文件夹可能存储lab.adf、arc.adf、sec.adf、pal.adf、

50、cnt.adf、tic.adf、lnk.adf、bnd.adf等坐标文件，等坐标文件，arx.adf、pax.adf等索引文件和等索引文件和pat.adf、aat.adf等属性文件。等属性文件。q一个一个Converage数据包括哪些文件，要看数据包括哪些文件，要看这个这个Converage数据包含了哪些要素类型数据包含了哪些要素类型。 qinfo文件夹存放了文件夹存放了INFO数据文件和数据文件和Coverage数据的属性表定义，里面包括数据的属性表定义，里面包括了了arc0000.dat、arc0000.nit、arc.dir等文等文件。件。 q对于对于Coverage文件夹里的每一个文件

51、夹里的每一个.adf文件文件，都有一对在，都有一对在info文件夹下的文件夹下的.dat和和.nit文文件与之相对应。件与之相对应。arc.dir文件主要是记录文件主要是记录.dat和和.nit文件同哪个文件同哪个.adf文件对应。文件对应。 下表是在ArcCatlog中能看到的数据格式和在Windows浏览器中能看到的数据格式空间地物点状地物线状地物面状地物复杂地物电视塔桥 梁车 站道 路水 管电力线建筑物湖公 园矿 山大 学县Geodatabase数据模型数据模型 qGeodatabase是是ArcInfo8引入的面向对象的空间数据模型引入的面向对象的空间数据模型，是建立在，是建立在DBM

52、S之上的统一的、智能的空间数据模型之上的统一的、智能的空间数据模型。它在一个统一的模型框架下对地理空间要素信息进行。它在一个统一的模型框架下对地理空间要素信息进行统一的描述，并对空间要素的描述和表达接近现实世界统一的描述，并对空间要素的描述和表达接近现实世界，更能清晰、准确地反映现实空间对象的信息。，更能清晰、准确地反映现实空间对象的信息。qGeoDatabase是针对标准关系数据库技术的扩展，扩展是针对标准关系数据库技术的扩展，扩展了点、线和面特征，为空间信息定义了一个统一的模型了点、线和面特征，为空间信息定义了一个统一的模型。使用者可以定义和操作不同应用的具体模型，例如交。使用者可以定义和

53、操作不同应用的具体模型，例如交通规划模型、土地管理模型、电力线路模型等。通规划模型、土地管理模型、电力线路模型等。GeoDatabase为创建和操作不同用户的数据模型提供了为创建和操作不同用户的数据模型提供了一个统一的、强大的平台。一个统一的、强大的平台。qGeodatabase是面向对象的数据模型，空间中的实是面向对象的数据模型，空间中的实体表示为具有性质、行为和关系的对象。体表示为具有性质、行为和关系的对象。Geodatabase描述地理对象主要通过以下以下四种形式：描述地理对象主要通过以下以下四种形式：q(1)用矢量数据描述不连续的对象；用矢量数据描述不连续的对象；q(2)用栅格数据描述

54、连续对象；用栅格数据描述连续对象；q(3)用用TINs描述地理表面；描述地理表面；q(4)用用Location或者或者Address描述位址。描述位址。Geodatabase的三种存储方案的三种存储方案q Geodatabase提供了不同层次的空间数据存储方案，可提供了不同层次的空间数据存储方案，可以分成三种以分成三种PersonalGeodatabase(个人空间数据库个人空间数据库)、File Geodatabase(基于文件格式的数据库基于文件格式的数据库)和和ArcSDE Geodatabase(企业级空间数据库企业级空间数据库)。q 1Personal Geodatabase: 单用

55、户下工作的单用户下工作的CIS系统系统, Microsoft Access数据库数据库q 2File Geodatabase: 适用于单用户环境的，同样能够适用于单用户环境的，同样能够支持完整的支持完整的Geodatabase数据模型，同样可以让用户在数据模型，同样可以让用户在没有没有DBMS的情况下使用大数据集。的情况下使用大数据集。q 3ArcSDE Geodatabase: 多用户网络环境下工作的多用户网络环境下工作的GIS系统。使用系统。使用ArcSDE在网络环境下对空间数据进行在网络环境下对空间数据进行多用户并行操作。多用户并行操作。 Geodatabase体系结构体系结构qGeod

56、atabase以层次结构的数据对象来组织地理数据。以层次结构的数据对象来组织地理数据。数据对象存储在要素类数据对象存储在要素类(Feature Classes)、对象类、对象类(0bject classes)和数据集和数据集(Feature datasets)中。中。Object Class是一个在是一个在Geodatabase中储存非空间数据的表。中储存非空间数据的表。Feature class是具有相同几何类型和属性结构的要素是具有相同几何类型和属性结构的要素(Feature)的集合。的集合。q要素数据集要素数据集(Feature datasets)是共用同一空间参是共用同一空间参考要素类

57、的集合。要素类考要素类的集合。要素类(Feature Class)储存可在要素储存可在要素数据集数据集(Feature datasets)内部组织简单要素，也可独内部组织简单要素，也可独立于要素数据集立于要素数据集(Feature datasets)。独立于要素数据。独立于要素数据集的简单的要素类称为独立要素类集的简单的要素类称为独立要素类(Feature class)。存。存储拓扑要素储拓扑要素( Feature )的要素类必须在要素数据集的要素类必须在要素数据集(Feature dataset)内，以确保一个共同的空间参考。内，以确保一个共同的空间参考。qGeodatabase的基本体系结

58、构包括要素数据集、栅的基本体系结构包括要素数据集、栅格数据集、格数据集、TIN数据集、独立的对象类、独立的要素数据集、独立的对象类、独立的要素类、独立的关系类和属性域。其中，要素数据集又由类、独立的关系类和属性域。其中，要素数据集又由对象类、要素类、关系类、几何网络构成。对象类、要素类、关系类、几何网络构成。Geodatabase Geodatabase对象类要素类要素数据集关系类要素类几何网络G关系类要素 网络要素 关系 表格 要素 关系 图3.12 Geodatabase的数据组织Geodatabase是按照层次型的数据对象来组织地理数据，如图：Geodatabase的优势的优势q (1)

59、 Geodatabase存储要素的几何特性，提供定义和存储要素的几何特性，提供定义和管理数据的地理坐标系统的框架。管理数据的地理坐标系统的框架。q(2) Geodatabase中的几何网络中的几何网络(Geometric Network)可以模拟道路运输实业或者其他公用设施网可以模拟道路运输实业或者其他公用设施网络，进行网络拓扑运算。络，进行网络拓扑运算。q(3) Geodatabase中可以定义对象、要素之间的关中可以定义对象、要素之间的关联联(Relationships)。q(4) Geodatabase通过定义域通过定义域(Domain)和验证规则和验证规则(Validation rul

60、e)来增强属性的完整性。来增强属性的完整性。q(5) Geodatabase将要素的一些将要素的一些“自然自然”行为绑定行为绑定到存储要素的表中。到存储要素的表中。q(6) Geodatabase可以有多个版本可以有多个版本(Version)，同一，同一时刻允许不同用户对同一数据进行编辑，并可自动协时刻允许不同用户对同一数据进行编辑，并可自动协调出现的冲突。调出现的冲突。GIS应用软件空间及属性数据文件GIS应用软件空间及属性数据库扩展DBMS以容纳空间数据商业数据库GIS应用软件空间及属性数据库用户设计的数据库GIS应用软件空间数据库属性数据库管理空间数据的软件管理属性数据的DBMSGIS界