空间数据库绪论

空间数据库

SpatialDatabase资环学院张明明TelQ:58162544E_mail:mm81_0@126.com教材与参考书籍教材：郭际元、周顺平、刘修国编著，《空间数据库》，中国地质大学(武汉)信息工程学院参考书籍：1.《地理空间数据库原理》，科学出版社2.《空间数据库》，机械工业出版社

【作者】（美）ShashiShekhar,SanjayChawla课程考核课时安排：共12学时。其中上课8学时，上机4学时。课程考核：上课，主要考核出勤及听课情况；上机，主要考核平时上机情况及提交报告的情况；考试，主要考核所学内容的掌握情况。课程安排空间数据库绪论及基本知识2课时几种新型数据库1课时矢量、栅格地图数据库1课时面向对象空间数据库1课时三维空间数据模型1课时海量空间数据组织与管理1课时时态GIS数据库1课时传统数据库管理空间数据的局限地理空间数据存储操作的对象可能是一维、二维、三维甚至更高维。一方面我们可以把地理空间数据库看成是传统数据库的扩充，另一方面，地理空间数据库突破了传统的数据库理论，如将规范关系推向非规范关系。而传统数据库系统只针对简单对象，无法有效的支持复杂对象（如图形、图像）。传统数据库管理空间数据的局限传统数据库系统管理地理空间数据的局限性：1、传统数据库管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理数据是连续的，具有很强的空间相关性。2、传统数据库管理的实体类型少，并且实体类型之间通常只有简单固定的空间关系；而地理空间数据库的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且能产生新的关系。传统数据库管理空间数据的局限3、传统数据库存贮的数据通常为等长记录的原子数据；而地理空间数据通常是结构化的，其数据项可能很大，很复杂，并且变长记录。4、传统数据库只操纵和查询文字和数字信息；而地理空间数据库中需要有大量的空间操作和查询，如特征提取、影像分割、影像代数运算、拓扑和相似性查询等。面向空间认知的地理分析过程概念模型——逻辑模型——物理模型——认知过程分析、识别因子、相互作用分析数学模型选择、几何模型设计、参量量化、数据综合处理数据加工处理实现、结果分析、认知实验基于地图的空间认知分析示例之一

德国地球物理学家、地质学家魏格纳，在病床上发现大西洋两岸的陆地形状惊人的相似，尤其是非洲与南美洲，几乎可以吻合。。。世纪大发现“大陆漂移学说”（1910年）30年后，“板块构造学说”这只“火凤凰”与重庆生态、经济、人文、功能神秘对应吻合;主城九区商圈为心脏;长江为主动脉；涪江、嘉陵江、乌江、綦江、芙蓉江、大宁河等水系为静脉系统；主城九区为都市发达经济圈(太阳):头颈胸腹翅腿相对应区域为经济较发达地区;尾、羽、脚爪相对应区域为三峡库区生态经济区;涪陵、万州两大工业城市分布在两个主要节点上;江北机场和即将建设的垫江国际机场均在鸟的翅膀上；人杰地灵的潼南县(伟人杨尚昆、杨闇公故里)为鸟的头部示例之二重庆的版图为一只火凤凰南京明长城分布结构非正方形、非矩形，将破残的城墙连接起来，得到一个人的脸谱——明太祖朱元璋示例之三…有趣的是，如果从泸州、合江县两点通过叙水、古蔺县和赤水、仁怀，把川酒分布与贵州西北部赤水河流域的黔酒分布连接起来，你会惊异地发现，在祖国大西南的地图上，伫立着一只标准的高脚大酒杯！它以赤水河流域的酱香型国酒茅台、郎酒等玉液琼浆为坚实的底座，高高托起浓香型国酒泸州老窖特曲、宜宾五粮液、成都全兴大曲、绵竹剑南春以及各种黄酒、果酒、啤酒、滋补酒等系列名酒，令人惊叹大自然的鬼斧神工！…示例之四模式、结构是空间目标群分布形成的一种态势、一种相互依存的空间构架，可以为视觉识别所接受，在视觉判断中自觉将其归为一整体构造。——

概念模型通常采用聚类分析示例五：多边形目标群分布模式识别⑴从整体上看，分形几何图形是处处不规则的。⑵在不同尺度上，图形的规则性又是相同的。，它们从整体到局部，都是自相似的。示例六：分形几何GIS的构成地理信息系统的数据流程1.1空间数据库的定义空间数据库：指以特定的信息结构(如国土、规划、环境、交通等)和数据模型(如关系模型、面向对象模型等)表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。§1空间数据库概述相关概念

地理空间：指在现实世界中，地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的部分，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该范围中；同时地理空间还可以认为是物质、能量、信息存在形式在形态、结构、过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续(陈述彭等，2000)。空间信息：指在信息世界中有关地理空间信息，这是对现实世界的第一次抽象，即从现实世界到信息世界。信息结构和数据模型：指在计算机世界中，通过抽象、建模形成不同数据种类的表示形式，通过空间数据库所建立的数据模型(如关系数据模型)来进行存储、获取、表达和管理。这是对现实世界的第二次抽象，即从信息世界到计算机世界。1.2空间数据库的特征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分类编码特征海量数据特征GIS中空间数据的存储方式有两类：空间数据的文件方式管理加属性数据的关系数据库管理；空间数据和属性数据的全关系数据库管理。1.3空间数据库的作用

从不同角度考察空间数据库的作用：①从信息抽象体系来看，空间数据库是从现实世界的真实地球到计算机世界中的映射。②从空间信息技术体系的构成看，空间信息技术体系可以分为三个部分：空间信息获取技术，空间信息处理技术和空间信息应用技术。空间信息的获取技术是指利用测量、摄影、遥感和GPS等技术从现实的地理空间中获取信息的技术；空间信息处理技术是指基于特定格式的空间信息集上的某种算法；空间信息应用技术是指从现有的空间数据集中，通过空间分析和模型计算，分析出某一空间对象的现状结构和变化趋势的技术。③从社会需求体系的构成看，社会的信息需求中有很多是与空间有关的。目前主要是政务需求，现在正在建设的电子政务体系共12个业务子系统：办公业务资源系统、宏观经济管理、金关、金税、金财、金卡、金审、金盾、社会保障、金农、金水和金质一个共同的特点：就是各子系统都基于相同的基础空间数据。④从国际空间战略来看，地理空间已作为各个国家共享的资源，所以对地理空间的数字化管理具有高度战略意义。在军事防御、环境监测、资源管理等方面都具有非常重要的意义。“数字地球”作为一个战略目标，当然现在还未能实现。但是从它的技术框架来看，空间数据库是其中一个很重要的组成部分。现阶段GIS空间数据库存在的问题1）数据共享问题数据文件格式统一性。地理信息的标准化。数据共享的政策。2）数据“瓶颈”问题3）数据更新问题4）数据安全问题§2空间数据库的形成与发展

2.1数据库发展综述

1969年美国IBM公司开发了第一个数据库系统IMS。

同年，美国的数据系统语言委员会(CODASYL)下属的数据库任务组提出了著名的DBTG报告，并在1970年提出了该报告的修订版。在20世纪70年代开发了许多遵循DBTG报告的网状数据库系统，如IDMS、IDS、DMSIIOO等。20世纪70年代初，CoddE.F.提出了关系数据模型的概念和关系代数及关系演算。SYSTEM、INGRES、ORACLE。1986年美国国家标准协会(AGISI)通过了关系数据库查询语言SQL的文本标准。从20世纪80年代后期到目前为止，出现了面向对象数据库系统，如GemStone、ORION、Iris等。2.2空间数据库的发展历程

1）空间数据库的计算平台的发展三个阶段：集中式系统阶段、经典的客户/服务器系统阶段和分布式计算系统阶段，如下图所示。

2）空间数据模型的发展栅格模型矢量模型对象模型约束数据模型3）管理模式的发展文件与关系数据库混合管理系统全关系型空间数据库管理系统对象—关系数据库管理系统面向对象空间数据库管理系统面向对象的矢栅一体化空间数据库管理系统4）空间基础数据库发展现状国家基础地理信息系统1：50000数据库建设工程通过验收城市基础地理数据库西部地区资源环境基础空间数据库

土壤数据库：在国家1：400万—1：100万基础地理数据库平台上，对中国1：100万土壤资源数据进行集成，实现空间数据与属性数据的有机整合中国山地灾害数据库：规划有5个方面的数据内容，分别是山地灾害野外台站观测数据库、泥石流滑坡分布数据库、泥石流滑坡减灾工程数据库、山地灾害专题图数据库、山地灾害研究成果数据库。空间数据库分类空间数据库人口数据库生物数据库基因数据库按信息源特征分类关系数据库层次数据库网状数据库面向对象数据库按数据结构特征分类军事数据库政务数据库资源数据库财经数据库按信息源特征分类数据库数据库管理系统数据库模型空间数据库软件产品1、OracleSpatialCartridge(SC)2、Intergraph的GeoMedia系列3、ESRI的