空间数据组织与管理

第5章空间数据组织与管理补充内容1.：地理实体分类及数据编码空间数据的组织地理数据的编码一、空间数据的组织分层区域分块空间数据库GIS应用大范围地理区域合理组织面向对象组织矩形分块经纬度分块目前，象域市规划，地下管网、土地管理、公安警用这样某些GIS应用系统，由于其比例尺较大，因此多数都是以图幅为单位进行管理，即按图幅将大区域空间数据进行分割，目前世界各国的一般措施是采用经纬线分幅或采用规则矩形分幅，如示图1所示。数据库中图幅的组织措施图幅间被分割目的的组织措施跨图幅地图漫游（一）空间数据的分块组织图幅之间邻近关系示意图

(a)经纬线分幅(b)矩形分幅

数据库中图幅的组织措施1.为空间的组织形式进行定义：坐标单位、经度和纬度跨度（用经纬线分幅时），比例尺、图幅的宽和高（用矩形分幅时），地图投影类型、椭球体参数等。2.逐一数字化输入并编辑各图幅，然后将这些图幅输入库中、输入时须指定图幅的文献名、图幅在库中的位置等。图幅间被分割目的的组织措施整个空间目的统一组织和管理方式只建立和组织被分割目的方式整个空间目的统一组织和管理方式这种组织方式是建一种全库索引表，将整个空间的所有目的及其分属的图幅号均放入索引表中。只建立和组织被分割目的方式这种方式是只将被分割的目的放在索引表中，显然，此索引表要比上述的全库索引表要小得多。在建库和图幅入库时，索引表是空的。当进行图幅拼接时，每拼接一种目的，就将该目的的信息（包括该目的分别在两个图幅中的编号）插入索引表中的合适位置。在检索目的时，可根据所要检索的图幅号来查询索引表，从中找出符合规定的完整的目的对象。对索引表中没有的目的，可直接查询该图幅中的目的信息即可。当要对由多幅不一样比例尺地图组合而成的地图进行处理时，由于计算机实际物理内存总是有限的，如将所有地图调入内存后再处理，机器的运行效率将会极低，缩放漫游的速度也将会变得很慢。为此，系统在设计由多幅不一样比例尺的数字地图的缩放漫游时，使用了一种以一幅地图为基本单位对象，并建立这些基本对象间拓扑邻接关系，从而实现多比例尺数字地图的迅速显示与漫游。根据所建立的图幅对象拓扑邻接关系将上一层或下一层内中对应的地图调入内存显示出来。而在同一层内的图幅内进行漫游时，当抵达该图幅的边界时，同样根据邻接关系将相邻的地图显示出来。跨图幅地图漫游（二）空间数据的分层组织●空间数据可按某种属性特性形成一种数据层，一般称为图层(Coverage)。1、空间数据分层措施：1）专题分层◆每个图层对应一种专题，包括某一种或某一类数据。如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。2）时间序列分层◆即把不一样步间或不一样步期的数据作为一种数据层。3）地面垂直高度分层◆把离地面不一样高度的数据作为一种数据层。如：地下、地表、地上。（二）空间数据的分层组织2、空间数据分层的目的：便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一种数据层的数据构造往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来就相对简朴；2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加紧查询速度；3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层，因而增长了图形显示的灵活性；4）对不一样数据层进行叠加，可进行多种目的的空间分析。二、地理数据的编码分类、编码点、线、面特性码、坐标信息世界●地理信息种类繁多、内容丰富、只有将它们按一定的规律进行分类和编码，使其有序地存储、检索，以满足多种应用分析需求。因此，基础地理数据的分类和编码是空间数据库建立的重要基础。（一）地理数据的编码在属性数据中，有一部分是与几何数据的表达亲密有关的。例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，一般把这部分属性数据用编码的形式表达，并与几何数据一起管理起来。编码：是指确定地理数据的代码的措施和过程。代码：是一种或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机鉴别和查找信息的重要根据和手段。编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。（二）地理数据的分类编码原则系统性和科学性：满足所波及学科的科学分类措施，能反应出同一类型中不一样的级别特点。一致性：对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。兼容性(原则化\通用性)：有国家或行业原则的要按原则进行，没有原则的必须考虑在有也许的条件下实现原则化。实用性(简捷性)：在满足国标的前提下、每一种编码应当是以最小的数据量载负最大的信息量。可扩展性：编码的设置应留有扩展的余地，防止新对象的出现而使原编码系统失效、导致编码错乱现象。（三）地理数据的编码1.代码的类型——是指代码符号的表达形式，有数字型、字母型、数字和字母混合型三类数字型代码，是用一种或若干个阿拉伯数字表达对象的代码。特点：构造简朴、使用以便、易于排序，但对对象的特性描述不直观字母型代码，是用一种或若干个字母表达对象的代码。特点：比同样位数的数字型代码容量大，还可提供便于识别的信息，易于记忆，但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。数字、字母混合型代码，是由数字、字母、专用符构成的代码。特点：代码兼有数字型和字母型的长处，构造严密，直观性好，但构成形式复杂，处理麻烦。2.GIS中代码的种类：可以分为两种，一种是分类码，另一种是标识码。分类码：是根据地理信息分类体系设计出的各专业信息的分类代码，用以标识不一样类别的数据，根据它可以从数据中查询出所需类别的所有数据。标识码(亦称识别码)，是在分类码的基础上，对每类数据设计出其所有或重要实体的识别代码，用以对某一类数据中的某个实体(如一种居民地、一条河流等)进行个体查询检索，从而弥补分类码不能进行个体分离的缺陷。标识码是联络实体的几何信息和属性信息的关键字。（三）地理数据的编码3、编码措施举例行政区划代码(GB—2260—91)（层次编码法）：是一种识别码用6位数字代码按层次分别表达:

例如，南京市的代码为31连云港市的代码为320701东海县320722灌云县320723赣榆县320721灌南县320822（三）地理数据的编码耕地71园地

72林地

73牧草地74居民点及公矿用地

75交通用地75水域

76未利用地

77土地利用类型7有林地

731灌木地

732疏林地733迹地

735针叶树疏林地7331阔叶树疏林地7332未成林林地7343、编码方法举例加拿大数字地形要素分类编码系统——一种分类码，且是数字字母混合代码采用树型结构将地形要素分为四级，其代码结构为：

X

XX

XXX

XXX——四级代码，三位数字

——三级代码，三位数字

——二级代码，两位数字

——一级代码，一位数字（三）地理数据的编码补充内容2：空间数据库的设计和建立空间数据库的设计是指在目前数据库管理系统的基础上建立空间数据库的整个过程。现实世界地理实体数据层设计结构设计需求分析数据字典设计

一、需求分析需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，重要进行如下工作：1、调查顾客需求：理解顾客特点和规定，获得设计者与顾客对需求的一致见解。2、需求数据的搜集和分析：包括信息需求(信息内容、特性、需要存储的数据)、信息加工处理规定(如响应时间)、完整性与安全性规定等。3、编制顾客需求阐明书：包括需求分析的目的、任务、详细需求阐明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。

在需求分析阶段完毕：数据源的选择和对多种数据集的评价（一般、空间、属性评价）。二、构造设计指空间数据构造设计，成果是得到一种合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。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体现的过程，也就是地理信息系统中空间实体的模型化问题。现实世界地理实体逻辑模型物理模型概念模型需求分析构造设计二、构造设计

1、概念模型

是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，最终形成空间数据库系统及其应用系统所需的模型。表达概念模型最有力的工具是E—R模型，即实体—联络模型，包括实体、联络和属性三个基本成分。用它来描述现实地理世界，不必考虑信息的存储构造、存取途径及存取效率等与计算机有关的问题，比一般的数据模型更靠近于现实地理世界，具有直观、自然、语义较丰富等特点，在地理数据库设计中得到了广泛应用。二、构造设计

1、概念模型市区要素空间实体空间实体属性空间实体关系边线走向街道路面质量所属路段所属街道组成长度等m1模型E_R二、构造设计2、逻辑模型逻辑模型的设计是将概念模型构造转换转换为详细DBMS可处理的地理数据库的逻辑构造(或外模式)，包括确定数据项、记录及记录间的联络、安全性、完整性和一致性约束等。从E—R模型向关系模型转换的重要过程为：①确定各实体的主关键字；②确定并写出实体内部属性之间的数据关系体现式（函数依赖关系），即某一数据项决定此外的数据项；③把通过消冗处理（规范化处理）的数据关系体现式中的实体作为对应的主关键字；④根据②、③形成新的关系。⑤完毕转换后，进行分析、评价和优化。二、构造设计3、物理设计是指有效地将空间数据库的逻辑构造在物理存储器上实现，确定数据在介质上的物理存储构造，其成果是导出地理数据库的存储模式(内模式)。重要内容包括确定记录存储格式，选择文献存储构造，决定存取途径，分派存储空间。物理设计的好坏将对地理数据库的性能影响很大，一种好的物理存储构造必须满足两个条件：一是地理数据占有较小的存储空间；二是对数据库的操作具有尽量高的处理速度。在完毕物理设计后，要进行性能分析和测试。

三、数据字典设计数据字典用于描述数据库的整体构造、数据内容和定义等。一种好的数据字典可以说是一种数据的原则规范，它可使数据库的开发者依此来实行数据库的建立、维护和更新。数据字典的内容包括：数据库的总体组织构造、数据库总体设计的框架、各数据层详细内容的定义及构造、数据命名的定义元数据（有关数据的数据，是对一种数据集的内容、质量条件及操作过程等的描述）等内容。

四、空间数据库的建立1、建立空间数据库构造运用DBMS提供的数据描述语言描述逻辑设计和物理设计的成果，得到概念模式和外模式，编写功能软件，经编译、运行后形成目的模式，建立起实际的空间数据库构造。

四、空间数据库的建立2、数据装入一般由编写的数据装入程序或DBMS提供的应用程序来完毕。在装入数据之前要做许多准备工作，如对数据进行整顿、分类、编码及格式转换(如专题数据库装入数据时，采用多关系异构数据库的模式转换、查询转换和数据转换)等。装入的数据要保证其精确性和一致性。3、调试运行装入数据后，要对地理数据库的实际应用程序进行运行，执行各功能模块的操作，对地理数据库系统的功能和性能进行全面测试。3.4空间数据库的建立与维护

五、空间数据库的维护1、空间数据库的重组织指在不变化空间数据库本来的逻辑构造和物理构造的前提下，变化数据的存储位置，将数据予以重新组织和寄存。2、空间数据库的重构造指局部变化空间数据库的逻辑构造和物理构造。数据库重构通过改写其概念模式(逻辑模式)的内模式(存储模式)进行。3.4空间数据库的建立与