空间数据库建设.ppt

1、空间数据库建设,空间数据库系统是GIS软件设计的核心内容，进行空间数据库系统设计的主要任务是确定空间数据库的数据模型以及数据结构，并提出空间数据库相关功能的实现方案；空间数据库系统实现的主要任务是将设计的空间数据库系统的结构体系进行编码实现，并将收集来的空间数据入库，建立空间数据库管理信息系统。,教学提纲,1 空间数据模型 2 空间数据库设计 * 3 空间数据库功能设计 4 空间数据采集建库,1 空间数据模型,目前存在以下三种常用数据模型： 混合数据模型 SDE数据模型 面向对象数据模型,1.1 混合数据模型,混合数据模型指在空间数据库建设中，采用将空间图形数据和相关联的属性数据分离开来管理的

2、模式，空间数据与属性数据通过关键字连接。该模型使用方便、实现起来较为简单，是目前使用较为广泛的一种空间数据模型。,混合数据模型设计,图形数据：GIS直接操纵数据文件 属性数据：通过关系数据库管理系统进行管理。属性表设计包括一般属性表(用户定义的属性表)与标准属性表(系统定义的属性表)。 一般属性表与标准属性表的关系设计 方法一：物理上、逻辑上均相联 优势：简单、易操作，应用较广 缺点： 属性只能依赖空间要素而存在，无法保留空间要素属性的历史记录； 易造成数据冗余； 易导致数据的更新异常； 对带有扩充属性表的层进行操作时，需要更多的时间和空间资源。 方法二：物理上分开、逻辑上相关联 该方法不仅可

3、以避免方法一的弊端，而且用户定义的属性还可以存放在第三方的关系数据库系统中，如Oracle，也利于数据的重用和共享。,1.2 SDE数据模型,描述： 指空间数据和属性数据都采用关系模型进行设计，并在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象（如点、线、面等）的API函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。 思路： 由GIS厂商在关系型数据库管理系统的基础上进行开发，使该系统不仅能管理结构化的属性数据，而且能管理非结构化的图形数据。融合关系数据库技术与面向对象技术，支持查询语言SQL的超集，具备关系数据库系统的基本功能，同时又支持面向对象特性。,图形数据管理方式,方法一

4、：将空间实体的空间特征用关系模型来表达，制作关系表。由于关系连接运算相当费时，该方法在空间对象处理显示方面效率很低。 由于空间特征由点、线、面组成，因此可以制作三种表单：多边形的关系表；线段的关系表；结点的关系表。 方法二：将图形数据的变长部分处理成Binary二进制块Block字段，交由关系数据库管理系统进行存储和管理。该方法虽然省去了方法一的大量关系连接操作，但是二进制块的读写效率要比定长的属性字段低的多，特别是牵涉对象的嵌套，速度更慢。,1.3 面向对象数据模型,依据：面向对象数据模型不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承等，面向对象的空间数据库管理系统还允许用户定义对象和对象

5、的数据结构以及它的操作。 实现途径：以面向对象设计方法为基础，增加数据库功能。 优势：采用面向对象设计方法，容易被熟悉面向对象设计人员所接受，具有较高的开发效率。 劣势：缺乏数据库基本特性，尤其是缺乏与SQL兼容的查询功能。,3 空间数据库功能设计,（一） 空间数据输入设计 （二） 空间数据检索设计 （三） 空间数据输出设计 （四） 空间数据更新设计 （五） 空间数据共享设计,2.1 空间数据输入设计,空间数据输入包括图形数据输入和属性数据输入。 空间数据输入设计原则 良好的交互性。为用户提供反馈信息和帮助信息 允许用户进行简单的数据编辑 提供恢复功能。允许恢复到错误输入前的正确状态 对于表格

6、数据的输入，要提供缺省值、输入格式、有效性检验等功能，使用户快速而准确地输入数据 空间数据输入设计考虑因素 数据的组织和存放。结构要清晰 设计并建立完整的符号库，包括点状符号、线状符号、面状符号和特殊的符号 良好的输入界面和数据接口,2.2 空间数据检索设计,目的：从空间数据库中快速高效地检索出所需要的数据 实质：按一定条件对空间实体的图形数据和属性数据进行查询检索，形成一个新的空间数据子集 方法：根据GIS应用的实际要求，用SQL语言、扩展SQL语言和具有检索功能的GIS命令来实现 注：空间检索是目前空间数据检索研究的热点， 最常见空间数据检索是基于拓扑关系（包括邻接、关联、包含等）的空间检

7、索,基于拓扑关系的主要空间检索,面-面关系检索。主要是查询并判断多个面实体之间是否相邻、包含、相交以及方向距离关系等 线-线关系检索。主要是查询并判断线与线之间是否有邻接、相交、平行、重叠以及方向距离关系等 点-点关系检索。主要是查询并判断点与点之间距离、方向以及重叠等关系 线-面关系检索。主要是查询并判断线与面之间距离、方向、相交及重叠等关系 点-线关系检索。主要是查询并判断点与线之间距离、方向、相交及重叠等关系 点-面关系检索。主要是查询并判断点与面之间距离、方向及包含等关系,2.3 空间数据输出设计,描述：指按实际应用的要求和可视化原则，将GIS操作和分析的结果展示在屏幕上或打印到图纸上

8、的过程 原则： 应从美学原则出发，布局图中各个内容的位置，调配大小和色彩，设计优美的地图整饰等 空间数据的输出应带有很大的灵活性，允许用户对输出内容进行动态组合 为常用的输出格式设计模板以方便用户 输出数据的表达形式尽可能多样化，如采用多媒体技术等,2.4 空间数据更新设计,空间数据更新设计是GIS空间数据库设计的重要内容，因为数据更新是GIS活力源泉之一。随着GIS应用的深入，数据成为制约GIS发展的瓶颈，因此，迫切要求数据获取手段和数据更新手段不断得到完善。 空间数据包括几何数据、属性数据和拓扑数据三种，根据空间数据发生变化的数据类型，可以将空间数据的变更分为三种类型：,数据更新模型,连续

9、快照模型：用一系列状态所对应的地图来反映地理现象的时空演化过程。连续快照仅代表地理现象的状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含的对象在时间上的拓扑联系。易于实现，但冗余大 底图修改模型：首先确定数据的初始状态，然后仅记录时间片段后发生变化的区域，通过叠加操作来建立现时的状态数据，其中，每一次叠加则表示状态的一次变化 时空合成模型：将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的积累形成最小变化单元，由这些变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可较完整地表达数据的时空特征,2.5 空间数据共享设计,空间数据共享是GIS界一直关心

10、的问题，目前尚未完全解决。 影响空间数据共享的有技术因素，也有非技术因素。其中，非技术因素涉及到政策与社会问题，根据谁投资谁受益的原则，可以考虑让空间数据商品化来解决该问题。而此处着重考虑空间数据共享的技术因素，即数据的规范化与标准化。,空间数据共享途径,数据转换：是主要的共享途径，在不同的系统之间通过数据转换（导入/导出）来达到空间数据共享。包括有语义约束的数据格式转换和没有语义约束的数据格式转换。由于存在数据损失，在数据转换前后需进行手工编辑 基于元数据的空间数据网络查询和应用：指在网络环境下通过元数据的支持对空间数据的查询、下载和应用 GIS互操作：以消息机制为基础实现空间数据共享。采用

11、该方式不仅能实现空间数据共享，还可以实现功能的互操作,3 空间数据采集建库,（一） 建库前期准备工作 （二） 数字化方案的制定 （三） 空间数据库建库流程,3.1 建库前期准备工作内容,数据源的选择 数据采集存储原则 建库的数据准备 数据库入库的组织管理,数据源的选择,GIS的数据源，一是要求可靠；二是具备更新能力。因此，GIS和空间数据库的建立，首先应考虑数据源的科学基础及更新的技术保证。就全国范围来看，部门、地区之间数据源及其质量是很不平衡的。主管部门应充分考虑本行业和本地区的具体条件，因势利导，在数据源和更新条件有保障的部门和地区逐步试建数据库。在设计系统数据源的时候要根据应用要求保证数

12、据的精度和获取途径。,数据采集存储原则,一般只采集储存基本的原始数据，不储存派生的数据，根据应用的频率，实现最少的冗余度。但如果某因子的使用频率很高，也应作基本数据存储 分类分级应采用或参照国际标准或国家主管权威部门的划分。通常国家都委托各主管部门制定其主管行业的分类分级标准，遇到分类分级标准不能统一时，应努力协商解决。如仍有困难，不能达到一致意见时，优先参照国家有关标准，包括国家强制性标准、国家参考标准及有关行业标准、地方标准。对特定应用单位来说，分类分级首先应满足本单位的工作需要,数据质量控制体系,鉴定和验收数据质量的依据。其内容主要包括： 数据的分类系统 数据类型(或项目)的名称和定义

13、数据获取方法的评价 数据获取所使用的仪器设备及其精度的规定 数据获取时的环境背景和测试条件的规定 数据的计量单位(量纲)和数据精度分级的规定 数据的编码或代表符号的规定 数据的更新周期的规定 数据的密级和使用数据的规定,数据库入库的组织管理,在空间数据库建库工作中，应建立相应的数据管理组来负责入库数据（包括新数据和更新数据）的鉴定、审批和管理入库工作。 注意事项： 凡入库的数据应同时提交数据说明书，数据管理组根据该类数据的质量标准，对数据说明书的内容逐项进行检查和鉴定，鉴定合格的数据方可批准入库 数据入库时，应有数据的鉴定意见和鉴定小组的签名，并注明入库日期 数据入库后，还应建立相应的数据安全

14、和保密体系,3.2 数字化方案的制定,常用数字化方法,3.3 空间数据库建库流程,首先必须确定数字化的方法及工具 是准备数字化原图，并掌握该图的投影、比例尺、格网等空间信息 按照分层要求进行一个图层的数字化，数字化的过程包括选择控制点、数字化控制点、确定投影信息、采集数据、编辑和修改数据等 对收集来的空间数据进行拓扑关系的建立，并给空间实体赋属性值 进行坐标变换和地图接边处理就建成了分层管理的空间数据库,GIS数字化建库流程图,作业：,内容：某公安桌面地理信息系统提供了以下3个功能模块，请结合具体的GIS软件和相关背景知识，说明其实现原理及数据库设计。 1、GPS定位系统：对移动目标（警车、巡逻车）实行动态监控、加强公安消防部门的快速反应能力和