第五章空間信息查詢

地理信息系統(tǒng)趙姍環(huán)境與水利學院2012.11

第五章空間信息查詢

第五章空間信息查詢第一節(jié)信息查詢與空間數(shù)據(jù)庫第二節(jié)

空間索引第三節(jié)

空間查詢方式第四節(jié)

空間信息查詢語言概念

查詢什么空間查詢的一般問題是“在什么地方?”、“是什么？”、怎樣（到達）？”查詢對象圖形中的信息屬性表中的信息一般問題是“某圖元代表什么實體，有什么屬性”、“處于什么位置、距離、路徑”、“一定范圍內(nèi)包含的地物，地物之間的關系等”。

信息查詢意義

信息管理通過查詢可以獲取特定數(shù)據(jù)，進行信息管理和數(shù)據(jù)更新。特定信息提取通過查詢提取需要的信息，據(jù)棄無關的信息，便于使用?？臻g分析基礎查詢結(jié)果一般是對所需查找的信息及數(shù)據(jù)的報告，研究需要對這些數(shù)據(jù)單獨提出進行相關分析。

信息查詢分類空間位置和形態(tài)對象所在的地理區(qū)域，對象的幾何和屬性特征。空間關系和關聯(lián)空間對象間的拓撲關系。空間分布規(guī)律特定類別地物分布在特定的區(qū)域，如電子市場、娛樂場所、飲食街等。時空演化通過時間空間數(shù)據(jù)分析，可以研究和揭示事物發(fā)展演化的規(guī)律。空間數(shù)據(jù)庫中的信息

空間索引空間索引就是指依據(jù)空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).其中包含空間對象的概要信息，如對象的標識、外接矩形及指向空間對象實體的指針。概念

空間索引空間索引介于空間操作算法和空間對象之間，它通過篩選作用，大量與特定空間操作無關的空間對象被排除，從而提高空間操作的速度和效率?？臻g索引的性能的優(yōu)劣直接影響空間數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)的整體性能，它是空間數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)的一項關鍵技術。

作用

空間索引索引對象的無序性空間對象沒有明確次序。當確定某對象在一個子空間內(nèi)，需要逐個進行比較。索引對象的不規(guī)則性空間對象不是規(guī)則圖形。需要適當選取規(guī)則圖形近似。例如，選取平行于坐標軸的矩形。索引對象的交叉性空間對象可以交叉或者重疊。一個對象可能屬于多個子空間，需要多路檢索。特點

例如：查找經(jīng)過河南省的所有河流。常規(guī)方法：檢查所有河流和河南省省界是否相交。缺點：用實際空間對象比較，算法復雜，計算開銷大、IO開銷大。索引方法：記錄河流和省界的外接矩形。用外接矩形進行比較。

空間索引將空間位置作為一個屬性放入關系表中建立一個空間索引層cell空間索引層地理要素層

空間索引空間屬性表描述要素的一般信息，

空間索引表描述要素所在格網(wǎng)的信息，

要素描述表描述要素的點數(shù)，范圍等信息，

三張表通過FID（FeatureID）關聯(lián)

空間索引

空間索引格網(wǎng)索引R樹和R+樹索引常見的空間索引常見空間索引一般是自頂向下、逐級劃分空間的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間索引，比較有代表性的包括BSP樹、R樹、R+樹和CELL樹等。此外，結(jié)構(gòu)較為簡單的格網(wǎng)型空間索引有著廣泛的應用。

空間索引基本思想是將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，記錄每一個格網(wǎng)所包含的空間實體。當用戶進行空間查詢時，首先計算出用戶查詢對象所在格網(wǎng)，然后再在該網(wǎng)格中快速查詢所選空間實體，這樣一來就大大地加速了空間索引的查詢速度。

1、格網(wǎng)索引

空間索引為了便于建立空間索引的線性表,每個格網(wǎng)按一定規(guī)律進行編碼，建立碼與空間實體的關系,該關系表就成為格網(wǎng)索引文件。每個要素在一個或者多個網(wǎng)格中,每個網(wǎng)格可以包含多個要素。1、格網(wǎng)索引21232931535561632022283052546062171925274951575916182426485056585713153739454746121436384446139113335414302810323440422123293153556163202228305254606217192527495157591618242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042空間索引對象索引Peano鍵空間對象空間對象Peano鍵集7BA25-2514EB7-715EC54-5525AC60-6026ED32-3332DD35-3533DD38-3835D.FE14-1537EE26-2638DE37-3739EE39-3948EE48-4850EE50-5054CF35-3555C60C1、格網(wǎng)索引ABCEDF每個要素在一個或者多個網(wǎng)格中,每個網(wǎng)格可以包含多個要素,要素不是真正被分割。由此建立Peano鍵和空間對象的關系。

空間索引

R樹根據(jù)地物的最小外接矩形建立，可以直接對空間中占據(jù)一定范圍的空間對象進行索引。

R樹索引設計虛擬的矩形目標，將空間目標包含在矩形內(nèi)。這些矩形作為空間索引，含有包含的空間對象的指針。

RECT（ID，MinX，MaxX，MinY，MaxY）2、R樹和R+樹MBR（MinimumBoundingBox

最小外接矩形）

空間索引

R樹

在進行空間數(shù)據(jù)檢索時，先判斷哪些矩形落在檢索窗口內(nèi)，再進一步判斷哪些目標是被檢索的內(nèi)容。在R樹構(gòu)造中，要求虛擬矩形盡可能少重疊，并且一個空間對象通常僅僅被一個矩形包含。實際中很難保證這種情況?？臻g對象千姿百態(tài)，最小矩形通常范圍重疊。于是提出了R樹的改進，R+樹。

空間索引2、R樹和R+樹R+樹

R+樹允許虛擬矩形相互重疊，并允許一個空間目標被多個虛擬矩形包含。1、圖查文(圖形查詢屬性)2、文查圖(屬性查詢圖形)2、空間關系的查詢(面—點、面—線、面—面、線—點、線—線查詢)4、邏輯查詢(SQL查詢)

空間查詢方式

空間查詢方式1、圖查文圖文互查是GIS中最常用的查詢。

一般GIS軟件提供“INFO”工具。用點選、區(qū)域圈選、多邊形選擇、矩形選擇的方式選中地物，并顯示出查詢對象的屬性列表。1）利用空間索引，在數(shù)據(jù)庫中快速檢索被選空間實體。2）根據(jù)實體和屬性的連接關系得到所查詢實體的屬性列表。圖查文圖查文

空間查詢方式2、文查圖如：在中國行政區(qū)圖查人口>4000萬的省。1）和一般SQL查詢類似，構(gòu)建SQL查詢語句進行查詢。2）查詢到結(jié)果后，利用圖形和屬性的對應關系，再圖上表示出結(jié)果。文查圖文查圖MapInfo軟件中點目標的幾何參數(shù)查詢

空間查詢方式MapInfo軟件中線目標的幾何參數(shù)查詢

空間查詢方式Mapinfo軟件中面狀目標的幾何參數(shù)查詢

空間查詢方式是指給定一個點或一個幾何圖形，檢索出該圖形范圍內(nèi)的空間對象以及相應的屬性。這種查詢方式又稱為圖形查詢屬性的方式。

MapInfo軟件中圖形查屬性的表達方式

空間查詢方式ArcView軟件中圖形查屬性的表達方式

空間查詢方式

空間查詢方式3、空間關系的查詢通過空間關系查詢和定位空間實體是地理數(shù)據(jù)庫不同于一般數(shù)據(jù)庫的功能之一。如查詢滿足下列條件的城市：京滬線東部（空間方位關系）；距離京滬線不超過50km（空間距離關系）;城市人口大于100萬（屬性信息查詢）；空間關系的查詢·面面查詢?nèi)缗c某個多邊形相鄰的多邊形有哪些·面線查詢?nèi)缒硞€多邊形的邊界有哪些線·面點查詢?nèi)缒硞€多邊形內(nèi)有哪些點狀地物·線面查詢?nèi)缒硹l線經(jīng)過（穿過）的多邊形有哪些，某條鏈的左、右多邊形是哪些

空間查詢方式·線線查詢?nèi)缗c某條河流相連的支流有哪些，某條道路跨過哪些河流。·線點查詢?nèi)缒硹l道路上有哪些橋梁，某條輸電線上有哪些變電站。·點面查詢?nèi)缒硞€點落在哪個多邊形內(nèi)。·點線查詢?nèi)缒硞€結(jié)點由哪些線相交而成。

水系城鎮(zhèn)查詢城鎮(zhèn)是否位于平原區(qū)內(nèi)舉例：點面查詢(1)鄰接查詢從多邊形與弧段關系的表中，檢索出該多邊形關系的所有弧段從弧段關系的左右多邊形的表中，檢索出這些弧段所關聯(lián)的多邊形(2)包含關系查詢

查詢某一個面狀所包含的某一類的空間對象(3)穿越查詢長江所經(jīng)過的縣市(4)落入查詢

查詢一個空間對象它落在哪個空間對象之內(nèi)?？刹捎每臻g運算，使用點在多邊形內(nèi)，線在多邊形內(nèi)，或面在多邊形內(nèi)的判斷方法。

(5)緩沖區(qū)查詢

緩沖區(qū)查詢根據(jù)用戶需要給定一個點緩沖、線緩沖或面緩沖的距離，從而形成一個緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索的原理，檢索出該緩沖區(qū)多邊形內(nèi)的空間地物。

距黃河150公里范圍內(nèi)的主要城市（6）地址匹配查詢

根據(jù)街道地址來查詢事物的空間位置和屬性信息是地理信息系統(tǒng)特有的一種查詢功能，這種查詢利用地理編碼，輸入街道門牌號碼，就可知道大致的位置和所在的街區(qū)。

空間查詢方式（7）SQL查詢

（7）SQL查詢

空間查詢方式查詢機耕道ArcGIS

空間信息查詢語言１、SQL查詢語言２、擴展的SQL查詢MapInfo軟件中SQL輸入標準對話框

通過SQL語言查詢的結(jié)果

SelectfromwhereGIS中SQL查詢例1GIS中SQL查詢例2查世界地圖屬性表中有多少國家?總?cè)丝?總面積?多表連接查詢?nèi)绮槌雒绹貓D數(shù)據(jù)中總?cè)丝诖笥?000萬且州府人口大于20萬的州。

SELECT*FROMStates,StatecapWHERE

States.state=Statecap

.Stateand

States.pop_1990>10000000andStatecap.pop_1990>200000嵌套查詢求世界地圖中同伊拉克處于同一大洲的國家

SELECTcountry,continentFROMworldWHEREcontinent=(SELECTcontinent

FROMworld

WHEREcountry=“Iraq”)；首先求出伊拉克處于哪個洲；之后求出同伊拉克處于同一洲的國家。１、查詢謂詞的擴展２、面向?qū)ο蟮臄U展３、模糊擴展擴展SQL查詢增加空間數(shù)據(jù)類型（點、線、面）增加空間操作算子（長度、面積）增加查詢條件（臨近、疊加、經(jīng)過）擴展SQL查詢1、查詢謂詞的擴展

Mapinfo在SELECT語句中增加了地理函數(shù)和地理運算符.擴展SQL查詢1、查詢謂詞的擴展例：美國“I10”號高速公路經(jīng)過哪幾個洲？先美國高速公路中找出“I10”號高速公路；再找“I10”號高速公路經(jīng)過哪幾個洲。WHEREStates.objCONTAINSUs_Hiway.objAND

(States.objINTERSECTS(SELECTobjFROMUs_HiwayWHERE

us_Hiway.highway=“I10”))地理運算符例如查詢?nèi)龒{地區(qū)長江流域人口大于50萬的縣或市，擴展的SQL空間查詢語句為：

SELECT*

FROM

縣或市

WHERE

縣或市·人口>50萬

ANDCROSS

（河流·名稱=“長江”）

擴展SQL查詢1、查詢謂詞的擴展擴展SQL空間查詢結(jié)果

這些SQL擴充和應用有關，目前還沒有形成標準。例：（1）選擇河南省所有城市和人口

SELECT城市名，人口FROM城市

WHERECENTER（城市地圖）INSIDE

河南；（2）選擇流經(jīng)河南省的所有河流的名稱和河南境內(nèi)長度

SELECT河流名，LENGTH（INTERSECTS

（ROUTE（河流流域圖），河南））；

FROM河流WHEREROUTE(河流流域圖)INTERSECTS

河南；擴展SQL查詢1、查詢謂詞的擴展

采用面向?qū)ο蟮姆椒▉碓O計SQL語言（OOSQL）。優(yōu)點如下：（1）良好的查詢機制，易于實現(xiàn)持久性。（2）對象簡化了查詢，解決了某些常見的SQL難題。

擴展SQL查詢2、面向?qū)ο蟮臄U展OGIS協(xié)會（OpenGIS）是由一些主要軟件供應商組成的聯(lián)盟，負責制定與GIS互操作相關的行標準。OGIS的空間數(shù)據(jù)模型可以嵌入到各種編程語言中，例如C、Java、