第四章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫

第四章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫第1節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第2節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)第3節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)第4節(jié)空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)第5節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢主要內(nèi)容第6節(jié)空間數(shù)據(jù)庫索引第7節(jié)元數(shù)據(jù)第8節(jié)空間數(shù)據(jù)庫引擎第9節(jié)空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述1.數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念①數(shù)據(jù)庫：是指長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)有結(jié)構(gòu)的、大量的、可共享的數(shù)據(jù)集合。②數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件；他的功能包括：數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)操作，數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理，數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)。③數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。④數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)的專門人員。一、空間數(shù)據(jù)庫的概念第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述2.空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)庫：是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合，以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲(chǔ)在介質(zhì)上。空間數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）組成：包括3部分空間數(shù)據(jù)庫：是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲(chǔ)在介質(zhì)上?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的維護(hù)和更新的一套軟件。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：應(yīng)用模塊。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴(kuò)展：直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能。例如：Oracle空間數(shù)據(jù)庫引擎（SDE:SpatialDatabaseEngine）：在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上加一層空間數(shù)據(jù)庫引擎，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。例如：ESRI的SDE3、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是建立在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能。4、空間數(shù)據(jù)庫管理實(shí)現(xiàn)方式的四個(gè)主要階段：（1）初級管理模式：ArcInfo的Coverage（2）混合管理模式：ArcInfo的Shape和MapInfo的TAB（3）擴(kuò)展式管理模式：ArcInfo的GeoDatabase（4）集成式管理模式：OracleSpatialCartridge第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述轉(zhuǎn)換現(xiàn)實(shí)世界人類的認(rèn)識、抽象機(jī)器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界中客觀實(shí)體的抽象過程信息世界的概念模型1.空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程這一過程一般需要兩步①人類對客體的認(rèn)識、抽象，建立概念模型。②將概念模型轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠接受的形式，即數(shù)據(jù)模型。就是將地理空間客體按一定的組織形式，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程。二、空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第一步需求分析第二步概念設(shè)計(jì)第三步邏輯設(shè)計(jì)第四步物理設(shè)計(jì) 第五步數(shù)據(jù)庫的實(shí)施和維護(hù)設(shè)計(jì)步驟第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述明白即將開發(fā)的GIS所支持的各種功能；了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和優(yōu)先次序，這些信息有利于制定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實(shí)施計(jì)劃。了解數(shù)據(jù)庫和GIS的整體要求和藍(lán)圖?，F(xiàn)狀調(diào)查調(diào)查內(nèi)容的組織的分析第一步用戶需求分析GIS數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)該主要了解下面的內(nèi)容用戶需求分析方法：第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述用戶需求分析過程現(xiàn)狀調(diào)查：通過實(shí)際調(diào)查了解用戶的現(xiàn)狀及要求調(diào)查內(nèi)容的組織的分析：對調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行整理、分析和組織，并提交報(bào)告及圖件。包括：現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)圖軟件、硬件資源表專業(yè)人員清單部門功能清單數(shù)據(jù)來源清單第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述把用戶的需求加以解釋，用概念模型表達(dá)出來，具體任務(wù)包括：1)數(shù)據(jù)庫的宏觀定義指對數(shù)據(jù)庫比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的定義。2)數(shù)據(jù)庫的特征設(shè)計(jì)對于各種地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)中以什么幾何形式表達(dá)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3)數(shù)據(jù)庫表格及其關(guān)系的設(shè)計(jì)表達(dá)對與地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中表達(dá)方式的設(shè)計(jì)。第二步概念化設(shè)計(jì)第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述4）數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)的評定根據(jù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用目的和數(shù)據(jù)內(nèi)容及使用方式來評價(jià)前面三步的設(shè)計(jì)結(jié)果。5）數(shù)據(jù)庫概念模型的起草將GIS數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)起草成正式的文件，作為后面詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)參考。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第三步邏輯設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇最適于描述與表達(dá)相應(yīng)概念結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，然后選擇最合適的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)一般要分三步進(jìn)行：①將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型②將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。③對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)特點(diǎn)設(shè)計(jì)人員必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法；充分了解應(yīng)用環(huán)境，特別是應(yīng)用的處理頻率和響應(yīng)時(shí)間要求；充分了解外存設(shè)備的特性。第四步物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫最終是要存儲(chǔ)在物理設(shè)備上的。為一個(gè)給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法）的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述設(shè)計(jì)原則：

①盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余；②提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在用戶的需要改變時(shí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠做出相應(yīng)的變化；③滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時(shí)訪問的需求，高效提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果；④在空間元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性；⑤支持多種決策需要，具有較強(qiáng)的應(yīng)用適應(yīng)性。3.空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的原則、步驟和技術(shù)方法第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果，在計(jì)算機(jī)上建立實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，裝入空間數(shù)據(jù)，并調(diào)試和運(yùn)行。建立實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)裝入試驗(yàn)性的空間數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序進(jìn)行測試，以確認(rèn)其功能和性能是否滿足設(shè)計(jì)要求裝入實(shí)際的空間數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫加載，建立起實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行1、數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)三、空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)施和維護(hù)第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述2、相關(guān)的其它設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行期間，應(yīng)進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)庫的功能和性能。

（1）空間數(shù)據(jù)庫再組織：調(diào)整或者改變空間數(shù)據(jù)庫的概念、邏輯和物理結(jié)構(gòu)的。（2）安全性考慮：規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫使用權(quán)限，保證數(shù)據(jù)庫的安全運(yùn)行。主要方法是授權(quán)。（3）故障恢復(fù)處理：數(shù)據(jù)庫恢復(fù)就是把數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）的功能。（4）事務(wù)控制：事務(wù)控制的目的就是保證多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述(1)維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性：需要及時(shí)調(diào)整授權(quán)和密碼，轉(zhuǎn)儲(chǔ)及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(2)監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能：分析評估存儲(chǔ)空間和響應(yīng)時(shí)間(3)增加新功能：按用戶的需要及時(shí)擴(kuò)充功能，滿足用戶的新需要。(4)修改錯(cuò)誤：包括程序和數(shù)據(jù)。3、空間數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行與維護(hù)第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小的數(shù)字和字符；而地理信息數(shù)據(jù)是連續(xù)的，并且具有很強(qiáng)的相關(guān)性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的實(shí)體類型太少，并且實(shí)體之間通常只有簡單、固定的空間關(guān)系；而地理空間數(shù)據(jù)的實(shí)體類型繁多，實(shí)體類型之間存在著復(fù)雜的空間關(guān)系，并且還能產(chǎn)生新的關(guān)系（如拓?fù)潢P(guān)系）。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理是以等長記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)；而地理空間數(shù)據(jù)通常是結(jié)構(gòu)化的，其數(shù)據(jù)項(xiàng)可能很大，很復(fù)雜，并且是變長記錄。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息；而地理空間數(shù)據(jù)庫中需要有大量空間數(shù)據(jù)庫操作和查詢，如特征提取，影象分割、影象代數(shù)運(yùn)算、拓?fù)浜拖嗨菩圆樵?。第二?jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)為了克服傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型存在的缺陷，從20世紀(jì)70年代后期開始，陸續(xù)出現(xiàn)了一些其他的數(shù)據(jù)模型，其中最主要的是語義數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)

語義模型的模型結(jié)構(gòu)是由若干種抽象所組成，用這些抽象來描述實(shí)體的基本語義特性，根據(jù)語義模型結(jié)構(gòu)規(guī)則,把這些抽象有機(jī)的組織起來。語義模型是概念模型的一種，是對信息世界建模，表示方法有多種，其中實(shí)體聯(lián)系方法(Entity-RelationshipApproach)得到廣泛應(yīng)用，該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界，用于建立概念模型。一、語義數(shù)據(jù)模型（E-R模型）第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)①實(shí)體型實(shí)體是對客觀存在的起獨(dú)立作用的客體的一種抽象。②屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體聯(lián)系起來③聯(lián)系是客體間有意義的相互作用或?qū)?yīng)關(guān)系。一般分為三種聯(lián)系：一對一(1:1)，一對多(1:N)，多對多(M:N)。E-R圖表達(dá)的三種語義第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)E-R模型設(shè)計(jì)步驟：（1）設(shè)計(jì)各個(gè)局部E-R圖根據(jù)需求分析的結(jié)果（數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等）對現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，分解成不同功能的局部模塊，對每個(gè)局部模塊設(shè)計(jì)視圖，即分E-R圖。分E-R圖中每一部分對應(yīng)一個(gè)局部應(yīng)用。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)不同局部視圖中同一對象具有不同的抽象、同一實(shí)體中所包含的屬性排列次序不完全相同、實(shí)體之間的聯(lián)系呈現(xiàn)不同的聯(lián)系類型。(2)設(shè)計(jì)全局E-R圖①屬性域沖突即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同，屬性取值單位沖突同名異義，異名同義（一義多名）。②命名沖突③結(jié)構(gòu)沖突第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)E-R圖的優(yōu)化原則：實(shí)體類型個(gè)數(shù)盡可能少；實(shí)體類型所含類型最少；實(shí)體間聯(lián)系無冗余。全局E-R圖的優(yōu)化職工A職工號B姓名C性別實(shí)體屬性實(shí)體——ER圖中實(shí)體，相當(dāng)于實(shí)體集，相當(dāng)于一個(gè)表；表中一行僅是實(shí)體的一個(gè)實(shí)例屬性——是實(shí)體的性質(zhì)，其關(guān)鍵屬性就是表的主鍵

實(shí)體屬性學(xué)生學(xué)號姓名年齡性別學(xué)生學(xué)號姓名年齡性別課程課程號課程名教師

實(shí)體屬性課程課程號課程名教師ER模型（EntityRelationshipModel）ER模型的優(yōu)點(diǎn)

一是接近人的思維，容易理解；二是與計(jì)算機(jī)無關(guān)，用戶容易接受。因此，ER模型已成為軟件工程的一個(gè)重要設(shè)計(jì)方法。盡管如此，但現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫不能直接接受ER模型，主要是ER模型只能說明實(shí)體間語義聯(lián)系，還不能進(jìn)一步說明詳細(xì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一般遇到一個(gè)實(shí)際問題，總是先設(shè)計(jì)一個(gè)ER模型，然后再轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)已實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)(OOA＆D)

面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)(OOA＆D)方法的發(fā)展在80年代末至90年代中出現(xiàn)了一個(gè)高潮，產(chǎn)生了統(tǒng)一的建模語言UML（UnifiedModelingLanguage）。UML適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述任何類型的系統(tǒng)，而且適用于系統(tǒng)開發(fā)的不同階段，從需求規(guī)格描述直至系統(tǒng)完成后的測試和維護(hù)。

第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮乃枷?，對系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)用戶需求提取出系統(tǒng)應(yīng)具有的屬性和行為。將分析的結(jié)果用某種易于轉(zhuǎn)化為編碼或易于理解的形式表達(dá)出來。我們常見的有流程圖，ER圖，數(shù)據(jù)流圖等。分析和設(shè)計(jì)是兩個(gè)相互結(jié)合、漸進(jìn)的過程。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)：面向?qū)ο蟮姆治觯旱诙?jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)1、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念(1)對象對象就是現(xiàn)實(shí)世界中客體的模型化，與數(shù)據(jù)庫中記錄、元組等概念相似。如：行政區(qū)域的多邊形對象，表示一條河流的弧段對象對象的兩個(gè)特點(diǎn)狀態(tài)性特征：是通過域來描述的，可稱為私有存儲(chǔ)單元。封裝性特征：對象的封裝性特征表現(xiàn)為它的私有存儲(chǔ)單元只能由它自己的功能進(jìn)行處理。二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)(2)消息

消息是對象之間相互請求或相互協(xié)作的唯一途徑。一個(gè)對象必須通過向其它對象發(fā)送消息的形式使得其它對象提供各自能實(shí)現(xiàn)的功能。消息的特性：消息是對象之間唯一的通信形式；消息是外界能夠引用對象操作及獲取對象狀態(tài)的唯一方式。消息的這些特性保證了對象的實(shí)現(xiàn)只能依賴于它本身的狀態(tài)和所能接受的消息，而不依賴于其它對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)和狀態(tài)。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)消息類型公有消息如果一些消息屬于同一個(gè)對象，其中有些消息可由其它對象向它發(fā)送的，叫做公有消息。私有消息如果一些消息是由它自己向自身發(fā)送的，就叫做私有消息。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)多邊形對象組成對象的組成示意第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)(3)類類是對一組對象的抽象描述，它將該組對象所具有的共同特征集中起來，以說明該組對象的能力和性質(zhì)。實(shí)例是某類的一個(gè)具體抽象；類是多個(gè)實(shí)例的抽象的總和；類和實(shí)例之間是抽象和具體的關(guān)系；類的確定方法是歸納，這就要求在觀察問題是，注意提煉所遇到對象的共同特征，以確定其類的表達(dá)。實(shí)例：是某類的一個(gè)具體抽象。類和實(shí)例之間的關(guān)系第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)（1）繼承是現(xiàn)實(shí)世界中對象之間的一種獨(dú)特關(guān)系，它使得某對象可以自然的擁有另外一類對象的某些特征和功能。對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu)

直接繼承曲線對象類

多邊形對象類繼承曲面對象類的特性，還有曲線對象類的特性

2、繼承及類之間的層次關(guān)系繼承包括單繼承和多繼承兩種，如下圖第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)（2）類的層次結(jié)構(gòu)是引入類的繼承關(guān)系而產(chǎn)生的，包括超類：被繼承的類稱為超類。子類：繼承其他類的對象稱為子類。對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu)

直接繼承曲線對象類

多邊形對象類繼承曲面對象類的特性，還有曲線對象類的特性

第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)

面向?qū)ο蟮墓δ苤剌d和多態(tài)

3．功能重載和多態(tài)性：實(shí)現(xiàn)消息傳遞。功能重載：功能重載實(shí)際上意味著實(shí)現(xiàn)特定功能的方法不僅以名稱來區(qū)分，而且用它所帶的參數(shù)來區(qū)別。多態(tài)性：是同一個(gè)消息可以根據(jù)對象的不同，采用多種不同的行為方式。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)4、概括和聚集概括：是把一組具有相同特征和操作的對象類歸納在一個(gè)更一般的超類中。例如，多邊形對象類和弧段對象類共同具有的一些空間特征，它們可作為空間對象類的子類，而空間對象類則是它們的超類。概括形成了子類和超類之間的is-a的語義聯(lián)系。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)聚集：反映了嵌套對象的概念，嵌套對象是由一些其它對象組成的，它是用來描述較高層次對象的一種形式。例如，上述的地理信息系統(tǒng)圖形顯示子系統(tǒng)中，一個(gè)圖層對象類是由多邊形對象類、弧段對象類、點(diǎn)對象類等對象類的聚集體。這里的圖層對象就是嵌套對象，多邊形對象類與圖層對象之間形成is-part-of的語義聯(lián)系。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)（六）ORM（對象角色建模）圖ORM：運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行數(shù)據(jù)庫概念建模的方法。ORM圖用對象類型和謂詞來表達(dá)一個(gè)事實(shí)。對象類型：實(shí)際對象或概念的類型，必須以英文名詞形式出現(xiàn)，以大寫字母開頭，且只能被定義一次。謂詞：描述由對象類型扮演的角色的事實(shí)的一部分。第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型1、關(guān)系模型的基本概念(1)關(guān)系關(guān)系是一個(gè)二維表，表的每行對應(yīng)一個(gè)元組，表的每列對應(yīng)一個(gè)域。元組域表的每行對應(yīng)一個(gè)元組域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合屬性：每列起一個(gè)名字，如XTIC第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)關(guān)系模型:用表格數(shù)據(jù)表示實(shí)體與實(shí)體之間聯(lián)系的模型?；陉P(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如Access、SQLServer、FoxPro、Oracle等第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)基本關(guān)系通?？煞Q為基本表或基表，它是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示。查詢表是查詢結(jié)果對應(yīng)的表視圖表是由基本表或其它視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。2、關(guān)系的類型第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)關(guān)系中某一屬性組，若它的值能唯一地標(biāo)識一個(gè)元組，則稱該屬性組為候選關(guān)鍵字。關(guān)鍵字3、關(guān)鍵字主關(guān)鍵字：若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定其中一個(gè)為主關(guān)鍵字。主屬性：主關(guān)鍵字的屬性稱為主屬性。非主屬性：不包含在任何候選關(guān)鍵字中的屬性稱為非主屬性。第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)關(guān)系模型的完整性：實(shí)體完整性規(guī)則參照完整性規(guī)則用戶定義完整性規(guī)則第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)實(shí)體完整性規(guī)則:一個(gè)表的主鍵值不能重復(fù)，也不能為空Access中主鍵字段標(biāo)示有鑰匙圖案主鍵：“職工號”

主鍵：“職工號＋工地編號”

第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)參照完整性規(guī)則:“一對多”關(guān)系中，“一”表的主鍵字段必然會(huì)出現(xiàn)在“多”表中，成為聯(lián)系兩個(gè)表的紐帶；“多”表中出現(xiàn)的這個(gè)字段被稱為外鍵；“一”表稱為該外鍵的參照表。參照完整性規(guī)則規(guī)定：“多”表中的外鍵值或者為空，或者是“一”表中主鍵的有效值；外鍵值可以重復(fù)。

Access支持實(shí)體完整性規(guī)則和參照完整性規(guī)則第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)一對多級聯(lián)更新：當(dāng)“一”表主鍵值更新時(shí)，對應(yīng)“多”表中外鍵字段的所有值將自動(dòng)更新。級聯(lián)刪除：如果刪除“一”表中某個(gè)記錄，則與該記錄主鍵字段值相同的外鍵字段值所在的所有記錄也將自動(dòng)刪除。

第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)域完整性規(guī)則:域完整性規(guī)則是用戶自定義規(guī)則將某些字段的值限制在合理的范圍內(nèi)超出限定范圍的數(shù)據(jù)(非法數(shù)據(jù))不允許進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(系統(tǒng)將報(bào)警)用戶定義完整性規(guī)則第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)（二）空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)模型的邏輯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依賴：是通過一個(gè)關(guān)系中屬性間值的相等與否體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，數(shù)據(jù)依賴是現(xiàn)實(shí)世界屬性間相互聯(lián)系的抽象，屬于數(shù)據(jù)內(nèi)在的性質(zhì)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，數(shù)據(jù)依賴是指一種狀態(tài)，當(dāng)程序結(jié)構(gòu)導(dǎo)致數(shù)據(jù)引用之前處理過的數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)。第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)函數(shù)依賴：數(shù)據(jù)依賴的一種最普遍形式，是一個(gè)屬性或?qū)傩约系闹祵α硪粋€(gè)屬性或?qū)傩约系闹档靡蕾囆?。設(shè)有一關(guān)系模式R（A1,A2,…,An),X和Y均為（A1,A2,…,An)的子集，對于R的值r來說，當(dāng)其中任意兩個(gè)元組u,v中對應(yīng)于X的那些屬性分量的值均相等時(shí)，則有u,v中對應(yīng)于Y的那些屬性分量的值也相等，稱X函數(shù)決定Y，或Y依賴于X，記為X->Y。函數(shù)依賴的類型：1、最基本的依賴是主關(guān)鍵字決定關(guān)系模式中的非主關(guān)鍵字。2、完全函數(shù)依賴3、傳遞函數(shù)依賴4、多值依賴第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)范式：模式的規(guī)范化第一范式

第二范式第三范式第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)第一范式：表中任意字段的值必須是不可分的，即每個(gè)記錄的每個(gè)字段只能包含一個(gè)數(shù)據(jù)。第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)第二范式：表中所有非主鍵字段完全依賴于主鍵字段表中的“名稱”字段不依賴于主鍵“職工號＋工地編號”

第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)第二范式：解決方法：非主鍵字段依賴主鍵“職工號＋工地編號”非主鍵字段依賴主鍵“工地編號”第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)第三范式：滿足第二范式的前提下，一個(gè)表的所有非主鍵字段均不傳遞依賴于主鍵傳遞依賴：設(shè)表中有A(主鍵)、B、C三個(gè)字段，若B依賴于A，而C依賴于B，稱字段C傳遞依賴于主鍵字段A

第三節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)解決方法

空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)可分為5步，前三步為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，后兩步為約束和程序設(shè)計(jì)(1)存儲(chǔ)記錄的格式設(shè)計(jì)：對數(shù)據(jù)項(xiàng)類型特征作分析，對存儲(chǔ)記錄進(jìn)行格式化，決策如何進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮或代碼化。(2)存儲(chǔ)方法設(shè)計(jì)：是把存儲(chǔ)記錄在全數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)進(jìn)行物理存儲(chǔ)安排。①順序存儲(chǔ)：該存儲(chǔ)方式的平均查詢次數(shù)為關(guān)系記錄個(gè)數(shù)的1/2；②散列存儲(chǔ)：該存儲(chǔ)方式的查詢次數(shù)由散列算法所決定；③索引存儲(chǔ)：需要確定創(chuàng)建何種索引，及在哪些庫和屬性上建立索引；④聚簇存儲(chǔ)：是指將不同類型的記錄分配到相同的物理區(qū)域中去。第四節(jié)空間數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)第四節(jié)空間數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)(3)訪問方法設(shè)計(jì)：訪問方法設(shè)計(jì)為存儲(chǔ)在物理設(shè)備上的數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和查詢路徑，該設(shè)計(jì)與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很大關(guān)系。

(4)完整性和安全性考慮：根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)說明書中提供的對數(shù)據(jù)庫的約束條件、具體選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的性能特征及硬件環(huán)境，設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)庫完整性和安全性措施。(5)應(yīng)用設(shè)計(jì)：包括人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、輸入／輸出格式的設(shè)計(jì)、代碼設(shè)計(jì)、處理加工設(shè)計(jì)等。(6)形成物理設(shè)計(jì)說明書：包括存儲(chǔ)記錄格式，存儲(chǔ)記錄位置分布及訪問方法、它能滿足的操作需求，并給出對硬件和軟件系統(tǒng)的約束。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

空間數(shù)據(jù)的查詢是GIS最基本的功能，它是GIS高層次空間分析的基礎(chǔ)，也是GIS面向用戶的直接窗口。在GIS中，用戶的很多問題可通過查詢解決，查詢還能派生新數(shù)據(jù)。一、空間數(shù)據(jù)查詢的類型空間數(shù)據(jù)查詢類型基于空間特性的查詢結(jié)合空間特性和非空間（屬性）特征的查詢基于屬性（非空間）特征的查詢第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

屬性特征的查詢主要在屬性數(shù)據(jù)庫中完成，這種查詢通?；跇?biāo)準(zhǔn)的SQL查詢語言實(shí)現(xiàn)，之后按照屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系顯示圖形。1、基于屬性（非空間）特征的查詢標(biāo)號植被面積101工業(yè)地169102林地122103農(nóng)地230104林地100基于屬性（非空間）特征的查詢例：已有某地區(qū)的土地利用表及相應(yīng)的圖，現(xiàn)要找到林地，通過對下列屬性數(shù)據(jù)表查找植被為林地的記錄，并顯示這些記錄相應(yīng)的空間位置。

102104103101第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

空間性是空間數(shù)據(jù)的主要特征，空間特征的查詢通常指以圖形、圖像或符號為語言元素的可視化查詢。從查詢的內(nèi)部過程看，是屬于“圖到屬性的查詢”。這種查詢首先借助于空間索引在空間數(shù)據(jù)庫中找出空間地理對象，然后，再根據(jù)GIS中屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系找出顯示地理對象的屬性，并可進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析。2、基于空間特性的查詢第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

(1)空間幾何數(shù)據(jù)查詢主要根據(jù)空間目標(biāo)的幾何數(shù)據(jù)，分析計(jì)算不同地物(如線狀地物)的長度、組成、坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)及面狀地物的面積、周長等。

(2)空間位置查詢這是空間查詢中最基本的查詢功能，只要空間數(shù)據(jù)是同大地坐標(biāo)進(jìn)行了配準(zhǔn)，即可查詢：簡單的點(diǎn)擊空間點(diǎn)狀地物，就可獲取坐標(biāo)點(diǎn)地理位置；點(diǎn)擊線狀地物，就可獲取該線的長度及地理位置；點(diǎn)擊面狀地物，就可獲取該面的周長、面積及其地理位置等。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

例：右圖就是在ARCVIEW軟件下，點(diǎn)擊黃色圖斑，就可獲取煙臺(tái)市轄區(qū)的周長、面積等信息。煙臺(tái)市轄區(qū)第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

(3)空間關(guān)系查詢空間關(guān)系查詢主要指拓?fù)潢P(guān)系查詢。①同類要素間的鄰接性查詢、連通性查詢、包含性查詢、重合性查詢、方向性查詢等。例：從中國地圖上查與山東省相鄰的有哪幾個(gè)省，實(shí)質(zhì)是進(jìn)行鄰接性查詢。②不同類要素間的關(guān)聯(lián)性查詢、穿越性查詢、落入性查詢、方向性查詢等。例：從中國地圖上查京九鐵路沿線有多少站，實(shí)質(zhì)是進(jìn)行關(guān)聯(lián)性查詢。例：從中國地圖上查黃河經(jīng)過哪幾個(gè)省，實(shí)質(zhì)是進(jìn)行穿越性查詢。注：進(jìn)行空間關(guān)系查詢時(shí)，不總是局限某一查詢功能，常要用多種查詢聯(lián)合起來才能完成查詢功能。

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

3、結(jié)合空間特性和非空間（屬性）特征的查詢

空間特征和屬性特征的聯(lián)合查詢不是簡單地由定位空間特性查詢結(jié)果，顯示相關(guān)的屬性，也不是從屬性特征的查詢結(jié)果，顯示相關(guān)的空間位置。空間特征和屬性特征聯(lián)合查詢的實(shí)質(zhì)是指查詢條件中同時(shí)涉及空間特征和屬性特征。例：從中國地圖上查同北京的距離(查空間中距離)小于2000km、長江以南(查空間中位置)、人口數(shù)大于100萬的城市。本例中查人口數(shù)大于100萬的城市，屬于屬性查詢；查同北京的距離(查空間中距離)小于2000km的城市，屬于空間距離查詢；查長江以南的城市，屬于方位查詢。

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

二、空間數(shù)據(jù)查詢的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

主要使用布爾代數(shù)方法，即按照兩個(gè)邏輯子集在給定的條件下進(jìn)行邏輯運(yùn)算。它的基本運(yùn)算符號或算子包括3個(gè)，交、并、差。AND(交)OR（并）NOT（差）及其組合邏輯運(yùn)算的結(jié)果為“真”或“假”。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

二、空間數(shù)據(jù)查詢的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

主要使用布爾代數(shù)方法，即按照兩個(gè)邏輯子集在給定的條件下進(jìn)行邏輯運(yùn)算。它的基本運(yùn)算符號或算子包括3個(gè)，交、并、差。AND(交)OR（并）NOT（差）及其組合邏輯運(yùn)算的結(jié)果為“真”或“假”。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

下圖中，設(shè)屬性分別為A和B的兩個(gè)多邊形相交，形成的空間單元分別為1、2、3，則它們經(jīng)布爾操作后的結(jié)果如表所示。運(yùn)算條件運(yùn)算結(jié)果123A.AND

.B010A.OR.B111NOT.A001邏輯運(yùn)算的真(1)或假(0)AB132多邊形相交及其形成的空間單元第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

三、空間查詢的方法如Select所需數(shù)據(jù)項(xiàng)

From屬性表

Where條件表達(dá)式1、基于SQL語言的空間查詢目前的GIS軟件常提供實(shí)現(xiàn)SQL查詢的對話框，使查詢更為簡單方便。

優(yōu)點(diǎn)：適合關(guān)系表的查詢與操作。缺點(diǎn)：無法表達(dá)空間關(guān)系及空間運(yùn)算操作。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢例：在ARCVIEW軟件下，提供查詢的對話框，可在對話框編寫查詢的條件進(jìn)行查詢。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

對SQL進(jìn)行擴(kuò)充或改造，實(shí)現(xiàn)空間關(guān)系及空間運(yùn)算操作的查詢。2、基于空間查詢語言(SpatialQueryLanguage)的查詢在SQL上發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)化查詢語言，提供6個(gè)顯示參數(shù)。如：空間查詢例：查高速公路，并用紅虛線表示。SetColorRedPattemDashedForSelectGeometryfromRoadwhereType=“Highway”)第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

將查詢語言的元素用直觀的圖形或者符號表示。3、可視化空間查詢方法可視化查詢的語言元素經(jīng)過轉(zhuǎn)換可視化查詢語句實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)點(diǎn)：查詢直觀形象。缺點(diǎn)：查詢語言的元素?cái)?shù)量較少，僅能進(jìn)行有限的查詢。第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

4、基于自然語言的查詢在查詢語言中引入自然語言的概念。優(yōu)點(diǎn)：查詢變得更加簡單和方便。缺點(diǎn)：在自然語言的量化時(shí)，與語言環(huán)境及專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)。因此，很難作為通用的數(shù)據(jù)庫查詢語言。如：查詢高氣溫的城市：

SelectNameFromCities

這里使用了一個(gè)自然語言的概念，即“溫度高”將“自然語言”轉(zhuǎn)換為“查詢語言”WhereTemperature〉=33.75WhereTemperatureishigh實(shí)現(xiàn)過程第五節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢

5、超文本查詢方法

超文本是由文本信息結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)間相關(guān)聯(lián)的鏈所組成的具有一定邏輯關(guān)系和語言查詢信息集成化的網(wǎng)絡(luò)。第六節(jié)空間數(shù)據(jù)庫索引

空間數(shù)據(jù)查詢即空間索引是對存儲(chǔ)在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)位置信息的描述，是用來提高系統(tǒng)對數(shù)據(jù)獲取的效率，也稱為空間訪問方法(SpatialAccessMethodSAM)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(guān)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(biāo)識外接矩形及指向空間對象實(shí)體的指針。作為一種輔助性的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(guān)的空間對象被排除從而提高空間操作的速度和效率。

索引類型

范圍索引單元格網(wǎng)索引四叉樹索引矩形范圍索引基本原理就是對空間要素的外包絡(luò)矩形進(jìn)行索引。在進(jìn)行空間范圍查詢時(shí)，分為兩級過濾（篩選）：初次過濾根據(jù)空間要素外包絡(luò)矩形來過濾掉大部分不在查詢范圍的空間要素；第二級過濾則用查詢空間范圍直接和初次過濾結(jié)果集中空間要素的二進(jìn)制邊界坐標(biāo)比較，從而得到查詢的準(zhǔn)確結(jié)果。

矩形范圍索引格網(wǎng)索引格網(wǎng)索引（GridIndex）就是將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等或不等的格網(wǎng)記錄每一個(gè)格網(wǎng)所包含的空間實(shí)體當(dāng)用戶進(jìn)行空間查詢時(shí)首先計(jì)算出用戶查詢對象所在格網(wǎng)然后再在該格網(wǎng)中快速查詢所選空間實(shí)體這樣一來就大大地加速了空間索引的查詢速度

格網(wǎng)索引四叉樹編碼索引四叉樹作為一種有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不僅可以用來對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，它還可用于建立空間數(shù)據(jù)的索引。四叉樹中的線性四叉樹和層次四叉樹都可以用于建立空間索引。在建立四叉樹索引時(shí)，根據(jù)所有空間對象覆蓋的范圍，進(jìn)行四叉樹分割，使每個(gè)子塊中包含單個(gè)實(shí)體，然后根據(jù)包含每個(gè)實(shí)體的子塊層數(shù)或子塊大小，建立相應(yīng)的索引。在四叉樹索引中，大區(qū)域空間實(shí)體更靠近樹的根部，小實(shí)體位于葉端，以不同的分辨率來描述不同實(shí)體的可檢索性。四叉樹編碼索引R樹R+樹BSP樹第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

信息社會(huì)的發(fā)展，導(dǎo)致社會(huì)各行各業(yè)對翔實(shí)、準(zhǔn)確的各種數(shù)據(jù)的需求量迅速增加以及數(shù)據(jù)庫的大量出現(xiàn)。對不同類型數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、說明等符合一定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以利于數(shù)據(jù)的交換、更新、檢索、數(shù)據(jù)庫集成以及數(shù)據(jù)的二次開發(fā)利用等，而這一切都離不開元數(shù)據(jù)(Metadata)。對空間數(shù)據(jù)的有效生產(chǎn)和利用，要求空間數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。例如，各應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫不但要提供空間和屬性數(shù)據(jù)，還應(yīng)該包括大量的引導(dǎo)信息以及由純數(shù)據(jù)得到的推理、分析和總結(jié)等，這些都是由空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)1元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)概述

空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性帶來了空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立的復(fù)雜性。并且由于種種原因，某些數(shù)據(jù)組織或數(shù)據(jù)用戶開發(fā)出來的空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)很難為各部門廣泛接受。但空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立是空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的前提和保證，只有建立起規(guī)范的空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)才能有效利用空間數(shù)據(jù)。因此，目前已形成了一些區(qū)域性或部門性的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

美國聯(lián)邦空間數(shù)據(jù)委員會(huì)(FGDC)的空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)影響較大，它確定了地學(xué)空間數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)于1992年7月開始起草，于1994年7月8日正式確認(rèn)。它將地學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)分為7個(gè)部分，它們是數(shù)據(jù)標(biāo)識信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)者描述信息、數(shù)據(jù)空間參考消息、地理實(shí)體及屬性信息、數(shù)據(jù)傳播及共享信息和元數(shù)據(jù)參考信息。第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)2空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的概念(1)元數(shù)據(jù)概念簡要地說元數(shù)據(jù)就是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是一種說明性數(shù)據(jù)，在地理空間信息中用于描述地理數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況、表示方式、空間參考、管理方式及其他特征，通過建立空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行有效管理，使數(shù)據(jù)獲取更加容易，這已成為信息資源實(shí)現(xiàn)有效管理和應(yīng)用的重要手段。空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)地理空間信息共享的核心標(biāo)準(zhǔn)之一。第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)(2)元數(shù)據(jù)的類型

通常，不同性質(zhì)、不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)所需要的元數(shù)據(jù)內(nèi)容會(huì)有差異，即使同一領(lǐng)域不同應(yīng)用目的的元數(shù)據(jù)內(nèi)容也會(huì)有很大的差異。進(jìn)行元數(shù)據(jù)分類研究的目的在于充分了解和更好地使用元數(shù)據(jù)。分類的原則不同，元數(shù)據(jù)的分類體系和內(nèi)容將會(huì)有很大的差異。1)根據(jù)元數(shù)據(jù)的體系分類①科研型元數(shù)據(jù)其主要目標(biāo)是幫助用戶獲取各種來源的數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息，它不僅包括諸如數(shù)據(jù)源名稱、作者、主體內(nèi)容等傳統(tǒng)的、圖書管理式的元數(shù)據(jù)，還包括數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系等。這類元數(shù)據(jù)的任務(wù)是幫助科研工作者高效獲取所需數(shù)據(jù)。第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)②評估型元數(shù)據(jù)

主要服務(wù)于數(shù)據(jù)利用的評價(jià)，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)最初收集情況、收集數(shù)據(jù)所用的儀器、數(shù)據(jù)獲取的方法和依據(jù)、數(shù)據(jù)處理過程和算法、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、采樣方法、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的可信度、數(shù)據(jù)潛在應(yīng)用領(lǐng)域等。

用于描述數(shù)據(jù)模型的元數(shù)據(jù)與描述數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)上大致相同，其內(nèi)容包括模型名稱、模型類型、建模過程、模型參數(shù)、邊界條件、作者、引用模型描述、建模型使用軟件、模型輸出等。③模型元數(shù)據(jù)第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)(1)數(shù)據(jù)層元數(shù)據(jù)指描述數(shù)據(jù)集中每個(gè)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括日期郵戳(指最近更新日期)、位置戳(指示實(shí)體的物理地址)、量綱、注釋(如關(guān)于某項(xiàng)的說明見附錄)、誤差標(biāo)識(可通過計(jì)算機(jī)消除)、縮略標(biāo)識、存在問題標(biāo)識(如數(shù)據(jù)缺失原因)、數(shù)據(jù)處理過程等。

包括為表達(dá)數(shù)據(jù)及其含義所建的數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)處理規(guī)則(協(xié)議)，如采樣說明、數(shù)據(jù)傳輸線路及代數(shù)編碼等。2)根據(jù)元數(shù)據(jù)描述對象分類(2)屬性元數(shù)據(jù)第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

目前，很多GIS開發(fā)商都提供空間元數(shù)據(jù)管理工具或提供一些一般性的空間元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，如ArcGIS8.X中ArcCatalog直接支待多種常用的元數(shù)據(jù)，并提供了輸入元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案的編輯器和瀏覽功能。但對空間元數(shù)據(jù)的表達(dá)大都采用文本性描述語言。它實(shí)際上相當(dāng)于建立了空間數(shù)據(jù)的索引信息。(3)實(shí)體元數(shù)據(jù)

描述整個(gè)數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)集區(qū)域采樣原則、數(shù)據(jù)庫的有效期、數(shù)據(jù)時(shí)間跨度等。3．空間元數(shù)據(jù)的表達(dá)(1)文本性描述第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

文本性描述語言宋描述空間元數(shù)據(jù)具有通谷易懂、便于編輯等優(yōu)點(diǎn)。但存在一些缺點(diǎn)：如元數(shù)據(jù)描述文本和被描述數(shù)據(jù)聯(lián)系不夠緊密、表達(dá)方式不夠簡潔、易產(chǎn)生語義上分歧、不利于空間元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理等。因此出現(xiàn)了基于XML的空間元數(shù)據(jù)表達(dá)方式及其元語言標(biāo)準(zhǔn)(RDF)。克服了文本性描述語言的缺點(diǎn)，使不同元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)描述的空間元數(shù)據(jù)交換和集成成為可能。(2)元語言標(biāo)準(zhǔn)第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

通過元數(shù)據(jù)，用戶可對空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行瀏覽、檢索和研究等。一個(gè)完整的地學(xué)數(shù)據(jù)庫除提供空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)外，還應(yīng)提供豐富的引導(dǎo)信息以及由純數(shù)據(jù)得到的分析、綜述和索引等。通過這些信息用戶可以明白“這些數(shù)據(jù)是什么數(shù)據(jù)?”，“這個(gè)數(shù)據(jù)庫對我有用嗎?”，“這是我需要的數(shù)據(jù)嗎?”等一系列問題。4空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的應(yīng)用(1)幫助用戶獲取數(shù)據(jù)第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)精度問題，空間數(shù)據(jù)精度主要受源數(shù)據(jù)的精度和數(shù)據(jù)加工處理工程中精度質(zhì)量的控制。空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制內(nèi)容包括：(2)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中的應(yīng)用②保證數(shù)據(jù)邏輯科學(xué)地集成，如植被數(shù)據(jù)庫中不同亞類的區(qū)域組合成大類區(qū)，這要求數(shù)據(jù)按一定邏輯關(guān)系有效地組合；①準(zhǔn)確定義的數(shù)據(jù)字典，以說明數(shù)據(jù)的組成、各部分的名稱、表征的內(nèi)容等；第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)③有足夠的說明數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)的加工處理工程、數(shù)據(jù)釋譯的信息。這些要求可通過元數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，這類元數(shù)據(jù)的獲取往往由專業(yè)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工作者來完成。數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系在數(shù)據(jù)中的表達(dá)要由專業(yè)工作者來設(shè)計(jì)，空間數(shù)據(jù)庫的編碼要求一定的專業(yè)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制和提高要有數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)查錯(cuò)、數(shù)據(jù)處理專業(yè)背景知識的工作人員，而數(shù)據(jù)再生產(chǎn)要由計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較好的人員來實(shí)現(xiàn)。所有這方面的元數(shù)據(jù)，按一定的組織結(jié)構(gòu)集成到數(shù)據(jù)庫中構(gòu)成數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)上述功能。第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)集層次的元數(shù)據(jù)記錄了數(shù)據(jù)格式、空間坐標(biāo)體系、數(shù)據(jù)的表達(dá)形式、數(shù)據(jù)類型等信息。系統(tǒng)層次和應(yīng)用層次的元數(shù)據(jù)則記錄了數(shù)據(jù)使用軟硬件環(huán)境、數(shù)據(jù)使用規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等信息。這些信息在數(shù)據(jù)集成的一系列處理中，如數(shù)據(jù)空間匹配、屬性一致化處理、數(shù)據(jù)在各平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)換使用等是必需的。這些信息能夠使系統(tǒng)有效地控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流。(3)在數(shù)據(jù)集成中的應(yīng)用第七節(jié)空間元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)庫的管理，可以避免數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)，通過元數(shù)據(jù)建立的邏輯數(shù)據(jù)索引可以高效查詢檢索分布式數(shù)據(jù)庫中任何物理存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。減少數(shù)據(jù)用戶查詢數(shù)據(jù)庫及獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間，從而降低數(shù)據(jù)庫的費(fèi)用。數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和管理費(fèi)用是數(shù)據(jù)庫整體性能的反映，通過元數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)資源的利用方面開支的合理分配，數(shù)據(jù)庫許多功能(如數(shù)據(jù)庫檢索、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析等)的實(shí)現(xiàn)是靠系統(tǒng)資源的開發(fā)來實(shí)現(xiàn)的，因而這類元數(shù)據(jù)的開發(fā)和利用將大大增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的功能并降低數(shù)據(jù)庫的建設(shè)費(fèi)用。(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和功能實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用第八節(jié)空間數(shù)據(jù)庫引擎采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫與文件混合管理模式的傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)，在應(yīng)用上取得了一定的成功，但不得不部分地采取文件方式管理，總體上無法達(dá)到數(shù)據(jù)庫技術(shù)冗余度、獨(dú)立性等要求，用現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)統(tǒng)一存放和管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)是GIS發(fā)展的必然趨勢。1996年，ESRI公司與Oracle等數(shù)據(jù)庫開發(fā)商合作，開發(fā)出一種能將空間圖形數(shù)據(jù)也存放到大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫中管理的產(chǎn)品，將其定名為“spatialdatabaseengine”，簡稱SDE，即為“空間數(shù)據(jù)庫引擎”。第八節(jié)空間數(shù)據(jù)庫引擎就其實(shí)質(zhì)而言，空間數(shù)據(jù)引擎主要是為解決存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)接口問題。目前空間數(shù)據(jù)庫引擎主要有兩種主要方式，一種以ESRI與數(shù)據(jù)庫開發(fā)商聯(lián)合開發(fā)的空間引擎SDE為代表，可稱之為“中間件”方式的空間數(shù)據(jù)庫引擎。另一種空間數(shù)據(jù)引擎由數(shù)據(jù)庫廠商開發(fā)。這些廠商憑借其在數(shù)據(jù)庫核心技術(shù)上的優(yōu)勢，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身作出擴(kuò)展，使之支持空間數(shù)據(jù)管理。SDE的體系結(jié)構(gòu)通常一個(gè)數(shù)據(jù)對象被分別存儲(chǔ)在三個(gè)關(guān)系表中，要素表存儲(chǔ)空間對象的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；索引表存儲(chǔ)空間對象的索引，屬性表存儲(chǔ)空間對象的屬性數(shù)據(jù)。同一個(gè)空間對象在三個(gè)表中的記錄用一個(gè)共同的要素ID聯(lián)系起來。第九節(jié)GIS空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫

一、空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫概述

TGIS目前基本上還處在實(shí)驗(yàn)階段，國內(nèi)外均未見成型的TGIS應(yīng)用系統(tǒng)，其理論主要集中在時(shí)空數(shù)據(jù)模型方面

在國外，Langran和Chrisman最早在1998年就給出了TGIS概念設(shè)計(jì)的框架，隨后又提出了四種基本的時(shí)空數(shù)據(jù)模型：時(shí)空立方體模型，快照模型、基態(tài)修正模型和時(shí)空復(fù)合模型

在國內(nèi)，舒紅、陳軍等給出了時(shí)態(tài)對象結(jié)構(gòu)的形式化定義、時(shí)態(tài)拓?fù)潢P(guān)系點(diǎn)集拓?fù)淅碚撁枋黾斑壿嬛^詞描述并設(shè)計(jì)了面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型，探討了連續(xù)時(shí)間變化的空間實(shí)體建模理論第九節(jié)GIS