第七章 空間數據庫系統的設計與實現

第七章

空間數據庫系統的設計與實現《地理信息系統設計》教程空間數據庫系統是GIS軟件設計的核心內容，進行空間數據庫系統設計的主要任務是確定空間數據庫的數據模型以及數據結構，并提出空間數據庫相關功能的實現方案；空間數據庫系統實現的主要任務是將設計的空間數據庫系統的結構體系進行編碼實現，并將收集來的空間數據入庫，建立空間數據庫管理信息系統。教學提綱一、空間數據

二、空間數據的邏輯預處理

退出一、空間數據（一）空間數據的特征（二）空間數據的規(guī)范與標準返回空間數據有三大基本特征空間特征：包括比例尺、坐標系和投影類型等時間特征屬性特征其中，時間特征和屬性特征是一般信息系統中的數據都具有的，而空間特征是空間數據獨有的，是空間數據庫的宏觀定義，建立空間數據庫時必須著重考慮。比例尺含義：指空間數據庫入庫前原始圖件的比例尺。數字化后的地圖可在一定范圍內按任意比例尺顯示。如何確定？空間數據庫的比例尺通常取決于用戶對空間數據的精度要求及所研究區(qū)域的大小。精度要求越高，地圖比例尺就越大，內容愈詳細，數字化工作量和存儲量也就越大。返回坐標系空間數據庫中常用的坐標系有地理坐標系和平面直角坐標系。地理坐標系描述：采用經緯度（φ,λ）來確定地球表面上任意一點的位置。從通過格林威治天文臺的子午面向東為東經（0°~180°），向西為西經（0°~180°）；從赤道面算起，向北為北緯（0°~90°），向南為南緯（0°~90°）。應用領域：一般應用于空間位置要求很明確的GIS中。因為經緯度不僅能標示空間對象在地球表面上的位置，還能顯示其地理方位以及所處的時區(qū)、兩地間的時差等。返回平面直角坐標系描述：首先定義一個原點（0,0）及x，y軸方向，然后通過（x,y）值確定某個地理實體的位置。應用領域：適用于大比例尺小區(qū)域的GIS應用。因為在該坐標系中，統計面積、距離量算等較為方便，在測繪中應用較廣，如房產測繪等。返回投影含義：不同的坐標系可以通過地圖投影來建立聯系，即地球表面任一由地理坐標（φ,λ）確定的點，在平面上必然有一個由平面直角坐標（x,y）確定的點與它相對應。如何選擇地圖投影類型？首先是經緯線形狀和變形性質能否滿足GIS對數據的要求；其次是投影的變形要小且分布均勻，使等變形線大致與區(qū)域輪廓一致；再次就是經緯網形狀不復雜，便于識別和投影計算、轉換等。不同投影類型的比較

投影類型特點適用領域等角投影方位準確，小區(qū)域的圖形能與實地相似航空、航海、氣象、洋流和軍事等方面等積投影面積正確，方便分析信息間的對比關系行政區(qū)劃、自然或經濟區(qū)劃、人口密度、土地利用、農業(yè)、經濟和某種自然現象分布等方面等距方位投影距離準確，方便對一定半徑范圍進行控制城市防空、地震臺、雷達站等方面返回空間數據的規(guī)范與標準空間數據的規(guī)范與標準包括以下內容：空間數據的分類空間數據的編碼標準空間元數據標準返回分類目的：為了便于計算機存儲、編碼和檢索空間數據。分類體系劃分是否合理和規(guī)范，直接影響到GIS數據的組織以及GIS之間數據的連接、傳輸和共享，最終影響GIS產品的質量。方法：一般采用宏觀的全國分類系統與詳細的專業(yè)分類系統相遞歸的分類方案，即低一級的分類系統必須能歸并和綜合到高一級的分類系統之中。返回編碼描述：它是將分類的結果用一種易于被計算機和人識別的符號體系表示出來的過程，是人們統一認識、統一觀點和相互交換信息的一種技術手段。編碼的直接產物是代碼，即表示特定信息的一個或一組有序排列的符號。原則：編碼按國家的規(guī)范和標準執(zhí)行；杜絕多義性；碼位不宜過長。*******

路名序號（數字）干路序號（數字）走向序號（數字）分類碼（數字）方位區(qū)碼（字符）

道路編碼方案示例圖中所示為某市根據國家標準，參考北京市（市區(qū)）、常州市城市道路編碼的方案確定的市區(qū)道路編碼方案。道路編碼由五種道路屬性組成，例如道路編碼“E123005”，其中，“E”代表方位區(qū)碼，“1”代表分類碼，“2”代表走向序號，“3”代表干路序號，“005”代表路名序號。

返回空間元數據定義：指描述空間數據的數據，它描述空間數據集的內容、質量、表示方式、空間參考、管理方式以及數據集的其它特征。是空間數據交換的基礎，也是空間數據標準化與規(guī)范化的保證，在一定程度上為空間數據的質量提供了保障。分類：管理元數據：是對GIS源數據及其內容、主題、數據轉換和各種操作信息的描述用戶元數據：幫助用戶查詢、理解信息，并了解這些數據的組織方式等?？臻g元數據理論體系的發(fā)展

目前，從整個國際社會來說，還沒有成形的元數據理論體系。我國在廣泛吸收國際先進標準草案的基礎上提出了我們自己的元數據標準建議草案。該草案由兩層組成：第一層目錄層：提供的是元數據復合元素和數據元素第二層是元數據標準的主體，由八個標準部分和四個引用部分組成，包括了全面描述空間信息的必選項、條件必選項以及可選項的內容。標準部分標識信息標識空間數據的名稱、由誰開發(fā)的、是關于哪個區(qū)域的、包括的專題、現勢性如何、對數據的使用和獲取有何限制等數據質量信息屬性精度、邏輯一致性、完備性報告、空間位置精度和垂直精度報告等空間數據表示信息空間表示類型、矢量空間表示信息、柵格空間表示類型和影像空間表示類型等數據集繼承關系數據源信息、數據源范圍和處理步驟等空間參照信息空間參照系類型、地理標識碼參照系統、水平坐標系統定義和垂直坐標系統定義等實體和屬性信息實體類型定義、類型名稱、類型標識碼、屬性定義、屬性名稱和屬性標識碼等數據集發(fā)行信息發(fā)行部門、發(fā)行日期、訂購程序等元數據參考信息元數據日期信息、聯系地址、限制條件和安全信息等引用部分引用信息標題、作者、參考時間、出版信息和版本等時間范圍信息起始和結束日期等聯系信息聯系人、聯系地址和聯系單位等地址信息國家、省、市、縣、郵編、聯系電話、電子郵件地址和網址等我國元數據標準建議草案主體組成返回二、空間數據的邏輯預處理

（一）分幅（二）分層（三）分專題要素返回分層(縱方向)

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分幅（水平方向）

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tile1tile2植被層(Layer1)

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tile1tile2水系層(Layer2)

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tile1tile2居民地層(Layer3)

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空間數據分幅和分層示意圖

分幅當GIS空間數據庫的比例尺較大時，圖幅的范圍也就較大，為了便于數據的存儲、檢索、顯示與分析，有必要對整個地圖進行分幅。若不進行分幅處理，一個地圖幅面將大得驚人，計算機存儲和檢索的速度將受到很大影響。

分幅的方式可以是按矩形，也可以是按行政區(qū)劃。還可按城市管理分幅（如電信分幅、污水系統分幅、消防分幅等）、交通管理分幅、郵政分幅、環(huán)保分幅等。

矩形分幅示意圖

圖中所示為在規(guī)劃國土樣區(qū)系統中（修文群等，1999年），采用的按矩形分幅方法分別按格網大小分幅：一是按原有1:1000的圖幅分幅，另一種按1平方公里分幅。

118500,21000121500,21000MAP1MAP2MAP3720721722723724725MAP4MAP5MAP6648649650651652653MAP7MAP8MAP95765775785795805811180500,18000MAP10336337121500,175001平方公里分幅圖1：1000圖幅分幅圖分幅處理應注意問題

分幅可能會帶來數據無縫處理的問題，即相鄰兩幅圖之間數據的完整性與一致性問題。在數據分幅處理過程中，應注意以下問題：確定典型用戶常用的查詢范圍；選擇適當的數據量，每幅中的數據量應適度；需要經過典型試驗以確定最佳方案。返回分層描述：分層是在分幅的基礎之上進行的，它按地圖內容進行劃分，不同的內容屬于不同的層。

目的：更有效地組織和管理空間數據依據：國家相關信息分類標準原則：宜細不宜粗，盡量減少層與層之間的關聯分層處理應注意問題

按要素類型分層，性質相同或相近的要素應放在同一層。數據與數據之間的關系。如數據的公共邊，數據之間的隸屬關系等?；A信息數據的分層較細，各種專題信息數據一般放在單獨的一層或較少的幾層中?？紤]用戶視圖的多樣性。分層處理應注意問題（續(xù)）分層時應考慮數據與功能的關系，如數據使用頻率，起主導作用的功能等。分層時應考慮更新的問題，應考慮將變更頻繁的數據分離出來。分層時應顧及數據量的大小，各層數據的數據量最好比較均衡。盡量減少冗余數據。分層示例表中所示為江陰市土地利用規(guī)劃管理信息系統空間數據分類表，它是江蘇省江陰市土地利用規(guī)劃管理信息系統中對空間數據（土地利用規(guī)劃圖）分類的初步結果。裝飾圖層背景圖層規(guī)劃圖層規(guī)劃_餅圖圖框