空間數(shù)據(jù)的查詢與空間

空間數(shù)據(jù)的查詢與空間第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容空間數(shù)據(jù)查詢概述屬性查詢圖形查詢空間關(guān)系查詢距離量算與方位量算線狀物體的量算面狀物體的量算第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一空間數(shù)據(jù)查詢概述空間數(shù)據(jù)查詢屬于空間數(shù)據(jù)庫的范疇，一般定義為從空間數(shù)據(jù)庫中找出所有滿足屬性約束條件和空間約束條件的地理對象查詢的過程分為三類直接復(fù)原數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及所含信息通過邏輯運(yùn)算完成一定約束條件下的查詢根據(jù)數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行有機(jī)的組合構(gòu)造出復(fù)合模型，模擬現(xiàn)實(shí)世界的系統(tǒng)和現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)、功能，預(yù)測事務(wù)的發(fā)生、發(fā)展的動態(tài)趨勢第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一空間數(shù)據(jù)查詢概述第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一空間數(shù)據(jù)查詢概述空間數(shù)據(jù)查詢的方式屬性查圖形用SQL語句來進(jìn)行簡單和復(fù)雜的條件查詢?nèi)缭谥袊?jīng)濟(jì)區(qū)劃圖上查找人均年收入大于5000元人民幣的城市，將符合條件的城市的屬性與圖形關(guān)聯(lián)，然后在經(jīng)濟(jì)區(qū)劃圖上高亮度顯示給用戶圖形查屬性通過點(diǎn)、矩形、圓和多邊形等圖形來查詢所選空間對象的屬性查找空間對象的幾何參數(shù)，如兩點(diǎn)間的距離，線狀地物的長度，面狀地物的面積等第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一空間數(shù)據(jù)查詢概述空間數(shù)據(jù)查詢的內(nèi)容空間對象的屬性，空間位置，空間分布，幾何特征，以及和其他空間對象的空間關(guān)系第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一屬性查詢簡單的屬性查詢最簡單的屬性查詢是查找。查找不需要構(gòu)造復(fù)雜的SQL命令，只要選擇一個屬性值，就可以找到對應(yīng)的空間圖形。第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一屬性查詢基于SQL語言的屬性查詢SQL的基本語法：Select<屬性清單>From<關(guān)系>Where<條件>查詢所需要的關(guān)聯(lián)表地塊標(biāo)識銷售日期面積代碼分區(qū)P10198－02－133.11住宅區(qū)P10289－03－242.52商用區(qū)P10393－12－034.63農(nóng)用區(qū)P10495－06－055.22商用區(qū)P10578－08－302.73農(nóng)用區(qū)第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一屬性查詢SelectsaledateFromparcelWherePIN=“P101”第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一屬性查詢擴(kuò)展的SQL查詢在SQL上擴(kuò)充謂詞集，將屬性條件和空間關(guān)系的圖形條件組合在一起形成擴(kuò)展的SQL查詢語言常用的空間關(guān)系謂詞有相鄰“Adjacent”，包含“Contain”,穿過“Cross”和在內(nèi)部“inside”，緩沖區(qū)“buffer”等第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一（a）輸入查詢條件（b）查詢結(jié)果顯示第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一圖形查詢用戶利用光標(biāo)，用點(diǎn)、線、矩形、圓或其他不規(guī)則工具選中感興趣的地物，得到查詢對象的屬性、空間位置、空間分布以及與其他空間對象的空間關(guān)系第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)查詢用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖中的任意一點(diǎn)，得到該點(diǎn)所代表空間對象的相關(guān)屬性第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一矩形或圓查詢按矩形框查詢，給定一個矩形窗口，得到該窗口內(nèi)所有對象的屬性列表（a）矩形框選擇要查詢的區(qū)域（b）查詢結(jié)果第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一矩形或圓查詢圓查詢給定一個圓，檢索出該圓內(nèi)的空間對象，可以得到空間對象的屬性，其實(shí)現(xiàn)方法與矩形類似多邊形查詢給定一個多邊形，檢索出該多邊形內(nèi)的某一類或某一層空間對象第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一空間關(guān)系查詢空間關(guān)系查詢拓?fù)潢P(guān)系查詢緩沖區(qū)查詢第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一拓?fù)潢P(guān)系查詢對于凡具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征的地理要素，存在結(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)鄰接關(guān)系查詢鄰接查詢可以是點(diǎn)與點(diǎn)的鄰接查詢，線與線的鄰接查詢，或者是面與面的鄰接查詢鄰接關(guān)系查詢還可以涉及到與某個結(jié)點(diǎn)鄰接的線狀地物和面狀地物信息的查詢?nèi)绮檎遗c公園鄰接的閑置空地，或者與洪水泛濫區(qū)域相鄰的居民區(qū)第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一面的鄰接拓?fù)洳樵兊?8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一包含關(guān)系查詢包含關(guān)系查詢可以查詢某一面狀地物所包含的某一類地物，或者查詢包含某一地物的面狀地物通過查詢某點(diǎn)狀地物的拓?fù)潢P(guān)系，得到了包含該點(diǎn)的面狀地物的相關(guān)信息包含查詢—面包含點(diǎn)第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一關(guān)聯(lián)關(guān)系查詢關(guān)聯(lián)關(guān)系查詢是空間不同元素之間拓?fù)潢P(guān)系的查詢，可以查詢與某點(diǎn)狀地物相關(guān)聯(lián)的線狀地物的相關(guān)信息，也可以查詢與線狀地物相關(guān)聯(lián)的面狀地物的相關(guān)信息第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一緩沖區(qū)查詢緩沖區(qū)是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中點(diǎn)、線、面地理實(shí)體，自動建立其周圍一定寬度范圍的多邊形，來表征特定地理實(shí)體對鄰域的影響范圍根據(jù)用戶給定點(diǎn)緩沖、線緩沖或面緩沖的距離，形成一個緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索的原理，從該緩沖區(qū)內(nèi)檢索出所要的空間對象第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一緩沖區(qū)查詢某一單位準(zhǔn)備建立一個養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室的選址要求為：①土地利用類型為灌木林地（屬性代碼為Lucode=300）；②適宜開發(fā)的土壤類型為濕地（suit>=2）；③距離排水管道在300米之內(nèi)所需數(shù)據(jù)有土地利用類型圖、土壤類型圖和排水管網(wǎng)首先按給定距離建立距離為300米的緩沖區(qū)將土地利用類型圖和土壤類型圖進(jìn)行合并，利用合并后的圖層與排水管道緩沖區(qū)進(jìn)行疊置SQL查詢滿足Lucode=300且suit>=2的區(qū)域，所選擇的區(qū)域即為適合建立實(shí)驗(yàn)室的候選區(qū)域第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一土地利用圖土壤類型圖排水網(wǎng)絡(luò)及其300米緩沖區(qū)范圍查詢結(jié)果（深色圖斑）第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一距離量算與方位量算距離量算距離描述了兩個實(shí)體或事物之間的遠(yuǎn)近或親疏程度距離的量算與度量空間的介質(zhì)有關(guān)，要區(qū)分勻質(zhì)空間和非勻質(zhì)空間

第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一勻質(zhì)空間距離的量算在勻質(zhì)空間，廣義距離的一般形式為：i，j代表物體i和物體j在空間數(shù)據(jù)查詢和定位分析中，研究的對象通常發(fā)生在二維或三維的地理空間上，因此一般取n≤3第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一勻質(zhì)空間距離的量算當(dāng)時，有：稱為曼哈頓距離當(dāng)時，即為最常用的歐氏距離，用于計算兩點(diǎn)間的直線距離第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一勻質(zhì)空間距離的量算當(dāng)q趨向于無窮時稱為契比雪夫距離第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一勻質(zhì)空間與非勻質(zhì)空間的距離量算第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一非勻質(zhì)空間距離的量算當(dāng)度量空間為非勻質(zhì)時，用勻質(zhì)空間的簡單距離的表達(dá)式就不能計算了，此時的距離稱為函數(shù)距離以旅行時間為例，如果從某一點(diǎn)出發(fā)，到另一點(diǎn)的所耗費(fèi)的時間只與兩點(diǎn)之間的歐氏距離成正比，則從一固定點(diǎn)出發(fā)，旅行特定時間后所能達(dá)到的點(diǎn)必然組成一個等時圓?，F(xiàn)實(shí)生活中，旅行所耗費(fèi)的時間不只與歐氏距離成正比，還與路況、運(yùn)輸工具性能等有關(guān)，從固定點(diǎn)出發(fā)，旅行特定時間后所能到達(dá)的點(diǎn)則在各個方向上是不同距離的、形成各向異性距離表面第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一各向同性表面（簡單距離）摩擦距離第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一方位量算方位是描述兩個物體之間位置關(guān)系的另一種度量空間方位的描述定量描述定量描述精確地給出空間目標(biāo)之間的方向，用于方位角、象限角等比率量標(biāo)定性描述定性描述用有序尺度數(shù)據(jù)（Ordinal）概略描述空間方向關(guān)系，常用的方法有四方向描述法、八方向描述法和十六方向描述法第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一方位角象限角十六方向描述法第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一方位量算通常將x軸設(shè)為縱軸（正北方向），將y軸設(shè)為橫軸，B相對于A的方位角計算公式為：第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一線狀物體的量算長度在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下，線表示為坐標(biāo)對或序列，在不考慮比例尺的情況下，線狀物體長度的計算公式為第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一線狀物體的量算分?jǐn)?shù)維數(shù)幾何分形最基本的研究對象是幾何物體的形態(tài)，根據(jù)歐氏幾何理論，幾何物體可以區(qū)分為零維、一維、二維、三維等，數(shù)學(xué)上的點(diǎn)、線、面、體，就是典型的維數(shù)為0，1，2，3的幾何物體，物體的維數(shù)是以整數(shù)表示的整數(shù)表示的維數(shù)往往不能充分反映幾何物體的某些持性第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一不同步長測量同一曲線第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一線狀物體的量算當(dāng)用步長為d的折線去近似代替該曲線時，可知該曲線長度此時為6d；而當(dāng)將折線段的步長減小一半，即取步長為d/2時，該曲線長度變成7d。如果再將步長減小為d/4時，此時曲線長度變成8.125d隨著步長的變化，曲線長度也發(fā)生變化，但變化率并不相等，這一特性是受曲線的一個參數(shù)所控制的，這個參數(shù)就是用分?jǐn)?shù)表示的曲線的維數(shù)——分?jǐn)?shù)維，又稱H—B維（Hausdorff-Besicovitch），分?jǐn)?shù)維的大小描述了物體的復(fù)雜程度第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一線狀物體的量算曲線的分?jǐn)?shù)維公式L1、L2分別為用步長為d1和d2的尺度去量測曲線時所得的曲線長度第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一線狀物體的量算曲率與彎曲度曲率反映曲線的局部特征在數(shù)學(xué)分析中，線狀物體的曲率定義為曲線切線方向角相對于弧長的變化率設(shè)曲線的形式為，則曲線上的任意一點(diǎn)的曲率第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一線狀物體的量算對于以參數(shù)形式，表示的曲線，任一點(diǎn)曲率的計算公式為：彎曲度彎曲度是描述曲線彎曲程度的參數(shù)，定義為曲線長度與曲線兩端點(diǎn)定義的線段長度之比第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一面狀物體的量算面積面積是面狀地物最基本的參數(shù)梯形法基本思想是：在平面直角坐標(biāo)系中，按多邊形定點(diǎn)順序依次求出多邊形所有邊與x軸（或y軸）組成的梯形的面積，然后求其代數(shù)和對于沒有空洞的簡單多邊形，假設(shè)有N個頂點(diǎn)，其中S為多邊形面積，為多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)。其面積計算公式為對于有孔或內(nèi)島的多邊形，分別計算外多邊形與內(nèi)島面積，其差值為原多邊形面積第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一面狀物體的量算矢量數(shù)據(jù)面積量算示意圖第42頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一面狀物體的量算計算周長是使用距離公式計算每條線段長度，再進(jìn)行累加對于用柵格方式表示的面狀地物，必須對格網(wǎng)單元集合外部的周長單獨(dú)地識別，周長