空間數據庫

SpatialDatabase資環學院張明明TelQ:58162544E_mail:mm81_0@126.com教材與參考書籍教材：郭際元、周順平、劉修國編著，《空間數據庫》，中國地質大學(武漢)信息工程學院參考書籍：1.《地理空間數據庫原理》，科學出版社2.《空間數據庫》，機械工業出版社

【作者】（美）ShashiShekhar,SanjayChawla課程考核課時安排：共12學時。其中上課8學時，上機4學時。課程考核：上課，主要考核出勤及聽課情況；上機，主要考核平時上機情況及提交報告的情況；考試，主要考核所學內容的掌握情況。課程安排空間數據庫緒論及基本知識2課時幾種新型數據庫1課時矢量、柵格地圖數據庫1課時面向對象空間數據庫1課時三維空間數據模型1課時海量空間數據組織與管理1課時時態GIS數據庫1課時傳統數據庫管理空間數據的局限地理空間數據存儲操作的對象可能是一維、二維、三維甚至更高維。一方面我們可以把地理空間數據庫看成是傳統數據庫的擴充，另一方面，地理空間數據庫突破了傳統的數據庫理論，如將規范關系推向非規范關系。而傳統數據庫系統只針對簡單對象，無法有效的支持復雜對象（如圖形、圖像）。傳統數據庫管理空間數據的局限傳統數據庫系統管理地理空間數據的局限性：1、傳統數據庫管理的是不連續的、相關性較小的數字和字符；而地理數據是連續的，具有很強的空間相關性。2、傳統數據庫管理的實體類型少，并且實體類型之間通常只有簡單固定的空間關系；而地理空間數據庫的實體類型繁多，實體類型之間存在著復雜的空間關系，并且能產生新的關系。傳統數據庫管理空間數據的局限3、傳統數據庫存貯的數據通常為等長記錄的原子數據；而地理空間數據通常是結構化的，其數據項可能很大，很復雜，并且變長記錄。4、傳統數據庫只操縱和查詢文字和數字信息；而地理空間數據庫中需要有大量的空間操作和查詢，如特征提取、影像分割、影像代數運算、拓撲和相似性查詢等。面向空間認知的地理分析過程概念模型——邏輯模型——物理模型——認知過程分析、識別因子、相互作用分析數學模型選擇、幾何模型設計、參量量化、數據綜合處理數據加工處理實現、結果分析、認知實驗基于地圖的空間認知分析示例之一

德國地球物理學家、地質學家魏格納，在病床上發現大西洋兩岸的陸地形狀驚人的相似，尤其是非洲與南美洲，幾乎可以吻合。。。世紀大發現“大陸漂移學說”（1910年）30年后，“板塊構造學說”這只“火鳳凰”與重慶生態、經濟、人文、功能神秘對應吻合;主城九區商圈為心臟;長江為主動脈；涪江、嘉陵江、烏江、綦江、芙蓉江、大寧河等水系為靜脈系統；主城九區為都市發達經濟圈(太陽):頭頸胸腹翅腿相對應區域為經濟較發達地區;尾、羽、腳爪相對應區域為三峽庫區生態經濟區;涪陵、萬州兩大工業城市分布在兩個主要節點上;江北機場和即將建設的墊江國際機場均在鳥的翅膀上；人杰地靈的潼南縣(偉人楊尚昆、楊闇公故里)為鳥的頭部示例之二重慶的版圖為一只火鳳凰南京明長城分布結構非正方形、非矩形，將破殘的城墻連接起來，得到一個人的臉譜——明太祖朱元璋示例之三…有趣的是，如果從瀘州、合江縣兩點通過敘水、古藺縣和赤水、仁懷，把川酒分布與貴州西北部赤水河流域的黔酒分布連接起來，你會驚異地發現，在祖國大西南的地圖上，佇立著一只標準的高腳大酒杯！它以赤水河流域的醬香型國酒茅臺、郎酒等玉液瓊漿為堅實的底座，高高托起濃香型國酒瀘州老窖特曲、宜賓五糧液、成都全興大曲、綿竹劍南春以及各種黃酒、果酒、啤酒、滋補酒等系列名酒，令人驚嘆大自然的鬼斧神工！…示例之四模式、結構是空間目標群分布形成的一種態勢、一種相互依存的空間構架，可以為視覺識別所接受，在視覺判斷中自覺將其歸為一整體構造。——

概念模型通常采用聚類分析示例五：多邊形目標群分布模式識別⑴從整體上看，分形幾何圖形是處處不規則的。⑵在不同尺度上，圖形的規則性又是相同的。，它們從整體到局部，都是自相似的。示例六：分形幾何GIS的構成地理信息系統的數據流程1.1空間數據庫的定義空間數據庫：指以特定的信息結構(如國土、規劃、環境、交通等)和數據模型(如關系模型、面向對象模型等)表達、存儲和管理從地理空間中獲取的某類空間信息，以滿足不同用戶對空間信息需求的數據庫。§1空間數據庫概述相關概念

地理空間：指在現實世界中，地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的部分，地球上最復雜的物理過程、化學過程、生物過程和生物地球化學過程就發生在該范圍中；同時地理空間還可以認為是物質、能量、信息存在形式在形態、結構、過程、功能關系上的分布方式和格局及其在時間上的延續(陳述彭等，2000)。空間信息：指在信息世界中有關地理空間信息，這是對現實世界的第一次抽象，即從現實世界到信息世界。信息結構和數據模型：指在計算機世界中，通過抽象、建模形成不同數據種類的表示形式，通過空間數據庫所建立的數據模型(如關系數據模型)來進行存儲、獲取、表達和管理。這是對現實世界的第二次抽象，即從信息世界到計算機世界。1.2空間數據庫的特征空間數據庫的特征空間特征抽象特征空間關系特征多尺度與多態性非結構化特征分類編碼特征海量數據特征GIS中空間數據的存儲方式有兩類：空間數據的文件方式管理加屬性數據的關系數據庫管理；空間數據和屬性數據的全關系數據庫管理。1.3空間數據庫的作用

從不同角度考察空間數據庫的作用：①從信息抽象體系來看，空間數據庫是從現實世界的真實地球到計算機世界中的映射。②從空間信息技術體系的構成看，空間信息技術體系可以分為三個部分：空間信息獲取技術，空間信息處理技術和空間信息應用技術。空間信息的獲取技術是指利用測量、攝影、遙感和GPS等技術從現實的地理空間中獲取信息的技術；空間信息處理技術是指基于特定格式的空間信息集上的某種算法；空間信息應用技術是指從現有的空間數據集中，通過空間分析和模型計算，分析出某一空間對象的現狀結構和變化趨勢的技術。③從社會需求體系的構成看，社會的信息需求中有很多是與空間有關的。目前主要是政務需求，現在正在建設的電子政務體系共12個業務子系統：辦公業務資源系統、宏觀經濟管理、金關、金稅、金財、金卡、金審、金盾、社會保障、金農、金水和金質一個共同的特點：就是各子系統都基于相同的基礎空間數據。④從國際空間戰略來看，地理空間已作為各個國家共享的資源，所以對地理空間的數字化管理具有高度戰略意義。在軍事防御、環境監測、資源管理等方面都具有非常重要的意義。“數字地球”作為一個戰略目標，當然現在還未能實現。但是從它的技術框架來看，空間數據庫是其中一個很重要的組成部分。現階段GIS空間數據庫存在的問題1）數據共享問題數據文件格式統一性。地理信息的標準化。數據共享的政策。2）數據“瓶頸”問題3）數據更新問題4）數據安全問題§2空間數據庫的形成與發展

2.1數據庫發展綜述

1969年美國IBM公司開發了第一個數據庫系統IMS。

同年，美國的數據系統語言委員會(CODASYL)下屬的數據庫任務組提出了著名的DBTG報告，并在1970年提出了該報告的修訂版。在20世紀70年代開發了許多遵循DBTG報告的網狀數據庫系統，如IDMS、IDS、DMSIIOO等。20世紀70年代初，CoddE.F.提出了關系數據模型的概念和關系代數及關系演算。SYSTEM、INGRES、ORACLE。1986年美國國家標準協會(AGISI)通過了關系數據庫查詢語言SQL的文本標準。從20世紀80年代后期到目前為止，出現了面向對象數據庫系統，如GemStone、ORION、Iris等。2.2空間數據庫的發展歷程

1）空間數據庫的計算平臺的發展三個階段：集中式系統階段、經典的客戶/服務器系統階段和分布式計算系統階段，如下圖所示。

2）空間數據模型的發展柵格模型矢量模型對象模型約束數據模型3）管理模式的發展文件與關系數據庫混合管理系統全關系型空間數據庫管理系統對象—關系數據庫管理系統面向對象空間數據庫管理系統面向對象的矢柵一體化空間數據庫管理系統4）空間基礎數據庫發展現狀國家基礎地理信息系統1：50000數據庫建設工程通過驗收城市基礎地理數據庫西部地區資源環境基礎空間數據庫

土壤數據庫：在國家1：400萬—1：100萬基礎地理數據庫平臺上，對中國1：100萬土壤資源數據進行集成，實現空間數據與屬性數據的有機整合中國山地災害數據庫：規劃有5個方面的數據內容，分別是山地災害野外臺站觀測數據庫、泥石流滑坡分布數據庫、泥石流滑坡減災工程數據庫、山地災害專題圖數據庫、山地災害研究成果數據庫。空間數據庫分類空間數據庫人口數據庫生物數據庫基因數據庫按信息源特征分類關系數據庫層次數據庫網狀數據庫面向對象數據庫按數據結構特征分類軍事數據庫政務數據庫資源數據庫財經數據庫按信息源特征分類數據庫數據庫管理系統數據庫模型空間數據庫軟件產品1、OracleSpatialCartridge(SC)2、Intergraph的GeoMedia系列3、ESRI的