空间数据模型与空间数据库详解

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"空间数据库概论,深入讲解空间数据库的理论与实践,适合学习者了解和掌握空间数据模型、设计与实现、空间操作以及空间数据挖掘。推荐教材《Spatial Database A Tour》由Shashi Shekhar和Sanjay Chawla撰写,中文译本由谢昆青、马修军翻译,由机械工业出版社出版。" 空间数据库是地理信息系统的重要组成部分,它专门用于存储、管理和分析具有地理位置信息的数据。在本课程中,我们将从以下几个方面探讨空间数据库: 1. 数据模型:这是理解任何数据库的基础。传统的数据模型包括层次模型、网络模型和关系模型。在空间数据库中,除了这些基础模型,还有针对空间数据特性的特殊模型,如矢量模型和栅格模型。矢量模型强调空间对象的位置和拓扑关系,而栅格模型则通过矩阵表示空间对象,便于处理连续的地理特征。 2. GeodataBase设计与实现:这部分内容将介绍如何构建和管理空间数据库,包括数据组织、索引构建、查询优化等。设计良好的空间数据库能够高效地支持空间查询和空间分析。 3. 空间函数和空间操作:这部分涵盖空间数据的算术运算、拓扑操作以及空间分析功能,如缓冲区分析、空间叠加、距离计算等。这些操作对于地理分析和决策支持至关重要。 4. 空间数据库简介:这部分可能涉及空间数据库管理系统(SDBMS)的基本概念,如空间索引、事务处理、并发控制和数据一致性,以及主流的空间数据库系统,如PostGIS、Oracle Spatial等。 5. 空间数据挖掘:随着大数据和机器学习的发展,空间数据挖掘成为了一个热点领域。它涉及到模式识别、聚类分析、关联规则挖掘等,帮助发现空间数据中的隐藏规律和模式。 6. 教材推荐:《Spatial Database A Tour》是学习空间数据库的权威书籍,由Shashi Shekhar和Sanjay Chawla合著,该书深入浅出地介绍了空间数据库的各个方面,适合初学者和专业人士参考。 通过学习空间数据库,不仅可以掌握地理信息的存储和管理技术,还能为城市规划、环境科学、交通运输等多个领域的应用提供技术支持。理解并熟练运用空间数据模型、数据库设计原则以及空间操作,是成为合格的GIS专业人员的关键步骤。
2023-02-27 上传
空间数据库管理系统 空间数据库管理系统 本节 内容 文件与关系数据库混合管理 5.4.1 全关系型空间数据库管理 5.4.2 对象关系数据库管理 5.4.3 面向对象空间数据库管理 5.4.4 空间数据管理 5.4 文件与关系数据库混合管理 5.4.1 OID OID 空间数据库的管理模式 混合管理基本思想 1 第一阶段: 两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据 属性数据存储在商用的RDBMS中 几何数据存储在文件系统中 两个子系统间用标识符联系起来(关键字) 原因: 早期的数据库管理系统不提供编程的高级语言的接口,只能采 用数据库操纵语言 要同时启动两个系统(GIS图形系统和关系数据库管理系统), 甚至两个系统来回切换,使用起来很不方便 —§ˇ ¶+˛ ygd3076¿… ˚`ˇ» ¢–¤£" ˇ £¤Œ˘£' 混合管理基本思想 1 第二阶段:混合处理模式 没有ODBC(开放性数据库连接协议): 每个数据库厂商提供一套自己的与高级语言的接口程序 GIS软件商针对每个数据库开发一套与GIS的接口程序 ODBC: GIS软件商只要开发GIS与 ODBC的接口软件,就可 以将属性数据与任何一个 支持ODBC协议的关系数 据库管理系统连接 无论是通过C++还是 ODBC与关系数据库连接, GIS用户都是在一个界面 下处理图形和属性数据 常见的软件 2 常见软件: Arc/INFO MapInfo MicroStation 混合管理模式的特点 3 由于空间数据和属性数据分开存储,在表现地理空间数据方 面缺乏完整的表达语义和存储机制 难于保证数据存储、操作的统一 系统切换、使用不方便 在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏 后的恢复方面缺少基本功能 全关系型空间数据库管理 5.4.2 全关系型空间数据库管理基本思想 1 图形数据和属性数据都采用关系数据管理系统管理, 即使用同一DBMS管理 扩展结构管理模式 在标准的关系数据库上增加空间数据管理层 利用该层将结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询 借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作 全关系型管理分类 2 (1)基于关系模型方式: 图形数据都按照关系数据模型组织 涉及一系列关系连接运算,相当费时 处理空间目标效率不高 示例: 为了显示一个多边形,需要找出组成多边形的采样点坐标,要 涉及到4个关系表,作多次连接投影运算 全关系型管理分类 2 //找出多边形的采样点 //P多边形,E多边形-边,N边-结点,C结点坐标 全关系型管理分类 2 (2)Blob字段: 将图形数据的变长部分处理成二进制块BLOB字段 大部分关系数据库管理系统都提供了二进制块的字段域 基本思想: 省去了前面所述的大量关系连接操作 二进制块的读写效率要比定长的属性字段慢得多,特别是涉及对象 的嵌套时,速度更慢 特点: 空间数据库引擎 3 SDE(Spatial Database Engine): 建立在现有关系数据库基础上 介于GIS应用程序和空间数据库间的中间件,为用户提供访问空间数 据库的统一接口 SDE引擎本身不具有存储功能,只提供和底层存储数据库之间访问 的标准接口 SDE屏蔽了不同底层数据库的差异,建立了上层抽象数据模型到底 层数据库之间的数据映射关系 空间数据库引擎 3 SDE(Spatial Database Engine): 空间数据库引擎支持矢量和栅格数据在关系数据库中的存储 例如: ArcGIS的ArcSDE 对象关系数据库管理 5.4.3 对象关系数据库管理基本思想 1 对传统的关系数据库进行扩展,使之能够直接存储 和管理非结构化的空间数据 空间扩展完全包含在DBMS中 —§ˇ ¶+˛ ygd3076¿… ˚`ˇ» ¢–¤£" ˇ £¤Œ˘£' 常见的软件应用 2 代表性软件: Oracle Ingress Informix 空间数据管理专用模块定义操作点、线、面等空间对象的API函数 Oracle Spatial中矢量数据存储 Oracle Spatial: 矢量数据管理: 对矢量数据采用分层存储 的方案——关系表 SDO_GEOMETRY对象类型 每个图层再被分解为若干 几何实体——每一行记录 几何实体又被分解成点、 线、面等基本元素 Oracle中的栅格数据存储 GeoRaster 存储、索引、查询、分析空间GeoRaster栅格数据 提供了类似Oracle Spatial 的数据类型和一个对象关系模式 存储多维的网格化数据和栅格层 栅格数据拥有空间参考信息 进行空间检索 对象关系数据库管理特点 3 解决了空间数据的变长记录管理问题,由数据库软 件商扩展,效率比自行采用二进制块的方式高 对空间对象的数据结构进行预先的定义,用户不能 再定义,使用受到限制 对象之间