空间数据组织与空间数据库.ppt

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1、空间数据组织与空间数据库现在学习的是第1页，共83页第一节 空间数据库概述1.数据库的相关概念数据库的相关概念数据库数据库：是指长期储存在计算机内有结构的、大量的、可共享的数据集合。数据库管理系统数据库管理系统：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件；他的功能包括：数据定义，数据操作，数据库的运行管理，数据库的建立和维护。数据库系统：指在计算机系统中引入数据库后的系统，它由数据库、数据库管理系统及其开发工具、应用系统、数据库管理员和用户构成。数据库系统管理员：数据库系统管理员：负责数据库的建立、使用和维护的专门人员。一、一、空间数据库的概念空间数据库的概念现在学习的是第2页，共83页第一节

2、 空间数据库概述2.2.空间数据库的相关概念空间数据库的相关概念空间数据库：空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介质上。空间数据库（系统）组成：空间数据库（系统）组成：包括包括3部分部分空间数据库：空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介质上。空间数据库管理系统：空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义，提供必需的空间数据查询检索和存取功能，以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的

3、一套软件。数据库应用系统：应用模块。现在学习的是第3页，共83页第一节 空间数据库概述v常规数据库管理系统扩展：直接对常规数据库管理系统进行扩展，加入一定数量的空间数据存储与管理功能。例如：Oraclev空间数据库引擎（SDE:Spatial Database Engine）：在常规数据库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现空间数据的存储与管理。例如：ESRI的SDE3 3、空间数据库管理系统的实现方法、空间数据库管理系统的实现方法空间数据库管理系统是建立在常规数据库管理系统的基础上，实现对空间数据的管理功能。现在学习的是第4页，共83页二、空间数据库存储管理二、空间数据库存储管理2种方法种方

4、法文件：几何数据与属性数据存储于同一文件；数据库：两个分离的数据库，一个存储几何数据，另一个存储属性数据；同一数据库同时存储几何数据和属性数据；一个几何数据数据库连接若干不同的属性数据库；若干个几何数据数据库和属性数据库链结形成一个数据。5现在学习的是第5页，共83页几何和属性数据文件文件管理GIS工具工具文件管理模式代表：arcinfo的coverage6空间数据库发展阶段现在学习的是第6页，共83页用户接口GIS工具管理几何数据的软件商业化DBMS属性数据数据库坐标文件IDX,Y,Z属性文件ID属性拓扑文件IDLink几何数据数据库混合管理模式：RDBMS+文件代表：Arcgis的shap

5、e文件7现在学习的是第7页，共83页用户接口GIS工具扩展的商业DBMS几何和属性数据数据库坐标文件IDX,Y,Z拓扑文件IDLink属性文件ID属性扩展式的管理模式Arcinfo的geodatabase8空间数据库引擎现在学习的是第8页，共83页用户接口GIS工具定制的专门DBMS几何和属性数据数据库坐标文件IDX,Y,Z拓扑文件IDLink属性文件ID属性集成式的管理模式代表：oraclespatialcartridge9现在学习的是第9页，共83页基于文件的空间数据库基于文件的空间数据库基于数据库的空间数据库基于数据库的空间数据库CoveragesOracleShapefilesOrac

6、le with SpatialGridsDB2 with its Spatial TypeTINsInformix with its Spatial TypeImages（各种格式的）SQL ServerVector Product Format(VPF)filesPersonal Geodatabases（微软的Access）CAD 文件 Enterprise Geodatabases表（各种格式的）10现在学习的是第10页，共83页第一节 空间数据库概述转换现实世界人类的认识、抽象机器世界DBMS支持的数据模型数据模型现实世界中客观实体的抽象过程信息世界的概念模型概念模型1.1.空间数据库

7、的设计过程空间数据库的设计过程这一过程一般需要两步人类对客体的认识、抽象，建立概念模型概念模型。将概念模型转换为计算机能够接受的形式，即数据模型。就是将地理空间客体按一定的组织形式，在数据库系统中加以表达的过程。二、二、空间数据库的设计空间数据库的设计现在学习的是第11页，共83页第一节 空间数据库概述地理空间是一个三维空间，有四个基本实体点实体线实体面实体体实体地理空间的认知地理空间的认知 地理空间实体（客体）地理空间实体（客体）现在学习的是第12页，共83页第一节 空间数据库概述 地理空间实体地理空间实体间的联系空间联系属性联系时间联系空间位置，空间分布，空间形态、空间相关等空间信息反映了

8、空间分析所能揭示的信息，彼此互有联系通过实体变化过程来反映。实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中的从属关系、聚类关系和相关关系现在学习的是第13页，共83页第一节 空间数据库概述v能够对空间数据进行统一管理v帮助用户查询、检索、增加删除和修改数据v保障空间数据的独立性、完整性、和安全性2.2.空间数据库的数据模型设计空间数据库的数据模型设计数据模型建立的目的数据模型建立的目的揭示空间实体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为计算机能够接受和处理的数据形式。现在学习的是第14页，共83页第一节 空间数据库概述实际上是现实世界到机器世界的一个中间层。概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信

9、息世界的第一层抽象，是设计人员的有力工具。（1 1）概念模型）概念模型概念结构设计过程用户需求用户需求需求分析抽象信息结构概念模型概念结构能够真实、处分的反映现实世界易于理解用户与设计人员易于更改需求改变模型改变易于转换关系、网状、层次特点E-R图现在学习的是第15页，共83页第一节 空间数据库概述(1)实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物(2)属性(Attribute)：实体所具有的某一特性(3)码(Key)：唯一标识实体的属性集(4)域(Domain)：属性的取值范围(5)实体型(Entity Type)：具有相同属性的实体必然有共同的特征和性质(6)实体集(Entity Se

10、t)：同型实体的集合(7)联系(Relationship)：不同实体集之间的联系信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念现在学习的是第16页，共83页第一节 空间数据库概述 一对一联系(1:1)一对多联系(1:n)。多对多联系(m:n)注意：注意：E-R图仅仅是对现实世界描述的一种工具，仅能建立概念模型(信息模型)，不能在计算机上直接实现。两个实体之间的联系可分为以下三类现在学习的是第17页，共83页第一节 空间数据库概述v层次模型v网状模型v关系模型v面向对象模型（2 2）数据模型）数据模型常用数据模型种类现在学习的是第18页，共83页第一节 空间数据库概述设计设计原则：原则：尽量减少空间数

11、据存储冗余；提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构能够做出相应的变化；满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需的空间数据查询结果；在空间元素间维持复杂的联系，反映空间数据的复杂性；支持多种决策需要，具有较强的应用适应性。3.3.空间数据库设计的原则、步骤和技术方法空间数据库设计的原则、步骤和技术方法现在学习的是第19页，共83页第一节 空间数据库概述第一步 需求分析第二步 概念设计第三步 逻辑设计第四步 物理设计第五步 数据库的实施和维护设计设计步骤步骤现在学习的是第20页，共83页第一节 空间数据库概述v明白即将开发的GIS所支持的各种功能；v了解系统要求的数据内容和

12、行为；v了解数据之间的关系和优先次序，这些信息有利于制定数据库的开发实施计划。v了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。v现状调查v调查内容的组织的分析第一步第一步 用户需求分析用户需求分析GISGIS数据库开发应该主要了解下面的内容数据库开发应该主要了解下面的内容用户需求分析方法用户需求分析方法：现在学习的是第21页，共83页第一节 空间数据库概述用户需求分析过程用户需求分析过程现状调查：现状调查：通过实际调查了解用户的现状及要求调查内容的组织的分析：调查内容的组织的分析：对调查的结果进行整理、分析和组织，并提交报告及图件。包括：u现有机构的组织结构图u软件、硬件资源表软件、硬件资源表u专业人员

13、清单u部门功能清单u数据来源清单现在学习的是第22页，共83页第一节 空间数据库概述把用户的需求加以解释，用概念模型表达出来，具体任务包括：1)数据库的宏观定义指对数据库比例尺、地图投影和坐标系统的定义。2)数据库的特征设计对于各种地理特征有关的属性数据中以什么几何形式表达进行设计。3)数据库表格及其关系的设计表达对与地理特征有关的属性数据在数据库中表达方式的设计。第二步第二步 概念化设计概念化设计现在学习的是第23页，共83页第一节 空间数据库概述4）数据库总体设计的评定根据数据库的应用目的和数据内容及使用方式来评价前面三步的设计结果。5）数据库概念模型的起草将GIS数据库的概念设计起草成正

14、式的文件，作为后面详细设计时参考。现在学习的是第24页，共83页第一节 空间数据库概述第三步第三步 逻辑设计逻辑设计 逻辑设计应该选择最适于描述与表达相应概念结构的数据模型，然后选择最合适的空间数据库管理系统。设计逻辑结构时一般要分三步进行：将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型 将转化来的关系、网状、层次模型向特定空间数据库系统支持下的数据模型转换。对数据模型进行优化。现在学习的是第25页，共83页第一节 空间数据库概述数据库的物理设计特点数据库的物理设计特点v设计人员必须充分了解所用DBMS的内部特征，特别是存储结构和存取方法；v充分了解应用环境，特别是应用的处理频率和响应时间要求；v

15、充分了解外存设备的特性。第四步 物理设计物理设计数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（存储结构与存取方法）的过程，就是数据库的物理设计。现在学习的是第26页，共83页第一节 空间数据库概述v根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机上建立实际的空间数据库系统，装入空间数据，并调试和运行。v建立实际的空间数据库结构v装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认其功能和性能是否满足设计要求v装入实际的空间数据，即数据库加载，建立起实际运行的数据库。v数据库试运行1 1、数据库的实现、数据库的实现三、三、空间数据库的实施和维护空间数据库的实施和维护

16、现在学习的是第27页，共83页第一节 空间数据库概述2 2、相关的其它设计、相关的其它设计在数据库试运行期间，应进一步完善数据库的功能和性能。（1 1）空间数据库再组织：）空间数据库再组织：调整或者改变空间数据库的概念、逻辑和物理结构的。（2）安全性考虑：）安全性考虑：规定相应的数据库使用权限，保证数据库的安全运行。主要方法是授权。（3）故障恢复处理：）故障恢复处理：数据库恢复就是把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为一致状态或完整状态）的功能。（4）事务控制：）事务控制：事务控制的目的就是保证多用户环境下的数据库的完整性和一致性。现在学习的是第28页，共83页第一节 空间数据库概

17、述(1)维护空间数据库的安全性和完整性：需要及时调整授权和密码，转储及恢复数据库(2)监测并改善数据库性能：分析评估存储空间和响应时间(3)增加新功能：按用户的需要及时扩充功能，满足用户的新需要。(4)修改错误：包括程序和数据。3 3、空间数据库的运行与维护、空间数据库的运行与维护现在学习的是第29页，共83页第二节第二节 概念模型设计（语义和面向对象数据模型）实体型实体型实体是对客观存在的起独立作用的客体的一种抽象。属性属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体联系起来联系联系是客体间有意义的相互作用或对应关系。一般分为三种联系：一对一(1:1)，一对多(1:N)，多对多(M:N)。E-R

18、图表达的三种语义图表达的三种语义现在学习的是第30页，共83页第二节第二节 概念模型设计实体型实体型用矩形来表示，矩形内写明实体名。属性属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体联系起来联系联系用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体联系起来，同时在无向边上标注联系的类型(1:1，1:n或m:n)。E-R图表示实体型、属性和联系的方法图表示实体型、属性和联系的方法现在学习的是第31页，共83页E-RE-R图表示两个实体之间的三类联系图表示两个实体之间的三类联系实体型实体型A实体型实体型A实体型实体型A联系名联系名联系名联系名联系名联系名实体型实体型B实体型实体型B实体型实体型

19、B11mnn1两个实体之间的三类联系两个实体之间的三类联系E-R模型的图形表示模型的图形表示现在学习的是第32页，共83页E-R模型设计步骤模型设计步骤（1）设计各个局部E-R图根据需求分析的结果（数据流图、数据字典等）对现实世界的数据进行抽象，分解成不同功能的局部模块，对每个局部模块设计视图，即分E-R图。分E-R图中每一部分对应一个局部应用。现在学习的是第33页，共83页第二节第二节 概念模型设计不同局部视图中同一对象具有不同的抽象、同一实体中所包含的属性排列次序不完全相同、实体之间的联系呈现不同的联系类型。(2)设计全局设计全局E-R图图属性域冲突属性域冲突即属性值的类型、取值范围或取值

20、集合不同，属性取值单位冲突同名异义，异名同义（一义多名）。命名冲突命名冲突结构冲突结构冲突现在学习的是第34页，共83页第二节第二节 概念模型设计E-R图的优化图的优化原则：实体类型个数尽可能少；实体类型所含类型最少；实体间联系无冗余。全局全局E-R图的优化图的优化现在学习的是第35页，共83页第二节第二节 概念模型设计E-R图的特点图的特点接近人的思维，易于理解E-R图与计算机的实现无关E-R图仅仅是概念模型，无法在计算机上直接实现。在数据库逻辑设计阶段应该将概念模型转化为计算机能够接受的数据模型，如层次、网络、关系模型。现在学习的是第36页，共83页第二节第二节 概念模型设计二、面向对象的

21、数据模型二、面向对象的数据模型面向对象的系统分析与设计(OOAD)面向对象的分析与设计(OOAD)方法的发展在80年代末至90年代中出现了一个高潮，产生了统一的建模语言UML（Unified Modeling Language）。UML适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统，而且适用于系统开发的不同阶段，从需求规格描述直至系统完成后的测试和维护。现在学习的是第37页，共83页采用面向对象的思想，对系统进行分析，根据用户需求提取出系统应具有的属性和行为。将分析的结果用某种易于转化为编码或易于理解的形式表达出来。我们常见的有流程图，ER图，数据流图等。分析和设计是两个相互结合、渐进的过程。面向对

22、象的设计：面向对象的设计：面向对象的分析：面向对象的分析：现在学习的是第38页，共83页1 1、面向对象数据模型的基本概念、面向对象数据模型的基本概念(1)(1)对象对象 对象就是现实世界中客体的模型化，与数据库中记录、元组等概念相似。如：行政区域的多边形对象，表示一条河流的弧段对象对象的两个特点对象的两个特点状态性特征：状态性特征：是通过域来描述的，可称为私有存储单元。封装性特征：封装性特征：对象的封装性特征表现为它的私有存储单元只能由它自己的功能进行处理。二、面向对象的数据模型二、面向对象的数据模型现在学习的是第39页，共83页(2)(2)消息消息 消息是对象之间相互请求或相互协作的唯一途

23、径。一个对象必须通过向其它对象发送消息的形式使得其它对象提供各自能实现的功能。消息的消息的特性：消息是对象之间唯一的通信形式；消息是外界能够引用对象操作及获取对象状态的唯一方式。消息的这些特性保证了对象的实现只能依赖于它本身的状态和所能接受的消息，而不依赖于其它对象的内部细节和状态。现在学习的是第40页，共83页消息类型消息类型公有消息公有消息如果一些消息属于同一个对象，其中有些消息可由其它对象向它发送的，叫做公有消息。私有消息私有消息如果一些消息是由它自己向自身发送的，就叫做私有消息。现在学习的是第41页，共83页多边形对象组成对象的组成示意现在学习的是第42页，共83页(3)(3)类类类是

24、对一组对象的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来，以说明该组对象的能力和性质。实例实例是某类的一个具体抽象；类类是多个实例的抽象的总和；类和实例之间是抽象和具体的关系；类的确定方法是归纳，这就要求在观察问题是，注意提炼所遇到对象的共同特征，以确定其类的表达。实例：实例：是某类的一个具体抽象。类和实例之间的关系类和实例之间的关系现在学习的是第43页，共83页（1 1）继承是现实世界中对象之间的一种独特关系，它使得某对象可以自然的拥有另外一类对象的某些特征和功能。对象类的单继承和多继承，及其层次结构对象类的单继承和多继承，及其层次结构直接继承继承曲线对象类多边形对象类继承曲面对象类的特性

25、，还有曲线对象类的特性2 2、继承及类之间的层次关系、继承及类之间的层次关系继承包括单继承和多继承两种，如下图现在学习的是第44页，共83页（2 2）类的层次结构是引入类的继承关系而产生的，包括超类：超类：被继承的类称为超类。子类：子类：继承其他类的对象称为子类。对象类的单继承和多继承，及其层次结构对象类的单继承和多继承，及其层次结构直接继承继承曲线对象类多边形对象类继承曲面对象类的特性，还有曲线对象类的特性现在学习的是第45页，共83页面向对象的功能重载和多态面向对象的功能重载和多态3 3功能重载和多态性：功能重载和多态性：实现消息传递。功能重载：功能重载：功能重载实际上意味着实现特定功能的

26、方法不仅以名称来区分，而且用它所带的参数来区别。多态性：多态性：是同一个消息可以根据对象的不同，采用多种不同的行为方式。现在学习的是第46页，共83页4、概括和聚集、概括和聚集概括：概括：是把一组具有相同特征和操作的对象类归纳在一个更一般的超类中。例如，例如，多边形对象类和弧段对象类共同具有的一些空间特征，它们可作为空间对象类的子类，而空间对象类则是它们的超类。概括形成了子类和超类之间的is-a的语义联系。现在学习的是第47页，共83页聚集：聚集：反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其它对象组成的，它是用来描述较高层次对象的一种形式。例如，例如，上述的地理信息系统图形显示子系统中，一个图层对

27、象类是由多边形对象类、弧段对象类、点对象类等对象类的聚集体。这里的图层对象就是嵌套对象，多边形对象类与图层对象之间形成is-part-of的语义联系。现在学习的是第48页，共83页运用上述面向对象的概念和方法，就可以建立起地理信息系统中空间数据库的对象数据模型。OpenGIS协会推荐了一种空间对象数据模型，其中的简单几何特征集如图所示。5 5、空间数据库对象模型、空间数据库对象模型简单几何特征集关系现在学习的是第49页，共83页第三、四节 逻辑模型设计和物理设计(1)初始模式的形成初始模式的形成把E-R图表示的实体联系类型，转换成选定的数据库管理系统所支持的记录类型，如层次、网状、关系模型、面

28、向对象等。(2)子模式设计子模式设计子模式是应用程序与数据库的接口，允许有效访问数据库而不破坏数据库的安全性。(3)模式评价模式评价根据定量分析和性能测试对数据库结构作出评价(4)优化模式优化模式利用数据库管理系统提供的功能，对模式进行优化，但不改变数据库的信息。一、空间数据库逻辑设计的步骤和内容一、空间数据库逻辑设计的步骤和内容现在学习的是第50页，共83页第三、四节 逻辑模型设计和物理设计二、二、E-RE-R模型向关系数据库的转换模型向关系数据库的转换E-R图可以向不同的数据库模型转换，这里的以关系数据库转换为例。(1)(1)实体转换为关系模式：实体转换为关系模式：一个实体型转换为一个关系

29、模式。(2)(2)实体之间的联系可以分以下情况进行转换实体之间的联系可以分以下情况进行转换1:11:1联系转换联系转换 每个实体可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。每个实体的关键字是该关系的后选关键字。1:N1:N联系转换：联系转换：可以分两种情况 A:A:转换为独立的关系模式，关系的关键字为N端的关键字;B:B:与n端对应的关系模式合并,关系的关键字为N端的关键字。现在学习的是第51页，共83页(2)(2)实体之间的联系可以分以下情况进行转换实体之间的联系可以分以下情况进行转换1:1联系转换联系转换每个实体可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系

30、模式合并。每个实体的关键字是该关系的后选关键字。1:N联系转换：联系转换：可以分两种情况A:转换为独立的关系模式，关系的关键字为N端的关键字;B:与n端对应的关系模式合并,关系的关键字为N端的关键字。现在学习的是第52页，共83页M:N 联系转换联系转换转换为独立关系模式，关系的关键字是与该联系相连的各实体的关键字的组合。现在学习的是第53页，共83页三、关系数据库的逻辑设计三、关系数据库的逻辑设计将将E-R图转换成关系模式图转换成关系模式根据转换规则，将将E-R图转换成关系模式规范化处理规范化处理任务是消除异常，改善完整性、一致性和存储效率。一般使关系达到3NF就可以满足使用。规范化过程实际

31、上就是单一化过程，即一个关系描述一个概念。如果关系中多于一个概念，就把它分离出来。模式评价模式评价目的是检查数据库模式是否满足用户的要求，包括功能评价和性能评价。现在学习的是第54页，共83页优化模式优化模式合并：合并：是对具有相同关键字的关系模式，如果对它们的处理主要是查询操作，且常在一起使用，可将这类关系模式合并。分解：分解：是指关系虽已达到规范化的要求，但如果某些关系的属性过多，则会影响效率，可将它分割成为两个或多个关系模式，按属性组分解的称为垂直分解，垂直分解需满足得到的每一个关系都 包含主关键字。形成数据库的逻辑设计说明书形成数据库的逻辑设计说明书包括：模式及子模式的集合模式及子模式

32、的集合，可用数据库管理系统的语言描述，也可列表描述；应用设应用设计指南计指南，设计访问方式、查询路径、处理要求、约束条件等；物理设计指南物理设计指南，包括数据访问量、传输量、存储量、递增量等。现在学习的是第55页，共83页四、空间数据库的物理设计四、空间数据库的物理设计可分为5步，前三步为结构设计，后两步为约束和程序设计(1)(1)存储记录的格式设计：存储记录的格式设计：对数据项类型特征作分析，对存储记录进行格式化，决策如何进行数据压缩或代码化。(2)(2)存储方法设计：存储方法设计：是把存储记录在全数据库范围内进行物理存储安排。顺序存储：该存储方式的平均查询次数为关系记录个数的1/2；散列存

33、储：该存储方式的查询次数由散列算法所决定；索引存储：需要确定创建何种索引，及在哪些库和属性上建立索引；聚簇存储：是指将不同类型的记录分配到相同的物理区域中去。现在学习的是第56页，共83页(3)访问方法设计：访问方法设计：访问方法设计为存储在物理设备上的数据提供存储结构和查询路径，该设计与选用的数据库管理系统有很大关系。(4)完整性和安全性考虑：完整性和安全性考虑：根据逻辑设计说明书中提供的对数据库的约束条件、具体选择的数据库管理系统和操作系统的性能特征及硬件环境，设计建立数据库完整性和安全性措施。(5)应用设计：应用设计：包括人机界面的设计、输入输出格式的设计、代码设计、处理加工设计等。(6

34、)形成物理设计说明书：形成物理设计说明书：包括存储记录格式，存储记录位置分布及访问方法、它能满足的操作需求，并给出对硬件和软件系统的约束。现在学习的是第57页，共83页4.6 空间数据的索引空间数据的索引58现在学习的是第58页，共83页1200013000W43W431400014000 1300013000 1200012000 1100011000 1000010000 W41W41W42W42W44W44W45W45W31W31W32W32W33W33W35W35W21W21W22W22W23W23W24W24W25W25W11W11W12W12W13W13W14W14W15W15 1

35、1000 12000 13000 1400011000 12000 13000 14000100001300014000W34W34150001500059现在学习的是第59页，共83页q空间索引概念空间索引概念空间索引（空间索引（Spatial IndexSpatial Index）就是指依据空间实体的位置和形状）就是指依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据文或空间实体之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据文件，其中包含空间实体的概要信息，如实体的标识符、外接矩形件，其中包含空间实体的概要信息，如实体的标识符、外接矩形及指向空间实体的指针及指向空

36、间实体的指针。qGIS中引入空间索引的必要性中引入空间索引的必要性作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引界于空间操作算法和空作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引界于空间操作算法和空间实体之间，它通过筛选作用使大量与特定空间操作无关的空间实间实体之间，它通过筛选作用使大量与特定空间操作无关的空间实体被排除，从而提高空间数据查询和提取的速度和效率。体被排除，从而提高空间数据查询和提取的速度和效率。q常见空间索引方法常见空间索引方法通常采用自上而下，逐级划分空间的方式来建立索引：通常采用自上而下，逐级划分空间的方式来建立索引：l实体（对象）范围索引实体（对象）范围索引l格网索引格网索引l四叉树索引

37、四叉树索引lR R树和树和R+R+树索引树索引lCELLCELL树索引树索引60现在学习的是第60页，共83页一、实体范围索引一、实体范围索引A查询窗口BCEFD61现在学习的是第61页，共83页在记录每个空间实体的坐标时，记录包围每个空间实体的外接矩形的最大最小坐标。在检索空间实体时，根据空间实体的最大最小范围，预先排除那些没有落入检索窗口内的空间实体，仅对那些外接矩形落在检索窗口的空间实体作进一步的判断，最后检索出那些真正落入窗口内的空间实体。这种方法没有建立真正的空间索引文件，而是在存储空间实体的数据文件中增加了外接矩形的最大和最小坐标，它主要依靠空间计算来进行判别。ARCVIEW就是采

38、用实体范围索引的。62现在学习的是第62页，共83页IDXmaxXminYmaxYmin1234XmaxXminYminYmax空间实体集合123456检索窗口YNXWXEYSXmaxXEORXminXWORYmaxYNORYminYS空间对象不被检索XWXmax，XminXEANDYSYmax，YminYN空间对象被检索YNXWXEYS236实例：实例：63现在学习的是第63页，共83页二、格网索引二、格网索引ARCSDE采用的多级格网索引采用的多级格网索引64现在学习的是第64页，共83页 21232931535561632022283052546062171925274951575916

39、18242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042GAFDCBPeanoPeano码码实体实体7B14F15F25A26F32D33D35D,G37F38D39F48F50F54C55C60C实体实体Peano码码A25-25B7-7C54-55C60-60D32-33D35-35D38-38F14-15F26-26F37-37F39-39F48-48F50-50G35-35实体索引表实体索引表空间索引表空间索引表基于基于Peano码的格网索引码的格网索引65现在学习的是第65页，共83页基于Peano码的空

40、间索引p将覆盖整个研究区的范围按照一定的规则划分成大小相等的格网，然后记录每个格网内所包含的空间实体，为了便于建立空间索引的线性表，将每个格网按Morton码或称Peano码进行编码，建立Peano码与空间实体的关系，该关系表就成为格网索引文件。p按格网法对空间数据进行索引时，所划分的格网数不能太多，否则，索引表本身太大而不利于数据的索引和检索。66现在学习的是第66页，共83页三、四叉树空间索引三、四叉树空间索引 5E 7 13 G15B 4 F 6 12 14 1 A 3 D 0 2 8 CPeano码边长实体0014815421121EDAFCB，G线性四叉树索引67现在学习的是第67页

41、，共83页层层1边长边长4层层2边长边长2层层3边长边长10E15GB4F1A128C40D层次四叉树索引 5E 7 13 G15B 4 F 6 12 14 1 A 3 D 0 2 8 C68现在学习的是第68页，共83页一、一、空间元数据的概念空间元数据的概念空间元数据（空间元数据（SpatialMetadata)是对空间数据集的规范化描述，它是按照一定内容标准，从空间数据集中抽取出相应的特征，组成的一个特征元素集合。是为了适应空间数据集的共享活动从空间数据集派生出来的说明性的规范化的文档。是一种静态数据。它的存在与否直接依赖于空间数据集的产生与消失。4.7 空间元数据及其技术平台空间元数据

42、及其技术平台69现在学习的是第69页，共83页空间元数据的作用空间元数据的作用空间数据集空间数据集空间数据集空间数据集使用者使用者空间数据集空间数据集空间数据集空间数据集获取空间数据集获取空间数据集特征元素特征元素空间元数据内容规范空间元数据内容规范空间元数据内容规范空间元数据内容规范空间元数据空间元数据空间元数据空间元数据规范信息规范信息空间元数据空间元数据空间元数据空间元数据获取途径空间元数据空间元数据空间元数据空间元数据甄别结果甄别结果InternetInternet网络传输网络传输网络传输网络传输生产者特征信息特征信息使用使用70现在学习的是第70页，共83页空间元数据内容标准空间元数

43、据内容标准美国联邦地理数据委员会(FGDC)：元数据内容标准；欧洲标准化委员会(CEN)：元数据标准草案；国际标准化组织地理信息系统/地球信息技术委员会（ISO/TC211）：地理空间数据集描述过程；中国“九五”国家科技攻关97-759项目：NREDIS空间元数据内容标准草案；GB/T19710-2005地理信息元数据标准71现在学习的是第71页，共83页NREDIS空间元数据内容标准空间元数据内容标准引用部分引用部分引用引用信息信息时间范围时间范围信息信息元数据标准体系元数据标准体系元数据标准体系元数据标准体系联系联系信息信息标准部分标准部分标识标识信息信息数据质量数据质量信息信息空间数据空

44、间数据组织信息组织信息空间参照空间参照系信息系信息实体和实体和属性信息属性信息发行发行信息信息元数据元数据参考信息参考信息72现在学习的是第72页，共83页空间元数据实例空间元数据实例摘要摘要描述信息描述信息 目的数据集内容的时间信息数据集内容的时间信息时间参照信息 进展状态状态标识信息标识信息维护和更新频率 西边界坐标 东边界坐标空间元数据空间元数据空间范围空间范围坐标边界坐标边界 北边界坐标 南边界坐标 主题关键词词典关键词关键词主题关键词信息主题关键词信息 主题关键词访问限制访问限制使用限制使用限制元数据日期元数据日期元数据参考信息元数据参考信息元数据标准名称元数据标准名称元数据标准版本

45、元数据标准版本73现在学习的是第73页，共83页4.9 GIS空间时态数据库一、空间时态数据库概述一、空间时态数据库概述 时空数据库系统或数据处理技术，研究内容包括以下三个方面：(1)(1)空间时态数据的表达空间时态数据的表达 空间时态数据表达的目的在于建立空间时态一体化数据模型。它涉及到时间标志、空间时态版本的标识、空间变化类型的定义、空间拓扑与时态拓扑、空间时态数据的存储结构，以及存取策略等内容。现在学习的是第74页，共83页4.9 GIS空间时态数据库(2)空间时态数据的更新空间时态数据的更新 空间时态数据的更新研究空间数据更新的类型、操作方法，更新对时空数据库中空间和时态拓扑的影响，以

46、及拓扑重建等问题。(3)空间时态数据的查询空间时态数据的查询空间时态数据的查询探讨空间时态数据的各种跟踪算法，多维信息的复合、分析、可视化等。现在学习的是第75页，共83页4.9 GIS空间时态数据库二、时空一体化数据模型二、时空一体化数据模型1 1时间片快照模型时间片快照模型 常规的时空数据模型(如遥感图像数据的采集方式)即属于时间片快照模型。它是用一系列状态对应的地理数据来反映地理现象的时空演化过程。其中可分为矢量快照模型和栅格快照模型两类。现在学习的是第76页，共83页4.9 GIS空间时态数据库（1 1）优点）优点可以直接在当前的地理信息系统软件中实现。当前的数据库总是处于有效状态。（

47、2 2）缺点）缺点这种快照图像仅代表地理现象的瞬时状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含的对象之间在时间上的拓扑联系。由于时间片快照是对状态数据的完整存储，所以造成数据的冗余度极大。现在学习的是第77页，共83页4.9 GIS空间时态数据库基本思路基本思路首先确定空间数据的初始状态，即底图数据。然后按照适宜的时间间隔记录数据随时间发生的变化。再通过空间叠加操作，利用记录的变化数据来恢复各个时间片的状态数据，每一次叠加则表示状态的一次变化。底图叠加模型2 2底图叠加模型底图叠加模型底图叠加(Base Map With Overlay)模型由于类似于地理底图的修

48、订方式而得名。现在学习的是第78页，共83页4.9 GIS空间时态数据库 时空合成(space-time composites)模型是在底图叠加模型的基础上提出的，其设计思想是将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的累积即形成最小变化单元，由这些最小变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可以较完整地表达数据的时空特征。3 3时空合成模型时空合成模型现在学习的是第79页，共83页4.9 GIS空间时态数据库4.4.全信息对象模型全信息对象模型(1)(1)概念概念全信息对象指包含空间、时态和属性信息的地理对象。全信息对象模型现在学习的是第80页，共83页4.

49、9 GIS空间时态数据库(2)(2)设计方法设计方法 运用面向对象的设计方法，将地理现象和过程的空间与属性信息随时间的变化封装成由时态版本组成的对象，即全信息对象。(3)(3)特点特点 模型中需要定义一个全信息对象的标识，由该标识唯一地确定各个地理对象。而每个全信息地理对象定义成随时间变化的多个地理空间属性实体的时态版本组合序列。其中既包含了空间数据、空间拓扑数据、时态数据、时态拓扑数据，同时也包含属性数据等。现在学习的是第81页，共83页4.9 GIS空间时态数据库(4)(4)更新模式更新模式在全信息对象模型中一个关键性的问题在于对象的更新模式，即空间和属性数据随时间的变化形式。更新模式种类更新模式种类对象的版本进化；新对象的产生。现在学习的是第82页，共83页4.9 GIS空间时态数据库将全信息对象模型以实体联系方法表示为数据库的概念模型，如下图所示。现在学习的是第83页，共83页