空间数据库(升级版).doc

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1、空间数据库(升级版）1. 什么是空间数据、非空间数据，他们的特征是什么，试举例。答:是对现实世界中空间对象（事物）的描述，其实质是指以地球表面空间位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据。空间数据具有三大基本特征：空间特征、时间特征和专题属性特征。空间特征:空间特征是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地物的空间关系。时间特征: 空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算得到的。专题特征：专题特征亦指空间现象或空间目标的属性特征，它是指除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，如地形的坡度、波向、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖

2、类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等。 此外，空间数据还具有多维特征、多尺度性和海量数据等非空间数据所不具备的特征。时空特征一般由空间、属性和时间三部分构成，空间特征是指空间实体的空间位置及其与其他空间实体的空间关系，指明地物在地理空间中的位置。例如某观测站位于某地135度方向500m处。时间特征是指空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算得到的，例如按时间尺度划分地震、洪水霜冻为短期，土地利用、作物估产为中期，城市化、水土流失为长期。属性特征它是指除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，指地学现象的数量、质量和分类等属性信息，包括用来描述地物的自然或人文属性的定性或定量指标

3、的成分。例如，表示一个城镇居民点，若仅有位置坐标（x,y）,那只是一个几何点，要构成居民点的地理空间数据，还需要经济、社会、资源和环境等属性数据。2. 什么是空间数据库，其主要功能。答：指以特定的信息结构（如国土、规划、环境、交通等）和数据模型（如关系模型、面向对象模型等）表达、存储和管理从地理空间中获取的某类 空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。主要功能：空间数据处理与更新、海量数据存储与管理、空间分析与决策、空间信息交换与共享。3. 空间实体的两种表达，栅格与矢量的数据组织方式。答：矢量数据：矢量方法强调离散现象的存在，把现实世界的空间实体抽象地看作是由平面的点、线、面三种基本

4、空间目标组成的。点是由一对地理坐标定义，可以用来代表位置信息。线，用一连串有序的两个或多个坐标对集合来表达对于本身宽度在研究中可以忽略的线状空间对象。面，对于面状区域则是通过对边界线的定义来进行的。 栅格数据：将地理区域的平面表象进行规则行列划分成网格阵列。栅格数据结构实际上就是像元阵列。点：为一个像元。线：在一定方向上连接成串的相邻像元集合。面：聚集在一起的相邻像元集合。4. 空间关系，空间拓扑关系的理解，图表转换。答：空间关系是指空间目标之间在一定区域上构成的与空间特性有关的联系，这种联系可分为拓扑关系、度量关系、顺序关系。拓扑关系是指拓扑变换下的拓扑变量，如空间目标关联、相邻与连通关系；

5、度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，如目标距离；方位关系用来描述目标在空间中整体和局部的某种顺序关系。空间拓扑关系反映了空间中连续变化中的不变性，图形的形状、大小会随图形的变化而改变，但是相邻、包含、相交等关系不会发生改变。（P51）图表转换（P52）5. 空间数据模型：TIN模型、Grid模型、四面体网格TEN，阐述常用数据模型的基本思想。 答：TIN模型（不规则三角网），它由不规则分布的数据点连成的三角网组成，是一种基于三角形的空间镶嵌模型，三角形的形状和大小取决于不规则分布的观测点或称结点的密度和位置。是由点生成的，每个点具有一个反映高程值的连续型实数值。TIN数据结构

6、不仅要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标、结点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等。Grid模型（规则网格模型）-规则网格将区域空间切分为规则的网格单元，每个网格单元对应一个数值，数学上可以表示为一个矩阵，在计算机中实现中则是一个二维数组。每个网格单元或数组的一个元素，对应一个高程值。四面体网格TEN是用紧密排列但不重叠的不规则四面体形成的空间网格来表示空间目标，是2D TIN在3D空间上的扩展。首先将2D Voronoi网格扩展到3D形成3D Voronoi多面体，然后将TIN结构扩展到3D形成TEN。6. 什么是空间索引，阐述网格索引、二叉树索引、R树索引等常见索引方式的的基本思想。 空

7、间索引：是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，按一定顺序排列的一种数据机构，其中包含空间实体的概要信息，如对象标识、外接矩形以及指向空间实体的指针等。 网格索引：将地理空间进行规则网格划分，划分成大小相同的网格，然后基于网格建立空间索引，在每个网格索引项里登记上落入该网格的空间对象的目标标识。 关键：网格大小的确定 二叉树索引：KD树是二叉查找树(Binary Search Tree,BST)在k维空间的自然扩展，是一种检索k维空间点的二叉树。 KD树的每个结点都代表一个k维空间点，并且和一个矩形区域相对应，树的根结点和整个研究区域相对应。（P123） R树索引：R树用空间对

8、象的最小外包矩形R来表示对象的范围。矩形是广义的概念。R树及其众多变种都是一种平衡树，而结构类似于B+树。R树利用B树的某些本质特性来处理多维数据。R树的所有叶子都在同一层，其采用空间聚集的方式把相邻近的空间实体划分到一起，组成更高一层的结点。7. 空间数据查询处理，简单查询语言(P168)8. 时态GIS数据库，采用什么样的方法进行组织：时间作为新的一维、基态修正法、时空复合法；时间粒度、时间尺度概念。 时态GIS数据库: 许多应用领域要求GIS能提供完善的时序分析功能，高效地回答与时间相关的各类问题，在时间与空间两方面全面处理地理信息系统，即称为时态GIS（Temporal GIS）。目前

9、已有时空数据的三种组织方法：1.时间作为新的一维。使用三维的地理矩阵(geographics matriix)，以位置、属性和时间分别作为矩阵的行、列和高。用四叉树表达二维格数据，八叉树表示立方体，则可用十六叉树表GIS的空间时间模型。2.基态修正法。不存储研究区域中每个状态的全部信息，只存贮某个时间的数据状态(称为基态)，以及相对于基态的变化量。3.时空复合法。将空间分隔为具有相同的时空过程的最大单元，称为时空单元，每个时空单元在存贮方法上被看成静态的空间单元，而该时空单元中的时空过程则作为属性来存储。 时间粒度：现实世界的是无限的，没有开始也没有结束，它可看成是两段无限的实数轴，轴上的每一

10、点代表所处的某一时刻，从某一时刻到另一时刻看成是两段无限的实数轴，轴上的每一点代表所处的某一时刻，从某一时刻到另一时刻看成是一段时间，用于度量时间的尺度具有多样性。具有相同长度的时间段，称之为时间粒度。时间尺度：上网查9. 什么是Metadata（元数据），元数据的作用空间元数据是关于数据的数据；它在地理信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表达方式、空间参考、管理方式以及数据集的其它特征，它是实现地理空间信息共享的核心标准之一。 元数据的作用：1元数据对数据生产者和用户的作用（1）帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档，并保证即使其主要工作人员退休或调离时，也不会失去对数据情

11、况的了解。（2）提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询、检索地理空间数据。（3）提供通过网络对数据进行查询、检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息。（4）帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其要求作出正确的判断。（5）提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。（6）帮助数据所有者查询所需空间信息。比如，它可以按照不同的地理区间、指定的语言以及具体的时间段来查找空间信息资源。2元数据对地理信息共享的作用从地理信息共享的角度上看，元数据可以为所有用户提供包括数据内容、质量、状态及相关特性的数据编目，并且当数据转

12、换时，元数据可以提供处理和解释数据所必须的必要信息。总之，元数据及其标准为地理信息共享提供了指示路标和入门的钥匙。10. 空间数据库设计的主要过程1.需求分析阶段，2.概念设计阶段，3.逻辑设计阶段，4.物理设计阶段，5.数据库实现阶段，6.数据库运行与维护阶段11. 数据流图与数据字典数据流图（Data Flow Diagram）：简称DFD，它从数据传递和加工角度，以图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程，是结构化系统分析方法的主要表达工具及用于表示软件模型的一种图示方法。数据字典：用来定义数据流图中的各个成份的具体含义，是关于数据信息的集合。12. E-R模

13、型、UML模型，原理及简单应用 E-R模型原理：是一种概念简单、易于接受的概念模型。E-R模型将现实世界理解为由许多实体组成的有机体，模型重点关注实体及其相互关系，实体则通过实体属性表达实质内容，是一种面向实体属性及其相互关系的模型。UML模型：是另一个流行的概念建模工具，是用于面向对象软件设计的概念层建模的新型标准之一。它是一种综合型语言，用于在概念层对结构化模式和动态行为进行建模。13. 空间数据获取的实现方式(P286)矢量数据的获取方式:1)由外业测量获得: 可利用测量仪器自动记录测量成果，然后转到地理数据库中。2)由栅格数据转换获得:利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。

14、3)跟踪数字化:用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。栅格数据的获取方式： 手工目读网格化 数字化仪手扶跟踪仪矢量化之后转换为栅格结构 扫描数字化 分类影像输入 其它 14. 什么是分布式空间数据库，其特点 答：是使用计算机网络把面向物理上分散，而管理和控制又需要不同程度集中的空间数据库连接起来，共同组成一个统一的数据库的空间数据管理系统。也可以看成是空间数据库和计算机网络的总和。特点如下：（1）可靠性（2）自治性（3）模块性（4）高效率、高可用性 除以上优点，还具有（1）数据的物理分布性和逻辑整体性（2）数据的分布独立性（3）数据的冗余存储（4）场地自治和协调15.空间数据仓库的概念

15、 答：是一种数据存储、管理和处理的技术，是在数据仓库的基础上提出的一个新的概念和新的技术，是GIS技术和数据仓库技术相结合的产物，是数据仓库的一种特殊形式。是面向主题的、集成的随时间不断变化的和非易失性的空间和非空间数据集合，用于支持空间辅助决策和空间数据挖掘。栅格数据取值 中心归属法 面积占优法 长度占优法 重要性法 矢量数据结构与栅格数据结构比较 优点 缺点矢量1、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。 2、空间位置精度高 3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。 4、 图形显示质量好，精度高。1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困

16、难。 2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。 3、不能直接处理数字图像信息 4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。 栅 格1、 结构简单，易数据交换。 2、叠置分析和地理（能有效表达空可 变性）现象模拟较易。 3、利于与感遥数据的匹配应用和分析，便于图像处理。 4、输出快速，成本低廉。 1、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。 2、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。 3、投影转换困难。 4、图形质量较低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。 优点 缺点 1）数据结构紧凑 1）数据结构复杂矢量数据 2）便于网络分析 2）不利于叠加分析 3）图形显示质量好精度高 3）不易同 RS结合 4）便于面向对象的数据表示 4）硬软件技术要求高 1）数据结构简单 1） 数据量大栅格数据 2）便于空间分析和系统模拟 2） 投影转换复杂 3）易同RS结合 3） 图形质量差 4）输出快、成本低 4） 现象识别效果差