第7章 空间数据库系统设计1精选文档.ppt

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1、第第7章章 空间数据库系统空间数据库系统设计设计1本讲稿第一页，共四十一页现实世界空间数据地图遥感影像特征关系行为观察选择抽象综合测量：位置编码：属性建立关系：表达 一、空间数据本讲稿第二页，共四十一页GIS数据类型n n数字栅格地图（DRG）n n数字线划地图（DLG）n n数字正射影像图（DOM）n n数字高程模型（DEM）n n属性数据n n是什么，判读和考察n n详细描述信息本讲稿第三页，共四十一页DRGDLG本讲稿第四页，共四十一页DOMDOM本讲稿第五页，共四十一页DEMDEM本讲稿第六页，共四十一页空间特征 比例尺、坐标系和投影类型等 GIS特有的数据特征 刻画空间对象的位置、形

2、状和大小等几何特征 表示：绝对描述坐标（直角坐标、经纬度）相对描述空间关系时间特征属性特征 其中，时间特征和属性特征是一般信息系统中的数据都具有的，而空间特征是空间数据独有的。（一）空间数据的特征本讲稿第七页，共四十一页比例尺含义：含义：指空间数据库入库前指空间数据库入库前原始图件的比例尺原始图件的比例尺。数字化后的地。数字化后的地图可在一定范围内按任意比例尺显示。图可在一定范围内按任意比例尺显示。如何确定？如何确定？空间数据库的比例尺通常取决于用户对空间数据库的比例尺通常取决于用户对空间数据的精度空间数据的精度要求及要求及所研究区域的大小。所研究区域的大小。精度要求越高，地图比例尺就越大，内

3、容愈详细，数字化工作量精度要求越高，地图比例尺就越大，内容愈详细，数字化工作量和存储量也就越大。和存储量也就越大。本讲稿第八页，共四十一页地理坐标系描述：描述：采用经纬度（采用经纬度（,）来确定地球表面上任意一点的位置。来确定地球表面上任意一点的位置。格林威治天文台的格林威治天文台的子午面子午面应用领域：一般应用于应用领域：一般应用于空间位置要求很明确空间位置要求很明确的的GISGIS中。因为经纬度中。因为经纬度不仅能标示空间对象在地球表面上的位置，还能显示其地理方位以及不仅能标示空间对象在地球表面上的位置，还能显示其地理方位以及所处的所处的时区时区、两地间的、两地间的时差等时差等。坐标系 空

4、间数据库中常用的坐标系有空间数据库中常用的坐标系有地理坐标系地理坐标系和和平面直角坐标系平面直角坐标系。本讲稿第九页，共四十一页地球表面地球的经线和纬线 地面点的高程 本讲稿第十页，共四十一页平面直角坐标系描述：首先定义一个原点（描述：首先定义一个原点（0,00,0）及）及x x，y y轴方向，然后通过轴方向，然后通过（x,yx,y）值确定某个地理实体的位置。值确定某个地理实体的位置。应用领域：适用于应用领域：适用于大比例尺小区域的大比例尺小区域的GISGIS应用应用。因为在该坐标系中，。因为在该坐标系中，统计面积、距离量算等较为方便，在统计面积、距离量算等较为方便，在测绘测绘中应用较广，如房

5、产中应用较广，如房产测绘等。测绘等。我国大地控制点的坐标系有我国大地控制点的坐标系有19541954年北京坐标系年北京坐标系和和19801980年西安坐年西安坐标系标系。实际应用中可自定义实际应用中可自定义地方坐标系地方坐标系。本讲稿第十一页，共四十一页高程坐标系n n在在GISGIS应用中需进行高程分析。应考虑空间数据所选用的高程系，我应用中需进行高程分析。应考虑空间数据所选用的高程系，我国的高程系有国的高程系有19561956年黄海高程系年黄海高程系和和19851985年国家高程系年国家高程系。n n在利用一些旧的地形图数据的时候可能需要进行在利用一些旧的地形图数据的时候可能需要进行高程系

6、的转高程系的转换换。本讲稿第十二页，共四十一页投影含义：含义：不同的坐标系可以通过地图投影来建立联系不同的坐标系可以通过地图投影来建立联系，即地球表面，即地球表面任一由地理坐标（任一由地理坐标（,）确定的点，在平面上必然有一个由平面确定的点，在平面上必然有一个由平面直角坐标（直角坐标（x,yx,y）确定的点与它相对应。确定的点与它相对应。本讲稿第十三页，共四十一页如何选择地图投影类型？首先是首先是经纬线形状和变形性质经纬线形状和变形性质能否满足能否满足GISGIS对数据的要求；对数据的要求；其次是投影的其次是投影的变形要小且分布均匀变形要小且分布均匀，使等变形线大致与区域轮，使等变形线大致与区

7、域轮廓一致；廓一致；再次就是经纬网形状不复杂，再次就是经纬网形状不复杂，便于识别和投影计算、转换便于识别和投影计算、转换等。等。本讲稿第十四页，共四十一页不同变形性质投影类型的比较 投影类型投影类型特点特点适用领域适用领域等角投影等角投影方位准确，小区域的图形能与实地相似 航空、航海、气象、洋流和军事等方面等积投影等积投影 面积正确，方便分析信息间的对比关系行政区划、自然或经济区划、人口密度、土地利用、农业、经济和某种自然现象分布等方面 等距方位等距方位投影投影距离准确，方便对一定半径范围进行控制城市防空、地震台、雷达站等方面本讲稿第十五页，共四十一页 在高斯克吕格投影上，规定以中央经线为X轴

8、，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。我国在北半球，X坐标皆为正值。Y坐标在中央经线以西为负值，运用起来很不方便。为了避免Y坐标出现负值，通常将各带的坐标纵轴西移500千米，即将所有Y值都加500千米。我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯克吕格投影。1:2.5万至1:50万的地形图，采用6分带方案，全球共分为60个投影带；我国位于东经72到136间，共含11个投影带；1:1万比例尺图采用3分带方案，全球共120个带。本讲稿第十六页，共四十一页（二）空间数据的规范与标准 空间数据的规范与标准包括以下内容：空间数据的规范与标准包括以下内容：空间数据的分类空间数据的分类空间数据的编码标准空间数

9、据的编码标准空间元数据标准空间元数据标准 本讲稿第十七页，共四十一页（1）空间数据的分类目的：为了便于计算机目的：为了便于计算机存储、编码和检索存储、编码和检索空间数据。空间数据。方法：一般采用宏观的方法：一般采用宏观的全国分类系统全国分类系统与与详细的专业分类系统详细的专业分类系统相相递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级的分类系统之中。一级的分类系统之中。本讲稿第十八页，共四十一页国家标准国家标准国土基础信息数据分类与代码国土基础信息数据分类与代码（GB/T 13923-92）n n40000 40000 40000

10、 40000 交通交通交通交通n n41000 41000 铁路铁路n n42000 42000 公路公路n n43000 43000 铁路和公路主要构筑物铁路和公路主要构筑物n n44000 44000 航运航运n n45000 45000 港口港口n n46000 46000 空运空运本讲稿第十九页，共四十一页本讲稿第二十页，共四十一页（2）空间数据的编码标准将空间数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的将空间数据分类的结果用一种易于被计算机和人识别的符号体符号体系系表示出来的过程，是人们统一认识、统一观点和相互交换表示出来的过程，是人们统一认识、统一观点和相互交换信息的一种技术手段。信

11、息的一种技术手段。编码的直接产物是编码的直接产物是代码代码，即表示特定信息的一个或一组有，即表示特定信息的一个或一组有序排列的符号。序排列的符号。原则：原则：编码按国家的编码按国家的规范和标准规范和标准执行；执行；杜绝多义性；杜绝多义性；码位不宜过长。码位不宜过长。本讲稿第二十一页，共四十一页*路名序号（数字）干路序号（数字）走向序号（数字）分类码（数字）方位区码（字符）道路编码方案示例 市区道路编码方案：道路编市区道路编码方案：道路编码由五种道路属性组成，码由五种道路属性组成，例如道路编码例如道路编码“E123005E123005”，其中，其中，“E E”代表方位区码，代表方位区码，“1 1

12、”代表分类码，代表分类码，“2 2”代代表走向序号，表走向序号，“3 3”代表干路代表干路序号，序号，“005005”代表路名序代表路名序号。号。本讲稿第二十二页，共四十一页中国湖泊信息系统湖泊代码编制B SS C NNNB SS C NNNn n（1 1）B:B:一位字母码表示流域（或内流区），取值为一位字母码表示流域（或内流区），取值为A-ZA-Z.如如 A:A:黑龙江、黑龙江、B:B:辽河、辽河、C:C:海河、海河、D:D:黄河、黄河、E:E:淮河、淮河、F:F:长江、长江、G:G:浙、台诸河流域、浙、台诸河流域、H:H:珠江。珠江。Z Z：其他地区封闭湖。：其他地区封闭湖。n n（2

13、2）SS:SS:二位数字码表示湖泊所属省、自治区、直辖市。取二位数字码表示湖泊所属省、自治区、直辖市。取GB226091GB226091中华中华人民共和国行政区划码人民共和国行政区划码的后两位数，如的后两位数，如3232：江苏。：江苏。n n（3 3）C:C:一位字母码表示湖泊水化学性质等状况，取值一位字母码表示湖泊水化学性质等状况，取值A-GA-G A:A:淡水湖（湖水矿化度淡水湖（湖水矿化度 1g/L50g/L 50g/L）；）；E:E:干盐湖（地下有晶间卤水或固体岩干盐湖（地下有晶间卤水或固体岩矿，是重要的沉积矿床）；矿，是重要的沉积矿床）；F:F:湖水化学性质不明湖泊；湖水化学性质不明

14、湖泊；G:G:时令湖（西部地区季时令湖（西部地区季节性蓄水的湖泊）。节性蓄水的湖泊）。n n（4 4）NNN:NNN:三位数字码表示湖泊面积大小的范围，分为三位数字码表示湖泊面积大小的范围，分为5 5级：级：001009001009：面积：面积1000km1000km2 2 ；101199101199：面积为：面积为500-1000km500-1000km2 2 ；201299201299：面积为：面积为100-100-500km500km2 2 ；301499301499：面积为：面积为10-100km10-100km2 2 ；401401999999：面积为：面积为1-1-10km10km

15、2 2。本讲稿第二十三页，共四十一页（3）空间元数据标准定义：指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、定义：指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其它特征。是表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其它特征。是空间数空间数据交换据交换的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。上为空间数据的质量提供了保障。分类：分类：管理元数据：是对管理元数据：是对GISGIS源数据及其内容、主题、数据转换源数据及其内容、主题、数据转换和各种操作信息的描述

16、。和各种操作信息的描述。用户元数据：帮助用户查询、理解信息，并了解这些数用户元数据：帮助用户查询、理解信息，并了解这些数据的组织方式等。据的组织方式等。本讲稿第二十四页，共四十一页 标标准准部部分分 标识信息标识信息标识空间数据的名称、由谁开发的、是关于哪个区域的、包括的专标识空间数据的名称、由谁开发的、是关于哪个区域的、包括的专题、现势性如何、对数据的使用和获取有何限制等题、现势性如何、对数据的使用和获取有何限制等 数据质量信息数据质量信息 属性精度、逻辑一致性、完备性报告、空间位置精度和垂直精度报属性精度、逻辑一致性、完备性报告、空间位置精度和垂直精度报告等告等 空间数据表示信息空间数据表

17、示信息 空间表示类型、矢量空间表示信息、栅格空间表示类型和影像空间空间表示类型、矢量空间表示信息、栅格空间表示类型和影像空间表示类型等表示类型等 数据集继承关系数据集继承关系 数据源信息、数据源范围和处理步骤等数据源信息、数据源范围和处理步骤等 空间参照信息空间参照信息 空间参照系类型、地理标识码参照系统、水平坐标系统定义和垂直空间参照系类型、地理标识码参照系统、水平坐标系统定义和垂直坐标系统定义等坐标系统定义等 实体和属性信息实体和属性信息 实体类型定义、类型名称、类型标识码、属性定义、属性名称和属实体类型定义、类型名称、类型标识码、属性定义、属性名称和属性标识码等性标识码等 数据集发行信息

18、数据集发行信息 发行部门、发行日期、订购程序等发行部门、发行日期、订购程序等 元数据参考信息元数据参考信息 元数据日期信息、联系地址、限制条件和安全信息等元数据日期信息、联系地址、限制条件和安全信息等 引引用用部部分分 引用信息引用信息 标题、作者、参考时间、出版信息和版本等标题、作者、参考时间、出版信息和版本等 时间范围信息时间范围信息 起始和结束日期等起始和结束日期等 联系信息联系信息 联系人、联系地址和联系单位等联系人、联系地址和联系单位等 地址信息地址信息 国家、省、市、县、邮编、联系电话、电子邮件地址和网址等国家、省、市、县、邮编、联系电话、电子邮件地址和网址等我国元数据标准建议草案

19、主体组成本讲稿第二十五页，共四十一页返回返回本讲稿第二十六页，共四十一页二、空间数据的逻辑预处理（一）分幅（一）分幅 （二）分层（二）分层 （三）分专题要素（三）分专题要素返回返回本讲稿第二十七页，共四十一页分层(纵方向)tile1 tile2 分幅（水平方向）tile3 tile4 tile1 tile2 植被层(Layer1)tile3 tile4 tile1 tile2 水系层(Layer2)tile3 tile4 tile1 tile2 居民地层(Layer3)tile3 tile4 空间数据分幅和分层示意图 本讲稿第二十八页，共四十一页（一）分幅当GIS空间数据库的比例尺较大时，图幅

20、的范围也就较大，为了便于数据的存储、检索、显示与分析，有必要对整个地图进行分幅。分幅的方式可以是按矩形，也可以是按行政区划。还可按城市管理分幅（如电信分幅、污水系统分幅、消防分幅等）、交通管理分幅、邮政分幅、环保分幅等。本讲稿第二十九页，共四十一页矩形分幅示意图 在规划国土样区系统中在规划国土样区系统中采用的按矩形分幅方法采用的按矩形分幅方法分别按格网大小分幅：分别按格网大小分幅：一是按原有一是按原有1:10001:1000的图的图幅分幅，另一种按幅分幅，另一种按1 1平方平方公里分幅。公里分幅。118500,21000121500,21000MAP1MAP2MAP37207217227237

21、24725MAP4MAP5MAP6648649650651652653MAP7MAP8MAP95765775785795805811180500,18000MAP10336337121500,175001平方公里分幅图1：1000图幅分幅图本讲稿第三十页，共四十一页分幅处理应注意问题分幅可能会带来数据无缝处理的问题，即相邻两幅图之间数据的完整性与一致性问题。在数据分幅处理过程中，应注意以下问题：（1）确定典型用户常用的查询范围；（2）选择适当的数据量，每幅中的数据量应适度；（3）需要经过典型试验以确定最佳方案。返回返回本讲稿第三十一页，共四十一页（二）分层描述：分层是在分幅的基础之上进行的，它

22、按地图内容进行划分，不同的内容属于不同的层。目的：更有效地组织和管理空间数据依据：国家相关信息分类标准原则：宜细不宜粗，尽量减少层与层之间的关联本讲稿第三十二页，共四十一页空间数据分层X土壤地貌森林建筑物ZY本讲稿第三十三页，共四十一页分层处理应注意问题（1）按要素类型分层，性质相同或相近的要素应放在同一层。（2）数据与数据之间的关系。如数据的公共边，数据之间的隶属关系等。（3）基础信息数据的分层较细，各种专题信息数据一般放在单独的一层或较少的几层中。（4）考虑用户视图的多样性。本讲稿第三十四页，共四十一页（5 5）分层时应考虑）分层时应考虑数据与功能的关系数据与功能的关系，如数据使用频率，如

23、数据使用频率，起主导作用的功能等。起主导作用的功能等。（6 6）分分层层时时应应考考虑虑更更新新的的问问题题，应应考考虑虑将将变变更更频频繁繁的的数数据据分分离出来。离出来。（7 7）分分层层时时应应顾顾及及数数据据量量的的大大小小，各各层层数数据据的的数数据据量量最最好好比比较均衡。较均衡。（8 8）尽量）尽量减少冗余数据减少冗余数据。本讲稿第三十五页，共四十一页分层示例 江阴市土地利用规划管理信息系统空间数据分类江阴市土地利用规划管理信息系统空间数据分类装饰图层装饰图层 背景图层背景图层 规划图层规划图层 规划规划_ _饼图饼图 图框图框 规划规划_ _注记注记 规划规划_ _图例图例 玫

24、瑰图玫瑰图 市界市界 镇界镇界 村界村界 耕地耕地 林地林地 园地园地 未利用地未利用地 城镇村工矿城镇村工矿 河流河流 道路道路 特殊用地特殊用地 规划规划_ _林地林地 规划规划_ _园地园地 规划规划_ _农村居民点农村居民点 规划规划_ _道路道路 规划规划_ _铁路铁路 规划规划_ _镇区镇区 规划规划_ _独立工矿用地独立工矿用地 规划规划_ _河流河流 规划规划_ _一般农田一般农田 规划规划_ _基本农田基本农田 返回返回本讲稿第三十六页，共四十一页（三）分专题要素 l l空间数据的另一种组织方式是按空间数据的另一种组织方式是按专题专题要素来组织要素来组织l l根据某部门所感兴

25、趣的对象，如商店、银行、有污染的工厂等来组织根据某部门所感兴趣的对象，如商店、银行、有污染的工厂等来组织地理实体集合的几何与属性数据，同一层中可能会有不同种类的地理地理实体集合的几何与属性数据，同一层中可能会有不同种类的地理对象。对象。本讲稿第三十七页，共四十一页本讲稿第三十八页，共四十一页江阴市土地利用规划管理信息系统空间数据组织 JLUPMIS的空间数据主要服务于江阴市土地利用规划管理，为自动化办公业务提供各类现状和规划数据的查询统计，以及规划实施和跟踪监测工作的背景图等。其设计内容包括：空间数学基础Projection：non-EarthUnitmMinx497,000；Miny506,

26、000；Maxx559,000；Maxy554,000本讲稿第三十九页，共四十一页 空间数据表索引（表代码说明）空间数据表索引（表代码说明）编编编编 号号号号表表表表 名名名名中中中中 文文文文 名名名名备备备备 注注注注101101XZQHXZQH行政区划要素基本属性结构表行政区划要素基本属性结构表201201MZYDMZYD土地用途面状用地要素属性结构表土地用途面状用地要素属性结构表202202XZYDXZYD土地用途线状用地要素基本属性结构表土地用途线状用地要素基本属性结构表301301YTFQYTFQ土地用途分区要素属性结构表土地用途分区要素属性结构表302302JBNTJBNT基本农

27、田保护要素属性结构表基本农田保护要素属性结构表303303TDZLTDZL土地整理要素属性结构表土地整理要素属性结构表304304TDFKTDFK土地复垦要素属性结构表土地复垦要素属性结构表305305TDKFTDKF土地开发要素属性结构表土地开发要素属性结构表306306STHJSTHJ生态环境建设要素属性结构表生态环境建设要素属性结构表401401ZJFHZJFH注记符号属性结构表注记符号属性结构表本讲稿第四十页，共四十一页 规划工作图层组成规划工作图层组成图形数据库包括两部分内容：背景图（土地利用现状图和土图形数据库包括两部分内容：背景图（土地利用现状图和土地利用规划图）和工作图层。背景图由图层地利用规划图）和工作图层。背景图由图层A10A10、B11B11、B12B12、C10C10、C20C20、C30C30、C40C40、C50C50、C60C60、D10D10组成。其中组成。其中A10A10、B11B11、B12B12、D10D10图层组成图层组成“土地利用现状图土地利用现状图”；A10A10、C10C10、C20C20、C30C30、C40C40、C50C50、C60C60、D10D10组成组成“土地利用规划图土地利用规划图”。返回返回本讲稿第四十一页，共四十一页