空間數(shù)據(jù)庫的第二章(遙感)

空間數(shù)據(jù)認(rèn)知、表達(dá)、存儲(chǔ)與管理

地理空間連續(xù)空間現(xiàn)象集合獨(dú)立空間現(xiàn)象集合場(chǎng)模型實(shí)體模型F(x,y)------------屬性集映射到

空間要素集合柵格結(jié)構(gòu)幾何形狀主題屬性時(shí)態(tài)屬性DLG矢量結(jié)構(gòu)矢量模型柵格圖像空間數(shù)據(jù)模型分類分類抽象抽象形式形式離散離散存儲(chǔ)柵格模型展現(xiàn)存儲(chǔ)展現(xiàn)包括符號(hào)地圖展現(xiàn)包括主要內(nèi)容

一、場(chǎng)模型與柵格結(jié)構(gòu)

（場(chǎng)模型、柵格結(jié)構(gòu)）二、實(shí)體模型與矢量結(jié)構(gòu)（實(shí)體模型、矢量結(jié)構(gòu)）三、空間數(shù)據(jù)模型（重要性、邏輯數(shù)據(jù)單位）四、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

（概念、構(gòu)架、功能擴(kuò)展，

實(shí)現(xiàn)方式）五、GEODATABASE的構(gòu)架Back場(chǎng)模型（概念）

絕對(duì)空間的觀點(diǎn)認(rèn)為：地理空間是一個(gè)3維、連續(xù)、非空的復(fù)雜空間場(chǎng)?？臻g場(chǎng)中每個(gè)位置都被一個(gè)或多個(gè)空間現(xiàn)象占據(jù)著，具有一種或多種屬性，或?qū)?yīng)著一個(gè)或多個(gè)空間要素的特征碼，特征碼集成了空間要素的空間屬性與主題屬性。場(chǎng)模型將地理空間抽象為空間參照系中具有屬性的、連續(xù)的、不重合的、無窮個(gè)空間位置的集合，每個(gè)位置表示成一個(gè)二維或三維坐標(biāo)向量，坐標(biāo)取值為連續(xù)的實(shí)數(shù)值。場(chǎng)模型將空間位置通過不同的函數(shù)（數(shù)學(xué)空間中的連續(xù)函數(shù)或分段連續(xù)函數(shù)）映射到多種屬性域上，形成多個(gè)不同的場(chǎng)。場(chǎng)模型（二維場(chǎng)）

二維場(chǎng)模型用二維坐標(biāo)向量的連續(xù)函數(shù)或分段連續(xù)函數(shù)表示空間表面（地形表面、溫度等），將研究區(qū)域內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)位映射成值域(屬性域)中一個(gè)具體值。如圖3-1(a)，研究區(qū)域有工業(yè)、商業(yè)和居住區(qū)三種類型，粗線為邊界。定義一個(gè)分段連續(xù)函數(shù)f(x,y)，定義域?yàn)檠芯繀^(qū)域占據(jù)的空間范圍，值域?yàn)橥恋厥褂妙愋汀?/p>

場(chǎng)模型（二維場(chǎng)）圖3-1土地使用情況及其離散化表示場(chǎng)模型（三維場(chǎng)）

三維場(chǎng)用三維連續(xù)函數(shù)或三維分段連續(xù)函數(shù)：

R=f(x,y,h)、或R=f(B,L,H)

或R=f(X,Y,Z)

表示體狀分布的物體（如礦體構(gòu)造等），其中(x,y,h)、(B,L,H)、(X,Y,Z)為三維空間位置，R為該位置的屬性（如礦物屬性）。場(chǎng)模型（覆蓋結(jié)構(gòu)）

覆蓋指一些規(guī)則或不規(guī)則網(wǎng)格，用于將連續(xù)的場(chǎng)離散化。常見的規(guī)則網(wǎng)格有正方形、正六邊形、正三角形網(wǎng)格。常用不規(guī)則網(wǎng)格有不規(guī)則三角形網(wǎng)格TIN和泰森多邊形網(wǎng)格。用規(guī)則或不規(guī)則網(wǎng)格將研究區(qū)域的空間范圍離散化，得到的幾何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為覆蓋結(jié)構(gòu)（或鑲嵌結(jié)構(gòu)），在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中叫網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，覆蓋結(jié)構(gòu)是場(chǎng)模型的離散化表示。圖3-2(a)三角形、方格和六角形

(b)TIN與Voronoi圖

場(chǎng)模型（組成）

場(chǎng)模型由空間參照系統(tǒng)、場(chǎng)函數(shù)、網(wǎng)格（一定分辨率）和場(chǎng)操作四部分組成。若函數(shù)為單值，參照系是歐氏平面，場(chǎng)模型可用表面或等值線進(jìn)行可視化表示。

1、空間參照系統(tǒng)：定義某種地理坐標(biāo)系統(tǒng)，將地理空間轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)空間。

2、場(chǎng)函數(shù)：場(chǎng)函數(shù)是場(chǎng)模型的連續(xù)、可視化表示形式。在定義域（研究區(qū)域的所有網(wǎng)格單元）上有一個(gè)函數(shù)集，分別將空間（網(wǎng)格單元）位置映射到不同的屬性集（不同圖層）。如：地表高程、土地使用、溫度等。

3、網(wǎng)格：選擇一種網(wǎng)格（覆蓋），將研究區(qū)域離散化，網(wǎng)格分辨率代表離散化的精度。場(chǎng)模型（組成）

4、場(chǎng)操作場(chǎng)操作把一個(gè)場(chǎng)映射為另一個(gè)場(chǎng)（場(chǎng)之間的聯(lián)系和交互）。

1）點(diǎn)操作：新場(chǎng)的取值只依賴輸入場(chǎng)（原場(chǎng)）中相同位置單點(diǎn)的屬性值，不受鄰點(diǎn)屬性和區(qū)域內(nèi)一般特征影響。常見的函數(shù)有加、減、乘、除等代數(shù)運(yùn)算；與、并、非、異或等邏輯運(yùn)算；大于、小于等比較運(yùn)算；指數(shù)、對(duì)數(shù)、三角函數(shù)等。新場(chǎng)與原場(chǎng)屬性意義可完全不同。場(chǎng)模型（組成）

2）聚焦操作：指定位置的新場(chǎng)值，不僅依賴輸入場(chǎng)相同位置的屬性值，還依賴與該位置有鄰域關(guān)聯(lián)（直接或間接幾何關(guān)聯(lián)）的其他位置的屬性值，如坡度場(chǎng)依賴于同點(diǎn)一個(gè)小鄰域的高程場(chǎng)。常見的函數(shù)有平滑、離散點(diǎn)搜索、連續(xù)表面描述（坡度、坡向、可視域分析）、點(diǎn)在多邊形中的判斷等。

3）區(qū)域操作：計(jì)算新場(chǎng)屬性值時(shí)，要考慮輸入場(chǎng)在整個(gè)區(qū)域的屬性值，即通過一個(gè)函數(shù)對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的所有值進(jìn)行綜合，然后計(jì)算新屬性值，如求平均高程。常見函數(shù)有求區(qū)域平均值、眾數(shù)，極值、求和、歸組、整體插值等方法。

Back柵格結(jié)構(gòu)（概念）

用平行于坐標(biāo)軸的正方形網(wǎng)格將研究空間劃分成N*M個(gè)具有一定分辨率的、大小均勻的、緊密相鄰的、呈規(guī)則行列排列的正方形網(wǎng)格單元。每個(gè)網(wǎng)格單元稱為像素或像元，用一對(duì)（X,Y）坐標(biāo)表示像素的位置（地理空間中一個(gè)離散點(diǎn)位置），X≦N表示行，Y≦M表示列。每個(gè)像元對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼表示該像元的屬性類型、量值或指向?qū)傩杂涗浀闹羔?。具有相同屬性的一組像元集合表示同一個(gè)空間要素。場(chǎng)值在空間上是自相關(guān)的（連續(xù)的），每個(gè)柵格像元的值采用像元內(nèi)所有場(chǎng)點(diǎn)的平均值表示，或者用像元中心位置的屬性值表示。柵格結(jié)構(gòu)（表達(dá)連續(xù)空間現(xiàn)象）

柵格結(jié)構(gòu)適合表達(dá)連續(xù)空間現(xiàn)象和空間現(xiàn)象集合，如：地形表面、天氣和污染、溫度表面、土地使用情況等。圖3-3為柵格形式的數(shù)字高程模型，用數(shù)學(xué)上的矩陣表示，實(shí)現(xiàn)為二維數(shù)組。圖3-3地形場(chǎng)的柵格表示

柵格結(jié)構(gòu)（表達(dá)獨(dú)立空間現(xiàn)象）

二維空間中的任何空間要素都可用其邊界范圍內(nèi)（覆蓋它）的像素集合來表示，如圖3-4：

1、點(diǎn)狀要素：表示成一個(gè)像素，位置用行列號(hào)表示；

2、線狀要素：表示成其中心線方向上一組連接成串的、單像素寬的相鄰柵格像素的集合，每個(gè)像素最多只有兩個(gè)相鄰像素在線上；

3、面狀要素或區(qū)域：表示成它所覆蓋的、聚集在一起的相鄰像素集合，每個(gè)柵格像素可有多于兩個(gè)相鄰單元同屬一個(gè)區(qū)域。給每個(gè)像素賦予一個(gè)特征碼來表示屬性，用記有區(qū)域?qū)傩缘南噜彇鸥裣袼氐募媳硎緟^(qū)域。柵格結(jié)構(gòu)（表達(dá)獨(dú)立空間現(xiàn)象）

柵格結(jié)構(gòu)用有限個(gè)像素的集合近似表示一個(gè)空間要素，分辨率越大精度越高，表示的要素可信度越高，但占用空間越大，處理越復(fù)雜。

圖3-4：點(diǎn)（a）、線（b）、區(qū)域（c）的柵格表示

圖3-1土地使用情況及其離散化表示柵格結(jié)構(gòu)（表達(dá)獨(dú)立空間現(xiàn)象）柵格結(jié)構(gòu)（表達(dá)獨(dú)立空間現(xiàn)象）表3-1土地使用的柵格表示（圖3-1b）：區(qū)域標(biāo)識(shí)土地類型區(qū)域邊界1商業(yè)區(qū)(2,2)(2,3)(2,4)(3,2)(3,3)(3,4)(4,2)(4,3)(5,2)(5,3)(6,2)(6,3)(7,2)(7,3)2工業(yè)區(qū)(2,5)(2,6)(3,5)(3,6)(4,5)(4,6)3居住區(qū)(5,4)(5,5)(5,6)(6,4)(6,5)(6,6)(7,4)(7,5)(7,6)柵格結(jié)構(gòu)（分層組織）

柵格結(jié)構(gòu)以空間位置為基礎(chǔ)來存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)的多態(tài)性使得同一像素位置可能具有多重事物，被多類空間要素占據(jù)，對(duì)應(yīng)多個(gè)特征碼。由于柵格的每個(gè)像素只能分配一個(gè)屬性碼，要表示多重屬性就要用多個(gè)笛卡爾平面網(wǎng)格，每個(gè)笛卡爾平面構(gòu)成單一的屬性數(shù)據(jù)層或?qū)ｎ}信息層。二維柵格結(jié)構(gòu)是一種按照信息內(nèi)容和類型分層表示和存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)。按道路、行政區(qū)域、土地使用、土壤、房屋、地下管線、自然地形等不同專題或地理類別來組織和處理地理信息，每一類型為一個(gè)圖層，每一圖層表示一種不同的場(chǎng)。柵格結(jié)構(gòu)（分層組織）圖3-5分層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)模型

柵格數(shù)據(jù)像素1像素2像素n。。。行號(hào)X列號(hào)Y層1屬性層2屬性。。。層m屬性柵格數(shù)據(jù)層1層2層m。。。行號(hào)X列號(hào)Y屬性值像素1像素2像素n。。。柵格結(jié)構(gòu)（單元編碼）

同一圖層中的同一個(gè)柵格單元有可能覆蓋多個(gè)空間要素，而柵格結(jié)構(gòu)中規(guī)定每個(gè)柵格單元只能取唯一的一個(gè)屬性值，這就需要按照一定的原則為每個(gè)網(wǎng)格單元指定一個(gè)唯一的屬性值或特征碼。圖3-6所示的一塊矩形地表區(qū)域，含有A、B、C三種地物類型，O點(diǎn)為中心點(diǎn)，將這個(gè)區(qū)域近似表示為柵格結(jié)構(gòu)的一個(gè)柵格單元。

圖3-6：柵格單元代碼的確定柵格結(jié)構(gòu)（單元編碼）1、中心點(diǎn)法：用位于（或覆蓋）柵格單元中心位置的地物類型來決定該柵格單元的代碼。圖7-5中覆蓋中心點(diǎn)O的地物為C，柵格單元代碼為C。

2、面積占優(yōu)法：以占據(jù)柵格單元面積最大的地物類型來決定該柵格單元的代碼。圖3-6中B類地物所占面積最大，柵格代碼為B。

3、重要性法：根據(jù)柵格單元內(nèi)不同地物的重要性，以最重要地物的類型來決定該柵格單元的代碼。假設(shè)圖3-6中A類地物最重要，柵格代碼為A。

4、百分比法：按照柵格單元內(nèi)各要素所占面積的百分比確定該柵格單元的代碼，可記面積最大的兩類BA，也可根據(jù)B類和A類所占面積百分比在代碼中加入數(shù)字。

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）

（一）直接存儲(chǔ)編碼直接編碼是一種非壓縮的存儲(chǔ)方式，將柵格看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）為每個(gè)像素編碼。通過一種編碼或排列，將二維分布的柵格單元映射成一維線性形式。按照一定的編碼方式為同一層的每個(gè)網(wǎng)格單元指定一個(gè)主碼，當(dāng)柵格單元的數(shù)據(jù)按這種主碼排序時(shí)，二維格網(wǎng)平面就被組織成了一維線性形式。如3-7所示，用某一種曲線遍歷柵格的每個(gè)單元，將2維格網(wǎng)映射成一維線性序列。直接存儲(chǔ)編碼主要采用線性映射法，常用的有morton碼，Z-序碼等。

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）圖3-7一些常用的柵格排列順序

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）

（二）壓縮存儲(chǔ)編碼柵格數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)一樣，為減少數(shù)據(jù)冗余（用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息），節(jié)省存儲(chǔ)空間，可采用壓縮形式存儲(chǔ)。柵格數(shù)據(jù)壓縮與圖像數(shù)據(jù)壓縮的差別是：柵格壓縮注重空間分析功能，采用無損壓縮方式，壓縮和解壓縮的速度是一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，要求實(shí)時(shí)高效。圖像壓縮主要考慮可視化效果，可采用有損壓縮，壓縮和解壓縮速度不是最重要的衡量指標(biāo)。柵格數(shù)據(jù)的主要壓縮存儲(chǔ)編碼有行程編碼、塊碼、鏈碼、四叉樹等。柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）1、行程編碼(RunLegtthEncode)

一幅柵格圖像，常有行（或列）方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼，通過比較一行（或一列）內(nèi)相鄰元素的屬性代碼值，相同值的同行（或同列）元素為一個(gè)行程，相鄰元素不同時(shí)，進(jìn)入下一行程。行程編碼存儲(chǔ)的不是每行或每列中的全部像素，它只存儲(chǔ)灰度值變化的位置，每個(gè)行程對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中一條記錄，每個(gè)行程只有一個(gè)編碼（記錄的主碼）。行程編碼有兩種表示方式，下面對(duì)圖3-4(c)柵格數(shù)據(jù)，分別按行或列方向進(jìn)行行程編碼。

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）1）第一種編碼方法將圖3-4(c)沿行方向進(jìn)行行程編碼。各行中數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)，依次記錄該代碼及相同代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)，每個(gè)行程表示成一個(gè)兩元組序列（灰度值，該灰度值連續(xù)分布的像元個(gè)數(shù)），行與行之間用“；”號(hào)分開。（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；（0，3），（8，5）；（0，4），（8，4）；（0，5），（8，3）。

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）2）第二種編碼方法將圖3-4(c)沿列方向進(jìn)行行程編碼，逐個(gè)記錄各列中特征碼變化的位置和相應(yīng)特征碼，每個(gè)行程表示成兩元組序列（灰度值的起始列號(hào)，灰度值），列與列之間用“；”號(hào)分開。（1，0），（2，4），（4，0）；（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）2、鏈碼(Chaincodes)

鏈碼又稱鏈?zhǔn)骄幋a或弗里曼鏈碼（Freeman,1961）或邊界鏈碼，1974年由Hoffman提出，稱為Freeman—Hoffman鏈碼。它用0一7來代表當(dāng)前像素8個(gè)不同相鄰方向的方向碼（圖3-8）。通過記錄每一條線起始像素的x，y坐標(biāo)和后續(xù)像素的方向碼來存儲(chǔ)線的軌跡，方向隱含。圖3-4(b)中曲線的鏈碼為（2，3）0177667。

3 2 1 4 P 0 5 6 7

圖3-8八方相連接?xùn)鸥窠Y(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）3、塊碼將行程編碼擴(kuò)大到二維的情況，把多邊形范圍劃分成由屬性相同的像素組成的不同大小的正方形塊，以正方形塊為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格。對(duì)各正方形塊進(jìn)行編碼，每個(gè)正方形塊為一條記錄，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為（左上角的行號(hào)，左上角的列號(hào)，正方形塊的邊長(zhǎng)，屬性碼），將所有塊的數(shù)據(jù)從上到下從左到右排列。對(duì)圖3-3（c）中圖像的分塊和塊碼如圖3-9所示。

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）圖3-9塊碼分割和塊碼編碼

柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）

4）四叉樹四叉樹將整個(gè)圖像區(qū)域逐級(jí)分解為被單一類型內(nèi)含的方形區(qū)域（最小為一個(gè)柵格象元）。分割原則是，將區(qū)域逐級(jí)劃分為四個(gè)大小相同的象限（編碼為0，1，2，3），每個(gè)象限可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)劃分。終止條件是，只要?jiǎng)澐值絻H代表一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時(shí)，則不再繼續(xù)劃分。四叉樹通過樹狀結(jié)構(gòu)記錄，對(duì)圖3-3（c）中圖像的四叉樹劃分和編碼如圖3-10所示。柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）圖7-7：（a）四叉樹分割（b）的四叉樹編碼柵格結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)編碼）

美國(guó)馬里蘭大學(xué)GIS中采用的編碼方式記錄終止結(jié)點(diǎn)的地址和值(子區(qū)代碼)，地址含兩部分（共32位二進(jìn)制），最右邊4位記錄葉子深度(第幾層)；從右邊第5位開始向左28字節(jié)記錄地址（從根結(jié)點(diǎn)到葉子的路徑），每層象限位置由兩位二進(jìn)制數(shù)表示。如圖3-10（b）6號(hào)終結(jié)點(diǎn)深度為3，第一層為0；第二層為3，第三層為2，表示為二進(jìn)制為：

0000…000(22位)；001110（6位）；0011（4位）剩下22位；001110是地址；0011表示在第三層記錄各葉子地址和相應(yīng)代碼值，就記錄了這圖像。

Back實(shí)體模型（概念）

實(shí)體模型將地理空間抽象成明確的、可識(shí)別的、可區(qū)分的、具有完整地理含義的、相關(guān)連的空間要素集合，每個(gè)GIS系統(tǒng)對(duì)應(yīng)要素集合中一個(gè)子集，顯示為一個(gè)區(qū)域的數(shù)字線劃圖（DLG）或符號(hào)地圖。每個(gè)空間要素映射為空間數(shù)據(jù)庫中一個(gè)實(shí)體，有一個(gè)描述它的屬性集（幾何形狀，主題屬性和時(shí)態(tài)屬性）。實(shí)體模型要表達(dá)空間要素的各類屬性及空間要素之間存在的多種空間、非空間和時(shí)間關(guān)系。實(shí)體模型（要素信息結(jié)構(gòu)）圖3-13要素空間息結(jié)構(gòu)非空間關(guān)系空間要素i幾何形狀地圖符號(hào)主題屬性時(shí)態(tài)屬性空間要素j幾何形狀地圖符號(hào)主題屬性時(shí)態(tài)屬性空間關(guān)系時(shí)間關(guān)系實(shí)體模型（要素信息結(jié)構(gòu)）

主題屬性：空間要素的主題屬性包括其定性屬性（質(zhì)量特征）、定量屬性（數(shù)量特征）。定性屬性主要包括空間要素的標(biāo)識(shí)、名稱、地理分類、質(zhì)量特性，如土壤種類、行政區(qū)劃等。定量屬性描述空間要素的數(shù)量和等級(jí)特征，如土地等級(jí)、人口數(shù)量等。

幾何形狀：空間要素的物理存在形式。地圖符號(hào)：空間要素幾何形態(tài)的重要展現(xiàn)形式，它也是一種空間數(shù)據(jù)，可以按照一定的數(shù)據(jù)模型來組織和存儲(chǔ)，建立專門的地圖符號(hào)庫。時(shí)態(tài)特征：各種特征隨時(shí)間的變化。實(shí)體模型（要素信息結(jié)構(gòu)）

空間關(guān)系：幾何關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系、度量關(guān)系、方位關(guān)系。

非空間關(guān)系：從屬、分類、相關(guān)關(guān)系時(shí)態(tài)關(guān)系：時(shí)序關(guān)系實(shí)體模型（要素構(gòu)成）

每個(gè)GIS所涉及的局部地理空間可抽象成有限個(gè)基本空間要素（簡(jiǎn)稱基本要素）和有限個(gè)復(fù)雜空間要素（簡(jiǎn)稱復(fù)雜要素）?；疽厥且粋€(gè)獨(dú)立的要素，指那些地理含義上不能再分的空間要素。復(fù)雜要素也稱復(fù)合要素，由多個(gè)基本要素和多個(gè)其他復(fù)雜要素，通過集合、組合、從屬等方式構(gòu)造而成。實(shí)體模型（要素構(gòu)成）復(fù)雜要素i基本要素成分復(fù)雜要素成分復(fù)雜要素實(shí)體基本要素i基本要素圖3-14要素空間的構(gòu)成i=1，……，有限個(gè)

復(fù)雜要素的“復(fù)雜”有兩種含義：第一種含義是指要素的組成復(fù)雜且形狀也復(fù)雜，要素的形狀由多個(gè)成分要素的形狀構(gòu)成，是一種復(fù)雜的幾何圖形；第二種含義是指要素的組成雖然復(fù)雜，但其形狀由多個(gè)成分要素的外圍邊界表示，可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何圖形。

實(shí)體模型（要素構(gòu)成方式）

構(gòu)造復(fù)雜要素的方式：

1、集合方式：多個(gè)“成分要素”共同構(gòu)成“集合要素”，但在“集合要素”中以獨(dú)立形式存在。如教學(xué)區(qū)是多個(gè)教學(xué)樓的集合。

2、組合方式：多個(gè)“成分要素”共同構(gòu)成“組合要素”，“成分要素”的形狀組合成“組合要素”的形狀，“成分要素”的地圖符號(hào)組合成“組合要素”的地圖符號(hào)。如：水系與水體之間的關(guān)系。

3、從屬方式：“復(fù)雜要素”與“成分要素”之間存在主從關(guān)系，“成分要素”屬于“復(fù)雜要素”，但“復(fù)雜要素”具有自己獨(dú)立的形狀與地圖符號(hào)。如：西安市是一個(gè)“復(fù)雜要素”，有自己的邊界，西安市所轄的各類單位、道路、公用設(shè)施、植被等均為其“成分要素”，這些“成分要素”共同組成了西安市這個(gè)“復(fù)雜要素”，西安市與其“成分要素”之間是主從關(guān)系。西安市的形狀是其外圍邊界，西安市與其組成單位分別采用不同的地圖符號(hào)顯示。

實(shí)體模型（要素的屬性集成）

空間要素的主題屬性、幾何形狀、時(shí)態(tài)屬性和地圖符號(hào)分別在不同的空間中采用單獨(dú)的模型來組織，在要素空間中以空間要素為核心來集成?？臻g要素的主題屬性表達(dá)為屬性空間中有限個(gè)字段，幾何形狀表達(dá)為幾何空間中一個(gè)特定的幾何圖形，地圖符號(hào)表達(dá)為符號(hào)空間中一個(gè)或一組專用的地圖符號(hào)。同一個(gè)空間要素的幾何數(shù)據(jù)與符號(hào)數(shù)據(jù)同時(shí)獨(dú)立存在。一個(gè)幾何形體空間要素主題屬性地圖符號(hào)幾何形狀要素空間有限個(gè)屬性字段特定地圖符號(hào)屬性空間幾何空間符號(hào)空間圖3-15空間要素的特征集成實(shí)體模型（要素按形態(tài)劃分）

二維空間中的空間要素按照幾何形態(tài)可以劃分為點(diǎn)狀要素、線狀要素、面點(diǎn)狀要素和復(fù)合要素。復(fù)合要素包括集合要素與組合要素：

——集合要素指形狀為多點(diǎn)（點(diǎn)的集合）、多線（線的集合）和多面（面的集合）的要素。

——組合要素指點(diǎn)、線、面構(gòu)成的任意幾何形狀的要素，以及空間數(shù)據(jù)庫中常見的TIN（不規(guī)則三角形網(wǎng)）、NetWork（網(wǎng)）、GRID（規(guī)則網(wǎng)格）等復(fù)雜要素。實(shí)體模型（要素的幾何形狀）空間要素（二維）簡(jiǎn)單要素集合要素點(diǎn)線面點(diǎn)集合、線集合、面集合GRIDDEMTINNetWork組合要素點(diǎn)線面的組合圖3-16二維空間要素按形狀分類

如前所述，空間要素按照幾何形狀的不同可以劃分為下列幾何類型：實(shí)體模型（要素按形態(tài)劃分）空間要素簡(jiǎn)單要素點(diǎn)要素線要素面要素組合要素復(fù)合要素多點(diǎn)要素多線要素多面要素圖3-16二維空間要素按形狀分類TINGRIDNetWork集合要素任意形狀要素每個(gè)空間要素都屬于下列幾何類型中的一種：實(shí)體模型（要素與幾何空間關(guān)系）

空間要素的形狀矢量化后表達(dá)為幾何空間中的一個(gè)幾何形體，每個(gè)空間要素在幾何空間中都對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的幾何形體（簡(jiǎn)單形體、集合形體、組合形體或復(fù)雜組合形體——TIN、NetWork、GRID）。幾何空間中的每個(gè)幾何形體都有一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)，空間要素通過幾何形體的標(biāo)識(shí)碼與幾何空間發(fā)生聯(lián)系。實(shí)體模型（要素與幾何空間關(guān)系）

由于空間要素在空間上存在共位、部分共位或共享部分邊界現(xiàn)象，多個(gè)空間要素可以具有相同的形狀（共享相同的幾何數(shù)據(jù)）。幾何空間中的一個(gè)幾何形體可以獨(dú)立表達(dá)多個(gè)空間要素的形態(tài)，同時(shí)還可以是復(fù)合形體的組成成分。

實(shí)體模型（要素與幾何空間關(guān)系）點(diǎn)圖3-18二維空間中空間要素的分類幾何形體簡(jiǎn)單形體多邊形多點(diǎn)多線多多邊形空間要素主題屬性地圖符號(hào)幾何形狀線要素空間幾何空間組合形體復(fù)合形體TINGRIDNetWork集合形體任意形體

幾何形體標(biāo)識(shí)碼實(shí)體模型（要素與符號(hào)空間關(guān)系）

地圖符號(hào)是空間要素幾何形態(tài)的可視化展現(xiàn)形式，地圖符號(hào)也是一種空間數(shù)據(jù)，可以在符號(hào)空間中采用專門的地圖符號(hào)模型來組織和存儲(chǔ)。在符號(hào)空間中，首先按照一定的模型和規(guī)則來定義基本地圖符號(hào)庫的體系結(jié)構(gòu)；然后根據(jù)特定的規(guī)則以基本地圖符號(hào)庫為基礎(chǔ)為每個(gè)空間要素生成專用的地圖符號(hào)，并為每個(gè)要素的地圖符號(hào)編碼；最后將空間要素的主碼與其對(duì)應(yīng)的地圖符號(hào)編碼相對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩者的集成，實(shí)現(xiàn)要素空間與符號(hào)空間的關(guān)聯(lián)。實(shí)體模型（要素與符號(hào)空間關(guān)系）基本要素或組合要素點(diǎn)狀要素線狀要素面狀要素各類組合要素點(diǎn)狀符號(hào)線狀符號(hào)面狀符號(hào)各類組合符號(hào)符號(hào)編碼符號(hào)空間要素空間基本地圖符號(hào)庫按規(guī)則生成圖3-25要素符號(hào)的生成與集成Back矢量結(jié)構(gòu)（概念）

實(shí)體模型中空間要素的幾何形狀用其邊界構(gòu)成的幾何形體來表示，由幾何關(guān)系所引發(fā)的各種空間關(guān)系表達(dá)為幾何形體之間的關(guān)系。一般情況下，空間要素的邊界是不規(guī)則的、函數(shù)形式未知的封閉曲線或封閉曲面，只能用無窮個(gè)連續(xù)分布的空間點(diǎn)位來表達(dá)。

矢量結(jié)構(gòu)（概念）

為實(shí)現(xiàn)幾何數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)，需要將連續(xù)的邊界離散化，通過抽樣將空間要素連續(xù)的邊界表示成有限個(gè)離散特征點(diǎn)（表示形狀的拐點(diǎn)）的有序集合（坐標(biāo)序列）。將空間要素光滑的邊界離散化為一組矢量線段序列的過程稱為矢量化；矢量化得到的幾何數(shù)據(jù)稱為矢量數(shù)據(jù)；矢量數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)稱為矢量結(jié)構(gòu)；用矢量化方法對(duì)空間要素的形態(tài)進(jìn)行離散化得到的空間數(shù)據(jù)模型稱為矢量模型。矢量結(jié)構(gòu)（點(diǎn)線面的表示）

無論空間要素的形狀多么復(fù)雜，總可以劃分為點(diǎn)、線、面等多個(gè)簡(jiǎn)單幾何元素。點(diǎn)、線、面的矢量結(jié)構(gòu)：（1）點(diǎn)：表示成一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)（X,Y）。（2）折線（或鏈）：表示成坐標(biāo)串序列(X1,Y1),(X2,Y2

),…….,(Xn,Yn

)。用直線連接坐標(biāo)串中的各點(diǎn)形成一條折線，用曲線連接各點(diǎn)構(gòu)成一條弧線，將折線和弧線連接夠成鏈。（3）面：用邊界線構(gòu)成的多邊形表示，以(X1,Y1)，(X2,Y2)，……，(Xn,Yn),（X1,Y1）的坐標(biāo)串形式存儲(chǔ)。多邊形由點(diǎn)和折線或鏈構(gòu)成。

圖3-1土地使用情況及其離散化表示矢量結(jié)構(gòu)（點(diǎn)線面的表示）矢量結(jié)構(gòu)（點(diǎn)線面的表示）區(qū)域標(biāo)識(shí)土地類型區(qū)域邊界1商業(yè)區(qū)(2,2)(2,5)(5,5)(5,4)(8,4)(8,2)(2,2)2工業(yè)區(qū)(2,5)(2,7)(5,7)(5,5)(2,5)3居住區(qū)(5,4)(5,7)(8,7)(8,4)(5,4)表3-2中的數(shù)據(jù)是圖3-1的矢量表示。

矢量結(jié)構(gòu)（幾何元素構(gòu)成關(guān)系）簡(jiǎn)單要素的幾何形狀簡(jiǎn)單多邊形多個(gè)點(diǎn)弧曲線連接多個(gè)點(diǎn)折線直線連接多條弧多條折線鏈點(diǎn)圖3-17簡(jiǎn)單幾何形體構(gòu)成矢量結(jié)構(gòu)（幾何空間層次結(jié)構(gòu)）

空間要素在空間上的共位、部分共位或邊界共享反映在矢量結(jié)構(gòu)中就是幾何數(shù)據(jù)的共享，

為了簡(jiǎn)化幾何形狀的表達(dá)、有效存儲(chǔ)幾何數(shù)據(jù)、正確的描述空間關(guān)系，建模時(shí)首先將幾何形體劃分為勻質(zhì)（具有相同屬性）的、不能再分（單一結(jié)構(gòu)）的基本幾何形體，為每一個(gè)基本形體編碼?？臻g數(shù)據(jù)庫中以基本形體為單位來組織幾何數(shù)據(jù)，按照一定的規(guī)則（集合還是組合）用基本形體來構(gòu)建復(fù)合形體，可以構(gòu)建任意復(fù)雜形狀的幾何形體。復(fù)合形體中只包含基本形體的標(biāo)識(shí)碼，不直接包含其幾何數(shù)據(jù)。

矢量結(jié)構(gòu)（幾何空間層次結(jié)構(gòu)）圖3-19幾何空間的層次結(jié)構(gòu)實(shí)體模型（拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）矢量結(jié)構(gòu)還可存儲(chǔ)點(diǎn)、線、面之間的部分拓?fù)潢P(guān)系：矢量結(jié)構(gòu)（拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)）結(jié)點(diǎn)號(hào)鏈號(hào)A1，2，3B-1，4，5C-5，-6，-7D-2，-4，-8E-3，7，81、結(jié)點(diǎn)——鏈拓?fù)潢P(guān)系鏈前面的正號(hào)表示起始于該結(jié)點(diǎn)，正號(hào)表示終止于該結(jié)點(diǎn)。2、鏈——結(jié)點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系

矢量結(jié)構(gòu)（拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)）鏈號(hào)始結(jié)點(diǎn)號(hào)終結(jié)點(diǎn)號(hào)1AB2AD3AE4BD5BC6DC7EC8ED3、鏈——面拓?fù)潢P(guān)系

矢量結(jié)構(gòu)（拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)）鏈號(hào)左多邊形右多邊形1ⅠΦ2ⅠⅡ3ⅡΦ4ⅠⅣ5ⅣΦ6ⅢⅣ7ΦⅢ8ⅢⅡ4、面——鏈拓?fù)潢P(guān)系鏈環(huán)繞面順時(shí)針轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針為負(fù)。

矢量結(jié)構(gòu)（拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)）多邊形號(hào)鏈號(hào)Ⅰ-1，2，-4Ⅱ-2，3，8Ⅲ7，-6，-8Ⅳ4，6，-5矢量結(jié)構(gòu)（幾何元素的行為特征）

與幾何數(shù)據(jù)相關(guān)（或者說定義在矢量結(jié)構(gòu)上）的一切操作或運(yùn)算均稱為空間計(jì)算，它表達(dá)了空間要素的空間行為特征。不同的空間計(jì)算作用于不同的幾何元素類型，矢量結(jié)構(gòu)中應(yīng)考慮空間計(jì)算的表達(dá)?？臻g計(jì)算主要有下列幾種類型：

1、形態(tài)獲取與維護(hù)：采集幾何數(shù)據(jù)建立空間數(shù)據(jù)庫，從空間數(shù)據(jù)庫中獲取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)幾何形狀進(jìn)行增加、修改和刪除操作以維護(hù)其現(xiàn)實(shí)性。

2、幾何度量：計(jì)算線的長(zhǎng)度，面的周長(zhǎng)和面積，重心或分布中心等。矢量結(jié)構(gòu)（幾何元素的行為特征）3、空間關(guān)系表達(dá)和判斷：以空間函數(shù)或空間謂詞形式表達(dá)、判斷、計(jì)算兩個(gè)幾何形體在地理空間中的距離、方位和拓?fù)涞瓤臻g關(guān)系。

4、集合操作：計(jì)算兩個(gè)幾何形體的交集、并集、差集等。

5、空間查詢計(jì)算：空間查詢算法中需要的各種幾何運(yùn)算。

6、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算：計(jì)算一個(gè)幾何形體范圍內(nèi)所包含的另一個(gè)幾何形體的統(tǒng)計(jì)特征。如計(jì)算某區(qū)域內(nèi)的道路總長(zhǎng)度，計(jì)算某區(qū)域內(nèi)人口的總數(shù)等。矢量結(jié)構(gòu)（幾何元素的行為特征）7、幾何形體間的組成關(guān)系：面由哪些線組成，線由哪些點(diǎn)組成，基本幾何形體與復(fù)合形體的構(gòu)成關(guān)系。

8、基本空間分析運(yùn)算：計(jì)算鄰近度，生成泰森多邊形或狄諾尼三角形，進(jìn)行緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、地形分析等。

9、幾何形體的可視化顯示：插值與平滑、地圖符號(hào)生成與顯示、注記、立體圖及專題地圖繪制。

10、地圖綜合運(yùn)算：大比例小粒度幾何數(shù)據(jù)向小比例粗粒度幾何數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)算。

11、數(shù)據(jù)庫運(yùn)算：以幾何數(shù)據(jù)為條件的數(shù)據(jù)庫連接、投影、選擇等空間操作。Back空間數(shù)據(jù)模型分類（重要性）

空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究是人類認(rèn)識(shí)和解釋客觀世界的橋梁，是以信息理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為依據(jù)來解釋、反映和分析客觀世界的理論基礎(chǔ)。空間數(shù)據(jù)庫是GIS的支撐，空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是任何一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫和GIS設(shè)計(jì)的核心，它制約著系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。從GIS系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫的發(fā)展過程可知，空間數(shù)據(jù)模型是推動(dòng)地理信息系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)向新的目標(biāo)發(fā)展的動(dòng)力，是新一代GIS平臺(tái)誕生的起點(diǎn)。空間數(shù)據(jù)模型分類（重要性）

加拿大地理信息系統(tǒng)是在1973年發(fā)明了N維空間數(shù)學(xué)方法的Peano數(shù)據(jù)模型后建立的；

ARC／INFO是以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)建立的；

GENAMAP是在屬性和圖形一體化管理基礎(chǔ)上建立的；

SYSTEMM9是在面向目標(biāo)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；法國(guó)IGN、CartographicDataBaseModel全國(guó)1：5萬和1：1萬地圖數(shù)據(jù)庫是在超圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(HBDS)的基礎(chǔ)上建立的；空間數(shù)據(jù)模型分類（重要性）

美國(guó)的TIGER系統(tǒng)是目前世界上最大的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其容量達(dá)36000MB，是在CorbettJ．二維單元結(jié)構(gòu)的理論支撐下建立的；美國(guó)的三維地理信息系統(tǒng)（TDGISThreeDimensionalGIS）是在八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，稱為國(guó)家首都城市規(guī)劃系統(tǒng)(NCUPS——NationalCapitalUrbanPlanningSystem)。

Back矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）

地理空間中，多個(gè)空間要素的可能存在部分共位（幾何位置部分重合），在同一個(gè)空間要素占據(jù)的幾何范圍內(nèi)某種屬性的分布可能不勻質(zhì)（車流量在不同路段的分布），這都會(huì)給空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理帶來麻煩?？臻g數(shù)據(jù)庫中要求每個(gè)邏輯實(shí)體具有相同的屬性定義，非勻質(zhì)的空間要素不能直接作為空間數(shù)據(jù)庫中的邏輯記錄。矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）1、空間目標(biāo)與空間對(duì)象將概念模型轉(zhuǎn)化為某個(gè)DBMS支持的邏輯模型的過程中，需要將空間要素劃分為具有均質(zhì)屬性的多個(gè)幾何單元，每個(gè)具有相同屬性的幾何單元連同其主題屬性一起定義為一個(gè)空間目標(biāo)。空間目標(biāo)可能表示一個(gè)完整的空間要素，也可能只表示空間要素的一部分，還可能既表示一個(gè)完整的空間要素又是另一個(gè)大的、復(fù)雜的空間要素的一部分。矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）

如圖2-8中，河流的一部分與省界重疊，存儲(chǔ)時(shí)需將河流劃分為AB、BC、CD三個(gè)空間目標(biāo)，AB和CD的特征碼為河流，BC有“河流”和“省界”兩個(gè)特征碼，同時(shí)具有河流和省界的屬性。圖2-8空間目標(biāo)的劃分

將空間要素劃分為空間目標(biāo)，可以使數(shù)據(jù)記錄具有統(tǒng)一的邏輯結(jié)構(gòu)，便于存貯管理；能正確的描述空間要素之間的空間聯(lián)系，易于導(dǎo)出多種關(guān)系信息。空間目標(biāo)對(duì)應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)只須存貯一次，與多個(gè)空間要素的特征碼關(guān)聯(lián)，能減少冗余存貯，保證空間數(shù)據(jù)一致性。

矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）

圖2-9空間目標(biāo)與空間對(duì)象

面向?qū)ο蟊磉_(dá)方式中與空間目標(biāo)對(duì)應(yīng)的概念是空間對(duì)象?？臻g目標(biāo)和空間對(duì)象都對(duì)應(yīng)空間數(shù)據(jù)庫中一個(gè)空間記錄，兩者含義相同但表達(dá)形式不同，由于數(shù)據(jù)表達(dá)能力不同，所以表達(dá)的內(nèi)容和復(fù)雜度都不同。地理實(shí)體={空間目標(biāo)1，空間目標(biāo)2，……，空間目標(biāo)n}

實(shí)體對(duì)象={空間對(duì)象1，空間對(duì)象2，……，空間對(duì)象n}矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）

2、幾何對(duì)象和空間數(shù)據(jù)類型面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型中為每個(gè)空間對(duì)象定義一個(gè)幾何對(duì)象，用來完整表達(dá)一個(gè)空間對(duì)象的所有空間特征（幾何形狀、空間關(guān)系、空間行為）。幾何對(duì)象由幾何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和幾何方法兩部分組成，幾何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一組位置的集合或坐標(biāo)序列，幾何方法是對(duì)幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理的一組函數(shù)。幾何形狀存儲(chǔ)為幾何屬性，空間行為實(shí)現(xiàn)為幾何方法，空間關(guān)系一部分存儲(chǔ)為幾何屬性，另一部分實(shí)現(xiàn)為幾何方法。矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）

幾何對(duì)象是一種對(duì)象型數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)幾何對(duì)象時(shí)需要擴(kuò)充新的空間數(shù)據(jù)類型（對(duì)象數(shù)據(jù)類型ADTAbstractDataType)。幾何對(duì)象按幾何形狀劃分為點(diǎn)、線、面、體與復(fù)雜對(duì)象等幾何類型，一種幾何類型對(duì)應(yīng)一種具體的空間數(shù)據(jù)類型（幾何對(duì)象的定義）。每一種定義了幾何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和幾何方法的幾何對(duì)象類型稱為一種具體的空間數(shù)據(jù)類型。空間數(shù)據(jù)庫中，空間數(shù)據(jù)類型和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型具有相同的地位，空間數(shù)據(jù)類型定義了幾何對(duì)象的型，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型定義了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的型。圖2-10幾何對(duì)象的型矢量結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)的邏輯單位）

3、專題（Theme）地圖分層模型中具有相同屬性和幾何特征的一個(gè)圖層的數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)專題。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型中多個(gè)類依據(jù)其共有的特征歸納為一個(gè)專題。專題在邏輯模型中的含義是同一種空間邏輯記錄類型所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的全體，相當(dāng)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中一個(gè)關(guān)系中存儲(chǔ)的內(nèi)容。

Back空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（含義）

文獻(xiàn)[GTG94]給出的空間數(shù)據(jù)庫定義有下列三層含義：

1、空間數(shù)據(jù)庫首先是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，即數(shù)據(jù)庫DB+數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS，它具有數(shù)據(jù)庫的所有特點(diǎn)和功能。

2、空間數(shù)據(jù)庫中定義了空間數(shù)據(jù)類型和空間操作（與空間對(duì)象幾何形態(tài)相關(guān)的各種空間運(yùn)算），空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)語言中支持空間數(shù)據(jù)類型和空間操作。

3、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中支持空間數(shù)據(jù)類型和空間操作，至少提供空間索引和有效的空間連接算法。

空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（定義）

總結(jié)多個(gè)文獻(xiàn)中描述的空間數(shù)據(jù)庫含義，對(duì)空間數(shù)據(jù)庫定義如下：

1、空間數(shù)據(jù)庫包含有效組織的空間數(shù)據(jù)SDB和空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SDBMS。

2、SDBMS是構(gòu)架在OR-DBMS或OO-DBMS之上或嵌入OR-DBMS或OO-DBMS之內(nèi)的一組軟件，這組軟件以插件的形式封裝了對(duì)空間數(shù)據(jù)的所有支持功能，這個(gè)插件和OR-DBMS或OO-DBMS一起共同實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)DBMS應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，用于實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一控制。空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（定義）

3、SDBMS支持多種空間數(shù)據(jù)模型，能定義空間數(shù)據(jù)類型ADT，支持一種能調(diào)用ADT類型的數(shù)據(jù)語言。

4、SDBMS至少要支持空間索引、高效的空間操作算法及用于查詢處理和查詢優(yōu)化的特定領(lǐng)域規(guī)則。

5、完善的SDBMS應(yīng)具有空間數(shù)據(jù)的可視化功能，支持空間數(shù)據(jù)的長(zhǎng)事務(wù)處理，保證空間數(shù)據(jù)的完整性一致性，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的并發(fā)和安全控制，可以存儲(chǔ)和管理海量數(shù)據(jù)?！碑?dāng)代OR-DBMS提供了構(gòu)建ADT的模塊化方法，ADT組件可以作為一個(gè)插件嵌入到DBMS之中。Back空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（構(gòu)架）

空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SDBMS是一個(gè)能夠提供空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和操縱的復(fù)雜軟件系統(tǒng)，它具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的所有功能。SDBMS不是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單擴(kuò)充，它要解決與空間數(shù)據(jù)相關(guān)的一系列理論和技術(shù)問題。設(shè)計(jì)一個(gè)支持空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作的專用空間數(shù)據(jù)庫插件，架構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)的OR-DBMS或OO-DBMS之上共同構(gòu)成空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。或?qū)⒉寮度隣R-DBMS或OO-DBMS之中形成真正空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（構(gòu)架）

空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（構(gòu)架）

對(duì)象關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫和面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫是當(dāng)前空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展的兩大主要趨勢(shì)，有兩種具體的結(jié)構(gòu)形式：

1、空間數(shù)據(jù)庫中間件（稱為空間數(shù)據(jù)引擎）將對(duì)空間數(shù)據(jù)的所有支持功能封裝在稱為空間數(shù)據(jù)引擎的空間數(shù)據(jù)庫中間件中，將空間數(shù)據(jù)引擎架構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)的OR-DBMS或OO-DBMS之上，在標(biāo)準(zhǔn)OR-DBMS或OO-DBMS功能之外擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理能力?？臻g數(shù)據(jù)引擎與OR-DBMS或OO-DBMS一起構(gòu)成空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SDBMS。OR-DBMS或OO-DBMS實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫管理功能，在OR-DBMS或OO-DBMS中擴(kuò)充空間數(shù)據(jù)類型，在標(biāo)準(zhǔn)SQL語言或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)語言中擴(kuò)展對(duì)空間數(shù)據(jù)類型和空間操作的支持，由空間數(shù)據(jù)引擎具體實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、操縱和管理功能?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（構(gòu)架）2、嵌入式空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SDBMS

在標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OR-DBMS中擴(kuò)充空間數(shù)據(jù)管理層定義的各種功能，或?qū)⒖臻g數(shù)據(jù)庫引擎與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OR-DBMS集成，生成真正的關(guān)系對(duì)象空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。也可采用面向?qū)ο蟮姆椒?，在?biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OO-DBMS中擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)管理層的功能，生成面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OO-SDBMS。Back空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

（擴(kuò)展功能）

至少要擴(kuò)展下列功能：

1、空間數(shù)據(jù)模型：數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)模型的表達(dá)能力有限，不能直接表達(dá)空間數(shù)據(jù)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和關(guān)系，必須研究和實(shí)現(xiàn)新的空間數(shù)據(jù)模型。空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)要支持多種空間數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)和訪問。

2、空間數(shù)據(jù)類型：空間數(shù)據(jù)是由點(diǎn)、線、面混合而成的復(fù)雜數(shù)據(jù)，無法用字符、數(shù)字等簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)類型來表達(dá)和存儲(chǔ)?？臻g數(shù)據(jù)庫中要擴(kuò)充一組新的空間數(shù)據(jù)類型，并將這組數(shù)據(jù)類型引入或集成到標(biāo)準(zhǔn)的DBMS之中，以便完整高效地表達(dá)空間要素的空間屬性?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

（功能擴(kuò)展）

3、空間數(shù)據(jù)語言——擴(kuò)展SQL：無論是對(duì)象關(guān)系還是面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)模型，都需要對(duì)數(shù)據(jù)語言進(jìn)行擴(kuò)充，使其支持新的空間抽象數(shù)據(jù)類型，擴(kuò)充相應(yīng)的空間操作功能。

4、空間索引：索引可以縮小數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的搜索范圍，減少I/O次數(shù)。數(shù)據(jù)庫中的索引不能支持基于位置的查詢，空間索引結(jié)構(gòu)及空間查詢算法是空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的基本功能。

5、空間操作：包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)的幾何方法、空間數(shù)據(jù)庫的基本空間操作、空間可視化及基本的空間分析操作。

Back空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)方式）

1、圖形與屬性一體存儲(chǔ)的文件管理方式數(shù)據(jù)管理與處理一體均由GIS應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)，空間屬性和主題屬性均采用數(shù)據(jù)文件形式由文件管理系統(tǒng)來管理，屬性數(shù)據(jù)作為圖形數(shù)據(jù)記錄的一部分。

2、圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)和管理（1）圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分別用文件存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)中包含指向?qū)傩詳?shù)據(jù)的單向指針，或用雙向指針連接屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)。（2）文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合主題屬性數(shù)據(jù)采用關(guān)系模型來組織，空間屬性以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)和管理，在業(yè)務(wù)邏輯層通過空間要素的主碼實(shí)現(xiàn)兩者的連接，空間操作通常在GIS平臺(tái)軟件中實(shí)現(xiàn)。空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)方式）3、全關(guān)系方式采用關(guān)系數(shù)據(jù)模型對(duì)空間屬性和主題屬性統(tǒng)一建模，用純關(guān)系數(shù)據(jù)庫（RDBM）同時(shí)存儲(chǔ)和管理空間屬性和主題屬性，在GIS平臺(tái)軟件或應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)空間屬性的處理功能。利用RDBMS產(chǎn)品的現(xiàn)有功能，將空間屬性分解為多個(gè)關(guān)系，將幾何數(shù)據(jù)細(xì)分為基本幾何單元，用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)幾何數(shù)據(jù)和部分空間關(guān)系。一個(gè)專題轉(zhuǎn)換為一個(gè)要素關(guān)系表(featuretable)，一個(gè)空間要素轉(zhuǎn)換為關(guān)系的一個(gè)元組，元組中的幾何列存儲(chǔ)幾何單元的標(biāo)識(shí)，幾何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單獨(dú)的幾何表中，幾何數(shù)據(jù)有矢量和二進(jìn)制大對(duì)象兩種存儲(chǔ)形式?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)方式）空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)方式）四、面向?qū)ο蠓绞皆跇?biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫中擴(kuò)充新的空間數(shù)據(jù)類型，以幾何對(duì)象形式封裝空間要素的形態(tài)和行為特征，增加對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理、控制、處理和訪問功能。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了對(duì)于各種數(shù)據(jù)的一致的訪問接口及部分空間模型服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和空間模型服務(wù)的共享，GIS將重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)表現(xiàn)及開發(fā)復(fù)雜的專業(yè)模型上，更為真實(shí)客觀的反映世界事物?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)方式）五、對(duì)象關(guān)系方式將關(guān)系模型RDBMS擴(kuò)展為對(duì)象關(guān)系模型OR-DBMS，在標(biāo)準(zhǔn)OR-DBMS上附加空間數(shù)據(jù)的管理、控制和訪問功能，實(shí)現(xiàn)空間屬性的有效表達(dá)及空間屬性與主題屬性的一體化管理?？臻g要素劃分為多個(gè)空間對(duì)象，空間對(duì)象的空間特征表達(dá)為幾何對(duì)象，幾何對(duì)象定義為具體的空間數(shù)據(jù)類型ADT（點(diǎn)，線，面等），作為OR-DBMS中的數(shù)據(jù)項(xiàng)來存儲(chǔ)，擴(kuò)展SQL語言和OR-DBMS的功能。

BackARCGISGeoDataBaseArcGIS是地理數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。和所有的信息系統(tǒng)一樣，ArcGIS有一個(gè)定義明確的處理數(shù)據(jù)的模型。這個(gè)模型統(tǒng)稱為Geodatabase（是“地理學(xué)的數(shù)據(jù)庫”的簡(jiǎn)稱），它定義了所有在ArcGIS中可以被使用的數(shù)據(jù)類型—例如：要素、柵格、地址和測(cè)量方法，以及它們?nèi)绾伪伙@示、訪問、存儲(chǔ)、管理和處理的。Geodatabase是一個(gè)被所有ArcGIS產(chǎn)品及應(yīng)用程序共享的通用框架。Geodatabase是現(xiàn)代化GIS的數(shù)據(jù)模型，是ESRI公司從多年的研究與發(fā)展和先前多次的實(shí)施應(yīng)用而發(fā)展進(jìn)化而來的。新的或非專業(yè)性的ArcGIS用戶不需要親身關(guān)心Geodatabase，而專業(yè)性用戶則無疑會(huì)對(duì)Geodatabase先進(jìn)的性能產(chǎn)生興趣。ARCGISGeoDataBaseGeodatabase功能：處理豐富的數(shù)據(jù)類型應(yīng)用復(fù)雜的規(guī)則和關(guān)系存取大量的存儲(chǔ)在文件和數(shù)據(jù)庫中的地理數(shù)據(jù)支持的數(shù)據(jù)格式：ArcGIS支持Geodatabase數(shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)，如文件系統(tǒng)中的文件集合或者在RDBMS中的表格集合。文件系統(tǒng)的使用很簡(jiǎn)單，并且不需要購買或者管理復(fù)雜的RDBMS。然而，文件系統(tǒng)是面向單用戶的，并且大數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)受到限制。ArcGIS也支持一些眾所周知的數(shù)據(jù)集類型，例如：coverages、shapefiles、柵格、影像以及不規(guī)則三角網(wǎng)(TINs)。Geodatabase管理的地理信息數(shù)據(jù)和在RDBMS中的數(shù)據(jù)類型相同，例如：DB2,Informix,Oracle,結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQLServer）或者是MicrosoftAccess。ARCGISGeoDataBase文件和Geodatabase實(shí)現(xiàn)的比較除了文件和RDBMS數(shù)據(jù)源外，ArcGIS的Geodatabase還可以利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來處理許多附加的格式。GIS的數(shù)據(jù)也可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存取，比如網(wǎng)絡(luò)；使用多種形式的XML和Web報(bào)表，比如geodatabaseXML、ArcXML、SOAP、WMS、WFS等。ARCGISGeoDataBase單用戶和多用戶的GeodatabaseGeodatabase可以在多種尺度的RDBMS結(jié)構(gòu)中進(jìn)行工作，并且擁有不同數(shù)量的用戶。其縮放可以從基于微軟“噴射引擎（theMicrosoftJetEngine(Access)）”數(shù)據(jù)庫的小型的、單用戶數(shù)據(jù)庫到大型的工作組、部門或企業(yè)級(jí)、多用戶訪問的數(shù)據(jù)庫。兩種類型的Geodatabase的是可行的：個(gè)人Geodatabase和多用戶Geodatabase。ArcView、ArcEditor和ArcInfo中包含有產(chǎn)生和使用單用戶Geodatabase的技術(shù)。單用戶Geodatabase使用微軟噴射引擎數(shù)據(jù)庫文件結(jié)構(gòu)來持久性存留GIS數(shù)據(jù)。單用戶Geodatabase非常類似于以文件為基礎(chǔ)的工作空間，并且能夠控制多達(dá)2GB的數(shù)據(jù)庫。單用戶Geodatabase對(duì)于GIS設(shè)計(jì)中比較小的數(shù)據(jù)集或者小的工作團(tuán)體來說是理想的數(shù)據(jù)庫。ARCGISGeoDataBase—結(jié)構(gòu)體系關(guān)于Geodatabase，一種主要的觀點(diǎn)是把Geodatabase看作是使用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表現(xiàn)地理信息的數(shù)據(jù)模型。第二個(gè)同等重要的方面是Geodatabase管理數(shù)據(jù)訪問和存儲(chǔ)的方式。對(duì)Geodatabase中的地理數(shù)據(jù)集進(jìn)行管理的職責(zé)就是在GIS軟件和一般的關(guān)系型RDBMS軟件之間進(jìn)行共享。地理數(shù)據(jù)集管理的某些方面的是交由RDBMS來操作完成的。例如：基于磁盤的存儲(chǔ)、屬性類型的定義、查詢處理以及多用戶的事務(wù)處理。GIS應(yīng)用程序保留了定義特殊的RDBMS框架（結(jié)構(gòu)）的功能，它可以用來表現(xiàn)地理數(shù)據(jù)；還有特定的邏輯應(yīng)用，它提供了在底層記錄的行為、完整性和效用。Geodatabase是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)體系（應(yīng)用程序?qū)雍痛鎯?chǔ)層），所有與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和獲取有關(guān)的方面都是在的存儲(chǔ)層（RDBMS）中實(shí)現(xiàn)的，比如簡(jiǎn)單的表。同時(shí)，高級(jí)別的數(shù)據(jù)完整性和信息處理功能被保留在應(yīng)用軟件（GIS）中。實(shí)際上，RDBMS是被用作一系列保存地理數(shù)據(jù)集的實(shí)施機(jī)制中的一種，就象文件一樣。然而，RDBMS并不完全定義地理數(shù)據(jù)的語義。ARCGISGeoDataBase—結(jié)構(gòu)體系從存儲(chǔ)中分離出來的Geodatabase邏輯能夠支持很多的文件類型、RDBMS和XMLARCGISGeoDataBase—結(jié)構(gòu)體系Geodatabase是使用與其它先進(jìn)的RDBMS應(yīng)用軟件相同的多層應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)體系來實(shí)施的。Geodatabase的對(duì)象被存為RDBMS表中的行，它具有一致性，而且其行為是通過Geodatabase應(yīng)用程序邏輯來支持的。ARCGISGeoDataBase—結(jié)構(gòu)體系Geodatabase的結(jié)構(gòu)體系是以簡(jiǎn)單的關(guān)系型存儲(chǔ)為基礎(chǔ)，并且與先進(jìn)的應(yīng)用程序邏輯相結(jié)合Geodatabase的核心就是標(biāo)準(zhǔn)的（即非外來的）關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型（一系列標(biāo)準(zhǔn)的RDBMS表、列類型、索引等等）。這種簡(jiǎn)單的物理存儲(chǔ)和一組位于應(yīng)用程序?qū)拥母呒?jí)的應(yīng)用程序?qū)ο髤f(xié)同工作并且受其控制，這個(gè)應(yīng)用程序?qū)涌梢允且粋€(gè)ArcGIS的客戶端，或者是一個(gè)ArcGIS的服務(wù)器。這些Geodatabase對(duì)象定義了一個(gè)一般化的GIS信息模型，它被所有的ArcGIS應(yīng)用程序和用戶共享。Geodatabase對(duì)象的目的是為客戶展現(xiàn)一個(gè)高水平的GIS的信息模型，并且在任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)模型中實(shí)現(xiàn)這個(gè)模型。比如在標(biāo)準(zhǔn)的RDBMS表中，在文件系統(tǒng)中以及在XML流中。所有的ArcGIS應(yīng)用程序與Geodatabase這個(gè)一般的GIS對(duì)象模型交互，而不是與實(shí)際中的基于SQL的RDBMS例程。在應(yīng)用程序?qū)拥腉eodatabase軟件組件的實(shí)施蘊(yùn)含在通用模型中的行為與完整性規(guī)則，并且傳送請(qǐng)求到適當(dāng)?shù)奈锢頂?shù)據(jù)庫中去。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)Geodatabase中所有的要素都被存儲(chǔ)在一個(gè)RDBMS中，既包括每個(gè)地理數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)的框架結(jié)構(gòu)和規(guī)則，又包括實(shí)際的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。ArcSDE在多用戶Geodatabase的儲(chǔ)存中起著重要的作用，它在多個(gè)RDBMS之間提供統(tǒng)一的接口。Geodatabase被用于管理和存儲(chǔ)多種類型的地理信息數(shù)據(jù)集Geodatabase模型為每個(gè)地理數(shù)據(jù)集描述了它的定義、完整性規(guī)則和行為，包括要素類、拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)、柵格目錄、關(guān)系、域等的性質(zhì)。模型在這個(gè)定義了地理信息數(shù)據(jù)的完整性和行為的RDBMS中的Geodatabase表集合中被維護(hù)。地理數(shù)據(jù)集的空間描述，不是被當(dāng)作矢量要素就是被看作柵格數(shù)據(jù)集，他們連同傳統(tǒng)的列表屬性特征一起被存儲(chǔ)。比如，一個(gè)RDBMS表可以被用來存儲(chǔ)一個(gè)特征集，表中的每一行代表一個(gè)特征要素。每一行的圖形數(shù)據(jù)項(xiàng)（shapecolumn）被用于保存幾何特征或者特征的形狀。這個(gè)圖形數(shù)據(jù)項(xiàng)保存的幾何特征一般為下列類型中的一個(gè)：一個(gè)二進(jìn)制的大型對(duì)象（BLOB）列類型一個(gè)空間列類型ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)普通特征要素的同質(zhì)集合中，每個(gè)特征都有相同的空間表現(xiàn)，例如點(diǎn)、線或面，并且一個(gè)屬性列的組合列指代一個(gè)特征要素類，在一個(gè)單獨(dú)的表中管理。柵格和影像數(shù)據(jù)類型同樣可以被關(guān)系表管理和存儲(chǔ)。柵格數(shù)據(jù)在容量上是比較大的數(shù)據(jù)，需要一個(gè)關(guān)聯(lián)表來存儲(chǔ)。在存儲(chǔ)過程中，軟件把柵格分割為小的部分，稱之為“區(qū)段（blocks）”，并且把它們存儲(chǔ)在單獨(dú)的區(qū)段表中單獨(dú)的行中。保存矢量和柵格圖形結(jié)構(gòu)的列類型在每個(gè)數(shù)據(jù)庫中都有變化。當(dāng)RDBMS支持空間數(shù)據(jù)類型的擴(kuò)展時(shí)，Geodatabase就能容易的使用RDBMS來管理空間圖形（例如：Oracle的空間類型）。作為OGC簡(jiǎn)單要素的SQL規(guī)范的一個(gè)主要作者和ISOSQL3MM空間標(biāo)準(zhǔn)的貢獻(xiàn)者，ESRI公司緊密地、專心的努力擴(kuò)展SQL的空間功能。ESRI公司專注于在使用RDBMS標(biāo)準(zhǔn)的Geodatabase的維護(hù)中支持這些類型，和獨(dú)立的Oracle空間類型。Geodatabase與你所選擇的關(guān)系數(shù)據(jù)庫一起實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。所有的Geodatabase要素都被RDBMS的標(biāo)準(zhǔn)表使用標(biāo)準(zhǔn)的SQL的數(shù)據(jù)類型來管理。結(jié)構(gòu)化的GIS要素，你可以用它們來開發(fā)地理數(shù)據(jù)模型。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)一、RDBMS概念：

Geodatabase的結(jié)構(gòu)體系是基于一系列簡(jiǎn)單的，但是很重要的信息系統(tǒng)概念，如下所示。RDBMS為表中信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)行提供簡(jiǎn)單、正式的數(shù)據(jù)模型。RDBMS是簡(jiǎn)單、靈活的，因?yàn)樗耐ㄓ藐P(guān)系數(shù)據(jù)模型使它能夠支持一大批的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)被組織到表中；表中包含有行；所有的行在表中都有相同的列每一列是一個(gè)類型，舉例來說：整型、小數(shù)、字符型、日期型等關(guān)系被用于從一個(gè)表中的行到另外一個(gè)表中的行的聯(lián)合。這是以每個(gè)表中的公共列為基礎(chǔ)，常常被稱之為“主鍵”和“外來鍵”?；诒砀竦臄?shù)據(jù)集需要一個(gè)關(guān)系完整的原則。例如，表格中的每一行數(shù)據(jù)共享同樣的列，一個(gè)域羅列出每一列中有效值和數(shù)據(jù)的值域，等等。SQL，一個(gè)有關(guān)函數(shù)和算子的命令式語言，可以用來進(jìn)行對(duì)表格和數(shù)據(jù)元素的操作。SQL算子可以用來處理通常的關(guān)系型數(shù)據(jù)，如整型數(shù)、浮點(diǎn)型數(shù)和字符型變量在包含特定數(shù)據(jù)類型行列的表格中存放數(shù)據(jù)。應(yīng)用數(shù)據(jù)之間的關(guān)系將兩個(gè)表格中的行關(guān)聯(lián)起來。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)Geodatabase中的空間表，像要素類和柵格表遵循同樣的RDBMS原則。其中的一列存儲(chǔ)了每一個(gè)地理對(duì)象的空間數(shù)據(jù)，例如，在一個(gè)要素類表格中形狀域存放多邊形形狀。表格中每個(gè)RDBMS的各種列類型用來存儲(chǔ)形狀域。這是一些RDBMS中支持的典型的BLOB型或者典型的擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)類型。例如，帶有空間擴(kuò)展功能的Oracle提供了一個(gè)空間列類型。SQL可以對(duì)表格中的行、列和類型進(jìn)行操作，列類型（數(shù)字、字符、日期、BLOB、空間類型等）屬于SQL對(duì)象。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)二、帶空間的表格：僅有關(guān)系型存儲(chǔ)不能確定應(yīng)用軟件的某些操作，它對(duì)某些應(yīng)用軟件（如GIS）來說僅僅在邏輯上是必須的。RDBMS管理簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)類型和表格，但是如果要實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的對(duì)象行為和完整性約束則需要附加的應(yīng)用軟件邏輯單元。例如：一個(gè)單位可能需要使用一個(gè)象下面這樣的叫“EMPLOYEES”的表格：一個(gè)包含行列的簡(jiǎn)單的關(guān)系型數(shù)據(jù)表表格每一列中的數(shù)據(jù)必須是相同的數(shù)據(jù)類型，如字符型、日期型和數(shù)值型。為雇員、以及他們的名字、薪水和雇用日期建立的處理對(duì)象模型并不是一個(gè)關(guān)系型對(duì)象。要實(shí)現(xiàn)這些商業(yè)對(duì)象的某些行為和完整性約束的時(shí)候需要更多復(fù)雜的和受關(guān)注的應(yīng)用軟件邏輯單元。支持雇傭行為所要實(shí)現(xiàn)的示例邏輯單元可以完成、雇傭、加薪、辭職、提升和管理效益等。對(duì)復(fù)雜的商業(yè)邏輯關(guān)系而言GIS應(yīng)用軟件具有同樣的要求。例如，要素類、拓?fù)潢P(guān)系、網(wǎng)絡(luò)、線性參考系統(tǒng)、柵格目錄、尺度、注釋、地形、關(guān)系等，是要實(shí)現(xiàn)GIS操作的高級(jí)對(duì)象的示例，這些GIS操作是在RDBMS中存儲(chǔ)的空間簡(jiǎn)單表達(dá)基礎(chǔ)上完成的。僅有空間列的表格對(duì)GIS應(yīng)用而言是不充分的，對(duì)創(chuàng)建信息系統(tǒng)而言，簡(jiǎn)單的RDBMS關(guān)系對(duì)象和應(yīng)用對(duì)象是必須的。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)二、要素和柵格幾何：

一個(gè)GIS系統(tǒng)通常都是用柵格或者矢量（特征幾何）來表達(dá)地理位置的。除了矢量要素和柵格數(shù)據(jù)集外，其他類型的空間數(shù)據(jù)可以在關(guān)系型圖表中管理和存儲(chǔ)，這樣可以在RDBMS中處理所有的地理數(shù)據(jù)。矢量要素（具有矢量幾何的地理對(duì)象）各種各樣，通常使用地理數(shù)據(jù)類型，這些地理數(shù)據(jù)非常適合用來表達(dá)具有離散邊界的要素（如井、街道、河流、行政區(qū)劃和其他面狀要素）。一個(gè)要素是一個(gè)簡(jiǎn)單的包含自身位置信息的對(duì)象，其中位置信息在行中作為它本身的一個(gè)屬性（或者域）來存儲(chǔ)。通常，在空間中要素表達(dá)為點(diǎn)、線、多邊形或者注記，并且歸到要素類中去。要素類是具有同樣數(shù)據(jù)類型的要素的集合，具有一定的空間表達(dá)和一組屬性（如，表示道路的一個(gè)線要素類）。GIS中矢量要素的一般表達(dá)方式ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲(chǔ)柵格幾何：

柵格數(shù)據(jù)通常用來表達(dá)連續(xù)的數(shù)據(jù)層，如高程、坡度和坡向、植被、溫度、降雨、卷流分散等。柵格數(shù)據(jù)通常用來存儲(chǔ)航空?qǐng)D片以及其他各種圖像。柵格數(shù)據(jù)集通常用來存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)ARCGISGeoDataBase—

事務(wù)處理事務(wù)處理是用來修改數(shù)據(jù)庫的一個(gè)操作集合。象其他的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件一樣，GIS數(shù)據(jù)庫支持更新操作，這樣以保證數(shù)據(jù)的完整性和應(yīng)用軟件的運(yùn)行。然而，GIS用戶需要某些特殊的事務(wù)處理需求，其中最重要的就是這些事務(wù)處理需要跨越很長(zhǎng)的時(shí)間周期（天甚至是月，而不僅是秒的量級(jí)）。另外，在GIS中，一個(gè)簡(jiǎn)單的編輯操作可能修改多個(gè)表格中的幾行數(shù)據(jù)。這樣用戶在確定操作之前需要取消或者重復(fù)他的行為。編輯任務(wù)可能需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天。通常編輯操作必須在一個(gè)與中心共享數(shù)據(jù)庫分離的系統(tǒng)中進(jìn)行。因?yàn)镚IS工作流程需要幾天甚至幾個(gè)月的時(shí)間，所以對(duì)那些日常的操作而言GIS數(shù)據(jù)庫必須隨時(shí)可以訪問，那些日常操作中每個(gè)用戶對(duì)共享的GIS數(shù)據(jù)庫有一個(gè)獨(dú)特的視角和狀態(tài)認(rèn)識(shí)。在一個(gè)多用戶數(shù)據(jù)庫中，GIS事務(wù)處理必須在RDBMS短事務(wù)處理框架基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)。通過在一個(gè)簡(jiǎn)單的RDBMS事務(wù)處理框架上管理高水平復(fù)雜的GIS事務(wù)處理，ArcSDE起到一個(gè)關(guān)鍵的作用。GIS用戶會(huì)遇到很多這樣的事例，其中長(zhǎng)時(shí)間的事務(wù)處理工作流程非常重要。很多例子中，通過使用為處理中心GIS數(shù)據(jù)庫更新而采用的多用戶RDBMS和ArcSDE，可以實(shí)現(xiàn)這樣的目的。ARCGISGeoDataBase—

事務(wù)處理管理這些和很多其他關(guān)鍵的GIS工作流程的geodatabase機(jī)制就是在geodatabase中保持?jǐn)?shù)據(jù)的多種狀態(tài)，并且更重要的是，在進(jìn)行這些操作的時(shí)候一定要確保GIS數(shù)據(jù)庫的完整性。管理和查看數(shù)據(jù)的各種狀態(tài)，還有對(duì)數(shù)據(jù)的操作等都是基于定義數(shù)據(jù)庫版本實(shí)現(xiàn)的。與該功能的名字一樣，當(dāng)單個(gè)要素或者對(duì)象被修改、增刪的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫版本明確地記錄它們的狀態(tài)（版本）。版本通常將要素或者對(duì)象的每個(gè)狀態(tài)存到表格的行中，同時(shí)還存儲(chǔ)了重要的轉(zhuǎn)換信息。在一個(gè)叫做"Adds"和"Deletes"的工作臺(tái)中，數(shù)據(jù)庫版本可以明確地記錄geodatabase的對(duì)象狀態(tài)。可以應(yīng)用簡(jiǎn)單的查詢來查看和操作geodatabase的任一狀態(tài)。例如，查看某點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)或者查看包含用戶編輯表在內(nèi)用戶特定的當(dāng)前版本。在有版本標(biāo)注的geodatabase應(yīng)用中，ArcSDE起到關(guān)鍵的作用，通常用來管理不同的RDBMS，以及交叉系統(tǒng)之間的長(zhǎng)事務(wù)處理。ARCGISGeoDataBase—XML

GeodatabaseXML是一個(gè)在geodatabase和其他外部系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的開放式交換格式。ESRI公開發(fā)布和維護(hù)了一套作為XML技術(shù)規(guī)格要求的完整的geodatabase方案和目錄，并且提供了應(yīng)用示例來說明用戶如何在不同系統(tǒng)之間共享數(shù)據(jù)更新。應(yīng)用geodatabaseXML技術(shù)規(guī)格要求可以很容易的實(shí)現(xiàn)面向geodatabase的地理空間信息的XML交換。外部應(yīng)用軟件使用geodatabaseXML數(shù)據(jù)流可以實(shí)現(xiàn)如下功能：無損耗地實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)集的交換使用XML流完成geodatabase和其他外部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中傳遞更新和修改在ArcGIS用戶之間交換和共享全部或者部分geodatabase方案。白皮書XMLSchemaoftheGeodatabase提供了其他說明。3.Geodatabase數(shù)據(jù)模型(第3代)Geodatabase是一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫、采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來組織和管理空間數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)模型(對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型)。Geodatabase中的數(shù)據(jù)對(duì)象就是邏輯數(shù)據(jù)模型中定義的對(duì)象(如建筑物、宗地和道路等)。Geodatabase數(shù)據(jù)模型無需編寫代碼，通過ArcInfo提供的域、驗(yàn)證規(guī)則及其它功能可輕松實(shí)現(xiàn)大部分自定義行為(僅建模特殊的要素行為時(shí)才需編寫代碼)。Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn):面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模方法能夠更自然地描述要素，自行定義對(duì)象類型，定義拓?fù)?、空間和一般關(guān)系，以及掌握這些對(duì)象如何與其他對(duì)象發(fā)生交互作用。ARCGISGeoDataBase數(shù)據(jù)模型

空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)

所有的空間數(shù)據(jù)(空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù))由一個(gè)(關(guān)系)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和集中管理；空間數(shù)據(jù)錄入和編輯更加精確大多數(shù)錯(cuò)誤可以通過驗(yàn)證規(guī)則或智能驗(yàn)證行為加以防止，因而錯(cuò)誤幾乎不會(huì)出現(xiàn)；用戶操作更直觀的對(duì)象經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，Geodalabase包含的數(shù)據(jù)對(duì)象可與用戶數(shù)據(jù)的模型保持一致，用戶操作的不再是通常的點(diǎn)、線和多邊形，而是他們感興趣的對(duì)象，比如變壓器、道路和湖泊等；要素?fù)碛懈S富的背景信息有了拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、空間表達(dá)和一般關(guān)系，不僅定義了一個(gè)要素的特性而且還定義了它與其他要素背景的聯(lián)系。當(dāng)一個(gè)相關(guān)要素移動(dòng)、改變或刪除時(shí)，可以了解它對(duì)整個(gè)要素集的影響。這種背景信息也可以定位或查找與一個(gè)要素相關(guān)的兩一個(gè)要素；可以制作更優(yōu)質(zhì)的地圖

可以更深入地控制要素的繪制方式，也可以增加智能化的繪圖行為。在ArcMap中可以直接采用復(fù)雜的繪圖方法，而且通過編寫軟件代碼還能執(zhí)行高度自動(dòng)化的繪圖方法；動(dòng)態(tài)顯示地圖上的要素當(dāng)在Archfo中對(duì)要素進(jìn)行處理時(shí)，這些要素能對(duì)鄰接要素的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)。也能使要素與定制的查詢或分析工具發(fā)生關(guān)聯(lián);定義了更好的要素外形Geodatabase數(shù)據(jù)模型用直線、圓弧、橢圓弧和貝塞爾(Bezier)曲線來定義要素的外形；要素集是連續(xù)的Geodatabase數(shù)據(jù)模型能容納非常巨大的要素集而不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分片或其他空間分區(qū)；多用戶同時(shí)編輯地理數(shù)據(jù)Geodatabase數(shù)據(jù)模型支持多用戶分別在本地編輯要素的工作流，然后對(duì)出現(xiàn)的沖突進(jìn)行處理使之達(dá)成一致。2Geodatabase的層次結(jié)構(gòu)Geodatabase數(shù)據(jù)模型包含3種空間數(shù)據(jù)表達(dá)方式：用矢量數(shù)據(jù)表達(dá)離散的空間要素

矢量數(shù)據(jù)用一組帶有關(guān)聯(lián)屬性的有序坐標(biāo)，精確簡(jiǎn)潔地表示要素的外形。這種表示方式支持幾何運(yùn)算（如計(jì)算長(zhǎng)度和面積、識(shí)別重疊和交叉、查找相鄰或相近的其他要素）。矢量數(shù)據(jù)可以用維數(shù)來進(jìn)行分類?！顸c(diǎn)是零維形狀，它表示太小以致無法用線或面來描述的地理要素。點(diǎn)是用單個(gè)有屬性的x,y坐標(biāo)值來存儲(chǔ)的●線是一維形狀，它表示太狹窄以致無法用面來描述的地理要素。線是用一組帶屬性的有序的x,y坐標(biāo)值來存儲(chǔ)的，線段可以是直線、圓弧、橢圓弧或曲線。

●多邊形是二維形狀，它表示寬闊的地理要素。多邊形以一系列的線段來存儲(chǔ)，這些線段構(gòu)成一個(gè)封閉的區(qū)域。用柵格數(shù)據(jù)表達(dá)影像、格網(wǎng)化專題數(shù)據(jù)、曲面

像素是組成柵格的基本單元，它的值能描述多種數(shù)據(jù)。像素能夠存儲(chǔ)部分譜段的光反射率，也能存儲(chǔ)相片的顏色值，以及植被類型、表面值、高程值等專題屬性。用不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）表達(dá)曲面Geodatabase在存儲(chǔ)TIN時(shí)，將其作為一個(gè)帶有高