空間數據組織與管理

空間數據組織空間數據管理空間數據構造矢量數據構造柵格數據構造矢量、柵格構造對比空間數據庫特點傳統(tǒng)數據庫模型及特點層次數據模型網絡數據模型關系數據模型現行空間數據庫管理方案混合數據管理方式擴展數據管理方式一致數據管理方式空間數據組織與管理定義：矢量數據構造經過記錄空間對象的坐標及空間關系來表達空間對象的位置。點：空間的一個坐標點；線：多個點組成的弧段；面：多個弧段組成的封鎖多邊形；獲取方法定位設備〔全站儀、GPS、常規(guī)丈量等〕地圖數字化間接獲取柵格數據轉換空間分析〔疊置、緩沖等操作產生的新的矢量數據〕矢量數據表達思索內容矢量數據本身的存儲和管理幾何數據和屬性數據的聯(lián)絡空間對象的空間關系〔拓撲關系〕矢量數據表達簡單數據構造拓撲數據構造屬性數據組織矢量數據構造矢量數據表達—簡單數據構造只記錄空間對象的位置坐標和屬性信息，不記錄拓撲關系。又稱面條構造。存儲：獨立存儲：空間對象位置直接跟隨空間對象；點位字典：點坐標獨立存儲，線、面由點號組成特征無拓撲關系，主要用于顯示、輸出及普通查詢公共邊反復存儲，存在數據冗余，難以保證數據獨立性和一致性多邊形分解和合并不易進展，鄰域處置較復雜；處置嵌套多邊形比較費事適用范圍：制圖及普通查詢，不適宜復雜的空間分析矢量數據構造〔續(xù)〕標識碼屬性碼空間對象編碼獨一銜接幾何和屬性數據數據庫獨立編碼點:(x,y)線:(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)面:(x1,y1),(x2,y2),…,(x1,y1)點位字典點:點號文件線:點號串面:點號串點號XY1112223344………n5566存儲方法矢量數據構造〔續(xù)〕矢量數據表達—拓撲數據構造不僅表達幾何位置和屬性，還表示空間關系表達對象：關聯(lián)關系表達方式全顯式表達部分顯式表達拓撲關系物理實現直接存儲串行指針拓撲關系與數據共享采用拓撲關系的原那么矢量數據構造〔續(xù)〕拓撲構造：全顯式表達N1B2N2N4N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面弧點面-弧拓撲面弧段弧-點拓撲弧起點弧-面拓撲弧左面點-弧拓撲點弧段終點右面矢量數據構造〔續(xù)〕拓撲構造：部分顯式表達用上述部分表格表示空間目的的拓撲關系System：面-弧、弧-點DIME：弧-點、弧-面目前商用GIS還沒有超出上述四個表格的拓撲關系矢量數據構造〔續(xù)〕拓撲構造：物理實現串行指針面-弧、點-?。鹤冮L記錄，不方便直接存儲POLYVRT〔美國計算機圖形及空間分析實驗室〕TIGER〔美國人口調查局〕直接存儲Arc/Info、GeoStar矢量數據構造〔續(xù)〕拓撲構造：拓撲關系與數據共享

維護數據的一致性拓撲:挪動結點無拓撲:挪動結點矢量數據構造〔續(xù)〕拓撲構造：能否需求拓撲構造?運用目的制圖或普通查詢，可不要拓撲構造空間分析，那么應建立拓撲關系效力對象和系統(tǒng)數據構造面狀目的：面-弧、弧-面網絡目的：點-弧、弧-點矢量數據構造〔續(xù)〕矢量數據構造：屬性數據表達與組織屬性特征類型類別特征：是什么闡明信息：同類目的的不同特征屬性特征表達類別特征：類型編碼闡明信息：屬性數據構造和表格屬性表的內容取決于用戶圖形數據和屬性數據的銜接經過目的識別符或內部記錄號實現。點狀對象目的標識目的標識地物編碼坐標關聯(lián)的線目的精度控制點等級丈量單位丈量年限線狀對象目的標識目的標識地物編碼坐標串起點、終點、左面、右面路面資料等級建筑時間寬度管養(yǎng)單位…………面狀對象目的標識目的標識地物編碼邊境目的號建筑日期一切者建筑面積建筑單位構造……空間對象地物編碼地物稱號制圖顏色幾何類型制圖符號編碼屬性闡明地物類型特征與制圖屬性矢量數據構造：特點用離散的點描畫空間對象與特征，定位明顯，屬性隱含用拓撲關系描畫空間對象之間的關系面向目的操作，精度高，數據冗余度小與遙感等圖象數據難以結合輸出圖形質量號，精度高定義以規(guī)那么像元陣列表示空間對象的數據構造，陣列中每個數據表示空間對象的屬性特征?；蛘哒f，柵格數據構培育是像元陣列，每個像元的行列號確定位置，用像元值表示空間對象的類型、等級等特征。每個柵格單元只能存在一個值。對于柵格數據構造點：為一個像元線：在一定方向上銜接成串的相鄰像元集合。面：聚集在一同的相鄰像元集合。獲取方式：遙感數據圖片掃描數據矢量數據轉換手工方式柵格數據坐標系柵格數據緊縮編碼方案柵格數據的分層柵格數據的組織方法柵格數據特點柵格數據構造點線面柵格數據構造：坐標系與描畫參數Y：列X：行西南角格網坐標〔XWS，YWS〕格網分辨率格網方向柵格數據構造：單元值確定CAB百分比法面積占優(yōu)重要性中心點法A延續(xù)分布地理要素C具有特殊意義的較小地物A分類較細、地物斑塊較小AB柵格數據構造：緊縮編碼方案AAAAARAAARAAARAARAAAAAAAAAGGAAGGGGGGGAGGGAGGAAAAAARAAAARAAARRAAA143258761234567801234567起點行列號，單位矢量R:(1,5),3,2,2,3,3,2,3鏈式編碼游程長度編碼逐行編碼數據構造:行號,屬性,反復次數1,A,4,R,1,A,4塊狀編碼正方形區(qū)域為記錄單元數據構造:初始位置,半徑,屬性(1,1,3,A),(1,5,1,R),(1,6,2,A),…NESWNWSEGGGGAGGAAGAAA四叉樹編碼柵格數據構造：數據分層土壤地貌森林建筑物ZYX柵格數據構造：數據組織柵格數據文件像元1X坐標Y坐標層2屬性值層1屬性值…層n屬性值…像元2像元n柵格數據文件層1像元1層2…X,Y,屬性值像元2X,Y,屬性值……像元nX,Y,屬性值層n柵格數據文件層1多邊形1層2…屬性值像元1坐標…多邊形N像元n坐標層n柵格數據構造：特點離散的量化柵格值表示空間對象位置隱含,屬性明顯數據構造簡單,易于遙感數據結合,但數據量大幾何和屬性偏向面向位置的數據構造,難以建立空間對象之間的關系abc345abcac間隔:7/4(5)面積:7(6)幾何偏向屬性偏向矢量柵格數據較比矢量數據優(yōu)點：表示地理數據的精度較高嚴密的數據構造，數據量小完好的描畫空間關系圖形輸出準確美觀圖形數據和屬性數據的恢復、更新、綜合都能實現面向目的，不僅能表達屬性，而且能方便的記錄每個目的的詳細屬性信息缺陷：數據構造復雜矢量疊置較為復雜數學模擬比較困難技術復雜，特別是軟硬件柵格數據優(yōu)點：數據構造簡單空間數據的疊置和組合方便各類空間分析很易于進展數學模擬方便缺陷：圖形數據量大用大像元減少數據量時，精度和信息量受損地圖輸出不美觀難以建立網絡銜接關系投影變換比較費時數據構造選擇原那么要素還是位置？可獲取的數據定位要素的必要精度需求什么類型的要素需求什么類型的拓撲關聯(lián)所需空間分析類型消費地圖類型空間數據管理：空間數據庫數據庫定義：數據庫是為一定目的效力，以特定構造存儲的相關聯(lián)的數據的集合。特點：數據獨立于運用程序而集中管理數據之間建立聯(lián)絡，反映了現實世界信息的聯(lián)絡數據模型層次模型網絡模型關系模型空間數據管理：空間數據庫〔續(xù)〕空間數據庫定義：空間數據庫是某一區(qū)域內關于一定地理要素特征的數據集合特點：數據量特別大屬性數據和空間數據結合管理數據運用范圍廣泛空間數據庫的數據特征空間特征非構造化特征空間關系特征分類編碼特征海量數據特征傳統(tǒng)數據庫與空間數據庫的比較傳統(tǒng)數據庫空間數據庫數據連續(xù)性/相關性不連續(xù)相關性小連續(xù)較強空間相關性實體類型/空間關系少簡單固定多復雜且不固定記錄長度結構化等長非結構化不等長查詢與操作文字、數字文字數字空間圖形現行空間數據庫管理方案基于文件與關系式數據庫的空間數據混合管理方案基于關系式數據庫的空間數據管理方案基于對象—關系式數據庫的空間數據管理方案。文件關系數據庫混合管理方案屬性數據建立在RDBMS上，數據存儲和檢索比較可靠、有效；幾何數據采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數據的平安性、一致性、完好性、并發(fā)控制方面，比商用數據庫要遜色得多?？臻g數據分開存儲，數據的完好性有能夠遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，MGE，GenMap等幾何數據屬性數據ID數據文件數據庫早期圖形用戶界面圖形處置DBMS屬性用戶界面圖形文件庫屬性數據庫GIS用戶界面圖形處置DBMS圖形文件庫屬性數據庫高級言語ODBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處置DBMS圖形文件庫屬性數據庫高級言語數據庫開發(fā)言語數據庫開發(fā)數據庫開發(fā)全關系式數據庫管理方案屬性數據、幾何數據同時采用關系式數據庫進展管理空間數據和屬性數據不用進展煩瑣的銜接，數據存取較快屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對象嵌套等復雜的空間操作GIS軟件：System9，SmallWorld、Geovision等GIS界面屬性數據〔定長記錄〕空間數據〔變長記錄〕DBMS空間數據庫關系表二進制塊對象關系數據庫管理方案對現有的關系數據庫進展擴展，添加空間數據類型處理了空間數據變長記錄的存儲問題，由數據庫軟件商開發(fā)，效率較高用戶不能根據GIS要求進展空間對象的再定義，因此不能將設計的拓撲構造進展存儲GIS軟件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS界面空間數據處置DBMS空間數據庫擴展實體類型〔點、線、面、圓等〕GIS空間數據組織研討區(qū)域GIS工程并發(fā)控制空間索引任務區(qū)1任務區(qū)2任務區(qū)n任務層地物類邏輯層Arc/InfoMGEGeoStar屬性數據Arc/InfoMGEGeoStar空間數據索引空間索引概念根據空間對象位置和外形或空間對象的某種空間關系，按一定順序陳列的數據構造，包含空間對象的概要信息，以提高空間操作的效率GIS中引入空間索引的必要性任務區(qū)建立查詢、顯示數據提取常見空間索引方法對象范圍索引格網索引四叉樹索引R樹和R+樹索引空間索引：對象范圍索引IDXmaxXminYmaxYmin1…………2…………3………………………4YmaxYminXminXmax空間對象集合123456檢索窗口XNYWYEXSXmax≥XNORXmin≤XSORYmax≥YEORYmin≤YW空間對象不被檢