空间数据库4.ppt

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1、第第4章章 空间数据组织与管理空间数据组织与管理n 4.1 文件组织与数据库n 4.2 空间数据管理方式 n 4.3 空间数据引擎 n 4.4 空间数据与属性数据的连接n 4.5 空间数据组织 n 4.6 栅格数据存储与管理4.1 文件组织与数据库n 4.1.1 数据文件 文件文件是由大量性质相同的是由大量性质相同的记录记录组成的集合，是数据组织的较高层次。组成的集合，是数据组织的较高层次。 数据项数据项记录记录文件文件 键及组合键键及组合键 键键- -址变换址变换 文件一般存放在外存上，因而文件一般存放在外存上，因而文件组织文件组织指是数据记录以某种结构方式在外存指是数据记录以某种结构方式在

2、外存设备上的组织。基本的文件组织方式有：设备上的组织。基本的文件组织方式有： 顺序组织、索引组织、散列组织、链组织顺序组织、索引组织、散列组织、链组织 对应的文件称为：对应的文件称为：顺序文件、索引文件、散列文件、多关键字文件顺序文件、索引文件、散列文件、多关键字文件 复杂文件组织方式实际是这四种基本文件组织方式的各种组合。复杂文件组织方式实际是这四种基本文件组织方式的各种组合。 具体采用何种文件组织方式，取决于应用程序对文件中的记录的使用方式和具体采用何种文件组织方式，取决于应用程序对文件中的记录的使用方式和使用频繁程度、存取要求、外存的性质和容量等众多因素。使用频繁程度、存取要求、外存的性

3、质和容量等众多因素。 常用的外存设备有：常用的外存设备有：磁带、磁盘磁带、磁盘。 n 4.1.2 数据库管理系统 数据库数据库(DB)(DB)、数据库管理系统、数据库管理系统(DBMS)(DBMS) 数据库管理与文件管理的区别与联系数据库管理与文件管理的区别与联系 DBMSDBMS的三层抽象两次映射的三层抽象两次映射 DBMSDBMS的数据独立性：逻辑数据的独立性、物理数据的独立性的数据独立性：逻辑数据的独立性、物理数据的独立性 n 4.1.3 空间数据库系统 空间数据库系统空间数据库系统(GDB)(GDB)是由是由空间数据库、计算机硬件系统、操作系统、空间数据库、计算机硬件系统、操作系统、计

4、算机网络系统、数据库管理系统、空间数据管理系统、地理空间数据库、计算机网络系统、数据库管理系统、空间数据管理系统、地理空间数据库、 空间数据库管理人员空间数据库管理人员DBADBA等组成的一种应用运行系统。等组成的一种应用运行系统。 对对分层、分幅、分要素、分类型分层、分幅、分要素、分类型的各种地理空间数据进行统一管理，便的各种地理空间数据进行统一管理，便于空间数据的维护、更新、分发、应用。于空间数据的维护、更新、分发、应用。 4.2 空间数据管理方式n 1. 文件管理n 2. 文件与关系数据库混合管理n 3.全关系型数据库管理n 4.面向对象数据库管理 n 5.对象-关系数据库管理 关系数据

5、库厂商对其传统关系数据库进行扩展，推出了能够管理简单空间数据的专用模块，预定义了一些简单几何对象简单几何对象和操纵这些简单几何对象的API函数。用户使用这些API时，必须满足这些几何对象的数据结构要求。 这些几何对象一般不带拓扑关系。这些扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据变长记录的问题，管理效率也比二进制块管理高，但它仍没有解决对象嵌套问题，空间数据结构也不能由用户任意定义，使用上受到了一定限制。Oracle Spatial空间数据存储解决方案1. Oracle Spatial1. Oracle Spatial Oracle针对存储在Oracle 8i中的空间元素集合，提供了基于SQL的

6、空间数据操纵功能。支持两种表现空间数据的机制： (1)关系式模型关系式模型: : 用有多行记录和字段的一张表来表示一个空间实体； (2)对象对象- -关系模型关系模型: : 用数据库表里的一行记录来存储一个空间实体；2. Oracle Spatial2. Oracle Spatial的的对象对象- -关系模型关系模型 由一组对象数据类型、一种类型的索引方法和这些类型上的操作符组成。 一个空间实体用一行具有一个空间实体用一行具有SDO_GEOMETRYSDO_GEOMETRY字段的记录来存储，存为对象对象。字段的记录来存储，存为对象对象。 空间索引由基本的空间索引由基本的SQLSQL的的DDLD

7、DL和和DMLDML语句实现。语句实现。3. SDO_GEOMETRY3. SDO_GEOMETRY对象类型对象类型 SDO_GEOMETRYSDO_GEOMETRY是一个对象类型的字段，由是一个对象类型的字段，由5 5个对象属性组成。个对象属性组成。 一个空间实体的所有空间信息全部存储在这一个空间实体的所有空间信息全部存储在这5 5个对象属性里。个对象属性里。4. Oracle Spatial4. Oracle Spatial对象对象- -关系模型的优点关系模型的优点 (1)(1)分解存储空间数据分解存储空间数据 (2)(2)高效的索引机制高效的索引机制 (3)(3)有空间分析功能有空间分析

8、功能4.3 空间数据引擎n 4.3.1 空间数据引擎的工作原理 n 4.3.2 SDE管理空间数据的实现方法 将空间数据类型加到关系数据库中，不改变现有数据库的应用。 在现有的数据表中加入图形数据项（字段）在现有的数据表中加入图形数据项（字段）。 SDE通过将信息存入层表来管理空间数据表，对空间数据表可进行数据查询、数据合并、图属互查。 SDE管理空间数据的实现方法：地理要素、坐标、度量、注记地理要素、坐标、度量、注记。n 4.3.3 空间数据引擎的作用 空间数据引擎提供空间数据管理和及应用程序接口，是客户端是客户端/ /服务器的两层架服务器的两层架构软件构软件，通过SDE，GIS用户可以实现

9、基于基于RDBMSRDBMS的空间数据管理的空间数据管理。 对传统对传统RDBMSRDBMS而言，而言，SDESDE的作用是对空间数据进行模拟存储和分析的作用是对空间数据进行模拟存储和分析（空间数据在传统RDBMS中实际上是采用基本数据类型进行存取）； 对扩展型关系数据库而言，用户可以定义空间数据类型及相关函数，因此，空间对扩展型关系数据库而言，用户可以定义空间数据类型及相关函数，因此，空间数据类型与相关函数就从应用服务层下移到了数据库服务层数据类型与相关函数就从应用服务层下移到了数据库服务层。 SDESDE的作用有的作用有: 1/2/3/4/5/6/7/8.: 1/2/3/4/5/6/7/8

10、. 借助SDE，GIS软件厂商可以实现海量空间数据的多用户、高效管理和空间分析，能与开发环境良好的集成兼容，能与应用系统无缝嵌入；屏蔽掉了不同数据库和不同GIS文件格式之间的壁垒，可实现多源数据无缝集成，为GIS的互操作提供了一种有效的解决途径。n 4.3.4 空间数据引擎实例 1. MapInfo公司的SpatialWare 2. ArcGIS空间数据引擎 ArcSDEArcSDE的功能：的功能：1/2/3/4/5/6/7.1/2/3/4/5/6/7.n 3. SuperMap的XSDE SuperMapSuperMap XSDX XSDX的功能：的功能：1/2/3/4/5/6.1/2/3/

11、4/5/6.4.4 空间数据与属性数据的连接n 4.4.1 图形数据与专题属性数据分别管理 属性数据作为图形数据记录的一部分属性数据作为图形数据记录的一部分 用单向指针指向属性数据用单向指针指向属性数据 这种方式没有集中控制的数据库管理系统，它有两种管理形式： （1）属性数据是作为图形数据记录的一部分进行存贮的，大量的属性数据加载于图形记录上会导致系统响应时间的普遍延长，但其主要的缺点在于属性数据的存取必须经由图形记录才能进行。 （2）用单向指针指向属性数据，此方法的优点在于属性数据多少不受限制，且对图形数据没有什么坏影响。缺点是仅有从图形到属性的单向指针，因此，互相参照非常麻烦。n 4.4.

12、2 对通用DBMS扩展以增加空间数据的管理能力 这种方式使空间数据和属性数据在同这种方式使空间数据和属性数据在同一个一个DBMSDBMS管理之下，不仅使空间和属性数管理之下，不仅使空间和属性数据之间的联系比较密切，还便于利用某些据之间的联系比较密切，还便于利用某些DBMSDBMS产品的现成功能（如：产品的现成功能（如：多用户多用户的控制，的控制，客户机客户机/ /服务器服务器的运行模式等）；但为了使的运行模式等）；但为了使空间数据适应关系模型，须牺牲空间数据适应关系模型，须牺牲GISGIS软件运软件运行的效率。行的效率。n 4.4.3 属性数据与图形数据具有统一的结构 此结构中有此结构中有双向

13、指针双向指针参照，且由一个参照，且由一个数据库管理系统来集中控制，使灵活性和数据库管理系统来集中控制，使灵活性和应用范围均大为提高。这一方案能满足许应用范围均大为提高。这一方案能满足许多部门在建立信息系统时的要求。多部门在建立信息系统时的要求。n 4.4.4 图形数据与属性数据自成体系 此此此方案为图形数据和属性数据彼此独此方案为图形数据和属性数据彼此独立地实现立地实现系统优化系统优化提供了充分的可能性，以提供了充分的可能性，以进一步适于不同部门的数据处理方法。进一步适于不同部门的数据处理方法。 这里属性数据有其专用的数据库系统，这里属性数据有其专用的数据库系统，许多情况下是用于事务管理的商业

14、数据库，许多情况下是用于事务管理的商业数据库，并且在它基础上建立了能够从属性到图形的并且在它基础上建立了能够从属性到图形的反向参照反向参照功能功能。按专题分层：每一层存放某种专题或一类信息。每一层存放某种专题或一类信息。 按专题分类的依据按专题分类的依据：按时间分层按时间分层按垂直度分层按垂直度分层专题分层与面向对象相结合分层专题分层与面向对象相结合分层完全面向对象分层完全面向对象分层l 性质性质l 用途用途l 形状形状l 色彩色彩4.5 空间数据组织n 4.5.1 纵向分层组织图图4-11 4-11 空间数据的纵向分层组织空间数据的纵向分层组织不进行分割存储可能会受到以下限制：l 磁盘容量有

15、限磁盘容量有限l 数据可能会被破坏数据可能会被破坏l 数据库维护不便数据库维护不便l 查询分析效率不高查询分析效率不高1. 1. 横向分块横向分块 分块的主要方式：分块的主要方式：标准经纬度分块、矩形分块、任意区域多边形分块标准经纬度分块、矩形分块、任意区域多边形分块2. 2. 分块尺寸分块尺寸 一个图块不能太大一个图块不能太大 图块划分的原则：图块划分的原则：存取频率、合理的数据量、利于更新与维护存取频率、合理的数据量、利于更新与维护 在多数情况下，图块按照地图图幅大小来划分。在多数情况下，图块按照地图图幅大小来划分。n 4.5.2 横向分块组织一个图幅可以按专题分为多个图层，也可以将一个图

16、层按空间范围划分成多个一个图幅可以按专题分为多个图层，也可以将一个图层按空间范围划分成多个图幅，如果需要，再将大块分成小块。图幅，如果需要，再将大块分成小块。空间对象可以是矢量要素，也可以是栅格块数据。空间对象可以是矢量要素，也可以是栅格块数据。空间数据库是图层和图幅的再集成，是一种叠互性结构。空间数据库是图层和图幅的再集成，是一种叠互性结构。n 4.5.3 分层分块索引n 4.5.4 三维空间数据组织 1.1. 三维空间索引三维空间索引 二维空间索引：二维空间索引：网格索引、四叉树索引网格索引、四叉树索引 三维空间索引：三维空间索引：基于点区域划分的、基于面区域划分的、基于体区域划分的基于点区域划分的、基于面区域划分的、基于体区域划分的 2.2. 三维金字塔式数据组织三维金字塔式数据组织 在对规则体数据进行浏览和处理时，在对规则体数据进行浏览和处理时，可以根据当前显示的分辨率自动适配合适的金可以根据当前显示的分辨率自动适配合适的金字塔体数据层，以快速实现对规则体数据的分析和可视化表现。字塔体数据层，以快速实现对规则体数据的分析和可视化表现。4.6 4.6 栅格数据存储和管理栅格数据存