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1、地理信息系统空间数据组织与管理1第一页，讲稿共六十一页哦pGIS定义？定义？n地理信息系统（地理信息系统（Geographical Information System,GIS）是一种特定的十分）是一种特定的十分重要的空间信息系统，它是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或重要的空间信息系统，它是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的部分地球表层（包括大气层）空间中的地理分布数据地理分布数据进行进行采集、采集、储存、储存、管理管理、运算、模拟、分析、显示和描述、运算、模拟、分析、显示和描述的技术的技术系统系统。p矢量数据、栅格数据矢量数据、栅格数据p存储到哪里
2、？存储到哪里？p以何种方式来存储？以何种方式来存储？p如何来管理？如何来管理？第二页，讲稿共六十一页哦第5章 空间数据组织与管理5.1 空间数据库概述空间数据库概述 5.1.1 数据库概述数据库概述5.1.2 空间数据库空间数据库5.1.3 数据库中数据组织层次数据库中数据组织层次5.1.4 数据间的逻辑联系数据间的逻辑联系5.1.5 数据库的数据模型数据库的数据模型5.2 空间数据管理空间数据管理 5.2.1 矢量数据的管理矢量数据的管理 5.3.2 栅格数据的管理栅格数据的管理 3第三页，讲稿共六十一页哦5.1.1 数据库概述人工管理阶段人工管理阶段应用程序与数据之间的关系应用程序与数据之
3、间的关系1.数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程1）人工管理阶段）人工管理阶段n数据数据不保存不保存n应用程序管理数据应用程序管理数据n数据数据不共享不共享n数据数据不具有独立性不具有独立性2）文件管理阶段）文件管理阶段3）数据库管理阶段）数据库管理阶段 应 用 程 序 1 应 用 程 序 2 应 用 程 序 n 数 据 集 1 数 据 集 2 数 据 集 n 第四页，讲稿共六十一页哦2）文件管理阶段：）文件管理阶段：n数据可以数据可以长期保存长期保存n由文件系统管理数据由文件系统管理数据n数据数据共享性差，冗余度大共享性差，冗余度大n数据数据独立性差独立性差 应 用 程 序1 应 用
4、 程 序2 应 用 程 序n 文 件1 文 件2 文 件n 存 取 方 法 文件系统阶段文件系统阶段应用程序与数据之间的关系应用程序与数据之间的关系1.数据管理技术的发展过程第五页，讲稿共六十一页哦3）数据库管理阶段：由）数据库管理阶段：由DBMS管理管理1）数据）数据结构化结构化2）数据的）数据的共享性高，冗余度低，易扩充共享性高，冗余度低，易扩充3）数据）数据独立性较强独立性较强4）数据由）数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制 应用程序 1 应用程序 2 应用程序 n 数据库 管理系统 数据库 数据库系统阶段数据库系统阶段应用程序与数据之间的关系应用程序与数据之间的关系1.数据管理技
5、术的发展过程第六页，讲稿共六十一页哦5.1.1 数据库概述2.建立数据库的目的：建立数据库的目的：n为了为了保存数据，扩展人的记忆保存数据，扩展人的记忆，n主要主要是为了帮助人们去是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事管理和控制与这些数据相关联的事物物。3.数据库定义：数据库定义：数据库就是为了一定的目的，在数据库就是为了一定的目的，在计算机计算机系统中以系统中以特定的结构特定的结构组织组织、存储、管理和应用的相关联的、存储、管理和应用的相关联的数据集合数据集合。数据库数据库是长期储存在是长期储存在计算机内计算机内的、的、有组织有组织的、的、可共享可共享的的数据集数据集合合。7第七页，
6、讲稿共六十一页哦5.1.2 空间数据库1.空间数据库的定义空间数据库的定义p地理信息系统的数据库（地理信息系统的数据库（空间数据库空间数据库）：某一区）：某一区域内关于一定域内关于一定地理要素特征地理要素特征的的数据集合数据集合。n空间数据库是存取、管理空间信息的数据库。空间数据库是存取、管理空间信息的数据库。第八页，讲稿共六十一页哦3.空间数据的特征1）空间特征）空间特征2）非结构化特征）非结构化特征3）空间关系特征）空间关系特征 4）多尺度与多态性）多尺度与多态性5）分类编码特征）分类编码特征6）海量数据特征）海量数据特征 一种地物类型一种地物类型对应一个对应一个属性数据表文件。多种地属性
7、数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。物类型共用一个属性数据表文件。组织组织 拓扑数据拓扑数据给空间数据的给空间数据的一致性和完整性一致性和完整性维护增加了维护增加了复杂性复杂性。拓扑关系的构建拓扑关系的构建空间数据空间数据数据项变长数据项变长，对象包含，对象包含一个或多个对象一个或多个对象，需要，需要嵌套嵌套记录记录。一般需要建立一般需要建立空间索引空间索引。第九页，讲稿共六十一页哦4.传统数据库与空间数据库的比较传统数据库传统数据库空间数据库空间数据库数据连续性数据连续性/相关性相关性不连续不连续相关性小相关性小连续连续较强空间相关性较强空间相关性实体类型实体类型/空间关系空间关
8、系少少简单固定简单固定多多复杂且不固定复杂且不固定记录长度记录长度结构化结构化等长等长非结构化非结构化不等长不等长查询与操作查询与操作文字、数字文字、数字文字数字文字数字空间图形空间图形第十页，讲稿共六十一页哦5.1.3 数据库中数据组织层次分为分为四级四级：数据项、记录、文件和数据库数据项、记录、文件和数据库。1.数据项数据项(元素元素/基本项基本项/字段字段)：定义数据的：定义数据的最小单位最小单位2.记录：由若干记录：由若干相关联的数据项相关联的数据项组成。组成。3.文件：一给定类型的记录的文件：一给定类型的记录的全部具体值的集合全部具体值的集合。4.数据库：若干数据库：若干文件的集合文
9、件的集合。数据库是具有特定联系的数据库是具有特定联系的数据的集合数据的集合，也可看成是具有特定联，也可看成是具有特定联系的多种类型的系的多种类型的记录的集合记录的集合。文件数据库field1field2Record1110ABRecord2115CDRecord389EFRecordn11第十一页，讲稿共六十一页哦p是指是指记录与记录记录与记录之间的联系。之间的联系。1、一对一的联系、一对一的联系(1：1)学生学生学号学号2、一对多的联系、一对多的联系(1：N)河流河流跨河桥梁跨河桥梁3、多对多的联系、多对多的联系(M：N)农作物农作物地理环境地理环境学生学生课程课程5.1.4 数据间的逻辑联
10、系 A BABA BAB12第十二页，讲稿共六十一页哦5.1.5 数据库的数据模型 p传统数据模型：传统数据模型：n层次模型层次模型n网状模型网状模型n关系模型关系模型4.面向对象的数据模型面向对象的数据模型其中应用其中应用最广泛最广泛的是的是关系模型？关系模型？13第十三页，讲稿共六十一页哦（1）层次数据库模型（Hierarchical Model）p是用是用树形结构树形结构来表示实体及实体间联系的模型，它将数来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成据组织成一对多一对多的联系，即一个父记录对应多个子记录的联系，即一个父记录对应多个子记录，而一个子记录，而一个子记录只对应一个只对应一个父记
11、录。父记录。p层次关系，一对多层次关系，一对多123456abcdefgMMabcdefg1223344134355664c14第十四页，讲稿共六十一页哦（1）层次数据库模型p优点：优点：n存取方便且速度快存取方便且速度快n结构清晰结构清晰，容易理解，容易理解n数据修改和数据修改和数据库扩展数据库扩展容易实现容易实现n检索关键属性十分方便检索关键属性十分方便p缺点：缺点：n结构呆板，结构呆板，数据独立性差数据独立性差n插入和删除操作复杂，必须插入和删除操作复杂，必须慎用删除慎用删除操作，操作，n处理低层次对象效率低，难以进行反向处理低层次对象效率低，难以进行反向查询查询n模拟模拟多对多多对多的
12、联系时导致存储数据的的联系时导致存储数据的冗余冗余n不适合不适合于拓扑空间数据的组织于拓扑空间数据的组织15第十五页，讲稿共六十一页哦（2）网络数据库模型（Network Model）p网络模型用网络模型用连接指令或指针连接指令或指针来确定数据间的显式来确定数据间的显式连接关系，是具有连接关系，是具有多对多多对多类型的数据组织方式类型的数据组织方式。p没有明确的从属关系没有明确的从属关系学生甲学生乙学生丙学生丁课程1课程2课程3课程4123456abcdefgMMIIIabcdefg12345616第十六页，讲稿共六十一页哦（2）网络数据库模型p优点：优点：n能能明确而方便明确而方便地表示数据
13、间的地表示数据间的复杂关系复杂关系,数据冗余小数据冗余小n具有一定的具有一定的数据独立性和共享性数据独立性和共享性p缺点：缺点：n网状结构的复杂，增加了用户网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难查询和定位的困难。n需要存储数据间联系的需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大指针，使得数据量增大n数据的数据的修改不方便修改不方便（指针必须修改）（指针必须修改）n不支持层次结构不支持层次结构的表达的表达17第十七页，讲稿共六十一页哦（3）关系数据库模型（Relational Model）p关系模型是用关系模型是用二维表二维表来表示实体及实体间联系的模型，它将数来表示实体及实体间联系的模型，它将
14、数据组织成据组织成规范化的表格规范化的表格。一个实体由若干关系组成，。一个实体由若干关系组成，关系表的集合关系表的集合就构成了关系模型就构成了关系模型。p表表而而非指针非指针，关系代数和关系运算来操纵数据，关系代数和关系运算来操纵数据123456abcdefgM图层多边形MI，II多边形ID弧段Ia,b,c,dIIc,e,f,g弧段ID 起点终点a12b23c34d41e35f56g64二维关系表数据项（属性）列column/字段field记录行row18第十八页，讲稿共六十一页哦（3）关系数据库模型p优点：优点：n结构结构特别特别灵活，使用和维护方便灵活，使用和维护方便n具有具有严密的数学基
15、础和操作代数基础，正反查询方便严密的数学基础和操作代数基础，正反查询方便n能能搜索、组合和比较搜索、组合和比较不同类型的数据不同类型的数据n增加和删除增加和删除数据非常方便数据非常方便p缺点：缺点：n数据库大时，查找数据库大时，查找满足特定关系满足特定关系的数据耗费时间较多的数据耗费时间较多n为了用为了用规范化关系规范化关系描述复杂对象需进行不自然分解描述复杂对象需进行不自然分解n对对空间关系空间关系无法满足无法满足19第十九页，讲稿共六十一页哦标准DBMS存储空间数据的局限性p空间数据记录是空间数据记录是变长变长的（如点数的可变性），而一般的（如点数的可变性），而一般的数据库都只允许把记录的
16、长度设定为的数据库都只允许把记录的长度设定为固定固定p在存储和维护空间数据在存储和维护空间数据拓扑关系拓扑关系方面存在着严重缺陷方面存在着严重缺陷p一般都难以实现对空间数据的一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、关联、连通、包含、叠加叠加等基本操作等基本操作p不能支持不能支持复杂的图形复杂的图形功能功能p单个地理实体的表达需要单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录多个文件、多条记录，一般的，一般的DBMS也难以支持也难以支持p难以保证具有高度内部联系的难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要的复数据记录需要的复杂的安全维护杂的安全维护20第二十页，讲稿共六十一页哦（4)面向对象数据
17、库模型（Object Oriented Model）p面向对象（面向对象（object-oriented，OO）的概念起源于程序）的概念起源于程序设计语言设计语言面向对象的编程语言面向对象的编程语言(简称简称OOPL)，强调对，强调对象概念的统一，引入象概念的统一，引入对象、类、方法、实例对象、类、方法、实例等概念和等概念和术语，采用术语，采用动态联编和单继承性机制动态联编和单继承性机制。p它以它以OOPL为核心，集各种软件开发工具为一体，建立为核心，集各种软件开发工具为一体，建立OO计算环境，计算环境，配有很强的图形功能和多窗口用户界配有很强的图形功能和多窗口用户界面面。p基本出发点基本出发
18、点：以对象作为最基本的元素以对象作为最基本的元素，尽可能按，尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。题。21第二十一页，讲稿共六十一页哦1基本概念 p对象对象：面向对象的：面向对象的基本单位基本单位。对象是一个拥有。对象是一个拥有属性、行为和标识符属性、行为和标识符的的实体。实体。对象是类的实例，对象的属性和行为在类定义中定义对象是类的实例，对象的属性和行为在类定义中定义。如电视的如电视的属性有属性有:品牌品牌,尺寸尺寸,重量等重量等.操作有操作有:收视收视,选台选台,音量调节等音量调节等p类类：是具有相同属性结构和操作方法的：是具有
19、相同属性结构和操作方法的对象的集合对象的集合。p消息消息：是对象之间：是对象之间通信通信的手段，用来的手段，用来指示对象的操作指示对象的操作。p方法方法：是对象：是对象接收到消息接收到消息后应采取后应采取的动作序列的动作序列的描述。的描述。p实例实例：是由一特定类描述的：是由一特定类描述的具体具体对象。对象。p对象具有封装性、继承性和多态性，涉及到分类（对象具有封装性、继承性和多态性，涉及到分类（classification）、）、概括（概括（generalization）、聚集（）、聚集（aggregation）、联合（）、联合（association）、继承（、继承（inheritance
20、）和传播（）和传播（propagation）等概念。）等概念。22第二十二页，讲稿共六十一页哦2面向对象的几何抽象类型pGIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。空间地物点状地物线状地物面状地物复杂地物电视塔桥 梁车 站道 路水 管电力线建筑物湖公 园矿 山大 学县23第二十三页，讲稿共六十一页哦3面向对象的属性数据模型 pGIS中的地物可根据中的地物可根据国家分类标准或实际情况国家分类标准或实际情况划分类划分类型。型。n如一个大学如一个大学GIS的对象可分为建筑物、道路
21、、绿化、管的对象可分为建筑物、道路、绿化、管线等几大类，线等几大类，n地物类型的每一大类又可以进一步分类，地物类型的每一大类又可以进一步分类，p如如建筑物建筑物可再分成教学楼、实验楼、行政办公楼、图书馆、可再分成教学楼、实验楼、行政办公楼、图书馆、体育馆、教工住宅、学生宿舍、食堂、后勤服务建筑等子类，体育馆、教工住宅、学生宿舍、食堂、后勤服务建筑等子类，p管线管线可再分为给水管道、污水管道、电信管道、供热管道、可再分为给水管道、污水管道、电信管道、供热管道、供气管道等。供气管道等。24第二十四页，讲稿共六十一页哦4面向对象数据库系统的实现方式 p特点：特点：n巧妙地容纳了巧妙地容纳了GIS中拓
22、扑数据结构的思想，能中拓扑数据结构的思想，能有效地表有效地表达空间数据的拓扑关系达空间数据的拓扑关系。n面向对象数据模型在面向对象数据模型在表达和处理属性数据表达和处理属性数据时，又具有许多时，又具有许多独特的独特的优越性优越性。p三种实现方式：三种实现方式：n扩充面向对象程序设计语言扩充面向对象程序设计语言(OOPL)，在，在OOPL中增加中增加DBMS的特性的特性 n扩充扩充RDBMS，在，在RDBMS中增加面向对象的特性中增加面向对象的特性 n建立全新的支持面向对象数据模型的建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS 25第二十五页，讲稿共六十一页哦5.2 空间数据管理空间数据管理5.
23、2.1 矢量数据的管理矢量数据的管理 5.2.2 栅格数据的管理栅格数据的管理 26第二十六页，讲稿共六十一页哦5.2.1 矢量数据的管理 p对于矢量数据，其对于矢量数据，其位置数据和属性数据位置数据和属性数据通常是通常是分开组分开组织织的。的。n基于基于文件文件管理管理n文件与关系数据库文件与关系数据库混合管理混合管理n全关系型全关系型空间数据库管理空间数据库管理n对象对象-关系关系数据库管理数据库管理1.面向对象面向对象空间数据库管理空间数据库管理 27第二十七页，讲稿共六十一页哦1.基于文件管理p各个地理信息系统应用程序各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据对应各自的空间和属性
24、数据文件文件，当两个，当两个GIS应用程序需要的数据有相同部分时，应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作为公共数据文件。可以提出来作为公共数据文件。pGIS软件：软件：MapInfop缺点：缺点：1）程序依赖于数据程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应用程文件的存储结构，数据文件修改时，应用程序也随之需要改变。序也随之需要改变。2）以文件形式共享以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件的修改，当多个程序共享一数据文件时，文件的修改，需得到所有应用的许可。，需得到所有应用的许可。不能达到真正的共享不能达到真正的共享，即数据，即数据项、记录项的共享。项、记录项的共享。28第
25、二十八页，讲稿共六十一页哦2.文件-关系数据库混合管理p两个子系统两个子系统分别存储和检索空间数据和属性数据，使用一种分别存储和检索空间数据和属性数据，使用一种标识符标识符将两将两者联系起来者联系起来p属性数据建立在属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索可靠、有效；上，数据存储和检索可靠、有效；p缺点：缺点：属性数据和图形数据通过属性数据和图形数据通过ID联系起来，使联系起来，使查询运算，模型操作运算速查询运算，模型操作运算速度慢度慢；数据分布和共享数据分布和共享困难；困难；属性和图形数据分开存储，属性和图形数据分开存储，数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据的安全性、一致性、完整
26、性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能；缺少基本的功能；缺乏缺乏表示空间对象及其关系表示空间对象及其关系的能力。的能力。pGIS软件：软件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。等。29第二十九页，讲稿共六十一页哦几几何何数数据据属属性性数数据据ID数数据据文文件件数数据据库库早早期期图形用户界面图形用户界面图形处理图形处理DBMS属性用户界面属性用户界面图形图形文件库文件库属性属性数据库数据库GIS用户界面用户界面图形处理图形处理DBMS图形图形文件库文件库属性属性数据库数据库高级语言高级语言ODBC协议协议GIS用户界面用户界面图形处理图
27、形处理DBMS图形图形文件库文件库属性属性数据库数据库高级语言高级语言数据库开发语言数据库开发语言数据库开发数据库开发数据库开发数据库开发30第三十页，讲稿共六十一页哦3.全关系型空间数据库管理p图形数据与属性数据都采用图形数据与属性数据都采用关系型数据库关系型数据库存储。存储。p本质：本质：nGIS软件商在标准软件商在标准DBMS顶层开发一个能容纳顶层开发一个能容纳、管理空间数据的系统功能。、管理空间数据的系统功能。p特点：特点：n空间数据和属性数据空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接不必进行烦琐的连接，数据，数据存取较快存取较快n属性属性间接存取间接存取效率比效率比DBMS的直接存取的直接
28、存取慢慢，特别，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作pGIS软件：软件：System9，Small World，Geovision等等GISGIS应用应用扩展扩展DBMSDBMS以容纳以容纳空间数据空间数据商用商用DBMSDBMS空间和属性空间和属性数据库数据库31第三十一页，讲稿共六十一页哦全关系型数据库的本质用用RDBMS管理图形数据有管理图形数据有两种模式两种模式：a、基于关系模型的方式基于关系模型的方式，图形数据按关系数据模型组织。由，图形数据按关系数据模型组织。由于涉及一系列关系于涉及一系列关系连接连接运算，运算，费时费时。b、将图形数
29、据的变长部分处理成、将图形数据的变长部分处理成Binary Block字段字段（多（多媒体或变长文本）媒体或变长文本）。省去省去大量关系连接操作，但大量关系连接操作，但Binary Block的读写效率比定长的属性字段的读写效率比定长的属性字段慢得多慢得多，特别涉及对象，特别涉及对象的的嵌套时，更慢嵌套时，更慢。GIS界面界面属性数据属性数据（定长记录）（定长记录）空间数据空间数据（变长记录）（变长记录）DBMS空间空间数据库数据库关系表关系表二进制块二进制块第三十二页，讲稿共六十一页哦4.对象-关系数据库管理系统p扩展的空间对象管理模块主要扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的
30、管理解决了空间数据的变长记录的管理，由于由数据，由于由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块的管理高得多。库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块的管理高得多。p许多数据库管理系统的软件商纷纷许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据接存储和管理非结构化的空间数据，如，如Oracle 和和Informix等都推出了等都推出了空间数据空间数据管理的专用模块管理的专用模块，定义了操纵点、线、面、圆、长方形等空间对象的，定义了操纵点、线、面、圆、长方形等空间对象的API函函数。用户不能根据
31、数。用户不能根据GIS要求对其进行再定义，一般不带拓扑关系。要求对其进行再定义，一般不带拓扑关系。p但是它但是它仍然没有解决对象的嵌套问题仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也，空间数据结构也不能由用户任意定义不能由用户任意定义，使，使用上仍然受到一定限制。用上仍然受到一定限制。pGIS软件：软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等等GISGIS应用应用空间数据管理的专用空间数据管理的专用模块模块 商用商用DBMSDBMS空间和属性数空间和属性数据库据库扩充实体类型扩充实体类型（点、线、面、圆等）（点、线、面、圆等）33第三十三页，讲稿共六十一页哦5.面向对象空间数据库管理面向
32、对象空间数据库管理p面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构及操作。这样，我们可以将空间对象根据结构及操作。这样，我们可以将空间对象根据GIS的需要，定义出的需要，定义出合适的数据结构和一组操作。合适的数据结构和一组操作。p面向对象模型面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。p当前已经推出了若干个面向对象数据库管理系统，也出现一些基于面当前已经推出了若干个面向对象数据库管理
33、系统，也出现一些基于面向对象的数据库管理系统的地理信息系统，向对象的数据库管理系统的地理信息系统，但由于面向对象数据库但由于面向对象数据库管理系统还不够成熟，价格又昂贵，目前在管理系统还不够成熟，价格又昂贵，目前在GIS领域还不太通用领域还不太通用。p相反相反基于对象-关系的空间数据库管理系统是目前GIS空间数据管理的主流。34第三十四页，讲稿共六十一页哦5.2.2 栅格数据的管理p影像数据和数字高程模型（影像数据和数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）p三种方式三种方式n基于基于文件文件的影像数据库管理的影像数据库管理n文件结合数据库文件结合数据库影像管理影像
34、管理n基于基于关系数据库关系数据库管理管理35第三十五页，讲稿共六十一页哦1.文件管理方式 p目前目前大部分大部分GIS软件和遥感图像处理软件软件和遥感图像处理软件都是采用都是采用文文件方式件方式来管理遥感影像数据。来管理遥感影像数据。p缺点：缺点：n大量的图像元数据信息（如图像类型、摄影日期、摄影比例大量的图像元数据信息（如图像类型、摄影日期、摄影比例尺等）需要单独建立文件；尺等）需要单独建立文件；n多数据源、多时相的遥感图像数据间的关系无法反映；多数据源、多时相的遥感图像数据间的关系无法反映；n数据的安全性、并发控制和数据共享问题。数据的安全性、并发控制和数据共享问题。36第三十六页，讲稿
35、共六十一页哦2.文件-数据库管理方式 p影像数据仍按照文件方式组织管理；在关系数据库中，每个文影像数据仍按照文件方式组织管理；在关系数据库中，每个文件都有唯一的件都有唯一的标识号标识号（ID）对应影像信息，如）对应影像信息，如文件名称、存储路文件名称、存储路径径等等 表表5.1 影像信息数据库表影像信息数据库表影像名称影像名称 块号块号 Image 001 011001 Image 002 011002 Image 003 011003 Image 004 021001 Image 005 021002 37第三十七页，讲稿共六十一页哦3.关系数据库管理 p基于基于扩展关系数据库扩展关系数据库
36、的影像数据库管理是将影像数据存储在的影像数据库管理是将影像数据存储在二进制变二进制变长字段中长字段中，然后应用程序通过数据访问接口来访问数据库中的影像，然后应用程序通过数据访问接口来访问数据库中的影像数据。同时影像数据的数据。同时影像数据的元数据信息元数据信息也存放在也存放在关系数据库的表关系数据库的表中，二中，二者可以进行无缝管理。者可以进行无缝管理。p数据库方式管理影像数据具有以下特点：数据库方式管理影像数据具有以下特点：所有数据集中存储，数据安全，所有数据集中存储，数据安全，易于共享易于共享。较方便管理较方便管理多数据源和多时态多数据源和多时态的数据。的数据。支持事务处理和并发控制，有利
37、于多用户的访问与共享。支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享。影像数据和元数据集成影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询。到一起，能方便的进行交互式查询。对对Client/Server的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很大提高。大提高。影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致性和完整性一致性和完整性控制控制，数据不会被随意移动、修改和删除。，数据不会被随意移动、修改和删除。支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在支持异构的网络模
38、式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不同操作系统不同操作系统平台下平台下运行。运行。38第三十八页，讲稿共六十一页哦5.3 空间数据组织p5.3.1 图幅数据组织图幅数据组织p在管理空间数据时必须进行分幅管理，常见的分在管理空间数据时必须进行分幅管理，常见的分幅方式有标准分幅和区域分幅。幅方式有标准分幅和区域分幅。第三十九页，讲稿共六十一页哦5.3.2 空间数据的图库管理p当当GIS所管理的区域和所要求的比例尺都比较大时，如在城市规所管理的区域和所要求的比例尺都比较大时，如在城市规划管理信息系统中，数据库会包含划管理信息系统中，数据库会包含大量的图幅，涉及多个工作大量的图幅，涉及多个工作区及
39、很多工作层区及很多工作层的数据组织和管理的数据组织和管理p在整个区域内进行众多图幅（分区）、工作层的调用，图幅拼接和跨在整个区域内进行众多图幅（分区）、工作层的调用，图幅拼接和跨图幅的剪切、开窗，跨图幅工作层的漫游、查询、分析和制图等图幅的剪切、开窗，跨图幅工作层的漫游、查询、分析和制图等p在无缝大地图的方式下，图库管理职能通过有效的分幅（分区）、在无缝大地图的方式下，图库管理职能通过有效的分幅（分区）、分层的空间索引，以满足用户对具体的局部区域和专题层的操作、分层的空间索引，以满足用户对具体的局部区域和专题层的操作、检索的需要。检索的需要。p图库管理是海量空间数据管理的需要，是大型图库管理是
40、海量空间数据管理的需要，是大型GIS软件的必备功能，其软件的必备功能，其管理效率是衡量管理效率是衡量GIS软件优劣的重要指标之一。软件优劣的重要指标之一。p空间索引和查询机制。空间索引和查询机制。第四十页，讲稿共六十一页哦5.3.3 属性数据组织p主要的三种方式如下：主要的三种方式如下：与工作层对应的组织方式：与工作层对应的组织方式：一个工作区对应一个属性文件，属性文件建立在工作一个工作区对应一个属性文件，属性文件建立在工作区目录下。区目录下。Arc/Info采用这种方式采用这种方式 与地物类对应的组织方式：与地物类对应的组织方式：一个地物类文件对应一个属性表一个地物类文件对应一个属性表 混合
41、方式：混合方式：第四十一页，讲稿共六十一页哦5.4 空间索引p5.4.1 对象范围索引对象范围索引p在记录每个空间实体的坐标时，记录包围每个空在记录每个空间实体的坐标时，记录包围每个空间实体的外接矩形的最大最小坐标。间实体的外接矩形的最大最小坐标。p在检索空间实体时，根据空间实体的最大最小范在检索空间实体时，根据空间实体的最大最小范围，预先排除那些没有落入检索窗口内的空间实围，预先排除那些没有落入检索窗口内的空间实体，仅对那些外接矩形落在检索窗口的空间实体体，仅对那些外接矩形落在检索窗口的空间实体作进一步的判断作进一步的判断,最后检索出那些最后检索出那些真正落入窗口内真正落入窗口内的空间实体的
42、空间实体.第四十二页，讲稿共六十一页哦5.4.2 格网索引格网索引p基本思想是将研究区域用横竖线条划分大小相等基本思想是将研究区域用横竖线条划分大小相等和不等的格网，记录每一个格网所包含的空间实和不等的格网，记录每一个格网所包含的空间实体。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查体。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对象所在格网，然后再在该网格中快速查询所询对象所在格网，然后再在该网格中快速查询所选空间实体选空间实体 第四十三页，讲稿共六十一页哦5.4.3 四叉树空间索引四叉树空间索引第四十四页，讲稿共六十一页哦5.4.4 R树和树和R+树空间索引树空间索引pR树空间索引不仅利用单个实体的
43、外接矩形，还将树空间索引不仅利用单个实体的外接矩形，还将空间位置相近的实体的外接矩形重新组织为一个空间位置相近的实体的外接矩形重新组织为一个更大的虚拟矩形。更大的虚拟矩形。p在构造虚拟矩形时，虚拟矩形方向与坐标方位轴在构造虚拟矩形时，虚拟矩形方向与坐标方位轴一致，同时满足以下条件：包含尽可能多的空间一致，同时满足以下条件：包含尽可能多的空间实体；矩形间的重叠率尽可能少；允许在每个矩实体；矩形间的重叠率尽可能少；允许在每个矩形内再划分小矩形。形内再划分小矩形。p对这些虚拟的矩形建立空间索引，它含有指向所对这些虚拟的矩形建立空间索引，它含有指向所包围的空间实体的指针。包围的空间实体的指针。第四十五
44、页，讲稿共六十一页哦p简述一种简述一种GIS软件的数据存储方式软件的数据存储方式第四十六页，讲稿共六十一页哦第四十七页，讲稿共六十一页哦6.7 元数据1.元数据的概念元数据的概念 n元数据元数据（Metadata）：关于数据的数据，是关于）：关于数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息。数据和信息资源的描述性信息。n空间元数据空间元数据（Geospatial Metadata）：地理数据）：地理数据和信息资源的和信息资源的描述性信息描述性信息。它通过对地理空间数。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说描述与说明明，以便人们有效地定位、
45、评价、比较、获取和，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用地理空间数据。使用地理空间数据。p重要性？重要性？n数据是否满足特定要求？数据是否满足特定要求？n怎样转换、处理、解释地理空间数据怎样转换、处理、解释地理空间数据1.为需要了解更多信息的用户提供了联系信息为需要了解更多信息的用户提供了联系信息“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。第四十八页，讲稿共六十一页哦2.元数据的内容p对数据集中对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史数据生产历史等的说明等的说明 p对对数据质量数据质量的描述
46、，如数据精度、数据的逻辑一的描述，如数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等 p对对数据处理信息数据处理信息的说明，如量纲的转换等的说明，如量纲的转换等 p数据数据转换方法转换方法的描述的描述 p对数据库的对数据库的更新、集成方法更新、集成方法等的说明等的说明 第四十九页，讲稿共六十一页哦3.元数据的主要作用（1）帮助用户）帮助用户获取获取数据：通过元数据，用户可对空数据：通过元数据，用户可对空间数据库进行浏览、检索和研究等。间数据库进行浏览、检索和研究等。一个完整的地学数据库除应提供空间数据和属性数据一个完整的地学数据库除应提
47、供空间数据和属性数据外，还应提供丰富的引导信息，以及由纯数据得到外，还应提供丰富的引导信息，以及由纯数据得到的分析、综述和索引等。的分析、综述和索引等。“这些数据是什么数据？这些数据是什么数据？”“这个数据库对我有用吗？这个数据库对我有用吗？”“这是我需要的数据吗？这是我需要的数据吗？”“怎样得到这些数据怎样得到这些数据”第五十页，讲稿共六十一页哦3.元数据的主要作用（2）空间数据）空间数据质量控制质量控制：标准部分：标准部分数据质量信息元数据中包涵了大量的有关数据质量的信息，通过它元数据中包涵了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量；可以检查数据质量；元数据也记录了数据处理过程中质
48、量的变化，通过跟元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。第五十一页，讲稿共六十一页哦3.元数据的主要作用（3）在）在数据集成数据集成中的应用：元数据记录了数据格式中的应用：元数据记录了数据格式、空间坐标体系、数据的表达形式、数据类型、空间坐标体系、数据的表达形式、数据类型、数据使用软硬件环境、数据使用规范、数据标准数据使用软硬件环境、数据使用规范、数据标准等信息。等信息。这些信息在数据集成的一系列处理中，如数据空间匹这些信息在数据集成的一系列处理中，如数据空间匹配、属性一致化处理、数据在各平台之间的转换使配、属性
49、一致化处理、数据在各平台之间的转换使用中都是必需的。用中都是必需的。第五十二页，讲稿共六十一页哦3.元数据的主要作用（4）数据）数据存储存储和功能实现：和功能实现：元数据系统用于元数据系统用于数据库的管理数据库的管理，可以避免数据的重复，可以避免数据的重复存储；存储；通过元数据建立的逻辑数据索引可以高效查询检索分通过元数据建立的逻辑数据索引可以高效查询检索分布式数据库中任何物理存储的数据，减少用户查询布式数据库中任何物理存储的数据，减少用户查询数据库及获取数据的时间；数据库及获取数据的时间；通过元数据可以实现数据库设计和系统资源利用方面通过元数据可以实现数据库设计和系统资源利用方面开支的合理分
50、配，降低数据库的建设费用。开支的合理分配，降低数据库的建设费用。第五十三页，讲稿共六十一页哦4.空间数据元数据的标准p我国地理信息我国地理信息-元数据标准体系元数据标准体系第五十四页，讲稿共六十一页哦(1)总体内容p空间元数据标准由两层组成，空间元数据标准由两层组成，n第一层是第一层是目录层目录层，它所提供的信息主要用于对数据，它所提供的信息主要用于对数据集信息进行集信息进行宏观描述宏观描述，适合在数字地球的国家级空，适合在数字地球的国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询管理和查询空间信息时使用。空间信息时使用。n第二层是第二层是空间元数据标准的