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1、第三章第三章 网络网络GIS 基本原理基本原理武汉大学测绘学院 胡春春本章内容3.1 网络GIS 概述3.2 网络GIS 体系结构3.3 网络GIS 数据组织与管理3.4 网络GIS 的数据共享3.1 网络GIS 概述计算模式计算模式从独立主机时代从独立主机时代客户客户/服务器计算模式时代服务器计算模式时代Internet的分布式计算时代的分布式计算时代围绕围绕更高性能更高性能、更低成本更低成本和和更人性化更人性化的操作方的操作方式。式。GIS体系结构体系结构大致经历了单机结构大致经历了单机结构GIS和网络环境下的和网络环境下的GIS两个发展阶段，目前正向与网格计算相结合的两个发展阶段，目前正
2、向与网格计算相结合的模式推进。模式推进。网络网络GIS 概述概述二十世纪七十年代初到八十年代初期间二十世纪七十年代初到八十年代初期间GIS技技术术应应用用体体系系结结构构的的硬硬件件平平台台是是由由一一台台或或多多台台主主机机和和与与主主机机相相连连的的若若干干台台用用户户终终端端构构成成，软软件件系系统统(包包括括系系统统软软件件、应应用软件和数据等用软件和数据等)全部驻留在主机上。全部驻留在主机上。1981年以后年以后PC的的功功能能不不断断增增强强，存存储储容容量量不不断断增增大大，性性价价比比迅迅速速提提高高，以以前前只只能能由由小小型型机机、中中型型机机或或更更高高性性能能的的计计算
3、算机机承承担担的的任任务务，只只要要在在一一般般的的PC上上就就能能完完成成。同同计计算算机机及及微微处处理理技技术术发发展展相相适适应应，在在这这一一时时期期出出现现了了许许多多以以PC为为硬硬件件平平台台的的GIS软软件件，即即单机结构的单机结构的GIS。以以PC为为核核心心的的技技术术应应用用体体系系结结构构，把把原原有有集集中中在在主主机机上上的的数数据据计计算算处处理理、屏屏幕幕管管理理、用用户户界界面面生生成成和和交交互互与与数数据据维维护护等等功功能全都在用户的本地机上实现。能全都在用户的本地机上实现。随随着着网网络络及及其其相相关关技技术术的的发发展展和和普普及及，基基于于局局
4、域域网网、广广域域网网和和Internet的的GIS网网络络GIS随随之之成成为为研研究究的的热热点和点和GIS的重要发展方向。的重要发展方向。网络GIS 概述 过过去去由由于于信信息息技技术术发发展展水水平平的的限限制制，GISGIS多多以以独独立立主主机机结结构构的的计计算算模模式式为为主主。随随着着信信息息技技术术尤尤其其是是计计算算机机通通信信网网络络的的迅迅速速发发展展，人人们们需需求求信信息息的的类类型型和和数数量量发发生生了了很很大大的的变变化化。地地理理空空间间信信息息的的应应用用不不仅仅仅仅限限于于专专业业人人士士，而而是是被被广广泛泛地地应应用用于于各各行行各各业业。在在这
5、这种种情情况况下下，独独立立主主机机结结构构GISGIS的的弊弊端端就就渐渐渐渐地暴露了出来。地暴露了出来。传统传统GIS的不足的不足数据的互操作性较差数据的互操作性较差数据和应用程序集中管理，不同部门之间的地理信息的交互数据和应用程序集中管理，不同部门之间的地理信息的交互性比较差，难以进行互操作。性比较差，难以进行互操作。GIS数据共享能力弱数据共享能力弱 文件：共享困难文件：共享困难数据库：没有统一的标准或规范数据库：没有统一的标准或规范,导致很难在不同行业或同一行业的导致很难在不同行业或同一行业的不同部门之间实现共享不同部门之间实现共享。传统传统GIS传统传统GIS的不足的不足数据冗余严
6、重数据冗余严重由于传统的由于传统的GIS数据组织和管理是相对独立的，数据组织和管理是相对独立的，因此不同因此不同GIS用户为了满足自身的需要，往往用户为了满足自身的需要，往往都需各自生产地理空间数据和属性数据。都需各自生产地理空间数据和属性数据。GIS的分析能力有限的分析能力有限GIS中的空间数据往往都是海量的，而由于单中的空间数据往往都是海量的，而由于单个计算机的处理能力有限，导致个计算机的处理能力有限，导致GIS对大数据对大数据量的数据处理能力不高。量的数据处理能力不高。成本高昂成本高昂网络GIS 概述网络网络GIS的特点的特点成本降低成本降低无论是以何种结构来组织开发的网络无论是以何种结
7、构来组织开发的网络GIS，它都是一个，它都是一个多用户多用户的空间信息系统。用户勿需拥有自主版权的的空间信息系统。用户勿需拥有自主版权的GIS软件系统就可以通过网络使用软件系统就可以通过网络使用GIS功能。功能。实现企业的事务与实现企业的事务与GIS专业有机结合专业有机结合网络网络GIS的出现可以使企业成员的交流合作与的出现可以使企业成员的交流合作与GIS专业专业操作有机结合，构成企业群体生产力。操作有机结合，构成企业群体生产力。简单易用，操作难度降低简单易用，操作难度降低网络网络GIS中的中的WebGIS采用页面操作取代传统采用页面操作取代传统GIS的窗的窗口操作口操作 GIS处理能力大为提
8、高处理能力大为提高由于网络由于网络GIS是一个是一个任务分布处理系统任务分布处理系统，可以充分利用，可以充分利用网络资源，采用分布式协同计算来完成复杂、计算量大网络资源，采用分布式协同计算来完成复杂、计算量大的地理空间计算任务。这样，一些复杂的计算任务，诸的地理空间计算任务。这样，一些复杂的计算任务，诸如大规模查询可交给性能比较强大的服务器来执行，而如大规模查询可交给性能比较强大的服务器来执行，而数据量较小的简单操作则由本地计算机完成。这是一种数据量较小的简单操作则由本地计算机完成。这是一种比较理想的全局优化模式。比较理想的全局优化模式。网络GIS的特点 动态系统动态系统可以根据用户的请求随时
9、向用户动态提供其所需的空间信可以根据用户的请求随时向用户动态提供其所需的空间信息服务，为用户提供息服务，为用户提供个性化空间信息服务个性化空间信息服务。跨平台性好跨平台性好网络网络GIS的分布性、多用户特点决定了网络的分布性、多用户特点决定了网络GIS必须具有必须具有较强的跨平台性能较强的跨平台性能 互操作能力强互操作能力强开开放放式式地地理理信信息息系系统统(OpenGIS)规规范范和和互互操操作作技技术术的的提提出出,不不仅仅为为数数据据共共享享提提供供了了崭崭新新的的思思路路,而而且且将将GIS带带入入了了开开放放的的时时代代,从从而而使使得得各各个个系系统统间间实实现现不不同同类类型型
10、地地理理数数据据和和地理处理方法的透明访问成为可能地理处理方法的透明访问成为可能.容易实现大范围的数据分发容易实现大范围的数据分发 3.2 网络网络GIS 体系结构体系结构定义定义 网网络络体体系系结结构构是是关关于于完完整整的的计计算算机机通通信信网网络络的的一一幅幅设设计计蓝蓝图图，是是设设计计、构构造造和管理通信网络的框架和技术基础。和管理通信网络的框架和技术基础。网网络络GIS体体系系结结构构是是关关于于完完整整的的基基于于计计算算机机通通信信网网络络的的GIS设设计计、构构造造和和管管理理的框架和技术基础。的框架和技术基础。两层体系结构两层体系结构三层及多层体系结构三层及多层体系结构
11、两层体系结构两层体系结构两两层层体体系系结结构构把把网网络络GIS分分成成客客户户机机(也也可可称称为为客客户户浏浏览览器器)和和服服务务器器两两个个部部分分，它它们们之之间间通通过过网网络络(包包括括局局域域网网、Internet、Intranet等等)在在一一定定的的协协议议(如如TCP/IP、HTTP等等)支支持持下下实实现现信信息息的的交交互互，形形成成客客户户/服服务务器器计计算算模模式式(C/S)，共同协调处理一个应用问题。，共同协调处理一个应用问题。服务器端服务器端工作站工作站文件文件服务服务器器数据数据库服库服务器务器工作站工作站PCPC客户端客户端通信通信网络网络图3-1 两
12、层结构示意图(客户/服务器模式)两层体系结构两层体系结构n 客客户户机机和和服服务务器器是是根根据据它它们们所所承承担担的的工工作作来来加加以以区区分分的的。客客户户机机和和服服务务器器是是相相互互独独立立、相相互互依依存存、相相互互需要需要的。的。n 客客户户机机通通常常是是承承载载最最终终用用户户使使用用的的应应用用软软件件系系统统的的单单台台或或多多台台设设备备，而而服服务务器器的的功功能能则则由由一一组组协协作作的的过过程程或或数数据据库库及及其其管管理理系系统统所所构构成成，为为客客户户机机提提供供服服务务，其硬件组成往往是一些性能较高的服务器或工作站。其硬件组成往往是一些性能较高的
13、服务器或工作站。n客客户户/服服务务器器模模式式的的计计算算机机系系统统可可以以有有多多个个客客户户端端，或者多个服务器或者多个服务器。n 客客户户/服服务务器器模模式式基基于于简简单单的的请请求求/应应答答方方式式。客客户户机机向向服服务务器器提提出出数数据据处处理理请请求求，服服务务器器端端接接收收请请求求并并对对请请求求进进行行处处理理，根根据据请请求求的的内内容容执执行行相相应应操操作作，并并将将操操作作结结果果传传至至客客户户机机一一端端。可可以以看看出出，只只有有经经历历这这样的一个来回才能完成一项任务的处理。样的一个来回才能完成一项任务的处理。两层体系结构两层体系结构按照逻辑关系
14、，一个复杂应用程序可划按照逻辑关系，一个复杂应用程序可划分为表示逻辑、业务逻辑、事务逻辑和分为表示逻辑、业务逻辑、事务逻辑和数据逻辑。数据逻辑。网网络络GIS体体系系结结构构的的主主要要问问题题就就是是如如何何均均衡衡以以上上各业务中的负载分配。各业务中的负载分配。-表示逻辑表示逻辑主要负责前端用户界面主要负责前端用户界面-业业务务逻逻辑辑主主要要负负责责系系统统中中业业务务规规则则和和流程处理流程处理-事事务务逻逻辑辑主主要要负负责责应应用用程程序序访访问问数数据据的安全性、完整性等的安全性、完整性等 -数数据据逻逻辑辑主主要要负负责责数数据据库库的的存存取取、管管理等理等 不不确确定定服服
15、务务器器端端两层体系结构两层体系结构在两层体系结构中，按负载的轻重可将客户在两层体系结构中，按负载的轻重可将客户/服务器服务器体系结构归纳为以下两种：体系结构归纳为以下两种：-基于客户机的网络基于客户机的网络GIS体系结构体系结构 称称 为为“瘦瘦”服服 务务 器器/“胖胖”客客 户户 机机 的的 网网 络络 GIS。GIS的的绝绝大大多多数数功功能能都都是是在在客客户户机机实实现现的的，只只有有少少量量的的GIS功能在服务器端实现。功能在服务器端实现。特特点点：客客户户机机需需要要下下载载或或安安装装相相应应的的客客户户机机GIS应应用程序用程序 思思路路：大大多多数数基基于于客客户户机机的
16、的网网络络GIS中中，GIS分分析析工工具具和和GIS数数据据最最初初驻驻留留在在服服务务器器上上。用用户户通通过过客客户户机机向向服服务务器器发发出出GIS数数据据和和GIS处处理理工工具具的的请请求求，服服务务器器根根据据客客户户机机的的请请求求将将数数据据和和GIS处处理理工工具具一一并并传传送送给给客客户户机机。客客户户机机接接受受所所需需要要的的数数据据和和GIS处处理理工工具，按照用户的操作，进行具，按照用户的操作，进行GIS数据处理和分析。数据处理和分析。两层体系结构-基于服务器端的网络基于服务器端的网络GIS体系结构体系结构 称为称为“胖胖”服务器服务器/“瘦瘦”客户机的网络客
17、户机的网络GIS。特特点点：服服务务器器端端的的负负载载较较重重，GIS的的绝绝大大多多数数功功能能都都是是在在服服务务器器端端实实现现的的，客客户户机机的的浏浏览览器器仅仅充充当当前前端端的对用户友好的接口。的对用户友好的接口。思思路路：用用户户在在客客户户机机浏浏览览器器上上通通过过向向服服务务器器发发送送初初始始化化和和数数据据处处理理与与服服务务请请求求，服服务务器器接接受受此此请请求求后后，分分析析请请求求的的处处理理要要求求，并并对对请请求求加加以以处处理理，将将处处理理结结果果通通过过网网络络返返回回客客户户机机，并并在在客客户户机机浏浏览览器器上上按按适适当当方式予以显示。方式
18、予以显示。客客户户/服服务务器器体体系系结结构构的的优优点点在在于于简简单单和和高高效效，流流行行的的HTTP、FTP等等协协议议都都是是遵遵循循客客户户/服服务务器器模模式式的的。早早期期的的网网络络GIS建建设设大大都都采采用用这这种种模模式式。客客户户/服服务务器器结结构以构以PC为主，适合部门级应用。为主，适合部门级应用。三层体系结构三层体系结构随随着着GIS应应用用系系统统的的大大型型化化以以及及用用户户对对系系统统性性能能的的要要求求不不断断提提高高，两两层层结结构构的的缺缺点点逐逐渐渐暴暴露露出出来来。于于是是在在Internet的的基基础础上上，两两层层体体系系结结构构自自然然
19、延延伸伸到到三三层层或或更更多多层层次次的的体体系系结结构构。这这实实际际上上可可以以看看作作是是基基于于服服务务器器端端的的网网络络GIS体体系结构系结构(“胖胖”服务器服务器/“瘦瘦”客户机结构客户机结构)的拓展和细化。的拓展和细化。三三层层体体系系结结构构突突破破了了客客户户/服服务务器器两两层层模模式式的的限限制制，将将各各种种逻逻辑辑分分别别分分布布在在三三层层结结构构中中来来实实现现，这这样样便便可可以以将将业业务务逻逻辑辑、表表示示逻逻辑辑、数数据据逻逻辑辑分分开开，从从而而减减轻轻客客户户机机和和数数据据服服务务器器的的压压力力，能能较较好好地地平平衡衡负负载载，并并且且形形成
20、成了了一一种种新新的的计算模式计算模式浏览器浏览器/服务器模式服务器模式(B/S)。图图3-2 三层逻辑体系结构三层逻辑体系结构三层体系结构 客客户户端端可可以以是是PC、PDA或或者者蜂蜂窝窝电电话话等等，中中间间层层通通常常是是工工作作站站或或小小型型机机，服服务器可以是主机、小型机等。务器可以是主机、小型机等。工工作作原原理理：客客户户机机可可以以不不直直接接向向数数据据服服务务器器发发送送请请求求，数数据据的的请请求求由由应应用用服服务务器器根根据据客客户户端端的的请请求求向向数数据据服服务务器器提提出出，数数据据访访问问的的结结果果也也是是由由应应用用服服务务器器负负责责发送到客户端
21、的。发送到客户端的。三层体系结构三层体系结构优点优点n将将用用于于图图形形显显示示的的表表示示逻逻辑辑与与GIS的的处处理理逻逻辑辑分开，可以使分开，可以使GIS的处理逻辑为所有用户共享。的处理逻辑为所有用户共享。n与与两两层层结结构构相相比比，在在三三层层结结构构中中，Web服服务务器器既既作作为为一一个个浏浏览览服服务务器器，同同时时又又是是应应用用服服务务器器，将将整整个个应应用用逻逻辑辑和和规规则则驻驻留留其其上上，而而只只有有表表示示层层存存在在于于客客户户机机，使使客客户户机机变变得得很很单单纯纯，从从而而极大地减轻了客户机的负担。极大地减轻了客户机的负担。n应应用用服服务务器器支
22、支持持多多种种关关系系数数据据库库管管理理系系统统和和数数据据类类型型，并并通通过过对对象象中中间间件件技技术术，在在网网络络上上寻寻找找对对象象应应用用程程序序，完完成成对对象象间间的的通通信信。这这样样便便屏屏蔽蔽了了网网络络通通信信的的细细节节，使使客客户户机机和和服服务务器器均均不不需需要要了了解解对对方方的的具具体体工工作作，从从而而实实现现无无缝缝透透明的连接。明的连接。多层体系结构多层体系结构 多多层层结结构构的的网网络络GIS在在负负责责与与用用户户交交互互的的客客户户机机和和负负责责数数据据存存储储管管理理的的数数据据服服务务器器之之间间存存在在一一层层或或多多层层负负责责业
23、业务务处处理理逻逻辑辑。通通过过这这些些业业务务处处理理逻逻辑辑对对GIS分分析析处处理理任任务务进进行行分分解解达达到到平平衡衡负负载载的的目的。目的。多多层层结结构构与与三三层层结结构构相相比比，主主要要是是在在业业务务逻逻辑辑层层增增加加了了更更多多的的逻逻辑辑处处理理单单元元，以以根根据据不不同同客客户户的的请求情况分别予以高效处理。请求情况分别予以高效处理。多层体系结构应用例一多层体系结构应用例一Atuodesk企业版企业版GIS Atuodesk企企业业版版提提供供了了一一种种真真正正的的多多层层体体系系结构来支持地理空间数据。结构来支持地理空间数据。数据层整整个个企企业业级级空空
24、间间信信息息系系统统的的基基础础，空空间数据的组织和管理层（间数据的组织和管理层（Oracle）应用层Autodesk 的的GIS设设计计服服务务器器的的一一层层，GIS设设计计服服务务器器主主要要为为企企业业应应用用提提供供各种矢量地图服务各种矢量地图服务 客户端桌面程序桌面程序 Web服务器Autodesk实实现现了了Web服服务务器器与与数数据据层层、设设计计服服务务器器和和客客户户端端的的桌桌面面系系统间的有效结合统间的有效结合 浏览器浏浏览览器器是是用用户户通通过过Internet进进行行访访问问的数据表示层的数据表示层（MapGuide）多层结构应用例二多层结构应用例二 Any*G
25、IS(日立公司)的系统结构 Any*GISWeb客户端客户端AutoCAD客户端客户端Any*GIS标准客户端标准客户端Web服务器服务器Any*GIS应用服务器应用服务器Oracle Spatial模块模块Geo-Adapter组件组件CORBA组件组件地图地图数据数据CAD制图数据制图数据历史历史GIS(数据数据)CORBAGIS(数据数据)客客户户层层应应用用服服务务层层数数据据存存储储层层图图3-3 Any*GIS的分层结构的分层结构三三种种不不同同的的客客户户端端接接口口可可以以适适应应公公司司的的使使用用功功能能和和商商业业各各个个方面的需求方面的需求Web服服务务器器使使得得终终
26、端端用用户户可可以以和和标标 准准 Internet服服 务务 器器 相相 交交 互互。Any*GIS应应用用服服务务器器是是Any*GIS的的功功能能中中枢枢，它它提提供供空空间间数数据的整合和转换功能据的整合和转换功能 代代表表了了存存储储在在公公司司里里的的各各种种空空间间和和非非空空间间数数据据。Geo-Adapter组组件件提提供供了了一一个个读读、写写各各种种格格式式的的空空间间数数据据的的中中间间层层，同同时时通通过过它它还可以连接到其他厂商的还可以连接到其他厂商的GIS多层体系结构优点优点 使用多层结构设计、开发网络使用多层结构设计、开发网络GIS应用应用系统时，系统将被分为不
27、同的逻辑模块。系统时，系统将被分为不同的逻辑模块。因其能有效地平衡服务器端与客户端的因其能有效地平衡服务器端与客户端的负载，从而使系统的整体性能有较大提负载，从而使系统的整体性能有较大提高，同时也使网络高，同时也使网络GIS变得比较安全、变得比较安全、灵活，维护更加方便。灵活，维护更加方便。3.3 网络GIS数据组织与管理空间数据的组织与管理一直是空间数据的组织与管理一直是GIS理论理论与技术发展的基础问题，是与技术发展的基础问题，是GIS技术能技术能否得到广泛应用并为用户提供高效服务否得到广泛应用并为用户提供高效服务的关键。的关键。GIS数据组织与管理技术是指通过研究数据组织与管理技术是指通
28、过研究地表现象的表达方式，进而研究它们在地表现象的表达方式，进而研究它们在计算机中的存储、管理和分析方法。计算机中的存储、管理和分析方法。网络网络GIS数据组织与管理数据组织与管理F通通过过地地理理认认知知可可将将地地表表现现象象抽抽象象为为点点、线线、面面、体体等等四四种种类类型型，为为了了在在计计算算机机中中再再现现这这些些地地表表现现象象，根根据据计计算算机机科科学学的的有有关关理理论论和和技技术术(如如计计算算机机图图形形学学、数数据据库库、数数据据结结构构等等)，人人们们又又按按照照点点、线线、面面、体体的的组组织织方方式式选选择择合合适适的的数数据据模模型型和和数数据据结结构构来来
29、实实现现地地表表现现象象的的可可视视化化表表达达，这这是是建建立立任任何何GIS的的基基础础和和前前提。提。网络GIS数据组织策略基于分层基于分层人人们们对对现现实实世世界界的的地地理理现现象象通通过过认认知知和和抽抽象象，把把地地理理实实体体用用数数学学上上的的一一些些基基本本几几何何形形体体(如如点点、线线、面以及栅格单元等面以及栅格单元等)来进行结构化表达。来进行结构化表达。基于地理特征基于地理特征现现实实世世界界是是一一组组具具有有高高度度相相关关结结构构的的物物质质实实体体，这这些些实实体体拥拥有有一一组组允允许许人人们们在在相相似似性性基基础础上上进进行行分分类类的的共共同同属属性
30、性，人人们们可可以以通通过过实实体体的的这这些些属属性性和和关关系系的的共共性性来来认认识识和和表表达达地地理理实实体体，即即通通过过地地理特征来认识客观世界。理特征来认识客观世界。网络GIS数据组织策略基于分层的数据组织基于分层的数据组织 -主要在主要在矢量矢量和和栅格数据栅格数据以及以及关系数据模型关系数据模型的基础的基础上使用分层的方法来组织数据上使用分层的方法来组织数据;-“层层”是是GIS中最重要的基本概念之一；中最重要的基本概念之一；*“分层分层”是目前是目前GIS数据组织的最基本的方法之一。数据组织的最基本的方法之一。建筑物建筑物建筑物建筑物河流河流公园公园建建筑筑物物层层河流层
31、河流层公园层公园层矢矢量量空空间间数数据据的的分分层层组组织织可可概概括括为为：坐坐标标对对空空间间对对 象象图层图层地图地图。在在这这种种分分层层组组织织方方式式中中，GIS的的地地理理空空间间数数据据由由若若干干个个图图层层及及相相关关属属性性数数据据组组织织而而成成，每每个个空空间间数数据据图图层层又又以以若若干个空间坐标的形式存储。干个空间坐标的形式存储。矢量结构中的分层矢量结构中的分层往往是基于几何要往往是基于几何要素分类素分类(如点类、线如点类、线类、面类和体类等类、面类和体类等)而实现的。而实现的。基于分层的数据组织分层组织中的信息可按以下方法分类：分层组织中的信息可按以下方法分
32、类：-地地图图集集，是是地地理理数数据据组组织织中中的的顶顶层层信信息息，实实现现对对各各个个地地图的管理。图的管理。地地图图引引用用(表表名名、地地图图层层数数等等)、地地图图坐坐标标(坐坐标标系系统统、配配准信息等准信息等)及地图描述及地图描述(访问权限、地图说明等访问权限、地图说明等)等信息。等信息。-图图层层集集，是是由由多多个个空空间间图图层层组组成成的的能能满满足足一一定定应应用用需需求的图层集合。求的图层集合。图图层层引引用用(图图层层标标号号、图图层层表表名名)、图图层层空空间间索索引引(大大小小、标标号号、表表名名)、图图层层显显示示、图图层层坐坐标标范范围围(坐坐标标最最大
33、大、最最小小值值)等信息。等信息。-图图层层，是是由由多多个个具具有有某某些些相相同同或或相相似似特特性性的的同同种种类类型型的空间对象组成的集合。的空间对象组成的集合。空空间间对对象象的的标标识识(标标号号、名名称称)、描描述述(名名称称、特特征征属属性性、类类型型)及及几几何何表表示示(坐坐标标的的二二进进制制大大对对象象形形式式BLOB数数据据类类型型)。基于分层的数据组织基于分层的数据组织缺陷缺陷降低降低GISGIS的信息容量的信息容量对现实世界中的地理现象进行几何抽象往往忽视对现实世界中的地理现象进行几何抽象往往忽视了地理现象的本质特性及现象之间的内在复杂联了地理现象的本质特性及现象
34、之间的内在复杂联系，导致获取的空间信息被极大地简化。系，导致获取的空间信息被极大地简化。使空间分析能力相对较弱使空间分析能力相对较弱注重空间位置的描述，较少考虑以分类属性和相注重空间位置的描述，较少考虑以分类属性和相互关系为基础的结构化实体的内在规律描述，致互关系为基础的结构化实体的内在规律描述，致使空间分析能力相对较弱。使空间分析能力相对较弱。误差误差分层叠加的方法把现实世界划分为一系列具有严分层叠加的方法把现实世界划分为一系列具有严格边界的图层，但这些边界并不能充分反映客观格边界的图层，但这些边界并不能充分反映客观现实，从而造成了许多人为误差。现实，从而造成了许多人为误差。基于特征的数据组
35、织基于特征的数据组织针针对对分分层层组组织织存存在在的的缺缺陷陷，要要对对地地理理现现象象进进行行合合理理抽抽象象和和简简化化，就就需需要要一一个个高高度度统统一一的的框框架架对对地地理理现现象象和和地地理理数数据据进进行规范化的行规范化的理解、表达和组织理解、表达和组织。地理特征的概念地理特征的概念 特特征征是是对对地地理理现现象象的的高高度度抽抽象象和和全全面面表表达达，它它包包括括地地理理现现象象在在空空间间、时时间间和和专专题等方面的所有信息题等方面的所有信息 基于特征的数据组织基于特征的数据组织基基本本思思想想是是把把地地理理特特征征作作为为地地理理空空间间信信息息的的基基本本单单元
36、元，利利用用地地理理特特征征来来表表达达和和描描述述地地球球空空间间上上客客观观存存在在的的实实体体。地地理理特特征征用用位位置置和和类类别别来来进进行行刻刻画画，位位置置和和类类别别又又由由属属性性和和关关系系来来刻刻画画。一一个个地地理理特特征征既既是是一一个个地地理理实实体体又又是是一一个个表表达达对对象象，形形式式上上被被定定义义为为具具有有共共同同属属性性和和关关系系的的一一组组现现象象，其其中中，位位置与类别的属性和关系是必要的。置与类别的属性和关系是必要的。特征特征数字数字表达表达实体实体对象对象位置位置类别类别X,Y,Z点点线线面面栅格单元栅格单元关系关系属性属性拓扑拓扑关系关
37、系形状形状颜色颜色尺寸尺寸方位方位Is_aPart_ofContaina_kind_of关系关系属性属性客观客观世界世界图图3-5 特征中位置与类别的属性和关系特征中位置与类别的属性和关系基于特征的数据组织基于特征的数据组织优点优点 保证地理现象表达的完备性与一致性保证地理现象表达的完备性与一致性采采用用基基于于特特征征的的方方法法认认识识和和表表达达客客观观世世界界，可可以以在在数数据据模模型型的的层层次次上上实实现现地地理理现现象象的的规规范范化化理理解解与表达，形成地理现象的统一框架；与表达，形成地理现象的统一框架；有利于实现时空专题信息的集成和分析有利于实现时空专题信息的集成和分析生命
38、周期特性生命周期特性具有的动态变化特点具有的动态变化特点在在基基于于特特征征的的GIS中中，特特征征可可以以通通过过聚聚集集或或联联合形成更为复杂的特征。合形成更为复杂的特征。网络网络GIS数据管理概述数据管理概述 空间数据管理技术的发展过程空间数据管理技术的发展过程 F 第一阶段第一阶段 GIS中中空空间间数数据据的的组组织织与与管管理理均均采采用用文文件件的的形形式式，空空间间几几何何数数据据与与属属性性数数据据都都以以文文件件的的形形式式表表达达；缺点：缺点：不不具具备备独独立立性性，依依赖赖于于操操作作系系统统和和文文件件系系统统，致致使使不同操作系统上的不同操作系统上的GIS难以实现
39、互操作；难以实现互操作；安全性、共享性差安全性、共享性差；空空间间数数据据存存储储需需生生成成数数量量庞庞大大的的数数据据文文件件，不不利利于于GIS中数据的存取、调度与管理中数据的存取、调度与管理 空间数据管理技术的发展过程F 第二阶段第二阶段 GIS中中空空间间数数据据的的组组织织与与管管理理形形式式借借鉴鉴并并采采用用了了DBMS和和文文件件的的混混合合方方式式，即即空空间间几几何何数数据据仍仍以以文文件件的形式表达，而属性数据采用的形式表达，而属性数据采用DBMS的方式进行管理。的方式进行管理。几何数据属性数据ID数据文件数据库早期图形用户界面图形处理DBMS属性用户界面图形文件库属性
40、数据库GIS用户界面图形处理DBMS图形文件库属性数据库高级语言ODBC协议GIS用户界面图形处理DBMS图形文件库属性数据库高级语言数据库开发语言数据库开发数据库开发特点特点q属性数据建立在属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可上，数据存储和检索比较可靠、有效；靠、有效；q几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。比商用数据库要逊色得多。q空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破
41、坏。这这种种方方式式是是目目前前技技术术上上成成熟熟、GIS中中应应用用十十分分广广泛泛的的一种空间数据管理方式。一种空间数据管理方式。空间数据管理技术的发展过程F 第三阶段第三阶段 以以商商业业化化DBMS为为核核心心，对对系系统统功功能能进进行行扩扩充充，使使空空间间几几何何数数据据与与属属性性数数据据在在同同一一个个DBMS管管理理之之下下，并并增增加大量的软件功能以提供图形显示和空间分析等功能。加大量的软件功能以提供图形显示和空间分析等功能。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）RDBMS空间空间数据库数据库关系表关系表二进制块二
42、进制块n n 属属属属性性性性数数数数据据据据、几几几几何何何何数数数数据据据据同同同同时时时时采采采采用用用用关关关关系系系系式式式式数据库进行管理；数据库进行管理；数据库进行管理；数据库进行管理；n n 空空空空间间间间数数数数据据据据和和和和属属属属性性性性数数数数据据据据不不不不必必必必进进进进行行行行烦烦烦烦琐琐琐琐的的的的连接，数据存取较快；连接，数据存取较快；连接，数据存取较快；连接，数据存取较快；n n 属属属属间间间间接接接接存存存存取取取取，效效效效率率率率比比比比DBMSDBMS的的的的直直直直接接接接存存存存取取取取慢慢慢慢，特特特特别别别别是是是是涉涉涉涉及及及及空空
43、空空间间间间查查查查询询询询、对对对对象象象象嵌嵌嵌嵌套套套套等复杂的空间操作等复杂的空间操作等复杂的空间操作等复杂的空间操作空间数据管理技术的发展过程空间数据管理技术的发展过程 目前商业化的目前商业化的DBMSDBMS并不能完全满足空间数据管理的要求并不能完全满足空间数据管理的要求GIS的的空空间间数数据据具具有有类类型型复复杂杂、存存储储量量大大以以及及存存在在变变长长记记录录等特征，而一般的等特征，而一般的DBMS只支持固定长度的记录域值；只支持固定长度的记录域值；空空间间数数据据一一般般具具有有空空间间参参考考、特特征征坐坐标标、事事实实上上的的拓拓扑扑关关系系、非非空空间间主主题题属
44、属性性等等多多种种特特征征，一一般般的的DBMS难难以以全全面面表达；表达；空空间间数数据据要要求求更更高高的的安安全全性性以以及及数数据据内内部部的的一一致致性性和和完完整整性约束等，一般的性约束等，一般的DBMS难以保证空间数据的高安全要求；难以保证空间数据的高安全要求；空空间间数数据据需需要要复复杂杂的的图图形形操操作作、空空间间拓拓扑扑以以及及空空间间分分析析等等一一系系列列特特有有的的功功能能，这这些些需需求求也也是是一一般般商商业业化化DBMS难难以以满足的；满足的；一一般般商商业业化化的的DBMS难难以以满满足足海海量量空空间间数数据据的的管管理理及及网网络络GIS的应用。的应用
45、。空间数据管理技术的发展过程空间数据管理技术的发展过程F 第四阶段第四阶段 基于对象基于对象-关系数据库的空间数据管理技术的发展关系数据库的空间数据管理技术的发展 在在对对象象-关关系系空空间间数数据据管管理理系系统统中中，图图形形数数据据和和相相应应的的属属性性数数据据作作为为一一条条记记录录存存放放在在数数据据库库中中，采采用用技技术术成成熟熟的的关关系系型型数数据据库库来来管管理理图图形形数数据据，这这样样，图图形形的的操操作作如如同同属属性性数数据据的的操操作作一一样样，具具有有速速度度快快、支支持持多多用用户户操操作作、事事务务管管理理等等特特点点，可可以以较较好地解决网络环境下空间
46、数据的使用问题。好地解决网络环境下空间数据的使用问题。SDE、OracleSpatial、SpatialWare GIS界面空间数据处理RDBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面等）网络GIS空间数据管理发展趋势 SDBMS应该可以存储与处理在二级存储设备应该可以存储与处理在二级存储设备(如磁盘、如磁盘、光盘等光盘等)上的海量空间数据，并具备专门的空间索引上的海量空间数据，并具备专门的空间索引和查询处理技术以完成和查询处理技术以完成GIS中的空间分析等操作。中的空间分析等操作。SDBMS需继承和强化传统需继承和强化传统DBMS所拥有的并发控制、所拥有的并发控制、安全保护等机制，以保证多个用户
47、能同时访问共享的安全保护等机制，以保证多个用户能同时访问共享的空间数据，并保持数据的一致性。空间数据，并保持数据的一致性。网络网络GIS的发展对的发展对SDBMS的性能提出了更高的要求。的性能提出了更高的要求。SDBMS除需具有基本的海量空间数据存储、管理以除需具有基本的海量空间数据存储、管理以及空间数据操作与分析功能外，还必须满足日益增长及空间数据操作与分析功能外，还必须满足日益增长的基于网络的应用需求，即的基于网络的应用需求，即需要提供高效的数据传输需要提供高效的数据传输能力能力、有效的网络安全控制机制有效的网络安全控制机制以及以及基于网络的海量基于网络的海量空间数据的快速存取与调度能力空
48、间数据的快速存取与调度能力等。等。网络GIS空间数据管理发展趋势按按数数据据库库系系统统操操作作对对象象划划分分，网网络络GIS空空间间数数据据管管理理将将逐逐渐渐采采用用面面向向对对象象的的数数据据库库管管理理系系统统(Object Oriented DBMS，OODBMS)和和对对象象-关关系系型型的的数数据据库库管管理理系系统统(Object-Realtion DBMS，ORDBMS)。按按数数据据库库系系统统体体系系结结构构划划分分，网网络络GIS空空间间数数据据管管理理将将逐逐渐渐采采用用分分布布式式数数据据库库管管理理系系统统和和并并行行数数据据库库管管理理系系统统，以以满满足足由
49、由于于计计算算机机网网络络的的高高速速发发展展和和不不断断增增加加的的网网络络互互连连而而快快速速增增长的应用需求。长的应用需求。空间数据库技术概述 空空间间数数据据具具有有空空间间参参考考、非非结结构构化化、空空间间关关系系依依赖赖及及数数据据量量庞庞大大等等特特征征，这这些些特特征征是是一一般般事事务务性性数数据据库库(如如金金融融数数据据等等)的的数数据据所所不不具备的。具备的。因因此此，研研究究并并开开发发新新的的、面面向向空空间间数数据据和和空空间间操操作作的的数数据据库库管管理理系系统统是是当当代代GIS技技术术发发展展与与突突破破的的当当务务之之急急，尤尤其其是是面面临临高高度度
50、信信息息化化和和网网络络普普及及化化的的技技术术发发展展新新特特征征，针针对对满满足足网网络络GIS技技术术发发展展需需求求的的新新型型空空间间数数据据库库技技术术显得尤为重要。显得尤为重要。空间数据建模 目目前前，地地理理空空间间数数据据模模型型的的种种类类有有很很多多，从从概概念念上上讲讲，可以把它们归类为可以把它们归类为基基于于场场的的模模型型：对对于于空空间间应应用用来来说说，定定义义的的场场模模型型要要求求至至少少有有三三个个组组成成部部分分：空空间间框框架架(Spatial Framework)、场场函函数数(Field Function)和一组相关的场操作和一组相关的场操作(Fi