第六章地图信息的检索与查询
6．1 检索方式的分类
检索是依据所给条件从数据库中确定有关空间对象地址的过程。一个数据库系统的实用性在很大程度上取决于它的检索功能。
根据所给检索条件的性质，可以把图形数据检索分为两类，即常规检索和拓扑检索。这两类检索类型的本质和进一步的划分类型如下：
1．常规检索：根据空间对象本身的标志进行检索。它又分为：
(1)定性检索：按空间对象的专题性质进行检索。
(2)定位检索：按空间对象的几何位置进行检索。一般情况下是通过用户给出的矩形范围进行检索。也称为开窗检索。
2.拓扑检索：根据空间对象间的空间关系进行检索。空间关系包括：拓扑邻接，拓扑关联，拓扑包含。
拓扑检索主要实用于曲线网（境界线网、交通网、河网等）。拓扑检索的含义是：给出曲线网的一个元素，即一个结点、一条弧段或一个多边形，要求选出曲线网的一批元素。
按照在数据结构中表示拓扑关系是采用显式还是隐式，还可以把拓扑检索分为：
(1)直接拓扑检索：以显式所表示的拓扑关系为基础进行检索。利用此种方法的检索速度快。
(2)间接拓扑检索：拓扑检索的依据不再是空间对象本身的标志，而是通过空间对象之间的关系进行检索。
为了更好地了解有关内容，下面对显式和隐式表示作一简单介绍。
显式表示：点、弧段、多边形诸图形实体之间的关系明确表示。属确定型模型。
隐式表示：点、弧段、多边形诸图形实体之间的关系有时表示为确定型关系，有时表示为近似型（如模糊型）关系。具有动态性、灵活性，这些关系无需专门地建立，而是隐含在数据结构中。
6．2 拓扑检索
6．2．1 直接拓扑检索
1． 简单拓扑检索
简单拓扑检索可以归结为以下四种类型：
(1) 确定汇于给定结点(0维元素)上的各条弧段（1元元素），用 算子10E 表示。
(2)确定给定弧段的端点处的结点，用算子01E 表示。
(3)确定环绕给定多边形（2维元素）的各条弧段，用算子12E 表
示。
(4)确定给定弧段两侧的多边形，用算子21E 表示。
算子k i E 表示对i 维空间对象进行运算可导出k 维空间对象。
图6-1 多边形A 的邻接多边形集算子序列12011021E E E E 示意图
上述运算的基础是弧段与结点和弧段与多边形之间所建立的显 示拓扑关联关系。同样，也可以在结点和多边形之间建立拓扑关联关系。一般情况下，由于现有的数据结构中并没有建立结点和多边形之间的直接关联关系，因而就使得在某些特殊情况下（即当在一个结点上相汇的边多于三条时）查询多边形的邻接关系就显得不够完整。例如，在图6-1中，若简单地根据边和多边形的关系算子21E 来确定多
边形A 的邻接多边形集，则仅得到B 、C 、D 、F ，而将多边形E 漏掉。其原因是查询的依据是21E 算子，而不是表达结点和多边形之间的关
联关系的20E 。但如果在数据结构中建立结点和多边形之间的直接关
联，则将占用较多的存储空间。目前，解决此类问题的方法是通过程
序来实现。由12E (A)得到弧段4321,,,e e e e ，由),,,(432101e e e e E 得到结点
4321,,,N N N N ，由),,,(432110N N N N E 得到的边与A 多边形的边作异或运算
后得到98765,,,,e e e e e ，最后由),,,,(9876521e e e e e E 得出多边形A 的邻接多边形集为B 、C 、D 、E 、F 。
2． 复合拓扑检索
通过对上述简单拓扑检索的串联和重复应用可得出较为复杂的
拓扑检索。复合拓扑检索主要体现为下列三种基本毗邻关系。
(1) 结点的基本毗邻：其实现的步骤为：
1)确定与该结点关联的弧段（10E ）；
2)确定与所得出的弧段集相关联的多边形（21E ）。
(2) 弧段的基本毗邻：其实现的步骤为：
1)确定与该弧段相关联的结点（01E ）；
2)确定与所得的两个结点相关联的弧段（10E ）；
3)确定与所得弧段集相关联的多边形（21E ）。
(3) 多边形的基本毗邻：其实现的步骤为：
1)确定与该多边形相关联的弧段集（12E ）；
2)确定与所得弧段集相关联的结点集（01E ）；
3)确定与所得结点集相关联的弧段集（10E ）；
4)确定与所得弧段集相关联的多边形集（21E ）。
6．2．2 间接拓扑检索
间接拓扑检索过程的实施被分成两个子过程进行：预检索和相关检索。
1．预检索：形成起始空间对象的集合。
预检索的目的是为拓扑检索提供第一个空间对象的集合----起始
空间对象的集合。这里可以进行三种形式的预检索。
1)检索点状空间对象的集合，如居民点等；
2)检索线状空间对象的集合，如交通线等；
3)检索面状空间对象的集合，如若干个毗邻的省或县级政区单
元。
预检索基本上是通过定性检索（如通过分类分级编码）来实现的。
2．相关检索：获取最终的目标空间对象的集合。
这里所谓的相关检索，是以预检索所提供的第一个空间对象集
合为依据，通过计算处理和逻辑比较等操作来确定第二个空间对象集
合—目标空间对象集合，使该集合与起始空间对象集合满足所提出的拓扑关系。
一般情况下，若目标空间对象集合属于模糊型集合，则采用定位检索的手段来确定目标空间对象集合。反之，若目标空间对象集合为确定性集合，则用定性检索的方法来形成所求的目标空间对象的集合。
6．3 拓扑检索的应用
1．基于点结合的拓扑检索
这里把在预检索中得到的点状空间对象的集合（如重要的居民点）作为拓扑检索的基础。例如，可以检索出与点状空间对象相关联的线状空间对象（铁路和公路等）。
2．基于线集合的拓扑检索
例如，通过交通线路查询周围的村庄；通过行政区域界线查询相邻政区的信息等等。
3．基于多边形集合的拓扑检索
这里主要涉及拓扑邻接关系的应用。如回答：
(1)北京市周围有那些地区；
(2)如果把某几个政区单元看成是某种形式的经济协作区，则判断该协作区的邻省是那些省等等。
6．4GIS中空间信息的查询
1．基于空间特征的查询
目前大多数成熟的商品化地理信息系统软件的查询功能都可以完美地实现对空间对象的简单查询。如根据鼠标所指的空间位置，系统可以查找出该位置处的空间对象以及它们的属性，并显示出该空间对象的属性列表，或进行相关的统计分析。
2．基于属性特征的查询
一般来说，基于属性信息的查询操作主要是在属性数据库中完成的。目前大多数的地理信息系统软件都将属性信息存储在关系数据库中，而发展成熟的关系数据库又为我们提供了完备的数据索引方法和信息查询手段。几乎所有的关系数据库管理系统都支持标准的结构
化查询语言（SQL）。利用SQL，我们可以在属性数据库中方便地实现属性信息的复合条件查询，筛选出满足条件的空间对象的标识值，再到图形数据库中根据标识值检索到该空间对象。
3．基于空间关系的属性特征查询
空间对象间存在着多种空间关系（如拓扑关系、顺序关系、度
量关系）。在实际应用中，用户往往希望GIS提供一些更能直接计算空间对象关系的功能。如用户希望检索出满足如下条件的城市：
(1)在某条铁路的东边；
(2)距离该铁路不超过30公里；
(3)城市人口大于70万；
(4)城市选择区域是特定的多边形。
整个查询计算涉及到空间顺序关系（铁路东边）、空间距离关系（距离该铁路不超过30公里）、空间拓扑关系（被选择城市在特定的选择区域内）、属性信息查询（城市人口大于70万）。就目前成熟的地理信息系统而言，比较系统地完成上述查询任务还比较困难。为此，众多的地理信息系统专家提出了“空间查询语言”（Spatial Query Language）以作为解决问题的方案，但仍处于理论发展和技术探索阶段。
讨论的问题
1.对地理信息系统理论和技术方法的评价。
2.对地理信息系统实用性的认识。
3.现有地理信息系统的理论和技术方法体系是否存在局限性，如
何发展和改进？
4.地理信息系统在本专业研究方向应用的技术途径。
地理信息系统概论 第一章 1、数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事情的特征和状况。 2、信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体和客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。 2(1) 信息与数据的关系：数据是信息的表达式，是信息的载体。 2（2）信息的特点：a.信息的客观性;b.信息的适用性 ;c.信息的传输性; d.信息的共享性. 3、数据处理是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析和预测等操作。 4、地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。 5、地理信息的特征：空间特征、属性特征、时序特征。 6、地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 7、地理信息系统的基本构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。 8、地理信息系统的基本功能：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与演示、二次开发和编程。（最基本功能：数据采集、管理处理、分析和输出） 9、地理信息系统的应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。 10、GIS发展状况： 1、地理信息系统已成为一门综合性技术 2、地理信息系统产业化的发展势头强劲 3、地理信息系统网格化已构成当今社会的热点 4、信息系统科学的产生和发展 第二章 1、空间数据的分类：（1）按数据来源：地图数据，影像数据，文本数据。 （2）按数据结构：矢量数据，栅格数据。 （3）按数据特征：空间数据，非空间属性数据。 （4）按几何特征:点，线，面、曲面，体 2、按数据发布形式：数字线画图（DLG），数字栅格图（DRG），数字高程模型（DEM），数字正射影像图（DOM）。 3、空间数据的基本特征: ①空间特征：指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相地理现象和过程的空间关系。 ②属性特征：指地理现象和过程所具有的专属性质。 ③时间特征：指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况。 4、空间数据的基本信息：（P44） （1）三条呈不同分布状态的交通线：一条近乎直线(C1和C2组成)，一条呈S形（C3），另一条为环状(C4)。表示它们在地球表面上呈不同分布状态，称为定位信息。 （2）三条分别具有不同等级的交通线：近乎直线的C1和C2为主干道，呈S形的C3为
地理信息系统题库及答案详解 一、名词解释 第一章 导论 1．数据：数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据，数据本身并没有意义。 2．信息：是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供善于现实世界新的事实的知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。 3．数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等等操作。 第二章 地理信息系统的数据结构 4．矢量数据：是面向地物的结构，即对于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以及目标之间的拓朴关系说明。但在空间表达方面没有直接建立位置与地物的关系。 5．栅格数据：是面向位置的结构，平面上的任何一点都直接联系到某一个或某一类地物。但对于某一具体的目标，没有直接聚集所有信息，只能通过遍历栅格矩阵逐一寻找，它也不能完整地建立地物之间的拓朴关系。 6．空间数据（或地理数据）：是指地理实体或现象的空间特征数据和属性特征数据的总称。 7．TIN数据结构：表示和存储曲面要素的基本要求是必须便于连续现象在任一点的内插计算，经常采用不规则三角网（Triangulated Irregular Network）来拟合连续分布现象的覆盖表面，称为TIN数据结构。 第三章 空间数据处理 8．数据变换：是指数据从一种数学状态到另一种数学状态的变换，包括几何纠正和地图投影转换等等，以实现空间数据的几何配准。
9．数据重构：指数据从一种格式到另一种格式的转换，包括数据转换、格式转换、类型替换等等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，多源和异构数据的联接和融合。 10．数据提取：是指对数据进行某种条件的取舍，包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。 11．投影转换：投影转换是指当系统使用来自不同地图投影的图形数据时，需要将该投影的数据转换为所需要投影的坐标数据； 12．空间数据的内插：通过已知点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区的数据，推求任意点或多边形分区数据的方法就称为空间数据的内插。 第四章 地理信息系统空间数据库 13．数据库系统：数据库系统是数据库的全称，是由数据库及其管理软件组成的系统。它是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理的核心机构。它是一个实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。 14．空间数据库存储系统：是按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合，通常是一列相互关联的数据文件。 15．关系数据模型：关系数据模型是20世纪70年代首次引入到数据库领域中的。在关系数据模型中特别强调关系的表现形式与关系在计算机中的实现方法之间要相互独立，即独立于数据在物理设备上的存储方式，独立于索引结构，独立于数据的存储路径等。 16．关系：关系数据模型是一种数学化的模型，他把数据的逻辑结构归结于满足一定条件的二维表中的元素，这种表就称为关系。关系的集合构成关系模型。关系是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。 17．元数据：是关于“数据的数据”，是指在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方式、空间参考和管理方式等特征的数据，是实现地理信息空间信息共享的核心标准之一。 第五章 空间分析的原理与方法
地理信息系统教程习题及参考答案三 第六章空间查询与空间分析 1.什么是空间数据的查询? 空间数据的查询一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性条件和空间约束条件 的地理对象。属性约束条件一般用带比较运算符的逻辑表达式描述，这与传统的结 构查询语言SQL的where语句中条件表达式相似。空间约束条件用带空间谓词的逻辑表达式描述，空间谓词由地理对象间的空间关系演变而来，如包含、相交、分 离、重叠、距离同、方向等。因此空间查询是作用在库体上的函数，返回用户请求 的内容，也属于咨询式分析。 2.查询种类有哪些?实现方式如何? 查询种类及实现方式： 几何参数查询，包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一 个面目标的周长或面积等。 实现方式：查询属性库或空间计算 (1)空间定位查询，给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及 其属性。 按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性(点的捕捉)。 开窗查询：按矩形、圆、多边形查询。分为该窗口包含和穿过的区别。根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计 算，检索到目标。 空间运算方法 (2)空间关系查询，包括相邻分析检索---通过检索拓扑关系；相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系；包含关系查询；穿越查询等等。
A相邻分析检索---通过检索拓扑关系 面―面(如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法)： ①从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段； ②从弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。 线―线(如与某干流A相连的所有支流)： ①从线状地物表中，查找组成A的所有弧段及关联的结点； ②从结点表中，查询与这些结点关联的弧段； 点―点(如：A与B是否相通等)。 B相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系 线―面(例如：我国边境线总长度) 点―线(例如：自来水GIS中，与某阀门相关的水管) 点―面(例如：中国大于10万人口的城市个数) C包含关系查询 查询某个面状地物所包含的空间对象。 同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表来实现。 不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。 D穿越查询 某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。 E落入查询：一个空间对象落入哪个空间对象之内。?D?D空间运算 F缓冲区查询
一、名词解释 第一章 1．数据：是通过数字化或直接记录下的可以被鉴别的符号，是一种未经加工的原始资料。 2．信息：是向人们或机器提供的关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理形式的改变而改变。 3．地理信息系统：是由两个部分组成的。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。 第二章 4．对象模型：也称为要素模型，将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立对象分布在该空域中。 5．场模型：也称域模型，是把地理现象作为连续变量或体来看待，如大气污染度、地表温度、土壤湿度和地形地貌等。 第四章 6．数据处理：就是对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据形式进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据文件格式。7．空间内插：是一种通过已知点数据推求同一区域其他未知点数据的计算方法。8．空间外推：则是通过已知区域数据，推求其他区域数据的方法。 9．元数据：是关于数据的描述性数据信息，说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。其目的是促进数据集的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务。 第五章 10．数据库：是以一定的组织形式存储在一起的互相有关联的数据集合。11．数据模型：就是表达实体与实体之间的联系方式，数据库中的数据结构、操作集合和完整性规则集合组成数据库的数据模型。 第六章 12．空间数据的查询：一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性条件和空间约束条件的地理对象。 13．缓冲区分析：是GIS的基本空间操作功能之一，是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。 14．叠置分析：是将有关主题层数据层面进行叠加，产生新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。叠置分析不仅包含空间关系的比较，还包括属性关系的比较。 综合 15．DEM的概念：是用数值矩阵对地表起伏变化的一种连续表示方法，它是地表单元的高程集合，是国家空间地理信息的重要组成部分。 16．数字地球：是用数字化的形式对地球表层及其空间甚至于地表以下某些特征的一种抽象描述的模型，是地球诸要素信息的数字集合。 17．空间信息可视化：是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交互处理的理论、方法
地理信息系统教程习题及参考答案三第六章空间查询与空间分析 1.什么是空间数据的查询? 空间数据的查询一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性条件和空间约束条件的地理对象。属性约束条件一般用带比较运算符的逻辑表达式描述，这与传统的结构查询语言SQL的where语句中条件表达式相似。空间约束条件用带空间谓词的逻辑表达式描述，空间谓词由地理对象间的空间关系演变而来，如包含、相交、分离、重叠、距离同、方向等。因此空间查询是作用在库体上的函数，返回用户请求的内容，也属于咨询式分析。 2.查询种类有哪些?实现方式如何? 查询种类及实现方式： 几何参数查询，包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。 实现方式：查询属性库或空间计算 (1)空间定位查询，给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。 按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性(点的捕捉)。 开窗查询：按矩形、圆、多边形查询。分为该窗口包含和穿过的区别。根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。 空间运算方法 (2)空间关系查询，包括相邻分析检索---通过检索拓扑关系；相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系；包含关系查询；穿越查询等等。 A相邻分析检索---通过检索拓扑关系 面―面(如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法)： ①从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段； ②从弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。
线―线(如与某干流A相连的所有支流)： ①从线状地物表中，查找组成A的所有弧段及关联的结点； ②从结点表中，查询与这些结点关联的弧段； 点―点(如：A与B是否相通等)。 B相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系 线―面(例如：我国边境线总长度) 点―线(例如：自来水GIS中，与某阀门相关的水管) 点―面(例如：中国大于10万人口的城市个数) C包含关系查询 查询某个面状地物所包含的空间对象。 同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表来实现。 不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。 D穿越查询 某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。 E落入查询：一个空间对象落入哪个空间对象之内。?D?D空间运算F缓冲区查询 根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。 G边沿匹配检索 空间查询在多幅地图的数据文件之间进行，这时需应用边沿匹配处理技术。 (3)属性查询 l查找 仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。