地理信息系统第九讲：空间数据库技术(上)

地理信息系统与空间数据库研究摘要:本文分析了地理信息系统的基本发展情况,对空间数据库的特点、分类详细的进行了描述。

以某土地资源空间数据库的建立为例,展示了空间数据库的应用情况。

关键词:地理信息系统;GIS;空间数据库;计算机应用;地理在地学领域一般认为,GIS的核心是计算机科学,基本技术是数据库地图的可视化及空间的分析。

可以这样定义:它是在计算机软、硬件支持下,以一定的格式采集、存储、管理、分析、模拟、显示和应用部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术。

从外部来看表现为计算机软、硬件系统,其内涵是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型,是一个逻辑缩小的高度信息化的地理系统。

GIS作为一种专门用于管理地理分布数据的计算机系统,具有强大的模拟现实功能。

强大之处在于将空间信息的处理与属性信息完美结合起来,可以快速地获取所需要的信息,能以图形或文字报告等形式表示处理的结果。

地理空间数据是地理信息系统的血液。

整个GIS 都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。

从目前来说,数据采集特别是空间数据的采集是建立GIS的主要瓶颈。

经验表明,数据库的建库费用,在系统总投资中占较大的比重,通常是GIS硬件的5倍至10倍。

可见空间数据在地理信息系统中的地位。

一、空间数据库的特点:GIS空间数据库与普通的数据库在模型及功能上有很大的差别,总的来说,空间数据有以下特征。

空间特征:每一个空间对象具有空间坐标。

除了通用数据库管理系统或文件系统关键字索引和辅关键字索引以外,一般都需要建立空间索引。

非结构化特征:空间数据不满足结构化的要求。

将一条记录表达一个空间对象时,它的数据项有可能是变长的。

例如,一条弧段的坐标,其长度将是不可预料的;此外,一个对象也可能包含另外的一个或多个对象。

空间关系的特征:空间数据中记录的拓扑信息表达了多种的空间关系。

该种拓扑数据结构一方面既方便了空间数据的查询和空间分析,另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。

数据库：就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。

空间数据库是存取、管理空间信息的数据库地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库。

空间数据库的内容:矢量地形要素数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库、数字栅格地图数据库、元数据库、专题数据库空间数据管理演变过程：人工管理阶段（50年代中期以前）、文件系统阶段（50年代后期一60 年代中期）、文件与数据库管理阶段（20世纪70年代初）、全关系型空间数据库管理系统（20 世纪70年代后期）、对象关系数据库管理系统、面向对象的数据库管理系统地理空间数据库主要研究内容：空间数据模型、地理空间数据的获取与处理、地理空间数据组织、空间数据库管理系统、地理空间数据共享研究空间实体一一指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间物体。

（河流、道路、城市、航线等）空间实体：地理信息系统中不可再分的最小单元现象称为空间实体•属性是空间实体已定义的特征（如人口数量、林地上林木名称等）空间实体：是指现实世界中地理实体的最小抽象单位，主要包括点、线和面三种类型•空间检索的目的是对给定的空间坐标,能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象，进而对空间对象进行拓扑关系的分析处理空间对象模型特征：1 •图斑模型将一个地理空间划分成一些简单的连通域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种主要属性的变化。

根据表示地理现象的不同，可以对应不同类型的属性函数。

2、等值线模型等值线的特点：（1）用一组等值线将地理空间划分成一些区域，每个区域中的属性值的变化是相邻的两条等值线的连续插值；（2）每条线唯一值；（3）两条等值线不相交；3、选样模型地理空间上的属性值是通过釆集有限个点的属性值来确定的。

场的特征⑴空间结构特征和属性域2）连续的、可微的、离散的3）与方向无关的和与方向有关的（各向同性和各向异性）4）空间自相关矢量数据结构的几何数据表达优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。

第一章GIS概述地理信息系统的基本概念：信息、数据、地理数据与地理信息地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。

地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。

地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性：1）区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识；2）多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构；3）地理信息的时序特征十分明显，可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。

地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。

地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。

地理信息系统的定义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（Geospatial Database）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。

地理信息系统是一个基于计算机软件、硬件和数据的集成系统，该系统主要通过空间及非空间数据的操作，实现空间检索、编辑及分析功能。

地理信息系统具有以下三个方面的特征：第一、具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；第二、由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；第三、计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。

地理信息系统中的空间数据管理与分析方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种以地理信息为基础，具有数据抽象、空间数据管理、空间分析和空间可视化等功能的计算机辅助系统。

在现代社会中，GIS已经广泛应用于地理领域的研究和应用中，为地理信息的管理和分析提供了强大的工具和技术支持。

而在GIS中，空间数据的管理和分析方法是关键的环节，本文将对地理信息系统中的空间数据管理和分析方法进行探讨。

一、空间数据管理空间数据管理是地理信息系统中的核心要素，它涉及到如何有效地对地理信息进行保存、组织和维护的方法与技术。

常见的空间数据管理方法主要包括数据模型、数据结构和数据存储。

1. 数据模型数据模型是空间数据管理的基础，它定义了描述地理现象和地理实体的方式和规则。

常见的数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。

其中，层次模型以树状结构表示空间对象之间的关系；关系模型以表格形式表示空间对象之间的关系；对象模型以对象的属性和几何信息描述空间对象。

2. 数据结构数据结构是指在空间数据管理中，将地理实体和属性存储在计算机中的组织方式。

常见的数据结构包括邻接列表、拓扑关系和网格结构等。

其中，邻接列表通过记录对象的相邻关系描述空间图形的连接关系；拓扑关系通过表示图形元素的接触或覆盖关系描述地理实体的关系；网格结构是将地理区域划分成规则网格，每个网格单元存储与之相关的空间数据。

3. 数据存储数据存储是指将地理信息以适当的方式存储在计算机系统中。

常用的数据存储方式有矢量数据存储和栅格数据存储。

矢量数据存储以点、线、面等几何图元和属性表的方式存储地理信息；而栅格数据存储则以像元矩阵的方式存储地理信息。

二、空间数据分析空间数据分析是GIS的重要应用之一，它通过对地理信息的处理和加工，提取出地理信息的有用特征和关系，为决策制定和问题解决提供科学依据。

常见的空间数据分析方法主要包括空间查询、空间统计和空间建模等。

地理信息系统与空间数据分析地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据进行捕捉、存储、查询、分析和显示的技术系统。

地理信息系统与空间数据分析的结合，不仅可以帮助我们深入了解地球的地理特征和空间关系，还能为环境保护、城市规划、资源管理、灾害预防等领域提供有力的决策支持。

一、地理信息系统的定义和基本概念地理信息系统是一种用来管理和分析与地理位置相关的信息的技术系统。

它包括地理数据捕捉（数据采集和输入）、地理数据存储（数据管理和组织）、地理数据查询（数据检索和查询）、地理数据分析（空间分析和属性分析）和地理数据显示（地图输出和可视化）等五个主要组成部分。

通过这些功能的结合，地理信息系统能够整合不同来源的地理数据，帮助用户从地理空间的角度理解和解决复杂问题。

二、地理信息系统的应用领域1. 环境保护和资源管理：地理信息系统可以帮助管理者监测和评估环境变化，如森林砍伐、湖泊水质改变等，从而制定出更有效的环境保护政策和资源管理方案。

2. 城市规划和土地管理：地理信息系统可以提供城市土地利用和规划的决策支持，帮助规划师分析城市的道路网络、建筑分布、人口密度等，为城市的可持续发展提供参考。

3. 交通运输和物流管理：地理信息系统可以优化交通路线和运输网络，降低运输成本，提高物流效率。

通过分析交通流量、道路拥堵等数据，还可以帮助规划交通政策和改善交通系统。

4. 灾害风险评估和应急响应：地理信息系统可以对地震、洪水、火灾等自然灾害进行风险评估，预测潜在灾害风险。

同时，还可以支持应急响应，快速定位救援资源和受灾区域。

5. 农业和自然资源管理：地理信息系统可以帮助农民进行土地评估、农作物监测、灌溉规划等，提高农业生产的效率和质量。

在自然资源管理方面，地理信息系统可以协助管理森林、水源、矿产等资源，确保其合理利用和可持续发展。

三、空间数据分析在地理信息系统中的作用空间数据分析是地理信息系统的核心功能之一，它基于地理空间关系，通过对地理数据的处理和分析，揭示地理现象背后的模式、趋势和关联。

空间数据库习题答案空间数据库习题答案随着科技的不断发展，空间数据库在地理信息系统（GIS）领域中起着至关重要的作用。

它可以存储和管理各种地理数据，包括地图、卫星图像、地理坐标等。

而在学习空间数据库的过程中，习题是提高理论与实践能力的重要途径。

下面将为大家提供一些空间数据库习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是空间数据库？空间数据库是一种用于存储和管理地理信息数据的数据库系统。

它可以存储各种地理要素的空间位置和属性信息，并提供强大的查询和分析功能。

空间数据库的设计和实现需要考虑空间索引、空间查询、空间分析等方面的问题。

2. 空间数据库有哪些常见的数据模型？常见的空间数据库数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。

层次模型将地理要素组织成层次结构，通过节点和边的关系来表示空间关系。

关系模型使用表格来存储地理要素的属性和空间关系，通过关系代数和SQL语句来查询和分析地理数据。

对象模型将地理要素作为对象来表示，通过面向对象的方法来操作地理数据。

3. 什么是空间索引？空间索引是一种用于提高空间查询效率的数据结构。

它可以将地理要素的空间位置信息进行组织和存储，以便快速地检索满足特定空间条件的地理要素。

常见的空间索引包括R树、四叉树、网格索引等。

4. 如何进行空间查询？空间查询是指根据特定的空间条件来检索满足条件的地理要素。

常见的空间查询包括范围查询、邻近查询、交叉查询等。

在进行空间查询时，可以利用空间索引来提高查询效率。

例如，对于范围查询，可以使用R树索引来快速找到满足范围条件的地理要素。

5. 空间数据库中的空间分析有哪些应用？空间分析是指对地理要素进行空间关系分析、空间统计分析等操作。

在空间数据库中，可以进行缓冲区分析、叠加分析、网络分析等。

例如，缓冲区分析可以根据给定的距离，在地图上绘制出一定范围内的缓冲区，以便分析和规划。

6. 空间数据库的应用领域有哪些？空间数据库广泛应用于地理信息系统、城市规划、环境保护、交通运输等领域。

空间数据库在地理信息系统开发中的应用应用指南随着科技的不断进步，地理空间信息在各个领域中的应用逐渐增加。

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为整合、管理和分析地理空间数据的重要工具，广泛应用于城市规划、环境保护、农业、交通等领域。

而在地理信息系统的开发中，空间数据库的应用发挥着重要的作用。

空间数据库是一种专门用于存储和管理地理信息数据的数据库系统，它能够高效地存储和查询地理空间数据，并提供强大的空间分析功能。

本篇文章将为您介绍空间数据库在地理信息系统开发中的应用，并提供相应的应用指南。

首先，空间数据库可以用于存储和管理地理空间数据。

地理空间数据具有复杂的结构和特性，传统的关系型数据库无法很好地存储和查询这些数据。

而空间数据库采用了专门的数据结构和索引技术，可以高效地存储和查询地理空间数据。

在地理信息系统的开发中，我们可以将地理空间数据存储到空间数据库中，并通过空间索引优化查询性能，快速提取需要的地理空间数据。

其次，空间数据库提供了强大的空间查询和分析功能。

在地理信息系统的开发中，我们经常需要进行地理空间数据的查询和分析。

例如，我们可能需要找出某个地理区域内所有符合特定条件的点、线或面，或者计算两个地理区域之间的距离和重叠程度等。

空间数据库提供了丰富的空间查询和分析函数，使我们可以方便地实现这些功能。

通过使用空间数据库的查询和分析功能，我们可以更好地理解地理空间数据的关系和特性，为地理信息系统的开发提供有力支持。

除此之外，空间数据库还可以与其他数据库系统进行集成。

地理信息系统的开发通常需要利用不同的数据资源，包括地理空间数据、属性数据等。

空间数据库可以与其他关系型数据库系统进行集成，实现数据的共享和交互。

例如，我们可以将地理空间数据存储在空间数据库中，并将与之相关的属性数据存储在其他数据库系统中。

通过空间数据库与其他数据库系统的集成，我们可以更好地利用不同数据资源，实现更复杂的地理信息系统功能。

地理信息系统空间数据库在当今数字化的时代，地理信息系统（GIS）已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。

从导航软件帮助我们找到最佳路线，到城市规划者制定合理的土地利用方案，再到科学家研究气候变化对生态系统的影响，GIS 都发挥着重要的作用。

而在 GIS 中，空间数据库则是其核心组成部分，它就像是一个巨大的仓库，存储着各种地理相关的数据，并为 GIS 的运行和分析提供了坚实的基础。

那么，什么是地理信息系统空间数据库呢？简单来说，它是一种专门用于存储、管理和查询地理空间数据的数据库。

与传统的数据库不同，空间数据库不仅能够存储属性数据（如地名、人口数量等），还能够存储地理空间数据（如点、线、面等几何图形以及它们的位置、形状和拓扑关系）。

这些空间数据可以是地图上的各种要素，比如道路、河流、建筑物等，也可以是通过卫星遥感、全球定位系统（GPS）等技术获取的地理信息。

为了更好地理解空间数据库，让我们先来看看它的一些特点。

首先，空间数据库具有海量的数据存储能力。

由于地理空间数据通常非常庞大和复杂，空间数据库需要能够容纳大量的数据，并且能够高效地进行管理和组织。

其次，空间数据库支持空间索引。

这意味着它能够快速地定位和检索特定区域或特定类型的地理空间数据，大大提高了数据查询和分析的效率。

此外，空间数据库还具有强大的空间分析功能。

它可以进行缓冲区分析、叠加分析、网络分析等各种复杂的空间运算，帮助用户从地理数据中提取有价值的信息。

那么，空间数据库是如何构建和管理的呢？一般来说，构建空间数据库需要经过数据采集、数据预处理、数据存储和数据管理等几个步骤。

在数据采集阶段，我们可以通过多种方式获取地理空间数据，如实地测量、遥感影像解译、地图数字化等。

采集到的数据往往存在各种误差和不一致性，因此需要进行数据预处理，包括数据清洗、坐标转换、数据格式转换等，以确保数据的质量和一致性。

然后，将处理好的数据存储到空间数据库中，并建立相应的索引和数据结构，以便快速访问和查询。

地理信息系统中的空间数据处理和分析地理信息系统（GIS）是一种运用计算机技术进行地理空间数据采集、存储、处理、分析、查询、管理和应用的工具。

它能够将空间数据以图形、表格、文字、图像等多种形式进行呈现和分析，为地理学、资源管理、环境保护、城市规划、农业、林业、水利等领域的决策和研究提供了重要的支持。

在GIS中，空间数据处理和分析是核心和关键环节。

它们不仅直接决定着GIS 的应用效果和价值，也涉及到GIS技术的发展和创新。

一、空间数据处理空间数据处理是将采集到的地理空间数据进行预处理、拓扑建模、数据转换、数据完整性检查、错误纠正和优化等一系列操作，以提高数据的精度、准确度、可用性和操作性。

空间数据处理方法包括：数据预处理、拓扑建模、数据转换、空间数据压缩和数据完整性检查等。

1、数据预处理数据预处理是指对采集到的数据进行清理、筛选、格式转换等一系列数据预处理工作。

由于数据来源广泛、数据格式复杂、数据质量不一、数据量大等原因，导致采集到的数据存在很多问题，如重复、缺失、不一致、错误、格式不规范等。

为了保证数据的质量和正确性，需要进行预处理。

2、拓扑建模拓扑是指地图要素之间的空间位置关系，如相邻、重叠、包含等。

拓扑建模就是根据地图要素之间的空间位置关系建立拓扑结构，以便进行空间分析和处理。

拓扑建模的方法主要有节点模型、边界模型和区域模型三种。

3、数据转换数据转换是指将不同格式、不同坐标系、不同精度、不同性质的数据进行转换，以便在同一地图上进行比较和分析。

常见的数据转换方法有坐标转换、投影转换、格式转换等。

4、空间数据压缩空间数据压缩是指将空间数据进行压缩，以减小数据存储空间和提高数据传输效率。

常见的空间数据压缩方法有空间数据压缩算法、压缩尺度选择、压缩误差控制、贪心算法等。

5、数据完整性检查数据完整性检查是指对空间数据进行一系列检查，以保证数据的完整性和正确性。

数据完整性检查中包括了缺失检查、重复性检查、一致性检查、逻辑检查等工作。

引言：空间数据库是一种具有特殊功能的数据库系统，它可以存储、管理和查询空间相关的数据，并为用户提供空间数据分析和空间关系处理的功能。

本文将进一步探讨什么是空间数据库及其特点。

概述：空间数据库是一种专门用于处理与空间位置有关的数据的数据库系统。

与传统的关系数据库不同，空间数据库能够存储和处理具有空间属性的数据，例如地理位置、地形等。

它提供了一种强大的数据管理和空间分析工具，可以用于各种领域，如地理信息系统、遥感技术和环境研究。

正文内容：1. 空间数据模型空间数据库采用了特定的数据模型来表示空间数据。

最常用的空间数据模型是对象-关系数据模型，它将地理对象（如点、线、面）表示为数据库中的表格，并使用关系型数据库管理系统进行存储和查询。

其他常用的模型包括层次模型和网状模型。

这些模型提供了对空间数据的强大支持，使用户能够进行高效的空间数据操作。

2. 空间索引技术空间数据库使用索引技术来提高对空间数据的查询效率。

传统的索引结构无法有效地处理空间数据的查询，因为它们只能处理一维数据。

为了解决这个问题，空间数据库采用了特殊的索引结构，如R树和四叉树。

这些索引结构将空间数据分割成多个小区域，并为每个区域分配一个唯一的标识符。

这样一来，用户在查询空间数据时只需要遍历相关的区域，而无需扫描整个数据库。

3. 空间关系查询空间数据库提供了丰富的空间关系查询功能，用户可以通过空间关系来检索和分析空间数据。

常见的空间关系查询操作包括相交、包含和相邻等。

这些查询能够帮助用户快速获取特定关系的空间数据，从而满足各种应用需求，如城市规划、环境保护和路线规划等。

4. 空间数据分析空间数据库具有强大的空间数据分析功能，用户可以利用这些功能来进行空间数据的统计和分析。

例如，用户可以对城市的人口分布进行统计分析，找出人口密度较高的区域。

同时，空间数据库还支持空间数据的可视化，用户可以通过地图和图表等方式直观地展现空间数据的特征和变化。

5. 空间数据一致性与完整性空间数据库对空间数据的一致性和完整性有严格要求。

地理信息系统中的地理空间数据库设计方法地理信息系统(GIS)是一个用于记录、存储、处理和分析地理空间数据的系统。

作为GIS的核心部分，地理空间数据库起着非常重要的作用。

地理空间数据库设计是GIS系统设计的关键环节，直接影响着GIS系统的性能和功能。

一、需求分析在进行地理空间数据库设计之前，首先需要进行需求分析。

需求分析是确定数据库功能和性能要求的过程。

该过程包括以下三个步骤：1. 收集和分析用户需求：与GIS系统的最终用户进行沟通，并确定用户对地理空间数据库的需求和期望。

2. 确定数据类型和结构：根据用户需求，确定地理空间数据库中需要存储的数据类型和数据结构。

3. 确定性能要求：根据用户需求和系统规模，确定地理空间数据库的性能要求，如数据查询速度、数据更新速度等。

二、数据模型设计数据模型是地理空间数据库设计的核心内容。

常见的地理空间数据库的数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。

1. 层次模型：层次模型是以树结构来组织地理空间数据的模型。

在层次模型中，地理空间数据被组织成一种层次结构，通过层次结构之间的关系来表示地理空间数据之间的关联。

2. 关系模型：关系模型是使用关系代数来描述地理空间数据的模型。

在关系模型中，地理空间数据以表的形式存储，通过表之间的关系来表示地理空间数据之间的关联。

3. 对象模型：对象模型是以对象的形式来表示地理空间数据的模型。

在对象模型中，地理空间数据以对象的形式存储，并通过对象之间的关联来表示地理空间数据之间的关联。

三、数据库结构设计数据库结构设计是指设计数据库的表结构、字段和索引等。

在地理空间数据库的结构设计中，需要考虑以下几个方面：1. 数据库表的划分：根据数据类型的不同，将地理空间数据划分到不同的数据库表中，以提高数据库查询性能。

2. 字段的定义：根据数据的特点和需求，定义合适的字段类型和长度。

同时，需要设置约束条件，保证数据的完整性和准确性。

3. 索引的建立：根据数据查询的需求，建立适当的索引，以提高查询速度。

地理信息系统原理空间数据库建立(总19页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--地理信息系统原理综合训练项目三：空间数据库建立目录1、项目名称 ······························································································错误!未定义书签。

2、项目目的和要求 ··················································································错误!未定义书签。