4、地理信息系统空间数据库
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4地理信息系统空间数据库
4地理信息系统空间数据库地理信息系统（GIS）在当今的社会发展中扮演着至关重要的角色，而空间数据库则是地理信息系统的核心组成部分。
它就像是一个巨大的数字仓库，专门用来存储和管理与地理空间相关的各种数据。
那么，什么是地理信息系统空间数据库呢？简单来说，它是一种用于存储、管理和查询地理空间数据的数据库系统。
这些数据包括但不限于地理位置、地形地貌、土地利用、道路网络、水系分布等等。
与传统的数据库相比，空间数据库具有独特的特点和功能，能够处理和分析空间位置关系，为地理信息系统的应用提供强大的数据支持。
空间数据库中的数据类型多种多样。
有点数据，比如一个城市的坐标点；有线数据，例如一条河流的走向；还有面数据，像是一个湖泊的范围。
此外，还有栅格数据和矢量数据之分。
栅格数据就像是一幅由像素组成的图片，每个像素代表一个特定的地理区域和属性值。
矢量数据则是通过点、线、面的坐标来精确描述地理实体的形状和位置。
为了有效地管理这些复杂的数据，空间数据库采用了一系列特殊的技术和结构。
其中，索引技术是非常关键的。
它就像是一本书的目录，能够帮助我们快速找到所需的数据。
常见的空间索引包括 R 树、四叉树等。
通过这些索引结构，空间数据库能够在大量的数据中迅速定位到与查询条件相关的部分，大大提高了数据检索的效率。
空间数据库的存储方式也有讲究。
它不仅要考虑数据的存储空间，还要保证数据的读写速度和完整性。
在存储数据时，需要根据数据的类型、规模和使用频率等因素，选择合适的存储介质和存储策略。
例如，对于经常访问的热点数据，可以采用高速缓存来提高访问速度；对于大规模的历史数据，可以采用压缩存储来节省空间。
数据的质量对于空间数据库来说至关重要。
不准确、不完整或不一致的数据可能会导致错误的分析结果和决策。
因此，在数据采集、录入和更新的过程中，需要严格遵循相关的标准和规范，进行数据质量控制和检查。
同时，要建立有效的数据更新机制，确保数据库中的数据能够及时反映现实世界的变化。
gis名词解释
名词解释1、地理信息系统：是由计算机硬、软件系统和不同的方法组成的系统，该系统支持空间数据的采集、储存、管理、运算、分析、显示和建模，以便解决复杂的规划和管理问题。
2、数据：指某一目标定性，定量描述的原始资料。
包括数字，文字，符号，图形，图像，以及它们能够转换的数据等形3、信息：信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。
信息与数据的联系与区别(1)信息与数据是不可分离的；(2)信息是内涵，数据是载体。
信息由与物理介质有关的数据表达，数据中所包含的意义就信息；(3)数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
(4)信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变；(5)数据是原始事实，而信息是数据处理的结果；(6)不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息关系：数据是信息的表达形式，是信息的载体；而信息是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才能成为信息。
4、地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、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。
5、地理信息：指表征地理圈或地理环境各要素的数量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
6、空间数据：地理现象的空间位置及其相互关系，其数据称为空间数据。
7、游程编码结构：是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（目的;8、压缩栅格数据量，消除数据间的冗余）9、属性数据：地理现象的名称类型和数量等，其数据称为属性数据。
24、空间特征：是指空间对象的位置及与相邻对象的空间关系或拓扑关系；时间特征是指空间对象随着时间演变而引起的空间和属性特征的变化。
如何进行地理信息系统的空间数据库设计与管理
如何进行地理信息系统的空间数据库设计与管理地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种用于存储、管理、分析和展现地理数据的系统。
而地理信息系统的核心组成部分之一就是空间数据库，它是存储地理数据的关键。
本文将就如何进行地理信息系统的空间数据库设计与管理展开讨论。
一、空间数据库的设计1. 数据需求分析在进行空间数据库设计之前，首先要进行数据需求分析。
这一步骤是非常重要的，它涉及到对地理数据使用者的需求进行全面的了解，以确定数据库需要支持的功能和提供的数据类型。
2. 数据模型选择选择合适的数据模型是空间数据库设计的基础。
根据不同的需求，可以选择层次模型、关系模型、对象模型或者面向对象模型等。
在选择数据模型的过程中，要充分考虑数据库的性能、可扩展性和易用性。
3. 空间数据结构设计空间数据是地理信息系统中最核心的数据类型之一。
在设计空间数据结构时，可以选择点、线、面等几何对象来表示地理要素，并且要确定几何对象的属性。
4. 数据库表设计根据数据模型和空间数据结构的设计，进行数据库表的设计。
在设计表结构时，要合理划分不同的逻辑单元，并确定各个属性的数据类型和约束条件。
二、空间数据库的管理1. 数据采集数据采集是获取地理数据的过程。
常见的数据采集方法包括GPS测量、遥感影像解译、地理调查等。
在进行数据采集时，要注意数据的准确性和完整性，确保采集到的数据能符合数据库设计的要求。
2. 数据输入与编辑将采集到的地理数据输入到数据库中，并进行相应的编辑。
数据输入的过程中要尽量避免错误和重复，可以通过数据验证和数据清洗等手段来确保数据的质量。
3. 数据存储与索引将数据存储到数据库中，并对数据进行索引以提高查询和分析的效率。
在进行数据存储和索引时，要考虑数据库的性能和空间数据的特点，选择合适的存储结构和索引策略。
4. 数据查询与分析通过SQL查询语言或者专门的GIS分析工具，进行数据查询和分析。
地理信息系统概论重点讲义(4)
重点一空间数据库模型1．空间数据库空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
2．空间数据库模型空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS 空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成。
3．数据库概念模型：( conceptual model)概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型。
人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。
也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型，而是概念级的模型，称为概念模型。
4．逻辑模型逻辑模型，是指数据的逻辑结构。
在数据库中，逻辑模型有关系、网状、层次，可以清晰表示个个关系。
在管理信息系统中，逻辑模型：是着重用逻辑的过程或主要的业务来描述对象系统，描述系统要“做什么”，或者说具有哪些功能。
1)关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
2)关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle 、SQL、access 、db2 等。
3)对象—关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象(如点、线、面)的API 函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
5．物理模型，在管理信息系统中，物理模型：描述的是对象系统“如何做”、“如何实现”系统的物理过程。
地理信息系统空间数据库
三、关系模型
用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。
• 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相
关关系。
3. 空间数据库的数据模型设计
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。
（4）数据类型太少
只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。 （2）联系：实体间的相互作用或对应关
系:1:1,1:N,M:N, （3）属性：对实体和联系特征的描述。
如何进行地理信息系统的空间数据库设计
如何进行地理信息系统的空间数据库设计地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为一种集成多种数据和空间信息的信息系统，已经广泛应用于城市规划、自然资源管理、环境保护、交通规划等领域。
而空间数据库设计是GIS中非常重要的一部分，它涉及到数据的组织、存储和处理，直接关系到GIS的性能和效率。
本文将探讨如何进行地理信息系统的空间数据库设计。
一、需求分析在进行空间数据库设计之前，首先需要进行需求分析，明确系统所需要存储的数据种类和数据量。
根据用户的需求，确定需要存储的地理对象类型，例如建筑物、道路、河流等。
同时还需要考虑数据的更新频率以及对数据的访问需要。
二、数据模型选择在设计空间数据库时，需要选择适合的数据模型。
目前常用的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等。
根据具体的需求和现有技术水平，选择合适的数据模型。
一般来说，关系模型是较为常用的一种模型，它可以通过表格来存储地理空间数据和属性数据，方便数据的管理和查询。
三、空间索引设计在地理信息系统中，空间索引是提高查询效率的关键。
通过适当的空间索引设计，可以大幅提升数据查询的速度。
常用的空间索引方法包括R树、四叉树和网格索引等。
根据系统的特点和查询需求，选择合适的空间索引方法，并进行索引的构建。
四、数据存储与组织在进行空间数据库设计时，需要考虑数据的存储和组织方式。
一般来说，可以采用关系型数据库进行数据存储，并建立合适的表结构。
对于大规模的地理空间数据，可以考虑采用分布式存储方式，将数据分布在不同的物理节点上，提高系统的扩展性和性能。
五、数据完整性与一致性地理信息系统的空间数据库中通常涉及大量的数据，因此需要确保数据的完整性和一致性。
在进行数据插入、更新和删除时，需要进行相应的约束和验证，确保数据的有效性和正确性。
同时，还需要进行数据的备份和恢复，以防数据丢失或损坏。
六、安全性与权限控制在进行空间数据库设计时，需要考虑数据的安全性和权限控制。
地理信息系统 第四章
建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS
吉 奥 之 星 中 的 空 间 对 象 模 型
思考与练习
简述GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。 数据库中的分层数据模型与空间数据库分层组织有何不同？ 简述GIS数据管理方法的发展过程和趋势，并请说明目前 GIS中没有采用标准的数据库管理系统来管理图形数据的主 要原因。
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
RDBMS
空间 数据库
扩 展 关 系 数 据 库 管 理 方 案
在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查 询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实 施空间索引操作。 解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高 用户不能根据GIS要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑 结构进行存储 GIS软件：TIGER，Geo++、Geo Tropics等
1 2 3 4 5 6
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
1
d
g 6
线
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
关系数据库模型
优点： 结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运 算和数学运算规则形成的查询要求 能搜索、组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 缺陷： 数据库大时，查找满足特定关系的数 据费时 对空间关系无法满足
面向对象的几何抽象类型
GIS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。
地理信息系统概论——知识点总结
地理信息系统概论第一章导论数据与信息的关系：数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息：是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。
数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。
数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。
就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
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）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
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、模拟和预测等操作。
信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。
地理信息：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、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。
地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息系统（Geographical Information System）：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。
其技术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。
GIS的基本构成：GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
1、系统硬件：（1）GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。
（2）GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。
地理信息系统概论名词解释总结
第六章 地理信息系统的应用模型
l 数字地面模型(DTM)：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
l 数字高程模型(DEM)：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。
l 数字地形分析(DTA)：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
l 地理信息：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；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
l 地理信息科学：与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
l 边界代数算法：边界代数多边形填充法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
l DIME文件：美国人口普查局在1980年的人口普查中提出了双重独立地图编码文件。它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码大纲要图。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
l 数字地面模型(DTM)：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
l 数字高程模型(DEM)：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。
l 数字地形分析(DTA)：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
l 地理信息：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；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
l 地理信息科学：与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
l 边界代数算法：边界代数多边形填充法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
l DIME文件：美国人口普查局在1980年的人口普查中提出了双重独立地图编码文件。它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码大纲要图。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
测绘技术中的地理信息系统与空间数据库
测绘技术中的地理信息系统与空间数据库随着科技的不断进步和发展，测绘技术在现代社会中扮演着重要的角色。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）和空间数据库作为测绘技术中的两大核心概念，对于地理信息的收集、管理、分析和应用起着至关重要的作用。
一、地理信息系统的概述地理信息系统是以空间数据为基础，通过软件技术对地理现象进行描述、分析和预测的系统。
它将地图、数据库和计算机技术有机地结合在一起，使得地理现象和空间关系可以通过数字化的方式进行管理和处理。
地理信息系统包括数据采集、数据存储、数据管理、数据分析和数据展示等多个环节。
数据采集是GIS的基础，通过遥感、GPS定位、测绘等技术手段，可以获取大量的地理数据。
其中，遥感技术的应用尤为广泛，可以高效地获取广大范围的地理信息。
数据存储和管理使得大量的数据可以被有效地组织和管理起来，以便后续的分析和应用。
数据分析是GIS的核心功能之一，通过对数据的处理和分析，可以发现地理现象之间的关联性和规律性。
数据展示是最终向用户展示结果的环节，通过地图、图表等形式，将复杂的地理信息转化为直观的可视化结果。
二、空间数据库的重要性空间数据库是地理信息系统的基础设施，负责存储和管理地理信息的空间数据。
与传统的关系型数据库相比，空间数据库不仅具备储存和管理数据的能力，还包含了对地理数据进行空间查询和分析的功能。
空间数据库的设计和实现需要考虑到地理数据的特殊性。
地理数据具有空间关联性和拓扑关系，因此空间数据库需要支持空间查询、空间索引和拓扑关系的维护。
同时，由于地理数据的大小和复杂性往往超出了传统数据库的承载能力，因此空间数据库需要具备高效的数据存储和检索性能。
空间数据库的应用范围广泛，包括地理空间分析、地理空间模拟、地理空间预测等多个领域。
例如，在城市规划中，通过对空间数据库中的地理数据进行分析，可以有效地评估城市交通、环境和人口分布等问题，从而为城市规划提供科学依据。
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欧洲标准化委员会（ 欧洲标准化委员会（CEN/TC287） ） 美国联邦地理数据委员会（FGDC） 美国联邦地理数据委员会（ ） 国际标准化组织地理信息/地球信息技术委员 国际标准化组织地理信息 地球信息技术委员 会（ISO/TC2间数据库引擎（SDE）——是在 空间数据库引擎（ ） 是在GIS应用软 应用软 是在 件和关系数据库之间建立了一个中间层， 件和关系数据库之间建立了一个中间层，由 SDE为GIS应用软件提供在关系数据库里存储、 为 应用软件提供在关系数据库里存储、 应用软件提供在关系数据库里存储 存取、查询和分析空间数据的相应功能。 存取、查询和分析空间数据的相应功能。
第七节 空间元数据
空间元数据的主要作用： 空间元数据的主要作用：
帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息， 帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息， 查询所需的空间信息 进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。 进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。 共享 处理空间数据
国际上对空间元数据标准内容进行研究的组织 主要有三个： 主要有三个：
一、空间关系查询类型
面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些； 面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些； 线－面查询：某条线经过（或穿过）哪些多边形，某条链的左、右多 面查询：某条线经过（或穿过）哪些多边形，某条链的左、 边形是哪些；（河流经过哪些行政区） 边形是哪些；（河流经过哪些行政区） ；（河流经过哪些行政区 点－面查询：查询某点实体包含在那个面实体的内部。（如查询某城 面查询：查询某点实体包含在那个面实体的内部。（如查询某城 。（ 市所在的行政区） 市所在的行政区） 面－线查询：查询经过某个面实体的线实体。（如查询经过某行政区 线查询：查询经过某个面实体的线实体。（如查询经过某行政区 。（ 的河流） 的河流） 面－点查询：某个多边形内有哪些点状要素；（如查询某行政区内的 点查询：某个多边形内有哪些点状要素；（如查询某行政区内的 ；（ 所有城市、或乡镇） 所有城市、或乡镇）
线－线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流； 线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流； 线－点查询：查询距离某个线实体一定范围内的点实体；或某条道路上有 点查询：查询距离某个线实体一定范围内的点实体； 哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站； 哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站； 点－线查询：查询距离某个点实体一定范围内的线实体（如 查询距某城市 线查询：查询距离某个点实体一定范围内的线实体（ 500m范围内的河流），或某个结点由哪些线（ 500m范围内的河流），或某个结点由哪些线（链） 范围内的河流），或某个结点由哪些线 相交而成。 相交而成。 点-点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。如查询距离水井 点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。 1km范围内的所有村落。 1km范围内的所有村落。 范围内的所有村落 “开窗”查询： 在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形， 开窗”查询： 在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形， 好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该 好像在背景地图上开了一个“ 窗口有关的点、 窗口有关的点、线、面及其属性信息。 面及其属性信息。
SQL查询 查询
SQL（Structure Query Language）是结构化 （ ） 查询语言，是一套强大的查询系统。语言简单、指令 查询语言，是一套强大的查询系统。语言简单、 简洁、操作简单、功能强大，被广泛运用在相互关联 简洁、操作简单、功能强大， 的数据库中，并能完成十分复杂的查询和选择。 的数据库中，并能完成十分复杂的查询和选择。
格网索引 B A
0 2 8 10 32 34 40 42 1 3 9 11 33 35 41 43 4 6 12 14 36 38 44 46 5 7 13 15 37 39 45 47 16 18 24 26 48 50 56 58 17 20 21 19 22 23 25 28 29 27 30 31 49 52 53 51 54 55 57 60 D 61 59 62 63
“SQL选择”的操作示例 SQL选择” SQL选择
例如：查询并显示出人口大于 例如：查询并显示出人口大于3000万的省份 万的省份
图5-9 满足条件的浏览窗口
图5-11 不排序 图5-12 升序 图5-13 降序
图5-10 人口>3000万的省份单独显示
不能处理空间关系的查询， 但SQL不能处理空间关系的查询，要实 不能处理空间关系的查询 现空间操作，需要对 进行空间扩展 现空间操作，需要对SQL进行空间扩展， 进行空间扩展， 即采用SQL的基本语法形式， 即采用SQL的基本语法形式，并在查询 的基本语法形式 条件中加入空间约束条件的算子。 条件中加入空间约束条件的算子。
第四章 GIS空间数据库 GIS空间数据库
第一节 空间数据库概述 第二节 空间数据库概念模型设计 第三节 空间数据库逻辑模型设计 第四节 空间数据库物理设计 第五节 空间数据查询 第六节 空间数据库索引 第七节 空间元数据 第八节 空间数据库引擎 第九节 空间时态数据库
第五节 空间数据查询
针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的所有城镇； 针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的所有城镇； 针对属性的查询：如查询一个城市的人口数量； 针对属性的查询：如查询一个城市的人口数量； 结合空间关系和属性的查询： 结合空间关系和属性的查询：如查询距某河流的距离大于 500m（空间关系），种植玉米（属性）、且面积大于 500m（空间关系），种植玉米（属性）、且面积大于 ），种植玉米 ）、 既可以是空间计算，也可以是属性） 800hm2（既可以是空间计算，也可以是属性）的土地利用 单元。 单元。
是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空 是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空 位置和形状 间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空 间关系按一定的顺序排列的一种数据结构， 间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形以及存储 间实体的概略信息，如标识码、 地址。 地址。 作为一种辅助性的空间数据结构， 作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操 作算法和空间实体之间，它通过筛选 筛选把大量与特定空间 作算法和空间实体之间，它通过筛选把大量与特定空间 操作无关的空间实体排除， 操作无关的空间实体排除，从而提高空间操作速度和效 率。
SDE
SDE的访问模式：
GIS用户的应用程序通过 用户的应用程序通过SDE的应用编辑接口 的应用编辑接口 用户的应用程序通过 的应用 服务器提出空间数据访问请求， （API）向SDE服务器提出空间数据访问请求， ） 服务器提出空间数据访问请求 SDE服务器依据空间对象的特点在存储空间数 服务器依据空间对象的特点在存储空间数 据的关系数据库中完成空间数据的搜索， 据的关系数据库中完成空间数据的搜索，通常 采用SQL方式进行，并将搜索结果向GIS用户 方式进行，并将搜索结果向 采用 方式进行 用户 的应用程序返回。 可以提供空间、 的应用程序返回。SDE可以提供空间、非空间 可以提供空间 数据进行高效率操作的数据库服务。 数据进行高效率操作的数据库服务。
索引是数据库的一种数据快速查找的机制， 索引是数据库的一种数据快速查找的机制，通 常由关键字和存储地址组成。 常由关键字和存储地址组成。 关键字和存储地址组成 关键字标识数据记录； 关键字标识数据记录； 地址表示记录在数据库中的存储位置； 地址表示记录在数据库中的存储位置； 索引就是一张关键字与地址的对照表， 索引就是一张关键字与地址的对照表，通过索 引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录。 引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录。
二、属性数据查询
大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数据库中， 软件都将属性信息存储在关系数据库中， 大多数的 软件都将属性信息存储在关系数据库中 而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语 而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语 言（SQL）。 ）。 利用SQL可以在属性数据中方便地实现多种条件的组合 可以在属性数据中方便地实现多种条件的组合 利用 查询，找出满足条件的空间实体。 查询，找出满足条件的空间实体。
关系数据库通常是一维索引， 关系数据库通常是一维索引，即根据一个关键 字去查询记录的地址。 字去查询记录的地址。而空间实体的查询通常 是通过空间位置来进行的，而空间位置通常是 是通过空间位置来进行的， 二维的平面位置，需要建立二维的索引 二维的索引。 二维的平面位置，需要建立二维的索引。
空间索引： 空间索引：
一、范围索引
即在记录每个空间实体的坐标时， 即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实 体的最大和最小坐标。 体的最大和最小坐标。 最大和最小坐标 在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时，根 在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时， 据空间实体的最大和最小范围， 据空间实体的最大和最小范围，预先排除那些没有落入 查询范围内的空间实体， 查询范围内的空间实体，只对那些最大和最小范围落在 查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断， 查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断， 最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。 最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。
空间关系的谓词通常有：
相邻：Adjacent 或 Touch 包含：Contain 穿过：Cross 被包含：Inside 或 Within 缓冲区：Buffer
例子：
条件：有两个空间数据， 条件：有两个空间数据，一是各个省份的点要素空间数据 City,属性数据里面带有各个城市的名称；另一个是各个 属性数据里面带有各个城市的名称； 属性数据里面带有各个城市的名称 省行政区的多边形空间数据Province,属性数据里面带有 属性数据里面带有 省行政区的多边形空间数据 各个省的名称。 各个省的名称。 查询要求：查询江苏省省会所在地和名称？ 查询要求：查询江苏省省会所在地和名称？
第七节 空间元数据
空间元数据的主要作用： 空间元数据的主要作用：
帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息， 帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息， 查询所需的空间信息 进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。 进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。 共享 处理空间数据
国际上对空间元数据标准内容进行研究的组织 主要有三个： 主要有三个：
一、空间关系查询类型
面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些； 面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些； 线－面查询：某条线经过（或穿过）哪些多边形，某条链的左、右多 面查询：某条线经过（或穿过）哪些多边形，某条链的左、 边形是哪些；（河流经过哪些行政区） 边形是哪些；（河流经过哪些行政区） ；（河流经过哪些行政区 点－面查询：查询某点实体包含在那个面实体的内部。（如查询某城 面查询：查询某点实体包含在那个面实体的内部。（如查询某城 。（ 市所在的行政区） 市所在的行政区） 面－线查询：查询经过某个面实体的线实体。（如查询经过某行政区 线查询：查询经过某个面实体的线实体。（如查询经过某行政区 。（ 的河流） 的河流） 面－点查询：某个多边形内有哪些点状要素；（如查询某行政区内的 点查询：某个多边形内有哪些点状要素；（如查询某行政区内的 ；（ 所有城市、或乡镇） 所有城市、或乡镇）
线－线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流； 线查询：与某条河流相连的支流是哪些，某些道路跨过哪些河流； 线－点查询：查询距离某个线实体一定范围内的点实体；或某条道路上有 点查询：查询距离某个线实体一定范围内的点实体； 哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站； 哪些桥梁，某条输电线路上有哪些变电站； 点－线查询：查询距离某个点实体一定范围内的线实体（如 查询距某城市 线查询：查询距离某个点实体一定范围内的线实体（ 500m范围内的河流），或某个结点由哪些线（ 500m范围内的河流），或某个结点由哪些线（链） 范围内的河流），或某个结点由哪些线 相交而成。 相交而成。 点-点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。如查询距离水井 点查询：查询距离某点实体一定范围内的其他点实体。 1km范围内的所有村落。 1km范围内的所有村落。 范围内的所有村落 “开窗”查询： 在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形， 开窗”查询： 在图形显示屏幕上用光标临时划定一个不规则的多边形， 好像在背景地图上开了一个“窗”，然后查出和该 好像在背景地图上开了一个“ 窗口有关的点、 窗口有关的点、线、面及其属性信息。 面及其属性信息。
SQL查询 查询
SQL（Structure Query Language）是结构化 （ ） 查询语言，是一套强大的查询系统。语言简单、指令 查询语言，是一套强大的查询系统。语言简单、 简洁、操作简单、功能强大，被广泛运用在相互关联 简洁、操作简单、功能强大， 的数据库中，并能完成十分复杂的查询和选择。 的数据库中，并能完成十分复杂的查询和选择。
格网索引 B A
0 2 8 10 32 34 40 42 1 3 9 11 33 35 41 43 4 6 12 14 36 38 44 46 5 7 13 15 37 39 45 47 16 18 24 26 48 50 56 58 17 20 21 19 22 23 25 28 29 27 30 31 49 52 53 51 54 55 57 60 D 61 59 62 63
“SQL选择”的操作示例 SQL选择” SQL选择
例如：查询并显示出人口大于 例如：查询并显示出人口大于3000万的省份 万的省份
图5-9 满足条件的浏览窗口
图5-11 不排序 图5-12 升序 图5-13 降序
图5-10 人口>3000万的省份单独显示
不能处理空间关系的查询， 但SQL不能处理空间关系的查询，要实 不能处理空间关系的查询 现空间操作，需要对 进行空间扩展 现空间操作，需要对SQL进行空间扩展， 进行空间扩展， 即采用SQL的基本语法形式， 即采用SQL的基本语法形式，并在查询 的基本语法形式 条件中加入空间约束条件的算子。 条件中加入空间约束条件的算子。
第四章 GIS空间数据库 GIS空间数据库
第一节 空间数据库概述 第二节 空间数据库概念模型设计 第三节 空间数据库逻辑模型设计 第四节 空间数据库物理设计 第五节 空间数据查询 第六节 空间数据库索引 第七节 空间元数据 第八节 空间数据库引擎 第九节 空间时态数据库
第五节 空间数据查询
针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的所有城镇； 针对空间关系的查询：如查询一条公路途经的所有城镇； 针对属性的查询：如查询一个城市的人口数量； 针对属性的查询：如查询一个城市的人口数量； 结合空间关系和属性的查询： 结合空间关系和属性的查询：如查询距某河流的距离大于 500m（空间关系），种植玉米（属性）、且面积大于 500m（空间关系），种植玉米（属性）、且面积大于 ），种植玉米 ）、 既可以是空间计算，也可以是属性） 800hm2（既可以是空间计算，也可以是属性）的土地利用 单元。 单元。
是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空 是依据空间实体的位置和形状或空间实体之间的某种空 位置和形状 间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空 间关系按一定的顺序排列的一种数据结构， 间实体的概略信息，如标识码、最小外接矩形以及存储 间实体的概略信息，如标识码、 地址。 地址。 作为一种辅助性的空间数据结构， 作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操 作算法和空间实体之间，它通过筛选 筛选把大量与特定空间 作算法和空间实体之间，它通过筛选把大量与特定空间 操作无关的空间实体排除， 操作无关的空间实体排除，从而提高空间操作速度和效 率。
SDE
SDE的访问模式：
GIS用户的应用程序通过 用户的应用程序通过SDE的应用编辑接口 的应用编辑接口 用户的应用程序通过 的应用 服务器提出空间数据访问请求， （API）向SDE服务器提出空间数据访问请求， ） 服务器提出空间数据访问请求 SDE服务器依据空间对象的特点在存储空间数 服务器依据空间对象的特点在存储空间数 据的关系数据库中完成空间数据的搜索， 据的关系数据库中完成空间数据的搜索，通常 采用SQL方式进行，并将搜索结果向GIS用户 方式进行，并将搜索结果向 采用 方式进行 用户 的应用程序返回。 可以提供空间、 的应用程序返回。SDE可以提供空间、非空间 可以提供空间 数据进行高效率操作的数据库服务。 数据进行高效率操作的数据库服务。
索引是数据库的一种数据快速查找的机制， 索引是数据库的一种数据快速查找的机制，通 常由关键字和存储地址组成。 常由关键字和存储地址组成。 关键字和存储地址组成 关键字标识数据记录； 关键字标识数据记录； 地址表示记录在数据库中的存储位置； 地址表示记录在数据库中的存储位置； 索引就是一张关键字与地址的对照表， 索引就是一张关键字与地址的对照表，通过索 引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录。 引可以直接到数据库里找到对应关键字的记录。
二、属性数据查询
大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数据库中， 软件都将属性信息存储在关系数据库中， 大多数的 软件都将属性信息存储在关系数据库中 而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语 而几乎所有的关系数据库管理系统都支持结构化查询语 言（SQL）。 ）。 利用SQL可以在属性数据中方便地实现多种条件的组合 可以在属性数据中方便地实现多种条件的组合 利用 查询，找出满足条件的空间实体。 查询，找出满足条件的空间实体。
关系数据库通常是一维索引， 关系数据库通常是一维索引，即根据一个关键 字去查询记录的地址。 字去查询记录的地址。而空间实体的查询通常 是通过空间位置来进行的，而空间位置通常是 是通过空间位置来进行的， 二维的平面位置，需要建立二维的索引 二维的索引。 二维的平面位置，需要建立二维的索引。
空间索引： 空间索引：
一、范围索引
即在记录每个空间实体的坐标时， 即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实 体的最大和最小坐标。 体的最大和最小坐标。 最大和最小坐标 在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时，根 在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时， 据空间实体的最大和最小范围， 据空间实体的最大和最小范围，预先排除那些没有落入 查询范围内的空间实体， 查询范围内的空间实体，只对那些最大和最小范围落在 查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断， 查询范围内的空间实体进行进一步的坐标位置等判断， 最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。 最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。
空间关系的谓词通常有：
相邻：Adjacent 或 Touch 包含：Contain 穿过：Cross 被包含：Inside 或 Within 缓冲区：Buffer
例子：
条件：有两个空间数据， 条件：有两个空间数据，一是各个省份的点要素空间数据 City,属性数据里面带有各个城市的名称；另一个是各个 属性数据里面带有各个城市的名称； 属性数据里面带有各个城市的名称 省行政区的多边形空间数据Province,属性数据里面带有 属性数据里面带有 省行政区的多边形空间数据 各个省的名称。 各个省的名称。 查询要求：查询江苏省省会所在地和名称？ 查询要求：查询江苏省省会所在地和名称？