空间数据库更新模式、技术与方法

一、名词解释1.空间数据库：描述与特定空间位置有关的真实世界对象的数据集合。

2.数据库：统一存储和管理数据的基地3.空间数据：指以地球表面空间位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布等诸多方面信息的数据4.空间认知：对现实世界的空间属性包括位置、大小、距离、模式、运动和物体内部关系的认知，是通过获取、处理、存储、传递、和解译空间信息，来获取空间知识的过程5.矢量数据结构：利用欧式几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式6.栅格数据结构实际实质就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合7.空间关系：空间目标在一定区域上构成的与空间特性有关的联系。

8.四面体网格：将目标空间用紧密排列但不重叠的不规则四面体形成的网格来表示，其实质就是2D TIN结构在3D空间上的拓展9.空间数据库系统：指带有数据库的计算机系统，采用现代数据库技术来管理空间数据。

10.空间数据引擎：用来解决如何在关系数据库存储空间数据，实现真正的数据库方式管理空间数据，建立空间数据服务器的方法11.空间索引：指在存储空间数据时依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。

12.空间链接查询：是空间数据库系统一种重要的多路查询，即从两个数据集合中检索出所有满足某一条件的空间对象。

13.元数据：是关于数据的数据，用于描述数据的内容、质量、表示方式、空间参照系、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式以及数据集的其他特征14.空间元数据：描述地理信息数据集内容、表示、空间参照、质量以及管理的数据二、填空1.空间数据特征包括：时空特征、多维特征、多尺度性、海量数据特征2.空间数据库的作用：①空间数据处理与更新②海量数据存储于管理③空间分析与决策④空间信息交换与共享3.空间数据库的特征：综合抽象特征、非结构化特征、分类编码特征、复杂性与多样性4.空间数据管理的五种方式：基于文件管理方式、文件与关系数据库混合型空间数据库、全关系型空间数据库、对象-关系型空间数据库、面向对象空间数据库5.空间类型的表现形式：感知空间、认知空间、符号空间6.空间认知模式：空间特征感知、空间对象认识、空间格局认知7.空间认知的三层模型：空间概念数据模型、空间逻辑数据模型、物理数据模型8.矢量数据结构主要有spaghetti结构和拓扑矢量数据结构9.最基本的拓扑关系：关联、临接、包含10.栅格数据结构实际实质就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合11.栅格数据取值的四种方法：中心归属法、面积占优法、长度占优法、重要性法12.四叉树编码的方式：规则四叉树、线性四叉树、一对四式四叉树13.栅格数据的存储：全栅格式存储、链式编码、行程编码、块式编码、四叉树编码14.空间关系可分为：拓扑关系、度量关系、顺序关系15.面向对象的数据模型涉及四个抽象概念：分类，概括，聚集，联合、以及继承和传播两个语义模型工具16.TIN常用的算法：逐点插入法、分治算法、三角形生长法17.空间构模方法可归纳为：基于面模型、基于体模型、基于混合模型18.根据模型所具有的主要特征大致可以将其分为4类：三维矢量模型、三维体元模型、混合或集成数据模型、面向实体的数据模型19.图形数据与专题数据的链接基本上有4种方式：图形数据与专题属性数据分别管理、对通用DBMS扩展以增加空间数据库的管理能力、属性数据与图形数据有统一的结构、图形数据与属性数据自成体系20.目前空间索引技术超过50多种，可概括为树结构、线性映射和多维空间区域变换三种类型，从应用范围上可以分为静态索引和动态索引21.典型的空间索引技术包括：R树索引、四叉树索引、网格索引22.四叉树索引的方法有：点四叉树索引、MX四叉树索引、PR四叉树索引、CIF四叉树索引、基于固定网格划分的四叉树索引、线性可排序四叉树索引23.SQL查询语言的优点：非过程化语言、统一的语言、所有关系数据库的公共语言24.SQL查询语言的功能：查询、操纵、定义、控制25.SQL可细分为：DDL、DML、DCL26.主要的空间查询包括：点查询、区域查询、最邻近查询27.空间查询采用的算法：过滤筛选步骤、细化步骤28.查询分析的类型：属性查询、空间查询、空间分析29.空间数据交换的方式：①外部数据交换模式②直接数据访问模式③基于空间数据转换标准的转换④空间数据互操作模式30.空间数据库的设计可分为：需求分析，概念设计，逻辑设计，物理设计，数据库的实现，数据库的运行和维护6个阶段31.空间数据库需求分析主要包括三方面内容：用户基本需求调研、分析空间数据现状、系统环境/功能分析三、问答题1.空间数据库与传统数据库的差异：①信息描述差异。

空间数据处理与分析研究一、空间数据处理与分析的定义空间数据处理与分析是指对地理信息、遥感影像等空间数据进行有效的处理和分析，从中获取有用信息、发现隐藏问题、促进科学研究和社会发展的一项重要技术。

二、空间数据处理与分析的方法1. 数据预处理：对原始数据进行格式转换、投影变换、去噪处理等操作，以便后续分析。

2. 数据存储与管理：建立适当的数据结构和数据库，对海量的空间数据进行有效的存储和管理，以提高数据的检索和利用效率。

3. 空间数据分析方法：包括空间统计、遥感影像处理、GIS技术、空间数据挖掘、机器学习等，以发现数据的空间关联性和特征，进行数据挖掘和模型预测。

三、空间数据处理与分析的应用领域1. 城市规划与管理：利用空间数据处理与分析技术，可以对城市建设和管理进行科学合理的决策，向城市化和可持续发展方向转型。

如：通过遥感影像分析，评估城市绿地的覆盖率和质量，为城市规划提供科学依据；通过GIS技术，对城市交通拥堵情况进行分析，制定交通流优化方案。

2. 地质勘探与资源开发：空间数据处理与分析技术可以在地质勘探和资源开发中发挥重要作用，如：遥感影像技术可以发现矿区和油气藏，GIS技术可以综合评估开采效益；通过机器学习算法，可以更精确地预测地震和火山喷发。

3. 环境监测与保护：空间数据处理与分析技术可以在环境监测和保护中提供有用的信息。

如通过遥感影像技术对空气污染源进行监测和识别，GIS技术可以建立环境风险评估模型，有助于环保决策的制定。

四、空间数据处理与分析面临的挑战1. 数据安全：空间数据的保护和管理具有重要的安全性问题，泄漏或损失数据会对社会产生严重影响，因此需要制定完善的数据管理和安全政策。

2. 数据质量：空间数据的质量不同，有些数据可能存在噪声、缺失值等问题，需要建立有效的数据预处理和清理方法，提高数据准确性和完整性。

3. 数据处理速度：随着空间数据的不断积累，处理速度成为制约空间数据处理和分析的重要因素。

空间数据组织空间数据管理❑空间数据结构●矢量数据结构●栅格数据结构❑矢量、栅格结构对比❑空间数据库特点❑传统数据库模型及特点●层次数据模型●网络数据模型●关系数据模型❑现行空间数据库管理方案●混合数据管理模式●扩展数据管理模式●统一数据管理模式空间数据组织与管理定义：❑矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。

❑点：空间的一个坐标点；❑线：多个点组成的弧段；❑面：多个弧段组成的封闭多边形；获取方法❑定位设备（全站仪、GPS 、常规测量等）❑地图数字化❑间接获取●栅格数据转换●空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）矢量数据表达考虑内容❑矢量数据自身的存储和管理❑几何数据和属性数据的联系❑空间对象的空间关系（拓扑关系）矢量数据表达❑简单数据结构❑拓扑数据结构❑属性数据组织矢量数据结构矢量数据表达—简单数据结构只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系。

又称面条结构。

存储：❑独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；❑点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征●无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询●公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性●多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；●处理嵌套多边形比较麻烦适用范围：制图及一般查询，不适合复杂的空间分析量数据结构（续）标识码属性码空间对象编码唯一连接几何和属性数据数据库独立编码点: ( x ,y )线: ( x 1 , y 1 ) , (x 2 , y 2 ) , … , ( x n , y n )面: ( x 1, y 1) , (x 2, y 2) , …, ( x 1, y 1)点位字典点: 点号文件线: 点号串面: 点号串点号X Y 1112223344………n5566存储方法量数据结构（续）矢量数据表达—拓扑数据结构不仅表达几何位置和属性，还表示空间关系 表达对象：关联关系 表达方式●全显式表达●部分显式表达拓扑关系物理实现●直接存储●串行指针拓扑关系与数据共享 采用拓扑关系的原则量数据结构（续）拓扑结构：全显式表达N1B2N2N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面弧点面-弧拓扑面弧段弧-点拓扑弧起点弧-面拓扑弧左面点-弧拓扑点弧段终点右面量数据结构（续）拓扑结构：部分显式表达●用上述部分表格表示空间目标的拓扑关系⏹System ：面-弧、弧-点⏹DIME ：弧-点、弧-面●目前商用GIS 还没有超出上述四个表格的拓扑关系量数据结构（续）拓扑结构：物理实现▪串行指针面-弧、点-弧：变长记录，不方便直接存储POLYVRT （美国计算机图形及空间分析实验室）TIGER （美国人口调查局）▪直接存储Arc/Info 、GeoStar矢量数据结构（续）拓扑结构：拓扑关系与数据共享维护数据的一致性矢量数据结构（续）拓扑结构：是否需要拓扑结构?❑应用目的●制图或一般查询，可不要拓扑结构●空间分析，则应建立拓扑关系❑服务对象和系统数据结构●面状目标：面-弧、弧-面●网络目标：点-弧、弧-点矢量数据结构（续）矢量数据结构：属性数据表达与组织❑属性特征类型●类别特征：是什么●说明信息：同类目标的不同特征❑属性特征表达●类别特征：类型编码●说明信息：属性数据结构和表格❑属性表的内容取决于用户❑图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。

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。