第四章 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。

第四章地理信息系统空间数据库主要内容第一节空间数据库概述第二节空间数据库概念模型设计——传统的数据模型第三节空间数据库概念模型——语义数据模型和面向对象数据模型第四节空间数据库逻辑模型设计和物理设计第五节 GIS空间时态数据库第一节空间数据库概述一、空间数据库概述二、空间数据库的设计三、空间数据库的实现和维护一、空间数据库概述1、数据库通常，数据库是数据库系统的简称。

数据库是比文件更大的数据组织。

数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录集合。

数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。

2、数据组织的分级按逻辑单位分级——从应用的角度来观察数据的，是从数据与其所描述的对象之间的关系来划分数据层次的。

层次有：数据项、记录、文件和数据库。

按物理单位分级——指数据在存储介质上的存储单位，层次是：比特、字节、字、块（物理记录）、桶和卷。

3、数据项（field)•数据项是可以定义数据的最小单位，也叫基本项、字段等。

•数据项与现实世界实体的属性相对应•数据项有一定的取值范围，称为域。

•每个数据项都有一个名称，称为数据项目。

•数据项的值可以是数值的、字母的、字母数字的、汉字的等形式。

•数据项的物理特点在于它具有确定的物理长度，一般用字节数表示。

4、记录（record)•记录由若干相关联的数据项组成。

记录是应用程序输入—输出的逻辑单位。

•对大多数数据库系统而言，记录是处理和存储信息的基本单位。

•记录是关于一个实体的数据总和，构成该记录的数据项表示实体的若干属性。

5、文件（file)文件是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。

文件用文件名标识。

6、数据库系统o一个完整的数据库系统应该包括数据库、数据库管理系统（Database Management System,DBMS）和数据库应用系统三个组成部分o数据库是按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合；o数据库管理系统是提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统；o数据库应用系统则是为了满足特定的用户处理需求而建立起来的，具有数据库访问功能的应用软件，它提供给用户一个访问和操作特定数据库的用户界面。

《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。

信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。

在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。

例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。

1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。

地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。

GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。

例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。

1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。

硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。

例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。

1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。

数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。

第四章空间数据库第一节数据库概述数据库技术是60年代初开始发展起来的一门数据管理自动化的综合性新技术。

数据库的应用领域相当广泛，从一般事务处理，到各种专门化数据的存储与管理，都可以建立不同类型的数据库。

建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。

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，空间数据库的理论与方法是地理信息系统的核心问题。

一、数据库的定义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、存储和应用的相关联的数据集合。

计算机对数据的管理经过了三个阶段—最早的程序管理阶段，后来的文件管理阶段，现在的数据库管理阶段。

其中，数据库是数据管理的高级阶段，它与传统的数据管理相比有许多明显的差别，其中主要的有两点：一是数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益；二是在数据间建立了联系，从而使数据库能反映出现实世界中信息的联系。

地理信息系统的数据库(以下称为空间数据库)是某区域内关于一定地理要素特征的数据集合。

空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：(1) 数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往大得惊人。

即使是一个很小区域的数据库也是如此。

(2) 不仅有地理要素的属性数据(与一般数据库中的数据性质相似)，还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。

（3) 数据应用的面相当广，如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等等。

上述特点，尤其是第二点，决定了在建立空间数据库时，一方面应该遵循和应用通用数据库的原理和方法，另一方面又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其它数据库所没有的管理空间数据的问题。

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数据库管理1.地理信息系统（GIS）数据库管理是GIS系统中非常重要的一个组成部分，它涉及到地理数据的组织、存储、管理和查询等方面。

本章将介绍GIS数据库管理的基本概念、技术和方法。

2. GIS数据库管理的基本概念GIS数据库管理是指对地理信息数据进行集中管理和组织的过程，包括数据的存储、更新、检索和维护等操作。

GIS数据库管理的目标是实现对地理信息数据的高效管理和有效利用。

2.1 数据模型在GIS数据库管理中，数据模型是描述和组织地理信息数据的基本框架。

常见的GIS数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型等。

每种模型都有其特点和适用场景，可以根据实际需求选择合适的模型。

2.2 数据结构数据结构是指在数据库中组织和存储地理信息数据的方式。

常见的数据结构包括点、线、面和栅格等。

不同的数据结构适用于不同的地理信息数据类型，比如点数据适用于标注位置，线数据适用于道路和河流等线性对象，面数据适用于土地利用和行政区划等区域对象。

2.3 数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是进行GIS数据库管理的核心软件系统，它提供了对地理信息数据的存储、查询和管理等功能。

常见的DBMS包括Oracle、SQL Server和PostgreSQL等。

选择合适的DBMS可以提高GIS数据库管理的效率和性能。

3. GIS数据库管理的常用技术GIS数据库管理涉及到许多常用的技术，下面介绍几种常见的技术。

3.1 空间索引空间索引是对地理信息数据进行快速检索的一种技术。

它通过将地理信息数据划分为多个空间单元，然后建立索引结构，从而实现对地理数据的高效检索。

常见的空间索引方法包括四叉树、R树和网格索引等。

3.2 数据压缩数据压缩是对地理信息数据进行压缩存储的一种技术。

它可以减少数据存储空间，提高数据传输效率。

常见的数据压缩方法包括矢量压缩和栅格压缩等。

3.3 数据清理数据清理是对地理信息数据进行清理和修复的一种技术。