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1、空间数据库的概念及发展趋势探究 周艳芳 北京信息职业技术学院 摘 要： 空间数据库是地理信息系统 (GIS) 的核心, 随着地理信息系统的快速发展, 空间数据库也经历着不断的变化和发展。空间数据库的概念和发展趋势值得不断地讨论和研究。关键词： 空间数据库; 地理信息系统; 数据模型; 随着互联网+时代的到来, 现实生活中, 绝大多数的数据都具有空间属性, 例如, 所使用的地址、客户的分布情况统计和资产分布数据等, 详细地分析这些数据信息的空间属性, 可以得出事物的发展规律和发展趋势, 对空间数据进行快速有效地管理。对于当今的企业来说, 势在必行。尤其近些年来, 传统行业、互联网公司对空间数据需
2、求量很大。比如常见的 Google 地图、腾讯地图、百度地图、高德导航、百度导航都是空间数据的典型应用。基于移动终端的智能应用系统, 也大量存在。农业资源调查、农业导航、林业调查、环境保护调查、国土资源调查、水利调查、食品检验等各行业各领域都有空间数据的应用。基于有定位功能的终端手机、平板电脑, 可以说空间数据社会需求量大, 就业广泛, 前景好。同时由于目前全国开设 GIS 等相关专业的院校多, 每年毕业的高校毕业生也很多, 整体上来讲也是竞争比较激烈。空间数据库具有较好的发展前景。一、空间数据库的概念目前, 随着互联网的发展, 无论是生活还是工作, 在各个领域都有地理信息系统的应用, 这就促
3、使空间数据库得到了空前的发展。因为地理信息系统 (GIS) 的核心是空间数据库管理系统。空间数据库指的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。由于传统的关系数据库在空间数据的表示、存储、管理、检索上存在许多缺陷, 从而形成了空间数据库这一数据库研究领域。而传统数据库系统只针对简单对象, 无法有效地支持复杂对象 (如图形、图像) 。空间数据库中主要存储的是空间数据, 普通数据和空间数据相比较而言, 空间数据主要是由空间位置信息和与这些空间位置相关的关系数据组合而成, 其中位置信息数量比较大。空间数据库中存
4、储的空间数据具有以下特点。(一) 抽象性。空间数据主要反映的是现实世界中事物的形态、反映事物的参数比较多, 需要进行抽象处理, 即从复杂到简单的处理。依据所需处理的问题, 对数据进行人为的取舍, 这样不同主题的空间数据库就建立了。(二) 空间性。空间数据描述了空间物体的位置及其空间位置的变化, 这样不仅有物体的空间坐标, 而且要建立物体的空间拓扑关系。也就是常说的分布式数据库。(三) 非结构化。在表达空间对象的时候, 如果在数据库中采用一条记录表达一个空间对象, 这样会造成比较长的数据项。例如, 一条弧线, 有可能起点和终点两对数据就可以;也有可能就是几对、甚至几十对才能表达完整。(四) 空间
5、关系。数据库中的多种空间关系是利用空间性来表达。拓扑关系的优点是方便了空间数据的查询和分析, 缺点是使得数据的完整性和一致性变得复杂。(五) 数据量大。空间数据是带有空间坐标的多维数据, 包括文字、数字、图形、影像、声音等多种方式。空间数据库存储的是地学及其相关对象, 主要包括地球表面信息、地质信息、大气信息等及其复杂的现象和信息, 这些信息的数据容量很大。通过对上述信息的分析, 空间数据库就是由地理信息系统中的文字、位置数据、图像、声音甚至时间信息在物理存储介质上存储与应用的地理空间数据而组成。二、构建空间数据库的意义以前, 地理信息和空间数据的研究通常主要采用实地考察和问卷调查的方法, 同
6、时也对资源环境的变化进行研究, 其主要的成果形式为报告或者趋势图。对于报告和趋势图, 仅是从宏观上可以看出发展变化的方向, 没办法进行具体的量化。这样就不能提供准确的基础地理数据进行重大的决策, 就直接导致了无论是科学研究、防灾减灾还是经济发展都没有具体的数据支撑, 从而停滞不前甚至受到很大损失。因此, 需要采用新的技术和手段来改变这种状况。改变这一现状的首要条件是建立空间数据库。本来可以避免的外滩踩踏事件, 结果因为人们对空间数据没有足够的重视而酿成了惨剧。如果空间数据库能够及时提供人流的变化分析量化数据, 并得到相关部门的重视, 也许踩踏事件就不会发生。因此, 社会的发展变化需要大量而准确
7、的空间信息和与空间信息相关的信息资源。比如, 现在方便人们出行的各种共享单车、电动车和汽车, 有了全数字图形化的地理信息系统, 人们的生活将发生翻天覆地的变化。同时, 地理信息系统采用组件式 GIS, 并且与关系数据库进行集成, 这是商业化进程中所采用的主要技术, 这样将逐步融入信息产业的主流, 不同平台中的数据交换成为可能, 对于某一区域的各部门需要这样全面空间数据库的建立和发展。另外, 各种资源的探测、环境的监测、自然灾害的预防和灾后重建方面的应用, 这些民生方面的问题, 对遥感技术的发展、空间信息技术的发展、GIS 的发展, 以及这些技术发展后带来的高质量、准确的数据提出了比较高的要求。
8、三、空间数据库的发展趋势在现实生活或者是数据的处理中, 绝大多数时候采用的是二维或者一维的坐标来解决问题, 并且使用的软件也是二维或者一维半的。地理信息系统的发展, 使得二维空间技术已经相当的成熟。人类所在的空间包含平面和空间, 是一个三维的, 如果加上时刻变化的时间, 那人类所在的空间是四维的。伴随着大数据技术和“互联网+”的迅猛发展, 人们的生活中到处充斥着三维和四维的信息。目前, 三维地理信息系统被国内外的学者进行了大量的研究。(一) 三维空间数据模型。基于对研究现状的分析, 三维数据模型分为描述体的和表示基面的数据, 另外就是各种矢量的三维数据、栅格数据和以上数据共同组合而成的面向对象
9、的数据模型。就现状而言, 根据不同的应用目的, 二维数据模型和三维数据模型有其各自的优势和劣势。根据应用目的的不同, 三维数据结构和二维数据结构可以混合使用, 另外可以寻找一种可以和三维数据配合的一维数据结构。(二) 四维时空数据模型。地理信息系统的核心是空间数据库, GIG 中三种基本的组成成分是时间、空间和属性信息, 随着 GIS 应用领域的不断扩大, 对数据的处理提出了更高的要求。将历史数据及其变化有效地进行管理, 实现数据的实时更新、实时存储, 分析和预测变化着的数据。用来处理空间信息的地理信息系统软件, 对时间信息不能很好地进行处理, 这就使得一个新的研究方向诞生了, 那就是可以处理
10、时态现象的时空数据模型。能够将地理信息数据和时间信息数据有效进行组织和管理的模型为时空四维数据模型。面向对象技术是建立空间复杂对象模型比较有效的方法, 空间某一目标的二维信息、时间信息和属性信息主要采用时间加空间的数据模型表达。为了完整地描述和表达客观存在的地理世界, 除了数据模型外, 还需要空间信息的拓扑关系和与之相关的事件时间。有了以上这些数据模型和相关的拓扑关系就可以减少数据的冗余, 也可以直接获得空间数据的拓扑信息。因此, 就可以极大地提高空间数据分析的效率, 依据不用的应用领域, 结合客观世界的变化规律来设计时空数据模型, 根据发生的时间进行标记, 以此来决定使用静态的还是动态的建模
11、方法。四、结语从 20 世界 70 年代开始, 在地图制图和处理遥感图像的时候就开始了空间数据库的研究, 其目的是为了利用遥感和卫星上获得的资源来绘制各种专题经济地图。空间数据库中存储的数据具有明显的空间特征, 它是地理信息系统中一种专门化的数据库。地理信息系统所研究的核心问题就是空间数据库的理论与方法。空间数据库是 GIS 查询、分析与决策的基础, 随着计算机技术和相应技术的发展, 空间数据库技术奖代替传统的文件管理方式;空间数据管理的主流技术将是空间数据库技术。空间数据管理为计算机和信息科学作出了巨大的贡献, 成为了计算机科技领域中应用研究技术内容最丰富的分支之一。参考文献1黄钊, 韦燕飞.GIS 空间数据库的新发展J.广西师范学院学报, 2003 2李海峰.GIS 空间数据浅析J.电脑知识与技术, 2009, 17 3陈海娜.空间数据库管理系统的概念与发展趋势J.化工管理, 2017, 3 4周长英, 陈颖.空间数据库索引技术发展概况J.黑龙江科技信息, 2010, 13
