空间数据库绪论

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1、空间数据库原理 Principle of Spatial Database,主讲人：李浩 博士,华中农业大学资源与环境学院,教学环节和成绩评定,课堂讲授 教学环节 课外阅读上机实践课堂表现 10% 成绩评定 期末考试 60%作业及出勤 30% 联系方式 E-Mail : Tel : 13476146191,选用教材,参考教材,参考教材,参考书目,原书名：Database System Concepts, Sixth Edition 原出版社： McGraw-Hill 作者： Abraham Silberschatz, Henry E Korth, S.Sudarshan 译者： 杨冬青 唐世渭

2、 等 页码： 805 出版社： 机械工业出版社,参考书目,作者：（美）Jeffrey Ullman Jennifer Widom ，岳丽华 等译 出 版 社：机械工业出版社 出版时间：2009-8-1 页 数：332,参考书目,原书名：Spatial Databases:A Tour 原出版社：Prentice Hall/Pearson 作者：（美）Shashi Shekhar,Sanjay Chawla 译者： 谢昆青 马修军 杨冬青 页码： 300 出版社： 机械工业出版社,学习方法四项修炼,第一项修炼：自我超越( Personal Mastery ) “自我超越”的修炼是学习不断理清并加

3、深个人的真正愿望，集中精力，培养耐心，并客观地观察现实的过程。它是学习型组织的精神基础。精通“自我超越”的人，能够不断实现他们内心深处最想实现的愿望，他们对生命的态度就如同艺术家对于艺术一样，全心投入、锲而不舍，并不断追求超越自我。有了这种精神动力，个人的学习就不是一个一蹴而就的项目，而是一个永无尽头的持续不断的过程。而组织学习根植于个人对于学习的意愿与能力，也会不断学习,学习方法四项修炼,第二项修炼：改善心智模式( Improving Mental Models ) “改善心智模式”的修炼是把镜子转向自己，发掘自己内心世界深处的秘密，并客观地审视，借以改善自身的心智模式，更利于自己深入地学习

4、,学习方法四项修炼,第三项修炼：团队学习( Team Learning ) 团队中的成员互相学习，取长补短，不仅使团队整体的绩效大幅提升，而且使团队中的成员成长得更快 团队学习的修炼从“对话”( dialogue ) 开始。在现代组织中，学习的基本单位是团队而非个人。除非团队能学习，否则组织就无法学习 海森堡“科学根源于交谈，在不同的人的合作之下，可能孕育出极为重要的科学成果。”,学习方法四项修炼,第四项修炼：系统思考( System Thinking ) 企业与人类社会都是一种“系统”，是由一系列微妙的、彼此息息相关的因素所构成的有机整体。这些因素通过各不相同的模式或渠道相互影响，“牵一发而

5、动全身”。但是，这种影响并不是立杆见影、一一对应的，而常常是要经年累月才完全展现出来。身处系统中的一小部分，人们往往不由自主地倾向于关注系统中的某一片段（或局部），而无法真正把握整体。系统思考的修炼就在于扩大人们的视野，让人们“见树又见林”,GIS行业现状及发展趋势,从行业发展角度看，国家测绘地理信息局预计，未来5年，该产业总产值将保持25%以上的年均增长率，到2020年形成万亿元的年产值，是2010年产业总产值1000亿的10倍。 随着地理信息产业发展，该产业将孕育出从上游芯片、导航系统、测试终端，到下游GIS软件、电子地图以及B2B 和B2C 的地图服务全产业链的投资机会,GIS行业现状及

6、发展趋势,由于地理信息产业的特殊性，以及考虑到国土安全性问题，国家在行业资质壁垒等多方面支持本土企业发展。行业上游将出现北斗系统取代GPS，中游则将通过资质认定和政策鼓励扶持地图和GIS本土软件企业。 事实上，“提高产业国产化率”在测绘地理信息发展“十三五”总体规划纲要中已经有所体现。规划提出，“在重要核心技术领域取得突破，降低关键领域技术对外依存度。努力实现重大测绘工程中国产装备使用比例超过50%。”,GIS行业现状及发展趋势,目前，上游行业中相关上市公司有北斗星通、华力创通等导航硬件提供商， 中游行业，超图软件作为国产GIS平台提供商，将极大受益于产业国产化率的提升。 随着国家加快“数字中

7、国”建设步伐，四维图新作为基础测绘数据提供商、数字政通作为数字城市的建设者也将从中受益。,GIS行业现状及发展趋势,四维图新是国家测绘局创建的唯一专业从事测绘的国家级公司，公司在导航电子地图领域具有绝对龙头地位，连续8年在中国车载导航地图市场份额超过60% 此外，四维图新还为手机生产商、便携导航设备厂商、移动通信服务商和互联网平台提供专业化的导航电子地图产品和服务。,GIS行业现状及发展趋势,数字政通主营电子政务，公司主要为政府相关部门提供数字化城市管理系统建设和运营中的相关数据普查和信息采集服务。 数字政通首创了数字城管系统软件，开辟了新的数字化城市管理应用领域，该系统是基于城市电子政务专网

8、和无线通讯网等平台，运用空间网格、地理编码等技术手段，以数字城市技术和数字化城市管理新模式业务为依托建设而成的综合信息系统。,GIS行业现状及发展趋势,据银河证券分析，中国的一级城市百分之百提出了“智慧城市”的详细规划，二级城市中有80%以上也明确提出了建设“智慧城市”。数字城管作为解决城市管理问题的重要手段，已经成为各级政府非常迫切的需求，市场已经进入加速跑道 按照2015年数字城管项目在地级市、市辖区、县级市的渗透率分别是90%、30%、10%来测算，未来数字城管市场规模将达100亿元以上。而数字政通参与国家数字城管标准的制定，公司在领域内具有绝对竞争优势，未来市场份额将维持在50%左右,

9、第一章、绪论,空间数据库基本概念 空间数据库发展历史 空间数据库系统,1.1 空间数据库基本概念,数据：指客观事物的属性、数量、位置及其相互关系的符号描述。 在空间数据库中的数据大多与地理位置有关，可以是一个数，如某一点的高程值、一个多边形的面积等；也可以是一组符号组成的字符串，如一个地名、一幅图像。具有空间性、时间性、多维性和大数据量等特点。,1.1.1 空间数据库基本概念,空间：是客观存在的物质空间，是一个复杂的概念，具有多义性。 从物理学角度看，空间为宇宙在三个相互垂直的方向上所具有的广延性； 从天文学角度看，空间指宇宙空间，是时空连续体系的一部分 地理学是研究地球表层空间分布规律的科学

10、，因此地理学的空间是一个定义在地球表层空间实体集上的关系,1.1.1 空间数据库基本概念,地理空间：指空间参考信息的地理实体或地理现象发生的时空位置集。是一个空间实体组合排列集，强调宏观的空间分布和空间实体间的相互关系。,1.1.1 空间数据库基本概念,空间数据：指带有空间坐标的数据。是对现实世界中空间特征和过程的抽象表达，用来描述现实世界的目标，记录地理空间对象的位置、拓扑关系、几何特征和时间特征。位置特征和拓扑特征是空间数据的特有特征。 由于现实世界的复杂性、模糊性和不确定性，以及人类认识世界和描述世界的能力的局限性，用空间数据来描述和表达地理空间实体时会产生误差。 空间数据是数字地球的基

11、础信息。,1.1.1 空间数据库基本概念,数据库：是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户所共享（萨师煊，2000） 空间数据库：是描述与特定空间位置关系有关的真实世界对象的数据集合。,1.1.2 空间数据类型,地图数据：来源于各种类型的普通地图和专题地图。 影像数据：主要来源于卫星遥感和航空遥感，包括多平台、多层面、多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据。 地形数据：来源于地形等高线图的数字化，包括已建立的DEM和其他实测的地形数据。 属性数据：来源

12、于各类调查报告、实测数据、文献资料、解译信息等。,1.1.3 空间数据特征,时空特征 空间特性：指空间实体的空间位置及其与其他空间实体的空间关系，指明地物在地理空间中的位置，用于回答“Where”提问 属性特性：指地学现象的数量、质量和分类等属性信息，包括用来描述地物的自然或人文属性的定性或定量指标的成分。用于回答“What”和“How”提问 时态特征：指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。同一地物的多时段数据可以动态地表现该地物的发展变化,1.1.3 空间数据特征,多维特征：地理空间数据不仅能描述空间三维和时间维，也可以表现空间目标的属性以及数据不同的测量方法、不同来源、不同载体等多维信

13、息，实现多专题的信息记录。 例如在一个坐标位置上，既包括地理位置、海拔高度、气候、地貌和土壤等自然地理特征，也具有相应的社会经济信息如行政界线、人口、产量、交通等。,1.1.3 空间数据特征,多尺度性 空间多尺度：指空间范围大小或地球系统中各部分规模的大小，可分为不同的层次； 时间多尺度：指地学过程或地理特征有一定的自然节律性，其时间周期长短不一。,1.1.4 空间数据库作用,空间数据处理与更新：空间数据更新是通过空间信息服务平台用现势性强的现状数据或变更数据更新数据中非现势性的数据，达到保持现状数据库中空间信息的现势性和准确性或提高数据精度；同时将被更新的数据存入历史数据库供查询检索、时间分

14、析、历史状态恢复等。 海量数据存储与管理 空间分析与决策：提供简单的空间查询和分析 空间信息交换与共享：webgis，云计算,1.2 空间数据库的发展历史,文件管理系统 文件与数据库混合管理系统 空间数据引擎（SDE：Spatial Database Engine）与关系型空间数据管理系统（RDBMS：Relational） 对象关系数据库管理系统(ORDBMS)(Object-Relational) 面向对象的数据库系统(OODBMS)(Object-Oriented),空间数据管理技术发展趋势,文件系统（70年代）,将空间数据存储在自行定义的不同格式文件中。 通过专有的GIS工具或数据引擎

15、访问固定格式的数据文件，并在专有的GIS工具提供的API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）基础上开发相关的应用程序。,文件与数据库混合管理系统（80年代）,用文件系统管理几何图形数据，用商用关系数据库管理属性数据，两者之间通过唯一的OID（Object Identifier对象标识符）进行连接，但是两者几乎是独立的组织、管理与检索。 其中图形数据用专有GIS的API访问，属性数据则用标准SQL访问。,文件与数据库混合管理系统,缺点：文件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。

16、多用户操作的并发控制能力比起商用数据库管理系统来要逊色的多（龚健雅，2001）,空间数据引擎（90年代）,RDBMS开始支持BLOB（Binary Large Object，可变长的大二进制）字段，ERSI与Oracle合作开发了SDE 该方案是把图形坐标数据当作一个二进制数据类型，交由RDBMS进行存储，而SDE则提供一组空间数据的操作函数，这些函数能完成空间数据的转换，以及数据的索引调度和空间数据的存储管理。 RDBMS仅仅是存放空间数据的容器，而SDE则是空间数据进出该容器的转换通道。,空间数据引擎（90年代）,SDE的实质是一种处于应用程序和DBMS之间的中间件技术 使用不同厂商GIS

17、的客户可以通过SDE将自身的数据提交给RDBMS，有DBMS统一管理；同样，客户也可以通过SDE从RDBMS中获取其他类型GIS的数据，并转化为客户可以使用的方式,ORDBMS,这种系统既支持已被广泛使用的SQL，具有良好的通用性，又具有面向对象特性，支持复杂对象和复杂对象的行为 Oracle Spatial、DB2 Spatial Extender、SQL Server 2008 Spatial等都是利用ORDBMS宿主提供的对类、继承、用户自定义类型、用户自定义函数、用户自定义索引和规则等的支持，对各种空间对象、操作函数及其索引进行预先定义，形成不同的空间数据类型，支持空间数据的存储、管理与分析,