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1、空间数据库结课报告 空间数据库的发展与应用学 号： 班级序号： 专 业： 姓 名： 指导老师： 中国地质大学（武汉）信息工程学院 2013年1月目录一、前言3二、空间数据库的简介及特征3 2.1空间数据库简介.3 2.2空间数据库的特征.3 2.2.1空间数据库的完备性.3 2.2.2空间查询的执行效率.3 2.2.3空间数据的物理特征.4三、空间数据库管理系统模式4四、空间数据库的应用模式4 4.1文件与关系数据库混合管理系统.4 4.2全关系型空间数据库管理系统.5 4.3对象关系数据库管理系统.6 4.4面向对象空间数据库管理系统.6 4.5面向对象的矢栅一体化空间数据库管理系统.6五、
2、空间数据库的实际应用.7 5.1空间数据库实际应用的必要性.7 5.2空间数据库的具体应用.7 5.2.1实例1石油地质空间数据库.7 5.2.2实例2城市规划图.9六、结束语.10 参考文献.11空间数据库的发展与应用XXX（中国地质大学（武汉） 信息工程学院 湖北 武汉 430074）摘要：在GIS的基础上，鉴于实际需求下，空间数据库应运而生，本文从空间数据库的简单介绍开始，主要概述了空间数据库的发展、特征、应用类型及其在发展中的一些实际应用。在通过对文献的阅读它的实际作用和空间数据库管理系统模式的概述，对空间数据库从三方面有了进一步的了解，最后列出空间数据库在实际应用中的具体案例。关键词
3、：空间数据库；GIS；特征；模式；类型；应用。一、 前言地理信息系统( Geographic Informa tion System ,GIS)融合了信息学、 地理学、 测绘学、 城市科学等一系列科学技术,是一门典型的边缘学科。经过40余年的发展,GIS 经历了从最早期简单的机助制图,到现在与卫星遥感技术相结合的过程,已经发展成为一项非常成熟的应用技术,活跃于生产和生活的各个部门。但是,GIS 的广泛应用和深入发展, 也给 GIS 数据库带来了数据量激增的问题，而且传统GIS中空间数据与属性数据是分别存储的,即空间数据(图形数据)以文件格式存放,非空间数据(属性数据)则存放在关系数据库中,形成
4、文件 + 关系数据库的二元存储模式。这样的存储方式在数据安全和数据共享方面都存在着不少缺陷。 基于这种情况,GIS自身的数据存储能力显然已经不能完全满足实际需求,需要借助功能更加强大的外部数据库来存储和处理海量数据。空间数据库正是在这一背景下应运而生, 并应用到了 GIS中。二、 空间数据库的简介及特征。122.1 空间数据库简介空间信息是指与位置（特别是地理位置）有关的信息，它在信息中占有相当大的比例（曾有统计可达 80%）然而，空间信息又有其特殊的一面，它具有诸如数据量巨大、结构复杂多样操作是计算密集型的具有自相关性等特性随着IT技术的迅速发展，以GIS为代表的空间信息技术在各领域得到了应
5、用，同时遥感等空间信息获取技术不断进步，现代社会对位置服务和分析决策的需要也日益迫切，因此深入研究和掌握空间信息技术的理论与方法的重要性也日益凸显出来空间数据库是近年的热点研究领域，是一门前沿的交叉学科其研究成果（如空间多维索引）开始应用于许多不同领域正是已有应用的需求推动了空间数据库管理系统的研究，这些应用包括地理信息系统（geographical information system ,GIS）和计算机辅助设计（computer-aided design ,CAD），以及诸如多媒体信息系统数据仓库等近年来，许多计算机应用领域通过扩充数据库管理系统的功能来支持与空间相关的数据空间数据库管理系
6、统（spatial database management system ,SDBMS）研究是找到有效处理空间数据的模型和算法的重要步骤。2.2 空间数据库的特征2.2.1 空间数据的完整性所谓完整性，就是数据的正确性和一致性，在关系型数据库中，有实体完整性参照完整性用户自定义完整性；在空间数据库中，语义层面的空间数据的正确性和一致性，就很难界定，它要比关系型属性数据复杂得多。 打个比方一条道路横跨一条河流，必然经过一座桥，而如果不经过，就必然违背了空间数据的正确性，也就是说不完整这只是一个很简单的例子，类似于这样的空间语义关系，是需要空间数据库提供用户自定义完整性约束，保证空间数据的完整性。
7、2.2.2 空间查询的执行效率一个带有空间和属性的混合查询，是先进行空间查询，再进行属性查询，还是反过来，先进行属性查询，再进行空间查询，还是多个步骤交错进行，这是一个值得思考的问题。2.2.3 空间数据的物理存储物理存储，关系到空间数据添加删除修改的性能。而目前，空间数据是以二进制对象或字符等形式，交给关系型数据库来管理的，屏蔽了物理层的存储细节，粒度较大；同时，空间聚簇与数据更新存在矛盾，如果这些问题交给关系型数据库来处理，还很难得到较好的解决，需要单独针对空间数据实现物理存储的管理空间数据存储在数据库里，实现数据共享；空间数据挖掘也是提高空间数据库智能化水平的手段。三、 空间数据库管理系
8、统模式空间数据库是一类特殊且重要的数据库,在其内部存储了大量与空间有关的数据,如地图、 遥感数据等。更重要的一点是,空间数据库具备将空间数据与属性数据无缝链接和一体化存储管理的能力。由于空间数据带有空间拓扑结构和位置关系,并且相互之间存在数据依赖问题,所以较之关系型数据库和事务型数据库,空间数据库在数据存储机制、 数据组织结构和数据访问方式等方面有诸多不同之处,且要复杂得多。对空间数据库的访问通常需要采取空间推理、 空间知识表示等技术来实现。GIS是空间数据库发展的主体。采用空间数据库技术存储数据,是当前GIS应用和发展的要求。怎样有效地存储、管理和挖掘海量数据,已经成为 GIS所面临的最紧迫
9、的问题之一。如果没有外部数据库的支持,仅凭GIS自身的存储能力,很难从根本上解决这一问题。而空间数据库的应用使海量的空间数据和属性数据实现了一体化存储,并使更广泛的空间数据共享成为可能。此外,空间数据库也是空间数据挖掘的基础。空间数据挖掘是指对空间数据库中非显式存在的知识、空间关系或其它有意义的模式等的提取,是数据挖掘技术在空间领域的一个分支。空间数据库存储的海量数据是空间数据挖掘的必要前提。在空间数据库上进行数据挖掘,能够找出大量隐含的、对管理和研究工作有指导意义的知识,是对空间数据库中数据的深层应用。在某些对数据要求比较高的情况下,还可以按照一定主题,对空间数据库中的数据进行抽取、 转换和
10、清洗,形成更高层次的空间数据仓库,更好地支持空间数据挖掘和与空间数据有关的决策过程。四、 空间数据库的应用模式由于空间数据的复杂性和特殊性, 一般的商用数据库管理系统难以满足要求。 因而, 围绕空间数据管理方法, 出现了几种不同的模式。4.1 文件与关系数据库混合管理系统由于空间数据具有以上几个特征,市场上通用的关系数据库管理系统难以满足要求。因而大部分GIS软件采用混合管理的模式。即用文件系统管理几何图形数据,用商用关系数据库管理系统管理属性数据,它们之间的联系通过目标标识或者内部连。在这种管理模式中,几何图形数据与属性数据除它们的oid作为连接关键字段以外, 两者几乎是独立地组织、管理与检
11、索。就几何图形而言, 由于GIS系统采用高级语言编程,可以直接操纵数据文件,所以图形用户界面与图形文件处理是一体的,中间没有裂缝。但对属性数据来说,则因系统和历史发展而异。早期系统由于属性数据必须通过关系数据库管理系统,图形处理的用户界面和属性的用户界面是分开的,它们只是通过一个内部码连接,如图2所示，导致这种连接方式的主要原因是早期的数据库管理系统不提供编程的高级语言如Fortran 或C的接口,只能采用数据库操纵语言。这样通常要同时启动两个系统(GIS 图形系统和关系数据库管理系统),甚至两个系统来回切换, 使用起来很不方便。最近几年,随着数据库技术的发展, 越来越多的数据库管理系统提供高
12、级编程语言C 和 Fortran等接口,使得地理信息系统可以在C语言的环境下,直接操纵属性数据, 并通过C语言的对话框和列表框显示属性数据, 或通过对话框输入SQL语句,并将该语句通过C语言与数据库的接口查询属性数据库, 并在GIS的用户界面下,显示查询结果。这种工作模式,并不需要启动一个完整的数据库管理系统,用户甚至不知道何时调用了关系数据库管理系统,图形数据和属性数据的查询与维护完全在一个界面之下。在ODBC(开放性数据库连接协议)推出之前,每个数据库厂商提供一套自己的与高级语言的接口程序,这样 GIS 软件商就要针对每个数据库开发一套GIS的接口程序,所以往往在数据库的使用上受到限制。在
13、推出了ODBC 之后,GIS 软件商只要开发GIS与ODBC的接口软件,就可以将属性数据与任何一个支持ODBC协议的关系数据库管理系统连接。无论是通过C还是通过ODBC与关系数据库连接,GIS用户都是在一个界面下处理图形和属性数据,它比前面分开的界面要方便得多。这种模式称为混合处理模式, 如图3 所示。采用文件与关系数据库管理系统的混合管理模式,还不能说建立了真正意义上的空间数据库管理系统,因为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。多用户操作的并发控制比起商用数据库管理系统来要逊色得多,因而GIS 软件商一直在寻找采用商
14、用数据库管理系统来同时管理图形和属性数据。4.2 全关系型空间数据库管理系统全关系型空间数据库管理系统是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理。关系数据库管理系统的软件厂商不作任何扩展,由GIS 软件商在此基础上进行开发,使之不仅能管理结构化的属性数据, 而且能管理非结构化的图形数据。用关系数据库管理系统管理图形数据有两种模式, 一种是基于关系模型的方式,图形数据按照关系数据模型组织。这种组织方式由于涉及一系列关系连接运算,相当费时,例如为了显示一个多边形,需要找出组成多边形的采样点坐标。它要涉及到4个关系表,作多次连接投影运算,这一查询的语句如下：SelectX, YFromP, E,N , CWhere PP# = EP# and E
