空间数据库系统的设计与实现C

空间数据库系统的设计与实现在第七章的第一、第二部分介绍了空间数据的特征、规范与标准；空间数据的逻辑预处理（包括分幅、分层和分专题要素）；空间数据的概念设计以及空间数据的逻辑设计。在这一部分将介绍空间数据库的功能设计和空间数据采集建库。教学提纲五、空间数据库的功能设计六、空间数据采集建库退出五、空间数据库的功能设计（一）空间数据输入设计（二）空间数据检索设计（三）空间数据输出设计（四）空间数据更新设计（五）空间数据共享设计返回空间数据输入内容图形数据：地图、遥感图象、实测数据等。输入主要是完成数字化工作，主要采用两种形式：手扶跟踪数字化和扫描数字化（屏幕跟踪），它们各有优缺点，此外，还有几何坐标输入（如COGO）和现有数据转换输入。属性数据：有关空间实体的属性信息。输入一般采用表格形式，以ID码实现与图形数据的连接。空间数据输入设计原则良好的交互性。如确认输入、确认删除、确认取消等都为用户提供反馈信息和帮助信息允许用户进行简单的数据编辑提供恢复功能。允许恢复到错误输入前的正确状态对于表格数据的输入，要提供缺省值、输入格式、有效性检验等功能，使用户快速而准确地输入数据空间数据输入设计考虑因素数据的组织和存放。整个目录结构要很清晰设计并建立完整的符号库，包括点状符号、线状符号、面状符号和特殊的符号良好的输入界面和数据接口数据组织存放目录结构示意图GIS数据库要素N要素P要素1分幅A分幅D分幅J图层1图层K图层M图形数据属性数据总目录第一级子目录第二级子目录第三级子目录………………返回空间数据检索设计目的：从空间数据库中快速高效地检索出所需要的数据实质：按一定条件对空间实体的图形数据和属性数据进行查询检索，形成一个新的空间数据子集方法：根据GIS应用的实际要求，用SQL语言、扩展SQL语言和具有检索功能的GIS命令（如Arc/Info中的#Merge、#Overlay、#select、#Polygon、#Assess等）来实现注：空间检索是目前空间数据检索研究的热点，最常见空间数据检索是基于拓扑关系（包括邻接、关联、包含等）的空间检索GIS中数据检索类型及其特点检索类型检索方法特点鼠标定位检索鼠标定位于图形区域得到相应属性数据；鼠标指向属性数据则高亮显示相应图形数据实现了图形数据和属性数据的双向查询检索分层检索在分层组织和存储的GIS数据中，检索某一特定图层的图形数据和属性数据提高了检索速度开窗检索在屏幕上任意开一个窗口，检索窗口内的图形数据和属性数据对于GIS叠置分析大有好处，也可进行缓冲区检索条件检索根据属性条件来检索图形数据，常用的地址匹配检索属于条件检索之一用属性数据的数据项与运算符来构建条件表达式空间检索是基于空间关系的检索，包括拓扑关系、顺序关系（如左、右、上、下、前、后等）、度量关系（如距离）目前还不是很成熟基于拓扑关系的主要空间检索面-面关系检索。面-面的关系有8种，面-面关系检索主要是查询并判断多个面实体之间是否相邻、包含、相交以及方向距离关系等线-线关系检索。线-线关系有33种，它的检索主要是查询并判断线与线之间是否有邻接、相交、平行、重叠以及方向距离关系等点-点关系检索。主要是查询并判断点与点之间距离、方向以及重叠等关系线-面关系检索。主要是查询并判断线与面之间距离、方向、相交及重叠等关系空间检索（续）点-线关系检索。主要是查询并判断点与线之间距离、方向、相交及重叠等关系点-面关系检索。主要是查询并判断点与面之间距离、方向及包含等关系边缘匹配检索。指空间检索在多幅地图的数据文件之间进行时，需要应用边缘匹配处理技术，建立跨越图幅边界的多边形，提取与查询相关联的图幅数据，然后将这些数据自动地组织到连续的窗口范围内注：当空间数据库的图幅很多时，需进行图库的管理和图幅之间数据的无缝处理。此时，图库必须建立在统一的坐标体系、统一的坐标原点、统一的投影类型下，每个图幅至少要有四个控制点，并建立空间索引。返回空间数据输出设计描述：指按实际应用的要求和可视化原则，将GIS操作和分析的结果展示在屏幕上或打印到图纸上的过程原则：•应从美学原则出发，布局图中各个内容的位置，调配大小和色彩，设计优美的地图整饰等•空间数据的输出应带有很大的灵活性，允许用户对输出内容进行动态组合•为常用的输出格式设计模板以方便用户•输出数据的表达形式尽可能多样化，如采用多媒体技术等返回空间数据更新设计空间数据更新设计是GIS空间数据库设计的重要内容，因为数据更新是GIS活力源泉之一。随着GIS应用的深入，数据成为制约GIS发展的瓶颈，因此，迫切要求数据获取手段和数据更新手段不断得到完善。空间数据包括几何数据、属性数据和拓扑数据三种，根据空间数据发生变化的数据类型，可以将空间数据的变更分为三种类型:几何数据属性数据宗地数据举例第一种不变改变一块宗地形状未变，权属变第二种改变不变一块宗地形状变，权属不变第三种改变改变一块宗地形状变，权属也变数据更新模型连续快照模型：用一系列状态所对应的地图来反映地理现象的时空演化过程。连续快照仅代表地理现象的状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含的对象在时间上的拓扑联系。易于实现，但冗余大底图修改模型：首先确定数据的初始状态，然后仅记录时间片段后发生变化的区域，通过叠加操作来建立现时的状态数据，其中，每一次叠加则表示状态的一次变化时空合成模型：将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的积累形成最小变化单元，由这些变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可较完整地表达数据的时空特征返回空间数据共享空间数据共享是GIS界一直关心的问题，目前尚未完全解决。影响空间数据共享的有技术因素，也有非技术因素。其中，非技术因素涉及到政策与社会问题，根据谁投资谁受益的原则，可以考虑让空间数据商品化来解决该问题。而此处着重考虑空间数据共享的技术因素，即数据的规范化与标准化。空间数据共享途径数据转换：是主要的共享途径，在不同的系统之间通过数据转换（导入/导出）来达到空间数据共享。由于存在数据损失，在数据转换前后需进行手工编辑基于元数据的空间数据网络查询和应用：指在网络环境下通过元数据的支持对空间数据的查询、下载和应用GIS互操作：以消息机制为基础实现空间数据共享。采用该方式不仅能实现空间数据共享，还可以实现功能的互操作返回六、空间数据采集建库（一）建库前期准备工作（二）数字化方案的制定（三）空间数据库建库流程（四）地理编码返回建库前期准备工作内容数据源的选择数据采集存储原则建库的数据准备数据库入库的组织管理数据源的选择GIS的数据源，一是要求可靠；二是具备更新能力。因此，GIS和空间数据库的建立，首先应考虑数据源的科学基础及更新的技术保证。就全国范围来看，部门、地区之间数据源及其质量是很不平衡的。主管部门应充分考虑本行业和本地区的具体条件，因势利导，在数据源和更新条件有保障的部门和地区逐步试建数据库。在设计系统数据源的时候要根据应用要求保证数据的精度和获取途径。数据采集存储原则一般只采集储存基本的原始数据，不储存派生的数据，根据应用的频率，实现最少的冗余度。但如果某因子的使用频率很高，也应作基本数据存储分类分级应采用或参照国际标准或国家主管权威部门的划分。通常国家都委托各主管部门制定其主管行业的分类分级标准，遇到分类分级标准不能统一时，应努力协商解决。如仍有困难，不能达到一致意见时，优先参照国家有关标准，包括国家强制性标准、国家参考标准及有关行业标准、地方标准。对特定应用单位来说，分类分级首先应满足本单位的工作需要数据源种类实测数据。如野外实地勘测、量算数据；台站的观测记录数据；遥测数据等分析数据。利用物理和化学方法分析，从而获取的数据图形数据。各种类型的专题地图以及地形图的图形记录资料等统计调查数据。各种类型的统计报告，社会调查数据等遥感/GPS数据。利用遥感/GPS技术获得的大量模拟或数字资料等数据质量控制体系鉴定和验收数据质量的依据。其内容主要包括：数据的分类系统数据类型(或项目)的名称和定义数据获取方法的评价数据获取所使用的仪器设备及其精度的规定数据获取时的环境背景和测试条件的规定数据的计量单位(量纲)和数据精度分级的规定数据的编码或代表符号的规定数据的更新周期的规定数据的密级和使用数据的规定数据质量标准制定原则凡已有的国家质量标准或国际通用质量标准应优先采用目前尚无国家质量标准的数据，可采用权威专业部门拟订的质量标准数据预处理所选择的数据源资料，一般要经过预处理才能借助数字化或其它途径转换成空间数据库可用的数据。数据预处理的内容及其目的：主要内容目的现势更新在预处理前对数据进行现势更新，使之尽可能好地反映现势情况专题地图转绘调整专题地图在坐标系统、精度等方面与背景基础地形图的差异以方便配准图面处理标绘不清晰或遗漏的图廓角点，将模糊不清或因模拟形式的局限而中断的线状图形进行加工，以减少数字化和数据编辑的工作量统计报表整理进行规范化和标准化处理数据转换根据系统设计的要求，对现有数据(库)进行调整和处理，转换数据记录格式等。对于图形数据有时可能还需要做投影转换。遥感数据还需要进行几何校正和分类处理，以满足系统设计的要求制作预处理图对于地形图或专题地图上需采集的要素，按规定的分类编码进行选取和描绘，制作预处理图，以便于数字化作业数据库入库的组织管理在空间数据库建库工作中，应建立相应的数据管理组来负责入库数据（包括新数据和更新数据）的鉴定、审批和管理入库工作。注意事项：•凡入库的数据应同时提交数据说明书，数据管理组根据该类数据的质量标准，对数据说明书的内容逐项进行检查和鉴定，鉴定合格的数据方可批准入库•数据入库时，应有数据的鉴定意见和鉴定小组的签名，并注明入库日期•数据入库后，还应建立相应的数据安全和保密体系返回常用数字化方法方法项目扫描数字化手扶跟踪数字化屏幕数字化设备要求需要一定的扫描设备和配套的栅格编辑和矢量化软件要求特定的手扶跟踪数字化仪器扫描数字化设备以及屏幕数字化软件使用特点速度快、精度高、劳动强度低处理简单图形要素效率较高；适用于更新和补充少量内容精度较高，劳动强度较低注意事项需规定最低分辨率和采点密度。扫描影像时，应考虑软硬件的承受能力和查询显示速度分为点方式和流方式，应结合图形特点分别选用，一般多采用点方式选择适当比例数字化，在精度要求下尽量减少数字化的工作量数字化原则采集精度符合质量控制的要求；采点密度应合理。密度过大会增加不必要的数据量，密度过小会使图形几何失真，或经数学变换后变形误差增大点状要素应采集符号的几何中心点或定位点；线状要素应沿中轴线采集；面状要素应采集多边形边界和标识点，边线应严格闭合。避免按图形符号的图案进行采集，因为这种数据只适应于数字制图，而不适应于空间分析图上汉字应作为属性采集，一般不要处理为图面注记数字化具体要求（以Arc/Info中Coverage的生成为例）所有需要的要素特征都被数字化，没有遗漏数据减少冗余数据特征位置正确，弧有正确形状应该连接的特征保证确实连接所有多边形有且仅有一个标号点所有要素都保证在外部边界之内空间数据可用消除坐标错误同时保证拓扑关系正确，可以通过构建已有的空间关系（构造拓扑关系）、标识错误、改正错误、重构拓扑关系等工作来完成返回空间数据库建库流程首先必须确定数字化的方法及工具是准备数字化原图，并掌握该图的投影、比例尺、格网等空间信息按照分层要求进行一个Coverage的数字化，数字化的过程包括选择控制点、数字化控制点、确定投影信息、采集数据、编辑和修改数据等对收集来的空间数据进行拓扑关系的建立，并给空间实体赋属性值进行坐标变换和地图接边处理就建成了分层管理的空间数据库选择数字化方式及数字化软件为数字化准备地图原图掌握地图投影、比例尺、地理格网等基本情况数字化一个Coverage建立要素的拓扑关系为Coverage内的要素赋属性值以点、线和数据