空间数据组织与管理
空间数据库概述
数据库基础
数据库
- 长时间存储在计算机内；
- 有组织，可共享的数据集合；
- 按照数据模型组织和存储；
- 较小的冗余度，较高的数据独立性和扩展性；
数据库模型
- 非关系模型；
- 层次模型；
- 网状模型；
- 关系模型；
- 面向对象模型；
- NoSQL 模型；
数据库数据模型发展
空间数据库
空间数据库: 存储空间数据的数据库;
特点
- 海量数据特征；
- 数据结构复杂；
- 数据关系多样；
- 数据应用广泛；
分类
- 栅格数据库；
- 矢量数据库；
空间数据库设计
空间数据库的设计内容
- 给定应用环境；
- 设计最优数据库模型；
- 建立数据库及其应用系统；
- 有效存储数据，满足应用需求；
空间数据库的设计步骤
- 需求分析；
- 概念模型设计；
- 逻辑模型设计；
- 物理模型设计；
- 数据库实施；
- 数据库的运行和维护；
空间数据特征与组织
空间数据的基本特征
- 空间特征：空间坐标；
- 非结构化特征：变长记录；
- 空间关系特征；
- 多尺度与多态性；
- 分类编码特征；
- 海量数据特征；
空间数据组织
空间数据组织: 空间数据储存的逻辑形式;
空间数据的分层组织
分层依据
- 数据类型；
- 专题内容；
- 几何要素类型；
- 时间次序；
优点
- 按需选择图层；
- 适用于矢量数据和栅格数据；
缺点: 不同层之间处理进行大量叠置操作;
空间数据的分块组织
分块组织
- 将空间数据区域分割为若干块；
- 按块分别进行空间数据组织；
优点: 提高数据存取效率.
缺点: 块之间的衔接处理.
与分层组织的关系: 两者可同时采用, 并不冲突;
空间数据的无缝组织
几何无缝数据组织
- 几何接边处理，形式上的无缝；
- 数据组织分块存储；
逻辑无缝数据组织
- 几何无缝数据组织基础之上；
- 逻辑接边处理，建立逻辑关系；
- 数据组织分块存储；
物理无缝数据组织
- 逻辑无缝数据组织基础之上；
- 物理接边处理，合并成单一地理要素；
- 单个要素数据组织；
和分层数据组织的关系: 可同时使用;
多尺度空间数据组织
静态方式
- 根据不同比例尺；
- 建立多个空间数据库；
动态方式
- 建立较大比例尺的空间数据库；
- 其他比例尺的空间数据库通过算法自动生成；
混合方式
- 建立少量不同比例尺的空间数据库；
- 其他比例尺的空间数据库通过算法自动生成；
属性数据组织
- 与工作层对应的组织方式；
- 与地物类对应的组织方式；
- 混合方式；
空间数据管理
空间数据管理: 空间数据储存的物理形式;
矢量数据的管理
矢量数据管理
- 矢量数据分为空间数据和属性数据；
- 空间数据不适合关系数据库，属性数据适合；
文件-关系数据库混合管理
- 文件系统管理空间数据；
- 关系数据库管理属性数据；
- 两者通过标识码连接；
全关系型数据库管理
- 关系型数据库管理空间数据和属性数据；
- 使用关系数据库标准连接机制连接；
对象-关系数据库管理
- 关系数据库中进行扩展；
- 直接管理非结构化的空间数据；
栅格数据的管理
文件管理方式: 采用文件方式管理栅格数据及其元数据;
文件-数据库管理方式
- 采用文件方式管理栅格数据；
- 元数据存储在数据库中；
关系数据库管理
- 栅格数据存储在二进制变长字段中；
- 元数据存储在对应关系表中；
时空大数据管理
数据来源
- 基础测绘数据；
- 遥感图像数据；
- 导航定位数据；
- 互联网数据，物联网数据；
管理形式: 分布式存储;
空间数据检索
空间数据索引概述
索引
- 对数据库表中一列或多列的值进行排序的数据结构；
- 使用索引提高数据查询效率；
空间索引
- 依据空间位置，形状，空间关系；
- 按一定顺序排列的数据结构；
空间数据索引算法
对象范围索引: 记录每个空间实体的外接矩形的最大最小坐标;
查询方式
- 根据外接矩形范围，寻找预检索窗口内的空间实体；
- 对检索窗口的空间实体作进一步判断；
格网索引
- 将研究区域用划分格网；
- 记录各格网包含的空间实体；
检索方法
- 计算检索对象所在格网；
- 在对应格网检索；
四叉树空间索引
- 将研究区域进行四叉树分割；
- 使每个子块包含单个实体；
R 树
- 利用单个实体的外接矩形；
- 空间位置相近的外接矩形重新组织成一个更大的虚拟矩形；
- 采用树状结构存储；
R+ 树
- 对 R 树的改进；
- 允许虚拟矩形可以相互重叠并分割下层虚拟矩形；
- 允许一个空间实体被多个虚拟矩形包围；
空间数据库查询语言
SQL: 介于关系代数和关系演算之间的结构化查询语言;