地理信息系统空间数据管理.pdf

妈妈说：“生活就像是一盒巧克力，你永远不知道下一块的味道。” Forrest Gump 第七章 空间数据管理 导读：本章首先介绍空间数据库、与一般数据库的比较，以及空间数据库的存储方 式。 然后介绍 GIS 中两种重要的数据结构：栅格结构和矢量结构，以及其具体的存储 方式，然后比较了两种结构的特点，并给出了其相互转换算法。 最后介绍了空间检索中常用的技术——空间索引，介绍了一些常用的空间索引方式， 如BSP树、R树、CELL树等；以及空间数据的查询功能。 1．空间数据库 一个信息系统及其数据库的组成，决定于系统的应用目的、数据类型和系统的工作方式。 关于地理信息系统的内容及其功能，以及地理信息系统的一个重要特点，或者说是与一般管 理信息系统的区别，是数据具有空间分布的性质。对地理信息系统来讲，不仅数据本身具有 空间属性，系统的分析和应用也无不与地理环境直接关联。系统的这一基本特征，深刻地影 响着数据的结构、数据库的设计、分析算法和软件，以及系统的输入和输出。 1．1地理信息系统与一般管理信息系统的比较 从数据源的角度来看，图形和图像数据是地理信息系统数据的一个主要来源，分析处理 的结果也常用图形的方式来表示。而一般的管理信息系统，则多以统计数据、表格数据为主。 这一点也使地理信息系统在硬件和软件上与一般的管理信息系统有所区别。 1．1．1两者的区别 1）在硬件上，为了处理图形和图像数据，系统需要配置专门的输入和输出设备，如数 字化仪、绘图机、图形图像的显示设备等；许多野外实地采集和台站的观测所得到的资源信 息是模拟量形式，系统还需要配置模——数转换设备，这些设备往往超过中央处理机的价格， 体积也比较大。 2）在软件上，则要求研制专门的图形和图像数据的分析算法和处理软件，这些算法和 软件又直接和数据的结构及数据库的管理方法有关。 3）在信息处理的内容和采用目的方面，一般的管理信息系统，主要是查询检索和统计 分析，处理的结果，大多是制成某种规定格式的表格数据，而地理信息系统，除了基本的信 息检索和统计分析外，主要用于分析研究资源的合理开发利用，制定区域发展规划，地区的 综合治理方案，对环境进行动态的监视和预测预报，为国民经济建设中的决策提供科学依据， 为生产实践提供信息和指导。 由于地理信息系统是一个复杂的自然和社会的综合体，所以信息的处理必然是多因素的 综合分析。系统分析是基本的方法，例如，研究某种地理信息系统中各组成部分间的相互关 系，利用统计数据建立系统的数学模型，根据给定的目标函数，进行数学规划，寻求最优方 126 案，使该系统的经济效益为最佳；或者分析系统中各部分之间反馈联系，建立系统的结构模 型，采用系统动力学的方法，进行动态分析，研究系统状态的变化和预测发展趋势等。计算 机仿真是一种有效而经济的分析方法，便于分析各种因素的影响和进行方案的比较，在自然 环境和社会经济的许多应用研究中常被采用。此外，地理信息系统还有分析量算的功能，如 计算面积、长度、密度、分布特征等以及地理实体之间的关系运算。 1．1．2两者共同之处 地理信息系统和一般的信息管理系统，也有许多共同之处。两者都是以计算机为核心的 信息处理系统，都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点，也都随着数据库技术的发展在 不断的改进和完善。比较起来，商用的管理信息系统发展快，用户数量大，而且已有定型的 软件产品可供选用，这也促进了软件系统的标准化。地理信息系统，由于上述一些特点，多 是根据具体的应用要求专门设计，数据格式和组织管理方法各不相同。目前国外已有几百个 空间数据处理系统和软件包，几乎没有两个系统是一样的，尽管大家都认为标准化是很重要 的，也作了许多努力（例如建立计算机制图的标准和规范），但分析的算法和软件系统还谈 不上标准化的问题。事实上，地理信息系统正作为一种空间信息的处理系统，成为一个单独 的研究和发展领域。 1 2 ． 空间数据库 1．2．1数据库的概念 数据库就是为一定目的服务，以特定的数据存储的相关联的数据集合，它是数据管理的 高级阶段，