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1、,地理信息系统设计教程,第七章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
2、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
3、组织存放目录结构示意图,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,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
4、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
5、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
6、,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:,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
7、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：
8、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。包括有语义约束的数据格式转换和没有语义约束的数据格式转换。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
9、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
10、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
11、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：,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
12、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,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，
13、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
14、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,返回,GIS数字化建库流程图,地理编码,（一）地理编码定义及分类（二）拟定分类体系,返回,地理编码定义,任一种地理实体在平面上都可以用点、线、面（或多边形）三种基本图形要素来描述，而每一种图形要素又可以通过不同的方法进行编码和量化，以便存入数据库，提供应用。地理编码定义：是为识别点、线、面的位置和属性而设置的编码，它将全部实体按照预先拟定的分类系统，选择最适宜的量化方
15、法，按实体的属性特征和几何坐标的数据结构记录在计算机的存储设备上 意义：地理编码可以反映空间实体的几何特征和属性特征（类型、等级和数量特征等），是现实世界和信息世界之间的转换接口,现实世界与信息世界联接示意图,通用地理编码的基本要求,要素识别：即地方名称、实体类型、地址等 要素位置：用于唯一地识别实体在地球表面上的位置 要素特征（属性）：每一要素可具有与它有联系的大量属性，这种属性可用于表示其主要特征；作用范围描述 提供地理定义：在某些情况下，地理代码可以表示某种多个实体的聚合，聚合中的每一个实体也各有自身的代码,地理编码分类,拓扑编码 描述：它是标识空间数据位置的相邻逻辑关系的编码方法。它以
16、冗余为代价对空间数据进行自动校核。其中，“线”用和其它线的连接来描述，“面”用和其它面的相邻来描述等等作用：作为冗余编码方案，和坐标编码一起应用于误差检验。使多种地物及其相邻关系在一个数据文件中得到系统的描述，用拓扑语言描述时，分类关系和重叠关系都是等效的。采用拓扑结构，可以进行选择性检索、有关数据的集结、逻辑对比以及图解输出,地理编码分类（续）,坐标编码描述：它相应于测量的间隔尺度，必须建立在某些坐标系统的基础上分类：隐式编码、显式编码隐式编码只要数据文件内次序是有规律的，给出一个起始坐标，并已知坐标格网的特征（格网的宽度和方向等），则应用一个规则的坐标格网就能提供一个隐含的坐标编码 显式编
17、码意味着空间实体的位置直接用坐标描述，一个点的位置用一对坐标给出，一条线的位置用一串坐标表示，一个面可用一个闭环线来编码,返回,拟定分类体系,目的：为识别要素和提供要素的地理含义 表示：特征码 特征码是按照信息分类编码的结果，利用一组数字、字符或数字字符的混合来标记不同类别信息的代码。特征码多采用线分类法，将空间实体根据一定的分类指标形成若干层次目录，构成一个分层次、逐级展开的分类体系。,拟订特征码的原则,必须采用统一拟定的编码系统，并符合各行业领域的分类分级体系 能为多用途数据库提供足够的实用信息，并使冗余数据最少,数字线划图形标准(USGS),该编码采用七位数字的代码结构，前三位为主码，后
18、四位为子码。具有分类逻辑性强、代码信息量丰富和便于要素间关系的推理判别等特点。,中国1:100万地形数据库分类体系,采用三级结构，即归属码、分类码和标识码三段码组成。归属码：说明数据来源，包括提供数据的单位、系统名称和数据库名称等。它除在不同系统之间交换或转换数据外，一般不使用分类码：说明实体所属的类别，完全按照国土基础信息数据分类与代码（GB13923-92）国家标准标识码（也称识别码）：用于标识主要的要素实体，如县级以上居民地及其行政区界线、铁路、主要公路、主要河流和湖泊等，对这些实体进行检索，由6位字符和数字混合构成,拟订分类体系原则,总体上，可以参考已形成国家标准的地理信息方面的分类代码体系 具体原则：标准化和通用性唯一确定性：每一个代码都唯一确定地代表某个具体的地理要素或属性 编码系统结构清晰，编码有明确的分类体系 代码系统具有可扩充性和稳定性便于计算机处理与信息交换易于识别和记忆适度的代码长度,返回,
