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空間數據庫 版權信息
- ISBN：9787030245878
- 條形碼：9787030245878 ; 978-7-03-024587-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
空間數據庫 內容簡介
空間數據庫是近年來熱點研究領域，是一門前沿交叉學科。本書系統闡述空間數據庫基本概念、原理、方法及技術的新發展，重點介紹空間現象抽象表達、空間數據模型、空間數據組織與管理、空間數據索引技術、空間數據查詢與訪問、時態空間數據庫、空間數據元數據與空間數據共享、空間數據庫設計、空間數據庫新技術等內容。
空間數據庫 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間數據庫概述 1
1.2 空間數據庫的發展 8
1.3 空間數據庫與傳統數據庫比較 13
1.4 新型數據庫系統 15
思考題 23
第2章 空間現象抽象表達 24
2.1 現實世界的認知 24
2.2 從現實世界到模型世界 28
2.3 空間實體描述 31
2.4 空間實體矢量表達 36
2.5 空間實體柵格表達 42
思考題 50
第3章 空間數據模型 51
3. 1 空間關系 51
3.2 面向對象空間數據模型 57
3.3 二維空間對象模型 62
3.4 數字表面模型 71
3.5 三維空間數據模型 74
3.6 網絡結構模型 89
思考題 91
第4章 空間數據組織與管理 92
4. 1 文件組織與數據庫 92
4.2 空間數據管理方式 94
4.3 空間數據引擎 100
4.4 空間數據與屬性數據的連接 106
4.5 空間數據組織 107
4.6 柵格數據存儲和管理 113
思考題 116
第5章 空間數據索引技術 117
5.1 空間索引的發展 117
5.2 簡單網格空間索引 119
5.3 二叉樹索引 123
5.4 B樹索引 130
5.5 四叉樹索引 145
5.6 可擴展的哈希索引 152
5.7 空間填充曲線 154
思考題 157
第6章 空間數據查詢、訪問 159
6.1 標準數據庫查詢語言 159
6.2 空間查詢語言 163
6.3 空間查詢處理 170
6.4 查詢優化 181
思考題 190
第7章 時態空間數據庫 191
7.1 地理信息的時空分析 191
7.2 時態數據庫 203
7.3 時空數據模型 206
7.4 時空數據庫 212
思考題 216
第8章 空間數據元數據與空間數據共享 217
8.1 空間數據元數據 217
8.2 空間數據共享 229
思考題 238
第9章 空間數據庫設計 239
9.1 空間數據庫設計概述 239
9.2 需求分析 213
9.3 概念結構設計 249
9.4 邏輯結構設計 260
9.5 空間數據庫物理設計 272
9.6 空間數據庫的實施和維護 281
9.7 空間數據庫建庫 283
9.8 武漢市江夏區土地利用規劃空間數據庫設計 294
思考題 300
第10章 空間數據庫新發展 301
10.1 分布式空間數據庫技術 301
10.2 空間數據倉庫技術 307
10.3 數據小心 313
思考題 323
第11章 MapGIS7.0空間數據庫 324
11.1 概述 324
11.2 MapGIS空間數據模型 324
11.3 MapGIS空間數據管理 331
11.4 MapGIS時空數據管理 336
11.5 MapGIS長事務處理 340
思考題 343
參考文獻 344
附錄 武漢市江夏區土地利用規劃空間數據庫結構表 348
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間數據庫概述 1
1.2 空間數據庫的發展 8
1.3 空間數據庫與傳統數據庫比較 13
1.4 新型數據庫系統 15
思考題 23
第2章 空間現象抽象表達 24
2.1 現實世界的認知 24
2.2 從現實世界到模型世界 28
2.3 空間實體描述 31
2.4 空間實體矢量表達 36
2.5 空間實體柵格表達 42
思考題 50
第3章 空間數據模型 51
3. 1 空間關系 51
3.2 面向對象空間數據模型 57
3.3 二維空間對象模型 62
3.4 數字表面模型 71
3.5 三維空間數據模型 74
3.6 網絡結構模型 89
思考題 91
第4章 空間數據組織與管理 92
4. 1 文件組織與數據庫 92
4.2 空間數據管理方式 94
4.3 空間數據引擎 100
4.4 空間數據與屬性數據的連接 106
4.5 空間數據組織 107
4.6 柵格數據存儲和管理 113
思考題 116
第5章 空間數據索引技術 117
5.1 空間索引的發展 117
5.2 簡單網格空間索引 119
5.3 二叉樹索引 123
5.4 B樹索引 130
5.5 四叉樹索引 145
5.6 可擴展的哈希索引 152
5.7 空間填充曲線 154
思考題 157
第6章 空間數據查詢、訪問 159
6.1 標準數據庫查詢語言 159
6.2 空間查詢語言 163
6.3 空間查詢處理 170
6.4 查詢優化 181
思考題 190
第7章 時態空間數據庫 191
7.1 地理信息的時空分析 191
7.2 時態數據庫 203
7.3 時空數據模型 206
7.4 時空數據庫 212
思考題 216
第8章 空間數據元數據與空間數據共享 217
8.1 空間數據元數據 217
8.2 空間數據共享 229
思考題 238
第9章 空間數據庫設計 239
9.1 空間數據庫設計概述 239
9.2 需求分析 213
9.3 概念結構設計 249
9.4 邏輯結構設計 260
9.5 空間數據庫物理設計 272
9.6 空間數據庫的實施和維護 281
9.7 空間數據庫建庫 283
9.8 武漢市江夏區土地利用規劃空間數據庫設計 294
思考題 300
第10章 空間數據庫新發展 301
10.1 分布式空間數據庫技術 301
10.2 空間數據倉庫技術 307
10.3 數據小心 313
思考題 323
第11章 MapGIS7.0空間數據庫 324
11.1 概述 324
11.2 MapGIS空間數據模型 324
11.3 MapGIS空間數據管理 331
11.4 MapGIS時空數據管理 336
11.5 MapGIS長事務處理 340
思考題 343
參考文獻 344
附錄 武漢市江夏區土地利用規劃空間數據庫結構表 348
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空間數據庫 節選
第1章 緒論 1.1 空間數據庫概述 1.1.1 空間數據庫基本概念 1. 數據 數據是指客觀事物的屬性、數量、位置及其相互關系等的符號描述。 在空間數據庫中，數據可以是一個數，如某一點的高程值、一個多邊形的面積等，也可以是一組符號組成的字符串，如一個地名、一個河流注記、一幅圖像？臻g數據庫中的數據大多與地理位置有關，一般稱為空間數據(Spatial Data)？臻g數據不同于普通的數據，它具有空間性、時間性、多維性和大數據量等特點，而且數據之間不僅有傳統的關聯關系，更多的還有空間關系，這就給數據的處理和利用帶來了更多的難度。 2. 空間 空間(Space)是一個應用很廣泛的名詞。空間是客觀存在的物質空間，是一個復雜的概念，具有多義性，既有與時間對應的含義，也有“宇宙牽間”的含義？臻g可以定義為一系列結構化物體及其相互間聯系的集合。日常語義上的“空間”是指事物之間的距離或間隔。從感觀角度將空間看作是目標或物體所存在的容器或框架，因此空間更傾向于被理解為物理空間。空間知識的本質問題是一個古老的研究領域，關于空間的概念，不同的學科有不同的解釋。哲學家、天文學家、物理學家對空間的論述眾說紛紜。從物理學角度看，空間為宇宙在三個相互垂直的方向上所具有的廣延性；天文學巾的空間指宇宙空間，是時空連續體系的一部分；行星物理和相關地球物理中的空間常指地球高層空間和行星際空間；在數學中空間概念的范圍很廣，一般指某種對象（現象、狀況、圖形、函數等）的任意集合，其中要求說明“距離”或“鄰域”的概念；從地理學的意義上講，空間是人類賴以生存的地球表層具有一定厚度的連續空間域，是一個定義存地球表層空間實體集上的關系。GIS領域的空間是指地理環境或地球表層空間，是地理信息系統表達和研究的對象。為了在GIS中對地理空間(Gcospacc)進行描述，常常需要借助于抽象的數學空間表達方法。 3. 地理空間 地球表面上的一切地理現象、地理事件、地理效應、地理過程統統都發生在以地理空間為背景的基礎之上。地理學的空間是一個定義地球表層空間實體集上的關系，在空間實體之間有無數種關系，定義一種關系就自然定義了一種空間，而這個空間又是和幾何關系聯系在一起的，并且，幾何關系是所有這些關系中的基礎關系。地理空間是一個相對空間，是一個空間實體組合排列集（這些空間實體具有精確的空間位置），強調宏觀的空間分布和空間實體間的相關關系（關系以各單個地理空間實體為聯結的結點或載體）。地理空間是指空間參考信息的地理實體或地理現象發生的時空位置集。依附地理空間存在著各種事物或現象，它們可能是物質的，也可能是非物質的，與一定的地理空間位置有關，都具有一定的幾何形態。在地理空間中，物體不僅反映事物和現象的地理本質內涵，而且反映它們在地理空間中的位置、分布狀況以及它們之間的相互關系。地理空間十分復雜，其各組成部分之間存在內在聯系，形成一個不可分割的統一整體，而且地理空間具有等級差別，同等級地理空間之間亦存在差異。 地理空間若想精確定位于地球上，還必須承認它有歐氏空間基礎，有相對于地球坐標系的絕對位置。GIS中的地理空間是指經過投影變換后，在笛卡兒坐標系中的地球表層特征空間。它是地理空間的抽象表達，是信息世界層面的地理空間。地理空間由地理空間定位框架及其所連接的地理空間特征實體組成。通過地圖投影，地理現象的宏觀特性和空間位置的精確特征緊密有機地聯系在一起。其中地理空間定位框架即大地測量控制，為建立所有地理數據的坐標位置提俠通用參考系統，將所有地理要素同平面及高程坐標系連接。地理空間特征實體則為具有形狀、屬性和時序性的空間對象。地理空間的數學描述可以表達為S= (O，R)，其中設E1、E2、 、En為n個不同類的地理空間實體，R表示地理空間實體間的相互聯系、相互制約關系，O={E1，E2， ，En}表示地理空間中各個組成部分（實體）的集合。也就是說，可以簡單地將地理空間理解為一個空間目標組合排列集，其每個目標都有具體位置、屬性和時間信息以及與其他對象的拓撲關系和語義關系。 4. 空間數據 空間數據是對空間事物的描述，空間數據實質上就是指以地球表面空間位置為參照，用來描述空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數據？臻g數據是一種帶有空間坐標的數據，包括文字、數字、圖形、影像、聲音等多種方式？臻g數據是對現實世界中空間特征和過程的抽象表達，用來描述現實世界的目標，記錄地理空間對象的位置、拓撲關系、幾何特征和時間特征。位置特征和拓撲特征是空間數據特有的特征。此外，空間數據還具有定位、定性、時間、空間關系等特性。郭仁忠(1997)認為空間數據由關于空間對象形態和位域的幾何數據、關于空間對象主題的屬性數據、關于空間位域上的空間變量的統計數據或模型參數三個部分組成。 由于現實世界的復雜性、模糊性和不確定性，以及人類認識世界和描述世界的能力的局限性，用空間數據來描述和表達地理空間實體時會產生誤差，空間數據只能從有限的方面去描述事物，反映事物的某些特性，在一定程度上接近真實值，不可能也沒必要全面、詳盡、逼真地復制事物本身。另外，空間數據是以如人于統計、儀器測量、社會調查等多種方式獲得的，就必然產生各種誤差，如人為差錯、儀器的系統誤差等？臻g數據在GIS中是采用笛卡兒坐標系表達的，在計算機中只能用離散的方式來表示空間物體，與自然界真實的地物是不一樣的，不能達到百分之百的精確。 空間數據是數字地球的基礎信息，數字地球功能的絕大部分都以空間數據為基礎。當前空間數據已廣泛應用于社會各行業、各部門，如礦產勘查、資源清查、土地利用、城市規劃、環境管理、航空航天、交通、旅游、軍事等。隨著科學和社會的發展，人們已經越來越認識到空間數據對于社會經濟發展、人們生活水平提高的重要性，這也加快了人們獲取和應用空間數據的步伐。 5. 數據庫 數據庫技術是20世紀60年代中期開始發展起來的一門數據管理自動化的綜合性新技術，是計算機科學的重要分支。數據庫的英文是Database，其意義為數據基地，即統一存儲和集中管理數據的基地。有些類似資料庫，實際上資料庫的許多特征都可以從數據庫中找到。在資料庫中，各類資料都有嚴格的分類系統和編碼表，并存放在規定的資料架上，為管理和查找資料提供了極大的方便。當資料的數據形式存放于計算機時，它已經失去直觀性，更需要建立嚴密的分類和編碼系統，實現數據的標準化和規范化。數據庫是長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數據獨立性和易擴展性，并可為各種用戶所共享（薩師煊等，2000）。數據庫是數據管理的高級階段。作為文件之上的更高層次的數據組織，數據庫并不是眾多文件的簡單集合，數據庫中的文件及其內的數據是有內在聯系的；數據庫系統透過文件，全面有效地實施數據管理。 數據庫的基本結構如圖1-1所示。*中央為存儲的數據體（亦稱庫存數據），其外為數據管理程序，實施對數據的管理、維護和操作。然后，通過各種應用程序來實現它們與外部的聯系，各種輸入和輸出介質便是實現這種聯系的工具。 數據庫的應用領域相當廣泛，從一般事務處理，到各種專門化數據的存儲與管理，都可以建立不同類型的數據庫。 圖1-1 數據庫的基本結構 6. 空間數據庫 空間數據庫是描述與特定空間位置有關的真實世界對象的數據集合，在此，我們把這些對象稱為空間參考對象。任何真實世界的對象可能表示成數據庫中的對象，但并不是任何對象都和地理位置有關，這取決于我們所要表達的信息模型及應用。只有當對象在數據庫中需要考慮其空間位置時，它們才成為空間參考對象，才和空間位置相關。空間數據庫既要能處理空間參考對象類型，也要能處理非空間參考對象類型。而如何表示空間或地理現象即空間參考對象的關鍵是其數據模型。數據模型的設計除與應用有關外，還與提供支持模型的基本概念、方法等有密切聯系。空間數據的表示則與計算機表示數據的精度和計算機的存儲空間有關。 1.1.2 空間數據類型 空間數據是GIS的核心，也有人稱它是GIS的血液，因為GIS的操作對象是空間數據，因此設計和使用GIS的**步于作就是根據系統的功能，獲取所需要的空間數據，并創建空間數據庫。 GIS中的數據來源和數據類型繁多，概括起來主要有以下幾種類型，如圖1-2所示。 圖1-2 空間數據類型（黃杏元等，2001） (1)地圖數據。來源于各種類型的普通地圖和專題地圖，這些地圖的內容豐富，圖上實體問的空間關系直觀，實體的類別或屬性清晰，實測地形圖還具有很高的精度。 (2)影像數據。主要來源于衛星遙感和航空遙感，包括多平臺、多層面、多種傳感器、多時相、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數據，構成多源海量數據，也是GIS的*有效的數據源之一。 (3)地形數據。來源于地形等高線圖的數字化，包括已建立的數字高程模型(DEM)和其他實測的地形數據等。 (4)屬性數據。來源于各類調查報告、實測數據、文獻資料、解譯信息等。空間數據根據表示對象的不同，又具體分為七種類型，它們各表示的具體內容如下：①類型數據，如考古地點、道路線、土壤類型的分布等。②面域數據，如隨機多邊形的中心點、行政區域界線、行政單元等。③網絡數據，如道路交點、街道、街區等。④樣本數據，如氣象站、航線、野外樣方分布區等。⑤曲面數據，如高程點、等高線、等值區域等。⑥文本數據，如地名、河流名稱、區域名稱等。⑦符號數據，如點狀符號、線狀符號和面狀符號（暈線）。 1.1.3 空間數據特征 1. 時空特征 通過大量研究，認為地學信息具有多維結構，如圖1-3所示，一般由空間、屬性和時間三部分構成，那么對其進行建模就是要對空間、屬性和時間三者的提問域和答案域都要作出回答。 圖1-3 空間數據多維結構[據黃杏元(2001)修改] 空間數據的空間特性是指空間實體的空間位置及其與其他空間實體的空間關系，指明地物在地理空間巾的位置，用于回答“Where”提問？臻g位置可以用絕對空間位置和相對空間位置來表示。絕對空間位置用來表示地物本身的地理位置，通常用笛卡兒坐標、地理經緯坐標、空間直角坐標(x，y，z)、平面直角坐標和極坐標等表示地理空間實體在一定的坐標參考系中的空間位置。相對空間位置用來表示多個地物之間的位置相互關系，通過距離和方向描述相對于其他參照系或地物的空間位置，如某觀測站位于某高地135。方向500m處。空間關系則是地理空間實體之間存在的一些具有空間特性的關系，如拓撲關系、順序關系和度量關系等？臻g特征是空間數據*基本的特征，空間數據記錄了地理空間實體對象的空間分布位置和幾何形狀等空間信息，所以在使用空間數據時首先需要考慮的就是空間特征。 屬性特性是指地學現象的數量、質量和分類等屬性信息，包括用來描述地物的自然或人文屬性的定性或定量指標的成分。用于回答“What”和“How”提問？梢杂妹x量、順序量、間隔或比率來表示。例如，表述一個城鎮居民點，若僅有位置坐標(x，y)，那只是一個幾何點，要構成居民點的地理空間數據，還需要經濟（人口、產值等）、社會（就業率等）、資源和環境（污染指數等）等屬性數據。 時態特性指地理數據采集或地理現象發生的時刻或時段，這部分數據稱為時態特征數據或時態數據。同一地物的多時段數據，可以動態地表現該地物的發展變化。時態特征數據可以按時間尺度劃分為短期（如地震、洪水、霜凍）、中期（如土地利用、作物估產）、長期（如城市化、水土流失）和超長期（如地殼變動、氣候變化）等類型。
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