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教学内容课程包含以下主要内容：空间信息及其特征，数据库和数据模型，空间查询，空间存储与空间索引，空间网络。教学目的《空间信息与空间数据库》课程，系统地讲授空间信息的内涵及其特征，以及空间数据库的基本概念、原理和方法。通过该课程，学生将会对空间数据库的相关理论、方法及应用有个全面的了解。前提知识或技能学生在学习该课程之前应具有以下知识或技能：(1)数据库原理(2)GIS原理(3)计算机图形学理论和方法(4)VC++、VB、JAVA或.NET编程等教材和参考资料教材：《空间数据库》，机械工业出版社，谢昆青等译参考书：1.SpatialDatabaseSystems-Design,ImplementationandProjectManagement,Springer,ALBERTK.W.YEUNG,G.BHRENTALL2.《对象关系型数据库的开发技术》，科学出版社，鞠时光著3.《空间数据库索引技术》，上海交通大学出版社，郭薇等编著4.《地图数据库系统》，测绘出版社武汉大学出版社，毋河海编著参考网站(ESRI公司)(地理信息系统论坛)(地理信息系统世界)(地理信息产业网）(中科院遥感所)(测绘信息网)(ESRI中国公司)第一章－空间信息本章主要介绍空间信息及其特征1.空间信息2.空间数据3.空间信息技术与数据库技术GIS的基本功能实现文件图表文件图表数据获取原始数据原始数据存储检索空间查询空间分析空间查询空间分析数据编辑投影变换数据编辑投影变换数据输出制图、表格制图、表格交互展示交互展示结构化数据结构化数据空间数据库基本概念空间信息（SpatialInformation），也就是指在某个空间框架（如地球表面）中的对象位置信息。空间数据库(SpatialDatabaseManagementSystem,SDBMS)，用于管理空间信息的数据库管理系统。地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS），是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统，可以作为SDBMS的前端。1.1空间信息一、信息一、信息1、定义：信息是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数据、符号、声音、图像等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。2、特性：1）客观性：任何信息都是与客观事实相联系的，这是信息的正确性和精确度的保证；1.1空间信息一、信息2）适用性：问题不同，影响因素不同，需要的信息种类是不同的。信息系统将地理空间的巨大数据流收集，组织和管理起来，经过处理、转换和分析变为对生产、管理和决策具有重要意义的有用信息，这是由建立信息系统的明确目的性所决定的；3）传输性：信息可在信息发送者和接受者之间进行传输,信息的传输网络，被形象地称为“信息高速公路”。4）共享性：信息与实物不同，信息可传输给多个用户，为用户共享，而其本身并无损失，这为信息的并发应用提供可能性。1.1空间信息二、数据二、数据指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、符号、声音、图像等符号。数据是对客观现象的表示，数据本身并没有意义。数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。1.1空间信息三、数据与信息的关系三、数据与信息的关系有人认为，输入的都叫数据，输出的都叫信息，其实不然。数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。例如独立的“1”、“0”均无意义。当它表示某实体在某个地域内存在与否，它就提供了“有”“无”信息；当用它来标识某种实体的类别时，它就提供了特征码信息1.1空间信息四、空间信息四、空间信息1、定义：空间信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。2、特性：1）地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志；1.1空间信息四、空间信息2）多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理信息各圈层之间的综合研究提供可能，也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。3）时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。因此，一实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证。1.2空间数据一、空间数据的内容空间数据是空间信息的载体，是地理信息系统的操作对象，在地理信息系统中，通常所研究的空间数据主要包括：1）某个坐标系统中的位置：直角坐标、经纬度2）实体间的空间关系：度量关系、方向关系、拓扑关系（邻接、关联、包含）3）与几何无关的属性：定性和定量4）时间属性：位置和属性的时效性描述根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素，它们的数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，分别称为矢量数据结构和栅格数据结构。1.2空间数据定位拓扑关系属性1.2空间数据二、空间数据特征空间特征是指地理实体的空间位置及其相互关系；属性特征表示地理实体的名称、类型和数量等；时间特征指实体随时间而发生的相关变化（如下图）。1.2空间数据1.3空间信息与数据库技术一、空间信息管理的三种不同观点1）地图观：侧重于空间信息的可视化，将空间信息系统视为一个地图分析与处理系统。2）数据库观：侧重于空间信息的管理，注重空间数据的数据库设计与实现的完美性。3）空间分析观：侧重于空间信息的分析和建模。Sui和Goodchild又提出了第四观：即“media”观。1.3空间信息与数据库技术SpatialDatabaseSystemCartographicSpatialAnalyticalCommunicativeDigitalMappingSpatialAnalysisComputationalIntelligenceMultimediaVisualisationHypermapsGeographicalinterfacetoSpatialInformationSpatialDecisionSupportAnimatedCartographyGeo-VisualisationWebMappingSpatialDataMining1.3空间信息与数据库技术二、空间信息与主流IT技术的融合空间数据据的构成：通用数据库系统附加功能•空间数据类型（Spatialdatatypes）•空间索引（Spatialindexing）•空间操作（Spatialoperators）•空间应用（Spatialapplicationroutines）1.3空间信息与数据库技术三、空间数据库系统的组织化一个组织化空间数据库系统具有以下特征：组织间的数据共享联机事务处理（OLTP）：日常办公空间数据仓库：基于联机分析处理（OLAP）实现空间辅助决策空间数据商店(spatialdatamart)：空间数据仓库的子集保护机构投资，具有可预期的投资回报采用业界成熟的管理模式进行设计和实现采用成熟的业界标准1.3空间信息与数据库技术四、空间数据库系统和GIS的关系GIS可作为SDBMS的前端工具，一个高效的空间数据库系统是实现GIS高效查询和分析的前提条件。GIS和SDBMS的主要不同侧重点：GIS是一个侧重于空间数据可视化和分析的软件，GIS常用分析功能：1.3空间信息与数据库技术搜索专题搜索、按区域搜索定位分析缓冲区、叠置分析地形分析坡度/坡向、排水网系流分析连接性、最短路径分布变化检测、接近、最近邻接空间分布/统计自相关、相似性检索、拓朴度量距离、周长、形状、方向1.3空间信息与数据库技术GIS使用SDBMS存储、检索、查询、共享大型空间数据集SDBMS重点关注：高效存储、查询和共享大型空间数据集提供尽量简单的查询方法通过空间索引和查询优化方法加快大型空间数据集的查询反应时间SDBMS有可能用于非GIS领域的其它方面：如天文、气象、生物等空间数据库应用第二章－空间数据库简介数据库概念数据库模型空间数据库简介2.1数据库概念数据库是为一定目的服务的，以特定的数据存储相关联的数据集合，是数据管理的高级阶段。空间数据管理的演化过程：全文件管理模式文件管理几何数据库管理属性几何和属性的数据库统一管理2.1数据库概念一、数据管理的文件方式这种方式是把数据的存取抽象为一种模型：使用时只要给出文件名称、格式和存取方式等，其余的一切组织与存取过程由专用软件一文件管理系统来完成。文件管理系统的特点：（1）数据文件是大量数据的集合形式。每个文件包含有大量的记录，每个记录包含若干个甚至多达几十个以上的数据项。文件和文件名面向用户并存贮在计算机的存贮设备上，可以反复利用。2.1数据库概念一、数据管理的文件方式(2)面向用户的数据文件，用户可通过它进行查询、修改、插入、删除等操作。(3)数据文件与对应的程序具有一定的独立性，即程序员可以不关心数据的物理存贮状态，只需考虑数据的逻辑存贮结构，从而可以大量地节省修改和维护程序的工作量。(4)数据文件的缺点是只能对应于一个或几个应用程序，不能摆脱程序的依赖性。数据文件之间不能建立关系，呈现出无结构的信息集合状态，往往冗余度大，不易扩允，维护和修改。2.1数据库概念二、数据管理的数据库系统方式数据库管理系统（DBMS）的最大优点是提供了应用程序和数据两者之间的数据独立性。逻辑数据独立性：当数据的整体逻辑结构改变时不必改动应用程序；物理数据独立性：当改动数据的物理布局和组织时，无论是数据的整体逻辑结构或应用程序都可不予改动。2.1数据库概念二、数据管理的数据库系统方式数据库管理系统的特点：数据管理方式建立在复杂的数据结构设计的基础上，将相互关联的数据集—文件赋于某种固有的内在联系。各个相关文件可以通过公共数据项联系起来。数据库中的数据完全独立，不仅是物理状态的独立，而且是逻辑结构的独立，即程序访问的数据只需提供数据项名称。数据共享成为现实，数据库系统的并发功能保证了多个用户可以同时使用同一个数据文件，而且数据处于安全保护状态。数据的完整性、有效性和相容性保证其冗余度最小，有利于数据的快速查询和维护。2.1数据库概念三、数据库系统构成数据库：是存贮在计算机内的有结构的数据集合；数据库管理系统：是一个软件，用以维护数据库、接受并完成用户对数据库的一切操作；数据库系统：指由硬件设备、软件系统、专业领域的数据体和管理人员构成的一个运行系统。2.2数据模型建模过程2.2数据模型数据模型是数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组织的形式表示。每一个具体的数据库都由一个相应的数据模型来定义。层次模型网络模型关系模型面向对象模型2.2数据模型一、层次模型层次数据库模型是将数据组织成一对多（或双亲与子女）关系的结构（示例）。其特点为：（1）有且仅有一个结点无双亲，这个结点即树的根；（2）其它结点有且仅有一个双亲。层次模型的优点是层次和关系清楚，检索路线明确。层次模型的缺点就是不能表示多对多的联系。在GIS中若采用这种层次模型将难以顾及公共点、线数据共享和实体元素间的拓朴关系，导致数据冗余度增加，而且给拓朴查询带来困难。2.2数据模型一、层次模型以地图M为例：地图M中有两个面实体ⅠⅡⅠ多边形由a,b,e组成MⅡ多边形由b,c,d组成1aa边的两个端点是1，2eⅠ2b边的两