《地理信息系统设计》教程.ppt
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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、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。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 退出退出五、空间数据库的功能设计(一)(一)空间数据输入设计空间数据输入设
2、计 (二)(二)空间数据检索设计空间数据检索设计 (三)(三)空间数据输出设计空间数据输出设计 (四)(四)空间数据更新设计空间数据更新设计 (五)(五)空间数据共享设计空间数据共享设计 返回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化(屏幕跟踪),它们各有优缺点,此外,还有几描数字化(屏幕跟踪),它们各有优缺点,此外,还有几何坐标输入(如何坐标输入(如COGOCOGO)和现有数据转换输入。和现有数据转换输入。属
3、性数据:有关空间实体的属性信息。输入一般采用表格属性数据:有关空间实体的属性信息。输入一般采用表格形式,以形式,以IDID码实现与图形数据的连接。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
4、用户快速而准确地输入数据检验等功能,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。整个数据的组织和存放。整个目录结构目录结构要很清晰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状符号和特殊的符号良好的输入界面和数据接口良好的输入界面和数据接口 数据组织存放目录结构示意图 GIS数据库要素N要素P要素1分幅A分幅D分幅J图层1图层K图层M图形数据属性数据总目录第一级子目录第二级子目录第三级子目录 返回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目的:从空间数据库中快速高
5、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查询检索,形成一个新的空间数据子集方法:根据方法:根据GISGIS应用的实际要求,用应用的实际要求,用SQLSQL语言、扩展语言、扩展SQLSQL语言和具有检索功能的语言和具有检索功能的GISGIS命令(如命令(如Arc/InfoArc/Info中的中的#MergeMerge、#Overlay#Overlay、#select#select、#Polygon#Polygon、#Assess#Assess等)来实现等)来实现注:空间检索是目前空
6、间数据检索研究的热点,注:空间检索是目前空间数据检索研究的热点,最常见空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)间数据检索是基于拓扑关系(包括邻接、关联、包含等)的空间检索的空间检索GIS中数据检索类型及其特点 检索类型检索类型 检索方法检索方法 特点特点 鼠标定位检鼠标定位检索索 鼠标定位于图形区域得到相应属性数据;鼠标指鼠标定位于图形区域得到相应属性数据;鼠标指向属性数据则高亮显示相应图形数据向属性数据则高亮显示相应图形数据 实现了图形数据和属性实现了图形数据和属性数据的双向查询检索数据的双向查询检索 分层检索分层检索 在分层组织和存储的在分层组织和存储的GISGIS数据
7、中,检索某一特定数据中,检索某一特定图层的图形数据和属性数据图层的图形数据和属性数据 提高了检索速度提高了检索速度 开窗检索开窗检索 在屏幕上任意开一个窗口,检索窗口内的图形数在屏幕上任意开一个窗口,检索窗口内的图形数据和属性数据据和属性数据 对于对于GISGIS叠置分析大有好叠置分析大有好处,也可进行缓冲区检处,也可进行缓冲区检索索 条件检索条件检索 根据属性条件来检索图形数据,常用的地址匹配根据属性条件来检索图形数据,常用的地址匹配检索属于条件检索之一检索属于条件检索之一 用属性数据的数据项与用属性数据的数据项与运算符来构建条件表达运算符来构建条件表达式式 空间检索空间检索 是基于空间关系
8、的检索,包括拓扑关系、顺序关是基于空间关系的检索,包括拓扑关系、顺序关系(如左、右、上、下、前、后等)、度量关系系(如左、右、上、下、前、后等)、度量关系(如距离)(如距离)目前还不是很成熟目前还不是很成熟 基于拓扑关系的主要空间检索面面-面关系检索。面面关系检索。面-面的关系有面的关系有8 8种,面种,面-面关系检索面关系检索主要是查询并判断多个面实体之间是否相邻、包含、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相交以及方向距离关系等线线-线关系检索。线线关系检索。线-线关系有线关系有3333种,它的检索主要是种,它的检索主要是查询并判断线与线之间是否有邻接、相交、
9、平行、重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叠以及方向距离关系等点点-点关系检索。主要是查询并判断点与点之间距离、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方向以及重叠等关系线线-面关系检索。主要是查询并判断线与面之间距离、面关系检索。主要是查询并判断线与面之间距离、方向、相交及重叠等关系方向、相交及重叠等关系空间检索(续)点点-线关系检索。主要是查询并判断点与线之间距离、方向、线关系检索。主要是查询并判断点与线之间距离、方向、相交及重叠等关系相交及重叠等关系点点-面关系检索。主要是查询并判断点与面之间距离、方向及面关系检索。主要是查询并判断点
10、与面之间距离、方向及包含等关系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幅数据,然后将这些数据自动地形,提取与查询相关联的图幅数据,然后将这些数据自动地组织到连续的窗口范围内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、间数据的无缝处理。此时,图库必须建立在统
11、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。个控制点,并建立空间索引。返回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,将描述:指按实际应用的要求和可视化原则,将GISGIS操作和操作和分析的结果展示在屏幕上或打印到图纸上的过程分析的结果展示在屏幕上或打印到图纸上的过程原则:原则:应从美学原则出发,布局图中各个内容的位置,调配应从美学原则出发,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,允许用户对输空
12、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,如采用多媒体技输出数据的表达形式尽可能多样化,如采用多媒体技术等术等返回返回空间数据更新设计空间数据更新设计是空间数据更新设计是GISGIS空间数据库设计的重要内容,因空间数据库设计的重要内容,因为数据更新是为数据更新是GISGIS活力源泉之一。随着活力源泉之一。随着GISGIS应用的深入,数应用的深入,数据成为制约据成为制约GISGIS发展的瓶颈,因此,迫切要求数据获取手发展的瓶颈,因此,迫切要求数据获取手段和
13、数据更新手段不断得到完善。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为三种类型:几何数据几何数据 属性数据属性数据 宗地数据举例宗地数据举例 第一种第一种 不变不变 改变改变 一块宗地形状未变,权属变一块宗地形状未变,权属变 第二种第二种 改变改变 不变不变 一块宗地形状变,权属不变一块宗地形状变,权属不变 第三种第三种 改变改变 改变改变 一块宗地形状变,权属也变一块宗地形状变,权属也变 数据更新
14、模型连续快照模型连续快照模型: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,但冗余大大 底图修改模型:首先确定数据的初始状态,然后仅记录时间底图修改模型:首先确定数据的初始状态,然后仅记录时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片段后发生变化的区域
15、,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据,其中,每一次叠加则表示状态的一次变化 时空合成模型时空合成模型: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,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则可较完整地表达数据的时空特征返回返回空间数据共享空间数据共享是空间数据共享是GISGIS界一直关心的问题,目前尚未完全解界一直关心的问题,目
16、前尚未完全解决。决。影响空间数据共享的有技术因素,也有非技术因素。其中,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。准化。空间数据共享途径数据转换数据转换:是主要的共享途径,在不同的系统之间通过数是主要的共享途径,在不同的系统之间通过数据转换(导入据转换(导入/导出)来达到空间数据共享
17、。包括有语义导出)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基于元数据的空间数据网络查询和应用:指在网络环境下指在网络环境下通过元数据的支持对空间数据的查询、下载和应用通过元数据的支持对空间数据的查询、下载和应用GISGIS互操作互操作:以消息机制为基础实现空间数据共享。采用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该方式不仅能实现空间数据
18、共享,还可以实现功能的互操作作返回返回六、空间数据采集建库(一)(一)建库前期准备工作建库前期准备工作(二)(二)数字化方案的制定数字化方案的制定 (三)(三)空间数据库建库流程空间数据库建库流程 (四)(四)地理编码地理编码 返回返回建库前期准备工作内容数据源的选择数据源的选择 数据采集存储原则数据采集存储原则 建库的数据准备建库的数据准备 数据库入库的组织管理数据库入库的组织管理 数据源的选择 GIS GIS的数据源,一是要求可靠;二是具备更新能力。因此,的数据源,一是要求可靠;二是具备更新能力。因此,GISGIS和空间数据库的建立,首先应考虑数据源的科学基础和空间数据库的建立,首先应考虑
19、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。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,根一般只采集储存基本的原始数据
20、,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业的分类分分。通常国家都委托各主管部门制定其主管行业的分类分级标准,遇到分类分级标准不能统一时,应努力协商解决。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
21、性标准、国家参考标准及有关行业标准、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资料等统计调查数据。各种类型的统计报告
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- 地理信息系统设计 地理信息系统 设计 教程
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