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  • 空间数据库

    千次阅读 2006-03-03 10:16:00
    空间数据是用于表是空间物体的位置、形状、大小和分布特征等方面信息的数据,适用于描述二维、三维和多维分布的关于区域的现象。空间数据的特点是不仅包括物体本身...空间数据库是随着地理信息系统的开发和应用而发展起
    空间数据是用于表是空间物体的位置、形状、大小和分布特征等方面信息的数据,适用于描述二维、三维和多维分布的关于区域的现象。
    空间数据的特点是不仅包括物体本身的空间位置及状态信息,还包括表示物体的空间关系的信息。属性数据为非空间数据,用于描述空间物体的性质,对空间物体进行语义定义。
    空间数据库系统则是描述、存储和处理空间数据及其属性数据的数据库系统。空间数据库是随着地理信息系统的开发和应用而发展起来的数据库新技术。目前,空间数据库系统尚不是独立存在的系统,它与应用紧密结合,大多数作为地理信息系统的基础和核心的形式出现。
    空间数据库的研究始于20世纪70年代的地图制图与遥感图像处理领域,其目的是为了有效利用卫星遥感资源迅速绘制出各种经济专题地图。由于传统数据库在空间数据的表示、存储和检索上存在许多缺陷,从而形成了空间数据库这一新的数据库研究领域。它涉及计算机科学、地理学、地图制图学、摄影测量与遥感、图像处理等多个学科。
     空间数据库技术研究的主要内容
    空间数据库数据技术研究的主要内容包括以下几方面。
    1.空间数据模型
    空间数据模型是描述空间实体和空间实体关系的数据模型,一般来说可以利用传统的数据模型加以扩充和修改来实现,也可以用面向对象的数据模型来实现。
    空间数据库常用的空间数据结构由矢量数据结构栅格数据结构两种。
    矢量数据结构中,一个趋于或一个地图化分为若干个多边形,每个多边形由若干条线段或弧组成。每条线或弧包括两个结点,结点的位置用X,Y坐标表示。空间关系用点和边,边和面,面和面之间的关系隐含或显式表示。矢量数据结构数据存储量小,图形精度高,容易定义单个空间对象,但是处理空间关系比较费时,常用于描述图形数据。
    栅格数据结构中,地理实体用格网单元的行和列为位置标识,栅格数据的每个元素(灰度)与地理实体的特征相对应。行和列的数目取决于栅格的分辨率(大小)。栅个数据简单,容易处理空间位置关系,但数据存储量大,图形精度低。常用于描述图像和影像数据。
    2.空间数据查询语言
    空间数据查询包括位置查询、空间关系查询和属性查询等。前两种查询是空间数据库特有的,基本方式有:面-面查询、线-线查询、点-点查询、线-面查询,点-线查询、点-面查询等。开发空间数据查询语言的目的是为了正确表达以上查询请求。
    3.空间数据库管理系统
    空间数据库管理系统的主要功能是提供对空间数据和空间关系的定义和描述;提供空间数据查询语言,实现对空间数据的高效查询和操作;提供对空间数据的存储和组织;提供对空间数据的直观显示等。空间数据库管理系统比传统的数据库管理系统在数据的查询、操作、存储和显示等方面要复杂许多。
    目前,以空间数据库为核心的地理信息系统的应用已经从解决道路、输电线路等基础设施的规划和管理,发展到更加复杂的领域,地理信息系统已经广泛应用于环境和资源管理、土地利用、城市规划、森林保护、人口调查、交通、地下管网、输油管道、商业网络等各个方面的管理与决策。例如,人们研制了许多国土资源管理信息系统,洪水灾情预报分析系统以及地理信息系统GIS软件产品。
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  • 一、空间数据库引擎概述 空间数据库引擎的概念最早由ESRI提出。ESRI对SDE的定义是:从空间数据管理的角度看,SDE是一个连续的空间数据模型,借助这一模型,我们可以将空间数据加人到关系数据库系统(RDBMS)中去。 ...

    一、空间数据库引擎概述


    空间数据库引擎的概念最早由ESRI提出。ESRI对SDE的定义是:从空间数据管理的角度看,SDE是一个连续的空间数据模型,借助这一模型,我们可以将空间数据加人到关系数据库系统( RDBMS)中去。

    SDE可以理解为基于特定的空间数据模型,在特定的数据存储、数据库管理系统的基础上,提供对空间数据的存储、检索等操作,以提供在此基础上的二次开发的程序功能集合。同时,SDE又可以看做是基于大型关系型数据库的客户/服务器模式的软件,即相对于客户端,SDE是服务器,提供空间数据服务的接口,接受所有空间数据服务请求;页相对干数据库服务器,SDE则是客户端,提供数据库访问接口,用于连接数据库和存取空间数据。

     

    二、国内外空间数据库引擎技术


    因内,GIS厂商北京超图公司深用多源空间数据无缝集成技术研发了SuperMap SDX,包括: SDX for SQL Sever,SDX for Oracle ,SDX for Oracle Spatial, SDX for SDE。

    国外,Oracle公司推出的Oracle Spatial,为空间数据的存储与索引定义了一套数据库结构,并通过扩展Oracle PL/SQL为空间数据的处理和操纵提供了一系列函数和过程,从而实现了对空间数据服务的支持。ESRI公司则推出了ArSDE"智能化”空间数据库引擎解决方案。

     

    三、ArcSDE空间数据库引擎


    ArcSDE基于SDE技术,在标准的关系数据库系统的基础上,通过增加一一个空间数据管理层,实现了对现有的关系型数据库管理系统或对象关系型数据库管理系统的空间扩展,能够将空间数据和非空间属性数据统一存储于商用DBMS中,为网络中的任意客户端应用程序提供了一个在DBMS中存储和管理GIS数据的数据通道。

    1. ArcSDE空间数据库引擎体系结构

    ArcSDE空间数据库引擎的逻辑构采用成熟的Client/Server结构。

    ArcsSDE空间数据库引擎在连接实现上采用了三层体系结构:即RDBMS Server、ArcSDE Server和Client。

    2. ArcSDE的基本功能

    • 支持多种数据库管理系统
    • 提供数据的并发操作及安全控制机制
    • 支持分布式数据共享
    • 支持空间数据索引和海量数据的管理
    • 支持空间关系运算及空间分析
    • 支持GIS工作流和长事务处理
    • 灵活的配置

    3. ArcSDE对空间数据的存储与管理

    ArcSDE通过将空间数据类型加入到关系数据库中的方式,在不影响也不改变现有数据库或应用的情况下,借助Business Table(业务表)、Feature Table(要素表)只Spatial Index Table( 空间索引表)三个表来实现对矢量数据和栅格数据的存储。

    对于矢量数据的存储,ArcSDE采用压缩二进制格式对空间要素的几何图形进行存储。对于栅格数据的存储,其方式类似于存储压缩二进制的矢量要素,区别在于:对栅格数据进行存储时,ArcSDE会在创建Business Table过程中,为Business Table 增加一个栅格列,并同时创建栅格表、栅格辅助表、栅格分块表、栅格波段表和栅格元数据表。

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  • 一、时态空间数据库概述 现实世界的数据不仅与空间相关,而且与时间相关。在许多应用领域,如环境监测、抢险救灾、交通管理、医疗救援等,相关数据随着时间变化而变化,称之为时态数据。很多空间数据库应用都涉及...

    一、时态空间数据库概述


    现实世界的数据不仅与空间相关,而且与时间相关。在许多应用领域,如环境监测、抢险救灾、交通管理、医疗救援,相关数据随着时间变化而变化,称之为时态数据。很多空间数据库应用都涉及时态数据,这些应用不仅需要存取空间数据库的当前状态,也需要存取空间数据库随时间变化的情况

    许多应用领域要求GIS能提供完普的时序分析功能,高效地回答与时间相关的各类问题,在时间与空间两方面全面处理地理信息系统,即所谓时态GIS(Temporal GIS)TGIS 目前基本上还处在实验阶段,国内外均未见成型的TGIS应用系统,其理论主要集中在时空数据模型方面。

     

    二、时态空间数据库模型


    近年来,时态GIS已经得到了GIS界的广泛关注,人们在研究能支持时态GIS产品的时空数据模型。这种数据模型相比传统数据模型必须具有如下能力:能够准确地表示时态数据的时间语义;能够区分随时间变化的信息和与时间无关信息并分别表示之。除了数据模型方面的要求以外,时间数据库应用在查询语言、存取方法、物理组织等数据库管理系统的各个方面都需要新的技术

    比较成功的有连续快照模型基态修正模型时空复合模型时空立方体模型及近来发展起来的基于事件的方法和面向对象的方法

    1. 连续快照模型

    序列快照模型,也称时间片快照模型(Time-slice snapshots)序列快照模型的基本思想是将某一时间段内地理现象的变化过程,用一系列时间片段的序列快照保存起来,反映整个空间特征的状态,根据需要对指定时间片段的现实片段进行播放,快照间的时间间隔不一定相同。

    2. 基态修正模型

    基态修正模型也称之为底图叠加模型(Base map with overlap),它是按事先设定的时间间隔采样,不存储研究区域中每个状态的全部信息,只存贮某个时间的数据状态(称为基态),以及相对于基态的变化量,避免连续快照模型将每张未发生变化部分的快照特征重复进行记录。

    3. 时空复合模型

    时空复合模型将空间分隔成具有相同时空过程的最大的公共时空单元,称为时空单元,在存储上,每个时空单元被看成是静态的空间单元,并将该时空单元中的时空过程作为属性关系表来存储。

    4. 时空立方体模型

    位置、属性、时间作为矩阵行、列、高。

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  • MySQL空间数据库

    万次阅读 2018-01-08 17:05:04
    提到空间数据库,首先想到的一定是Esri公司的ArcSDE(SDE即Spatial Database Engine,空间数据库引擎),ArcSDE主要支持的数据库包括Oracle,SQL Server,IBM DB2。功能好,性能好,但是价格也好。 国内很多大型活...

    提到空间数据库,首先想到的一定是Esri公司的ArcSDE(SDE即Spatial Database Engine,空间数据库引擎),ArcSDE主要支持的数据库包括Oracle,SQL Server,IBM DB2。功能好,性能好,但是价格也好。
    国内很多大型活互联网公司已经转向MySql阵营。对于有实力的大公司,使用开源的MySql,可以针对自己的业务对MySql源码进行修改及优化。对于业务量不大的初创公司,直接使用开源MySql,PostgreSQL等数据库,也可节约成本,未来数据库扩展也有很多可参考的资料。
    PostgreSQL由于具备PostGIS扩展而在开源GIS中有广泛地应用,可视化工具包括pgAdmin、Quantum GIS(类似ArcGIS Desktop)
    从MySQL4.1开始,也对空间数据库进行了支持,以下是简单的说明和测试:

    1.常用使用场景
    矩形查询:
    适合智能手机、网页端高效展示屏幕范围内数据。通过API获取显示屏4角的坐标点,顺序连接生成矩形,空间数据库提供查询矩形范围内坐标功能。
    圆型查询:
    根据当前所在位置为中心点,根据给定的里程数为半径生成圆形,搜索圆形范围内的数据。

    2.MySql支持的类型
    点 POINT(15 20)
    线 LINESTRING(0 0, 10 10, 20 25, 50 60)
    面 POLYGON((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5))
    多个点 MULTIPOINT(0 0, 20 20, 60 60)
    多个线 MULTILINESTRING((10 10, 20 20), (15 15, 30 15))
    多个面 MULTIPOLYGON(((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0)),((5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5)))
    集合 GEOMETRYCOLLECTION(POINT(10 10), POINT(30 30), LINESTRING(15 15, 20 20)),简称GEOMETRY,可以放入点、线、面。

    3.测试
    a.以存储坐标点为例

    DROP TABLE IF EXISTS points;
    CREATE TABLE `points` (
      `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
      `name` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '',
      `location` point NOT NULL,
      PRIMARY KEY (`id`),
      SPATIAL KEY `sp_index` (`location`)
    ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

    b.插入测试数据

    # 天安门
    INSERT INTO points VALUES (1,'aaaa',POINT(116.397389,39.908149));

    # 颐和园
    INSERT INTO points VALUES (2,'bbbb',POINT(116.273106,39.992634));


    c.多边形查询
    多边形查询 起始点与终点为同一点 以灵境胡同、灯市口、崇文门、宣武门组成多边形

    d.查询
    多边形查询 起始点与终点为同一点

    # 定义多边形
    SET @rect = CONCAT('POLYGON((116.373871 39.915786,116.417645 39.916444,116.41816 39.900841,116.374214 39.900182,116.373871 39.915786))');
    # 使用变量
    select name,X(location),Y(location),Astext(location) from points where INTERSECTS( location, GEOMFROMTEXT(@rect) ) ;

    e.查询结果

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