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空間數(shù)據(jù)管理淺析
空間數(shù)據(jù)管理淺析1
簡要介紹空間數(shù)據(jù)的特點,分析常見空間數(shù)據(jù)模型的不足;結合ZEUS20xx及其應用,介紹對象關系型空間數(shù)據(jù)庫的`概念及特點.
作 者： 劉斌 LIU Bin 作者單位： 北京郵電大學,信息工程學院,北京,100876 刊 名： 測繪通報 ISTIC PKU 英文刊名： BULLETIN OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)： 20xx ""(9) 分類號： P2 關鍵詞： 空間數(shù)據(jù) 關系模型 對象模型 對象關系模型 空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)管理淺析2
從信息構成來看，與空間位置相關的數(shù)據(jù)占比80%以上，特別是隨著現(xiàn)代定位技術、遙感技術的廣泛應用，以空間數(shù)據(jù)庫為特征的數(shù)據(jù)類型也日趨多樣化，而由此帶來的數(shù)據(jù)庫管理卻面臨新的挑戰(zhàn)。從空間數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀來看，多為文件、文件管理、關系數(shù)據(jù)庫，以及全關系數(shù)據(jù)庫、中間件空間數(shù)據(jù)庫管理，面向對象數(shù)據(jù)庫管理等。在文件管理上，數(shù)據(jù)的安全性、一致性相對統(tǒng)一，而對于關系數(shù)據(jù)庫及其他混合管理模式來看，由于數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)是分開存儲的，其完整性可能遭到破壞，同樣對于變長的關系數(shù)據(jù)庫進行存取時，還會涉及到數(shù)據(jù)處理與二進制轉換而引起的效率低下問題。
1 空間數(shù)據(jù)管理研究現(xiàn)狀
從空間數(shù)據(jù)的管理實踐中，很多學者提出了不同的管理思路，尤其是在關系型數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)管理上，有學者提出設計基于空間數(shù)據(jù)的關系數(shù)據(jù)庫;有學者提出基于空間數(shù)據(jù)映射的嵌入式SQLite 方法;也有學者通過對遙感影像數(shù)據(jù)的分析，提出基于ArcSDE 技術的`算法。然而，對于面向對象的數(shù)據(jù)庫，如SQLServer、Oracle、PostgreSQL 等主流數(shù)據(jù)庫，因其非結構性特點，在數(shù)據(jù)存取管理上難以實現(xiàn)對不同字段的直接存取。特別是兩者數(shù)據(jù)庫在程序設計上的不匹配問題，也給空間數(shù)據(jù)管理帶來更長的時間消耗，影響空間數(shù)據(jù)庫管理效率的提升。
2 空間數(shù)據(jù)管理機制研究
針對空間數(shù)據(jù)管理對象的特殊性，主要分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)三種。在程序語言設計上，多通過定義RasterLayer 類、VectorLayer 類和ImageLayer 類來進行不同類型數(shù)據(jù)的表示。因此，在空間數(shù)據(jù)管理機制上，也分為三種。第一種是基于矢量的空間數(shù)據(jù)管理機制，以歐幾里得幾何學中的點、線、面及組合來進行數(shù)據(jù)空間分布表示，并從矢量數(shù)據(jù)精度、存儲冗余度等方面來進行網(wǎng)絡化分析。如依照維度變化來劃分0 維點、1 維線、2 維面;在數(shù)據(jù)表示上用一個坐標來表示點，用連續(xù)坐標點表示線，面是由外邊界和0 到多個內邊界組成，邊界表示成環(huán)，環(huán)由多個連續(xù)的點坐標構成。因此在面向對象的程序設計中，可以利用CPoint、CLine、CPolygon 來表示空間數(shù)據(jù)及屬性特征，并通過建立基于面向對象數(shù)據(jù)庫的矢量數(shù)據(jù)庫檢索機制來實現(xiàn)對面向對象數(shù)據(jù)庫的管理。
從空間數(shù)據(jù)庫中的柵格數(shù)據(jù)來看，其多為均勻的網(wǎng)格單元，并由相應的屬性值來進行表示。如某柵格結構中的點可以由單柵格進行表示，其數(shù)值與緊鄰網(wǎng)格值具有差異性;柵格線由連續(xù)的柵格單元構成，各個屬性值具有一致性，但與鄰域柵格值具有差異性;面是由多個連續(xù)聚集的柵格單元構成，區(qū)域內柵格值具有一致性，而鄰域柵格值具有差異性。從空間數(shù)據(jù)結構組成上，柵格數(shù)據(jù)表達可以用Cell 表示，每個柵格單元有行號、列號及值三部分，而Grid 表示起始坐標、行數(shù)、列數(shù);RasterLayer為柵格數(shù)據(jù)圖層，用于表示空間參考信息。
對于影像數(shù)據(jù)的管理，可以從其記錄載體上對不同感知方式、空間尺寸及監(jiān)測的動態(tài)數(shù)據(jù)變化信息進行表征，并以圖像方式來呈現(xiàn)，為后續(xù)影像空間數(shù)據(jù)管理創(chuàng)造條件。通過面向對象程序設計，將Image 類作為影像數(shù)據(jù)表達結構，并通過圖像處理函數(shù)實現(xiàn)二進制文件轉換，以便于對其進行快速存取。當然，遙感影像數(shù)據(jù)在管理上多以塊為單位，建立基于面向對象的塊數(shù)據(jù)檢索是實現(xiàn)存取操作的前提。
3 基于面向對象空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設計
在對空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行管理中，需要滿足三項要求，一是對矢量、柵格及影像數(shù)據(jù)的存取操作;二是滿足對矢量、柵格、影像數(shù)據(jù)類型的定義、檢索與更新;三是實現(xiàn)對矢量、柵格、影像數(shù)據(jù)的可視化交互管理。為此，在設計空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，需要從兩個方面來保障協(xié)同管理。
3.1 系統(tǒng)架構上的設計
根據(jù)面向對象數(shù)據(jù)庫的基礎原型，需要搭建三層數(shù)據(jù)管理架構，即基礎數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)庫管理功能層及數(shù)據(jù)庫服務層。對于基礎數(shù)據(jù)庫層，主要包括面向對象的矢量數(shù)據(jù)庫、柵格數(shù)據(jù)庫及影響數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)，也是構成整個數(shù)據(jù)庫設計的底層基礎;對于數(shù)據(jù)庫管理功能層，主要是滿足基于空間數(shù)據(jù)的表示、存取、數(shù)據(jù)庫檢索、空間數(shù)據(jù)更新等要求;對于數(shù)據(jù)庫服務層，以滿足對空間數(shù)據(jù)的表征、控制，增刪空間數(shù)據(jù)、縮放空間數(shù)據(jù)圖層，以及平移等操作，在與空間數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)交互過程中為用戶瀏覽提供條件。
3.2 軟件開發(fā)平臺的實現(xiàn)
以Visual Studio 軟件為開發(fā)平臺，利用開源數(shù)據(jù)庫Db40 進行存取，來設計空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模型。在空間數(shù)據(jù)庫設計上，利用面向對象的數(shù)據(jù)庫存取方案，分別從點、線、面矢量數(shù)據(jù)轉換與表征上，建立與db40 數(shù)據(jù)庫的存取機制，利用柵格數(shù)據(jù)庫來滿足對空間數(shù)據(jù)庫柵格數(shù)據(jù)類型的存取，特別是設計柵格數(shù)據(jù)庫檢索與更新機制，來實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的快捷、直觀可視化管理;針對空間數(shù)據(jù)庫中不同城市、建筑、邊界等差異，在柵格數(shù)據(jù)表示上，融入高程模型，以亮度來區(qū)分不同高程區(qū)域，以滿足對空間數(shù)據(jù)遙感影像的準確展示。
4 結語
從本研究對空間數(shù)據(jù)庫的分析與應用來看，基于面向對象的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在設計上，應該滿足矢量空間數(shù)據(jù)、柵格空間數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)的結構化轉換，尤其是在數(shù)據(jù)庫類的設計上，要避免面向對象程序設計語言在空間數(shù)據(jù)表征與執(zhí)行中的效率低下問題，通過建立與空間數(shù)據(jù)庫不同數(shù)據(jù)類型的檢索與映像，來快速呈現(xiàn)不同空間數(shù)據(jù)庫的管理需求，滿足對空間數(shù)據(jù)多維性、時態(tài)性要求。當然，隨著空間數(shù)據(jù)庫海量性特征，在建立空間數(shù)據(jù)庫空間索引機制上，著重于對數(shù)據(jù)檢索效率的提升，解決延時性問題。
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