文档介绍：时空数据库研究及在国土房产政务系统中的应用
硕士生暴军
专业计算机技术
导师李磊教授
摘要
为了完整表达空间信息随着时间变化而发生的变化,时态已成为当俞
领域的一个重要研究方向。本文在对空间信息的表达方式以及现有的时空数
据模型的研究成果进行深入分析的基础上,论述了目前存在的时空数据模型的一
些不足之处。
通过对国土领域的空间对象变化进行总结与分析,建立了一个适用于国土领
域空间信息管理的时空数据模型,并给出了时空数据模型的逻辑实现方法。此外
本文还对时空数据的索引方法进行了研究,通过分别建立空间索引与时间索引的
方法,实现时空数据索引的建立,提高系统的查询效率。
在国十政务系统中,通过建立时空数据库为国土政务系统提供空间信息服
务,研究了时空数据库共享的服务框架,以为平台实现了国土政务系统
的空间数据管理与服务系统,系统实现了时空数据的输入、输出,编辑,更新,
时空分析,打印等功能,并支持数据的共享与对外发布。
关键字
时空数据模型,空间数据库,,空间数据共享
第章空间信息的组织
空间信息
是这样定义空间信息的,空间信息
就是描述地球上的客观事物的地理位置与地理特性的信息。它是道
路、房屋、湖泊、森林等现实世界的事物的抽象表示‘空间信息的叫法有很多,
如空间数据、地理数据、数据、地理信息等等,虽然叫法不同,它们所描述
的对象都是接近的。
空间信息的表达
按照组织的模型‘,从现实世界到空间信息在计算机内的表
达是通过九层抽象实现的
第一层,是现实世界,强调客观世界是通过世界的客观
存在性来表达的
第二层,是概念世界,现实世界和概念世界是通过
本质和命名来实现的
第三层,是地理空间世界,用简单的位置、形状和
联系等来进一步抽象概念世界。
第四层,是度量世界,度量世界是在地理空间世
界的基础上通过测量手段等到的。
第五层,是投影世界,将空间实体按照相应的空间参考
系统对度量世界进行抽象。
第六层,点模型世界,将空间实体的关键点都映射到空
间参考系统中,形成坐标点的过程。
第七层,几何模型世界,关键点之间的连线构成空
间实体的面、体等几何图形,可以得到几何模型世界。
第八层,实体模型世界,空间实体的属性数据描述与
几何模型一起,描述实体模型世界。
第九层,实体集合模型,是实体之间相互关系的抽象
描述。
上述的九层模型其实是一种逐级抽象和简化的过程,通过前五层的简化和后
面四层的抽象,最后形成空间信息的正确表达。
三层数据模型
我们也可以将上述对空间信息的九层抽象,简单的描述为三层概念数据模
型一逻辑数据模型一物理数据模型’。
概念模型是对现实世界的正确认识,是直接面向用户的,面向客观世界的,
在空间信息领域中,概念模型可以分为基于场的模型和基于空间实体的模型。基
于场的模型又引出栅格数据模型,基于实体的模型引出矢量数据模型。栅格数据
主要是指遥感影像、航空影像等信息。一般过拍摄的方式直接记录空间信息,因
此具有直观,细节丰富,获取速度快的特点,但是由于它是以象素为基本单元在
计算机内进行存储,因此,它也有数据量大,不利于面向对象等缺点矢量数据
就是以点、线、面为基本元素,通过抽象的方式来表达空间信息。因为是抽象的
方式,它没有栅格数据那么直观,而且忽略了一些不重要的空间信息,但是它具
有数据量小,面向对象,更有利于进行空间分析和拓扑操作。我们的研究对象主
要以抽象的矢量空间信息为主。
逻辑数据模型是计算机对概念模型的描述,主要描述数据结构、对数据的操
作以及维护数据的完整性等问题。物理数据模型是数据抽象的最底层,主要包括
数据的物理存储,数据库的存储结构等。
我们研究空间数据模型的重点就是对逻辑数据模型的设计,因为对现实世界
的认识,人们已经达到了一定高度,目前提出的那些时空数据模型,有些就是因
为在逻辑实现的时候遇到了困难,所以没有得到广泛的应用我们下面着重介绍
一下与逻辑数据模型相关的一些知识,包括空间信息的组织以及空间数据的数据
库管理等方面。
空间信息的组织
空间实体
实体是空间信息中具有独立含义的空间元素。按其几何特征,可分为点、线、
面三类简单实体和复杂实体四种类型
点状实体这种实体由空间上的一个坐标点来表示。
线状实体这种实体由空间上一条或若千条首尾相连的线段〔弧线来
表示,各线段间除了端点外没有其它交点。这些首尾相连的线段合在一
起称为一条线。
面状实体这种实体由空间上若干条线、弧线表示,这些线组成了一个
封闭的区域。
复杂实体复杂实体是由多个简单实体组合而成的实体,又可以分为