空間數(shù)據(jù)庫的類型和存取結(jié)構(gòu)

【摘 要】空間數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和。本文提出了一種適用于空間數(shù)據(jù)類型的存取機(jī)制：關(guān)系—對象型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它能有效地存貯和處理各種類型的空間信息及多媒體信息。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)類型 存取機(jī)構(gòu)

【中圖分類號】P208 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）03-0043-01

一 引言

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只適用于管理二維數(shù)據(jù)（如表格、正文、字符串等）。隨著數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，涌現(xiàn)出聲、圖、動(dòng)畫等新的數(shù)據(jù)類型。這些類型的共同之處是要處理基于空間概念上的數(shù)據(jù)。近年來，美國、德國等科技先進(jìn)國家正在開發(fā)對空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究，試圖在大部分傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的基礎(chǔ)上捆綁一些處理空間信息的功能模塊。

二 空間數(shù)據(jù)庫管理機(jī)制的特點(diǎn)

空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是空間數(shù)據(jù)庫的核心軟件，將對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，為GIS應(yīng)用開發(fā)提供空間數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)除了必須具備普通數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能外，還具有以下兩方面的研究內(nèi)容：（1）空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)強(qiáng)大的基礎(chǔ)平臺(tái)。和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)性能和共享程度，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的索引機(jī)制，為查詢處理提供快速可靠的支撐環(huán)境。（2）支持空間查詢的SQL語言，參照SQL-92和OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)，對核心SQL進(jìn)行擴(kuò)充，使之支持標(biāo)準(zhǔn)的空間運(yùn)算，具有最短路徑、連通性等空間查詢功能。

三 空間數(shù)據(jù)類型

傳統(tǒng)的DBMS只能處理一些基本數(shù)據(jù)類型、時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)類型、貨幣數(shù)據(jù)類型以及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型等。然而空間數(shù)據(jù)庫可以應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，如擴(kuò)充傳統(tǒng)數(shù)據(jù)類型、編制轉(zhuǎn)換函數(shù)或編程模擬新類型，但這種方法的效率不是非常理想。當(dāng)我們運(yùn)用數(shù)據(jù)庫引擎時(shí)，我們必須要增加空間數(shù)據(jù)類型處理的功能。由于篇幅有限，在此我們就暫時(shí)給出幾個(gè)面向空間實(shí)體的數(shù)據(jù)類型。

1.如果一個(gè)對象針對某個(gè)參照系，它的尺寸大小無關(guān)緊要，可抽象成為一個(gè)點(diǎn)模型

如一所學(xué)校或一家醫(yī)院所占空間在小比例尺地形圖上無法表示大小時(shí)，通常我們用一個(gè)點(diǎn)來表示。數(shù)字線劃數(shù)據(jù)是將空間的物直接抽象為點(diǎn)、線、面的實(shí)體，用坐標(biāo)描述它的位置和形狀。這種抽象的概念直接來源于地形測圖的思想。當(dāng)要繪制地圖時(shí)，根據(jù)道路等級給它配賦一定寬度、線型和顏色。這種描述非常適用于計(jì)算機(jī)表達(dá)，用抽象圖形表達(dá)地理空間實(shí)體。

2.影像數(shù)據(jù)包括遙感影像和航空影像，它可以是彩色影像，也可以是灰度影像

影像數(shù)據(jù)在現(xiàn)代GIS中起到越來越重要的作用。其主要原因：一是數(shù)據(jù)源豐富，二是生產(chǎn)效率高，三是它直觀而又詳細(xì)地記錄了地表的自然現(xiàn)象，人們使用它可以加工出各種信息，如進(jìn)一步采集數(shù)字線劃數(shù)據(jù)。在GIS中影像數(shù)據(jù)一般經(jīng)過幾何和灰度加工處理，使它變成具有定位信息的數(shù)字正射影像。

四 關(guān)系—對象型存取結(jié)構(gòu)

關(guān)系—對象型存取結(jié)構(gòu)相對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型，用更豐富的數(shù)據(jù)語義區(qū)別了對象類屬性和關(guān)系類型屬性兩個(gè)概念，使其適用于半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。從分析空間數(shù)據(jù)的半結(jié)構(gòu)化特征入手，以空間數(shù)據(jù)的嵌套關(guān)系為管理對象，實(shí)現(xiàn)了在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中對空間半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。如適用于二值圖像存儲(chǔ)的四叉樹；有利于表示空間規(guī)則物件的八叉樹；GIS領(lǐng)域里常用的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和拓?fù)湫蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“點(diǎn)—線—面”結(jié)構(gòu)；此外還有R樹、R+樹等。這些結(jié)構(gòu)在不同領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是無論哪種結(jié)構(gòu)，都有局限性，只能適用于某一領(lǐng)域或幾種應(yīng)用領(lǐng)域。很難找到一種通用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來有效管理不同類型的數(shù)據(jù)。

五 結(jié)論

數(shù)據(jù)庫因不同的應(yīng)用要求會(huì)有各種各樣的組織形式。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是根據(jù)不同的應(yīng)用目的和用戶要求，在一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境中，確定最優(yōu)的數(shù)據(jù)模型、處理模式、存貯結(jié)構(gòu)、存取方法，建立能反映現(xiàn)實(shí)世界的地理實(shí)體間信息之間的聯(lián)系，滿足用戶要求，又能被一定的DBMS接受，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)并有效地存取、管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。簡言之，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)就是把現(xiàn)實(shí)世界中一定范圍內(nèi)存在的應(yīng)用數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)庫具體結(jié)構(gòu)的過程。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：肖薇〕