地理信息系統中空間數據庫建立的關鍵技術分析

吳雷

摘要：隨著地理信息系統在各領域中的不斷應用，對其地理數據庫的構建也提出了更高的要求。尤其相比一般管理信息數據，地理信息系統中的數據本身集合關于地理特征的大量信息數據，且具有來源較為復雜且不規范等特點，這就要求利用數據庫的構建以使數據更具數字化與規范化。本文主要從空間數據的分析、數據庫邏輯設計、物理設計、數據庫空間編碼以及數據庫中的數據字典設計等角度對構建數據庫的技術進行探析。

關鍵詞：地理信息系統；空間數據庫；關鍵技術

前言：作為地理信息系統的核心，空間數據庫隨信息技術的發展更趨于完善，其將遙感影像以及相關的地理圖形等融入計算機中并利用一定的模式進行信息要素的分析與處理。目前地理信息系統中的空間數據庫構建需保證具有較高的數據存儲率，地理數據從物理角度或邏輯角度都可實現無縫組織，并具有易于維護與擴充等特性，這樣才可充分發揮其在地理信息系統中的作用。因此，對構建空間數據庫中關鍵技術的研究具有十分重要的意義。

一、空間數據庫構建中的數據分析

空間數據庫在實際構建前需對設計的用途以及應用對象進行確認，確保空間數據分析能夠為數據庫的構建奠定良好的基礎。具體數據分析過程中主要體現在三方面，即：首先，做好數據庫應用對象的調查工作。通過對應用對象的調查了解信息的需求以及信息處理內容，以此為依據確定空間數據庫的構建目標。其次，對數據研究范圍進行確定，主要包括區域邊界與地理控制點兩方面。最后，保證源數據的準確性。為使空間數據庫中的數據具有參考價值，需注意綜合考慮調查資料與其數學精度，如地物間是否在邏輯上保持一致或圖面的相關表示是否準確等。尤其要求在構建前應使各坐標系統進行統一，避免出現數據不統一的情況[1]。

二、空間數據庫構建中的邏輯設計研究

空間數據庫中的地理數據若需在完成分析后進行組織與分類便需考慮到邏輯設計。該設計過程中主要從兩個步驟進行，即：圖塊結構與圖層信息的設計與組織，具體設計如下。

（一）從圖塊結構角度

圖塊結構的設計主要考慮到數據庫中的地圖往往以文件形式為主，會受到一定的因素限制，如有限的磁盤容量無法使同一數據文件中融入所有數據，或在查詢分析地理數據時無法快速的讀取較大文件等，同時在系統發生故障的情況下，數據庫中的數據將受到損壞且難以維護。因此，在構建空間數據庫過程中可構建多個獨立的模塊并使其具有空間索引功能。但需注意在構建各個模塊時應遵循一定的原則，即：第一，對存取頻率較高的區域進行圖塊的劃分，確保數據庫存取效率得到提高。第二，劃分后的存儲模塊在容量方面應保證合理。通常過小的數據量會影響到數據的有效管理，而過大的數據量會影響數據的查詢分析效率。第三，根據地圖數據的相關屬性與具體分布特征進行圖塊分區的定義，這樣可使數據庫更便于更新與維護。另外，圖塊結構設計過程中還需利用空間索引對空間的實體、各單元以及圖幅進行連接。其中的空間索引主要包括：囊括區域中各圖幅位置的索引表；描述圖幅中空間實體分布情況的索引表以及記錄各單元序號與圖幅號的單元索引表。

（二）從圖層信息角度

圖層信息設計的目的在于使檢索地圖各要素的速度提高，并保證能夠實現對數據的靈活管理與更新。設計過程中主要需根據不同用戶需求以及不同級圖元要素使每類信息或專題存放在不同圖層中，這樣整個地圖中將囊括許多描述各區域信息特征的不同圖層。實際構造圖層時可從三方面進行：第一，以空間實體要素為依據進行圖層的劃分。其中的空間實體要素通常由點、線、面構成，可對各點狀實體、線狀實體以及面狀實體在各圖層中進行設計。第二，以專題為依據進行圖層的劃分。這種劃分方式所考慮的主要為信息數據的關鍵屬性，使各圖層都可對應相應的專題并包含可方便用戶使用的信息服務。第三，以用戶需求為標準進行圖層的劃分。由于用戶對信息使用的要求不同，所以圖層設計中可劃分專業信息要素，保證用戶能夠隨時提取信息。除此之外，圖層劃分時應考慮影響數據庫設計的其他因素如計算機硬件軟件性能等[2]。

三、空間數據庫構建中的物理設計研究與編碼分析

構建空間數據庫過程中需進行物理設計，主要保證存儲設備能夠滿足邏輯結構要求，具體指為構建數據物理結構。建庫的過程通常為圖塊工作區設計、數據庫庫體框架構建、層框架的構建以及對數據的收集與存儲。設計時可選擇層次模型組織的形式，以圖塊劃分原則為基礎，構建便于查找記錄的路徑與層次順序。而數據庫的空間編碼主要指對各分層格網利用一定的函數形式進行表達，常用的編碼方法如細分格網，其能夠將基本格網中的點與線進一步細分，使點狀或線狀目標的具體路徑精確體現出來。

四、空間數據庫設計中的數據字典分析

空間數據庫構建中的數據字典也是需考慮的重要內容，能夠將數據的組成信息以及據圖屬性進行描述，并對空間數據的編碼以及分類做好記錄工作，如空間數據的來源、空間數據的名稱與用途等內容。一般數據字典在構成形式上主要以文件為主，層次結構特征較為突出，從各層數據內容中都可查詢到數據的相關目錄以及編碼等。因此，數據字典的設計在空間數據庫構建中的作用極為明顯[3]。

結論：空間數據庫的構建是保證地理信息系統得以有效應用的關鍵內容。在實際構建過程中需注意做好空間數據分析工作，以圖塊結構與圖層信息設計為角度實現邏輯設計的目標，并做好物理設計、空間編碼與數據字典的設計，這樣才可保證空間數據庫的構建能夠滿足現代信息技術的基本要求，發揮其應用的效果。

參考文獻：

[1]謝榕. 地理信息系統中空間數據庫建立的關鍵技術[J]. 北京測繪，2010，04：2-5.

[2]周鋒. 地理信息系統空間數據庫技術分析研究[D].東北林業大學，2010.

[3]江民彬. 非關系型與關系型空間數據庫對比分析與協同應用研究[D].首都師范大學，2013.