淺談空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的概念與發(fā)展趨勢(shì)

黃雅瓊

[摘 要]隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們開(kāi)始意識(shí)到空間數(shù)據(jù)的重要性。目前，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們工作生活等方面對(duì)空間數(shù)據(jù)的依賴(lài)越來(lái)越強(qiáng)，例如在城市規(guī)劃、交通、金融系統(tǒng)、軍事工程，或者在各類(lèi)設(shè)計(jì)（比如機(jī)械設(shè)備、建筑物、航空航天等）方面都發(fā)揮出巨大的作用?；诖?，本文介紹了空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的概念，以及空間數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展歷程，同時(shí)，也簡(jiǎn)要論述了新型GIS軟件“Geostar”，以及DEM、矢量數(shù)據(jù)一體化的管理模式，并針對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)估，旨在全面提升我國(guó)的信息工程水平。

[關(guān)鍵詞]空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)；發(fā)展趨勢(shì)；GIS

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.08.073

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP392；P208 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2019）08-0-02

0 引 言

作為GIS系統(tǒng)的重要核心，空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的進(jìn)步有利于GIS軟件進(jìn)行創(chuàng)新。按照字面上的理解，空間數(shù)據(jù)是針對(duì)具體的目標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)的方式將空間實(shí)體的結(jié)構(gòu)以及位置、性狀特征進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理。按照廣義的視角，空間數(shù)據(jù)通常被稱(chēng)為幾何數(shù)據(jù)，一般是用來(lái)標(biāo)注某個(gè)物體的坐標(biāo)位以及形狀、大小等信息，是人類(lèi)對(duì)事物的不同表象與形狀進(jìn)行定量描述的重要方式。通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，依據(jù)地圖中的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)和事物信息數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，以及空間內(nèi)幾何特征的不同，能夠?qū)⒖臻g數(shù)據(jù)分為圖形與圖像兩部分。

1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)模式的內(nèi)容

與其他數(shù)據(jù)模式不同，空間數(shù)據(jù)內(nèi)容復(fù)雜且涉及面廣，與不同學(xué)科之間的交叉性強(qiáng)，僅使用普通商用，或者民用類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式無(wú)法滿(mǎn)足具體的管理需求。因此，相關(guān)部門(mén)必須要結(jié)合具體情況，針對(duì)空間數(shù)據(jù)的特性制定幾種不同的管理模式，以滿(mǎn)足不同工作環(huán)境下的管理需求。

1.1 文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理系統(tǒng)

空間數(shù)據(jù)具有空間位置、非結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、分類(lèi)編碼以及海量數(shù)據(jù)的特征，相關(guān)部門(mén)在處理數(shù)據(jù)時(shí)必須要制定專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。但是，構(gòu)建獨(dú)立的系統(tǒng)需要耗費(fèi)大量的人力、物力，且性?xún)r(jià)比不高，因此，通常情況下，企業(yè)采用GIS軟件利用數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理模式。所謂混合管理模式，就是指利用文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)管理與控制幾何圖形的數(shù)據(jù)，或者采用商用或民用關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，管理與整合屬性數(shù)據(jù)，其中，這些數(shù)據(jù)利用目標(biāo)標(biāo)識(shí)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。

值得注意的是，相關(guān)部門(mén)在使用文件和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理模式的過(guò)程中，幾何圖形和屬性數(shù)據(jù)在原本的OID關(guān)鍵字外，數(shù)據(jù)是完全獨(dú)立的。從幾何圖形的視角看，GIS系統(tǒng)使用的是一種高級(jí)編程語(yǔ)言，能夠直接操作與調(diào)用數(shù)據(jù)文件，因此，圖形用戶(hù)界面和圖形文件處理是一個(gè)完整體，兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并未存在明顯間隔。從屬性數(shù)據(jù)的視角看，由于系統(tǒng)與歷史發(fā)展過(guò)程中的某些原因，該系統(tǒng)內(nèi)部存在一定的差異性。原來(lái)的系統(tǒng)因?yàn)閷傩詳?shù)據(jù)的自身原因，要結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理機(jī)制；圖形處理用戶(hù)的獨(dú)特屬性分離了用戶(hù)界面，只能用機(jī)內(nèi)碼進(jìn)行連接。該種連接方式是因?yàn)樵缙诘臄?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)并沒(méi)有具備兼容性能好的高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（比如Fortran，或者C語(yǔ)言）的相關(guān)接口，能夠使用的只有數(shù)據(jù)庫(kù)操縱語(yǔ)言，且必須在同一時(shí)間內(nèi)，切換使用兩種不同的系統(tǒng)（即GIS圖形系統(tǒng)，以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）。該方式操作相當(dāng)不便，效率低下。

1.2 全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，指圖形與屬性數(shù)據(jù)采用現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理機(jī)制管理系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，指在沿用軟件廠(chǎng)商在制作過(guò)程中，并沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理系統(tǒng)以及功能加入相應(yīng)的擴(kuò)展項(xiàng)目，主要是通過(guò)GIS軟件商在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)管理結(jié)構(gòu)化的目標(biāo)，關(guān)聯(lián)與整合非結(jié)構(gòu)化的圖形和相關(guān)數(shù)據(jù)。

通常情況下，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理存在兩種不同的管理模式。①在關(guān)系模型的基礎(chǔ)上，圖形數(shù)據(jù)依據(jù)不同的關(guān)系數(shù)據(jù)構(gòu)成。采用該種模式的計(jì)算過(guò)程冗雜，且需要進(jìn)行其他關(guān)系的運(yùn)算，計(jì)算時(shí)間延長(zhǎng)。比如想要顯示出一個(gè)不規(guī)則的多邊形，就必須要確定構(gòu)成這個(gè)多邊形的不同坐標(biāo)。一般情況下還需要使用5個(gè)關(guān)系表來(lái)進(jìn)行投影計(jì)算，內(nèi)容如（1）。類(lèi)似這種簡(jiǎn)單的計(jì)算就必須要投入復(fù)雜的關(guān)系連接以及運(yùn)算，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且效率不高。②利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理圖形數(shù)據(jù)，要把圖形數(shù)據(jù)變長(zhǎng)，并將其處理為Binary二進(jìn)制塊Block字段。現(xiàn)階段市面上主流的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，都設(shè)置了二進(jìn)制塊的字段域，能夠滿(mǎn)足多媒體呈可變長(zhǎng)文本字符的需要。而GIS可以將這一功能作為某個(gè)二進(jìn)制塊，并進(jìn)行系統(tǒng)存儲(chǔ)管理。雖然運(yùn)用該種方式能夠避免許多不必要的關(guān)系連接操作，但是，二進(jìn)制塊的讀寫(xiě)效率相對(duì)較慢，尤其在涉及程序嵌套方面，速度相當(dāng)有限。

Selet x，y

From p，e，n，c

Where p*p#=e*p# and e*e#=n*e（1）

2 面向?qū)ο笫笘乓惑w化的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

2.1 定義

本文中提及的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，是以圖形矢量空間數(shù)據(jù)的管理所使用的一種針對(duì)性措施。除了圖形矢量數(shù)據(jù)外，還有常用影像數(shù)據(jù)以及DEM數(shù)據(jù)等。怎樣把矢量、影響以及屬性等不同類(lèi)別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，是目前空間數(shù)據(jù)庫(kù)研究的難題。而運(yùn)用面向?qū)ο笫笘乓惑w化空間數(shù)據(jù)模型能夠有效地解決這個(gè)問(wèn)題。

面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w數(shù)據(jù)模型是整合對(duì)象技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)后形成的一種功能化管理模式。對(duì)象技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種補(bǔ)充發(fā)展形態(tài)，在各種領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。20世紀(jì)的80年代中期到90年代末期，人們開(kāi)始為了提升空間庫(kù)的管理效率，開(kāi)始重視對(duì)象技術(shù)在GIS領(lǐng)域中的作用，在此基礎(chǔ)上，相關(guān)軟件的功能與擴(kuò)展性也得到了提高。像早期的GIS軟件System 9.5，代表了關(guān)于面向?qū)ο驡IS開(kāi)始在國(guó)內(nèi)普及，并對(duì)面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w數(shù)據(jù)模型起到了重要的推動(dòng)與發(fā)展作用。隨后推出Small Word以及近年來(lái)最新研制出的ARC/info 9.0，也都深受廣大用戶(hù)的認(rèn)可。依據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)來(lái)看，對(duì)象數(shù)據(jù)模型中最重要的就是object（對(duì)象）。所謂的對(duì)象，就是人們對(duì)于客觀(guān)世界內(nèi)存在的實(shí)體進(jìn)行抽象的一種反應(yīng)。在空間對(duì)象結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)較為明顯的特性：一是幾何特征。幾何特征就是指空間對(duì)象具有一定的形狀、大小以及某個(gè)具體的位置；二是具有相應(yīng)的物理特征。例如，某空間對(duì)象的結(jié)構(gòu)屬性是山體、道路，或者是某個(gè)建筑物。按照物理特征的理解，通常在采集空間對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)與信息后，再對(duì)其設(shè)置相應(yīng)的編碼；按照幾何特征的角度來(lái)看，空間對(duì)象在GIS系統(tǒng)中能夠轉(zhuǎn)化為零維、一維以及二維的對(duì)象，這些對(duì)象統(tǒng)稱(chēng)為線(xiàn)性對(duì)象。二維對(duì)象的抽象稱(chēng)之為面對(duì)象。企業(yè)如果想要準(zhǔn)確表達(dá)空間對(duì)象以及周?chē)h(huán)境的形狀，就必須要采用注記的方式來(lái)注記對(duì)象。以GEOSTAR軟件為例，GEOSTAR軟件具有高度的集成化性質(zhì)，因此在該數(shù)據(jù)模型當(dāng)中，通常包括4個(gè)類(lèi)別的空間對(duì)象，分別是點(diǎn)對(duì)象、線(xiàn)對(duì)象、面對(duì)象、注記對(duì)象。不同的對(duì)象之間，要按照不同的物理性質(zhì)來(lái)區(qū)分為地物，一或者多個(gè)類(lèi)組，而不同的組類(lèi)也就構(gòu)成了個(gè)或者個(gè)地物層，為數(shù)據(jù)的采集與整理提供了重要的便利。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w數(shù)據(jù)模型，是通過(guò)影象、矢量以及集成化空間數(shù)據(jù)構(gòu)成的3個(gè)子庫(kù)，在這3個(gè)子庫(kù)的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行相應(yīng)的空間分析、制圖等。除此之外，為了提高數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性和管理效率，可以先設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，以確保其能夠在矢量數(shù)據(jù)庫(kù)管理機(jī)制中靈活運(yùn)用DEM數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。同時(shí)在DEM數(shù)據(jù)庫(kù)中能夠?qū)?dòng)態(tài)鏈庫(kù)中，調(diào)用出矢量數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行深層、多元化的數(shù)據(jù)分析與制圖。面向?qū)ο蠹苫目臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，不但具備直觀(guān)、高效的數(shù)據(jù)管理能力，還以GERSTAR為基礎(chǔ)，開(kāi)始對(duì)全國(guó)1：90萬(wàn)以及1：30萬(wàn)的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)進(jìn)行智能化、高效化管理。基于相應(yīng)的影像、矢量以及DEM數(shù)據(jù)的省級(jí)基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)現(xiàn)已建成，可覆蓋全省的STOP以及TM融合的影像數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)，同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)還能夠按照不同用戶(hù)的需求，設(shè)定相應(yīng)的比例檢索各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行放大處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成化管理。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文在介紹空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的同時(shí)，還對(duì)矢量和屬性數(shù)據(jù)管理進(jìn)行了探討，并針對(duì)新一代空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理機(jī)制進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。除此之外，在“三庫(kù)一體”的思想引導(dǎo)下，空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)促進(jìn)了國(guó)家空間數(shù)據(jù)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“新時(shí)期的數(shù)字化地球”的戰(zhàn)略方針提供重要依據(jù)。

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