浅谈空间数据库管理系统的概念与发展趋势

黄雅琼

[摘 要]随着社会的不断进步，人们开始意识到空间数据的重要性。目前，国家的经济发展以及人们工作生活等方面对空间数据的依赖越来越强，例如在城市规划、交通、金融系统、军事工程，或者在各类设计（比如机械设备、建筑物、航空航天等）方面都发挥出巨大的作用。基于此，本文介绍了空间数据库管理系统的概念，以及空间数据库的发展历程，同时，也简要论述了新型GIS软件“Geostar”，以及DEM、矢量数据一体化的管理模式，并针对空间数据库管理系统的发展趋势进行预估，旨在全面提升我国的信息工程水平。

[关键词]空间数据库管理系统；发展趋势；GIS

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.08.073

[中图分类号]TP392；P208 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2019）08-0-02

0 引 言

作为GIS系统的重要核心，空间数据管理系统的进步有利于GIS软件进行创新。按照字面上的理解，空间数据是针对具体的目标，通过数据的方式将空间实体的结构以及位置、性状特征进行数据化处理。按照广义的视角，空间数据通常被称为几何数据，一般是用来标注某个物体的坐标位以及形状、大小等信息，是人类对事物的不同表象与形状进行定量描述的重要方式。通过先进的计算机系统，依据地图中的每个坐标点和事物信息数据的表现形式，以及空间内几何特征的不同，能够将空间数据分为图形与图像两部分。

1 空间数据库管理系统模式的内容

与其他数据模式不同，空间数据内容复杂且涉及面广，与不同学科之间的交叉性强，仅使用普通商用，或者民用类型的数据库管理模式无法满足具体的管理需求。因此，相关部门必须要结合具体情况，针对空间数据的特性制定几种不同的管理模式，以满足不同工作环境下的管理需求。

1.1 文件和关系数据库混合管理系统

空间数据具有空间位置、非结构、空间关系、分类编码以及海量数据的特征，相关部门在处理数据时必须要制定专业的数据库管理系统。但是，构建独立的系统需要耗费大量的人力、物力，且性价比不高，因此，通常情况下，企业采用GIS软件利用数据库混合管理模式。所谓混合管理模式，就是指利用文件系统的基础结构管理与控制几何图形的数据，或者采用商用或民用关系的数据库管理系统，管理与整合属性数据，其中，这些数据利用目标标识的方式实现数据连接。

值得注意的是，相关部门在使用文件和关系数据库混合管理模式的过程中，几何图形和属性数据在原本的OID关键字外，数据是完全独立的。从几何图形的视角看，GIS系统使用的是一种高级编程语言，能够直接操作与调用数据文件，因此，图形用户界面和图形文件处理是一个完整体，两种数据结构并未存在明显间隔。从属性数据的视角看，由于系统与历史发展过程中的某些原因，该系统内部存在一定的差异性。原来的系统因为属性数据的自身原因，要结合关系数据库管理机制；图形处理用户的独特属性分离了用户界面，只能用机内码进行连接。该种连接方式是因为早期的数据库管理系统并没有具备兼容性能好的高级计算机语言（比如Fortran，或者C语言）的相关接口，能够使用的只有数据库操纵语言，且必须在同一时间内，切换使用两种不同的系统（即GIS图形系统，以及关系数据库管理系统）。该方式操作相当不便，效率低下。

1.2 全關系型空间数据库管理系统

全关系型空间数据管理系统，指图形与属性数据采用现有的关系数据库管理机制管理系统。关系数据库，指在沿用软件厂商在制作过程中，并没有对数据库的管理系统以及功能加入相应的扩展项目，主要是通过GIS软件商在此基础上进行深入开发，从而实现管理结构化的目标，关联与整合非结构化的图形和相关数据。

通常情况下，关系数据库管理存在两种不同的管理模式。①在关系模型的基础上，图形数据依据不同的关系数据构成。采用该种模式的计算过程冗杂，且需要进行其他关系的运算，计算时间延长。比如想要显示出一个不规则的多边形，就必须要确定构成这个多边形的不同坐标。一般情况下还需要使用5个关系表来进行投影计算，内容如（1）。类似这种简单的计算就必须要投入复杂的关系连接以及运算，费时费力，且效率不高。②利用关系数据库管理系统进行管理图形数据，要把图形数据变长，并将其处理为Binary二进制块Block字段。现阶段市面上主流的关系数据库管理系统，都设置了二进制块的字段域，能够满足多媒体呈可变长文本字符的需要。而GIS可以将这一功能作为某个二进制块，并进行系统存储管理。虽然运用该种方式能够避免许多不必要的关系连接操作，但是，二进制块的读写效率相对较慢，尤其在涉及程序嵌套方面，速度相当有限。

Selet x，y

From p，e，n，c

Where p*p#=e*p# and e*e#=n*e（1）

2 面向对象矢栅一体化的空间数据库管理系统

2.1 定义

本文中提及的空间数据库管理系统，是以图形矢量空间数据的管理所使用的一种针对性措施。除了图形矢量数据外，还有常用影像数据以及DEM数据等。怎样把矢量、影响以及属性等不同类别的数据结构进行统一化、标准化管理，是目前空间数据库研究的难题。而运用面向对象矢栅一体化空间数据模型能够有效地解决这个问题。

面向对象的矢栅一体数据模型是整合对象技术和空间数据库技术后形成的一种功能化管理模式。对象技术是目前计算机技术的一种补充发展形态，在各种领域中发挥着重要作用。20世纪的80年代中期到90年代末期，人们开始为了提升空间库的管理效率，开始重视对象技术在GIS领域中的作用，在此基础上，相关软件的功能与扩展性也得到了提高。像早期的GIS软件System 9.5，代表了关于面向对象GIS开始在国内普及，并对面向对象的矢栅一体数据模型起到了重要的推动与发展作用。随后推出Small Word以及近年来最新研制出的ARC/info 9.0，也都深受广大用户的认可。依据对象数据模型的结构来看，对象数据模型中最重要的就是object（对象）。所谓的对象，就是人们对于客观世界内存在的实体进行抽象的一种反应。在空间对象结构中，有两个较为明显的特性：一是几何特征。几何特征就是指空间对象具有一定的形状、大小以及某个具体的位置；二是具有相应的物理特征。例如，某空间对象的结构属性是山体、道路，或者是某个建筑物。按照物理特征的理解，通常在采集空间对象的相关数据与信息后，再对其设置相应的编码；按照几何特征的角度来看，空间对象在GIS系统中能够转化为零维、一维以及二维的对象，这些对象统称为线性对象。二维对象的抽象称之为面对象。企业如果想要准确表达空间对象以及周围环境的形状，就必须要采用注记的方式来注记对象。以GEOSTAR软件为例，GEOSTAR软件具有高度的集成化性质，因此在该数据模型当中，通常包括4个类别的空间对象，分别是点对象、线对象、面对象、注记对象。不同的对象之间，要按照不同的物理性质来区分为地物，一或者多个类组，而不同的组类也就构成了个或者个地物层，为数据的采集与整理提供了重要的便利。

2.2 发展趋势

面向对象的矢栅一体数据模型，是通过影象、矢量以及集成化空间数据构成的3个子库，在这3个子库的基础上还可以进行相应的空间分析、制图等。除此之外，为了提高数据的关联性和管理效率，可以先设置相应的动态链接库，以确保其能够在矢量数据库管理机制中灵活运用DEM数据库系统。同时在DEM数据库中能够将动态链库中，调用出矢量数据库进行深层、多元化的数据分析与制图。面向对象集成化的空间数据库管理系统，不但具备直观、高效的数据管理能力，还以GERSTAR为基础，开始对全国1：90万以及1：30万的基础地理信息系统进行智能化、高效化管理。基于相应的影像、矢量以及DEM数据的省级基础地理信息系统现已建成，可覆盖全省的STOP以及TM融合的影像数据与矢量数据，同时，整个系统还能够按照不同用户的需求，设定相应的比例检索各种数据，并进行放大处理，实现数据的集成化管理。

3 结 语

本文在介绍空间数据库管理系统的同时，还对矢量和属性数据管理进行了探讨，并针对新一代空间数据库管理机制进行了简要論述。除此之外，在“三库一体”的思想引导下，空间数据库管理系统促进了国家空间数据设施的建设与发展，为实现“新时期的数字化地球”的战略方针提供重要依据。

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