空间数据存储讲义[分享]

1. GIS中数据存储的特点
数据是信息系统的基础，一般认为数据是信息的载体，信息是数据的内涵。利用计算机来处理数据，提取信息是信息系统的基本功能。GIS处理的主要是和空间位置、空间关系有关的数据。一般来说，数据具有选择性、可靠性、时间性、完备性、详细性和综合性等特征。空间数据除了具有一般数据的特征之外，还具有一些区别于其他数据的特性：
1)．数据量大、结构复杂、关系多样化：空间对象是多种多样的，空间对象之间的关系也是多样化的，而且与应用有关；
2)．空间性：空间数据描述了空间物体的位置、形态，甚至需要描述物体的空间拓扑关系。空间性是空间数据区别于其他数据的标志特征；
3)．多尺度与多态性：不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度，同一地物在不同的情况下就会有形态差异；
4)．多时空性：一个GIS系统中的数据源既有同一时间不同空间的数据系列，也有同一空间不同时间序列的数据。GIS数据是包括不同时空和不同尺度数据源的集成；
5)．查询过程复杂：空间数据一般按空间特征和空间关系查询。由于空间对象的形状常常不规则，验证查询条件比较复杂；
6)．难以定义多维空间对象的空间次序：为了加快数据检索而建立空间索引是首先必须解决的难题。
2. 传统的数据存储方式
GIS脱胎于计算机制图，其图形数据可分为栅格数据和矢量数据两大类。早期的空间数据存储比较凌乱，往往以文件的形式来存储数据，其数据存储具有其独特之处。多数的GIS系统采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，从而提高了访问效率。
由于空间数据的特殊性，它要处理的数据都具有空间特征和空间关系，难以在关系模型中表达。而以空间数据表示的地物不仅具有空间信息，而且具有很多的非空间的附属信息。在早期的文件中，由于存储空间数据和属性数据所采用的格式不同，一般都将其分开存储，有些系统开始利用关系数据库来存储属性数据，而空间数据保持原有文件结构不变，通过在空间数据和属性数据之间建立关联的方法架起二者的桥梁。这样，维护两者的一致性并进行一体化管理便成为必须解决的问题。  

2. 基于RDBMS的空间数据库技术
由于传统的关系型数据库管理系统（RDBMS）产品还不能很好支持空间数据类型及其操作，在GIS技术的发展过程中出现了以下两种方法实现空间数据的存储：
1)．双重结构。把有关空间的数据分为两部分：非空间的属性数据存放于RDBMS中，空间数据存放于“空间数据子系统”中。通过“数据集成及用户接口”进行封装，对外是一个不可分割的元组。这种结构既保持了传统型空间数据存储高效检索的优点，又有效利用RDBMS的优势。但是整个数据库系统需要接口程序进行分解和合成，并且缺少全局优化。
2)．分层结构。在这种结构中，利用RDBMS所支持的数据类型，在RDBMS上增加一层，以实现空间数据类型及其操作。用RDBMS所支持的数据类型表示空间数据有多种方法，可以用点、直线段等简单的空间数据类型表示复杂的空间数据，也可以另外构造空间数据模型，以二进制流方式进行存储，依靠上层对数据进行解释。
不论采取何种方式，空间数据在RDBMS中的存储都不存在任何问题，关键是空间数据检索和关系运算，难以完成地理意义上的空间分析和查询。另外，表示空间数据的坐标、属性、拓扑关系等，用关系化的数据表格来表示也显得比较复杂。
3. 面向对象的空间数据库技术
随着面向对象（object oriented）思想的出现和面向对象方法学的应用，面向对象的思想也应用到空间数据模型的设计中。按照面向对象思想，每种地物都可以被抽象为某一类具有公共属性的对象，如点、线、面等。具体的地物则是该对象的一个实例，它还具有自己的属性。各种对象分层管理。这样就解决了空间数据与属性数据的一体化管理。空间信息较之传统数据库处理的一维信息更为复杂、琐碎，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法。  
4. 空间数据仓库
空间数据仓库和空间数据库在物理本质上均是对数据高效地存贮。空间数据仓库是建立在传统的数据库管理系统之上，依靠它们管理数据的存贮，而不管它们是集中式的，还是分布式的；是松耦合的，还是邦联式的。空间数据库负责原始数据的日常操作性应用，提供简单的空间查询和分析。空间数据仓库是在数据仓库的基础上，引入空间维数据，增加对空间数据的存贮、管理和分析能力，根据主题从不同的GIS应用系统中截取从瞬态到区段直到全体地理系统在不同规模时空尺度上的信息。通过专业模型对不同源数据库中的原始业务数据进行抽取和聚集，形成一个多维视角，为用户提供一个综合的、面向分析的决策支持环境。