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空间数据库技术分析与研究 摘要：空间数据库是近年来数据库技术研究的热点之一。本文主要论述了空间数据的特征、空间数据库的设计过程、空间数据库的逻辑模型以及空间数据库系统的结构。 关键词：空间数据库；空间数据库逻辑模型；空间数据库系统 中图分类号：p208 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02 1 引言 空间数据是用于描述有关空间实体的位置、形状和相互关系的数据，以坐标和拓扑关系的形式存储。它包含带有空间坐标及空间范围的任何相关数据，如二维、三维或更高维空间坐标、建筑设计图、地球经纬度、城市规划图等。在传统的关系型数据库模式中，只能处理单维属性的数据，不能存储空间数据的位置特征。所谓单维属性数据是指传统类型（包括数字型、字符型等）的数据，它不包括描述空间位置和形状的坐标信息和描述空间关系的拓扑信息。 空间数据的最常用的数据组织形式是空间数据库。传统数据库中存放单维属性的数据实体以及这些实体之间的联系，同样，空间数据库保存空间实体以及这些实体之间的空间关系。与传统数据库不同，空间数据库通常包含空间拓扑或距离信息，因此需要以复杂的多维空间索引来组织结构。 2 空间数据特征 2.1 属性特征。用以描述空间数据的特性，即用来说明“是什么”，如数据的类别、等级、数量、名称等。它指的是除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，如地形的坡度、波向、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖类型、交通流量等。 2.2 空间特征。用以描述空间数据的地理方位，如经纬度。空间特征指的是空间元素的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻元素的空间关系。空间位置可以通过坐标来描述。空间元素的形状和大小一般也是通过空间坐标来体现。通常情况下，人们对空间目标的定位不是通过记忆其空间坐标，而是确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系。但对于计算机系统而言，使用坐标是空间定位最直接最简单的方法。 2.3 时间特征。用以描述事物或现象随时间的变化，例如人口数的逐年变化、地貌的变化等。空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算得到的。由于有些空间数据随时间的变化相对较慢，因此往往被忽略。但设计良好的空间数据库应包含多个时态的信息，如何有效地利用多时态势数据在空间数据库中进行时空分析和动态模拟是空间数据库研究的热点问题之一。 3 空间数据库的设计过程 空间数据库从应用性质上可分为基础地理空间数据库和专题数据库。基础地理空间数据库包括：基础地形要素矢量数据、数字高程模型、数字正射影像、数字栅格地图和元数据；专题数据库包括： 土地利用数据、地籍数据、规划管理数据、道路数据等。 通过空间数据库的设计要确定空间数据库将采用的数据模型及数据结构，并提出空间数据库相关功能的实现方案。与关系数据库的设计过程相似，空间数据库设计也分为三部分内容：概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。 3.1 概念结构设计。进行概念结构设计首先要调查用户的需求，分析要建立的空间数据库中的所有实体；然后，确定各个实体的属性及空间特征，应尽量做到实体表述无歧义，并尽可能减少数据冗余，使数据存取方便、操作简单；第三步，建立实体间的联系，绘制空间e-r图，接着对e-r图进行调整和优化；最后，将空间e-r图转化为相应的数据模型。 3.2 逻辑结构设计。逻辑结构设计要把概念设计得到的e-r图转换为某种逻辑结构模型。传统数据库的逻辑模型包括层次、网状和关系三种。空间数据的逻辑结构模型可以分为：混合数据模型、全关系型空间数据模型、对象-关系型空间数据模型和面向对象空间数据模型四种。 （1）混合数据模型。在混合数据模型中，将空间数据和属性数据分开管理，空间数据与属性数据通过关键字连接。这种模型具有使用方便、实现简单的有点，因此被广泛使用。（2）全关系型空间数据模型。在全关系型空间数据模型中，空间数据和属性数据都采用关系模型进行设计。基于这种模型的空间数据库在关系型数据库管 理系统的基础上开发，使得