淺析在地理信息系統中對基礎數據的管理方式

勾連晧

關鍵詞：地理信息數據管理

摘要：地理信息系統，它能把各種信息用地理和相關的視圖結合起來，利用計算機圖形與數據庫技術來采集，分析數據，從而為土地利用，城市規劃以及政府部門管理提供新知識為工程設計和規劃，管理決策服務。作為基礎測繪數據，需要不斷地完善，不斷地更新技術，為社會提供更好的數字產品。

地理信息系統技術在中國的出現和發展已經經過了近20年的歷程，國內外著名的地理信息系統軟件在中國的各個行業均得到了廣泛應用，在所有利用地理信息系統技術建設的應用系統中，地理信息系統的一個最基本職能就是管理數字地形圖，讓用戶能夠輕松地利用它快速地檢索所需要地區的地形數據，并按照用戶需要的格式進行輸出。我們目前接觸過的地理信息系統有多種，但對其數據管理方式有所了解的并不多。

1、地理信息系統的數據管理方式

1 .1地理信息系統定義

地理信息系統是近十幾年來發展起來的一門綜合應用系統，它能把各種信息同地理位置和有關的視圖結合起來，并把地理學、幾何學、計算機科學及各種應用對象、GIS技術、遙感、GPS技術、Internte、多媒體技術及虛擬現實技術等融為一體，利用計算機圖形與數據庫技術來采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和輸出地理圖形及其屬性數據，從而為土地利用、資源評價與管理、環境監測、交通運輸、經濟建設、安全生產監督管理、城市規劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規劃、管理決策服務。

1.2空間數據的描述方式和特征

基礎數據的主要成果是與地理位置相關的信息，這種信息稱為空間信息或空間信息的描述信息。如果這些空間信息是以一系列X. Y. Z點串表現的點、線或多邊形，這種形式為矢量形式;還有一種以像素陣列方式表現的點、線或多邊形，如圖片、圖像等，這種方式稱為柵格形式。現在的基礎數據多為矢量形式，矢量形式是空間數據的主要表達方式之一，矢量數據庫的管理方法與空間數據的特征密切相關。空間數據主要具有以下幾個基本特征:

1.2.1每個空間對象都具有空間坐標，即空間對象隱含了空間分布特征;

1.2.2非結構化特征使它不滿足關系數據模型的范式要求，因而空間圖形數據難以直接采用關系數據庫管理系統;

1.2.3空間關系特征要求記錄拓撲信息以表達多種空間關系，因而增加了問題的復雜性;

1.2.4分類編碼特征，明確每一個、每組空間對象;

1.2.5海量數據特征等都對矢量數據的管理方法大大增加了難度。

1.3地理信息系統的數據管理方式

基于空間數據具有自身的上述特殊特征，國內外對空間數據的管理進行了大量研究和開發，長期以來，地理信息系統空間數據的管理方法主要有以下4種類型。

1.3.1文件與關系數據庫混合管理系統

由于空間數據具有其自身的上述特殊特征，這種關系數據庫管理系統難以滿足要求，因而大部分CIS軟件采用混合管理的模式。即用文件系統管理幾何圖形數據，用商用關系數據庫管理系統管理屬性數據，它們之間的聯系通過目標標識或者內部連接碼進行連接。

1.3.2全關系型空間數據庫管理系統

全關系型空間數據庫管理系統是指圖形和屬性數據都用現有的關系數據庫管理系統管理。關系數據庫管理系統的軟件不作任何擴展，由CIS軟件在此基礎上進行開發，使之不僅能管理結構化的屬性數據，也能管理非結構化的圖形數據。

1.3.3對象——關系數據庫管理系統

由于直接采用通用的關系數據庫管理系統的效率不高，而非結構化空間數據對GIS來說又十分重要，所以人們在關系數據庫管理系統中進行擴展，通過定義操縱各種空間對象的API函數，使之能直接存儲和管理非結構化的空間數據。

1.3.4面向對象空間數據庫管理系統

目前，面向對象數據模型是最適應于空間數據的表達和管理，因為它不僅支持變長記錄，而且支持對象嵌套、信息的繼承與聚集。面向對象的空間數據庫管理系統允許用戶定義對象的數據結構以及它的操作。因而可以將空間對象根據GIS的需求，定義出合適的數據結構和一組操作。

2、空間數據的無縫管理

現在的基礎數據均是將測區按某種比例尺劃分成若干圖幅進行，在測區表現和瀏覽方面不直觀。地理信息系統可以管理多種基礎數據，通過地理信息系統的空間數據的無縫管理，也就是將測量的成果成片的管理起來，形成一個完整的提供作體系，在基礎測繪的工作中，使我們可以直觀的了解整個測區，以達到最為理想的工作效果。

實現無縫空間數據庫有兩個不同的階段:

一是在邏輯概念上的“無縫”組織階段。所謂邏輯要領上的“無縫”組織，只是從用戶的視角來看待空間數據庫，它基于Morton碼的瓦片式大型地理空間數據庫設計思想，并建立了一個“無縫”GIS數據庫。然而，它們仍然只是一種邏輯概念上的“無縫”組織，能夠完成地理數據的幾何接邊和邏輯接邊，但物理上仍然按照圖幅的概念進行存儲管理，對同一地物實體在多個幾何標識和同一地物標識間進行后臺關聯處理，對用戶來說是不可見的，因而說是邏輯上的“無縫”組織。

優點:在用戶視點上，系統便于操作，在一定程度上解決了傳統地理空間數據庫的組織弱點。

缺點:因為其物理底層依然是分幅方式管理地圖，其分割地理實體的機制依舊，通過多個幾何標識進行后臺關聯處理使系統的靈活性降低;查詢檢索依然不便(通過關聯涉及多圖幅或多專題):地理實體的完整性與一致性維護;數據分步管理等對“關聯機制”的“壓力”;插入或修改數據庫會使“關聯機制”不得不作相應的變動。所以邏輯上的“無縫”在本質上依然沒有解決問題。

二是在邏輯上和物理概念上真正的地理空間數據庫無縫組織階段。物理概念上真正的地理數據無縫組織是從底層、從設計者的視角解決了傳統GIS的分幅管理的問題使客觀對象在地理數據庫中以唯一的幾何和物理標識被記錄，這樣從本質上(物理結構)使客觀世界中的完整地物對象得以在計算機中被存貯。這樣，不但從用戶視角看，其在邏輯上是無縫的，同時從設計者視角看，其物理地層結構也是無縫的。

優點:從內到外統一了邏輯與物理的“無縫”概念，從本質上解決了GIS數據組織上的弱點問題。

缺點:數據的入庫要求過于嚴格，在現實情況下有一定的難度;對己有GIS數據庫的改造工作量較大。

3、基礎數據管理方式改變后的思考

地理信息系統的多種空間數據管理方式，雖然形式有多種，但主要是為了實現空間數據的管理。如果真正利用地理信息系統來管理基礎數據，測繪工作者的任務還很艱巨，這就需要我們認真學習，在實踐中不斷的探索并大膽實踐。地理信息系統也是在詳細分析了空間數據整體特征的基礎上，確定了具有規定性的空間數據描述特征，也就是說測量數據要符合規定性的整體空間數據描述特征后，才可以被管理、再利用，這就要求測繪人員要努力提高自身素質，把握新事物的內在規律，掌握新的管理方式的基本要求。其次，測量工作的目的已不再是單純的測圖，隨著測繪技術的不斷更新，作為基礎測繪的測量成果需要共享、需要分發，被其他行業利用，需要測繪人員利用不斷更新的技術為社會提供更好的數字產品。