淺談空間數據庫管理系統的概念與發展趨勢

黃雅瓊

[摘 要]隨著社會的不斷進步，人們開始意識到空間數據的重要性。目前，國家的經濟發展以及人們工作生活等方面對空間數據的依賴越來越強，例如在城市規劃、交通、金融系統、軍事工程，或者在各類設計（比如機械設備、建筑物、航空航天等）方面都發揮出巨大的作用。基于此，本文介紹了空間數據庫管理系統的概念，以及空間數據庫的發展歷程，同時，也簡要論述了新型GIS軟件“Geostar”，以及DEM、矢量數據一體化的管理模式，并針對空間數據庫管理系統的發展趨勢進行預估，旨在全面提升我國的信息工程水平。

[關鍵詞]空間數據庫管理系統；發展趨勢；GIS

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.08.073

[中圖分類號]TP392；P208 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2019）08-0-02

0 引 言

作為GIS系統的重要核心，空間數據管理系統的進步有利于GIS軟件進行創新。按照字面上的理解，空間數據是針對具體的目標，通過數據的方式將空間實體的結構以及位置、性狀特征進行數據化處理。按照廣義的視角，空間數據通常被稱為幾何數據，一般是用來標注某個物體的坐標位以及形狀、大小等信息，是人類對事物的不同表象與形狀進行定量描述的重要方式。通過先進的計算機系統，依據地圖中的每個坐標點和事物信息數據的表現形式，以及空間內幾何特征的不同，能夠將空間數據分為圖形與圖像兩部分。

1 空間數據庫管理系統模式的內容

與其他數據模式不同，空間數據內容復雜且涉及面廣，與不同學科之間的交叉性強，僅使用普通商用，或者民用類型的數據庫管理模式無法滿足具體的管理需求。因此，相關部門必須要結合具體情況，針對空間數據的特性制定幾種不同的管理模式，以滿足不同工作環境下的管理需求。

1.1 文件和關系數據庫混合管理系統

空間數據具有空間位置、非結構、空間關系、分類編碼以及海量數據的特征，相關部門在處理數據時必須要制定專業的數據庫管理系統。但是，構建獨立的系統需要耗費大量的人力、物力，且性價比不高，因此，通常情況下，企業采用GIS軟件利用數據庫混合管理模式。所謂混合管理模式，就是指利用文件系統的基礎結構管理與控制幾何圖形的數據，或者采用商用或民用關系的數據庫管理系統，管理與整合屬性數據，其中，這些數據利用目標標識的方式實現數據連接。

值得注意的是，相關部門在使用文件和關系數據庫混合管理模式的過程中，幾何圖形和屬性數據在原本的OID關鍵字外，數據是完全獨立的。從幾何圖形的視角看，GIS系統使用的是一種高級編程語言，能夠直接操作與調用數據文件，因此，圖形用戶界面和圖形文件處理是一個完整體，兩種數據結構并未存在明顯間隔。從屬性數據的視角看，由于系統與歷史發展過程中的某些原因，該系統內部存在一定的差異性。原來的系統因為屬性數據的自身原因，要結合關系數據庫管理機制；圖形處理用戶的獨特屬性分離了用戶界面，只能用機內碼進行連接。該種連接方式是因為早期的數據庫管理系統并沒有具備兼容性能好的高級計算機語言（比如Fortran，或者C語言）的相關接口，能夠使用的只有數據庫操縱語言，且必須在同一時間內，切換使用兩種不同的系統（即GIS圖形系統，以及關系數據庫管理系統）。該方式操作相當不便，效率低下。

1.2 全關系型空間數據庫管理系統

全關系型空間數據管理系統，指圖形與屬性數據采用現有的關系數據庫管理機制管理系統。關系數據庫，指在沿用軟件廠商在制作過程中，并沒有對數據庫的管理系統以及功能加入相應的擴展項目，主要是通過GIS軟件商在此基礎上進行深入開發，從而實現管理結構化的目標，關聯與整合非結構化的圖形和相關數據。

通常情況下，關系數據庫管理存在兩種不同的管理模式。①在關系模型的基礎上，圖形數據依據不同的關系數據構成。采用該種模式的計算過程冗雜，且需要進行其他關系的運算，計算時間延長。比如想要顯示出一個不規則的多邊形，就必須要確定構成這個多邊形的不同坐標。一般情況下還需要使用5個關系表來進行投影計算，內容如（1）。類似這種簡單的計算就必須要投入復雜的關系連接以及運算，費時費力，且效率不高。②利用關系數據庫管理系統進行管理圖形數據，要把圖形數據變長，并將其處理為Binary二進制塊Block字段。現階段市面上主流的關系數據庫管理系統，都設置了二進制塊的字段域，能夠滿足多媒體呈可變長文本字符的需要。而GIS可以將這一功能作為某個二進制塊，并進行系統存儲管理。雖然運用該種方式能夠避免許多不必要的關系連接操作，但是，二進制塊的讀寫效率相對較慢，尤其在涉及程序嵌套方面，速度相當有限。

Selet x，y

From p，e，n，c

Where p*p#=e*p# and e*e#=n*e（1）

2 面向對象矢柵一體化的空間數據庫管理系統

2.1 定義

本文中提及的空間數據庫管理系統，是以圖形矢量空間數據的管理所使用的一種針對性措施。除了圖形矢量數據外，還有常用影像數據以及DEM數據等。怎樣把矢量、影響以及屬性等不同類別的數據結構進行統一化、標準化管理，是目前空間數據庫研究的難題。而運用面向對象矢柵一體化空間數據模型能夠有效地解決這個問題。

面向對象的矢柵一體數據模型是整合對象技術和空間數據庫技術后形成的一種功能化管理模式。對象技術是目前計算機技術的一種補充發展形態，在各種領域中發揮著重要作用。20世紀的80年代中期到90年代末期，人們開始為了提升空間庫的管理效率，開始重視對象技術在GIS領域中的作用，在此基礎上，相關軟件的功能與擴展性也得到了提高。像早期的GIS軟件System 9.5，代表了關于面向對象GIS開始在國內普及，并對面向對象的矢柵一體數據模型起到了重要的推動與發展作用。隨后推出Small Word以及近年來最新研制出的ARC/info 9.0，也都深受廣大用戶的認可。依據對象數據模型的結構來看，對象數據模型中最重要的就是object（對象）。所謂的對象，就是人們對于客觀世界內存在的實體進行抽象的一種反應。在空間對象結構中，有兩個較為明顯的特性：一是幾何特征。幾何特征就是指空間對象具有一定的形狀、大小以及某個具體的位置；二是具有相應的物理特征。例如，某空間對象的結構屬性是山體、道路，或者是某個建筑物。按照物理特征的理解，通常在采集空間對象的相關數據與信息后，再對其設置相應的編碼；按照幾何特征的角度來看，空間對象在GIS系統中能夠轉化為零維、一維以及二維的對象，這些對象統稱為線性對象。二維對象的抽象稱之為面對象。企業如果想要準確表達空間對象以及周圍環境的形狀，就必須要采用注記的方式來注記對象。以GEOSTAR軟件為例，GEOSTAR軟件具有高度的集成化性質，因此在該數據模型當中，通常包括4個類別的空間對象，分別是點對象、線對象、面對象、注記對象。不同的對象之間，要按照不同的物理性質來區分為地物，一或者多個類組，而不同的組類也就構成了個或者個地物層，為數據的采集與整理提供了重要的便利。

2.2 發展趨勢

面向對象的矢柵一體數據模型，是通過影象、矢量以及集成化空間數據構成的3個子庫，在這3個子庫的基礎上還可以進行相應的空間分析、制圖等。除此之外，為了提高數據的關聯性和管理效率，可以先設置相應的動態鏈接庫，以確保其能夠在矢量數據庫管理機制中靈活運用DEM數據庫系統。同時在DEM數據庫中能夠將動態鏈庫中，調用出矢量數據庫進行深層、多元化的數據分析與制圖。面向對象集成化的空間數據庫管理系統，不但具備直觀、高效的數據管理能力，還以GERSTAR為基礎，開始對全國1：90萬以及1：30萬的基礎地理信息系統進行智能化、高效化管理。基于相應的影像、矢量以及DEM數據的省級基礎地理信息系統現已建成，可覆蓋全省的STOP以及TM融合的影像數據與矢量數據，同時，整個系統還能夠按照不同用戶的需求，設定相應的比例檢索各種數據，并進行放大處理，實現數據的集成化管理。

3 結 語

本文在介紹空間數據庫管理系統的同時，還對矢量和屬性數據管理進行了探討，并針對新一代空間數據庫管理機制進行了簡要論述。除此之外，在“三庫一體”的思想引導下，空間數據庫管理系統促進了國家空間數據設施的建設與發展，為實現“新時期的數字化地球”的戰略方針提供重要依據。

主要參考文獻

[1]張歡，周衛軍.基于GIS平臺的數字化城市管理系統設計與實

現[J].宜春學院學報，2016（12）.

[2]丁艷麗，紀鵬飛，孫露儀.基于空間數據庫的柵格數據存儲管理關鍵技術研究[J].地理空間數據庫管理，2015（3）.

[3]陳前，張偉忠，王瑋.BIM技術在城市軌道交通建設工程質量與安全管理中的落地應用[C]//第二屆全國BIM學術會議論文集，2016..

[4]龔健雅.空間數據庫管理系統的概念與發展趨勢[J].測繪科學，2001（3）.

[5]劉少雄.基于XML的空間元數據管理系統的研究與設計[D].武

漢：中國地質大學，2003.

[6]周艷芳.空間數據庫的概念及發展趨勢探究[J].產業與科技論壇，2018（2）.

[7]張毅.構建面向網格的空間數據庫引擎[D].鄭州：中國人民解放軍信息工程大學，2004.