国内外空间数据库研究l 技术现状l 存在问题l 发展趋势 学院:遥感学院 系别:地理信息系统 学号:20101316021 姓名:李玉婷1.空间数据库技术的研究现状目前能够支持用大型关系数据库管理空间数据有ESRI的SDE、Oracle的Spatial Car2tridge、Informix的Spatial Datablade、Map Info的SpatialWare等1418国产GIS软件SuperMap也支持关系数据库存储管理空间数据,它们构成了能为GIS应用系统提供和管理空间数据的服务器。OpenGIS联盟已提出了SQL的简单空间特征规范(“OpenGIS Simple FeaturesSpecification For SQL”),以上所述的GIS软件产品都遵从该规范11,15。采用关系库管理空间数据库将成为GIS发展潮流,这将增加空间数据的互操作性,并使GIS融入IT行业,最终使GIS应用真正走向企业化和社会化。目前GIS软件开发过程中空间数据库建立的主流模式基本上有3种:一是采用国内外GIS厂商提供的中间件加主流数据库,比较典型的就是采用ArcSDE+商业数据库系统,SpatiaWlare+Oracle等等;二是直接采用数据库厂商提供的空间数据库扩展模块,例如Oracle Spatial,SpatialDataBlade和Spatial Extender等等;最后一种模式是自行开发空间数据库引擎,这种模式比较适合规模比较大,技术力量比较强大的GIS厂商,如超图公司开发的SuperMap SDX+等.大多数国内GIS软件开发公司采用第一种和第二种解决方案,这两种方案代表了空间数据库技术的主要发展方向。现势性是地理信息系统的“生命”,直接影响着其使用价值与可持续发展。随着地理信息系统建设的不断推进与广泛应用,地理信息系统建设的工作重心已经由初始的数据生产向数据更新与服务进行转变。生产与应用的迫切需求提出了很多新的问题,同时也极大地推动了相关理论、技术及方法的发展。其中,空间数据库更新即是这一背景下提出的新问题,相关的理论和关键技术已经成为当前空间信息科学领域的国际研究与应用前沿。近几年来,欧洲、美国、日本等一些经济发达国家针对这一新的形势,相关的地理信息部门已将工作重点从空间数据库建库转移到更新与应用,在建立更新机制、利用遥感影像获取变化信息、历史数据存取等方面做了大量工作,取得了一些初步成果。我国在此方面也开展了大量工作,2002年完成了对1998年建成的全国1:25万地形数据库的首次更新,2006年初完成全国1:5万地形数据库的初始数字化建库,并于2007年根据国民经济建设与社会发展的迫切需求,启动了对全国1:5万地形数据库的全面更新。空间数据库更新不同于初始的数字化建库,它是综合利用各种来源的现势性资料,确定和测定地理要素的位置变化及属性变化,对原有数据库的地理空间要素进行增删、替换、关系协调等更新处理,生成新版数据体,记录变化信息,并更新用户数据库。20世纪70年代，美国人TonyDaugherty提出数据库“性能优化”概念，并指出它是通过优化查询设计以降低数据库响应时间。大约十年后， PerformaneeTunlngBasies提出“性能调整”的概念，并指出它是一项通过修改系统参数、改善系统配置(硬件调整)、优化组件应用来改变系统性能的活动。目前，数据库业界(如oracle、 MssQLServer等)较为一致的看法是:性能调整与优化是通过最大限度地减少网络流通、磁盘1/0和CPU时间以达到查询的响应时间最短和最大限度地提高数据库服务吞吐量的目的。同时，在数据库发展应用中，人们逐渐认识到数据库性能调整与优化技术也是保证数据库和应用系统稳定、高效运行的一项重要技术。2.目前空间数据库技术所存在的问题空间数据库是地理信息系统建设的核心,地理信息系统几次重大的技术转折都与空间数据库管理系统技术的突破相关.数据库技术的发展经历了4个阶段,即文件系统、层次数据库系统、网状数据库系统和关系数据库系统.随着面向对象的软件方法在软件开发中的广泛的应用,一种新型的数据库“面向对象的数据库”近年来逐步发展起来.使用面向对象的模型存储空间地物是高效的、易于理解的,但面向对象型数据库不支持基于工业标准的SQL语句,同时与其他类型数据库没有良好的兼容关系,这限制了它的使用范围与应用前景.因此目前关系型数据库在整个数据库应用领域占据着主导地位.由于传统的关系数据库仅支持一些传统的简单的数据类型,不能满足像视频、音频、图形和图像等类型的多媒体数据,更不能满足像空间数据这样更为复杂的数据的要求.于是各大GIS厂商和数据库公司同时发展和扩展了关系型数据库,形成了介于关系数据库和对象数据库之间的对象-关系型数据库.这种数据库可以将复杂的数据类型(例如空间数据)作为对象放入关系数据库中,并且提供索引机制和简单的操作。我国基础空间数据库建设有两种途径。一是通过直接对已有地形图(包括模拟地形图和数字地形图)进行数字化而形成;二是进行地形图生产的同时,利用同一数据源,采用与地形图相同的地理要素建立空间数据库。由于人们对地图数据库和空间数据库的认识模式以及在地理信息系统设计建库的初期,对数据库理解还不够透彻,因此,初建的/空间数据库带有很多的地图数据特征,同时,新建的/空间数据库又因为库.现有空间数据库建设存在的问题地图数据库和空间数据库的建设模式应该说是可行的,但必须充分认识到地图数据库和空间数据库的区别。首先,两者的要求、规范或是标准不相同。空间数据库需要各个地理信息间的相互关系,如拓扑关系,因为基于地理信息系统的空间分析要求具有空间关系,但地图数据库中的地图不需要;其次,地图按照图式规范要求考虑的是美观、均匀、信息密度取用或采集合适,因此可以编辑、变更地理信息,比如可以/不依比例尺绘制地理要素、地理实体可以被综合等,而这一切,空间数据库是不允许的。事实上,目前大多数地区或部门建立的空间数据库都对部分地理信息进行了人为的修饰或综合,这是违反空间数据库建立原则的,尽管这些修饰和综合有利于编辑某一比例尺地形图,却限制了地理信息系统将其作为地理信息的其他应用。由于在概念上混淆了空间数据库和地图数据库的区别,在数据库建设过程中直接按对地图的认识(所谓/地图比喻)和要求来采集地理信息,因此现已建立的许多/空间数据库存在诸多问题。比如,现有的/空间数据库将同一区域的地理信息在逻辑关系上分隔开来,形成了许多比例尺某某,使得同一条地理信息在多个数据库里有着不同的拷贝,这不符合数据库设计的基本要求,也为地理信息系统的应用以及空间数据库的更新额外增加了负担。再者,某些空间数据库存在结构不甚合理,记录信息不够全面,甚至于缺少精度、分辨率、时间戳等基本信息字段,使之提供地理信息系统应用的能力大为减弱。还有,某些空间数据库中存储的地理信息经过了大量的人工/综合处理 (主要是为了地图制图),这些处理过的信息已经不具体映射实际的地理实体(位置、形状等),也因此无法提供地理信息系统的其它应用服务3.目前空间数据库的技术发展趋势目前空间数据库技术有两种发展趋势, 一种是GIS厂商发展的中间件技术,比较常见的是ESR I公司的ArcSDE和Mapinfo公司的Spatial2W are.所谓中间件是一个软件,它允许应用元素通过网络连接进行互操作,屏蔽其下的通讯协议、系统结构、操作系统、数据库和其他应用服务.中间件位于客户机/服务器的操作系统之上,管理计算资源和网络通讯,并营造出一个相对稳定的高层应用环境,使开发人员可以集中精力于系统的上层开发,而不用过多考虑系统分布式环境下的移植性和通讯能力.因此,中间件能无缝地连入应用开发环境中,应用程序可以很容易地定位和共享中间件提供的应用逻辑和数据,易于系统集成.在分布式的网络环境下,客户端的应用程序如果要访问网络上某个服务器的信息,而服务器可能运行在不同于客户端的操作系统和数据库系统中.此时,客户机的应用程序中负责寻找数据的部分只需要访问一个数据访问中间件,由该中间件完成网络中数据或服务的查找,然后将查找的信息返回给客户端. 另一种就是数据库厂商的空间数据库扩展技术,比较常见的是Informix数据库的SpatialData2B lade技术、IBM DB2数据库的Spatial Extender技术和Oracle数据库的Oracle Spatial.参考文献:1.长安大学 张金辉.硕士学位论文2.邓玲 李俊兵 姚俊3.潘瑜春等4.陈秀芳5.陈晟 景宁 孙茂印 6.蒋捷,赵仁亮7.文小岳,范冲,周树林,赵俊三3