第5章空間數(shù)據(jù)組織與管理朱瑩主要內(nèi)容空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)組織空間索引空間數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄，可以是數(shù)字形式，也可以是文字、圖形、圖像、聲音、語(yǔ)言等多種表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)最常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（HierarchicalModel）網(wǎng)狀模型（NetworkModel）關(guān)系模型（RelationalModel）面向?qū)ο竽Ｐ停∣bjectOrientedModel）非關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)文件系統(tǒng)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng).數(shù)據(jù)模型演化層次數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)（簡(jiǎn)稱空間數(shù)據(jù)庫(kù)或地理數(shù)據(jù)庫(kù)）是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合；是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和空間數(shù)據(jù)庫(kù)是地理信息系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)的場(chǎng)所空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在整個(gè)地理信息系統(tǒng)中占有極其重要的地位，是地理信息系統(tǒng)發(fā)揮功能和作用的關(guān)鍵，主要表現(xiàn)在：用戶在決策過(guò)程中，通過(guò)訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)獲得空間數(shù)據(jù)，在決策過(guò)程完成后再將決策結(jié)果存儲(chǔ)到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量特別大，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合體，要用數(shù)據(jù)來(lái)描述各種地理要素，尤其是要素的空間位置和空間關(guān)系等，其數(shù)據(jù)量往往很大不僅有地理要素的屬性數(shù)據(jù)（與一般數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)性質(zhì)相似），還有大量的空間數(shù)據(jù)，即描述地理要素空間分布位置的數(shù)據(jù)，并且這兩種數(shù)據(jù)之間具有不可分割的聯(lián)系數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，例如地理研究、環(huán)境保護(hù)、土地利用和規(guī)劃、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境、市政管理、道路建設(shè)等空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的組成柵格數(shù)據(jù)庫(kù)柵格數(shù)據(jù)包括航空遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)庫(kù)矢量數(shù)據(jù)則包括各種空間實(shí)體數(shù)據(jù)（圖形和屬性數(shù)據(jù)）空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間對(duì)象影像數(shù)字高程模型圖形屬性空間數(shù)據(jù)庫(kù)組成空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)的基本特征空間特征每個(gè)空間對(duì)象都具有空間坐標(biāo)，即空間對(duì)象隱含了空間分布特征，因此數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)對(duì)空間數(shù)據(jù)建立空間索引非結(jié)構(gòu)化特征在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)記錄中每條記錄都是定長(zhǎng)的（結(jié)構(gòu)化），數(shù)據(jù)項(xiàng)不能再分，不允許嵌套記錄，空間數(shù)據(jù)不滿足這種定長(zhǎng)（結(jié)構(gòu)化）要求，使得空間圖形數(shù)據(jù)難以直接采用通用的關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)的基本特征空間關(guān)系特征空間數(shù)據(jù)除了空間坐標(biāo)隱含了空間分布關(guān)系外，還通過(guò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)了多種空間關(guān)系拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一方面雖然方便了空間數(shù)據(jù)查詢和空間分析，但另一方面也給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護(hù)增加了復(fù)雜度如拓?fù)涞拿鏍顚?shí)體僅記錄組成它的弧段標(biāo)識(shí)，因而進(jìn)行查找、顯示和分析操作時(shí)都需要操作和檢索多個(gè)數(shù)據(jù)文件多尺度與多態(tài)性不同觀察比例尺具有不同的尺度和精度，同一地物在不同情況下也會(huì)有形態(tài)差異如城市在空間上占據(jù)一定的范圍，在較大比例尺中作為面狀空間實(shí)體對(duì)象，而在較小比例尺中，則作為點(diǎn)狀空間對(duì)象來(lái)處理空間數(shù)據(jù)管理空間數(shù)據(jù)的基本特征分類編碼特征每個(gè)空間對(duì)象都有一個(gè)分類編碼，這種分類編碼往往是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)應(yīng)用海量數(shù)據(jù)特征GIS中數(shù)據(jù)量非常龐大，遠(yuǎn)大于一般的通用數(shù)據(jù)庫(kù)，稱為海量數(shù)據(jù)一個(gè)城市地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)量可達(dá)幾十GB，如果考慮影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可能達(dá)到幾百個(gè)GB需要在二維空間上劃分塊或圖幅，在垂直方向上劃分層進(jìn)行數(shù)據(jù)組織空間數(shù)據(jù)管理通用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在管理空間數(shù)據(jù)時(shí)，面臨的問(wèn)題：GIS需要一些復(fù)雜的圖形功能，一般的DBMS不能支持DBMS一般都難以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作地理信息表達(dá)復(fù)雜，表達(dá)單個(gè)地理實(shí)體需多個(gè)文件、多條記錄，或許包括大地網(wǎng)、特征坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系、空間特征量測(cè)值、屬性數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字以及非空間專題屬性等具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要復(fù)雜的安全維護(hù)系統(tǒng)，為了保證空間數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性，保護(hù)數(shù)據(jù)文件的完整性，保護(hù)系列必須與空間數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)，否則一條記錄的改變就會(huì)使其他數(shù)據(jù)文件產(chǎn)生錯(cuò)誤空間數(shù)據(jù)管理通用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在管理空間數(shù)據(jù)時(shí)，面臨的問(wèn)題：GIS中空間數(shù)據(jù)記錄是變長(zhǎng)的（存儲(chǔ)的坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)目隨空間對(duì)象的變化而變化），而一般數(shù)據(jù)庫(kù)都只允許把記錄的長(zhǎng)度設(shè)定為固定長(zhǎng)度。另外，在存儲(chǔ)和維護(hù)空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系方面，DBMS也存在著缺陷矢量數(shù)據(jù)的管理對(duì)于矢量數(shù)據(jù)，其位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通常是分開組織的空間數(shù)據(jù)管理方式與數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展是密不可分的，按照發(fā)展的過(guò)程，對(duì)矢量數(shù)據(jù)的管理有：文件/關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理全關(guān)系管理對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理矢量數(shù)據(jù)的管理文件-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理傳統(tǒng)GIS軟件采用文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合方式管理空間數(shù)據(jù)，比較典型的是ArcInfo，有的系統(tǒng)也采用純文件方式管理空間數(shù)據(jù)，如MapInfo；即用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，用商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理屬性數(shù)據(jù)，兩者之間通過(guò)目標(biāo)標(biāo)識(shí)或內(nèi)部連接碼進(jìn)行連接OID（目標(biāo)ID或內(nèi)部連接碼）圖形數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)的管理文件-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理方式的缺點(diǎn)：屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過(guò)ID聯(lián)系起來(lái)，使查詢運(yùn)算，模型操作運(yùn)算速度慢數(shù)據(jù)發(fā)布和共享困難屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能缺乏表示空間對(duì)象及其關(guān)系的能力矢量數(shù)據(jù)的管理全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)都采用現(xiàn)有的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)連接機(jī)制進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接DBMS空間數(shù)據(jù)庫(kù)GIS界面屬性數(shù)據(jù)（定長(zhǎng)記錄）空間數(shù)據(jù)（變長(zhǎng)記錄）關(guān)系表二進(jìn)制塊全關(guān)系管理空間數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)的管理對(duì)變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的空間幾何數(shù)據(jù)的處理方法：按照關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)組織數(shù)據(jù)的基本準(zhǔn)則，對(duì)變長(zhǎng)的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系范式分解，分解成定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)表進(jìn)行存儲(chǔ)缺點(diǎn)：根據(jù)關(guān)系模型的分解與連接原則，在處理一個(gè)空間對(duì)象如面對(duì)象時(shí)，需要進(jìn)行大量的連接操作，非常費(fèi)時(shí)將圖形數(shù)據(jù)的變長(zhǎng)部分處理成Binary二進(jìn)制Block塊字段如Oracle公司引入LongRaw數(shù)據(jù)類型；Informix版本引入的BLOB（二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊）數(shù)據(jù)類型；SQLServer引入IMAGE數(shù)據(jù)類型缺點(diǎn)：這種存儲(chǔ)方式，雖然省去了大量關(guān)系連接操作，但二進(jìn)制塊的讀寫效率要比定長(zhǎng)的屬性字段慢得多，特別是涉及對(duì)象的嵌套，速度更慢矢量數(shù)據(jù)的管理對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，使之能直接存儲(chǔ)和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)如Informix和Oracle等都推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點(diǎn)、線、面、圓、長(zhǎng)方形等空間對(duì)象的API函數(shù)這些函數(shù)將各種中間對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)先的定義，用戶使用時(shí)必須滿足它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要求，用戶不能根據(jù)GIS要求再定義例如這種函數(shù)涉及的空間對(duì)象一般不帶拓?fù)潢P(guān)系，多邊形的數(shù)據(jù)是直接跟隨邊界的空間坐標(biāo)，GIS用戶不能將設(shè)計(jì)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用這種對(duì)象-關(guān)系模型進(jìn)行存儲(chǔ)矢量數(shù)據(jù)的管理對(duì)象－關(guān)系管理空間數(shù)據(jù)GIS應(yīng)用商用DBMS空間數(shù)據(jù)管理專用模塊空間和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)矢量數(shù)據(jù)的管理擴(kuò)展的空間對(duì)象管理模塊主要解決了空間數(shù)據(jù)的變長(zhǎng)記錄的管理，由數(shù)據(jù)庫(kù)軟件商進(jìn)行擴(kuò)展，效率要比前面所述的二進(jìn)制塊的管理高得多。但是它仍然沒(méi)有解決對(duì)象的嵌套問(wèn)題，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不能內(nèi)用戶任意定義，使用上仍受到一定限制空間數(shù)據(jù)還包括數(shù)字高程模型、影像數(shù)據(jù)及其他專題數(shù)據(jù)。雖然利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的大對(duì)象字段可以分塊存貯影像和DEM數(shù)據(jù)，但是對(duì)于多尺度DEM數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)的空間索引、無(wú)縫拼接與漫游、多數(shù)據(jù)源集成等技術(shù)還沒(méi)有一個(gè)完整的解決方案柵格數(shù)據(jù)的管理柵格影像不僅包含了屬性信息，還包含了隱藏的空間位置信息（即格網(wǎng)的行、列信息），即隱含著屬性數(shù)據(jù)與空間位置數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系柵格數(shù)據(jù)的管理包括：基于文件的影像數(shù)據(jù)庫(kù)管理文件結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)影像管理基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理文件管理方式目前大部分GIS軟件和遙感圖像處理軟件都是采用文件方式來(lái)管理遙感影像數(shù)據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)并不是僅僅包含圖像數(shù)據(jù)本身，還包含大量的圖像元數(shù)據(jù)信息（如圖像類型、攝影日期、攝影比例尺等），遙感圖像數(shù)據(jù)本身還具有多數(shù)據(jù)源、多時(shí)相等特點(diǎn)數(shù)據(jù)的安全性、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)共享等都將使文件管理無(wú)法應(yīng)付文件-數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式實(shí)施這種方式管理影像數(shù)據(jù)時(shí)，影像數(shù)據(jù)仍按照文件方式組織管理；在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)文件都有唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)（ID）對(duì)應(yīng)影像信息，如文件名稱、存儲(chǔ)路徑等這種方式管理影像數(shù)據(jù)，不是真正的數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式，影像數(shù)據(jù)并沒(méi)有放入數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)管理的只是其索引由于影像數(shù)據(jù)索引的存在，使影像數(shù)據(jù)的檢索效率得到提高關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理基于擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的影像數(shù)據(jù)庫(kù)管理是將影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在二進(jìn)制變長(zhǎng)字段中，應(yīng)用程序通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的影像數(shù)據(jù)。同時(shí)影像數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的表中數(shù)據(jù)庫(kù)方式管理影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：所有數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)安全，易于共享方便管理多數(shù)據(jù)源和多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)支持事務(wù)處理和并發(fā)控制，有利于多用戶的訪問(wèn)與共享影像數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)集成到一起，方便進(jìn)行交互式查詢關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)方式管理影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：對(duì)Client/Server的分布式應(yīng)用支持較好，網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)傳輸速度都有很大提高影像數(shù)據(jù)訪問(wèn)只能通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)接口訪問(wèn)，有利于數(shù)據(jù)的一致性和完整性控制支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模式，即應(yīng)用程序和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以在不同操作系統(tǒng)平臺(tái)下運(yùn)行空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與文件混合管理模式的傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)，在應(yīng)用上取得了一定的成功，但不得不部分地采取文件方式管理用現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)統(tǒng)一存放和管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)1996年，ESRI公司與Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)商合作，開發(fā)出一種能將空間圖形數(shù)據(jù)也存放到大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中管理的產(chǎn)品，將其定名為“spatialdatabaseengine”，簡(jiǎn)稱SDE，即為“空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎”空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎之后許多的GIS廠商和數(shù)據(jù)庫(kù)廠商紛紛提出自己的商業(yè)化的產(chǎn)品和解決方案，比較成熟的有GIS廠商ESRI公司的ArcSDE，MapInfo公司的SpatialWare，數(shù)據(jù)庫(kù)廠商Oracle公司的Spatial，Informix公司的SpatialDataBlade等產(chǎn)品和技術(shù)空間數(shù)據(jù)引擎主要是為解決存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的空間數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)接口問(wèn)題空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎主要有兩種方式一種以ESRI與數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)商聯(lián)合開發(fā)的空間引擎SDE為代表，可稱之為“中間件”方式的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎另一種空間數(shù)據(jù)引擎由數(shù)據(jù)庫(kù)廠商開發(fā)，即“嵌入式”空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎OracleSpatial實(shí)際上只是在原來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型上進(jìn)行了空間數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)的是“點(diǎn)、線、面”等簡(jiǎn)單要素的存儲(chǔ)和檢索，它并不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之間復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系，也不能建立一個(gè)空間幾何網(wǎng)絡(luò)ArcSDE解決了這些問(wèn)題，并利用空間索引機(jī)制來(lái)提高查詢速度，利用長(zhǎng)事務(wù)和版本機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)操縱同一類型數(shù)據(jù)，利用特殊的表結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成空間數(shù)據(jù)組織以文件-關(guān)系型管理模式為例圖幅數(shù)據(jù)組織由于GIS工程涉及范圍廣（如全市、全省、全國(guó)甚至全球），在管理空間數(shù)據(jù)時(shí)必須進(jìn)行分幅管理（同傳統(tǒng)地圖分幅）圖幅一般對(duì)應(yīng)一塊區(qū)域，常見的分幅方式有標(biāo)準(zhǔn)分幅和區(qū)域分幅

將一幅或相鄰幾幅圖當(dāng)作一個(gè)工作單元，稱之為工作區(qū)（workspace）圖幅數(shù)據(jù)組織GIS工程工作區(qū)1工作區(qū)2工作區(qū)m工作層1圖幅2圖幅n圖幅1工作層2工作層p地物類2地物類1地物類q地物1地物2地物r…….…….…….…….…….GIS數(shù)據(jù)的組織管理圖幅數(shù)據(jù)組織工作層被定義為空間數(shù)據(jù)處理的一個(gè)工作單元，工作區(qū)由若干工作層組成工作層在范圍上可能與工作區(qū)一致，但在垂直方向上則因軟件系統(tǒng)不同而名稱和定義不同ARC/INFO的工作層稱為coverage，一個(gè)coverage就是一個(gè)工作目錄MGE的工作層就是一個(gè)DGN文件，也稱為catalog在GeoStar中，一個(gè)工作層就是一個(gè)GDA文件一個(gè)工作層可以是一個(gè)邏輯層，也可以是某一個(gè)覆蓋層工作層由一種或多種地物類組成，可以根據(jù)需要自行定義圖幅數(shù)據(jù)組織空間數(shù)據(jù)的圖庫(kù)管理當(dāng)GIS所管理的區(qū)域和所要求的比例尺都比較大時(shí)，如在城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)包含大量的圖幅，涉及多個(gè)工作區(qū)及很多工作層的數(shù)據(jù)組織和管理，這時(shí)一個(gè)GIS系統(tǒng)會(huì)包含幾百、幾千，甚至上萬(wàn)個(gè)工作區(qū)。GIS軟件必須讓用戶能在整個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行眾多圖幅（分區(qū)）、工作層的調(diào)用，圖幅拼接和跨圖幅的剪切、開窗，跨圖幅工作層的漫游、查詢、分析和制圖等。這就涉及到圖庫(kù)的管理空間數(shù)據(jù)的圖庫(kù)管理在無(wú)縫大地圖的方式下，圖庫(kù)管理職能通過(guò)有效的分幅（分區(qū)）、分層的空間索引，以滿足用戶對(duì)具體的局部區(qū)域和專題層的操作、檢索的需要圖庫(kù)管理是海量空間數(shù)據(jù)管理的需要，是大型GIS軟件的必備功能，其管理效率是衡量GIS軟件優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一屬性數(shù)據(jù)組織屬性數(shù)據(jù)由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)管理，但它的文件組織方式也要服從工作層、工作區(qū)和圖庫(kù)的要求屬性文件組織的主要方式：與工作層對(duì)應(yīng)的組織方式一個(gè)工作區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性文件，屬性文件建立在工作區(qū)目錄下。Arc/Info采用這種方式，屬性數(shù)據(jù)文件一般建立在對(duì)應(yīng)的coverage目錄之下。無(wú)論一個(gè)工作區(qū)包含多少地物類，其目錄下僅有一個(gè)AAT表（記錄弧段屬性數(shù)據(jù)）和一個(gè)PAT表（記錄多邊形屬性數(shù)據(jù)）。為了表達(dá)不同地物類的不同屬性項(xiàng)，可以按照每個(gè)地物類建立一個(gè)擴(kuò)展的屬性表，讓它們通過(guò)地物編碼和內(nèi)部連接碼與AAT表和PAT表相連。因此在查詢某一空間地物的屬性時(shí)，先從AAT表和PAT表中得到部分信息，再?gòu)年P(guān)系連接查詢到擴(kuò)展屬性信息。屬性數(shù)據(jù)組織與地物類對(duì)應(yīng)的組織方式一個(gè)地物類文件對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性表，在這種方式中，把屬性文件放在工程（項(xiàng)目）目錄下集中管理，方便屬性查詢。MGE的屬性數(shù)據(jù)文件是建立在地物類的基礎(chǔ)上，將所有的屬性文件均放在對(duì)應(yīng)的工程目錄之下。也就是說(shuō)，不同工作區(qū)的相同地物類的屬性放在一起，這樣屬于屬性的工程管理，提高了在工程范圍內(nèi)查找某一屬性的速度MGE并不要求每個(gè)地物類都帶有屬性表，無(wú)關(guān)緊要的地物可以不要屬性表屬性數(shù)據(jù)組織混合方式由于前兩種方式存在缺陷，例如一個(gè)工作區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性文件時(shí)，如果工作區(qū)涉及多個(gè)工作層，工作層下再細(xì)分出邏輯層，采用這種管理方式會(huì)給屬性信息檢索和更新帶來(lái)極大不便；采用單個(gè)地物類對(duì)應(yīng)單屬性數(shù)據(jù)時(shí)又過(guò)于死板，更具彈性的方式是既可以設(shè)計(jì)一個(gè)地物類有一個(gè)屬性表，又可以多個(gè)地物類共用一個(gè)屬性在GeoStar中，既可以對(duì)每一個(gè)地物類設(shè)計(jì)屬性表，也可以對(duì)屬性項(xiàng)相同或相近的多個(gè)地物類設(shè)計(jì)一個(gè)公用的屬性表。如高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路等，它們的地物類型編碼可能不同，但它們的屬性項(xiàng)可能相同，因而它們可以共有一個(gè)屬性表，以便于查詢、顯示和最佳路徑分析GeoStar的屬性數(shù)據(jù)文件的組織與MGE基本類似，在建立工程之前，屬性數(shù)據(jù)文件位于與工作區(qū)平行的目錄之下；在工程建立之后，則直接位于工程目錄之下。一個(gè)屬性文件包括了該工程內(nèi)所有同類空間對(duì)象的屬性空間索引空間索引指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針空間索引是一種輔助性的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，介于空間操作算法和空間對(duì)象之間，它通過(guò)篩選作用，排除與特定空間操作無(wú)關(guān)的空間對(duì)象，提高空間操作的速度和效率空間索引空間索引的類型對(duì)象范圍索引格網(wǎng)索引四叉樹空間索引R樹和R+樹空間索引對(duì)象范圍索引在記錄每個(gè)空間實(shí)體的坐標(biāo)時(shí)，記錄包圍每個(gè)空間實(shí)體的外接矩形的最大最小坐標(biāo)在檢索空間實(shí)體時(shí)，根據(jù)空間實(shí)體的最大最小范圍，預(yù)先排除那些沒(méi)有落入檢索窗口內(nèi)的空間實(shí)體，僅對(duì)那些外接矩形落在檢索窗口的空間實(shí)體作進(jìn)一步的判斷，最后檢索出那些真正落入窗口內(nèi)的空間實(shí)體對(duì)象范圍索引沒(méi)有創(chuàng)建真正的空間索引文件，而是在空間對(duì)象的數(shù)據(jù)文件中增加了最大最小范圍，主要依靠空間計(jì)算進(jìn)行判別對(duì)象范圍索引A查詢窗口BCEFD基于實(shí)體范圍的空間數(shù)據(jù)檢索格網(wǎng)索引格網(wǎng)型空間索引的基本思想是將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，記錄每一個(gè)格網(wǎng)所包含的空間實(shí)體將覆蓋整個(gè)研究區(qū)的范圍按照一定的規(guī)則劃分成大小相等的格網(wǎng)，記錄每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)所包含的空間實(shí)體，為了便于建立空間索引的線性表，將每個(gè)格網(wǎng)按Morton碼或稱Peano碼進(jìn)行編碼，建立Peano碼與空間實(shí)體的關(guān)系，該關(guān)系表就成為格網(wǎng)索引文件按格網(wǎng)法對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行索引時(shí)，所劃分的格網(wǎng)數(shù)不能太多，否則索引表本身太大不利于數(shù)據(jù)的索引和檢索ABCGFD2123293153556163202228305254606217192527495157591618242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042Peano碼實(shí)體7B14F15F25A26F32D33D35D,G37F38D39F48F50F54C55C60C實(shí)體Peano碼A25-25B7-7C54-55C60-60D32-33D35-35D38-38F14-15F26-26F37-37F39-39F48-48F50-50G35-35基于Peano碼的格網(wǎng)法空間索引空間索引表實(shí)體索引表四叉樹空間索引四叉樹作為一種有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不僅可以用來(lái)對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，它還可用于建立空間數(shù)據(jù)的索引在建立四叉樹索引時(shí)，根據(jù)所有空間對(duì)象覆蓋的范圍，進(jìn)行四叉樹分割，使每個(gè)子塊中包含單個(gè)實(shí)體，然后根據(jù)包含每個(gè)實(shí)體的子塊層數(shù)或子塊大小，建立相應(yīng)的索引在四叉樹索引中，大區(qū)域空間實(shí)體更靠近樹的根部，小實(shí)體位于葉端，以不同的分辨率來(lái)描述不同實(shí)體的可檢索性。四叉樹空間索引線性四叉樹采用十進(jìn)制Morton碼或Peano碼來(lái)表示四叉樹的大小和層數(shù)用線性四叉樹組織的空間索引57E1315GB46121413028AFDCpeano碼邊長(zhǎng)實(shí)體04E02D11A41F82C151B、GR樹和R+樹空間索引R樹和R+樹利用空間實(shí)體的外接矩形來(lái)建立空間索引R樹空間索引不僅利用單個(gè)實(shí)體的外接矩形，還將空間位置相近的實(shí)體的外接矩形重新組織為一個(gè)更大的虛擬矩形虛擬矩形的條件虛擬矩形方向與坐標(biāo)方位軸一致包含盡可能多的空間實(shí)體矩形間的重疊率盡可能少允許在每個(gè)矩形內(nèi)再劃分小矩形對(duì)虛擬矩形建立空間索引，它含有指向所包圍的空間實(shí)體的指針R樹和R+樹空間索引R樹空間索引是按包含實(shí)體的矩形來(lái)確定的，樹的層次表達(dá)了分辨率信息，每個(gè)實(shí)體與R樹的結(jié)點(diǎn)相聯(lián)系矩形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：RECT（Rectangle-ID，Type，Min-X，Min