摘要：空間數據是GIS的重點所在，對GIS空間數據的結構與管理的探討更是當前對GIS數據庫研究的重要方向。本文計算機應用論文主要集中就GIS空間數據的管理方式進行探討。
　　關鍵詞：GIS；空間數據；管理；探討
　　一、地理信息系統的相關概念
　　GIS是地理信息系統的簡稱，主要指基于計算機硬件與軟件系統，對地球表層空間的地理分布數據信息進行采集、分析、管理、計算以及描述。其管理對象是有關地理空間的數據及其關系，其中包括圖形數據、屬性數據以及定位數據等。
　　GIS空間數據的特征主要包括五個方面：1，空間特征。主要指空間定位的特征。一般來說，每個空間的對象都會有相應的空間坐標，這就是說空間對象隱含著自身的空間分布特點。2，非結構化。對于目前通用的關系數據庫管理系統來說，其數據記錄是結構化的，能夠滿足關系數據模型的第一范式的要求。但是空間數據則不適應這種要求，因為如果將一條記錄只表達一個空間對象，那么其數據項就有可能變長，這就使空間圖形數據只能間接的運用當前通用的關系型數據庫管理系統進行管理。3，空間拓撲關系。在空間數據中的拓撲關系一般表達多種空間關系，極大的方便了對空間數據的查詢，但是同時也增加了保持空間數據一致性的困難，尤其是對于一些幾何對象，沒有空間坐標信息的相關記錄，使得在查找與顯示時必須要檢索多個數據文件才能實現。4，分類編碼。一般每個空間對象對應一個分類編碼，該編碼一般屬于國家標準或者地區標準以及行業標準，每個地物的類型在地理信息系統中的屬性項個數是一致的。5，海量數據。主要指空間數據量的巨大。一個城市的GIS的數據量能夠達到幾十GB，考慮到影像數據的保存，就能達到幾百GB，這要比一般的通用數據庫大很多，因此要通過在二維空間劃分塊，在垂直方向劃分層的方式來組織。
　　二、常見地理信息系統空間數據管理
　　（一）文件—關系數據庫混合管理。這主要運用于早期的GIS數據庫，有代表性的有：ArcInfo。這種混合管理方法通常將地理空間以及拓撲關系存放在一組文件中，把屬性數據存儲在關系數據庫中，并借助惟一的標識建立兩者間的聯系，這時，一般來說，屬性數據以及幾何數據是互相獨立的管理與組織，而只依靠OID達到關聯，此時，常常需要操作兩個系統，使用不便。數據庫技術的不斷發展使得很多數據庫系統也開始提供和高級語言的接口，就可以利用高級語言設計地理信息系統的圖形界面，但是由于數據庫廠商開發的數據庫并不能符合高級語言的需要，地理數據信息系統也就需要針對數據庫設計不同的接口程序。
　　（二）全關系型數據庫管理。一般采取兩種方式變長結構的空間幾何數據。1，依據關系數據庫組織數據的原則，進行關系范式的分解，使之成為定長記錄的數據表。一般來說需要進行大量的連接，就需要很多的時間操作，影響效率。2，把變長的圖形數據處理為二進制Block塊字段。Oracle公司引進了LongRaw數據類型，SQLServer則采用MAGE數據類型。由于BLOB在SQL-99中被定義為新的數據類型，因此當前通用的數據庫訪問接口均支持BLOB訪問，能夠對其數據庫進行刪除或者修改等操作。地理信息系統能夠利用關系數據管理系統來存放與管理圖形的坐標數據，但是雖然這種方式能夠省去不少操作，但是與定長的屬性字段相比，二進制塊的讀寫效率相對較慢，尤其是當涉及到對象的嵌套，其速度就更慢了。
　　（三）對象—關系數據庫管理。由于通常直接采取通用的關系數據庫管理系統本身效率不高，但是空間數據又非常重要，開發商就對關系數據庫管理系統實施擴展，使得空間數據能夠得以存放與管理。此外還對一些空間對象，比如操縱點、線、面以及圓等進行定義，成為API函數，預先定義了各種中間對象的數據結構，在使用時要求必須適應其數據結構的要求，而不能依據地理信息系統的要求進行再定義。ERSI公司和一些數據庫開發商，比如Oracle開發出空間數據庫引擎，簡稱SDE，能夠將空間圖形數據存儲到大型的數據庫里。數據庫廠商依靠自己的核心技術上的優勢，對關系數據庫管理系統進行擴展，用以支持空間數據管理，例如Oracle的Spatial，空間數據管理模塊，其在原有的數據庫模型中對空間數據庫進行擴展，達到了對簡單要素的存放，當時并不能實現對復雜的拓撲關系的存放，也不能建立相應的空間幾何網絡。ERSI與其它數據開發商合作開發的ArcSDE，較好的解決了以上問題，并且能夠利用空間索引機制提高查詢效率，運用版本機制確保多用戶可以同時使用同一類型的數據。該空間對象管理模塊改變了對空間數據變長記錄的管理，因為由軟件開發商進行系統的擴展，在效率方面要比二進制塊的管理高很多。但是開發SDE有許多方面的限制，沒有又有效解決對象的嵌套問題，用戶也不能任意定義空間數據。
　　三、多源數據融合
　　在江河的整治、鐵路與公路的設計等方面，傳統的以圖像文件為對象的GIS難以滿足實際的需要，因此進行多源數據融合管理研究是十分重要的課題。目前有很多方法正被引進到GIS應用中，以提高數據管理的效率與速度。
　　（一）實體對象層次模型。主要用以處理GIS應用中存在的海量空間數據處理、矢量柵格存儲不一致、忽略時空等問題。因為原有的空間數據組織不能進行高效的跨圖幅計算，是一種基于圖層的模型。一般來說，多圖幅空間運算中批量運算受到限制，無法滿足多用戶情況下空間數據的同步處理。實體對象層次模型主要是把空間數據變成具有分布式結構的數據對象的結合，把地理世界分成四個實體模型即元數據庫模型、空間參考系模型、空間數據庫模型以及地理幾何對象模型。其中元數據庫用以表現自身屬性，空間參考系模型是實體世界以及現實世界進行轉換的坐標系統。空間數據庫模型用以表現拓撲關系與其關聯屬性。地理幾何對象模型則是實現現實世界想地理幾何單位的轉換。
　　（二）群集多服務器分布管理。主要指依靠網絡互連，通過單一系統對計算機組合進行管理，能夠把PC機與其它低檔機組合成為虛擬的高級機，實現性能并行超級計算機化。其優點是高度的可用性、高效的并行運算以及良好的可伸縮性能，該技術為解決大型的關系數據庫的性能問題，尤其是在海量空間分布式數據中的應用問題提供新的思路，有望在將來實現對多服務器的海量空間信息進行高效管理。
　　（三）網格計算。一般來說是指把機群、大規模儲存器、數據庫、甚至個人計算機以及其他分散的儀器設備等等連接起來，實現一體化，達到方便快捷的解決復雜問題的目的。由于地理空間的自然特征以及經濟社會發展的不穩定性，能夠適應網格計算環境的空間信息多級網格體系應運而出。其思想主要是把全國，甚至全球按照不同的經緯劃分成不同層次的玩個夠，其中不同層次的網格具有涵蓋關系。網格通過其中心點的經緯度定位，記錄與網格相關的基礎數據，例如各類投影參數下的坐標。把不同的網格層次與省、市、縣建立關聯，結合我國當前空間信息基礎設施以及信息網絡技術的現狀，構筑我國空間信息多級網格結構迫在眉睫。目前空間信息多級網格擁有三大功能：未來動態時空坐標下的空間數據的表示方法；網格計算下操作現有各空間的數據庫；網格計算下新的空間信息產品。
　　論文參考文獻：
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