[科普中国]-空间数据

概念数据

空间数据是用来描述来自于现实的目标，将数据统一化，借以表明空间实体的形状大小以及位置和分布特征。

定位定位是指在已知的坐标系里空间目标都具有唯一的空间位置；定性是指有关空间目标的自然属性，它伴随着目标的地理位置；时间是指空间目标是随时间的变化而变化；空间关系通常一般用拓扑关系表示。空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。 空间数据是数字地球的基础信息，数字地球功能的绝大部分将以空间数据为基础。现在空间数据已广泛应用于社会各行业、各部门，如城市规划、交通、银行、航空航天等。随着科学和社会的发展，人们已经越来越认识到空间数据对于社会经济的发展、人们生活水平提高的重要性，这也加快了人们获取和应用空间数据的步伐。空间数据是数据的一种特殊类型。它是指凡是带有空间坐标的数据，如建筑设计图、机械设计图和各种地图表示成计算机能够接受的数字形式。

结构空间数据结构是空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，是空间数据在计算机内的组织和编码形式，是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述。它是对空间数据的一种理解和解释。

空间数据结构又是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据编码是指空间数据结构的具体实现，是将图形数据、影像数据、统计数据等资料按一定的数据结构转换为适合计算机存储和处理的形式。不同数据源采用不同的数据结构处理，内容相差极大，计算机处理数据的效率很大程度取决于数据结构。

数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。空间数据是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。数据结构是对数据的一种理解和解释。不说明数据结构的数据是毫无用处的，不仅用户无法理解，计算机程序也不能正确地处理。对同样一组数据，按不同的数据结构去处理，得到的可能是截然不同的内容。空间数据结构是GIS沟通信息的桥梁，只有充分理解地理信息系统所采用的特定数据结构，才能正确有效的使用系统。1

特点概述目标构成数据库的逻辑过程

随着信息技术的飞速发展和企业界新需求的不断提出，以面向事务处理为主的空间数据库系统已不能满足需要，信息系统开始从管理转向决策处理，空间数据仓库就是为满足这种新的需求而提出的空间信息集成方案，它有四个特点：

主题与面向主题与传统空间数据库面向应用进行数据组织的特点相对应，空间数据仓库中的数据是面向主题进行数据组织的。它在较高层次上将企业信息系统中的数据进行综合、归类,并加以抽象地分析利用。

集成的数据空间数据仓库的数据是从原有的空间数据库数据中抽取来的。因此在数据进入空间数据仓库之前，必然要经过统一与综合，这一步是空间数据仓库建设中最关键、最复杂的一步，所要完成的工作包括消除源数据中的不一致性和进行数据综合计算。

数据是持久的空间数据仓库中的数据主要供决策分析之用，所涉及的数据操作主要是数据查询，一般情况下并不进行修改操作。空间数据仓库的数据反映的是一段相当长的时间内的数据内容，是不同时间的空间数据库快照的集合和基于这些快照进行统计、综合和重组导出的数据，而不是联机处理的数据。空间数据库中进行联机处理的数据经过集成输入到空间数据仓库中，一旦空间数据仓库存放的数据已经超过空间数据仓库的数据存储期限，这些数据将从空间数据仓库中删去。

数据是随时间不断变化的空间数据仓库的数据是随时间的变化不断变化的，它会不断增加新的数据内容,不断删去旧的数据内容,不断对数据按时间段进行综合。

空间数据仓库用于支撑空间决策支持系统，它由四大部分组成：数据源、空间数据库系统、空间数据仓库信息存储系统、空间数据仓库分析工具。

空间特征空间特征是地理信息系统或者说空间信息系统所独有的。空间特征是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地物的空间关系。空间位置可以通过坐标来描述。

专题特征专题特征也指空间现象或空问目标的属性特征，是指除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，如大气污染度等。这些属性数据可能为一个地理信息系统派专人采集，也可能从其他信息系统中收集。因为这类特征在其他信息系统中都可能存储和处理。2

空间数据挖掘空间数据挖掘技术作为当前数据库技术最活跃的分支与知识获取手段，在地理信息系统中的应用推动着GIS朝智能化和集成化的方向发展。空间数据挖掘是指从空间数据库中抽取没有清楚表现出来的隐含的知识和空间关系，并发现其中有用的特征和模式的理论、方法和技术。2

来源与类型空间数据来源和类型繁多，概括起来主要可以分为地图数据、影像数据、地形数据、属性数据和元数据。

(1)地图数据：这类数据主要来源于各种类型的普通地图和专题地图，这些地图的内容非常丰富。

(2)影像数据：这类数据主要来源于卫星、航空遥感，包括多平台、多层面、多种传感器、多时相、多光谱、多角度和多种分辨率的遥感影像数据，构成多元海量数据，是空间数据库最有用、最廉价、利用率最低的数据源之一。

(3)地形数据：这类数据来源于地形等高线图的数字化，已建立的数据高程模型(DEM)和其他实测的地形数据。

(4)属性数据：这类数据主要来源于各类调查统计报告、实测数据、文献资料等。2

设施美国总统克林顿入主白宫以后着手实施的耗资上千亿美元的“信息高速公路”计划，与肯尼迪总统当年的航天计划具有同等重要的意义。所谓“信息高速公路”并不是指交通公路，而是指高速计算机通讯网络。它是通过光纤或电缆把政府机构、科研单位、企业、图书馆、学校、商店以及家家户户的计算机连接起来，利用计算机终端、传真机、电视等终端设备，像使用电话那样方便、迅速地传递和处理信息，从而最大限度地实现信息共享。“信息高速公路”所起的作用除创造丰富的物质财富外，还将改变人类的生活方式。为了在“信息高速公路”上表示和查询与地理和地球有关的空间信息，克林顿又于1994年4月发布了12906号总统令，“协调信息获取和建立国家(地球)空间数据基础设施(NSDI)”。数字地球是以信息高速公路和空间基础设施为依托的一个广泛的概念。国家空间数据基础设施(NSDI)主要包括：地球空间数据框架、空间数据协调、管理与分发体系、空间数据交换网站和空间数据转换标准。

地球空间数据框架是提供一个可以进行精确地、始终如一地获取、配准和集成地球空间信息的基础。此框架中包括正射影像、大地控制、高程、交通、水系、政区、公用地籍以及资源、环境、社会、经济、历史记录等方面的数据。空间数据协调、管理与分发体系,是组织生产和使用地理数据的人员，建立相应的组织机构，制定有关空间数据的发展战略和政策，建立地理空间数据个人和机构间联系渠道，传输数据和开发数据库。其目标是生产和使用共用的空间地理数据集，共享和开发基础数据资源以提高决策能力。

空间数据交换网站是一个拥有地理空间信息，在地理空间数据生产者、管理者和用户之间的一个分布式电子网络。其用户有权决定保存哪类地理空间数据；了解数据状况(内容、质量及其它特征等)；寻找他们需要的数据；根据他们的应用项目，评价数据是否有用；尽可能经济地获取或订购数据。地理空间数据生产者以各种软件工具提供电子形式的元数据(关于数据的数据)。元数据标准规定了不同地理空间数据的元数据的内容，其目的是提供一个共同的标准化的元数据术语和定义。空间数据转换标准是一个异种计算机间空间数据转换的进程。该标准规定了带有空间参考系信息的矢量和栅格(包括格网)数据的交换约定、寻址格式、结构和内容。标准中包括概念模型、质量报告、传输组件说明和对空间要素和属性的定义。

空间数据基础设施与信息高速公路有着相互依存、相互促进、共同发展的密切关系。计算机硬件和各种应用软件好似高速公路上跑着的车，而基础地理信息好似被运载的货物。为避免出现有路没车、或有车没货的现象，应大力发展我国地理信息产业，为社会提供丰富的基础空间信息和软件产品。这样既节约了开发力量和系统投资，又能最大限度地实现基础空间信息的共享。

格式空间数据转换格式是空间数据存在的一种特定的编排格式。该格式用于当两个空间数据处理系统在使用不同的计算机硬件、操作系统和空间数据管理软件时，能容易地、完整无损地将空间数据从一个系统转换到另一个系统。空间数据转换格式通常以描述数据逻辑结构与逻辑关系的模型表达。

空间数据转换格式是实施空间数据转换的标准中介格式。为实现转换，需要制订并遵循统一的空间数据转换标准，包括现实世界空间实体的一系列属性和关系描述，提供转换机制，保证这些属性和关系的描述结构不会改变，并能被数据接收者正确地调用。随着技术的发展，空间数据转换格式的中介作用将会减弱，代之以按照互操作规范开发的不同空间数据处理系统，通过公共接口实现不同系统间、不同数据结构、不同数据格式的数据动态调用。交换中心：空间数据交换中心是指对不同范围、领域的空间信息及其元数据进行有效管理、给信息需求者提供空间数据的目录信息、元数据信息、信息的地址等的计算机联网管理系统。它主要是为了实现空间信息的网络共享，使得各部门或领域的空间信息生产者和消费者能够通过覆盖全球的通信网络共享空间信息，避免基础空间信息或交叉信息的重复生产以及由此引发的标准化问题等。

为实现上述目的，在硬件方面应建立空间信息共享服务器，用户访问客户端及其相应的网络体系结构，提供信息共享所必须的硬件平台。在软件方面要研究和设计空间元数据管理软件以实现空间信息共享，也可以研究和使用其它共享软件实现空间信息共享。共享软件的设计要考虑使用现有或自己设计的各共享服务器之间或共享服务器与客户端之间的数据请求和传输协议规范，现有的如：基于TCP/IPZ39.50和HTTP等协议。共享信息、相应的元数据信息以及信息获取方法等存放在空间信息共享服务器中，需要共享信息的用户通过客户端浏览器提供的用户访问界面向空间数据交换中心提交数据或提出数据请求，这些用户请求通过相应的网络运行体系传递到交换中心的信息共享服务器上，服务器上的软件模块作出相应的处理，或者对用户提交的数据作出分析处理，存储入库，或者对用户请求作出响应，返回给用户。

空间数据交换中心是国家空间信息基础设施建设的核心内容之一，是数字地球关键技术，只有实现了空间信息共享，数字地球才可以使我们每个人都可以随时随地获取所需要的具有相应权限的空间信息，人们才可以利用它处理日常事务，从事科学研究，对企业进行有效管理和各种科学决策，实现民族的腾飞和国家的蓬勃发展。

系统空间数据库管理系统是空间数据库的核心软件，将对空间数据和属性数据进行统一管理，为GIS应用开发提供空间数据库管理系统除了必须具备普通数据库管理系统的功能外，还具有以下三方面研究内容：

1、空间数据存储管理，实现空间数据强大的基础平台。和属性数据的统一存储和管理，提高数据的存储性能和共享程度，设计实现空间数据的索引机制，为查询处理提供快速可靠的支撑环境。

2、支持空间查询的SQL语言，参照SQL-92和OpenGIS标准，对核心SQL进行扩充，使之支持标准的空间运算，具有最短路径、连通性等空间查询功能。

3、查询，供相关人士查询数据。

处理空间数据采集与处理的目标与任务、对象与内容、技术路线与工作流程，全面阐述了水利普查空间数据的数据源、采集与处理方法、质量控制等主题，详细讲述了各普查对象空间数据采集标绘与处理的方法，并对空间数据采集与处理的质量评定与检查方法做出说明。本书紧密结合各级水利普查机构空间数据采集与处理的技术需求，为满足空间数据采集与处理的工作需要而撰写。本书内容紧扣空间数据采集与处理的作业流程，提供多种具体有效的方法，致力于提高一线工作人员的业务能力，保障空间数据采集与处理的精度和质量。本书既可作为水利普查空间数据采集与处理的培训教材，也可作为水利信息化技术人员的参考书。