DBMS 中的空间数据库

引言

一种通用数据库（通常是关系数据库），经过改进后包含代表几何空间中对象的空间信息以及搜索和分析此类数据的工具，称为空间数据库。大多数空间数据库都支持点、线、多边形等基本几何对象的表示。一些空间数据库可以处理更复杂的结构，包括三角不规则网、拓扑覆盖和三维对象。传统数据库已经发展到可以管理各种字符和数字数据类型，但要有效处理空间数据类型，这些数据库需要额外的功能，这就是开发人员经常包含几何或要素数据类型的原因。空间数据库可以帮助访问、存储和管理您的空间数据集。目前几乎所有的关系型和对象-关系型数据库管理系统都具有空间扩展功能，并且一些GIS软件公司已经为其数据库管理系统开发了自己的空间扩展。

地理数据库

地理数据库（有时称为 Geodatabase）是一种地理参考空间数据库，用于存储和修改地球上特定位置的地理数据或信息。此外，“geodatabase”一词还可以指代一组称为Geodatabase (Esri)的专有地理数据库格式。

例如，一个城市可能会连接并使用其废水处理部门、土地登记、交通和消防部门的通用空间数据库数据集。

空间数据库的特点

能够将空间数据作为表中的值进行记录的一个或多个空间数据类型是数据库空间扩展添加的基本功能。基于矢量数据模型，单个空间值通常是几何原始对象（点、线、多边形等）。用于描述几何原始对象的 OGC Simple Features 定义构成了大多数空间数据库数据类型的基础。某些空间数据库也可以存储栅格数据。空间数据库必须支持坐标系统的跟踪和操作，因为必须使用空间参考系统来描述每个地理位置。在许多系统中，当在表中定义了空间列时，可以选择一个坐标系统。此选择从维护在查找表中的可能系统列表中做出。

在查询语言（如 SQL）中添加地理功能是空间数据库的第二个重要功能扩展，这使得空间数据库能够像标准 GIS 软件一样进行精确的查询、分析和操作。此功能在大多数关系数据库管理系统中实现为一组可在SQL SELECT语句中使用的新方法。

存在多种类型的操作，例如

• 衡量标准
  计算几何距离、多边形面积、线长度等。
• 地理处理
  通过修改现有要素来创建新要素，例如通过为其添加缓冲区或相交要素。
• 几何构造函数
  指定定义要创建的新几何形状的顶点（点或节点）。
• 观察者函数
  用于提供有关要素的详细答案的查询，例如圆心的位置。
• 谓词
  允许进行关于几何体之间空间关系的真/假问题。

空间索引

索引通常在数据库系统中用于提供更快、更有效的数据访问和搜索。但是，空间查询并不适合这种索引。相反，为了提高数据库效率，地理数据库使用一种类似于称为空间索引的特殊索引。系统必须能够从大量数据项中获取数据，而无需实际搜索所有这些数据项。因此，空间索引至关重要。除了过滤之外，它还应该更好地实现不同类别对象之间的连接。

除了索引，地理数据库在其查询语言和数据模型中还提供空间数据类型。为了提供基本抽象并表示地理环境中的空间图形结构及其相关的交互和过程，这些数据库需要特殊类型的数据类型。没有这些类型的数据类型，系统将无法提供空间数据库所支持的建模级别。

空间查询

空间数据库（尤其是地理数据库）支持的一种特殊类型的 SQL 查询称为空间查询。与非空间 SQL 查询相比，这些查询有许多重要的区别。使用几何数据类型（包括点、线和多边形），以及这些查询会考虑这些几何体之间的空间关系，这是两个最关键的特性。