空間地理技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)
2024-07-21 02:09:26
供稿：網(wǎng)友
本文來(lái)源于網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)愛(ài)好者web開(kāi)發(fā)社區(qū)http://www.html.org.cn收集整理，歡迎訪問(wèn)。地理問(wèn)題正成為我們?nèi)粘Ｉ钪幸粋€(gè)日益重要的組成部分。無(wú)論在航空航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域，還是在農(nóng)業(yè)、能源、交通、金融、電信、零售等傳統(tǒng)商業(yè)領(lǐng)域，空間地理技術(shù)正在扮演著越來(lái)越重要的角色。隨著以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的空間地理信息的潛力不斷擴(kuò)大，大量的人力與物力投入到空間地理技術(shù)的研究中，這也促使人們創(chuàng)建基于地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。但直到1981年具有突破性意義的第一個(gè)商用地理信息產(chǎn)品arc/info面世，人們才開(kāi)始真正有效地將空間地理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)集成于一個(gè)單一的系統(tǒng)中。
空間地理技術(shù)蓬勃興起
---- 事實(shí)上，空間地理技術(shù)的應(yīng)用可以隨著我們的想像盡情拓展。其中，人們關(guān)注的b to b市場(chǎng)將成為一個(gè)高增長(zhǎng)領(lǐng)域。企業(yè)可以在其供應(yīng)鏈管理中應(yīng)用該技術(shù)，以跟蹤某一特定顧客訂單的位置，或提供針對(duì)性的管理。許多傳媒行業(yè)如果了解其所有顧客的位置，就可以為符合特定地理人口統(tǒng)計(jì)資料的顧客提供針對(duì)性的廣告。雖然互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與地理無(wú)關(guān)，但人們卻居住在地面上，因此它也不可避免地會(huì)用到空間地理技術(shù)。此外，在美國(guó)，政府要求所有的蜂窩電話在2001年10月之前都必須實(shí)現(xiàn)gps（全球定位系統(tǒng)）功能，空間地理技術(shù)在此領(lǐng)域中也將大有用武之地。它可將呼叫者的位置鎖定在400米范圍內(nèi)，而接受緊急呼叫的呼叫中心還可以將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字地圖。
---- 空間地理技術(shù)應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域是客戶端應(yīng)用。它能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能，如地圖或圖表顯示，還可實(shí)現(xiàn)查詢和分析功能。例如，當(dāng)用戶運(yùn)行一個(gè)查詢操作時(shí)，客戶端應(yīng)用利用sql將其寫(xiě)入，并傳遞給數(shù)據(jù)庫(kù)以執(zhí)行查詢過(guò)程。數(shù)據(jù)庫(kù)將查詢結(jié)果發(fā)送回客戶端，該客戶端能夠理解如何表示或顯示數(shù)據(jù)。客戶端可以用紅線繪制高速公路，用灰線繪制輔助路線，并將消火栓等其他地點(diǎn)類型以圖標(biāo)顯示出來(lái)。客戶端還可以執(zhí)行分析功能，如計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離。在基于web的gis（地理信息系統(tǒng)）實(shí)施過(guò)程中，許多客戶端功能都可由位于應(yīng)用服務(wù)器上的中間件處理。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)迎難而進(jìn)
---- 空間地理技術(shù)正以一種以前無(wú)法想像的方式為行業(yè)和政府提供著幫助，有越來(lái)越多的應(yīng)用需要地理信息系統(tǒng)的支持。然而，現(xiàn)有的可用數(shù)據(jù)多以各種不同格式的文件存在，從而極大地限制了地理數(shù)據(jù)的開(kāi)放式訪問(wèn)。盡管基于文件的地理數(shù)據(jù)可以在一個(gè)小規(guī)模項(xiàng)目組內(nèi)實(shí)現(xiàn)輕松共享，但企業(yè)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)分配卻十分難以處理。這種狀況經(jīng)常導(dǎo)致在同一企業(yè)的不同工作組之間重復(fù)發(fā)布同一地理數(shù)據(jù)的多份拷貝。如果沒(méi)有一種高度組織化的過(guò)程來(lái)管理這些數(shù)據(jù)的重復(fù)，數(shù)據(jù)的一致性和完整性就難以保證，從而影響了基于上述數(shù)據(jù)的決策的合理制定。除此之外，開(kāi)放式地理數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的其他企業(yè)核心數(shù)據(jù)的相互結(jié)合過(guò)程也遇到了困難，開(kāi)放式地理數(shù)據(jù)訪問(wèn)也因此受到限制。這是由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)只能支持相當(dāng)有限的數(shù)據(jù)類型（如數(shù)值、字符和日期）。另外，cad和圖形處理系統(tǒng)也開(kāi)發(fā)了自己的數(shù)據(jù)格式，從而迫使任何希望集成gis、cad與光柵圖形數(shù)據(jù)的人采用多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
---- 目前，隨著技術(shù)人員的不斷研發(fā)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)具備越來(lái)越強(qiáng)的空間能力，例如能夠組織和存儲(chǔ)地理特性、提供r-樹(shù)狀索引和數(shù)據(jù)刀片技術(shù)等，從而確保許多任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用的運(yùn)行能夠更快、更安全且更易于實(shí)施。
---- 組織和存儲(chǔ)地理特性
---- 在一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)模塊里，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在行與列構(gòu)成的表中。由行與列交匯而構(gòu)成的單元稱為域，包含在域中的數(shù)據(jù)稱為值。行代表了一個(gè)特定事件、距離或地理特性，列則包含該特性的屬性。屬性具有很多類型，例如日期、文本串或數(shù)字。而現(xiàn)在有些關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)如esri spatial datablade engine（sde） for informix則開(kāi)始嘗試采用擴(kuò)展sql數(shù)據(jù)類型（如圖1所示），使得地理特性成為存儲(chǔ)在列中的一個(gè)數(shù)值類型。
---- 通過(guò)在對(duì)象相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中加入空間數(shù)據(jù)類型，使應(yīng)用能夠存儲(chǔ)和管理復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)。這樣做并不會(huì)改變現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)或影響當(dāng)前應(yīng)用，而只是將一個(gè)"形狀"列加入到現(xiàn)有的表中，提供軟件以管理和訪問(wèn)列中所引用的地理特性。利用空間表，用戶可以像以前一樣執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢和表格累加，還可以編寫(xiě)查詢以返回空間特性或在請(qǐng)求中使用空間特性。空間對(duì)象和空間索引表的創(chuàng)建與維護(hù)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)都是自動(dòng)化和透明的。
---- r-樹(shù)狀索引
---- 快速訪問(wèn)及有效處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵是索引。雖然有了可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)類型，但對(duì)于本質(zhì)非常復(fù)雜的空間地理數(shù)據(jù)而言，有效的空間索引更為重要。
---- 傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)索引方式主要有以下兩種。第一種方法是在服務(wù)器之外建立一個(gè)空間索引并將其存儲(chǔ)于blob（binary large object，大型二進(jìn)制對(duì)象）中。隨后在需要時(shí)，用戶可以通過(guò)中間件訪問(wèn)索引和檢索blob。然而，無(wú)論索引結(jié)構(gòu)性能如何優(yōu)良，由于要包含來(lái)自外部服務(wù)器的檢索部分，因此檢索和維護(hù)blob將導(dǎo)致本質(zhì)性的i/o開(kāi)銷和并發(fā)問(wèn)題，從而降低了速度和效率。第二種方法就是空間分割，即將空間按照規(guī)定的網(wǎng)格或其他分層結(jié)構(gòu)（例如四維樹(shù)）分割成單元。每個(gè)單元分配一個(gè)號(hào)碼，然后每一個(gè)空間對(duì)象與它重疊單元的號(hào)碼聯(lián)系起來(lái)。但是空間并非線性序列，許多空間特性的不規(guī)則性要求復(fù)雜的檢索以及對(duì)眾多可能錯(cuò)誤的必要檢查。由此可見(jiàn)，這也是一個(gè)速度緩慢且效率低下的方法。
---- 相比之下，r-樹(shù)(region tree，區(qū)域樹(shù)狀圖)則是一種高性能、多維數(shù)的訪問(wèn)方法，該方法內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核并直接與外延數(shù)據(jù)類型協(xié)作以適當(dāng)?shù)毓芾砜臻g地理數(shù)據(jù)。與標(biāo)準(zhǔn)索引不同的是，r-樹(shù)并非將整個(gè)空間分割成由非重疊相鄰單元組成的完整覆蓋。相反，它使用的是數(shù)據(jù)分割的方法，使每一個(gè)對(duì)象自動(dòng)地被完全由空間形狀所決定的"帶邊盒子"表示，這些"帶邊盒子"可以相互重疊，并且不需要覆蓋整個(gè)空間（如圖2所示），開(kāi)發(fā)人員也不必花費(fèi)時(shí)間預(yù)先了解數(shù)據(jù)的空間范圍。
---- 數(shù)據(jù)刀片(datablade)
---- internet就是一種數(shù)據(jù)的傳播。那么，我們應(yīng)該如何將公司擴(kuò)展到internet上，同時(shí)又不必增加太多的成本？如何將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容？如何利用已有的數(shù)據(jù)使公司更具競(jìng)爭(zhēng)力呢？針對(duì)上述問(wèn)題，早在1996年，informix公司就提出了數(shù)據(jù)刀片（datablade）技術(shù)，該技術(shù)能夠從任何來(lái)源集成任何數(shù)據(jù)，提供了穩(wěn)定靈活的internet應(yīng)用程序環(huán)境。
---- 例如，某個(gè)客戶需要查詢其目前的sql數(shù)據(jù)庫(kù)，以搜索在公司某一分銷點(diǎn)200米以內(nèi)的所有住所，如果僅僅利用標(biāo)準(zhǔn)sql，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的查詢實(shí)際上是非常復(fù)雜的。而利用informix datablade技術(shù)，客戶就能夠通過(guò)增加前面提到的地理及地區(qū)性資料擴(kuò)展應(yīng)用程序的智能性。結(jié)果會(huì)是怎樣呢？編碼行數(shù)減少了，執(zhí)行速度加快了，客戶得到了所需的準(zhǔn)確而非近似的答案。
---- 作為對(duì)服務(wù)器性能的一種延伸，datablade模塊被集成在引擎的核心部分，將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型與豐富的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容集成在一起，但沒(méi)有犧牲傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的可靠性和可伸縮性。利用一個(gè)單獨(dú)的datablade模塊或?qū)讉€(gè)模塊集成在一起就可以創(chuàng)建能夠滿足客戶獨(dú)特需要的獨(dú)特信息管理解決方案。datablade模塊采用通用的編程語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)，它們可以做一般程序語(yǔ)言的工作，不需要服務(wù)器或其他數(shù)據(jù)源的調(diào)用。而且采用datablade技術(shù)開(kāi)發(fā)的可重用模塊可以直接嵌入到數(shù)據(jù)庫(kù)核心，作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的一部分，這樣可以大大擴(kuò)展核心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)支持能力，并提高數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的整體運(yùn)行性能。
---- 不管客戶的業(yè)務(wù)如何發(fā)展變化，也不管客戶要管理什么樣的信息，以及客戶所處于哪一個(gè)行業(yè)，利用datablade技術(shù)，總能夠迅速廉價(jià)地創(chuàng)建各種復(fù)雜的、智能的解決方案，使客戶以更短的時(shí)間將產(chǎn)品投入市場(chǎng)，極大地提高客戶的競(jìng)爭(zhēng)力。
應(yīng)用發(fā)展永無(wú)止境
---- 在過(guò)去的25年間，人們采用gis、cad以及圖形處理系統(tǒng)創(chuàng)建了數(shù)量龐大的數(shù)字化空間數(shù)據(jù)。而現(xiàn)在，以下三大主要的發(fā)展趨勢(shì)有力推動(dòng)了對(duì)于新的開(kāi)放式空間數(shù)據(jù)管理方式的需求的不斷增長(zhǎng)。首先，拓展企業(yè)范圍內(nèi)地理數(shù)據(jù)訪問(wèn)的需要在迅速增加; 其次，企業(yè)開(kāi)始采用空間定位以集成其核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在其業(yè)務(wù)運(yùn)作過(guò)程中增加了空間分析；第三，對(duì)于各級(jí)政府機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的廣為流行構(gòu)成了巨大壓力，促使其不斷提供對(duì)現(xiàn)有地理數(shù)據(jù)的公共互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)。
---- 企業(yè)將是空間地理技術(shù)應(yīng)用拓展的最大受益者，因?yàn)樗麄兛梢栽谏虡I(yè)運(yùn)營(yíng)中充分利用空間地理技術(shù)的先進(jìn)可視化及分析技術(shù)。分析家指出，通過(guò)在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中增加一個(gè)空間維，企業(yè)可以制訂出更好的決策。例如，蜂窩服務(wù)供應(yīng)商在拓展覆蓋范圍時(shí)，需要計(jì)算出潛在用戶在什么地方。空間地理技術(shù)的應(yīng)用將有助于回答這一問(wèn)題，并帶來(lái)更好、更智能化的商業(yè)決策。
