空間數據

空間數據是用來描述來自於現實的目標，將數據統一化，藉以表明空間實體的形狀大小以及位置和分佈特徵。

定位是指在已知的座標系裏空間目標都具有唯一的空間位置；定性是指有關空間目標的自然屬性，它伴隨着目標的地理位置；時間是指空間目標是隨時間的變化而變化；空間關係通常一般用拓撲關係表示。空間數據是一種用點、線、面以及實體等基本空間數據結構來表示人們賴以生存的自然世界的數據。 空間數據是數字地球的基礎信息，數字地球功能的絕大部分將以空間數據為基礎。空間數據已廣泛應用於社會各行業、各部門，如城市規劃、交通、銀行、航空航天等。隨着科學和社會的發展，人們已經越來越認識到空間數據對於社會經濟的發展、人們生活水平提高的重要性，這也加快了人們獲取和應用空間數據的步伐。空間數據是數據的一種特殊類型。它是指凡是帶有空間座標的數據，如建築設計圖、機械設計圖和各種地圖表示成計算機能夠接受的數字形式。

空間數據結構是空間數據適合於計算機存儲、管理、處理的邏輯結構，是空間數據在計算機內的組織和編碼形式，是地理實體的空間排列和相互關係的抽象描述。它是對空間數據的一種理解和解釋。

空間數據結構又是指空間數據的編排方式和組織關係。空間數據編碼是指空間數據結構的具體實現，是將圖形數據、影像數據、統計數據等資料按一定的數據結構轉換為適合計算機存儲和處理的形式。不同數據源採用不同的數據結構處理，內容相差極大，計算機處理數據的效率很大程度取決於數據結構。

數據結構即指數據組織的形式，是適合於計算機存儲、管理和處理的數據邏輯結構。空間數據是地理實體的空間排列方式和相互關係的抽象描述。數據結構是對數據的一種理解和解釋。不説明數據結構的數據是毫無用處的，不僅用户無法理解，計算機程序也不能正確地處理。對同樣一組數據，按不同的數據結構去處理，得到的可能是截然不同的內容。空間數據結構是GIS溝通信息的橋樑，只有充分理解地理信息系統所採用的特定數據結構，才能正確有效的使用系統。 ^[2] 

概述

目標構成數據庫的邏輯過程

隨着信息技術的飛速發展和企業界新需求的不斷提出，以面向事務處理為主的空間數據庫系統已不能滿足需要，信息系統開始從管理轉向決策處理，空間數據倉庫就是為滿足這種新的需求而提出的空間信息集成方案，它有四個特點：

主題與面向主題

與傳統空間數據庫面向應用進行數據組織的特點相對應，空間數據倉庫中的數據是面向主題進行數據組織的。它在較高層次上將企業信息系統中的數據進行綜合、歸類,並加以抽象地分析利用。

集成的數據

空間數據倉庫的數據是從原有的空間數據庫數據中抽取來的。因此在數據進入空間數據倉庫之前，必然要經過統一與綜合，這一步是空間數據倉庫建設中最關鍵、最複雜的一步，所要完成的工作包括消除源數據中的不一致性和進行數據綜合計算。

數據是持久的

空間數據倉庫中的數據主要供決策分析之用，所涉及的數據操作主要是數據查詢，一般情況下並不進行修改操作。空間數據倉庫的數據反映的是一段相當長的時間內的數據內容，是不同時間的空間數據庫快照的集合和基於這些快照進行統計、綜合和重組導出的數據，而不是聯機處理的數據。空間數據庫中進行聯機處理的數據經過集成輸入到空間數據倉庫中，一旦空間數據倉庫存放的數據已經超過空間數據倉庫的數據存儲期限，這些數據將從空間數據倉庫中刪去。

數據是隨時間不斷變化的

空間數據倉庫的數據是隨時間的變化不斷變化的，它會不斷增加新的數據內容,不斷刪去舊的數據內容,不斷對數據按時間段進行綜合。

空間數據倉庫用於支撐空間決策支持系統，它由四大部分組成：數據源、空間數據庫系統、空間數據倉庫信息存儲系統、空間數據倉庫分析工具。

空間特徵

空間特徵是地理信息系統或者説空間信息系統所獨有的。空間特徵是指空間地物的位置、形狀和大小等幾何特徵，以及與相鄰地物的空間關係。空間位置可以通過座標來描述。

專題特徵

專題特徵也指空間現象或空間目標的屬性特徵，是指除了時間和空間特徵以外的空間現象的其他特徵，如大氣污染度等。這些屬性數據可能為一個地理信息系統派專人採集，也可能從其他信息系統中收集。因為這類特徵在其他信息系統中都可能存儲和處理。 ^[3] 

空間數據挖掘技術作為當前數據庫技術最活躍的分支與知識獲取手段，在地理信息系統中的應用推動着GIS朝智能化和集成化的方向發展。空間數據挖掘是指從空間數據庫中抽取沒有清楚表現出來的隱含的知識和空間關係，並發現其中有用的特徵和模式的理論、方法和技術。 ^[3] 

空間數據來源和類型繁多，概括起來主要可以分為地圖數據、影像數據、地形數據、屬性數據和元數據。

(1)地圖數據：這類數據主要來源於各種類型的普通地圖和專題地圖，這些地圖的內容非常豐富。

(2)影像數據：這類數據主要來源於衞星、航空遙感，包括多平台、多層面、多種傳感器、多時相、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數據，構成多元海量數據，是空間數據庫最有用、最廉價、利用率最低的數據源之一。

(3)地形數據：這類數據來源於地形等高線圖的數字化，已建立的數據高程模型(DEM)和其他實測的地形數據。

(4)屬性數據：這類數據主要來源於各類調查統計報告、實測數據、文獻資料等。 ^[3] 

美國總統克林頓入主白宮以後着手實施的耗資上千億美元的“信息高速公路”計劃，與肯尼迪總統當年的航天計劃具有同等重要的意義。所謂“信息高速公路”並不是指交通公路，而是指高速計算機通訊網絡。它是通過光纖或電纜把政府機構、科研單位、企業、圖書館、學校、商店以及家家户户的計算機連接起來，利用計算機終端、傳真機、電視等終端設備，像使用電話那樣方便、迅速地傳遞和處理信息，從而最大限度地實現信息共享。“信息高速公路”所起的作用除創造豐富的物質財富外，還將改變人類的生活方式。為了在“信息高速公路”上表示和查詢與地理和地球有關的空間信息，克林頓又於1994年4月發佈了12906號總統令，“協調信息獲取和建立國家(地球)空間數據基礎設施(NSDI)”。數字地球是以信息高速公路和空間基礎設施為依託的一個廣泛的概念。國家空間數據基礎設施(NSDI)主要包括：地球空間數據框架、空間數據協調、管理與分發體系、空間數據交換網站和空間數據轉換標準。

地球空間數據框架是提供一個可以進行精確地、始終如一地獲取、配準和集成地球空間信息的基礎。此框架中包括正射影像、大地控制、高程、交通、水系、政區、公用地籍以及資源、環境、社會、經濟、歷史記錄等方面的數據。空間數據協調、管理與分發體系,是組織生產和使用地理數據的人員，建立相應的組織機構，制定有關空間數據的發展戰略和政策，建立地理空間數據個人和機構間聯繫渠道，傳輸數據和開發數據庫。其目標是生產和使用共用的空間地理數據集，共享和開發基礎數據資源以提高決策能力。

空間數據交換網站是一個擁有地理空間信息，在地理空間數據生產者、管理者和用户之間的一個分佈式電子網絡。其用户有權決定保存哪類地理空間數據；瞭解數據狀況(內容、質量及其它特徵等)；尋找他們需要的數據；根據他們的應用項目，評價數據是否有用；儘可能經濟地獲取或訂購數據。地理空間數據生產者以各種軟件工具提供電子形式的元數據(關於數據的數據)。元數據標準規定了不同地理空間數據的元數據的內容，其目的是提供一個共同的標準化的元數據術語和定義。空間數據轉換標準是一個異種計算機間空間數據轉換的進程。該標準規定了帶有空間參考系信息的矢量和柵格(包括格網)數據的交換約定、尋址格式、結構和內容。標準中包括概念模型、質量報告、傳輸組件説明和對空間要素和屬性的定義。

空間數據基礎設施與信息高速公路有着相互依存、相互促進、共同發展的密切關係。計算機硬件和各種應用軟件好似高速公路上跑着的車，而基礎地理信息好似被運載的貨物。為避免出現有路沒車、或有車沒貨的現象，應大力發展我國地理信息產業，為社會提供豐富的基礎空間信息和軟件產品。這樣既節約了開發力量和系統投資，又能最大限度地實現基礎空間信息的共享。

空間數據轉換格式是空間數據存在的一種特定的編排格式。該格式用於當兩個空間數據處理系統在使用不同的計算機硬件、操作系統和空間數據管理軟件時，能容易地、完整無損地將空間數據從一個系統轉換到另一個系統。空間數據轉換格式通常以描述數據邏輯結構與邏輯關係的模型表達。

空間數據轉換格式是實施空間數據轉換的標準中介格式。為實現轉換，需要制訂並遵循統一的空間數據轉換標準，包括現實世界空間實體的一系列屬性和關係描述，提供轉換機制，保證這些屬性和關係的描述結構不會改變，並能被數據接收者正確地調用。隨着技術的發展，空間數據轉換格式的中介作用將會減弱，代之以按照互操作規範開發的不同空間數據處理系統，通過公共接口實現不同系統間、不同數據結構、不同數據格式的數據動態調用。交換中心：空間數據交換中心是指對不同範圍、領域的空間信息及其元數據進行有效管理、給信息需求者提供空間數據的目錄信息、元數據信息、信息的地址等的計算機聯網管理系統。它主要是為了實現空間信息的網絡共享，使得各部門或領域的空間信息生產者和消費者能夠通過覆蓋全球的通信網絡共享空間信息，避免基礎空間信息或交叉信息的重複生產以及由此引發的標準化問題等。

為實現上述目的，在硬件方面應建立空間信息共享服務器，用户訪問客户端及其相應的網絡體系結構，提供信息共享所必須的硬件平台。在軟件方面要研究和設計空間元數據管理軟件以實現空間信息共享，也可以研究和使用其它共享軟件實現空間信息共享。共享軟件的設計要考慮使用現有或自己設計的各共享服務器之間或共享服務器與客户端之間的數據請求和傳輸協議規範，現有的如：基於TCP/IPZ39.50和HTTP等協議。共享信息、相應的元數據信息以及信息獲取方法等存放在空間信息共享服務器中，需要共享信息的用户通過客户端瀏覽器提供的用户訪問界面向空間數據交換中心提交數據或提出數據請求，這些用户請求通過相應的網絡運行體系傳遞到交換中心的信息共享服務器上，服務器上的軟件模塊作出相應的處理，或者對用户提交的數據作出分析處理，存儲入庫，或者對用户請求作出響應，返回給用户。

空間數據交換中心是國家空間信息基礎設施建設的核心內容之一，是數字地球關鍵技術，只有實現了空間信息共享，數字地球才可以使我們每個人都可以隨時隨地獲取所需要的具有相應權限的空間信息，人們才可以利用它處理日常事務，從事科學研究，對企業進行有效管理和各種科學決策，實現民族的騰飛和國家的蓬勃發展。

空間數據庫管理系統是空間數據庫的核心軟件，將對空間數據和屬性數據進行統一管理，為GIS應用開發提供空間數據庫管理系統除了必須具備普通數據庫管理系統的功能外，還具有以下三方面研究內容：

1、空間數據存儲管理，實現空間數據強大的基礎平台。和屬性數據的統一存儲和管理，提高數據的存儲性能和共享程度，設計實現空間數據的索引機制，為查詢處理提供快速可靠的支撐環境。

2、支持空間查詢的SQL語言，參照SQL-92和OpenGIS標準，對核心SQL進行擴充，使之支持標準的空間運算，具有最短路徑、連通性等空間查詢功能。

3、查詢，供相關人士查詢數據。

空間數據採集與處理的目標與任務、對象與內容、技術路線與工作流程，全面闡述了水利普查空間數據的數據源、採集與處理方法、質量控制等主題，詳細講述了各普查對象空間數據採集標繪與處理的方法，並對空間數據採集與處理的質量評定與檢查方法做出説明。本書緊密結合各級水利普查機構空間數據採集與處理的技術需求，為滿足空間數據採集與處理的工作需要而撰寫。本書內容緊扣空間數據採集與處理的作業流程，提供多種具體有效的方法，致力於提高一線工作人員的業務能力，保障空間數據採集與處理的精度和質量。本書既可作為水利普查空間數據採集與處理的培訓教材，也可作為水利信息化技術人員的參考書。