资源数据库系统

13.3.4　资源数据库系统

资源数据库系统是整个自然资源信息系统的核心，它与常用的数据库系统相比，有以下特点:

1）资源数据库具有“空间数据库”的特点

进入资源数据库的数据从类型上看，不仅有资源实体及其诸要素的属性数据（与一般数据库相似），而且还有大量的空间数据，即描述资源及其诸要素空间分布（位置及几何形状等）的数据，这两种数据之间有着不可分割的联系。从数据源的角度来看，资源数据库除了一般数据库的统计数据、表格数据、文字报告资料外，各种图形数据（例如分布图、类型图、评价图、分区图等）和图像数据也是一个主要数据源。

2）资源数据库的数据应用面相当广泛

自然资源数据库的数据应用面包括资源研究、资源估算与评价、资源规划、各种资源数据检索等。从理论上来讲，资源数据库是整个自然资源信息系统的信息源，它应能满足用户对数据存取、修改、查询、统计等的需要，同时也应满足各种规划模型、决策模型和图形输出的需要。但实践证明采用一个资源数据库来胜任如此繁重的任务是十分困难的，也是不必要的。解决这个问题的办法是，一方面在信息系统各子系统间建立数据转换系统，从而可以将资源数据库数据通过转换系统生成外部文件，供辅助决策系统和图形库管理系统使用；另一方面除了自然资源数据库系统，在信息系统的各子系统分别建立各自的数据库（如模型数据库、图形数据库等）以满足它们自身的需要。

3）资源数据库系统很难采用通用的数据库管理系统

通用的数据库管理系统只适用于资源实体的属性数据的管理，包括资源实体的标量属性（如高程值、降雨量、储藏量等）和名称属性（如北京、小麦、河流等地名与物质名称）。对于反映资源实体之间位置关系的几何属性数据（如几何形状等）的管理则难以胜任。资料表明，国内外成百个资源空间信息系统很少有采用通用的数据库管理系统的。

4）大量的空间数据必须采用特殊的数据结构和编码来进行组织

在资源数据库系统中，往往把空间数据与非空间（属性数据）分开来存储，因为它们的数据结构是不同的。空间数据结构基本上可分为两大类:矢量结构和栅格结构（也可以称为矢量模型和栅格模型）（图13-18）。两类结构都可用来描述地理实体的点、线、面三种基本类型。

图13-18　矢量结构和栅格结构

（1）矢量结构

对于点实体，矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；对于线实体，在数字化时即进行量化，就是用一系列足够短的直线首尾相接表示一条曲线，当曲线被分割成多而短的线段后，这些小线段可以近似地看成直线段，而这条曲线也可以足够精确地由这些小直线段序列表示，矢量结构中只记录这些小线段的端点坐标，将曲线表示为一个坐标序列，坐标之间认为是以直线段相连，在一定精度范围内可以逼真地表示各种形状的线状地物；“多边形”在地理信息系统中是指一个任意形状、边界完全闭合的空间区域。其边界将整个空间划分为两个部分:包含无穷远点的部分称为外部，另一部分称为多边形内部。把这样的闭合区域称为多边形是由于区域的边界线同前面介绍的线实体一样，可以被看作是由一系列多而短的直线段组成，每个小线段作为这个区域的一条边，因此这种区域就可以看作是由这些边组成的多边形了。

跟踪式数字化仪对地图数字化产生矢量结构的数字地图，适合于矢量绘图仪绘出。矢量结构允许最复杂的数据以最小的数据冗余进行存储，相对于栅格结构来说，数据精度高，所占空间小，是高效的空间数据结构。

矢量结构的特点是:定位明显、属性隐含，其定位是根据坐标直接存储的，而属性则一般存于文件头或数据结构中某些特定的位置上，这种特点使得其图形运算的算法总体上比栅格数据结构复杂得多，有些甚至难以实现。当然有些地方也有其便利和独到之处，在计算长度、面积、形状和图形编辑、几何变换操作中，矢量结构有很高的效率和精度，而在叠加运算、邻域搜索等操作时则比较困难。

（2）栅格结构

栅格结构是最简单、最直接的空间数据结构，是指将地表划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。如图13-19所示，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。遥感影像属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级。

图13-19　点、线、区域的格网

栅格结构的显著特点是:属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。

由于栅格行列阵列容易为计算机存储、操作和显示，因此这种结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像的结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便。

许多实践证明，栅格结构和矢量结构在表示空间数据上可以是同样有效的，对于一个资源信息系统，较为理想的方案是采用两种数据结构，即栅格结构与矢量结构并存，对于提高系统的空间分辨率、数据压缩率和增强系统分析、输入输出的灵活性十分重要。两种格式的比较见表13-6。

表13-6　矢量格式与栅格格式的比较