---

一、前言

数据是指客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的符号描述。
在空间数据库中，数据可以是一个数，如某一点的高程值、一个多边形的面积等，也可以是一组符号组成的字符串，如一个地名、一个河流注记、一幅图像。
空间数据不同于普通的数据，它具有空间性、时间性、多维性和大数据量等特点。而且数据之间不仅有传统的关联关系，更多地还有空间关系，这就给数据的处理和利用带来了更多的难度。

二、空间概念

空间（space）是一个应用很广泛的名词，空间是客观存在的物质空间，空间是—个复杂的概念，具有多义性，既有与时间对应的含义，也有“宇宙空间”的含义。
日常语义上的“空间”是指事物之间的距离或间隔。

从地理学的意义上讲，空间是人类赖以生存的地球表层具有一定厚度的连续空间域，是一个定义在地球表层空间实体集上的关系。GIS领域的space是指地理环境或地球表层空间，是地理信息系统表达和研究的对象。为了在GIS中对地理空间进行描述，常常需要借助于抽象的数学空间表达方法。

三、地理空间

• 地球表面上的一切地理现象、地理事件、地理效应、地理过程统统都发生在以地理空间为背景的基础之上。
• 地理空间（Geospace）是一个相对空间，是一个空间实体组合排列集（这些空间实体具有精确的空间位置），强调宏观的空间分布和空间实体间的相关关系（关系以各单个地理空间实体为联结的结点或载体）。
• GIS中的地理空间（Geo-spatial）是指经过投影变换后，在笛卡尔坐标系中的地球表层特征空间。它是地理空间的抽象表达，是信息世界层面的地理空间。
• 地理空间由地理空间定位框架及其所连接的地理空间特征实体组成。
• 地理空间定位框架即大地测量控制，为建立所有地理数据的坐标位置提供通用参考系统，将所有地理要素同平面及高程坐标系连接。
• 地理空间特征实体则为具有形状、属性和时序性的空间对象。

四、空间数据

空间数据是对空间事物的描述，空间数据（Spatial Data）实质上就是指以地球表面空间位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据。
空间数据（Spatial Data）是一种带有空间坐标的数据，包括文字、数字、图形、影像、声音等多种方式。
空间数据是对现实世界中空间特征和过程的抽象表达，用来描述现实世界的目标，它记录地理空间对象的位置、拓扑关系、几何特征和时间特征。位置特征和拓扑特征是空间数据特有的特征。此外，空间数据还具有定位、定性、时间、空间关系等特性。

五、数据库

数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户所共享

六、空间数据库

• 任何真实世界的对象可能表示成数据库中的对象，但并不是任何对象都和地理位置有关，这取决于我们所要表达的信息模型及应用。只有当对象在数据库中需要考虑其空间位置时，它们才成为空间参考对象，才和空间位置相关。
• 空间数据库既要能处理空间参考对象类型，也要能处理非空间参考对象类型。而如何表示空间或地理现象即空间参考对象的关键是其数据模型，数据模型的设计除与应用有关外，还与提供支持模型的基本概念、方法等有密切联系。空间数据的表示则与计算机表示数据的精度和计算机的存储空间有关。

七、空间数据库与传统数据库的差异

7.1 信息描述差异

（1)在空间数据库中，数据比较复杂，不仅有与一般数据库性质相似的地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。
（2)空间数据库是一个复杂的系统，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。空间数据库中的数据具有丰富的隐含信息。例如，数字高程模型（DEM)除了载荷高度信息外，还隐含了地质岩性与构造方面的信息；植物的种类是显式信息，但植物的类型还隐含了气候的水平地带性和垂直地带性的信息等。

7.2 数据管理差异

（1)传统数据库管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而空间数据是连续的，具有很强的空间相关性。
（2)传统数据库管理的实体类型少，并且实体类型之间通常只有简单固定的空间关系；而空间数据库的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且能产生新的关系（如拓扑关系）。
（3)地理空间数据存储操作的对象可能是一维、二维、三维甚至更高维。一方面，可以把空间数据库看成是传统数据库的扩充；另一方面，空间数据库突破了传统的数据库理论，如将规范关系推向非规范关系。而传统数据库系统只针对简单对象，无法有效地支持复杂对象（如图形、图像）。传统数据库存储的数据通常为等长记录的原子数据，而空间数据库通常由于不同空间目标的坐标串长度不定，具有变长记录的特点，并且数据项也可能很大、很复杂。
（4)地理空间数据的实体类型繁多，不少对象相当复杂，地理空间数据管理技术还必须具有对地理对象（大多为具有复杂结构和内涵的复杂对象）进行模拟和推理的据模型功能。但是，传统数据库系统的数据模拟主要针对简单对象，管理的实体类型较少，因而，无法有效地支持以复杂对象为主体的GIS领域。随着GIS技术向三维甚至更高维方向发展，GIS系统需要描述表达的对象越来越复杂，这个问题将越来越突出。
（5)空间数据库有许多与关系数据库不同的显著特征。空间数据库包含了拓扑信息、距离信息、时空信息，通常按复杂的、多维的空间索引结构组织数据，能被特有的空间数据访问方式所访问，经常需要空间推理、几何计算和空间知识表达等技术。

7.3 数据操作差异

从数据操作的角度，地理空间数据管理中需要进行大量的空间数据操作和查询，如矢量地图的剪切、叠加和缓冲区等空间操作、裁剪、合并、影像特征提取、影像分割、影像代数运算、拓扑以及相似性查询等，而传统数据库系统只操作和查询文字和数字信息，难以适应空间操作。

7.3 数据更新差异

（1)数据更新周期不同。传统数据库的更新频度较高，而空间数据库的更新频度一般是以年度为限。
（2)数据更新的角色不同。空间数据库更新一般由专人负责，一是因为要保证空间数据的准确性，二是空间数据的更新需要专门的技术。而传统数据库的更新可能是任何使用数据库的人员。
（3)访问的数据量不同。传统数据库每次访问的数据量较少，而空间数据库访问的数据量大，因而空间数据库要求有很高的网络带宽。
（4)数据更新的策略不同。传统数据库一般由事务控制，而空间数据库一般允许访问时间相对滞后的数据，一方面因为空间对象的变化较缓慢；另一方面因为人为因素未能及时更新，但这不影响对先前更新的数据的访问；另外，GIS系统一般是作为决策支持系统出现的，而决策支持系统基本上使用的是历史数据。

7.3 服务应用差异

（1)一个空间数据库的服务和应用范围相当广泛，如地理研究、环境保护、土地利用和规划、资源开发、生态环境、市政管理、交通运输、税收、商业、公安等许多领域。
（2)空间数据库是一个共享或分享式的数据库。
（3)传统的关系数据库中存储和处理的大都是关系数据。