袁詠儀 張旭 盧涵宇

摘 要：隨著空間信息技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，解決用戶應(yīng)用系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)間的數(shù)據(jù)傳輸成為充分利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵問(wèn)題，而空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎能解決上述問(wèn)題。本文以Mapinfo公司的SpatialWare空間數(shù)據(jù)引擎為例，使用SpatialWare在SQL Server 2000上構(gòu)建了空間數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的透明訪問(wèn)、共享和互操作等功能，從而建立真正意義上的分布式空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)。

關(guān)鍵詞：SpatialWare；空間數(shù)據(jù)庫(kù)；空間數(shù)據(jù)引擎；空間索引；空間查詢

空間數(shù)據(jù)庫(kù)，是以描述空間位置和點(diǎn)、線、面、體特征拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位置數(shù)據(jù)及描述這些特征的屬性數(shù)據(jù)為對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)，它采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)組織管理空間地理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，提供對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)查詢和分析。空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（Spatial Database Engine，SDE）通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎實(shí)現(xiàn)客戶/服務(wù)器的分布計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的透明訪問(wèn)、共享和互操作，從而建立真正意義上的分布式空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的概念

空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎是指提供存儲(chǔ)、查詢、檢索空間地理數(shù)據(jù)，以及對(duì)空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)系運(yùn)算和空間分析的程序功能集合。

1.1 基于SpatialWare的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎具備的基本功能

（1）多用戶權(quán)限和并發(fā)訪問(wèn)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)引擎對(duì)不同用戶必須提供不同的權(quán)限，同時(shí)提供對(duì)用戶的多線程執(zhí)行，支持多用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)訪問(wèn)。

（2）多空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理。為了滿足人們對(duì)分布信息的需求共享，往往需要同時(shí)操作若干個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。這就需要為用戶建立多空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的透明、安全訪問(wèn)。

（3）空間數(shù)據(jù)索引功能。空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引技術(shù)通過(guò)篩選，排除大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的地理對(duì)象，從而縮小了空間數(shù)據(jù)的操作范圍，用來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)獲取的效率。

（4）空間關(guān)系運(yùn)算和空間分析功能。在GIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，都需要空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎對(duì)空間數(shù)據(jù)加以處理，提供對(duì)空間地理數(shù)據(jù)必要的空間關(guān)系運(yùn)算和空間分析功能。

（5）GSQL語(yǔ)句的解釋執(zhí)行。對(duì)用戶提交的GSQL語(yǔ)句進(jìn)行語(yǔ)義分析，根據(jù)GSQL語(yǔ)句的語(yǔ)義，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作，構(gòu)造執(zhí)行結(jié)果。

1.2 基于SpatialWare的空間數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式

SpatialWare空間數(shù)據(jù)模型可分為幾何元素、空間要素、空間實(shí)體、圖層4層結(jié)構(gòu)；它的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：圖層基本結(jié)構(gòu)、空間實(shí)體基本結(jié)構(gòu)、空間要素基本結(jié)構(gòu)、幾何要素基本結(jié)構(gòu)；它的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要包含3個(gè)部分：空間數(shù)據(jù)類型，空間數(shù)據(jù)索引，空間運(yùn)算函數(shù)。

2 空間數(shù)據(jù)索引機(jī)制和管理方式

2.1 空間數(shù)據(jù)的索引機(jī)制

空間索引是對(duì)存儲(chǔ)在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)位置信息的描述，用來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)獲取的效率。SpatialWare采用的R樹(shù)空間索引提供效率。就R樹(shù)而言，認(rèn)為有N個(gè)實(shí)體被N個(gè)外接矩形（Rectangles，R）所包圍，R樹(shù)空間索引就是按包含實(shí)體的矩形來(lái)確定的，樹(shù)的層次表達(dá)了分辨率信息，每個(gè)實(shí)體與R樹(shù)的結(jié)點(diǎn)相聯(lián)系。

2.2 基于SpatialWare的空間數(shù)據(jù)管理方式

SpatialWare可以建立在兩層或三層結(jié)構(gòu)上。兩層結(jié)構(gòu)指的是系統(tǒng)分為兩部分，包括客戶端和服務(wù)器。在兩層的情況下，SpatialWare服務(wù)器通過(guò)SpatialWare中間驅(qū)動(dòng)與MapInfo客戶溝通，它既作為數(shù)據(jù)服務(wù)器也作為空間處理服務(wù)器。三層架構(gòu)包括客戶，中間服務(wù)器/客戶層及服務(wù)器。最高一層處理用戶接口和數(shù)據(jù)流的問(wèn)題，中間服務(wù)器/客戶層專門(mén)處理申請(qǐng)，底層則進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。在三層的情況下，可以把空間數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)服務(wù)器放在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，中間使用SpatialWare接口（ODBC or C-API）和用戶互動(dòng)。

3 構(gòu)建基于SpatialWare的空間數(shù)據(jù)庫(kù)

在使用空間數(shù)據(jù)表前，必須向表中加入空間字段，同時(shí)還應(yīng)該建立一個(gè)R樹(shù)索引。如果表是通過(guò)Mapinfo EasyLoader或者是Mapinfo Professional方法生成的，那么空間化數(shù)據(jù)庫(kù)所必需的字段和索引已經(jīng)被自動(dòng)創(chuàng)建了，不必要手動(dòng)創(chuàng)建。

3.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建

經(jīng)過(guò)空間化的表中必須包含st_spatial類型的字段，這個(gè)字段用于保存空間幾何數(shù)據(jù)，在默認(rèn)的情況下該字段名是SW_GEOMETRY，也可以是其他合法的名字。創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫(kù)的方法是在一個(gè)普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中加入空間數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的空間數(shù)據(jù)類型，空間數(shù)據(jù)處理函數(shù)和空間索引機(jī)制等內(nèi)容。以SpatialWare為例創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫(kù)必須先建立一個(gè)普通數(shù)據(jù)庫(kù)，然后利用exec sp_spatialize_db對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行空間化操作。

3.2 空間數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建

創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)表主要有3種方式：采用EasyLoader上傳空間數(shù)據(jù)；采用T-SQL命令創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)表或者空間化數(shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)有表；使用Mapinfo Professional把打開(kāi)的地圖數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。一張空間數(shù)據(jù)表還必須包含一個(gè)非空、唯一的integer類型的關(guān)鍵字段。這個(gè)字段用來(lái)維護(hù)空間字段和R樹(shù)索引（spatialzed columns and R-tree indexing）。

本文采用T-SQL命令創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)表，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

create table spatialtable（

sw_member integer not null IDENTITY Primary Key，

sw_geometry st_spatial）

新建表名：spatialtable 關(guān)鍵字段：sw_member，非空、唯一的integer類型

geometry字段：sw_geometry

3.3 空間索引的創(chuàng)建

使用T-SQL 命令為SpatialWare創(chuàng)建空間索引

exec sp_sw_create_rtree ''，'