2.1.1 空间数据库的定义

1. 空间的定义

(1)空间

同时间一样，空间是人类最基本的认识对象之一。日常语义的“空间”是指事物之间的距离或间隔。空间知识的本质问题是一个古老的研究领域，哲学家、天文学家、物理学家对空间的论述众说纷纭。从中世纪开始，在自然哲学和自然科学中“空间”取得了一个更为抽象的意义，它是指包容一切事物的无限的维度。布鲁诺空间作为一种持续延伸的三维自然属性。牛顿认为空间是一个可以由数学方法测量的对象，如欧氏几何所描述的空间。牛顿的追随者多把空间作为一种客观存在物——物体或物质。莱布尼茨强调空间是一个关系概念，表示事物之间共有的数学关系，是各种关系的总和，没有物体就没有空间，如拓扑几何学和图论描述的就是空间节点之间的关系。康德则从主观方面界定空间，认为空间不是一个从外部经验而来的经验概念，而是人类感觉的一种形式，由于空间才能将人类对外部事物的各种感觉统一起来。

空间是一个复杂的概念，具有多义性，概念有与时间对应的含义，也有“宇宙空间”的含义。空间可以定义为一系列结构化物体及其相互联系的集合(Gatrell，1991)。从感观角度讲，空间可以看做是目标或物体存在的容器和框架(Freraksa，1991; Nunes，1991)，因此空间更倾向于理解为物理空间。不同的科学中对空间的解释各不相同，天文学认为空间是时空连续体系的一部分; 从物理学的角度，空间为宇宙三个相互垂直的方向上所具有的广延性; 在数学中空间的范围很广，一般指某种对象(现象、状况、图形、函数等)的任意集合，其中要求说明“距离”或“邻域”的概念; 从地理学的意义上讲，空间是客观存在的物质空间，是人类赖以生存的地球表层具有一定厚度的连续空间域，是地理信息系统研究的对象。为了在GIS中对地理信息空间进行描述，常常需要借助于抽象的数学空间表达方法。

(2)欧氏空间

欧氏空间是对物理空间的一种数学理解与表达，是GIS中常用的一种重要的数学空间。大多数空间实体在GIS中用二维方法描述。其关于距离以及方位的度量依赖于欧氏空间，许多地理信息模型均以欧氏空间为基础。欧氏空间是欧氏几何所研究的空间，是对现实空间简单而确切的近似描述，分为平面和立体两种，可以看做是描述空间的坐标模型。其中平面空间通过一个简单的二维模型把空间特征转变成实数元组特征，该二维模型建立在包括一个固定原点和相交于原点的两条坐标轴的平面直角坐标框架下，对点、线、面特征的描述均有相关规定。

(3)拓扑时空

拓扑时空是另一种理解和描述物理空间的数学方法，也是GIS中常用的重要数学空间。欧氏空间擅长二维或三维空间表的空间方位、规模的表达，而拓扑空间是描述空间目标宏观分布或目标之间相互关系的有效方法。

“拓扑”一词源于希腊文，原意为“形状的研究”。拓扑学是几何学的一个分支，研究图形在拓扑变化时不变的性质，它对GIS处理的几何对象及空间关系给出了严格的数学描述，为GIS中空间点、线、面之间的包含、覆盖、分离和链接的空间关系的描述提供了直接的理论依据。拓扑空间是距离空间的拓展。从更广泛的意义来看，拓扑空间是一组任意要素集，是一个连续的概念，并在位置关系基础上进行定义。区域、边界、连通等几何对象以及几何对象的空间关系在拓扑空间中均有定义。在拓扑空间中，欧氏平面可以想象成由理想弹性模式做成的平面，它可以任意延伸和收缩，但不允许折叠和撕裂。若空间目标间的惯量、相邻与连通等几何属性不随空间目标的平移、旋转、缩放等变换而改变，这些保持不变的性质称为拓扑属性，变化的性质则称为非拓扑属性。如一个多边形及多边形内的一点，无论怎么延伸或收缩，该点仍不会在多边形的面积上发生变化，这里点的“内置”是拓扑属性，面积则为非拓扑属性。拓扑关系是不考虑距离和方向的空间目标之间的关系，包括相邻、邻接、关联和包含等。GIS中利用拓扑可以有效减少数据存储量。在空间分析中利用拓扑可以高效管理要素的共同边界、定义并维护数据的一致性法则，进行空间特征的检索查询、叠加、缓冲等分析。在数据处理中有效协助数据空间、属性的重新组织等。拓扑关系也可以用于检测数据质量或生成新数据集。

(4)地理空间

地球表面上的一切地理现象、地理时间、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。在地理学中，地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构、过程、功能关系上的分布方式、格局及其在时间上的延续。它是上至大气电离层，下至莫霍面的区域内物质能量发生转化的时空载体，是宇宙演化和人类活动对地球影响最大的区域，它被定义为具有空间参考的信息的地理实体或地理现象发生的时空位置集。地理空间十分复杂，其各组成成分之间存在内在联系，形成一个不可分割的统一整体。而且地理空间具有等级差别，同等级地理空间之间亦存在差异。

GIS中的空间是指经过投影变换后，在笛卡儿坐标系中的地球表层特征空间。它是地理空间的抽象表达，是信息世界的地理空间。地理空间有地理空间定位框架及其所连接的地理空间特性实体组成。其中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。

GIS中地理空间一般被定义为绝对空间和相对空间两种空间形式。绝对空间是具有属性描述的空间几何位置的集合，由一系列不同位置的空间坐标组成; 相对空间是具有描述的空间属性特征的实体集合，由不同实体之间的空间关系构成。具体来说，绝对空间来源于地理位置的唯一性，有其欧式空间基础，即相对于地球坐标系的绝对位置; 相对空间则是根据实体之间的空间关系及其推理机制定义的，通过地理空间和欧式空间的统一，将地理现象的相对特性(宏观的空间关系)和绝对特性(空间位置的准确特征)紧密有机地联系在一起。

地理空间是多维的，长期以来，主要考虑二维地理空间的问题，将地理空间简化为二维投影的概念模型一直是二维制图和GIS中的普遍做法。随着应用的深入，二维简化空间的缺陷越来越明显，需要加强研究地理空间的三维本质特征及在三维空间概念模型下的一系列处理方法。从三维GIS的角度，地理空间应具有不同于二维空间的三维特征: ①几何坐标上增加第三维信息(垂向坐标信息); ②垂直坐标信息的增加导致空间图片更新的复杂化，无论零维、一维、二维还是三维对象，在垂向上都具有复杂的空间拓扑关系; ③二维拓扑关系式在平面上呈圆状发散伸展，而三维拓扑关系则是在三维空间中呈球状向无穷维发展; ④三维地理空间中的三维对象具有丰富的内部信息(包括属性分布，结构形式等)。

地理空间具有可分性。任何一个空间域都可以分成若干个子区域，这些分割可以是镶嵌分割或循环分割，其中前者有著名的泰森多边形和三角形，而后者是GIS中数据模型TIN的原型，常用的一个循环分割法有四叉树，这种以正方形为基础的循环划分方法可以推广到以点、矩形和三角形为基础的划分方法。

地理空间具有尺度特征。从理论上讲，地理空间是无限可分的，但对于地理空间的描述必须建立在一定的尺度基础上，在地理学上尺度一般都表述为比例尺。同一对象在不同尺度空间的描述是不同的，如在大比例尺地图上一条河流为面状对象，而在小比例尺上该对象可能是一线对象，因此，在研究地理空间问题时，尺度性必须加以考虑。

2. 空间数据与空间信息

空间数据(地理空间数据)指以地球表面空间位置为参照的自然、社会、人文、经济数据，可以是图形、图像、文字表格和数字等。它所表达的信息就是空间信息，反映空间实体的位置以及与该实体相关联的各种附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。在实际应用中，人们一般不去刻意区分空间数据和空间信息的区别，而是将二者等同起来，因此，下面的叙述中不再去严格区分空间信息和空间数据。

空间信息具有定位、定性、时间和空间关系等特性。定位是指在已知的坐标系里空间目标都具有唯一的空间位置; 定性是指有关空间目标的自然属性，它与目标的地理位置密切相关; 时间是指空间目标是随时间的变化而变化; 空间关系通常用拓扑关系表示。

空间信息是现实世界地理实体或现象在信息时间中的映射，它所反映的特征应包括自然界中的地理实体向人类传递的基本信息。空间数据描述的是所有呈现二维、三维甚至多维分布的关于区域的现象，不仅包含表示实体本身的空间位置及形态，还包括表示实体属性和空间关系的信息。

①空间性: 空间性是空间信息最主要的特征，是区别于其他信息的一个显著的标志。空间性表示了空间实体的地理位置、几何特性、以及实体间的拓扑关系，从而形成了空间物体的位置、形态及由此产生的一系列特性。

②时间性: 空间和时间是客观事物存在的形式，两者是紧密联系的。空间数据的时间是指空间数据的空间特性和属性随时间变化的动态特征，即时序性。空间数据的时间特性反映了空间数据的动态性。我们所生活的现实世界是一个时变系统，如果用空间数据对现实世界的变化进行描述，则空间数据的变化是不连续性的，而是在时间轴上的离散采样，一定空间范围内的一次采样对应时间轴上的一个离散采样点。

③非语义性: 语义是反映人类思维过程和客观实际的方面，是人们对客观事物的反映，但并不全等同于客观事物。通俗地讲，如果数据能够被人类认识理解，并能够与具体的事物相对应，就说明数据是语义的。

空间数据的这些特点为空间数据的组织和存储提供了特殊的要求。目前，空间数据一般以矢量或栅格数据的形式存在，在一些简单的应用中，大部分以文件的方式保存，这种方式在管理和查询上存在不便，数据存储的冗余度大，共享困难，还存在数据安全方面的问题。随着空间数据库技术的使用，解决了空间数据的存储和管理方面的问题。同关系数据库一样空间数据库可以对存储在其中的空间数据检索查询，提供数据的更新与备份、共享与并发的使用，并提供安全机制等，同时还可以进行矢量栅格一体化的存储于查询。

空间数据的来源是多种多样的，但是大部分的空间数据主要来源于8个方面。

①地图的数字化: 由于以往地理空间信息的主要表达形式或载体是地图，所以数字化地图就成为地理信息的主要来源之一，由地图到地理空间信息的转化有两种主要途径，即直接数字化地图和地图扫描后提取。该方法的优点是快捷有效但容易出现数据的不确定性问题，另外，误差控制和质量控制问题在这一过程中容易出现。

②实测数据: 通过野外实地测量获取的数据，如采用测量仪器进行实际勘察测量。用这种方法得到某些典型或主要空间和地理过程的数据可以补充用其他方法获取的数据，如实测影像数据的控制地物、模糊部分等。

③实验数据: 模拟地理真实世界中地物与过程特征产生的数据，它们表示在特定条件下的实际状况。如农业实验站的获取的各种数据，可以近似表达某种区域中大气——土壤——植被系统的运作状况; 地貌发育实验获取的数据可以近似表达某种环境条件下，地貌发育过程及各种特征。实验数据与实测数据的结合使用效果更佳。

④遥感与GPS数据: 由航空、航天各种实施获取的数据，如卫星影像数据获取。今后，遥感数据将成为地球空间数据的主要来源之一。目前，对这些数据的处理存在影像解译、分类、提取等一系列操作的自动化和信息质量的问题。GPS可以准确获取地物的空间位置，它已逐渐成为其他地球空间数据源的订正、校准手段。GPS、RS(Remote Sensing， RS)、GIS(Geography Information Science，GIS)的“3S”一体化应用是地球空间数据获取的一个方向。

⑤理论推测与估计数据: 在不能通过其他方法直接获取数据的情况下，常用有科学依据的理论来推测获取数据。如，对地球演化、地质过程、地貌演化、生物物种的分布和变迁、沙漠化进程等数据，依据现代地理特征的订正和过程规律去推测过去的各种数据。地质上常用这种方法获取数据。另外，对于一些短期内需要，但又不能直接测量获取的数据，如洪水淹没损失、地震影响区、风灾损失面积。经济财产损失等常用有依据的估算方法。

⑥历史数据: 指历史文献中记录下来的关于地理区域及地理事件的各种信息，这类信息十分丰富，对于建立序列地球空间数据很宝贵。经过基于地学知识关联的整理和完善，这些信息将成为可用的地球空间数据。由于种种原因，这些数据中存在着不确定性描述信息、错漏、重复、不系统、不规范等问题，应予以订正。如在地震历史数据中，可能有两个地点记录的是同一次地震。由于距震中的距离不同，则记录为两次震级不同的地震。这需要根据各种专业和非专业背景知识加以修订。

⑦统计普查数据: 由空间位置概念的统计数据通过与空间位置关联或其他处理可以转化为地球空间数据。普查方法获取的数据比统计数据更准确、更全面，普查涉及经济、社会、自然环境各方面，如人口普查、工业普查、农业普查、自然资源调查等。这方面过去已有大量的积累，但往往以非空间信息格式存在，因而，如何将这些数据转化为符合一定标准的地理信息是一项艰巨的工程，首先，地学领域的人员应向人们展示普查数据按地理空间信息利用的优越性和效益，然后，用适当的方法诱导普查数据地理信息空间信息化。如美国人口调查局已开始与ESRI(Environmental Systems Research Institute，ESRI)合作，以实现人口调查数据在空间数据概念上的应用。

⑧集成数据: 主要是指由已有的地球空间数据经过合并、提取、布尔运算、过滤等操作得到新的数据。其次，用这种方法获取数据在地图界已有很好的传统，但只有在GIS和计算机制图系统出现和应用以来，这一工作才变得快速、准确、有效。

3. 空间数据库

空间数据库主要是为GIS提供空间数据的存储和管理方法。空间数据的存储和管理方法通常有两种方式: 空间数据文件存储管理和空间数据库存储管理。

空间数据文件存储和管理即空间数据以操作系统的文件形式保存在计算机中。具有代表性的有: Map Info使用的WOR和TAB文件，Arc Info使用的Coverage和Shape文件等。操作系统的文件管理系统为GIS提供了对数据输入和输出操作的功能接口，进而提供数据存取方法。空间数据文件存储和管理的特点是: 一个GIS软件可以同时直接使用多个空间数据文件，一个空间数据文件也可同时为多个GIS软件共享; 但空间数据存储在不同的文件里造成数据面向应用的多个文件之间彼此孤立，不能反映数据之间的联系，易造成数据的冗余不一致性等问题。

如何才能解决文件管理上的这些问题，即空间数据库不应该仅采用面向具体应用的数据结构，而应该采用一种通用的结构表达; 空间数据文件之间不应该是批次孤立的，文件之间应建立联系; 要避免不同文件之间的数据的冗余存储，相同的数据一般只存储一次。由此，逐渐发展成为一种采用数据库对空间数据进行存储和管理的方法。

通常，数据库是数据库系统的简称。一个完整的数据库系统应该包括数据库存储系统、数据库管理系统(Database Management System，DBMS)和数据可应用系统三个组成部分。其中，数据库存储系统是按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合，通常是一系列相互关联的数据内文件; 数据库管理系统是提供数据库建立，使用和管理工具的软件系统。典型的数据库管理系统有: 微软公司的Access、SQLServer，甲骨文公司的Oracle，以及Sybase、IBMDB2、My SQL等。而数据库应用系统则是为了满足特定的用户数据处理需求而建立起来的，具有数据库访问功能的应用软件，它提供给用户一个访问和操作特定数据库的用户界面。

同理，空间系统数据库也由三个部分所组成。其中空间数据库存储系统指的是GIS在计算机存储介质上存储的应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式存储在硬盘、光盘等存储介质中的。如图2.1所示。

图2.1 空间数据库系统组成

空间数据库管理系统则是指能够对介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义，提供必需的空间数据查询检索和存取功能，以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。空间数据库管理系统的实现是建立在常规的数据库管理系统之上的。它除了需要完成常规数据库管理系统所必需的功能之外，还需要提供特定的针对空间数据的管理功能。

由GIS的空间分析模型和应用模型所组成的系统可以看做是空间数据的数据库应用系统，通过它不但可以全面地管理空间数据，还可以运用空间数据进行分析和决策。

空间数据管理实现方式从文件发展到数据库主要经历了四个阶段。

①初级式的管理模式: 代表性GIS为Arcinfo的Coverage文件管理模式。其空间分析功能和属性处理分别直接调用空间数据文件和属性数据文件进行数据处理。

②混合式的管理模式: 代表性GIS为Arcinfo、Arc View GIS的Shape文件和Map Info的TAB文件等管理模式。其空间分析功能调用空间数据管理模式块对空间数据文件进行处理，属性数据利用属性数据库进行管理。

③扩展式的管理模式(引擎方式): 代表性GIS为Arc Info的Geo Database(Spatial Database Engine，SDE)。它是在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。

④集成式的管理模式: 代表性系统为Oracle Spatial Cartridge(对象—关系数据库)。它是直接对常规数据库管理系统进行功能扩展，加入一定数量的空间数据库存储与管理功能。(www.daowen.com)

2.1.2 空间数据库特点

1. 空间数据的特征

空间数据有三大基本特征: 空间特征、时间特征和属性特征。其中，空间特征是空间数据独有的，指的是空间对象的位置、形状、大小等几何特征以及与相邻地物之间的拓扑关系; 而时间特征和属性特征是一般信息系统中的数据都具有的，空间数据库建库过程中需要考虑空间数据的实效性，尽量采用现势性强的数据。下面重点谈空间数据的空间特征。空间数据的空间特征包括比例尺、坐标系和投影类型等，它们也是空间数据库的宏观定义，建立空间数据库时必须着重考虑。

(1)比例尺

作为空间数据特征的比例尺是指空间数据库入库前原始图件的比例尺，而数字化后的地图可在一定范围内按任意比例尺显示。空间数据库的比例尺通常取决于用户对空间数据的精度要求及所研究域的大小。精度要求越高，地图比例尺就越大，内容愈详细，数字化工作量和存储量越大，一般来说，城市GIS的比例尺较大，通常在1∶ 5000以上。应指出的是，整个空间数据库未必建立在同一比例尺之上，因为有些GIS应用会同时需要不同比例尺的空间数据。

(2)坐标系

空间数据库中常用的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系。

①地理坐标系。地球表面上任意一点的位置都可由经纬度(φ，λ)来确定，从通过格林威治天文台的子午面为东经(0°～108°)，向西为西经(0°～180°); 从赤道面算起，向北为北纬(0°～90°)，向南为南纬(0°～90°)。在空间位置要求很明确的GIS中，空间数据库一般建立在地理坐标之上，因为经纬度不仅能表示空间对象在地球表面上的位置，还能显示其地理方位及所处的时区、两地间的时差等。例如，有GIS数据接口的背景数据库就是建立在地理坐标系之上的。另外，小比例尺大区域且经常需要进行投影变换的GIS，也需要考虑采用地理坐标系。

②平面直角坐标系。平面直角坐标系定义一个原点(0，0)及(x，y)轴方向，然后通过(x，y)值确定某个地理实体的位置。在这个坐标系中，统计面积、距离量算等较为方便，在测绘中应用较广，如房产测绘等。它适合于大比例尺小区域的GIS应用。

(3)投影

上面两种坐标系可以通过地图投影来建立联系，即地球表面任一由地理坐标(φ，λ)确定的点，在平面上必然有一个有平面直角坐标(x，y)确定的点与它相对应。在大比例尺地形图上，两种坐标网都可表示。

在GIS应用中，选择地图投影类型的首要标准是经纬线形状和变形性质能否满足GIS对数据的要求; 其次是投影的变形要小且分布均匀，使等变形线大致与区域轮廓一致; 再则就是经纬网形状不复杂，便于识别和投影计算、转换等。

在各种地图投影中，高斯—克吕格投影(简称高斯投影)是目前使用较广泛的地图投影，它以地球椭球体面为原面，实行等角横轴切椭圆投影。高斯—克吕格投影具有投影公式简单、各带投影性质相似等优点，适合大区域的制图，为许多国家所采用; 同时，它采用6°或3°分带法进行分带投影，这样可以控制变形，提高地图精度，减少坐标值的计算工作等。在高斯投影坐标网上，还可绘上经纬网和方里网。我国于1952年开始将之正式作为国家大地测量和五十万分之一及更小比例尺的国家基本地形图的数学基础。

在GIS应用中需要进行高程分析，还应该考虑所选用的高程系，我国的高程系有1956年黄海高程系和1985年国家高程系，在利用一些旧的地形图数据的时候可能需要进行高程系的转换。

2. 空间数据库的特点

(1)数据量庞大

空间数据库面向的是地学及其相关对象，而在客观世界中它们所涉及的往往都是地球表面信息、地质信息、大气信息等极其复杂的现象和信息，所以描述这些信息的数据容量很大，容量通常达到GB级。

(2)具有高可访问性

空间信息系统要求具有强大的信息检索和分析能力，这是建立在空间数据库基础上的，需要高效访问大量数据。

(3)空间数据模型复杂

空间数据库存储的不是单一性质的数据，而是涵盖了几乎所有与地理相关的数据类型，这些数据类型主要可以分为3类:

①属性数据: 与通用数据库基本一致，主要用来描述地学现象的各种属性，一般包括数字、文本、日期类型。

②图形图像数据: 与通用数据库不同，空间数据库系统中大量的数据借助于图形图像来描述。

③空间关系数据: 存储拓扑关系的数据，通常与图形数据是合二为一的。

(4)属性数据和空间数据联合管理

(5)应用范围广泛

2.1.3 空间数据库作用

空间数据库是作为一种应用技术而诞生和发展起来的，其目的是为了使用户能够方便灵活地查询出所需的地理空间数据，同时能够进行有关地理空间数据的插入、删除、更新等操作，为此建立了如实体、关系、数据独立性、完整性、数据操作、资源共享等一系列基本概念。空间数据不仅包括地理要素，而且还包括社会、政治、经济和文化要素。这种内容的复杂性导致了空间数据模型的复杂性。以地理空间数据存储和操作为对象的空间数据库，把被管理的数据从一维推向了二维、三维甚至更高维。由于传统数据库系统(如关系数据库系统)的数据模型主要针对简单对象，因而无法有效地支持以复杂对象(如图形、影像等)为主体的工程应用。空间数据库系统必须具备对地理对象(大多为具有复杂结构和内涵的复杂对象)进行模拟和推理的功能。一方面可将空间数据库技术视为传统数据库技术的扩充; 另一方面，空间数据库突破了传统数据库理论(如将规范关系推向非规范关系)，其实质性发展必然导致理论上的创新。

空间数据库是一种应用于地理空间数据处理与信息分析领域的具有工程性质的数据库，它所管理的对象主要是地理空间数据(包括几何数据和非几何数据)。图形数据库的管理比通常的非图形数据库要困难得多，利用传统数据库管理系统管理空间数据有以下几个方面的局限性:

①传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符; 而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。

②传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的关系; 而地理空间数据的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系(如拓扑关系)。

③传统数据库系统储存的数据通常为等长记录的原子数据; 而地理空间数据通常是结构化的，其数据项可能很大，很复杂，并且变长记录。

④传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息; 而地理空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如特征提取、影像分割、影像代数运算、拓扑和相似性查询等。

至此，我们不难解释: 空间数据库系统是实现有组织地、动态地储存大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件组成的系统: 它与文件系统的重要区别是数据的充分共享、交叉访问、与应用的高度独立性。

地理空间数据库是在计算机数据库技术上发展形成的。数据库系统作为软件的一个分支，与其他基础软件有密切的关系。它几乎涉及软件的所有知识，是很多重要软件技术的综合应用。如图2.2所示。

首先数据库系统是在操作系统(Operating System，OS)支持下工作的。它和OS关系十分密切，如同两个齿轮边界并不清楚，有些工作可以由OS做，也可以由DBMS做，还可以由双方各做一部分，但合起来应是一个完整的整体。所以设计DBMS时应充分熟悉支持它的OS。另一方面OS中用到的许多技术同样可以用到DBMS中。例如，缓冲区的管理、并发控制等技术，两个系统中的处理思想是完全一样的。所以不熟悉OS，要想搞清楚数据库原理是很困难的。

数据库系统用来储存数据的外存主要是磁盘，直接关系到数据的物理组织，因此，为了能做好空间数据的管理，必须了解如何组织各种空间数据在计算器中的储存、传递和转换。这样数据结构这门课程显得格外重要。

再次是编译技术，它在数据库系统中也用得很多。数据库系统中有很多语言，例如，数据定义语言、数据操作语言、查询语言等，这些语言的编译都是数据库系统的任务。

程序设计，它是具体体现数据库系统的最基本的技术，因为数据库系统中有大量的应用程序都是用高级语言加上数据操纵语言来编制的。没有熟练的编程技巧，这些任务很难完成。

图2.2 地理空间数据库系统与其他学科关系

另外离散数学、数理逻辑是关系数据库的理论基础。它们的很多概念、思想甚至名词术语都直接用到关系数据库中。还有算法分析在数据库中也是经常用到的。

最后，软件工程在设计DBMS时，是不可缺少的知识和技术。

空间数据库的管理对象是空间信息，从这个意义上，要了解空间实体是定位和数学表达的本质特征，必须依靠地理学和测绘科学与技术的支持。大地测量为空间数据库提供了精确定位的控制信息，尤其是全球定位系统(GPS)可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息。遥感与摄影测量作为空间数据采集手段，已经成为空间数据库的主要信息源与数据更新途径。对于不同的数据源获取与处理方法，空间数据更新与管理，以及为满足各种空间查询和分析需要建立各种索引机制，这些都是空间数据库与其他数据库系统的主要区别。

从地理信息系统发展过程可以看出，地理信息系统的产生、发展与计算机制图系统存在着密切的联系，两者的相同之处是基于空间信息的表达、显示和处理。地理信息系统与计算机主图的主要区别是注重空间数据的分析应用，提供空间决策支持信息，因此，地理信息系统更加强调分析工具和空间数据库间的连接。一个通用的地理信息系统可看成是许多特殊的空间分析方法与空间数据库管理系统的结合。地理空间分析和决策支持离不开地理学的知识。

近年来，随着计算机技术和激光排照技术在地图制图中广泛应用，地图的生产和制作正是由计算机辅助制图方法向全数字制图方法转变，地图生产的整个过程全部实现数学化。地图数据的收集、分析整理、储存与管理、相互转换、调度、供应、更新等一系列问题都需要数据库技术的支持。

空间数据库是各种空间信息系统的核心，所以空间数据库系统是一门综合性的软件技术，是一门很有意义、很有趣味的学问。要研究和掌握它，必须了解和掌握计算机各个方面知识，以便更加理解和认识这些知识的内在联系，并在一种观念上将它们统一起来。