空间数据库1.

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1、空间数据库 一、空间数据库的概念 二、空间数据库模型 三、空间数据库的设计 四、空间数据库的建立与维护 1空间数据库 2空间数据库管理系统 3空间数据库应用系统 1传统数据模型 2传统模型局限 3面向对象模型 4GIS空间数据库类型 1需求分析 2结构设计 3数据层设计 4数据字典设计 1空间数据库的建立 2空间数据库的维护 1.1 空间数据库 Back 一、空间数据库的定义 二、空间数据的特征 三、空间数据库的特点 零、数据库基础知识的复习 一、空间数据库的定义 2、空间数据库的定义 空间数据库是存取、管理空 间信息的数据库。 建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要 是为了帮助

2、人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。 1、数据库的定义 数据库就是为了一定的目的 ，在计算机系统中以特定的结 构组织、存储、管理和应用的 相关联的数据集合。复习 地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这 类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库。 计算机对数据的管理经过了三个阶段计算机对数据的管理经过了三个阶段 ：程序管理阶段 、文件管理阶段 、数据库管理阶段 返回 二、空间数据的特征 1）空间特征 2）非结构化特征 3）空间关系特征 4）分类编码特征 5）海量数据特征 一种地物类型对应一个属性数据表文件。 多种地物类型共用一个属性数据表文件。组织 拓扑数据给空间

3、数据的一致性和完整性维 护增加了复杂性。 拓扑关系的构建 结构化的，即满足第一范式:每条记录定长 ，且数据项是原子数据.而空间数据数据项变长 ，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。 一般需要建立空间索引空间索引。 返回 三、空间数据库的特点 与一般数据库相比，空间数据库具有以下特征： q 数据量特别巨大； q 空间数据和属性数据统一，数据种类多； q 应用广泛：数据应用面相当广泛。 返回 在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应 用通用的数据库的原理和方法；另一方面又必须采 取一些特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有 的问题。 1.2 空间数据库管理系统 Back 空间数据库管理系统是指能

4、够对物理介质 上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上 的定义； 1、提供必须的空间数据查询、检索和存 取功能； 2、能够空间数据进行有效的维护和更新 的一套软件系统。 一般由专业GIS软件提供 1.3 空间数据库应用系统 Back 提供给用户访问和操作空间数据库的 用户界面，是应用户数据处理需求而建立 的具有数据库访问功能的应用软件。 一般 需要进行二次开发。 2.1 传统数据模型 Back 数据结构：是指数据的组织形式，在计算机存 储、管理和处理的数据逻辑结构。 数据模型：是描述实体及其相互关系的数学描 述，是空间数据库建立的逻辑模型。 两者之间的关系：混合的交叉关系，并不一 一对应，世界多样

5、性，确定数据模型，确保实用 性，（便于模型化、存储、检查和分析），它并 不基于空间数据结构。 理解：层次、网络、关系模型 练习实例 2.2 传统模型局限 Back 1、层次模型用于GIS地理数据库的局限性 2、网络模型用于GIS地理数据库的局限性 3、关系模型用于GIS地理数据库的局限性 4、标准的DBMS存储空间数据的局限性 2.3 面向对象模型 Back 一、面向对象模型的简介 二、面向对象模型的基本概念 三、面向对象模型的特性 四、面向对象模型的四种核心技术 五、面向对象模型的核心工具 2.4 GIS数据库类型 Back 在GIS中，对空间数据的管理采用空间数据库 ，曾经用过的管理方式有

6、： 1、基于文件的数据管理方式 2、文件与关系数据库混合的管理方式双元模型 3、全关系型空间数据库管理系统分层模型 4、对象关系数据库管理系统 5、面向对象的空间数据库管理系统 空间数据库的设计 Back 现实世界 地理实体 数据层设计 结构设计 需求分析 数据字典设计 空间数据库的设计是指在现在数据库管理系 统的基础上建立空间数据库的整个过程。 3.1 需求分析 需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行 以下工作： 1、调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对 需求的一致看法。 2、需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、特征、 需要存储的数据)、信息加工处理要求

7、(如响应时间)、完整性与 安全性要求等。 3、编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需 求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成 果。 在需求分析阶段完成：数据源的选择和对各种数据集的评价（ 一般、空间、属性评价）。 Back 3.2 结构设计 Back 指空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模 型，是空间数据库设计的关键。 空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织形 式在数据库系统中加以表达的过程，也就是地理信息系统中空 间实体的模型化问题。 现实世界 地理实体 逻辑模型物理模型概念模型 需求分析 结构设计 概念模型 是通过对错综复杂的现实世界的认

8、识与抽象，最终形成空间 数据库系统及其应用系统所需的模型。 表示概念模型最有力的工具是ER模型，即实体联系模型，包括实 体、联系和属性三个基本成分。用它来描述现实地理世界，不必考虑信息 的存储结构、存取路径及存取效率等与计算机有关的问题，比一般的数据 模型更接近于现实地理世界，具有直观、自然、语义较丰富等特点，在地 理数据库设计中得到了广泛应用。 市区要素 空间实体 空间实体属性 空间实体关系 边线 走向 街道 路面质量 所属路段 所属街道 组成 长度等 m 1 模 型 E_R 逻辑模型 逻辑模型的设计是将概念模型结构转换转换为具体DBMS可 处理的地理数据库的逻辑结构(或外模式)，包括确定数

9、据项、 记录及记录间的联系、安全性、完整性和一致性约束等。 从E-R模型向关系模型转换的主要过程为： 确定各实体的主关键字； 确定并写出实体内部属性之间的数据关系表达式（函 数依赖关系），即某一数据项决定另外的数据项； 把经过消冗处理（规范化处理）的数据关系表达式中的 实体作为相应的主关键字； 根据、形成新的关系。 完成转换后，进行分析、评价和优化。 物理模型 主要内容包括确定记录存储格式，选择文件存储结构，决定存 取路径，分配存储空间。 物理设计的好坏将对地理数据库的性能影响很大，一个好 的物理存储结构必须满足两个条件： 一是地理数据占有较小的存储空间； 二是对数据库的操作具有尽可能高的处理

10、速度。 在完成物理设计后，要进行性能分析和测试。 是指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现 ，确定数据在介质上的物理存储结构，其结果是导出地理数据 库的存储模式(内模式)。 物理设计在很大程度上与选用的数据库管理系统有关。设 计中应根据需要，选用系统所提供的功能。 3.3 数据层设计 Back GIS的数据可以按照空间数据的逻辑关系或专业属性分为各种逻辑数据 层或专业数据层，原理上类似于图片的叠置。 例如，地形图数据可分为地貌、水系、道路、植被、控制点、居民地等诸 层分别存贮。将各层叠加起来就合成了地形图的数据。在进行空间分析、 数据处理、图形显示时，往往只需要若干相应图层的数据。

11、数据层的设计一般是按照数据的专业内容和类型进行的。数据的专业内 容的类型通常是数据分层的主要依据，同时也要考虑数据之间的关系。如 需考虑两类物体共享边界(道路与行政边界重合、河流与地块边界的重合) 等，这些数据间的关系在数据分层设计时应体现出来。 不同类型的数据由于其应用功能相同，在分析和应用时往往会同时用 到，因此在设计时应反映出这样的需求，即可将这些数据作为一层。（如 道路、加油站、停车场交通层） 最后得出各层数据的表现形式，各层数据的属性内容和属性表之间的关 系等。 3.4 数据字典设计 Back 数据字典用于描述数据库的整体结构、数据内容和定义等 。一个好的数据字典可以说是一个数据的标

12、准规范，它可使 数据库的开发者依此来实施数据库的建立、维护和更新。 数据字典的内容包括： 数据库的总体组织结构、数据库总体设计的框架、各数据层 详细内容的定义及结构、数据命名的定义、元数据（有关数 据的数据，是对一个数据集的内容、质量条件及操作过程等 的描述）等内容。 4.1 空间数据库的建立 Back 1、建立空间数据库结构 利用DBMS提供的数据描述语言描述逻辑设计和物理设计的结果， 得到概念模式和外模式，编写功能软件，经编译、运行后形成目标模式 ，建立起实际的空间数据库结构。 2、数据装入 一般由编写的数据装入程序或DBMS提供的应用程序来完成。在装入 数据之前要做许多准备工作，如对数据

13、进行整理、分类、编码及格式转 换(如专题数据库装入数据时，采用多关系异构数据库的模式转换、查询 转换和数据转换)等。 装入的数据要确保其准确性和一致性。 3、调试运行 装入数据后，要对地理数据库的实际应用程序进行运行，执行各功能 模块的操作，对地理数据库系统的功能和性能进行全面测试。 4.2 空间数据库的维护 Back 1、空间数据库的重组织 指在不改变空间数据库原来的逻辑结构和物理结构的前提下 ，改变数据的存储位置，将数据予以重新组织和存放。 2、空间数据库的重构造 指局部改变空间数据库的逻辑结构和物理结构。数据库重构 通过改写其概念模式(逻辑模式)的内模式(存储模式)进行。 3、空间数据库

14、的完整性、安全性控制 完整性是指数据的正确性、有效性和一致性，主要由后映象 日志来完成，它是一个备份程序，当发生系统或介质故障时，利 用它对数据库进行恢复。 安全性指对数据的保护，主要通过权限授予、审计跟踪，以 及数据的卸出和装入来实现。 附：DB(数据集合)知识复习 返回 1、数据管理的发展阶段P38 2、数据抽象与数据库模式P39 3、数据模型P40 4、数据库系统的构成P41 5、数据库新方向 数据库的核心问题是数据模型 附：学习数据库应达到的基本目标 1、结合关系型数据库系统深入理解数据库系统的 基本概念，原理和方法。 2、掌握关系数据模型及关系数据语言，能熟练应 用SQL语言表达各种

15、数据操作。 3、掌握E-R模型的概念和方法，关系数据库规范 化理论和数据库设计方法，通过上机实习的训练 ，初步具备进行数据库应用系统开发的能力。 4、对数据库领域研究的深入课题有大致了解，激 发在此领域中继续学习和研究的愿望，为学习数 据库系统高级课程做准备。 数据管理的发展阶段(教材P38) 人工管理阶段(50年代中期以前)【背景】【特点】 文件系统阶段(50年代后期60年代中期)【背景】【特点 】 数据库系统阶段(60年代后期开始)【背景】【特点】 数据库系统VS文件系统【对比】 数据库系统的特点【特点】 掌握思路 各阶段的技术及应用背景 ： l计算机应用范围 l外存储设备 l数据管理软件 各个阶段的差别体现： l谁管理数据 l数据面向谁 l数据与应用的独立性 人工管理阶段背景 背景： 1、计算机主要用于科学计算(数据量小、结构 简单，如高阶方程、曲线拟和等)。 2、外存只有磁带、卡片、纸带等，没有磁盘 等直接存取设备。 3、没有操作系统，没有数据管理软件(用户用 机器指令编码)。 人工管理阶段特点 特点： 1、用户负责数据的组织、存储结构、存取方法、 输入输出等细节。 2、数据完全面向特定的应用程序，每个用户使用 自己的数据，数据不保存，用完就撤走。 3、数据与程序没有独立性，程序中存取数据的子 程序随着存储结构的改