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1、第四章 GIS空间数据管理,学习目标： 掌握数据的层次单位 了解常用的数据文件 了解数据库的基本概念 理解传统数据库模型 理解面向对象数据库模型 重点：数据库模型的分类和特点 难点：面向对象的数据库模型,本章内容安排 1 数据层次与文件组织 2 空间数据库 3 传统数据库模型 4 面向对象数据库系统,一、数据组织的分级 二、数据间的逻辑联系,1 数据与数据文件,一、数据组织的分级 数据组织的分级方法：,按逻辑单位分级,从数据与所描述的对象之间的关系划分 层次有数据项、记录、文件、数据库,按物理单位分级,数据在存储介质上的存储单位 层次有比特、字节、字、块、桶、卷,数据项组,逻辑数据单位之间的关
2、系,图示,数据项 数据项组 记录 文件 数据库,最基本的不可分割的数据单位,具有独立的逻辑意义,逻辑上具有某种共同标志的若干数据项组成的,数据项或数据项组集合,对文件进行存取操作的基本单位,给定类型逻辑记录的全部具体值的集合,文件的集合，文件之间存在某种联系，不能孤立存在,二、数据间的逻辑联系 （1）一对一的联系（1:1）：是指在集合A中存在一元素ai,则在集合B中就有且仅有一个bi与之联系。 (2)一对多的联系（1:N)：在集合A中存在一个ai ，则在集合B中存在一个子集B=bi1bi2 bin与之联系。 （3）多对多的联系（M:N)：对于集合A中的一个元素ai, 在集合B中就存在一个子集B
3、=bi1bi2 bin与之相联系，反之亦然。,地理名称,空间位置,1:1,(1),市,县,市,乡,县,农作物,土壤类型,省,1:N,1:N,1:N,M:N,(2),(3),A,B,A,B,数据 存储,数 据 库,数据 管理,程序库 (数据库软件),原始信息 数据库,2 空间数据库,2 空间数据库概述,一、数据库的概念 二、传统的数据库模型 三、面向对象数据库系统 四、数据库管理系统,一、数据库的概念,长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的、互相关联的数据集合。 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、较高的独立性和易扩展性，并为用户共享。,空间数据库 应用于地理空间
4、数据处理与分析领域；管理的对象为地理空间数据。 与一般数据库相比具有以下特点： 数据量特别大； 有属性数据和大量空间数据； 数据应用面很广。,二、传统数据库模型,数据模型 是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。 每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。 数据库采用的主要的数据模型： 层次模型；网状模型；关系模型,数据模型概述,三种模型之间的根本区别在于数据之间联系的表示方式不同（记录型之间的联系方式不同）。 层次模型用“树结构”表示 网状模型用“图结构”表示 关系模型用“二维表”（或称关系）表示,层次模型与树结构,coverage1,
5、polygon1,polygon2,arc1,arc2,arc1,node1,node1,树 结点数据记录 连线从属关系,arc3,一、层次数据模型的数据结构 在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型： （1）有且只有一个结点没有双亲结点，即根节点； （2）根以外的其它结点有且中有一个双亲结点。,根结点,叶结点,兄弟结点,兄弟结点,层次模型,系,教研室,教员,班级,学生,教员学生数据库模型,V.C,V.S,S-C,m,n,S,C,C,S,S,C,C,S,学生S,课程C,(1),(3),(2),用层次模型表示多对多的联系,二、多对多联系在层次模型中的表示,三、层次模型的存储结
6、构,常用的实现方法有两种：邻接法、链接法,A,C,B,A1,B1,B4,B6,C5,C7,C14,C3,C2,C9,C4,C8,C6,层次数据库及其实例,1、邻接法：按照层次树前序穿越的顺序把所有记录值依次邻接存放。,2、链接法：用指引元反映数据之间的层次关系。,(a),(b),四、层次模型的优缺点： 优点：模型层次分明、结构清晰，较容易实现；性能优于关系模型，不低于网状模型。从子女查找双亲，只有唯一的结果 缺点：对多对多联系表示起来方法笨拙； 查询比较麻烦，需要大量的索引文件； 同一属性数据要存储多次，数据冗余大； 插入和删除操作也比较复杂。 数据独立性较差等。,层 次 模 型,网状模型与图
7、结构,一、网状数据模型的数据机构 在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型: (1)允许一个以上的结点无双亲； (2)一个结点可以有多于一个的双亲。,R1,R2,R1,R2,R4,R5,R3,R2,R1,R3,L1,L5,L4,L2,L1,L2,L3,L2,L1,特点： 有向图结构； 一个结点可与其它多个结点建立 联系； 结点数据记录； 连线不同结点数据间的关系。,学生,课程,选课,S-SC,C-SC,学生/选课/课程的网状数据库模式,二、网状数据模型的存储结构,学生/选课/课程的网状数据库实例,链接法 指引元阵列法 二进制阵列法 索引法等,E-R 图,网状模型,三、网状模
8、型的优缺点 优点： 能明确而方便地表示数据间的复杂关系； 数据冗余小； 有良好的性能，存取效率较高。 缺陷： 网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难； 需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大；编写应用程序麻烦； 数据的修改不方便（指针必须修改）。,是一数学化的模型，实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上称“关系”。这些关系表的集合就构成了关系模型。 关系表：R(A1,A2,An),关系模型与二维结构表,关系名 R所包含的属性名 （关系框架） 行元组 相当一记录值 列属性,关系模型由IBM公司研究院E.F.Codd于1970年首次提出。 20世纪80年代以来，计算机厂商新
9、推出的数据库管理系统几乎都是支持关系模型的。,关系模型的数据结构-主要术语,关系（Relation） 一个关系对应通常所说的一张二维表，由行和列组成； 元组（Tuple） 表中的一行称为一个元组，或记录； 属性（Attribute） 表中的一列称为一个属性。 码（Key） 表中的某个属性或属性组，它们的值可以惟一地确定一个元组，且属性组中不含多余的属性，这样的属性或属性组称为关系的码。 主码/候选码,关系模型的数据结构-主要术语,域（Domain） 属性的取值范围称为域。 分量（element） 元组中的一个属性值称为分量。 关系模式（Relation mode） 关系的型称为关系模式，关系模
10、式是对关系的描述。 关系模式一般的表示是：关系名(属性1，属性2，属性n)。 如：学生学籍（学号，姓名，年龄，所在系）,关系模型举例,学生学籍表,点,关系模型,关系模型的数据结构-关系,关系模型中的数据全部用关系表示 例如，关系模型中，学生、课程、学生与课程之间的联系表示为： 学生(学号，姓名，性别，年龄，所在系)； 课程(课程号，课程名，选修课)； 选修(学号，课程号，成绩)；,关系操作,关系操作主要包括数据查询和插入、删除、修改数据。 关系中的数据操作是集合操作。 关系操作语言都是高度非过程的语言。,关系模型的优缺点： 优点：数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种查询、计算和修改；数
11、据描述具有较强的一致性和独立性。 缺点：当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的数据操作，比较费时。,传统数据库管理地理空间数据的局限性,三、 面向对象数据模型,面向对象方法中的基本概念 1、对象：是对客观世界实体的抽象描述；由描述该对象（目标）状态的信息（数据）和表达它的行为的操作（方法）组合而成。 2、类：具有相同属性和服务的一组对象的集合，是对象的抽象描述。 对象具有封装性和继承性，涉及到分类、概括、聚集、联合、继承和传播等概念。,3、概括与继承 1）超类与概括 将几种类型中某些具有公共特征的属性和操作抽象出来，形成更一般的超类。,人,某学校数据库的类层次结构图,研究生,本科生,教员,工人
12、,行政人员,学生,教职员工,2）继承 超类的属性和操作可以无条件的被它的子类所拥有。是一种强有力的建模工具。 有单个继承和多个继承,仅一个直接父类 多个直接父类,建筑物,招待所,医院,饭店,学校,涉外宾馆,旅社,单个继承实例,Superclass1,Class1,Superclass2,多个继承方式,多个继承实例,高速公路,不可航河流,河流,自然交通线,人工交通线,水系,交通线,可航河流,运河,池塘,4、联合、聚集与传播 聚集：是把一组属于不同类中的若干对象组合起来形成以更高级别的复合对象的过程； 传播：作为联合和聚集的一种工具，是从下往上作用的，通过一种强制性的手段将子对象的属性信息和操作传
13、递给复杂对象。,（二）、面向对象方法的几何抽象类型,1、 GIS中的各种地物，在几何上主表现为点状、线状、面状以及组合成的复杂地物，它们可以作为GIS中各种地物类型的超类。,（二）、面向对象方法的几何抽象类型,2拓扑关系与面向对象模型 既解决了数据共享问题，又建立了弧段与节点的拓扑关系。同样，面状地物对弧段的聚集方式、数据共享和几何拓扑关系的建立也达到一致。,GIS中的地物可根据国家分类标准或实际情况划分类型。另一方面，几种具有相同属性和操作的类型可综合成一个超类。,（三）、面向对象的属性数据模型,大学,建筑物 道路 管线 绿化 ,科研实验楼、行政办公楼、 教工住宅、学生宿舍、 后勤服务建筑、体育楼，,给水管道、污水管道、 电信管道、供热管道、 供气管道，,本章小结,重点内容： 数据库模型：三种传统数据库模型和 面向对象的数据库模型；,2021,
