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1、1第七章 空间数的组织与管理一、数据的组织1、数据组织的分级数据组织的层次有两类分级方法：逻辑分级：从人的观测角度及描述对象之间的关系，有数据项、记录、文件和数据库。物理分级：在存储介质上的存储单位，有比特、字节、字、块、桶和卷。数据项：可以定义数据的最小单位，也叫基本项、字段等。数据项与实体的属性相对应，有一定的取值范围，称为域。域外的任何值视为无意义的取值。记录：由若干相关联的数据项组成。是应用程序输入/输出的逻辑单位。对数据库系统来说，是信息处理和存储的基本单位，是对一个实体信息描述的数据总和。特点：由型和值的区别。型为定义的记录的框架，值为记录的内容。为了唯一标识每个记录，必须有记录标
2、识符，也称关键字。一般由记录的第一个关键字担任。有主关键字、次关键字之分。有逻辑记录和物理记录。逻辑记录按信息逻辑在逻辑上的的独立意义划分数据单位，物理记录按数据存储单位划分。两者之间的关系为：一个物理记录对应一个逻辑记录；一个物理记录对应若干个逻辑记录；一个逻辑记录对应若干个物理记录。文件：是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。根据记录的组2织方式分为：顺序文件、索引文件、直接文件、和倒排文件。数据库：具有特定联系的数据集合。也可以看成是多类型记录的集合。其内部构造是文件的集合。文件之间存在某种联系，不能孤立存在。2、图幅内的空间数据组织（1）工作区通常将一幅图或几幅图的范围当作一个
3、工作单元，或工作区。工作区包含了所有各层的空间数据。工作区通常按范围定义。例 1：6-5-1。例 2：水平（2）工作层工作是空间数据处理的一个工作单位。可包含若干逻辑层。（3）逻辑层具有多个地物类组成。（4）地物类（专题层）3具有相同属性和意义的地物组合。3、图库的管理划分工作区。数据除了按上述纵向划分为层管理外，有时还需要在水平方向划分若干工作区（如 ARC/INFO 的 TILE） 。工作区索引：建立工作区索引，再在此基础上建立以图幅为单位的二级图幅索引或物理无缝连接的地图。4、空间索引空间索引：为快速查找地物建立的计算机屏幕坐标位置与地物记录之间的索引表文件。一般是在工作区范围内建立空间
4、索引。层次为： 图幅索引 对象索引：p219. 格网索引：p220 。 4二、数据的管理1、数据库的概念数据库的定义：为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：(1) 程序管理阶段，数据和应用程序一同存在。(2) 文件管理阶段，数据和应用程序独立。 （数据间无明显关系）(3) 数据库管理阶段，数据和应用独立（逻辑独立） ，数据库和存储设备独立（物理独立） 。数据库数据之间建立了联系。数据面向操作组织。(4) 数据仓库阶段，数据经过重构、融合等，面向主题组织。服务于决策系统。数据库可以看作是与现实世界有一定相似性
5、的模型，是认识世界的基础，是集中、统一地存储和管理某个领域信息的系统，它根据数举荐的自然联系而构成，数据较少冗余，且具有较高的数据独立性，能为多种应用服务。数据库作为一个复杂的系统，由以下三个基本部分构成：1、 数据集 。一个结构化的相关数据的集合体，包括数据本身和数据间的联系。数据集独立于应用程序而存在，是数据库的核心和管理对象。2、 物理存储介质 。指计算机的外存储器和内存储器。前者存储数据；后者存储操作系统和数据库管理系统，并有一定数量的缓冲区，用于数据处理，以减少内外存交换次数，提高数据存取效率。3、 数据库软件 。其核心是数据库管理系统(DBMS)。主要任务是对数据库进行管理和维护。
6、具有对数据进行定义、描述、操作和维护等功能，接受并5完成用户程序和终端命令对数据库的请求，负责数据库的安全。地理空间数据库定义：是某区域关于一定地理要素特征的数据集合。与一般数据库相比，具有以下特点： 数据量特别大 具有地理空间数据和属性数据； 数据应用面相当广2、数据库的主要特征与文件管理系统相比：(1) 数据集中控制特征，提高了数据共享性和数据的并发访问控制(2) 数据冗余度小的特征， （冗余带来两个问题，增加存储空间，数据不一致）(3) 数据独立性特征（是数据库的关键要求，数据独立是指数据库中的数据与应用程序的相互独立。即应用程序不因数据性质的改变而改变，数据性质也不因应用程序的改变而改
7、变。分为物理和逻辑两种级别：物理独立是指数据的物理结构变化不影响数据的逻辑结构；逻辑独立是指数据的逻辑结构改变不影响应用程序，但逻辑结构的改变会影响数据的物理结构） 。(4) 复杂的数据模型，因要表示数据间复杂的关系，使数据结构复杂。可分为: 网络数据模型 层次模型 关系模型 空间数据模型(5) 数据保护特征，具有安全性控制、完整性控制、并发控制、故障的发现6和恢复等功能。3、数据库的系统结构可分为物理级、概念级和用户级。对应与概念模式、外模式和内模式。物理级：物理设备存储的数据库。由内部模型描述。亦称存储模式。是对数据库在物理存储器上具体实现的描述。它规定数据在存储介质上的物理组织方式、记录
8、寻址技术，定义物理存储块的大小，溢出处理方法等。与概念模式相对应。内模式由数据存储描述语言 DSDL 进行描述。A/C映射物理数据内部模型DC/D映射用户 A1 用户 A2 用户 B1 用户 B2 用户 B3外部模型 A 外部模型 B概念模型 C数据库管理系统7概念级：数据的逻辑模型，定义数据和逻辑关系。亦称模式。是数据库的总框架。描述数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性，基本操作和目标目标及目标操作的关系和依赖性，以及对数据的安全性、完整性等方面的定义。所有数据都按这一模式进行装配。概念模式由概念模式描述语言 DDL 来进行描述。用户级：概念模型的逻辑子集。亦称子模式。是数据库用户的数据视图
9、。它属于概念模式的一部分，描述用户数据的结构、类型、长度等。所有的应用程序都是根据外模式中对数据的描述而不是根据概念模式中对数据的描述而编写的。在一个外模式中可以编写多个应用程序，但一个应用程序只能对应一个外模式。根据应用的不同，一个概念模式可以对应多个外模式，外模式可以互相覆盖。外模式由外模式描述语言 SDDL 进行具体描述。数据库不同级别之间通过映射进行转换。映射是实现数据独立的保证。数据结构变化时，数据独立性是通过改变相应的映射保持独立性。数据库系统的三级模式结构将数据库的全局逻辑结构同用户的局部逻辑结构和物理存储结构区分开来，给数据库的组织和使用带来了方便。不同的用户可以有各自的数据视
10、图，所有用户的数据视图集中在一起统一组织，消除冗余数据，得到全局数据视图。用存储描述语言来定义和描述全局数据视图数据，并将数据存储在物理介质上。这中间8进行了两次映象。一次是外模式与概念模式之间的映象，定义了它们之间的对应关系，保证了数据的逻辑独立性；另一次是概念模式与内模式之间的映象，定义了数据的逻辑结构和物理存储之间的对应关系，使全局逻辑数据独立于物理数据，保证了数据的物理独立性。4、数据库管理系统（DBMS）DBMS 的功能： 数据库定义功能 数据库管理功能 数据库维护功能 数据库通讯功能DBMS 的组成： 语言处理程序，DDL、DML、解释、编译等 系统运行控制程序，各种控制 建立和维
11、护程序，数据装入、重组、转储等数据库管理员： 决定数据库的信息内容 充当 DBMS 的联络员 决定存储结构和访问策略 监督系统工作5、GIS 中空间数据库模型在数据库系统中，现实世界中的事物及联系是用数据模型来描述的，数据库中各种操作功能的实现是基于不同的数据模型的，因而数据库的核心问题是模型问题。数据模型是数据库中对数据的逻辑组织形式的描述。9数据库模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示，以抽象的形式描述和反映一个部门或系统的业务活动和信息流程。选择与建立数据库模型的目的是用最佳
12、的方式反映本部门的业务对象及信息流程和以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口。数据库模型的三要素：数据结构、数据操作和数据的约束条件。数据库模型大体可以分为两种类型：一种是独立于计算机之外的，如实体关系模型、语义数据模型等，它们不涉及信息在计算机中如何表示，常称概念模型(或逻辑模型)；另一种模型是直接面向计算机的，它们以记录为单位构造数据模型，如数据库中常用的层次模型、网状模型和关系模型等，称为存储模型（物理模型） 。在数据库模型中常用到下列概念：实体 (Entity)：实体是指现实世界中客观存在的，并可相互区别的事物。实体可以指个体，也可以指总体，即个体的集合。属性(Attribute)
13、：实体所具有的某一特性码 (Key)：唯一标识实体的属性集域 (Domain)：属性的取值范围实体型 (Entity Type)：具有相同属性的实体具有共同的特征和性质，用实体名和属性名集合表示实体集(Entity Set):同型实体的集合联系 ：一是实体内部的联系；二是实体型之间的联系(1:1 、1:n、 m:n)。数据库模型是数据特征的抽象，它不是描述个别数据，而是描述数据的共性。严格地说，一个数据库的数据模型应能描述数据的以下特征：1、静态特性。包括实体和实体具有的特性、实体间的联系等，通过构造基本数据结构类型来实现。102、动态特性。即现实世界中的实体及实体间的不断发展变化，通过对数据
14、库的检索、插入、删除和修改等操作来实现。3、数据间的相互制约与依存关系。通过一组完整性规则来实现。由此可见，一个数据模型实际上给出了在计算机系统中描述现实世界的信息结构及其变化的一种抽象方法。数据模型不同，描述和实现的方法也不相同，相应的支持软件数据库管理系统也就不同。数据模型反映了现实世界中的实体之间的各种联系。实体间的联系有两类：一类是实体内部属性间的联系；另一类是实体与实体之间的联系。实体与实体之间的联系是错综复杂的，可以分为以下三种：1、一对一的联系。这是最简单的一种实体之间的联系，它表示两个实体集中的个体间存在的一对一的联系。记为 1：1。2、一对多的联系。这是实体间存在的较普遍的一
15、种联系，表示一种实体集 E1 中的每个实体与另一实体集 E2 中的多个实体间存在的联系；反之，E 2 中的每个实体都至多与 E1 中的一个实体发生联系。记为 1：m。3、多对多的联系。这是实体间存在的更为普遍的一种联系，表示多个实体集之间的多对多的联系。其中，一个实体集中的任何一个实体与另一个实体集中的实体间存在一对多的联系；反之亦然。记为 m:n。6、层次模型层次模型是一种树结构模型，它把数据按自然的层次关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系。层次模型是是数据库技术中发展最早、技术上比较成熟的一种数据模型。它的特点是地理数据组织成有向有序的树结构，也叫树形结构。结构中的结点代表数据记录，连线
16、描述位于不同结点数据间的从属关系(一对多的关系)。由树的定义知，一棵树有且仅有一个无双亲结点的称为根的结点；其余结11点有且仅有一个双亲结点，它们可分为 m(m0) 个互不相交的有限集，其中每一个集合本身又是一棵树，将其称为子树。图 1 表示地理实体 E 及其空间要素，图 2 是图 1 所示空间关系所构成的层次模型。这是一棵有向有序树，结点表示不同层次的地理要素，连线描述地理要素之间的从属关系。结点从属于(构成) 有向边，有向边从属于 (构成)多边形，多边形从属于(构成)实体 E。图 1图 2 7、网络数据模型网状模型将数据组织成有向图结构，图中的结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的联系。这种数据模型的基本特征是，结点数据之间没有明确的从属关系，一个结点可与其它多个结点建立联系，即结点之间的联系是任意的，任何两个结点之间都能发生联系，可表示多对多的关系。12采用网状模型最典型的数
