《空间数据库》ppt课件

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1、2019/1/17,1,地理信息系统基础,2,第四章 空间数据库,数据库概述 传统数据库系统的数学模型 空间数据库 SuperMap GIS空间数据解决方案 思考与练习,3,1 数据库概述,建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。 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、和应用的相关联的数据集合。 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 数据库管理数据的优点：数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据共享、减少了数据冗余，提高了效益；在数据间建立了联系，从而使数

2、据库能反映出现实世界中信息的联系。 数据库系统的出现是计算机应用的里程碑，它使得计算机应用从科学计算为主转向以数据处理为主，从而使计算机得以在各行各业乃至家庭普遍使用。,2019/1/17,4,数据库中数据组织方式,数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。 1、数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。数据项的取值范围，称为域。 2、记录：由若干相关联的数据项组成。 3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。 4、数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的

3、内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。,数据间的逻辑联系,数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。 1、一对一的联系(1:1) 2、一对多的联系(1:N) 3、多对多的联系(M:N),本节结束,2 传统数据库系统的数据模型,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。 数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。,层次数据库模型,它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。 层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。 层

4、次数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组织。,层次数据库模型的优、缺点,优点： 存取方便且速度快 结构清晰，容易理解 检索关键属性十分方便 缺陷： 结构呆板，缺乏灵活性 同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边） 不适合于拓扑空间数据的组织,网络数据库模型,网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式 。,网络数据库模型的优、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。 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。 数据的修改不方便（指针必须修改）。,关系数

5、据库模型,关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。,点,关系数据库模型的优、缺点,优点： 结构特别灵活，具有严密的数学基础和操作代数基础，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求。 能搜索、组合和比较不同类型的数据。 增加和删除数据非常方便。 缺陷： 数据库大时，查找满足特定关系的数据费时 。 对空间关系无法满足，模拟和操作复杂对象的能力较弱。,本节结束,3 空间数据库,地理信息系统中的数据库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，

6、所以一般把它称为空间数据库。 空间数据库的作用 GIS数据库的特征 标准DBMS存储空间数据的局限性 GIS中空间数据库的组织形式 目前空间数据库存在的问题,空间数据库的作用,对海量数据的管理能力：GIS数据库解决了数据库的冗余问题，大大加快了访问速度，防止了由于数据量过大引起的系统瘫痪等。 空间分析功能：GIS实现了对空间数据进行属性数据查询、地理空间目标查询、缓冲区分析、坐标变换、区域变换、叠置分析、趋势面分析等多种分析功能，要求数据库也必须支持空间分析。 设计方式灵活，满足用户需求。 支持网络功能。,GIS数据库的特征（1）,空间特征：是空间数据最主要的特征，它描述空间物体的位置、形态，

7、更重要的是描述物体之间的拓扑关系。 抽象特征：空间数据描述的是真实世界所具有的综合特征，非常复杂，必须经过抽象处理。不同主题的GIS数据库，人们所关心的内容也有所差别。 空间关系特征：空间数据除了空间坐标隐含了空间分布关系外，空间数据中也记录了拓扑数据结构表达的多种空间关系。这种拓扑数据结构一方面方便了空间数据的查询和空间分析，另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂程度。 多尺度与多态性：不同观察尺度具有不同的比例尺和精度，同一地物在不同情况下会有形态差异。,GIS数据库的特征（2）,非结构化特征：在当前通用的关系数据库管理系统中，数据记录一般是结构化的，即它满足关系数据模型的第一

8、范式要求，也就是说每一条记录是定长的，数据项表达的只能是原始数据，不允许镶嵌记录，而空间数据则不能满足这种结构化要求。 分类编码特征：一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准，或地区标准，每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个数是相同的。因而在许多情况下，一种地物类型对应于一个属性数据表文件。 海量数据特征：空间数据库的数据量比一般的通用数据库要大得多，一个城市GIS的数据量可能达几十GB乃至TB、PB级。正因为空间数据量大，所以需要在二维空间上划分块或者图幅，在垂直方向上划分层来管理。 应用面广的特征：GIS数据应用于地理研究、环境保护、土地利用

9、与规划、市政管理等各方面。,标准DBMS存储空间数据的局限性,空间数据记录是变长的，而一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定。 在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷。 一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。 不能支持复杂的图形功能。 单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，一般的DBMS也难以支持。 难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要的复杂的安全维护。,GIS中空间数据库的组织形式,混合结构模型 扩展结构模型 统一数据模型,混合结构模型,属性数据存储在常规RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 空间数据存储在空间数据管理系统中，功能较弱，特

10、别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。 两个子系统之间采用一种标识符联系起来. 属性数据与空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。 GIS软件：SuperMap，ArcGIS，MGE，SICARD、GENEMAP等。,早 期,GIS用户界面,图形处理,DBMS,图形 文件库,属性 数据库,高级语言,ODBC协议,数据库开发,数据库开发,扩展结构模型,属性数据、空间数据同时采用关系数据库进行管理；在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。 空间数据和

11、属性数据不必进行繁琐的连接，数据存取较快；空间数据属间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作。 GIS软件： SuperMap，ArcGIS， System9，Small World、Geovision等。,统一数据模型,在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能，空间扩展完全包含DBMS中。 解决了空间数据变长记录的存储问题，效率较高。 GIS软件： SuperMap，ArcGIS， TIGRIS，Geo+、Geo Tropics等。,目前空间数据库存在的主要问题,数据共享问题 数据文件格式统一性：如何对各种格式的数据进行不损失的转换。 地理信息的标

12、准化 数据共享的政策 数据瓶颈问题 数据量大 两种数据结构的存在 数据更新问题 数据的整体更新、局部更新、数据采集的途径、时效性、保持原有数据的不变、更新数据与原有数据的正确连接等。 数据安全问题,本节结束,4 SuperMap GIS空间数据解决方案,4.1 SuperMap空间数据存储方案 4.2 SuperMap空间数据组织方案 4.3 SuperMap空间数据集成方案,数据库存储,文件存储,SuperMap GIS提供文件和数据库两种存储方案，可根据数据量、并发要求、保密要求等进行选择。,4.1 SuperMap数据存储方案,SDB和SDD双文件图库，即一对SDB、SDD文件可以存储多

13、个空间数据。 SDB存储空间数据，SDD存储属性数据。 采用了SuperMap结构化存储技术（SSS）。,双文件图库存储方案,空间数据库,空间数据库扩展 （SDX/SDX+）,空间数据,空间数据,空间数据,通过SDX/SDX+扩展空间数据库，可将空间数据存储到数据库中,空间数据库存储方案,空间数据引擎,空间数据引擎是一种处于应用程序和数据库管理系统之间的中间件技术，它为用户和异种空间数据库的数据之间提供了一个开放的接口。使用不同GIS软件的客户可以通过空间数据引擎将自身的数据提交给大型关系数据库，由其统一管理； 同样，客户也可以通过空间数据引擎从关系型DBMS中获取其他类型GIS的数据，并转化

14、成客户可以使用的方式。 由此可见，大型关系型DBMS已成为各种不同格式空间数据的容器，而空间数据引擎就成为空间数据出入该容器的转换通道。,空间与属性一体化存储,空间数据、属性数据及空间索引都存储在一个表中，访问数据不需要数据关联，而且只需要一次磁盘I/0，大大提高了数据查询与读取的效率。,用RDBMS管理空间数据,4.2 SuperMap的数据组织,根据不同的需求，以及数据的不同特点，选择合适的数据集进行组织。 不同的数据集具有不同的数据结构。,各种类型的数据集,TIN和网络数据集具有子数据集（SubDataset）,矢量数据集,栅格数据集,影像金字塔是一种影像数据结构。金字塔的最底层是原始影

15、像，分辨率最高，数据量也最大；由最底层开始，分辨率逐渐降低，数据量也随之减小。金字塔数据结构模拟了人眼视觉由粗到精的结构,常用于影像匹配和地形三维显示。,系统数据结构,4.3 SuperMap数据集成,多源空间数据无缝集成 集成不同存储位置的数据,集成不同格式的数据 无需格式转换，直接访问其他格式数据 充分利用已有资源、减少数转换工作量 用户可定制新的数据访问引擎,多源空间数据无缝集成,集成不同存储位置的数据,不同类型的空间数据库/不同的运行平台/不同的物理存储位置,本节结束,申请SuperMap 许可步骤,安装软件,申请SuperMap 许可步骤,安装软件选择Deskpro 5,申请SuperMap 许可步骤,安装软件依次点击“下一步”,申请SuperMap 许可步骤,安装软件安装过程进行中,申请SuperMap 许可步骤,安装完软件以后选择类型,申请SuperMap 许可步骤,获取重要的标识码提供给我的就是识别码,2019/1/17,44,思考与练习,简述GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。 简述GIS数据库的特征。 为什么不能用标准DBMS存储空间数据？ 目前空间数据库存在的主要问题有哪些？ SuperMap GIS采用什么方式存储数据？ 什么是空间数据引擎？它有什么作用？,