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1、第五章 空间数据的管理,数据管理模式 数据库模型 空间数据库简介 空间数据管理中的数据库技术 空间数据库管理模式 空间索引 空间数据的分层,1,5.1 空间数据管理模式 数据管理模式及其发展的几个阶段,人工管理阶段：20世纪50年代以前。,2,文件管理阶段：,3,5.1空间数据管理模式 数据管理模式及其发展的几个阶段,数据库管理阶段,4,5.1空间数据管理模式 数据管理模式及其发展的几个阶段,高级数据库阶段 分布式数据库 面向对象数据库 数据仓库 数据挖掘,5,5.1空间数据管理模式 数据管理模式及其发展的几个阶段,数据库管理系统 DBMS位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它提供了数据
2、库的访问接口，以方便、有效地提供存取数据库信息的环境,6,5.1空间数据管理模式 数据库管理系统和数据库系统,数据库系统 包括：数据库、操作系统、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户,7,5.1空间数据管理模式 数据库管理系统和数据库系统,8,5.2 数据库模型,数据库中的数据不仅要反映数据本身的内容，还要反映数据之间的联系。 数据库模型说明数据库的数据结构，描述数据及其数据之间联系的结构形式。 他是对数据特征的抽象，所描述的是数据的共性。,9,5.2 数据库模型 数据库模型概述,数据库模型是数据库系统的核心和基础，是划分数据库发展阶段的主要依据和标志。 包括：数据结构、数据操作、完整
3、性约束,10,数据库概念模型,其与DBMS无关，是面向现实世界、用户易于理解、用户同数据库设计人员进行交流的语言。 概念模型建立方法 面向记录的传统数据库数据模型 面向语义的语义数据模型 面向对象的对象数据模型,11,2.概念模型中数据描述的术语 实体 实体集 属性 实体的标识符 实体之间的联系,12,数据库概念模型,3.数据库概念模型的表示 E-R图，Entity-Relationship，实体-关系,13,数据库概念模型,数据库的逻辑模型,逻辑模型是由BDMS支持的数据模型，并面向数据库的逻辑结构。 有严格的形式化定义，以便于在计算机中实现。 通过严格的语法和语义定义，来描述数据结构特性，
4、满足数据库存取、运行等用户需求。,14,数据库的逻辑模型,三大要素：数据结构、数据操作、数据约束。 数据结构：描述数据的静态特性，实体类型及关系的表达和实现。 数据操作：数据库的检索和更新，描述数据的动态特性。 数据约束：是一组完整性规则的集合,15,5.2 数据库模型 传统数据库系统的数据模型,层次模型： 关系模型 网状模型,16,17,一、传统数据模型的特点,图4-3 地块图,18,1层次模型。从数据结构的观点看层次模型采用的是树数据结构 。,层次模型的优点是结构清晰、组织有序，易理解；缺点是冗余度大，不适于表示数据的拓扑关系。,19,2网络模型。从数据结构的观点看，网络模型采用图数据结构
5、 。,网络模型同层次模型相比其优点是大大地压缩了数据量，便于表达复杂的拓扑关系；其缺点是数据之间的联系需要通过指针表示，指针数据项的存在，使数据量大古增加。同时，在修改数据库中的数据时，指针也必须随着变化，因此，网络数据库中指针的建立和维护十分重要。,20,3关系模型。从数据结构的角度看，关系模型采用线性表数据结构。它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表，这种表称为关系。,关系模型的优点是数据结构简单、清晰，能够直接处理多对多的关系，可用布尔逻辑和数学运算规则对数据查询，数据独立性强，便于数据集成，便于对数据进行操作。,5.2 数据库模型面向对象的数据库模型,面向对象的空间数据库模型的核
6、心是能够对复杂对象进行模拟和操作。 复杂对象：具有复杂结构和操作的对象 特点： 传统的数据库模型只能面向简单对象，无法直接模拟和操作复杂实体 面向对象数据库模型支持长记录，支持对象的嵌套、信息的继承和聚集,21,面向对象数据库模型把程序设计语言编写的操作封装在对象的内部 目前，技术不够成熟、价格昂贵、不支持SQL 最有前途的空间数据库模型,22,5.3 空间数据库简介 空间数据库特点,1 空间数据库概述 由于空间数据的复杂性，通用数据库管理系统难于管理空间数据。 其描述空间物体的位置数据、位置数据元素之间的拓扑关系及描述这些物体的属性数据的数据库。 面向特定领域、针对特定应用的数据库系统，提供
7、了特定的数据存储和管理手段 建立空间数据库的目的是利用空间数据库技术实现空间数据的有效存储、管理和检索,23,5.3 空间数据库简介 空间数据库特点,2.空间数据库特点 其管理的是现实世界中相关性大的连续数据，要求进行综合管理 描述的数据实体类型多，关系复杂，这使得数据模型复杂 空间数据具有非结构化特征，不满足关系数据模型的范式要求,24,5.3 空间数据库简介传统关系型数据库模型的局限性,通用RDBMS可以很好地管理属性数据，但用于其管理空间数据时，明显地具有局限性： 用关系型模型描述具有复杂结构和含义的地理对象时，对地理实体进行不自然的分解，导致存储模型、查询途径及操作等方面不够合理 关系
8、型数据库模型无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱 空间数据中图形数据通常是变长的，而一般的RDBMS则是固定长度 GIS要管理的是具有高度内部联系的数据，为保证地理数据库的完整性，需要复杂的安全维护,25,5.4 空间数据管理中的数据库技术,关系数据库技术的发展： 非结构化大型对象（二进制大对象BLOB）的引入 对象特性的引入 分布式数据库的产生,26,5.4 空间数据管理中的数据库技术,结构化查询语言（Structure Query language） 是操作关系数据库的标准语言，综合的、通用的、功能强、简单易学。 功能：数据的定义、数据操作
9、、数据控制、数据查询,27,5.4 空间数据管理中的数据库技术,面向对象的数据库技术 利用面向对象技术的封装性、继承性，大大提高软件的可重用性 实现方法： 以关系型数据库和sql为基础的扩展关系型 以面向对象的程序设计语言为基础，支持OO模型 建立新的面向对象数据库系统,28,5.4 空间数据管理中的数据库技术,客户机/服务器数据库技术 网络技术发展，推动了客户机/服务器体系结构模型的应用和发展,29,5.4 空间数据管理中的数据库技术,客户机/服务器（C/S）结构方式 将数据库系统分解成前台的客户机和后台的服务器，由网络将应用程序和服务器部分进行连接,30,5.4 空间数据管理中的数据库技术
10、,浏览器/服务器（B/S）/结构方式 基于WEB方式,31,5.4 空间数据管理中的数据库技术,网络信息系统中访问数据库的方法,32,5.5 空间数据库管理模式,全文件空间数据管理模式 文件和关系数据库混合管理模式 全关系型空间数据管理模式 对象关系型空间数据管理模式 空间数据库引擎（SDE，SPATIAL DATA ENGINE）,33,5.5 空间数据库管理模式,空间数据库引擎（SDE，SPATIAL DATA ENGINE） 是空间数据组织管理的重要基础技术，从用户的角度看，空间数据库引擎是用户和异构数据库之间的接口。 从软件角度看，空间数据引擎是应用程序和RDBMS之间的中间件，用来管
11、理空间数据库 从系统角度看，利用RDBMS和其扩展功能，实现空间数据在数据库中物理存储,34,35,空间数据库引擎特点,用EDBMS来高效组织和管理海量空间数据，可以访问空间数据和传统数据格式文件，平衡服务器和客户端的网络负担 采用高度结构化的关系表存储 实现了C/S计算，在系统级、数据库级实现信息共享 未能实现不同GIS平台之间的数据互操作,36,空间数据库引擎主要技术,空间数据的组织结构 空间索引机制 空间数据查询,37,几种常见的空间数据库引擎,ESRI :ARCSDE MAPINFO:SPATIAL WARE SUPERMAP :SDX+ GEOSTAR :SDK,38,ArcSDE,
12、39,ArcSDE,40,Oracle Spatial,41,5.6 空间索引,由于空间数据库中空间数据表达形式的多样性和空间数据关系的复杂性，使实现空间数据查询时操作运算量很大。为此，在做空间操作之前，需要对操作地理实体做初步的筛选，以减少参加空间操作实体数量，缩短计算时间，提高整体性能。,42,几种空间索引技术,外接矩形索引：查找一个矩形比查找一个复杂多边形容易 格网索引：将研究范围按一定大小分成大小相同的MN个格网，并对其编号，然后根据空间目标的位置和形状，把空间目标的ID号记录在其落在的格网上。通过格网上所记录的ID号可搜索出所要的空间目标。,43,空间元数据,元数据（Metadata）及其作用 关于数据的数据，反映了某项数据自身的一些特征。 是指在空间数据库中用于描述空间数据的内容、质量、表示方法、空间参考和管理方式等特征的数据，是实现地理空间信息共享的核心标准之一。,44,空间元数据组织,欧洲标准化委员会（CEN/TC287） 美国联邦地理数据委员会(FGDC) 国际标准化组织/地球信息技术委员会(ISO/TC211),45,空间元数据作用,空间元数据的主要作用是帮助空间数据的使用者查询所需要的空间信息，进行空间数据的共享，并进一步处理空间数据。,46,作业,什么是空间数据库引擎？有哪些特点，常见的空间数据库引擎有哪些？ 空间索引的作用，简单说明格网索引原理。,47,
