《GIS應(yīng)用軟》PPT課件.ppt

2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,1,第四章 空間數(shù)據(jù)庫,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,2,建立數(shù)據(jù)庫不僅僅是為了保存數(shù)據(jù)，擴(kuò)展人的記憶，而主要是為了幫助人們?nèi)ス芾砗涂刂婆c這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物。地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫就是一種專門化的數(shù)據(jù)庫，由于這類數(shù)據(jù)庫具有明顯的空間特征，所以有人把它稱為空間數(shù)據(jù)庫。 定義：數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中以特定的結(jié)構(gòu)組織、存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。 計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的管理經(jīng)過了三個(gè)階段 ： 程序管理階段 、文件管理階段 、數(shù)據(jù)庫管理階段,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,3,數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織方式,數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織一般可以分為四級(jí)：數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。 1、數(shù)據(jù)項(xiàng)：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項(xiàng)、字段等。 2、記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。 文件：文件是一給定類型的(邏輯)記錄的全部具體值的集合。 4、數(shù)據(jù)庫：是比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,4,數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系,數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。 1、一對(duì)一的聯(lián)系(1：1) 2、一對(duì)多的聯(lián)系(1：N) 3、多對(duì)多的聯(lián)系(M：N),A,B,A,B,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,5,數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織的形式表示。 每一種數(shù)據(jù)模型都以不同的數(shù)據(jù)抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式。 數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域采用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，其中應(yīng)用最廣泛的是關(guān)系模型。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,6,層次數(shù)據(jù)庫模型,它的特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)組織成一對(duì)多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。 層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。 層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄、土壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級(jí)數(shù)據(jù)的組織。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,7,層次數(shù)據(jù)庫模型,優(yōu)點(diǎn)： 存取方便且速度快 結(jié)構(gòu)清晰，容易理解 數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn) 檢索關(guān)鍵屬性十分方便 缺陷： 結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性 同一屬性數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊） 不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,8,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型,網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對(duì)多類型的數(shù)據(jù)組織方式 。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,9,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型,優(yōu)點(diǎn)： 能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系 數(shù)據(jù)冗余小 缺陷： 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難。 需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大 數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,10,關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型,關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實(shí)體與屬性之間的關(guān)系進(jìn)行存儲(chǔ)和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。,點(diǎn),2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,11,關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型,優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)特別靈活，滿足所有布爾邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則形成的查詢要求 能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù) 增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便 缺陷： 數(shù)據(jù)庫大時(shí)，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí) 對(duì)空間關(guān)系無法滿足,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,12,標(biāo)準(zhǔn)DBMS存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的局限性,空間數(shù)據(jù)記錄是變長(zhǎng)的（如點(diǎn)數(shù)的可變性），而一般的數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長(zhǎng)度設(shè)定為固定 在存儲(chǔ)和維護(hù)空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系方面存在著嚴(yán)重缺陷 一般都難以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作 不能支持復(fù)雜的圖形功能 單個(gè)地理實(shí)體的表達(dá)需要多個(gè)文件、多條記錄，一般的DBMS也難以支持 難以保證具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要的復(fù)雜的安全維護(hù),2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,13,GIS的數(shù)據(jù)管理方法,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,14,全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方案,屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時(shí)采用關(guān)系式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進(jìn)行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快 屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對(duì)象嵌套等復(fù)雜的空間操作 GIS軟件：System9，Small World、Geovision等,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,15,文件 關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方案,屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索比較可靠、有效； 幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫要遜色得多。 空間數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。 GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。,早 期,GIS用戶界面,圖形處理,DBMS,圖形 文件庫,屬性 數(shù)據(jù)庫,高級(jí)語言,ODBC協(xié)議,數(shù)據(jù)庫開發(fā),數(shù)據(jù)庫開發(fā),2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,16,不同的層以及同一層中不同圖形要素類型（點(diǎn)、線、面）,將產(chǎn)生不同的Shape文件，同時(shí)對(duì)每一個(gè)要素自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)特征碼（FeatureID）。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,17,用戶可以不使用特征碼而自己設(shè)定標(biāo)識(shí)碼,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,18,全關(guān)系式數(shù)據(jù)庫管理方案,屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時(shí)采用關(guān)系式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進(jìn)行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快 屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對(duì)象嵌套等復(fù)雜的空間操作 GIS軟件：System9，Small World、Geovision等,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,19,擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方案,在標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫上增加空間數(shù)據(jù)管理層，即利用該層將地理結(jié)構(gòu)查詢語言(GeoSQL)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢，借助索引數(shù)據(jù)的輔助關(guān)系實(shí)施空間索引操作。 解決了空間數(shù)據(jù)變長(zhǎng)記錄的存儲(chǔ)問題，由數(shù)據(jù)庫軟件商開發(fā)，效率較高 用戶不能根據(jù)GIS要求進(jìn)行空間對(duì)象的再定義，因而不能將設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ) GIS軟件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,20,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng),面向?qū)ο螅╫bject-oriented，oo）的概念起源于程序設(shè)計(jì)語言面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(簡(jiǎn)稱OOPL)，強(qiáng)調(diào)對(duì)象概念的統(tǒng)，引入對(duì)象、對(duì)象類、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承性機(jī)制。它以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開發(fā)工具為一體，建立OO計(jì)算環(huán)境，配有很強(qiáng)的圖形功能和多窗口用戶界面。 基本出發(fā)點(diǎn)就是以對(duì)象作為最基本的元素，盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來分析和解決問題。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,21,對(duì)象：是對(duì)客觀世界實(shí)體的抽象描述，由信息（數(shù)據(jù)）和對(duì)數(shù)據(jù)的操作組合而成。 類：是對(duì)多個(gè)相似對(duì)象共同特性的描述。 消息：是對(duì)象之間通信的手段，用來指示對(duì)象的操作。分公有消息和私有消息。 方法：是對(duì)象接收到消息后應(yīng)采取的動(dòng)作序列的描述。 實(shí)例：是由一特定類描述的具體對(duì)象。 元類：是相似的類的共同屬性的抽象，元類的實(shí)例是類，類的實(shí)例是對(duì)象。 對(duì)象具有封裝性和繼承性，涉及到分類（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、聯(lián)合（association） 、繼承（inheritance）和傳播（propagation）等概念。,基本概念,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,22,基本概念,協(xié)議：是一個(gè)對(duì)象對(duì)外服務(wù)的說明，它告知一個(gè)對(duì)象可以為外界。 封裝：是將某件實(shí)物包圍起來，使外界不必知道其實(shí)際內(nèi)容。 繼承：從某類對(duì)象得到另一類對(duì)象的特征和能力。如飯店子類從建筑物類繼承地址、建筑日期等屬性。引入類的繼承，就出現(xiàn)了類的層次結(jié)構(gòu)，也就有了超類（基類）、子類（派生類）的概念。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,23,基本概念,概括：是把一組具有相同特征和操作的對(duì)象歸納在一個(gè)更一般的超類中。 聯(lián)合：是相似對(duì)象的抽象組合，可看作是更高層次的集合對(duì)象。如西安市是新城區(qū)、雁塔區(qū)、碑林區(qū)等區(qū)的聯(lián)合。又聯(lián)合關(guān)系的對(duì)象叫成員。 聚集：是類似于聯(lián)合的抽象化概念，不強(qiáng)調(diào)整個(gè)對(duì)象的具體細(xì)節(jié)，例如建筑物是墻、窗、門、房頂和樓板幾部分的聚集。 傳播：作為聯(lián)合和聚集的一種工具，通過一種強(qiáng)制性的手段將子對(duì)象的屬性信息傳遞給復(fù)雜對(duì)象。例如西安市大學(xué)生數(shù)量可以由各個(gè)大學(xué)的學(xué)生數(shù)求和派生得到。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,24,面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,25,面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型,GIS中的地物可根據(jù)國(guó)家分類標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H情況劃分類型。如一個(gè)大學(xué)GIS的對(duì)象可分為建筑物、道路、綠化、管線等幾大類，地物類型的每一大類又可以進(jìn)一步分類，如建筑物可再分成教學(xué)樓、科研實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓、教工住宅、學(xué)生宿舍、后勤服務(wù)建筑、體育樓等子類，管線可再分為給水管道、污水管道、電信管道、供熱管道、供氣管道等，另一方面，幾種具有相同屬性和操作的類型可綜合成一個(gè)超類。,2019/9/20,西北大學(xué)城市與資源學(xué)系 謝元禮,26,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式,面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型從概念上將人們對(duì)GIS的理解提高到了一個(gè)新的高度。 一方面，它巧妙地容納了GIS中拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想，能有效地表達(dá)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。另一方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達(dá)和處理屬性數(shù)據(jù)時(shí)，又具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。 目前，采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，建立面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要有三種實(shí)現(xiàn)方式： 擴(kuò)充面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性 擴(kuò)充RDBMS，在RDB