GIS課程(第三章空間數(shù)據(jù)庫).ppt

,第三章空間數(shù)據(jù)庫,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),3-1空間數(shù)據(jù)庫的概念,第三章空間數(shù)據(jù)庫,一、空間數(shù)據(jù)庫,1、定義：是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)和應(yīng)用的相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合。,空間數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的簡稱。,3、空間數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn),3-1空間數(shù)據(jù)庫的概念,第三章空間數(shù)據(jù)庫,1）數(shù)據(jù)量特別大；2）數(shù)據(jù)種類多，復(fù)雜；3）數(shù)據(jù)應(yīng)用面相當(dāng)廣。,在建立地理空間數(shù)據(jù)庫時(shí)，一方面應(yīng)遵循和應(yīng)用通用的數(shù)據(jù)庫的原理和方法；另一方面又必須采取一些特殊的技術(shù)和方法來解決其他數(shù)據(jù)庫所沒有的問題。,2、空間數(shù)據(jù)特征:1）空間特征：一般需要建立空間索引。2）非結(jié)構(gòu)化特征：結(jié)構(gòu)化的，即滿足第一范式:每條記錄定長，且數(shù)據(jù)項(xiàng)是原子數(shù)據(jù).而空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)變長，對象包含一個(gè)或多個(gè)對象，需要嵌套記錄。3）空間關(guān)系特征：拓?fù)鋽?shù)據(jù)給空間數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護(hù)增加了復(fù)雜性。4）分類編碼特征：一種地物類型對應(yīng)一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。多種地物類型共用一個(gè)屬性數(shù)據(jù)表文件。5）海量數(shù)據(jù)特征。,二、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),3-1空間數(shù)據(jù)庫的概念,第三章空間數(shù)據(jù)庫,是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義；提供必須的空間數(shù)據(jù)查詢、檢索和存取功能；能夠空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)。,三、空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng),提供給用戶訪問和操作空間數(shù)據(jù)庫的用戶界面，是應(yīng)用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立的具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)用軟件。一般需要進(jìn)行二次開發(fā)。,一般由專業(yè)GIS軟件提供,返回,一、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指數(shù)據(jù)的組織形式，在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)模型：是描述實(shí)體及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，是空間數(shù)據(jù)庫建立的邏輯模型。兩者之間的關(guān)系：混合的交叉關(guān)系，并不一一對應(yīng)，世界多樣性，確定數(shù)據(jù)模型，確保實(shí)用性，（便于模型化、存儲(chǔ)、檢查和分析），它并不基于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,自學(xué)：用三種模型（層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系）組織圖：,返回,p1,p2,二、傳統(tǒng)模型存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的局限：,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,1、層次模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性層次模型反映了實(shí)體之間的層次關(guān)系，簡單、直觀，易于理解，并在一定程度上支持?jǐn)?shù)據(jù)的重構(gòu)。用于GIS地理數(shù)據(jù)庫存在的主要問題是：1）很難描述復(fù)雜的地理實(shí)體之間的聯(lián)系，描述多對多的關(guān)系時(shí)導(dǎo)致物理存儲(chǔ)上的冗余；2）對任何對象的查詢都必須從層次結(jié)構(gòu)的根結(jié)點(diǎn)開始，低層次對象的查詢效率很低，很難進(jìn)行反向查詢；3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性較差，數(shù)據(jù)更新涉及許多指針，插入和刪除操作比較復(fù)雜，父結(jié)點(diǎn)的刪除意味著其下層所有子結(jié)點(diǎn)均被刪除；4）層次命令具有過程式性質(zhì)，要求用戶了解數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)操縱命令中顯式地給出數(shù)據(jù)的存取路徑；5）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。,2、網(wǎng)狀模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,網(wǎng)狀模型反映地理世界中常見的多對多關(guān)系，支持?jǐn)?shù)據(jù)重構(gòu)，具有一定的數(shù)據(jù)獨(dú)立和數(shù)據(jù)共享特性，且運(yùn)行效率較高。用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的主要問題如下：1）由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加了用戶查詢的定位困難，要求用戶熟悉數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，知道自己所處的位置；2）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)操作命令具有過程式性質(zhì)，存在與層次模型相同的問題；3）不直接支持對于層次結(jié)構(gòu)的表達(dá)；4）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。,3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,在GIS分析中，常常需要綜合運(yùn)用實(shí)體之間的空間關(guān)系和屬性數(shù)據(jù)，要求GIS數(shù)據(jù)庫能對實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理。,找離火車站最近的汽車站？,空間數(shù)據(jù)庫,空間計(jì)算,距離最近的汽車站,檢索,檢索,GIS分析,對屬性數(shù)據(jù)用通用RDBMS可以很好管理，但對于空間數(shù)據(jù)一般DBMS卻有局限，表現(xiàn)為：1）無法用遞歸和嵌套的方式來描述復(fù)雜關(guān)系的層次和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，模擬和操作復(fù)雜地理對象的能力較弱；2）用關(guān)系模型描述本身具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和涵義的地理對象時(shí)，需對地理實(shí)體進(jìn)行不自然的分解，導(dǎo)致存儲(chǔ)模式、查詢途徑及操作等方面均顯得語義不甚合理；3）由于概念模式和存儲(chǔ)模式的相互獨(dú)立性，及實(shí)現(xiàn)關(guān)系之間的聯(lián)系需要執(zhí)行系統(tǒng)開銷較大的聯(lián)接操作，運(yùn)行效率不夠高。,3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性(續(xù)1),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,4）空間數(shù)據(jù)通常是變長的，而一般RDBMS只允許記錄的長度設(shè)定為固定長度，此外，通用DBMS難于存儲(chǔ)和維護(hù)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。5）一般RDBMS都難以實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作。6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些復(fù)雜圖形功能。7）一般RDBMS難以支持復(fù)雜的地理信息，因?yàn)閱蝹€(gè)地理實(shí)體的表達(dá)需要多個(gè)文件、多條記錄，包括大地網(wǎng)、特征坐標(biāo)、拓?fù)潢P(guān)系、屬性數(shù)據(jù)和非空間專題屬性等方面信息。,3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性(續(xù)2),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,8）GIS管理的是具有高度內(nèi)部聯(lián)系的數(shù)據(jù)，為了保證地理數(shù)據(jù)庫的完整性，需要復(fù)雜的安全維護(hù)系統(tǒng)，而這些完整性約束條件必須與空間數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)，由地理數(shù)據(jù)庫來維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。否則，一條記錄的改變會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤、相互矛盾的數(shù)據(jù)存在，而一般RDBMS難以實(shí)現(xiàn)這一功能。,返回,三、面向?qū)ο竽Ｐ?3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,（一）基本概念1、對象：含有數(shù)據(jù)和操作方法的獨(dú)立模塊，可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。如一個(gè)城市、一棵樹均可作為地理對象。具有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，以表明其存在的獨(dú)立性；具有一組描述特征的屬性，以表明其在某一時(shí)刻的狀態(tài)靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)；具有一組表示行為的操作方法，用以改變對象的狀態(tài)。-作用、功能函數(shù)、方法。對象的劃分：根據(jù)對象的共性，及對它的研究目的來劃分，與具體的目的、性質(zhì)相聯(lián)系，不同的目的就會(huì)有不同劃分。,劃分原則：找共同點(diǎn)，所有具有共性的系統(tǒng)成份就可為一種對象。,2、類：,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,共享同一屬性和方法集的所有對象的集合構(gòu)成類。如河流均具有共性，如名稱、長度、流域面積等，以及相同的操作方法，如查詢、計(jì)算長度、求流域面積等，因而可抽象為河流類。3、實(shí)例被抽象的對象，類的一個(gè)具體對象，稱為，如長江、黃河等。真正抽象的河流不存在，只存在河流的例子。類是抽象的對象，是實(shí)例的組合，類、實(shí)例是相對的，類和實(shí)例的關(guān)系為上下層關(guān)系。類-申請實(shí)例-成為具體對象。4、消息：對象之間的請求和協(xié)作。（并不獨(dú)立存在）對象之間的關(guān)系，如鼠標(biāo)點(diǎn)，就是消息，點(diǎn)某按紐，就是對按紐提出請求。,類,實(shí)例1,實(shí)例2,對象1,對象2,請求和協(xié)作,消息,(二)面向?qū)ο蟮奶匦?3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,1、抽象：是對現(xiàn)實(shí)世界的簡明表示。形成對象的關(guān)鍵是抽象，對象是抽象思維的結(jié)果。2、封裝：一般講，包起來，將方法與數(shù)據(jù)放于一對象中，以使對數(shù)據(jù)的操作只可通過該對象本身的方法來進(jìn)行。在這，指把對象的狀態(tài)及其操作集成化，使之不受外界影響。3、多態(tài)：是指同一消息被不同對象接收時(shí)，可解釋為不同的含義。同一消息，對不同對象，功能不同。功能重載-多態(tài)，簡化消息，但功能不減。,現(xiàn)實(shí)世界,抽象,對象1,對象n,對象2,圖元類,CLine,CCircle,draw(),draw(p1,r),draw(p1,p2),Line,Circle,（三）四種核心技術(shù),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,1、分類分類是把一組具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的對象歸納或映射為一個(gè)公共類的過程。如城鎮(zhèn)建筑可分為行政區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、文化區(qū)等若干個(gè)類。2、概括將相同特征和操作的類再抽象為一個(gè)更高層次、更具一般性的超類的過程。子類是超類的一個(gè)特例。一個(gè)類可能是超類的子類，也可是幾個(gè)子類的超類。所以，概括可能有任意多層次。概括技術(shù)避免了說明和存儲(chǔ)上的大量冗余。這需要一種能自動(dòng)地從超類的屬性和操作中獲取子類對象的屬性和操作的機(jī)制，即繼承機(jī)制。,3、聚集,聚集是把幾個(gè)不同性質(zhì)類的對象組合成一個(gè)更高級的復(fù)合對象的過程。4、聯(lián)合相似對象抽象組合為集合對象。其操作是成員對象的操作集合。,（四）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的核心工具,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,1、繼承：一類對象可繼承另一類對象的特性和能力，子類繼承父類的共性，繼承不僅可以把父類的特征傳給中間子類，還可以向下傳給中間子類的子類。它服務(wù)于概括。繼承機(jī)制減少代碼冗余，減少相互間的接口和界面。,1）單重繼承、多重繼承；全部繼承、部分繼承；取代繼承、包含繼承,2）狀態(tài)繼承（數(shù)據(jù)）,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,子類繼承父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，子類還可定義自己新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。子類任意使用父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有可能破壞封裝，若只能通過發(fā)送消息來使用父類的域，又可能失去有效性，具體辦法：公有域：類可操作，實(shí)例也可操作。私有域：只有類本身使用，用戶不得訪問。保護(hù)域：子類可使用，繼承使用，實(shí)例不能使用。,父類,子類,數(shù)據(jù),函數(shù),實(shí)例,公有域,私有域,保護(hù)域：,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,3）功能的繼承：子類繼承父類的功能，但子類的功能要發(fā)生一些變化，功能函數(shù)重新定義，為使消息名簡化，可讓功能函數(shù)同名，但參數(shù)不一樣，用子類功能取代父類功能函數(shù)。功能重載，功能函數(shù)名相同，但參數(shù)不一樣。調(diào)用功能時(shí)，函數(shù)名及其參數(shù)共同決定，具體的功能，有了功能重載，對象就體現(xiàn)出多態(tài)性。多態(tài)：同一個(gè)消息可根據(jù)發(fā)送消息對象的不同采用多種不同的行為方式，同一個(gè)消息對不同對象，功能不一。如鼠標(biāo)，在不同按鈕按，其功能不一樣。4)繼承與封裝關(guān)系繼承：父類特性子類繼承，不可封裝，封裝，與外界隔離，表面是矛盾，實(shí)際上沒有沖突，這正是OOP的優(yōu)越。繼承：一段代碼使用，封裝的代碼重用，靜態(tài)共享代碼。封裝：一段代碼的集成、重用的組織方式，動(dòng)態(tài)共享代碼,父類,子類1,子類2,類1,類2,消息,實(shí)例,創(chuàng)建,方法,2、傳播,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,傳播與繼承是一對。復(fù)雜對象的某些屬性值不單獨(dú)存于數(shù)據(jù)庫中，而由子對象派生或提取，將子（成員）對象的屬性信息強(qiáng)制地傳播給綜合復(fù)雜對象。成員對象的屬性只存儲(chǔ)一次，保證數(shù)據(jù)一致性和減少冗余。如武漢市總?cè)丝?，由存?chǔ)在各成員對象中的各區(qū)人口總和。3、繼承與傳播（區(qū)別）1）繼承服務(wù)于概括，傳播作用于聯(lián)合和聚集；2）繼承是從上層到下層，應(yīng)用于類，而傳播是自下而上，直接作用于對象；3）繼承包括屬性和操作，而傳播一般僅涉及屬性；4）繼承是一種信息隱含機(jī)制，只要說明子類與父類的關(guān)系，則父類的特征一般能自動(dòng)傳給它的子類，而傳播是一種強(qiáng)制性工具，需要在復(fù)合對象中顯式定義它的每個(gè)成員對象，并說明它需要傳播哪些屬性值。,四、GIS空間數(shù)據(jù)庫類型,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,缺點(diǎn)：1）程序依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時(shí)，應(yīng)用程序也隨之改變。2）以文件形式共享，當(dāng)多個(gè)程序共享一數(shù)據(jù)文件時(shí)，文件的修改，需得到所有應(yīng)用的許可。不能達(dá)到真正的共享，即數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄項(xiàng)的共享。,GIS應(yīng)用1,空間、屬性數(shù)據(jù)文件1,GIS應(yīng)用2,空間、屬性數(shù)據(jù)文件2,空間、屬性數(shù)據(jù)文件3,1、基于文件管理的方式,2、文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理系統(tǒng)雙元模型,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,除oid作為連接關(guān)鍵字以外，幾乎是兩者獨(dú)立地組織、管理和檢索。,1)圖形與屬性結(jié)合的各自分開處理模式-早期系統(tǒng):圖形處理的用戶界面和屬性的用戶界面是分開的，它們只是通過一個(gè)內(nèi)部碼連接。通常要同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)系統(tǒng)，甚至兩個(gè)系統(tǒng)來回切換，不方便。,幾何圖形:圖形用戶界面與圖形文件處理是一體的，中間沒有裂縫。屬性數(shù)據(jù)，則因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異。,2)圖形與屬性結(jié)合的混合處理模式,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,GIS通過DBMS提供的高級編程語言C或Fortran等接口，在C語言的環(huán)境下，直接操縱屬性數(shù)據(jù)，查詢屬性數(shù)據(jù)庫，并在GIS的用戶界面下，顯示查詢結(jié)果。在ODBC(OpenDataBaseConnectivity,開放式數(shù)據(jù)庫互連)推出后，GIS軟件商只需開發(fā)GIS與ODBC的接口軟件，就可將屬性數(shù)據(jù)與任何一個(gè)支持ODBC的RDBMS連接。這樣用戶可在一個(gè)界面下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。,用戶界面,C語言,C或ODBC,圖形處理,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),圖形數(shù)據(jù)文件庫,屬性數(shù)據(jù)庫,采用文件與RDBMS的混合管理模式中文件管理系統(tǒng)的功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能。因而GIS軟件商需要尋找能同時(shí)管理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用DBMS。,3、全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分層模型,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,GIS軟件商在標(biāo)準(zhǔn)DBMS頂層開發(fā)一個(gè)能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。,代表軟件System9,GeoView等,用RDBMS管理圖形數(shù)據(jù)有兩種模式：a、基于關(guān)系模型的方式，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)系數(shù)據(jù)模型組織。由于涉及一系列關(guān)系連接運(yùn)算，費(fèi)時(shí)。例如b、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成BinaryBlock字段（多媒體或變長文本）。省去大量關(guān)系連接操作，但BinaryBlock的讀寫效率比定長的屬性字段慢得多，特別涉及對象的嵌套時(shí)，更慢。,4、對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),關(guān)系模型組織圖形數(shù)據(jù),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,要找出組成多邊形的采樣點(diǎn)坐標(biāo)，涉及多個(gè)關(guān)系表，作多次連接投影運(yùn)算。,P1,P2,C,N,E,返回,4、對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,DBMS軟件商在RDBMS中進(jìn)行擴(kuò)展，使之能直接存儲(chǔ)和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)，如Informix和Oracle等都推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點(diǎn)、線、面、圓等空間對象的函數(shù)。主要解決空間數(shù)據(jù)的變長記錄的管理，效率比二進(jìn)制塊的管理高得多，但仍沒有解決對象的嵌套問題，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能由用戶定義，用戶不能根據(jù)要求再定義，使用上受一定限制。,GIS應(yīng)用,空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊,商用DBMS,空間和屬性數(shù)據(jù)庫,5、面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),5、面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,1）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的含義為了有效地描述復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，需要在更高層次上綜合利用和管理多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，并用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行統(tǒng)一的抽象。這就是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的含義，其具體實(shí)現(xiàn)就是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m合于空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和管理，它不僅支持變長記錄，且支持對象的嵌套，信息的繼承和聚集。允許用戶定義對象和對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及它的操作。可以將空間對象根據(jù)需要，定義合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一組操作。這種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以帶和不帶拓?fù)?，?dāng)帶拓?fù)鋾r(shí)，涉及對象的嵌套、對象的連接和對象與信息聚集。面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的核心是對復(fù)雜對象的模擬和操縱。,2）復(fù)雜對象及特點(diǎn),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,指具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和操作的對象。復(fù)雜對象可以由多種關(guān)系聚合抽象而成，或由不同類型的對象構(gòu)成，或具有復(fù)雜的嵌套關(guān)系等。復(fù)雜對象的特點(diǎn)可歸結(jié)為：a)一個(gè)復(fù)雜對象由多個(gè)成員對象構(gòu)成，每個(gè)成員對象又可參與其它對象的構(gòu)成；b)具有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如矢量、柵格、關(guān)系表等；c）一個(gè)復(fù)雜對象的不同部分可由不同的數(shù)據(jù)模型所支持，也就是說，可以分布于不同的數(shù)據(jù)庫中。,返回,3）面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,從幾何方面劃分，GIS的各種地物對象為點(diǎn)、線、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物。每一種幾何地物又可能由一些更簡單的幾何圖形元素構(gòu)成。,一個(gè)面狀地物是由邊界弧段和中間面域組成，弧段又涉及到節(jié)點(diǎn)和中間點(diǎn)坐標(biāo)。或者說，節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)傳播給弧段，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物聚集或聯(lián)合組成復(fù)雜地物。,4）拓?fù)潢P(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ?3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,將每條弧段的兩個(gè)端點(diǎn)（通過它們與另外的弧段公用）抽象出來，建立單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)對象類型，而在弧段的數(shù)據(jù)文件中，設(shè)立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)子對象標(biāo)識(shí)號(hào)，即用“傳播”的工具提取節(jié)點(diǎn)文件的信息。,面域文件,弧段文件,節(jié)點(diǎn)文件,拓?fù)潢P(guān)系與數(shù)據(jù)共享,這一模型既解決了數(shù)據(jù)共享問題，又建立了弧段與節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系。同樣，面狀地物對弧段的聚集方式與數(shù)據(jù)共享和幾何拓?fù)潢P(guān)系的建立也達(dá)到一致。,5）面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含RDBMS的功能基礎(chǔ)上，增加面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的封裝、繼承和信息傳播等功能。,6)面向?qū)ο蟮乩頂?shù)據(jù)模型的特點(diǎn),3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,可充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)。具有可擴(kuò)充性。由于對象是相對獨(dú)立的，因此可以很自然和容易地增加新的對象，并且對不同類型的對象具有統(tǒng)一的管理機(jī)制。c)可以模擬和操縱復(fù)雜對象。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型是面向簡單對象的，無法直接模擬和操縱復(fù)雜實(shí)體，而面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型具備對復(fù)雜對象進(jìn)行模擬和操縱的能力。,在GIS中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型時(shí)，對象的確定還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是，對象的建立應(yīng)符合人們對客觀世界的理解，并且要完整地表達(dá)各種地理對象，及它們之間的相互關(guān)系。,7）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),面向?qū)ο蟮南到y(tǒng),永久性、外存管理、數(shù)據(jù)共享（并發(fā)）、數(shù)據(jù)可靠性（事務(wù)管理和恢復(fù)）、即席查詢工具和模式修改,類/類型、封裝性/數(shù)據(jù)抽象、繼承性、多態(tài)性/滯后聯(lián)編、計(jì)算完備性、對象標(biāo)識(shí)、復(fù)雜對象和可擴(kuò)充性,動(dòng)態(tài)聯(lián)編:為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)，系統(tǒng)不能在編譯時(shí)就把操作名聯(lián)編到程序上，而要等到運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行解釋。,8）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢,3-2空間數(shù)據(jù)模型,第三章空間數(shù)據(jù)庫,（1）縮小了語義差距（2）減輕了“阻抗失配”問題傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用往往表現(xiàn)為把數(shù)據(jù)庫語句嵌入某種具有計(jì)算完備性的程序設(shè)計(jì)語言中，由于數(shù)據(jù)庫語言和程序設(shè)計(jì)語言的類型系統(tǒng)和計(jì)算模型往往不同，所以這種結(jié)合是不自然的，這個(gè)現(xiàn)象被稱為“阻抗失配”。在OODB中，把需要程序設(shè)計(jì)語言編寫的操作都封裝在對象的內(nèi)部，從本質(zhì)上講，OODB的問題求解過程只需要表現(xiàn)為一個(gè)消息表達(dá)式的集合。（3）適應(yīng)非傳統(tǒng)應(yīng)用的需要這種適應(yīng)性主要表現(xiàn)在能夠定義和操縱復(fù)雜對象，具備引用共享和并發(fā)共享機(jī)制以及靈活的事務(wù)模型，支持大量對象的存儲(chǔ)和獲取等等。,B2,B1,A,當(dāng)前已推出了若干OODBMS如O2等，也出現(xiàn)一個(gè)基于OODBMS的，但由于OODBMS價(jià)格昂貴且技術(shù)還不成熟，目前在領(lǐng)域不太通用?；趯ο箨P(guān)系的SDBMS將可能成為GIS空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展的主流。,返回,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),第三章空間數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立空間數(shù)據(jù)庫的整個(gè)過程。,現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體,需求分析,返回,一、需求分析,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),第三章空間數(shù)據(jù)庫,需求分析是整個(gè)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與建立的基礎(chǔ)，主要進(jìn)行以下工作：1、調(diào)查用戶需求：了解用戶特點(diǎn)和要求，取得設(shè)計(jì)者與用戶對需求的一致看法。2、需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求(信息內(nèi)容、特征、需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù))、信息加工處理要求(如響應(yīng)時(shí)間)、完整性與安全性要求等。3、編制用戶需求說明書：包括需求分析的目標(biāo)、任務(wù)、具體需求說明、系統(tǒng)功能與性能、運(yùn)行環(huán)境等，是需求分析的最終成果。,在需求分析階段完成：數(shù)據(jù)源的選擇和對各種數(shù)據(jù)集的評價(jià)（一般、空間、屬性評價(jià)）。,二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第三章空間數(shù)據(jù)庫,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),指空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)果是得到一個(gè)合理的空間數(shù)據(jù)模型，是空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？臻g數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是將地理空間實(shí)體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程，也就是地理信息系統(tǒng)中空間實(shí)體的模型化問題。,三、數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),返回,1、概念模型,是通過對錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)與抽象，最終形成空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用系統(tǒng)所需的模型。,第三章空間數(shù)據(jù)庫,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),表示概念模型最有力的工具是ER模型，即實(shí)體聯(lián)系模型，包括實(shí)體、聯(lián)系和屬性三個(gè)基本成分。用它來描述現(xiàn)實(shí)地理世界，不必考慮信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取路徑及存取效率等與計(jì)算機(jī)有關(guān)的問題，比一般的數(shù)據(jù)模型更接近于現(xiàn)實(shí)地理世界，具有直觀、自然、語義較豐富等特點(diǎn)，在地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。,返回,2、邏輯模型,邏輯模型的設(shè)計(jì)是將概念模型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為具體DBMS可處理的地理數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)(或外模式)，包括確定數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄及記錄間的聯(lián)系、安全性、完整性和一致性約束等。從ER模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程為：確定各實(shí)體的主關(guān)鍵字；確定并寫出實(shí)體內(nèi)部屬性之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表達(dá)式（函數(shù)依賴關(guān)系），即某一數(shù)據(jù)項(xiàng)決定另外的數(shù)據(jù)項(xiàng)；把經(jīng)過消冗處理（規(guī)范化處理）的數(shù)據(jù)關(guān)系表達(dá)式中的實(shí)體作為相應(yīng)的主關(guān)鍵字；根據(jù)、形成新的關(guān)系。完成轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行分析、評價(jià)和優(yōu)化。,第三章空間數(shù)據(jù)庫,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),返回,3、物理設(shè)計(jì),主要內(nèi)容包括確定記錄存儲(chǔ)格式，選擇文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，決定存取路徑，分配存儲(chǔ)空間。物理設(shè)計(jì)的好壞將對地理數(shù)據(jù)庫的性能影響很大，一個(gè)好的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)必須滿足兩個(gè)條件：一是地理數(shù)據(jù)占有較小的存儲(chǔ)空間；二是對數(shù)據(jù)庫的操作具有盡可能高的處理速度。在完成物理設(shè)計(jì)后，要進(jìn)行性能分析和測試。,第三章空間數(shù)據(jù)庫,3-3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),是指有效地將空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)在物理存儲(chǔ)器上實(shí)現(xiàn)，確定數(shù)據(jù)在介質(zhì)上的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是導(dǎo)出地理數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)模式(內(nèi)模式)。,物理設(shè)計(jì)在很大程度上與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有關(guān)。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)需要，選用系統(tǒng)所提供的功能。,返回,三、數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì),GIS的數(shù)據(jù)可以按照空間數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系或?qū)I(yè)屬性分為各種邏輯數(shù)據(jù)層或?qū)I(yè)數(shù)據(jù)層，原理上類似于圖片的疊置。例如，地形圖數(shù)據(jù)可分為地貌、水系、道路、植被、控制點(diǎn)、居民地等諸層分別存貯。將各層疊加起來就合成了地形圖的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行空間分析、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示時(shí)，往往只需要若干相應(yīng)圖層的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)一般是按照數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容和類型進(jìn)行的。數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容的類型通常是數(shù)據(jù)分層的主要依據(jù)，同時(shí)也要考慮數(shù)據(jù)之間的