地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(精選PPT)

第四章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫 第1節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第2節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型第3節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型第4節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計第5節(jié)GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 主要內(nèi)容 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 1 數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念 數(shù)據(jù)庫 是指長期儲存在計算機內(nèi)有結(jié)構(gòu)的 大量的 可共享的數(shù)據(jù)集合 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件 他的功能包括 數(shù)據(jù)定義 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)庫的運行管理 數(shù)據(jù)庫的建立和維護 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng) 它由數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具 應(yīng)用系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立 使用和維護的專門人員 一 空間數(shù)據(jù)庫的概念 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 2 空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)庫 是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合 以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲在介質(zhì)上 空間數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng) 組成 空間數(shù)據(jù)庫 是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合 一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲在介質(zhì)上 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行語義和邏輯上的定義 提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能 以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的一套軟件 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 應(yīng)用模塊 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴展 直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行擴展 加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能 例如 Oracle空間數(shù)據(jù)庫引擎 SDE SpatialDatabaseEngine 在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上加一層空間數(shù)據(jù)庫引擎 實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲與管理 例如 ESRI的SDE 3 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是建立在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 1 空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程 這一過程一般需要兩步 人類對客體的認(rèn)識 抽象 建立概念模型 將概念模型轉(zhuǎn)換為計算機能夠接受的形式 即數(shù)據(jù)模型 就是將地理空間客體按一定的組織形式 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達的過程 二 空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 地理空間是一個三維空間 有四個基本實體點實體線實體面實體體實體 地理空間的認(rèn)知 地理空間實體 客體 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 地理空間實體間的聯(lián)系 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理幫助用戶查詢 檢索 增加刪除和修改數(shù)據(jù)保障空間數(shù)據(jù)的獨立性 完整性 和安全性 2 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計 數(shù)據(jù)模型建立的目的揭示空間實體的本質(zhì)特征 并對其進行抽象化 使之轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層 概念模型用于信息世界的建模 是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象 是設(shè)計人員的有力工具 1 概念模型 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 1 實體 Entity 客觀存在并可相互區(qū)別的事物 2 屬性 Attribute 實體所具有的某一特性 3 碼 Key 唯一標(biāo)識實體的屬性集 4 域 Domain 屬性的取值范圍 5 實體型 EntityType 具有相同屬性的實體必然有共同的特征和性質(zhì) 6 實體集 EntitySet 同型實體的集合 7 聯(lián)系 Relationship 不同實體集之間的聯(lián)系 信息世界中的基本概念 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 一對一聯(lián)系 1 1 一對多聯(lián)系 1 n 多對多聯(lián)系 m n 注意 E R圖僅僅是對現(xiàn)實世界描述的一種工具 僅能建立概念模型 信息模型 不能在計算機上直接實現(xiàn) 兩個實體之間的聯(lián)系可分為以下三類 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ?2 數(shù)據(jù)模型 常用數(shù)據(jù)模型種類 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 設(shè)計原則 盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲冗余 提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在用戶的需要改變時 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠做出相應(yīng)的變化 滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時訪問的需求 高效提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果 在空間元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系 反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性 支持多種決策需要 具有較強的應(yīng)用適應(yīng)性 3 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則 步驟和技術(shù)方法 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 第一步需求分析第二步概念設(shè)計第三步邏輯設(shè)計第四步物理設(shè)計第五步數(shù)據(jù)庫的實施和維護 設(shè)計步驟 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 明白即將開發(fā)的GIS所支持的各種功能 了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為 了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和優(yōu)先次序 這些信息有利于制定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實施計劃 了解數(shù)據(jù)庫和GIS的整體要求和藍圖 現(xiàn)狀調(diào)查調(diào)查內(nèi)容的組織的分析 第一步用戶需求分析 GIS數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)該主要了解下面的內(nèi)容 用戶需求分析方法 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 用戶需求分析過程 現(xiàn)狀調(diào)查 通過實際調(diào)查了解用戶的現(xiàn)狀及要求調(diào)查內(nèi)容的組織的分析 對調(diào)查的結(jié)果進行整理 分析和組織 并提交報告及圖件 包括 現(xiàn)有機構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)圖軟件 硬件資源表專業(yè)人員清單部門功能清單數(shù)據(jù)來源清單 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 把用戶的需求加以解釋 用概念模型表達出來 具體任務(wù)包括 1 數(shù)據(jù)庫的宏觀定義指對數(shù)據(jù)庫比例尺 地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的定義 2 數(shù)據(jù)庫的特征設(shè)計對于各種地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)中以什么幾何形式表達進行設(shè)計 3 數(shù)據(jù)庫表格及其關(guān)系的設(shè)計表達對與地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中表達方式的設(shè)計 第二步概念化設(shè)計 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 4 數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計的評定根據(jù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用目的和數(shù)據(jù)內(nèi)容及使用方式來評價前面三步的設(shè)計結(jié)果 5 數(shù)據(jù)庫概念模型的起草將GIS數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計起草成正式的文件 作為后面詳細(xì)設(shè)計時參考 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 第三步邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計應(yīng)該選擇最適于描述與表達相應(yīng)概念結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型 然后選擇最合適的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)時一般要分三步進行 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系 網(wǎng)狀 層次模型 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系 網(wǎng)狀 層次模型向特定空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計特點設(shè)計人員必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征 特別是存儲結(jié)構(gòu)和存取方法 充分了解應(yīng)用環(huán)境 特別是應(yīng)用的處理頻率和響應(yīng)時間要求 充分了解外存設(shè)備的特性 第四步物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫最終是要存儲在物理設(shè)備上的 為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu) 存儲結(jié)構(gòu)與存取方法 的過程 就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果 在計算機上建立實際的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 裝入空間數(shù)據(jù) 并調(diào)試和運行 建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序進行測試 以確認(rèn)其功能和性能是否滿足設(shè)計要求裝入實際的空間數(shù)據(jù) 即數(shù)據(jù)庫加載 建立起實際運行的數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫試運行 1 數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn) 三 空間數(shù)據(jù)庫的實施和維護 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 2 相關(guān)的其它設(shè)計 在數(shù)據(jù)庫試運行期間 應(yīng)進一步完善數(shù)據(jù)庫的功能和性能 1 空間數(shù)據(jù)庫再組織 調(diào)整或者改變空間數(shù)據(jù)庫的概念 邏輯和物理結(jié)構(gòu)的 2 安全性考慮 規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫使用權(quán)限 保證數(shù)據(jù)庫的安全運行 主要方法是授權(quán) 3 故障恢復(fù)處理 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)就是把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài) 亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài) 的功能 4 事務(wù)控制 事務(wù)控制的目的就是保證多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性 第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述 1 維護空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性 需要及時調(diào)整授權(quán)和密碼 轉(zhuǎn)儲及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫 2 監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能 分析評估存儲空間和響應(yīng)時間 3 增加新功能 按用戶的需要及時擴充功能 滿足用戶的新需要 4 修改錯誤 包括程序和數(shù)據(jù) 3 空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 一 層次數(shù)據(jù)模型 有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點 這個結(jié)點稱為根結(jié)點根以外的其它結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點同一雙親的子女結(jié)點稱為兄弟結(jié)點 沒有子女結(jié)點的結(jié)點稱為葉結(jié)點 層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型 層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式 用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系 如行政機構(gòu) 家族關(guān)系等 1 層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 在右圖的例子中 R1根結(jié)點 R2和R3為兄弟結(jié)點 是R1的子女結(jié)點 R4和R5為兄弟結(jié)點 是R2的子女結(jié)點 R3 R4 R4 是葉結(jié)點 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 多邊形層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 2 層次模型的數(shù)據(jù)存儲 層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本身 還要存儲數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系 應(yīng)將兩者的存儲結(jié)合在一起 數(shù)據(jù)存儲方法包括 鄰接法 樹遍歷法 和通用選擇法 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 層次數(shù)據(jù)庫及其實例 鄰接法 樹遍歷法 按照層次樹前序穿越的順序 把所有記錄值依次鄰接存放 即通過物理空間的位置相鄰來體現(xiàn) 或隱含 層次順序 數(shù)據(jù)檢索首先搜索雙親結(jié)點 然后搜索其子女結(jié)點 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 通用選擇法 通用選擇法不依賴于客體在樹狀結(jié)構(gòu)中的順序 而是根據(jù)所確定的選擇條件 在結(jié)構(gòu)中選擇某特定的客體 DRAWcoordinatesWHEREarcs arc1 例如 從數(shù)據(jù)庫中提取弧段arc1的坐標(biāo)并顯示 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 二 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型 在現(xiàn)實世界中客體的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系的 用層次模型表示非樹形結(jié)構(gòu)是很不直接的 網(wǎng)絡(luò)模型可以克服這一弊病 在數(shù)據(jù)庫中 把滿足以下兩個條件的基本層次聯(lián)系集合稱為網(wǎng)狀模型 允許一個以上的結(jié)點無雙親 一個結(jié)點可以有多于一個的雙親 網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界 而層次模型實際上是網(wǎng)狀模型的一個特例 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型示例 右圖 a 中 R3有兩個雙親記錄R1和R2把R1和R2之間的聯(lián)系命名為L1 把R2與R3的聯(lián)系命名為L2 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵是如何實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系 常用的方法是鏈接法 包括單向鏈接 雙向鏈接 向首鏈接等 此外還有其它實現(xiàn)方法 如引元陣列法 二進制陣列法 索引法等依據(jù)具體系統(tǒng)不同而不同 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫實例 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 三 關(guān)系數(shù)據(jù)模型 1 關(guān)系模型的基本概念 1 關(guān)系 關(guān)系是一個二維表 表的每行對應(yīng)一個元組 表的每列對應(yīng)一個域 屬性 每列起一個名字 如XTIC 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 基本關(guān)系通常可稱為基本表或基表 它是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示 查詢表是查詢結(jié)果對應(yīng)的表視圖表是由基本表或其它視圖表導(dǎo)出的表 是虛表 不對應(yīng)實際存儲的數(shù)據(jù) 2 關(guān)系的類型 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關(guān)系中某一屬性組 若它的值能唯一地標(biāo)識一個元組 則稱該屬性組為候選關(guān)鍵字 3 關(guān)鍵字 主關(guān)鍵字 若一個關(guān)系有多個候選碼 則選定其中一個為主關(guān)鍵字 主屬性 主關(guān)鍵字的諸屬性稱為主屬性 非碼屬性 不包含在任何候選關(guān)鍵字中的屬性稱為非碼屬性 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 一個關(guān)系需要描述的方面 關(guān)系是元組的集合 因此關(guān)系模式必須指出這個元組集合的結(jié)構(gòu) 即它由哪些屬性構(gòu)成 屬性來自哪個域 以及屬性與域的映象關(guān)系 一個關(guān)系通常是由賦予它的元組語義來確定的 元組語義實質(zhì)上是一個n目謂詞 凡是符合元組語義的那部分元素的全體就構(gòu)成了該關(guān)系模式的關(guān)系 隨著時間的變化 關(guān)系模式的關(guān)系也將發(fā)生變化 4 關(guān)系模式 關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關(guān)系是關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容 關(guān)系模式是靜態(tài)的 穩(wěn)定的 而關(guān)系是動態(tài)的 隨時間不斷變化的 在實際當(dāng)中 人們常常把關(guān)系模式和關(guān)系不加區(qū)別 關(guān)系和關(guān)系模式之間的區(qū)別和聯(lián)系 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 是對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明 2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中 所有實體與實體之間的聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型 Type 是型的一個具體賦值 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值 Value 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 指關(guān)系的準(zhǔn)確性 相容性和有效性 關(guān)系的完整性 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性 則屬性A不能取空值 實體完整性 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 參照完整性在關(guān)系模型中 實體及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的 那么在兩個或者兩個以上的關(guān)系間就自然存在引用 Typename11121314 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關(guān)系模型應(yīng)提供定義和檢驗這類完整性的機制 以便用統(tǒng)一方法處理它們 應(yīng)用程序不承擔(dān)這一功能 用戶定義的完整性 不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同 往往需要一些特殊的約束條件 用戶定義的完整性就是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件 它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求 例如 某個屬性必須取唯一值 某個屬性的取值范圍在0 100之間等 第二節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較 第四章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫 第1節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第2節(jié)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型第3節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型第4節(jié)空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計第5節(jié)GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 主要內(nèi)容 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的 相關(guān)性較小的數(shù)字和字符 而地理信息數(shù)據(jù)是連續(xù)的 并且具有很強的相關(guān)性 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的實體類型太少 并且實體之間通常只有簡單 固定的空間關(guān)系 而地理空間數(shù)據(jù)的實體類型繁多 實體類型之間存在著復(fù)雜的空間關(guān)系 并且還能產(chǎn)生新的關(guān)系 如拓?fù)潢P(guān)系 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理是以等長記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu) 而地理空間數(shù)據(jù)通常是結(jié)構(gòu)化的 其數(shù)據(jù)項可能很大 很復(fù)雜 并且是變長記錄 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息 而地理空間數(shù)據(jù)庫中需要有大量空間數(shù)據(jù)庫操作和查詢 如特征提取 影象分割 影象代數(shù)運算 拓?fù)浜拖嗨菩圆樵?第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 語義模型的模型結(jié)構(gòu)是由若干種抽象所組成 用這些抽象來描述實體的基本語義特性 根據(jù)語義模型結(jié)構(gòu)規(guī)則 把這些抽象有機的組織起來 語義模型是概念模型的一種 是對信息世界建模 表示方法有多種 其中實體聯(lián)系方法 Entity RelationshipApproach 得到廣泛應(yīng)用 該方法用E R圖來描述現(xiàn)實世界 用于建立概念模型 一 語義數(shù)據(jù)模型 E R模型 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 實體型實體是對客觀存在的起獨立作用的客體的一種抽象 屬性用橢圓形表示 并用無向邊將其與相應(yīng)的實體聯(lián)系起來 聯(lián)系是客體間有意義的相互作用或?qū)?yīng)關(guān)系 一般分為三種聯(lián)系 一對一 1 1 一對多 1 N 多對多 M N E R圖表達的三種語義 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 實體型用矩形來表示 矩形內(nèi)寫明實體名 屬性用橢圓形表示 并用無向邊將其與相應(yīng)的實體聯(lián)系起來 聯(lián)系用菱形表示 菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名 并用無向邊分別與有關(guān)實體聯(lián)系起來 同時在無向邊上標(biāo)注聯(lián)系的類型 1 1 1 n或m n E R圖表示實體型 屬性和聯(lián)系的方法 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E R圖表示兩個實體之間的三類聯(lián)系 E R模型的圖形表示 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E R模型設(shè)計步驟 1 設(shè)計各個局部E R圖根據(jù)需求分析的結(jié)果 數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)字典等 對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行抽象 分解成不同功能的局部模塊 對每個局部模塊設(shè)計視圖 即分E R圖 分E R圖中每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 不同局部視圖中同一對象具有不同的抽象 同一實體中所包含的屬性排列次序不完全相同 實體之間的聯(lián)系呈現(xiàn)不同的聯(lián)系類型 2 設(shè)計全局E R圖 屬性域沖突 即屬性值的類型 取值范圍或取值集合不同 屬性取值單位沖突 同名異義 異名同義 一義多名 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E R圖的優(yōu)化原則 實體類型個數(shù)盡可能少 實體類型所含類型最少 實體間聯(lián)系無冗余 全局E R圖的優(yōu)化 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E R圖的特點 接近人的思維 易于理解E R圖與計算機的實現(xiàn)無關(guān) E R圖僅僅是概念模型 無法在計算機上直接實現(xiàn) 在數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計階段應(yīng)該將概念模型轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的數(shù)據(jù)模型 如層次 網(wǎng)絡(luò) 關(guān)系模型 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 二 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計 OOA D 面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計 OOA D 方法的發(fā)展在80年代末至90年代中出現(xiàn)了一個高潮 產(chǎn)生了統(tǒng)一的建模語言UML UnifiedModelingLanguage UML適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述任何類型的系統(tǒng) 而且適用于系統(tǒng)開發(fā)的不同階段 從需求規(guī)格描述直至系統(tǒng)完成后的測試和維護 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 采用面向?qū)ο蟮乃枷?對系統(tǒng)進行分析 根據(jù)用戶需求提取出系統(tǒng)應(yīng)具有的屬性和行為 將分析的結(jié)果用某種易于轉(zhuǎn)化為編碼或易于理解的形式表達出來 我們常見的有流程圖 ER圖 數(shù)據(jù)流圖等 分析和設(shè)計是兩個相互結(jié)合 漸進的過程 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計 面向?qū)ο蟮姆治?第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 1 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念 1 對象對象就是現(xiàn)實世界中客體的模型化 與數(shù)據(jù)庫中記錄 元組等概念相似 如 行政區(qū)域的多邊形對象 表示一條河流的弧段對象對象的兩個特點狀態(tài)性特征 是通過域來描述的 可稱為私有存儲單元 封裝性特征 對象的封裝性特征表現(xiàn)為它的私有存儲單元只能由它自己的功能進行處理 二 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 2 消息消息是對象之間相互請求或相互協(xié)作的唯一途徑 一個對象必須通過向其它對象發(fā)送消息的形式使得其它對象提供各自能實現(xiàn)的功能 消息的特性 消息是對象之間唯一的通信形式 消息是外界能夠引用對象操作及獲取對象狀態(tài)的唯一方式 消息的這些特性保證了對象的實現(xiàn)只能依賴于它本身的狀態(tài)和所能接受的消息 而不依賴于其它對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)和狀態(tài) 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 消息類型公有消息如果一些消息屬于同一個對象 其中有些消息可由其它對象向它發(fā)送的 叫做公有消息 私有消息如果一些消息是由它自己向自身發(fā)送的 就叫做私有消息 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 多邊形對象組成 對象的組成示意 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 3 類類是對一組對象的抽象描述 它將該組對象所具有的共同特征集中起來 以說明該組對象的能力和性質(zhì) 實例是某類的一個具體抽象 類是多個實例的抽象的總和 類和實例之間是抽象和具體的關(guān)系 類的確定方法是歸納 這就要求在觀察問題是 注意提煉所遇到對象的共同特征 以確定其類的表達 實例 是某類的一個具體抽象 類和實例之間的關(guān)系 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 1 繼承是現(xiàn)實世界中對象之間的一種獨特關(guān)系 它使得某對象可以自然的擁有另外一類對象的某些特征和功能 2 繼承及類之間的層次關(guān)系 繼承包括單繼承和多繼承兩種 如下圖 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 2 類的層次結(jié)構(gòu) 是引入類的繼承關(guān)系而產(chǎn)生的 包括超類 被繼承的類稱為超類 子類 繼承其他類的對象稱為子類 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 面向?qū)ο蟮墓δ苤剌d和多態(tài) 3 功能重載和多態(tài)性 實現(xiàn)消息傳遞 功能重載 功能重載實際上意味著實現(xiàn)特定功能的方法不僅以名稱來區(qū)分 而且用它所帶的參數(shù)來區(qū)別 多態(tài)性 是同一個消息可以根據(jù)對象的不同 采用多種不同的行為方式 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 4 概括和聚集概括 是把一組具有相同特征和操作的對象類歸納在一個更一般的超類中 例如 多邊形對象類和弧段對象類共同具有的一些空間特征 它們可作為空間對象類的子類 而空間對象類則是它們的超類 概括形成了子類和超類之間的is a的語義聯(lián)系 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 聚集 反映了嵌套對象的概念 嵌套對象是由一些其它對象組成的 它是用來描述較高層次對象的一種形式 例如 上述的地理信息系統(tǒng)圖形顯示子系統(tǒng)中 一個圖層對象類是由多邊形對象類 弧段對象類 點對象類等對象類的聚集體 這里的圖層對象就是嵌套對象 多邊形對象類與圖層對象之間形成is part of的語義聯(lián)系 第三節(jié)語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 運用上述面向?qū)ο蟮母拍詈头椒?就可以建立起地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)庫的對象數(shù)據(jù)模型 OpenGIS協(xié)會推薦了一種空間對象數(shù)據(jù)模型 其中的簡單幾何特征集如圖所示 5 空間數(shù)據(jù)庫對象模型 簡單幾何特征集關(guān)系 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 1 初始模式的形成把E R圖表示的實體聯(lián)系類型 轉(zhuǎn)換成選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的記錄類型 如層次 網(wǎng)狀 關(guān)系模型 面向?qū)ο蟮?2 子模式設(shè)計子模式是應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口 允許有效訪問數(shù)據(jù)庫而不破壞數(shù)據(jù)庫的安全性 3 模式評價根據(jù)定量分析和性能測試對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)作出評價 4 優(yōu)化模式利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的功能 對模式進行優(yōu)化 但不改變數(shù)據(jù)庫的信息 一 空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的步驟和內(nèi)容 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 二 E R模型向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換 E R圖可以向不同的數(shù)據(jù)庫模型轉(zhuǎn)換 這里的以關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為例 1 實體轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式 一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式 2 實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進行轉(zhuǎn)換 1 1聯(lián)系轉(zhuǎn)換每個實體可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 每個實體的關(guān)鍵字是該關(guān)系的后選關(guān)鍵字 1 N聯(lián)系轉(zhuǎn)換 可以分兩種情況A 轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式 關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字 B 與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 M N聯(lián)系轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為獨立關(guān)系模式 關(guān)系的關(guān)鍵字是與該聯(lián)系相連的各實體的關(guān)鍵字的組合 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 三 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計 5步 將E R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則 將將E R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式 規(guī)范化處理任務(wù)是消除異常 改善完整性 一致性和存儲效率 一般使關(guān)系達到3NF就可以滿足使用 規(guī)范化過程實際上就是單一化過程 即一個關(guān)系描述一個概念 如果關(guān)系中多于一個概念 就把它分離出來 模式評價目的是檢查數(shù)據(jù)庫模式是否滿足用戶的要求 包括功能評價和性能評價 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 優(yōu)化模式合并 是對具有相同關(guān)鍵字的關(guān)系模式 如果對它們的處理主要是查詢操作 且常在一起使用 可將這類關(guān)系模式合并 分解 是指關(guān)系雖已達到規(guī)范化的要求 但如果某些關(guān)系的屬性過多 則會影響效率 可將它分割成為兩個或多個關(guān)系模式 按屬性組分解的稱為垂直分解 垂直分解需滿足得到的每一個關(guān)系都包含主關(guān)鍵字 形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計說明書包括 模式及子模式的集合 可用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的語言描述 也可列表描述 應(yīng)用設(shè)計指南 設(shè)計訪問方式 查詢路徑 處理要求 約束條件等 物理設(shè)計指南 包括數(shù)據(jù)訪問量 傳輸量 存儲量 遞增量等 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 四 空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 可分為5步 前三步為結(jié)構(gòu)設(shè)計 后兩步為約束和程序設(shè)計 1 存儲記錄的格式設(shè)計 對數(shù)據(jù)項類型特征作分析 對存儲記錄進行格式化 決策如何進行數(shù)據(jù)壓縮或代碼化 2 存儲方法設(shè)計 是把存儲記錄在全數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)進行物理存儲安排 順序存儲 該存儲方式的平均查詢次數(shù)為關(guān)系記錄個數(shù)的1 2 散列存儲 該存儲方式的查詢次數(shù)由散列算法所決定 索引存儲 需要確定創(chuàng)建何種索引 及在哪些庫和屬性上建立索引 聚簇存儲 是指將不同類型的記錄分配到相同的物理區(qū)域中去 第四節(jié)邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 3 訪問方法設(shè)計 訪問方法設(shè)計為存儲在物理設(shè)備上的數(shù)據(jù)提供存儲結(jié)構(gòu)和查詢路徑 該設(shè)計與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很大關(guān)系 4 完整性和安全性考慮 根據(jù)邏輯設(shè)計說明書中提供的對數(shù)據(jù)庫的約束條件 具體選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的性能特征及硬件環(huán)境 設(shè)計建立數(shù)據(jù)庫完整性和安全性措施 5 應(yīng)用設(shè)計 包括人機界面的設(shè)計 輸入 輸出格式的設(shè)計 代碼設(shè)計 處理加工設(shè)計等 6 形成物理設(shè)計說明書 包括存儲記錄格式 存儲記錄位置分布及訪問方法 它能滿足的操作需求 并給出對硬件和軟件系統(tǒng)的約束 第五節(jié)GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 一 空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫概述 時空數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或數(shù)據(jù)處理技術(shù) 研究內(nèi)容包括以下三個方面 1 空間時態(tài)數(shù)據(jù)的表達空間時態(tài)數(shù)據(jù)表達的目的在于建立空間時態(tài)一體化數(shù)據(jù)模型 它涉及到時間標(biāo)志 空間時態(tài)版本的標(biāo)識 空間變化類型的定義 空間拓?fù)渑c時態(tài)拓?fù)?空間時態(tài)數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu) 以及存取策略等內(nèi)容 第五節(jié)GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 2 空間時態(tài)數(shù)據(jù)的