地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫

1、第四章第四章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫 第第1 1節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述 第第2 2節(jié)節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 第第3 3節(jié)節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 第第4 4節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設計和物理設計 第第5 5節(jié)節(jié) GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 1. 1. 數(shù)據(jù)庫的相關概念數(shù)據(jù)庫的相關概念 數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫：是指長期儲存在計算機內(nèi)有結構的、大量的、可共享的是指長期儲存在計算機內(nèi)有結構的、大量的、可共享的 數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：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)管理軟是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)

2、據(jù)管理軟 件；他的功能包括件；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)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。據(jù)庫的建立和維護。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：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)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、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用 戶構成。戶構成。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員： 負責數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護的專門人負責數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護的專門人 員。員。 一、空間數(shù)據(jù)庫的概念一、空間數(shù)據(jù)庫的概念 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)

3、庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 2. 2. 空間數(shù)據(jù)庫的相關概念空間數(shù)據(jù)庫的相關概念 空間數(shù)據(jù)庫：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)存儲的與應用相關是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應用相關 的地理空間數(shù)據(jù)的總合，以一系列特定結構的文件形式組織后存儲在介的地理空間數(shù)據(jù)的總合，以一系列特定結構的文件形式組織后存儲在介 質(zhì)上。質(zhì)上。 空間數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）組成：空間數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）組成： 空間數(shù)據(jù)庫：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)存儲的與應用相關是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應用相關 的地理空間數(shù)據(jù)的總合，一般是以一系列特定結構的文件形式組織后存的地理空間數(shù)據(jù)的總合

4、，一般是以一系列特定結構的文件形式組織后存 儲在介質(zhì)上。儲在介質(zhì)上。 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是指能夠對物理介質(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行是指能夠對物理介質(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 能夠對空間數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的能夠對空間數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的一套軟件一套軟件。 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)：應用模塊。應用模塊。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴展：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)進行直接對常

5、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。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：例如：OracleOracle v 空間數(shù)據(jù)庫引擎空間數(shù)據(jù)庫引擎（SDE: Spatial Database EngineSDE: Spatial Database Engine）：在常）：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)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。的存儲與管理。 例如：例如：ESRIESRI的的SDESDE 3 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)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

6、管理系統(tǒng)的基礎上，實空間數(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)的基礎上，實 現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能?，F(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 轉換轉換 現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界 人類的認識、抽象人類的認識、抽象 機器世界機器世界 DBMSDBMS支持的支持的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 現(xiàn)實世界中客觀實體的抽象過程現(xiàn)實世界中客觀實體的抽象過程 信息世界的信息世界的 概念模型概念模型 1. 1. 空間數(shù)據(jù)庫的設計過程空間數(shù)據(jù)庫的設計過程 這一過程一般需要兩步這一過程一般需要兩步 人類對客體的認識、抽象，人類對客體的認識、抽象， 建立建立概念模型概念模型。 將概念模型轉換為計算機將概念模

7、型轉換為計算機 能夠接受的形式，即能夠接受的形式，即數(shù)數(shù) 據(jù)模型據(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。表達的過程。 二、二、 空間數(shù)據(jù)庫的設計空間數(shù)據(jù)庫的設計 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 地理空間是一個三維空間，有四個基本實體地理空間是一個三維空間，有四個基本實體 點點實體實體 線線實體實體 面面實體實體 體體實體實體 地理空間的認知地理空間的認知 地理空間實體（客體）地理空間實體（客體） 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 地理空間實體地理空間實體間的聯(lián)系 空間聯(lián)系空間聯(lián)系

8、屬性聯(lián)系屬性聯(lián)系 時間聯(lián)系時間聯(lián)系 空間位置，空間分布，空間形態(tài)、空間相關等空間位置，空間分布，空間形態(tài)、空間相關等 空間信息反映了空間分析所能揭示的信息，彼空間信息反映了空間分析所能揭示的信息，彼 此互有聯(lián)系此互有聯(lián)系 通過實體變化過程來反映。通過實體變化過程來反映。 實體間的屬性主要體現(xiàn)為屬性多級分類體系中實體間的屬性主要體現(xiàn)為屬性多級分類體系中 的從屬關系、聚類關系和相關關系的從屬關系、聚類關系和相關關系 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 能夠對空間數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理能夠對空間數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理 v 幫助用戶查詢、檢索、增加刪除和修改數(shù)據(jù)幫助用戶查詢、檢索、增加刪除和修改數(shù)據(jù)

9、v 保障空間數(shù)據(jù)的獨立性、完整性、和安全性保障空間數(shù)據(jù)的獨立性、完整性、和安全性 2. 2. 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設計空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設計 數(shù)據(jù)模型建立的目的數(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，使之轉化為揭示空間實體的本質(zhì)特征，并對其進行抽象化，使之轉化為 計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(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建模，是現(xiàn)實世界到信息世界信息世界的第一層抽象，是設計的第

10、一層抽象，是設計 人員的有力工具。人員的有力工具。 （1 1）概念模型）概念模型 概念結構 設計過程用戶需求用戶需求 需求分析 抽象 信息結構概念模型概念結構 能夠真實、 處分的反映 現(xiàn)實世界 易于理解 用戶與設計 人員 易于更改 需求改變 模型改變 易于轉換 關系、 網(wǎng)狀、層次 特點 E-R圖 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 (1) (1) 實體實體(Entity)(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)別的事物客觀存在并可相互區(qū)別的事物 (2) (2) 屬性屬性(Attribute)(Attribute)：實體所具有的某一特性：實體所具有的某一特性 (3) (3) 碼碼(Key)(

11、Key)：唯一標識實體的屬性集：唯一標識實體的屬性集 (4) (4) 域域(Domain)(Domain)：屬性的取值范圍：屬性的取值范圍 (5) (5) 實體型實體型(Entity Type)(Entity Type)：具有相同屬性的實體必然有：具有相同屬性的實體必然有 共同的特征和性質(zhì)共同的特征和性質(zhì) (6) (6) 實體集實體集(Entity Set)(Entity Set)：同型實體的集合：同型實體的集合 (7) (7) 聯(lián)系聯(lián)系(Relationship)(Relationship)：不同實體集之間的聯(lián)系：不同實體集之間的聯(lián)系 信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念 第一節(jié)第一節(jié)

12、空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系(1:1)(1:1) 一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系(1:(1:n n) )。 多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系( (m m : : n n) ) 注意：注意： E-RE-R圖僅僅是對現(xiàn)實世界描述的一種工具，僅能建立概圖僅僅是對現(xiàn)實世界描述的一種工具，僅能建立概 念模型念模型( (信息模型信息模型) )，不能在計算機上直接實現(xiàn)。，不能在計算機上直接實現(xiàn)。 兩個實體之間的聯(lián)系可分為以下三類兩個實體之間的聯(lián)系可分為以下三類 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 層層 次次 模模 型型 v 網(wǎng)網(wǎng) 狀狀 模模 型型 v 關關 系系 模模 型型 v 面面 向向 對對

13、 象象 模模 型型 （2 2）數(shù)據(jù)模型）數(shù)據(jù)模型 常用數(shù)據(jù)模型種類常用數(shù)據(jù)模型種類 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 設計原則：設計原則： 盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲冗余；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)結構，在用戶的需要改變時，數(shù)據(jù)結提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結構，在用戶的需要改變時，數(shù)據(jù)結 構能夠做出相應的變化；構能夠做出相應的變化； 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)查詢結果；的空間數(shù)據(jù)查詢結果； 在空間元素間維持復雜的聯(lián)系，反映空間數(shù)據(jù)的復雜性；在空間元素間維持復雜的聯(lián)系，反映空間數(shù)據(jù)的復雜性； 支

14、持多種決策需要，具有較強的應用適應性。支持多種決策需要，具有較強的應用適應性。 3. 3. 空間數(shù)據(jù)庫設計的原則、步驟和技術方法空間數(shù)據(jù)庫設計的原則、步驟和技術方法 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 第一步第一步 需求分析需求分析 第二步第二步 概念設計概念設計 第三步第三步 邏輯設計邏輯設計 第四步第四步 物理設計物理設計 第五步第五步 數(shù)據(jù)庫的實施和維護數(shù)據(jù)庫的實施和維護 設計設計步驟步驟 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 明白即將開發(fā)的明白即將開發(fā)的GISGIS所支持的各種功能；所支持的各種功能； v 了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；

15、v 了解數(shù)據(jù)之間的關系和優(yōu)先次序，這些信息有利于制了解數(shù)據(jù)之間的關系和優(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。定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實施計劃。 v 了解數(shù)據(jù)庫和了解數(shù)據(jù)庫和GISGIS的整體要求和藍圖。的整體要求和藍圖。 v現(xiàn)狀調(diào)查現(xiàn)狀調(diào)查 v調(diào)查內(nèi)容的組織的分析調(diào)查內(nèi)容的組織的分析 第一步第一步 用戶需求分析用戶需求分析 GISGIS數(shù)據(jù)庫開發(fā)應該主要了解下面的內(nèi)容數(shù)據(jù)庫開發(fā)應該主要了解下面的內(nèi)容 用戶需求分析方法：用戶需求分析方法： 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 用戶需求分析過程用戶需求分析過程 現(xiàn)狀調(diào)查：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：

16、調(diào)查內(nèi)容的組織的分析：對調(diào)查的結果進行整理、分析和組織，并提交 報告及圖件。包括： u現(xiàn)有機構的組織結構圖 u軟件、硬件資源表軟件、硬件資源表 u專業(yè)人員清單 u部門功能清單 u數(shù)據(jù)來源清單 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(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、地圖投影和坐標系統(tǒng)的定義。 2)數(shù)據(jù)庫的特征設計 對于各種地理特征有關的屬性數(shù)據(jù)中以什么幾何形式表達進行設計。 3)數(shù)據(jù)庫表格及其關系的設計表達 對與地理特征有關的屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中表達方式的設計。 第二步第二步 概念化設計概念化設計 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空

17、間數(shù)據(jù)庫概述 4）數(shù)據(jù)庫總體設計的評定 根據(jù)數(shù)據(jù)庫的應用目的和數(shù)據(jù)內(nèi)容及使用方式來評價前面三步的設計結 果。 5）數(shù)據(jù)庫概念模型的起草 將GIS數(shù)據(jù)庫的概念設計起草成正式的文件，作為后面詳細設計時參考。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 第三步第三步 邏輯設計邏輯設計 邏輯設計應該選擇最適于描述與表達相應概念結構的數(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)。設計邏輯結構時一般要分三步進行： 將概念結構轉換為一般的關系、網(wǎng)狀、層次模型 將轉化來的關系、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)模型轉換。 對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 數(shù)據(jù)庫

18、的物理設計特點數(shù)據(jù)庫的物理設計特點 v 設計人員必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是存儲結構和存取 方法； v 充分了解應用環(huán)境，特別是應用的處理頻率和響應時間要求； v 充分了解外存設備的特性。 第四步 物理設計物理設計 數(shù)據(jù)庫最終是要存儲在物理設備上的。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選 取一個最適合應用環(huán)境的物理結構（存儲結構與存取方法）的過程， 就是數(shù)據(jù)庫的物理設計。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 根據(jù)邏輯設計和物理設計的結果，在計算機上建立實際的空間根據(jù)邏輯設計和物理設計的結果，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。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，裝入空間數(shù)據(jù)

19、，并調(diào)試和運行。 v 建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結構建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結構 v 裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應用程序進行測試，以確認其功能和裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應用程序進行測試，以確認其功能和 性能是否滿足設計要求性能是否滿足設計要求 v 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)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。庫。 v 數(shù)據(jù)庫試運行數(shù)據(jù)庫試運行 1 1、數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn) 三、三、 空間數(shù)據(jù)庫的實施和維護空間數(shù)據(jù)庫的實施和維護 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 2 2、相關的其它設計、相關的其它設計 在數(shù)據(jù)庫試運行期間，應進一步完善數(shù)據(jù)庫的功

20、能和性能。在數(shù)據(jù)庫試運行期間，應進一步完善數(shù)據(jù)庫的功能和性能。 （1 1）空間數(shù)據(jù)庫再組織：）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、邏輯調(diào)整或者改變空間數(shù)據(jù)庫的概念、邏輯 和物理結構的。和物理結構的。 （2 2）安全性考慮：）安全性考慮：規(guī)定相應的數(shù)據(jù)庫使用權限，保證數(shù)據(jù)庫的安規(guī)定相應的數(shù)據(jù)庫使用權限，保證數(shù)據(jù)庫的安 全運行。主要方法是授權。全運行。主要方法是授權。 （3 3）故障恢復處理：）故障恢復處理：數(shù)據(jù)庫恢復就是把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到數(shù)據(jù)庫恢復就是把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到 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。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

21、功能。 （4 4）事務控制：）事務控制：事務控制的目的就是保證多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫事務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。的完整性和一致性。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 (1)(1)維護空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性：維護空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性：需要及時調(diào)整授權和密碼，需要及時調(diào)整授權和密碼， 轉儲及恢復數(shù)據(jù)庫轉儲及恢復數(shù)據(jù)庫 (2)(2)監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能：監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能：分析評估存儲空間和響應時間。分析評估存儲空間和響應時間。 (3)(3)增加新功能：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。按用戶的需要及時擴充功能，滿足用戶的新

22、需要。 (4)(4)修改錯誤：修改錯誤：包括程序和數(shù)據(jù)。包括程序和數(shù)據(jù)。 3 3、空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護、空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 一、一、 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型 有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為根結點根結點 根以外的其它結點有且根以外的其它結點有且只有一個雙親結點只有一個雙親結點 同一雙親的子女結點稱為兄弟結點，沒有子女結點的結同一雙親的子女結點稱為兄弟結點，沒有子女結點的結 點稱為葉結點。點稱為葉結點。 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

23、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，用樹形結構來表示各系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式，用樹形結構來表示各 類實體以及實體間的聯(lián)系。如行政機構，家族關系等。類實體以及實體間的聯(lián)系。如行政機構，家族關系等。 (1)(1)層次模型的數(shù)據(jù)結構特點層次模型的數(shù)據(jù)結構特點 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 R R1 1 R R3 3R R2 2 R R4 4R R5 5 兄弟結點兄弟結點 兄弟結點兄弟結點 根結點根結點 葉結點葉結點葉結點葉結點 一個層次模型的示例一個層次模型的示例 葉結點葉結點 在右圖的例子中，在右圖的例子中， R R1 1根結點根結點， R R2 2和和R

24、 R3 3為為兄弟結點兄弟結點，是，是 R R1 1的的子女結點子女結點； R R4 4和和R R5 5為兄弟結點，是為兄弟結點，是 R R2 2的子女結點；的子女結點； R R3 3 ， ， R R4 4 ， ， R R4 4 ，是葉結 ，是葉結 點。點。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 Coverage記錄 polygons記錄 arcs記錄 nodes記錄 coordinates記錄 多邊形層次數(shù)據(jù)結構 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 (2)(2)層次模型的數(shù)據(jù)存儲層次模型的數(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)之間的層層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本

25、身，還要存儲數(shù)據(jù)之間的層 次關系，應將兩者的存儲結合在一起。次關系，應將兩者的存儲結合在一起。 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)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 A1 B1B4B6 C3C7 C14 C2C5C9C4C6C8 A1C14B1 C3 C5 C7B4 C2 C9 B6 C4 C6 C8. 鄰接法鄰接法 層次數(shù)據(jù)庫及其實例層次數(shù)據(jù)庫及其實例 鄰接法（樹遍歷法）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

26、鄰來體現(xiàn)（或隱含）層次順序。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點，然后搜索其子女結點。數(shù)據(jù)檢索首先搜索雙親結點，然后搜索其子女結點。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 通用選擇法通用選擇法 通用選擇法不依賴于客體在樹狀結構中的順序，而是根據(jù)所確通用選擇法不依賴于客體在樹狀結構中的順序，而是根據(jù)所確 定的選擇條件，在結構中選擇某特定的客體。定的選擇條件，在結構中選擇某特定的客體。 DRAWDRAW coordinates coordinates WHEREWHERE arcs=arc1 arcs=arc1 例如：從數(shù)據(jù)庫中提取弧段例如：從數(shù)據(jù)庫中提取

27、弧段arc1arc1的坐標并顯示的坐標并顯示 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 二、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)模型二、網(wǎng)絡數(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系的，用層次模在現(xiàn)實世界中客體的聯(lián)系更多的是非層次關系的，用層次模 型表示非樹形結構是很不直接的，網(wǎng)絡模型可以克服這一弊病。型表示非樹形結構是很不直接的，網(wǎng)絡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：網(wǎng)狀模型： 允許一個以上的結點無雙親：允許一個以上的結點無雙親： 一個結點可以有多于一個的雙親。一個結點可以有多于一個的雙親。 網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀

28、模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界，而可以更直接地去描述現(xiàn)實世界，而層次模型層次模型實際上實際上 是網(wǎng)狀模型的一個特例是網(wǎng)狀模型的一個特例 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型示例網(wǎng)狀模型示例 L1 L5 L3 L4 L1L2 L1L2 R R1 1R R2 2 R R3 3 R R1 1R R2 2 R R3 3 R R5 5R R4 4 R R1 1 R R2 2 L2 網(wǎng)狀模型的例子網(wǎng)狀模型的例子 (a)(b)(c) 右圖（右圖（a）中，）中， R3有兩個雙親記錄有兩個雙親記錄R1 和和R2 把把R1和和R2之間的聯(lián)系之間的聯(lián)系 命名為命名為L1， 把把R2與與R3的聯(lián)系命名

29、的聯(lián)系命名 為為L2 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結構網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結構 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的存儲結構中關鍵是如何實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系。常用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的存儲結構中關鍵是如何實現(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。體系統(tǒng)不同而不同。 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫實例 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 三、關系數(shù)據(jù)模型三、關系數(shù)據(jù)模型 1 1、關系模

30、型的基本概念、關系模型的基本概念 (1)(1)關系關系 關系是一個二維表，表的每行對應一個關系是一個二維表，表的每行對應一個元組元組，表的每列對，表的每列對 應一個應一個域域。 元組元組 域域 表的每行表的每行 對應一個對應一個 元組元組 域域是一組具有相是一組具有相 同數(shù)據(jù)類型的值同數(shù)據(jù)類型的值 的集合的集合 屬性：每列起一個名字，如屬性：每列起一個名字，如 XTICXTIC 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 基本關系基本關系 通?？煞Q為基本表或基表，它是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示。通?？煞Q為基本表或基表，它是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示。 查詢表查詢表 是查詢結果對應的表是查詢結果對應的表

31、 視圖表視圖表 是由基本表或其它視圖表導出的表，是虛表，不對應實際存是由基本表或其它視圖表導出的表，是虛表，不對應實際存 儲的數(shù)據(jù)。儲的數(shù)據(jù)。 （2 2）關系的類型）關系的類型 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關系中某一屬性組，若它的值能唯一地標識一個元組，則稱該關系中某一屬性組，若它的值能唯一地標識一個元組，則稱該 屬性組為候選關鍵字。屬性組為候選關鍵字。 關鍵字 （3 3）關鍵字）關鍵字 主關鍵字主關鍵字：若一個關系有多個候選碼，則選定其中一個為主關鍵：若一個關系有多個候選碼，則選定其中一個為主關鍵 字。字。 主屬性主屬性：主關鍵字的諸屬性稱為主屬性。：主關鍵字的諸屬性稱為主屬

32、性。 非碼屬性非碼屬性：不包含在任何候選關鍵字中的屬性稱為非碼屬性。：不包含在任何候選關鍵字中的屬性稱為非碼屬性。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 一個關系需要描述的方面：一個關系需要描述的方面： 關系是元組的集合，因此關系模式必須指出這個元組集合的結關系是元組的集合，因此關系模式必須指出這個元組集合的結 構，即它由哪些屬性構成，屬性來自哪個域，以及屬性與域構，即它由哪些屬性構成，屬性來自哪個域，以及屬性與域 的映象關系。的映象關系。 一個關系通常是由賦予它的元組語義來確定的。元組語義實質(zhì)一個關系通常是由賦予它的元組語義來確定的。元組語義實質(zhì) 上是一個上是一個n n 目謂詞。凡是符

33、合元組語義的那部分元素的全體就目謂詞。凡是符合元組語義的那部分元素的全體就 構成了該關系模式的關系。構成了該關系模式的關系。 隨著時間的變化，關系模式的關系也將發(fā)生變化。隨著時間的變化，關系模式的關系也將發(fā)生變化。 （4 4）關系模式）關系模式 關系的描述稱為關系模式。關系的描述稱為關系模式。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關系是關系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容。關系是關系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容。 關系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關系是動態(tài)的，隨時間不關系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關系是動態(tài)的，隨時間不 斷變化的。斷變化的。 在實際當中，人們常常把關系模式和關系不加區(qū)別。在實際當中，

34、人們常常把關系模式和關系不加區(qū)別。 關系關系和和關系模式關系模式之間的之間的區(qū)別區(qū)別和和聯(lián)系聯(lián)系： 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 是對某一類數(shù)據(jù)的結構和屬性的說明。是對某一類數(shù)據(jù)的結構和屬性的說明。 2 2、關系數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫 在一個給定的應用領域中，所有實體與實體之間的聯(lián)系的關系的在一個給定的應用領域中，所有實體與實體之間的聯(lián)系的關系的 集合構成一個集合構成一個關系數(shù)據(jù)庫關系數(shù)據(jù)庫。 關系數(shù)據(jù)庫的型關系數(shù)據(jù)庫的型(Type)(Type) 是型的一個具體賦值。是型的一個具體賦值。 關系數(shù)據(jù)庫的值關系數(shù)據(jù)庫的值(Value)(Value) 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)

35、模型 指關系的準確性、相容性和有效性。指關系的準確性、相容性和有效性。 關系的完整性關系的完整性 關系的完關系的完 整性的種類整性的種類 參照完整性參照完整性 實體完整性實體完整性 用戶定義的完整性用戶定義的完整性 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 若屬性若屬性 A A 是基本關系是基本關系 R R 的主屬性，則屬性的主屬性，則屬性 A A 不能取空值。不能取空值。 實體完整性實體完整性 主屬性 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 參照完整性參照完整性 在關系模型中，實體及實體間的聯(lián)系都是用關系來描述的，在關系模型中，實體及實體間的聯(lián)系都是用關系來描述的， 那么在兩個或者兩個

36、以上的關系間就自然存在引用。那么在兩個或者兩個以上的關系間就自然存在引用。 Type 11 12 13 14 Type name 11 12 13 14 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關系模型應提供定義和檢驗這類完整性的機制，以便用統(tǒng)一關系模型應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，應用程序不承擔這一功能。方法處理它們，應用程序不承擔這一功能。 用戶定義的完整性用戶定義的完整性 不同的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應用環(huán)境的不同，往往需要一不同的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應用環(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系數(shù)些特殊的約束條件，用戶

37、定義的完整性就是針對某一具體關系數(shù) 據(jù)庫的約束條件。它反映某一具體應用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的據(jù)庫的約束條件。它反映某一具體應用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的 語義要求。語義要求。 例如：例如：某個屬性必須取唯一值、某個屬性的取值范圍在某個屬性必須取唯一值、某個屬性的取值范圍在0-1000-100之間等。之間等。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較 第四章第四章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫 第第1 1節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述 第第2 2節(jié)節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 第第3 3節(jié)節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 第第4 4節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設計和物理設計 第第5 5節(jié)

38、節(jié) GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關性較小的數(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性。 u 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 復雜的空間關系，并且還能產(chǎn)生新的關系（如拓撲關系）。 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理是以等長記錄為基礎的結構；而地理空間數(shù)據(jù)通常 是結構化的，其數(shù)據(jù)項可能很大，很復雜，并且是變長記錄。 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)

39、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、拓撲和相似性查詢。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 語義模型的模型結構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)語義模型結構規(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-Relationship Approach)得到廣泛應用， 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（一、語義數(shù)據(jù)模型（E-RE-R模型）模型） 第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)

40、據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 實體型實體型 實體是對客觀存在的起獨立作用的客體的一種抽象。 屬性屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體聯(lián)系起來 聯(lián)系聯(lián)系 是客體間有意義的相互作用或對應關系。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圖表達的三種語義圖表達的三種語義 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 實體型實體型 用矩形來表示，矩形內(nèi)寫明實體名。 屬性屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體聯(lián)系起來 聯(lián)系聯(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實體聯(lián) 系起來，同時在無向邊上標注聯(lián)系的類型(1:

41、1，1:n 或 m:n)。 E-R圖表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法圖表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 E-RE-R圖表示兩個實體之間的三類聯(lián)系圖表示兩個實體之間的三類聯(lián)系 實體型實體型A實體型實體型A實體型實體型A 聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名 實體型實體型B實體型實體型B實體型實體型B 11m nn1 兩個實體之間的三類聯(lián)系兩個實體之間的三類聯(lián)系 E-R模型的圖形表示模型的圖形表示 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 E-R模型設計步驟模型設計步驟 （1）設計各個局部E-R圖 根據(jù)需求分析的結果（數(shù)據(jù)流圖、

42、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，對每個局部模塊設計視圖， 即分E-R圖。 分E-R圖中每一部分對應一個局部應用。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(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) 設計全局設計全局E-R圖圖 屬性域沖突屬性域沖突 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）。 命名沖突命名沖突 結構沖突結構沖突 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 E-R圖的優(yōu)化圖的優(yōu)化原則：

43、 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。 全局全局E-R圖的優(yōu)化圖的優(yōu)化 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 E-R圖的特點圖的特點 接近人的思維，易于理解 E-R圖與計算機的實現(xiàn)無關 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 計階段應該將概念模型轉化為計算機能夠接受的數(shù)據(jù)模型，如層次、 網(wǎng)絡、關系模型。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 二、面向對象的數(shù)據(jù)模型二、面向對象的數(shù)據(jù)模型 面向對象的系統(tǒng)分析與設計 (OOAD) 面向對象的分析與設計(OOAD)方法的發(fā)展在80年代末至90年代中 出現(xiàn)

44、了一個高潮，產(chǎn)生了統(tǒng)一的建模語言UML（Unified Modeling Language）。UML適用于以面向對象技術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)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 采用面向對象的思想，對系統(tǒng)進行分析，根據(jù)用戶需求提取出系統(tǒng)應具 有的屬性和行為。 將分析的結果用某種易于轉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。分析和設計是兩個相互結合、漸 進的過程。 面向對象的設計：面向對象的設計： 面向對象的分析：面向對象的分析： 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象

45、數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 1 1、面向對象數(shù)據(jù)模型的基本概念、面向對象數(shù)據(jù)模型的基本概念 (1)(1)對象對象 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 對象的兩個特點對象的兩個特點 狀態(tài)性特征：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：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、面向對象的數(shù)據(jù)模型二、面向對象的數(shù)據(jù)模型 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 (2)(2)消息消息 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

46、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)部細節(jié)和狀態(tài)。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 消息類型消息類型 公有消息公有消息 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)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 多

47、邊形對象組成 對象的組成示意 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 (3)(3)類類 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)。 實例實例是某類的一個具體抽象；類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：實例：是某類的一個具體抽象。 類和實例之間的關系類和實例之間的關系 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 （1 1）繼承是現(xiàn)實世界中對象之間的一種獨特關系，它使得某對象可以自 然的

48、擁有另外一類對象的某些特征和功能。 對象類的單繼承和多繼承，及其層次結構對象類的單繼承和多繼承，及其層次結構 直接繼承繼承曲線對象類 多邊形對象類繼承曲 面對象類的特性，還 有曲線對象類的特性 2 2、繼承及類之間的層次關系、繼承及類之間的層次關系 繼承包括單繼承和多繼承兩種，如下圖 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 （2 2）類的層次結構 是引入類的繼承關系而產(chǎn)生的，包括 超類：超類：被繼承的類稱為超類。 子類：子類：繼承其他類的對象稱為子類。 對象類的單繼承和多繼承，及其層次結構對象類的單繼承和多繼承，及其層次結構 直接繼承繼承曲線對象類 多邊形對象類繼承曲 面對

49、象類的特性，還 有曲線對象類的特性 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 面向對象的功能重載和多態(tài)面向對象的功能重載和多態(tài) 3 3功能重載和多態(tài)性：功能重載和多態(tài)性：實現(xiàn)消息傳遞。 功能重載：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：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)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 4、概括和聚集、概括和聚集 概括：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，例如，多邊形對象類和弧段對象類共同具有的一些空間

50、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)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 聚集：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，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)第三節(jié) 語義和面向對象數(shù)據(jù)模型語義和面向對象數(shù)據(jù)模型 運用上述面向對象的概念和方法，就可以建立起地理

51、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 5、空間數(shù)據(jù)庫對象模型、空間數(shù)據(jù)庫對象模型 簡單幾何特征集關系 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 (1)初始模式的形成初始模式的形成 把E-R圖表示的實體聯(lián)系類型，轉換成選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持 的記錄類型，如層次、網(wǎng)狀、關系模型、面向對象等。 (2)子模式設計子模式設計 子模式是應用程序與數(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)模式評價模式評價根據(jù)定量分析和性能測試對數(shù)據(jù)庫結構作出評價 (4)優(yōu)化模式優(yōu)化模式利用數(shù)據(jù)庫

52、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)庫邏輯設計的步驟和內(nèi)容一、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設計的步驟和內(nèi)容 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 二、二、E-RE-R模型向關系數(shù)據(jù)庫的轉換模型向關系數(shù)據(jù)庫的轉換 E-R圖可以向不同的數(shù)據(jù)庫模型轉換，這里的以關系數(shù)據(jù)庫轉換為例。 (1)(1)實體轉換為關系模式：實體轉換為關系模式：一個實體型轉換為一個關系模式。 (2)(2)實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進行轉換實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進行轉換 1:11:1聯(lián)系轉換聯(lián)系轉換 每個實體可以轉換為一個獨立的關系模式，也可以與任意一端對應 的關系模式合并。

53、每個實體的關鍵字是該關系的后選關鍵字。 1:N1:N聯(lián)系轉換：聯(lián)系轉換：可以分兩種情況 A:A:轉換為獨立的關系模式，關系的關鍵字為N端的關鍵字; B: B:與n端對應的關系模式合并,關系的關鍵字為N端的關鍵字。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 M:N 聯(lián)系轉換聯(lián)系轉換 轉換為獨立關系模式，關系的關鍵字是與該聯(lián)系相連的各實體的關鍵字的 組合。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 三、關系數(shù)據(jù)庫的邏輯設計（三、關系數(shù)據(jù)庫的邏輯設計（5 5步）步） 將將E-R圖轉換成關系模式圖轉換成關系模式 根據(jù)轉換規(guī)則，將將E-R圖轉換成關系模式 規(guī)范化處理規(guī)

54、范化處理 任務是消除異常，改善完整性、一致性和存儲效率。一般使關系達到3NF 就可以滿足使用。規(guī)范化過程實際上就是單一化過程，即一個關系描述一 個概念。如果關系中多于一個概念，就把它分離出來。 模式評價模式評價 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)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 優(yōu)化模式優(yōu)化模式 合并：合并：是對具有相同關鍵字的關系模式，如果對它們的處理主要是查詢操 作，且常在一起使用，可將這類關系模式合并。 分解：分解：是指關系雖已達到規(guī)范化的要求，但如果某些關系的屬性過多，則 會影響效率，可將它分割成為兩個或多個關系模式，按屬性組分

55、解的稱為 垂直分解，垂直分解需滿足得到的每一個關系都 包含主關鍵字。 形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設計說明書形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設計說明書 包括：模式及子模式的集合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；應用設計指南應用設計指南，設計訪問方式、查詢路徑、處理要求、約束條件等； 物理設計指南物理設計指南，包括數(shù)據(jù)訪 問量、傳輸量、存儲量、遞增量等。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 四、空間數(shù)據(jù)庫的物理設計四、空間數(shù)據(jù)庫的物理設計 可分為5步，前三步為結構設計，后兩步為約束和程序設計 (1)(1)存儲記錄的格式設計：存儲記錄的格式設計：對數(shù)據(jù)項類型特征作分析，

56、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)(2)存儲方法設計：存儲方法設計：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)第四節(jié) 邏輯模型設計和物理設計邏輯模型設計和物理設計 (3)訪問方法設計：訪問方法設計：訪問方法設計為存儲在物理設備上的數(shù)據(jù)提供存儲結構 和查詢路徑，該設計與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很大關系。 (4)完整性和安全性考慮：完整性和安全性考慮：根據(jù)邏輯設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 計建立數(shù)據(jù)庫完整性和安全性措施。 (5)應用設計：應用設計：包括人機界面的設計、輸入輸出格式的設計、代碼設計、 處理加工設計等。 (6)形成物理設計說明書：形成物理設計說明書：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)第五節(jié) GISGIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 一、空