《地理信息系統(tǒng)應用》ppt-如何選擇合適的管理模式對空間數(shù)據(jù)

1、單元單元15 如何選擇合適的管理模如何選擇合適的管理模型對空間數(shù)據(jù)進行合理組織型對空間數(shù)據(jù)進行合理組織課程大綱課程大綱1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性23GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型思考題思考題傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型是指傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型是指層次模型層次模型、網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型和和關(guān)系模關(guān)系模型這型這三種通用的數(shù)據(jù)庫模型。三種通用的數(shù)據(jù)庫模型。 層次模型層次模型是一種是一種樹結(jié)構(gòu)樹結(jié)構(gòu)模型，它把數(shù)據(jù)按自然的層次關(guān)系組織起來，模型，它把數(shù)據(jù)按自然的層次關(guān)系組織起來，以以反

2、映反映數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)之間的隸屬隸屬關(guān)系。關(guān)系。 層次模型是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中發(fā)展最早、技術(shù)上比較成熟的一種數(shù)據(jù)模型層次模型是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中發(fā)展最早、技術(shù)上比較成熟的一種數(shù)據(jù)模型。它的。它的特點特點是地理數(shù)據(jù)組織成有向有序的樹結(jié)構(gòu)，也叫樹形結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中是地理數(shù)據(jù)組織成有向有序的樹結(jié)構(gòu)，也叫樹形結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中的結(jié)點代表數(shù)據(jù)記錄，連線描述位于不同結(jié)點數(shù)據(jù)間的從屬關(guān)系的結(jié)點代表數(shù)據(jù)記錄，連線描述位于不同結(jié)點數(shù)據(jù)間的從屬關(guān)系( (一對多一對多的關(guān)系的關(guān)系) )。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性層次模型層次模型 1 1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理

3、空間數(shù)據(jù)的局限性 由樹的定義知，一棵樹有且僅有一個無雙親結(jié)點的稱為根的結(jié)由樹的定義知，一棵樹有且僅有一個無雙親結(jié)點的稱為根的結(jié)點；其余結(jié)點有且僅有一個雙親結(jié)點，它們可分為點；其余結(jié)點有且僅有一個雙親結(jié)點，它們可分為m(m0)m(m0)個互不個互不相交的有限集，其中每一個集合本身又是一棵樹，將其稱為子樹。相交的有限集，其中每一個集合本身又是一棵樹，將其稱為子樹。 adcfeb12435M層次模型層次模型 1 1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性12233441abcd343554cefM層次模型層次模型 1 1 網(wǎng)狀模型將數(shù)據(jù)組織成網(wǎng)狀模型將數(shù)據(jù)組織成有向圖

4、有向圖結(jié)構(gòu)，圖中的結(jié)構(gòu)，圖中的結(jié)點結(jié)點代表代表數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄，連連線線描述不同結(jié)點數(shù)據(jù)間的描述不同結(jié)點數(shù)據(jù)間的聯(lián)系聯(lián)系。 基本特征基本特征：結(jié)點數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關(guān)系，一個結(jié)點可與其它：結(jié)點數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關(guān)系，一個結(jié)點可與其它多個結(jié)點建立聯(lián)系，即結(jié)點之間的聯(lián)系是任意的，任何兩個結(jié)點之間多個結(jié)點建立聯(lián)系，即結(jié)點之間的聯(lián)系是任意的，任何兩個結(jié)點之間都能發(fā)生聯(lián)系，都能發(fā)生聯(lián)系，可表示多對多的關(guān)系可表示多對多的關(guān)系。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性adcfeb12435M傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性abc

5、d12345efM網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 2 2 關(guān)系模型是根據(jù)數(shù)學概念建立的，將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定關(guān)系模型是根據(jù)數(shù)學概念建立的，將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的條件的二維表二維表形式。形式。實體實體本身的本身的信息信息以及實體之間的以及實體之間的聯(lián)系聯(lián)系均均表現(xiàn)表現(xiàn)為為二維表二維表，這種表就稱為關(guān)系。一個實體由若干個關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)，這種表就稱為關(guān)系。一個實體由若干個關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成關(guān)系模型。成關(guān)系模型。 在現(xiàn)實生活中表示實體間聯(lián)系的最自然的途徑就是二維表格。表格是在現(xiàn)實生活中表示實體間聯(lián)系的最自然的途徑就是二維表格。表格是同類實體的各種屬性的集合，

6、在數(shù)學上把這種二維表格叫做關(guān)系。二維表同類實體的各種屬性的集合，在數(shù)學上把這種二維表格叫做關(guān)系。二維表的表頭，即表格的格式是關(guān)系內(nèi)容的框架，這種框架叫做模式。關(guān)系由許的表頭，即表格的格式是關(guān)系內(nèi)容的框架，這種框架叫做模式。關(guān)系由許多同類的實體所組成，每個實體對應于表中的一行，叫做一個多同類的實體所組成，每個實體對應于表中的一行，叫做一個元組元組。表中。表中的每一列表示同一屬性，叫做的每一列表示同一屬性，叫做域域。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型 3 3 關(guān)系模型是應用最廣泛的一種數(shù)據(jù)模型，關(guān)系模型是應用最廣泛的一種數(shù)據(jù)模型，優(yōu)點

7、優(yōu)點：（1 1）關(guān)系模型可以簡單、靈活地表示各種實體及其關(guān)系，其數(shù)據(jù)描述）關(guān)系模型可以簡單、靈活地表示各種實體及其關(guān)系，其數(shù)據(jù)描述具有較強的一致性和獨立性。具有較強的一致性和獨立性。（2 2）關(guān)系模型具有嚴密的數(shù)學基礎(chǔ)和操作代數(shù)基礎(chǔ)）關(guān)系模型具有嚴密的數(shù)學基礎(chǔ)和操作代數(shù)基礎(chǔ)-關(guān)系代數(shù)、關(guān)系關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算等，可將關(guān)系分開，或?qū)蓚€關(guān)系和并，使數(shù)據(jù)的操縱具有高度的演算等，可將關(guān)系分開，或?qū)蓚€關(guān)系和并，使數(shù)據(jù)的操縱具有高度的靈活性。靈活性。（3 3）在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)間的關(guān)系具有對稱性。關(guān)系之間的尋找）在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)間的關(guān)系具有對稱性。關(guān)系之間的尋找在正反兩個方向上難易程度一樣，而

8、在其他模型如層次模型中，從根節(jié)在正反兩個方向上難易程度一樣，而在其他模型如層次模型中，從根節(jié)點出發(fā)尋找葉子的過程容易解決，相反的過程則很難。點出發(fā)尋找葉子的過程容易解決，相反的過程則很難。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型 3 3傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性 BA231456abcdefgM原始地圖原始地圖M M傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性MA BAabcdBcegf地圖地圖 Aa12Ab23Ac34Ad41Be36Bf65Bg54線線多邊形多邊

9、形傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限：傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限： 1 1、層次模型用于、層次模型用于GISGIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性地理數(shù)據(jù)庫的局限性 層次模型反映了地理世界中實體之間的層次關(guān)系，在描述地理世界中自然的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系時簡單、直觀，易于理解，并在一定程度上支持數(shù)據(jù)的重構(gòu)。它用于GIS地理數(shù)據(jù)庫存在的主要問題是： (1)(1)很難描述復雜的地理實體之間的聯(lián)系很難描述復雜的地理實體之間的聯(lián)系，描述多對多的關(guān)系時導致物理存儲上的冗余； (2)(2)對任何對象的查詢都必須從層次結(jié)構(gòu)的根結(jié)點開始，低層次對象的查詢效率很低查詢效率很低，很難進行反向查詢； (3)(3)數(shù)據(jù)獨立性較差數(shù)據(jù)獨立性較差，數(shù)據(jù)

10、更新涉及許多指針，插入和刪除操作比較復雜，父結(jié)點的刪除意味著其下層所有子結(jié)點均被刪除； (4)(4)層次命令具有過程式性質(zhì)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)(5)基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限 2 2、網(wǎng)狀模型用于、網(wǎng)狀模型用于GISGIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性地理數(shù)據(jù)庫的局限性 網(wǎng)狀模型反映了地理世界中常見的多對多關(guān)系，在一定程度上支持數(shù)據(jù)的重構(gòu)，具有一定的數(shù)據(jù)獨立和數(shù)

11、據(jù)共享特性，且運行效率較高。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； (4)基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限 3 3、關(guān)系模型用于、關(guān)系模型用于GISGIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性地理數(shù)據(jù)庫的局限性 目前，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型。在GIS分析中，常常需要綜合運用實體之

12、間的空間關(guān)系和屬性數(shù)據(jù)，這就要求GIS數(shù)據(jù)庫能對實體的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行綜合管理。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性 1)1)無法用遞歸和嵌套的方式來描述復雜關(guān)系無法用遞歸和嵌套的方式來描述復雜關(guān)系的層次和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，模擬和操作復雜地理對象的能力較弱； 2)2)用關(guān)系模型描述本身具有復雜結(jié)構(gòu)和涵義的地理對象時，需對地理實體進行不自然的分解進行不自然的分解，導致存儲模式、查詢途徑及操作等方面均顯得語義不甚合理； 3)3)由于概念模式和存儲模式的相互獨立性，及實現(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，運行效率不夠高運行效率不夠高。 不難看出，關(guān)系模型

13、的根本問題是不能有效地管理不能有效地管理復雜地理對象。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性 主要問題主要問題是：是：課程大綱課程大綱1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型及其管理空間數(shù)據(jù)的局限性23GIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型思考題思考題 目前，大多數(shù)商品化的目前，大多數(shù)商品化的GISGIS軟件既不是采取傳統(tǒng)的某一種軟件既不是采取傳統(tǒng)的某一種單一的數(shù)據(jù)模型，也不是拋棄傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，而是采用建單一的數(shù)據(jù)模型，也不是拋棄傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，而是采用建立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上的綜合的數(shù)據(jù)模型，主要有立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上的

14、綜合的數(shù)據(jù)模型，主要有：混合結(jié)構(gòu)模型、擴展結(jié)構(gòu)模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型等三種模型：混合結(jié)構(gòu)模型、擴展結(jié)構(gòu)模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型等三種模型。GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型混合結(jié)構(gòu)模型混合結(jié)構(gòu)模型 它的基本思想是用兩個子系統(tǒng)分別存儲和檢索空間它的基本思想是用兩個子系統(tǒng)分別存儲和檢索空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，其中屬性數(shù)據(jù)存儲在常規(guī)的關(guān)系數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，其中屬性數(shù)據(jù)存儲在常規(guī)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫（庫（RDBMSRDBMS）中，幾何數(shù)據(jù)存儲在空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，）中，幾何數(shù)據(jù)存儲在空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，兩個子系統(tǒng)之間使用一種標識符聯(lián)系起來。兩個子系統(tǒng)之間使用一種標識符聯(lián)系起來。GISGIS中空間數(shù)據(jù)

15、庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 混合結(jié)構(gòu)模型混合結(jié)構(gòu)模型存儲存儲和和檢索檢索數(shù)據(jù)比較數(shù)據(jù)比較有效、可靠有效、可靠。因為其。因為其使用兩個存儲子系統(tǒng)，它們有各自的規(guī)則，使用兩個存儲子系統(tǒng)，它們有各自的規(guī)則，但但，查詢查詢操作難操作難以優(yōu)化，存儲在以優(yōu)化，存儲在RDBMSRDBMS外面的數(shù)據(jù)有時會丟失數(shù)據(jù)項的語義；外面的數(shù)據(jù)有時會丟失數(shù)據(jù)項的語義；數(shù)據(jù)完整性的約束條件有可能遭破壞。數(shù)據(jù)完整性的約束條件有可能遭破壞。GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 擴展結(jié)構(gòu)模型擴展結(jié)構(gòu)模型 擴展結(jié)構(gòu)模型采用同一擴展結(jié)構(gòu)模型采用同一D

16、BMSDBMS存儲空間數(shù)據(jù)和屬存儲空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。其做法是在標準的關(guān)系數(shù)據(jù)庫上增加空間性數(shù)據(jù)。其做法是在標準的關(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（數(shù)據(jù)管理層，即利用該層將地理結(jié)構(gòu)查詢語言（GeoSQLGeoSQL）轉(zhuǎn)化成標準的）轉(zhuǎn)化成標準的SQLSQL查詢，借助索引數(shù)據(jù)的查詢，借助索引數(shù)據(jù)的輔助關(guān)系實施空間索引操作。輔助關(guān)系實施空間索引操作。GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 省去了空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫之間的繁瑣聯(lián)結(jié)，空省去了空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫之間的繁瑣聯(lián)結(jié)，空間數(shù)據(jù)存取速度較快。間數(shù)據(jù)存取速度較快。 由于是間接存取，在效率上總是低于由

17、于是間接存取，在效率上總是低于DBMSDBMS中所用的直中所用的直接操作過程，且查詢過程復雜。接操作過程，且查詢過程復雜。 擴展結(jié)構(gòu)模型擴展結(jié)構(gòu)模型GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型 統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型不是基于標準的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型不是基于標準的RDBMSRDBMS，而是在開放型，而是在開放型DBMSDBMS基礎(chǔ)上擴充空間數(shù)據(jù)表達功能。基礎(chǔ)上擴充空間數(shù)據(jù)表達功能。 空間擴展完全包含在空間擴展完全包含在DBMSDBMS中，用戶可以使用自己的基中，用戶可以使用自己的基本抽象數(shù)據(jù)類型（本抽象數(shù)據(jù)類型（ADTADT）來擴充）來擴充DBMSDBMS。在核心。在核心DB

18、MSDBMS中進行數(shù)中進行數(shù)據(jù)類型的直接操作很方便、有效，并且用戶還可以開發(fā)自據(jù)類型的直接操作很方便、有效，并且用戶還可以開發(fā)自己的空間存取算法。己的空間存取算法。 該模型的該模型的缺點缺點是，用戶必須在是，用戶必須在DBMSDBMS環(huán)境中實施自己的環(huán)境中實施自己的數(shù)據(jù)類型，對有些應用將相當復雜。數(shù)據(jù)類型，對有些應用將相當復雜。GISGIS中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型中空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 由由DBMSDBMS軟件商在軟件商在RDBMSRDBMS中進行擴展，使之能直接存儲和中進行擴展，使之能直接存儲和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)，如管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)，如Informix Informix 和和OracleOracle等都推出等都推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點、線、面、圓了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點、線、面、圓等空間對象的函數(shù)。等空間對象的函