空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)概論復(fù)習(xí)

1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)概論期末復(fù)習(xí)考試第一章 緒論1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)：是指在地球表面某一范圍內(nèi)與空間地理相關(guān)，反映某一主題信息的數(shù)據(jù)集合，是一類(lèi)以空間目標(biāo)作為存儲(chǔ)對(duì)象的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，是GIS的核心和基礎(chǔ)。2、空間數(shù)據(jù)：是指以地球表面空間位置為參照的自然、社會(huì)和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù) 據(jù)。它包括文字、數(shù)字、圖形、影像、聲音、圖像等多種表現(xiàn)形式，如地名地址、 數(shù)字高程、矢量地圖、遙感影像、地理編碼數(shù)據(jù)、多媒體地圖等。3、矢量數(shù)據(jù)：是一種用點(diǎn)、線、面等基本空間要素表示人們賴(lài)以生存的自然世 界的數(shù)據(jù)。4、柵格數(shù)據(jù)：是把地理空間中的事物和現(xiàn)象作為連續(xù)的變量或體來(lái)看待，如大 氣污染、植被覆蓋、土壤類(lèi)型、地表溫度等。5、 空

2、間數(shù)據(jù)的特征：1）空間特征2）非結(jié)構(gòu)化特征3）空間關(guān)系特征4）時(shí)態(tài)特征5）多尺度特征6空間數(shù)據(jù)庫(kù)：在地球表面某一范圍內(nèi)與空間地理相關(guān)，反映某一主題信息的 數(shù)據(jù)集合。7、 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)量大2）空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集 3）應(yīng)用廣泛8、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：位于用戶(hù)與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。對(duì)空 間數(shù)據(jù)庫(kù)的所有操作都是在空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制下進(jìn)行的。9、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）空間數(shù)據(jù)的定義和操縱2）空間數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)和管理3）后臺(tái)的事務(wù)管理和運(yùn)行管理4）數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)10、 空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一般由四部分組成：1）空間數(shù)據(jù)庫(kù)2）空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)3）數(shù)據(jù)庫(kù)

3、管理員4）用戶(hù)和應(yīng)用程序11、現(xiàn)有的兩個(gè)空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介：（1）簡(jiǎn)單要素的SQL實(shí)現(xiàn)規(guī)范（SFA SQL）：第一部分定義的是幾何對(duì)象的不 同表達(dá)方式和空間參考系統(tǒng)的表達(dá)方式；這個(gè)規(guī)范不是針對(duì)某個(gè)特定平臺(tái)定義的， 具有平臺(tái)獨(dú)立性。第二部分定義了第一部分定義的簡(jiǎn)單要素模型在數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí) 現(xiàn)，給出了內(nèi)模式下幾何類(lèi)型的定義及相關(guān)實(shí)現(xiàn)。（2）SQL多媒體及應(yīng)用包的第三部分：1）空間定義了矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于檢索的 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；2）靜態(tài)圖像定義了靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于檢索的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?？偨Y(jié)：這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公共部分的接口已經(jīng)相互兼容， 但是這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論是在內(nèi)容 覆蓋面，還是從某些概念的界面上還是有一定的差別。例如，SFA

4、SQL在注記文本類(lèi)型、空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)方式上比 SQL/MM定義的內(nèi)容更廣泛，而 SQL/MM 涉及了 SFA SQL尚未涉及的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)果、網(wǎng)絡(luò)模型等方面的內(nèi)容。沒(méi)有統(tǒng)一 的空間數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，自然導(dǎo)致現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有所差異。例如，posGIS更符合OGC標(biāo)準(zhǔn)，而Oracle Spatial更兼容SQL/MM 的標(biāo)準(zhǔn)。第二章數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)回顧1、數(shù)據(jù)模型：對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象、對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬。由于計(jì)算機(jī)不 可能直接處理現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物，所以人們必須事先把具體事務(wù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算 機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)。也就是首先要數(shù)據(jù)化，把現(xiàn)實(shí)世界中具體的人、物、活動(dòng)、 概念用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具抽象、表

5、示和處理。2、概念模型：用于信息世界的建模，它是現(xiàn)實(shí)世界的第一層抽象，它是數(shù)據(jù)庫(kù) 設(shè)計(jì)的有力工具，也是數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)人員與用戶(hù)之間進(jìn)行交流的語(yǔ)言。3、概念模型：用戶(hù)眼中看到的數(shù)據(jù)范圍，它是能用某種語(yǔ)言描述，使計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)能夠理解，被數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)視圖。4、物理模型：對(duì)數(shù)據(jù)最底層的抽象，它描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取 方法，在磁盤(pán)或磁帶上的存儲(chǔ)方式和存取方法，是面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的。5、概念模型中的基本概念：1）實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。2）屬性：實(shí)體所具有的某一特性；3）碼：唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集4）域：屬性的取值范圍5）實(shí)體型：用實(shí)體名及描述它的各屬性名，可以刻 畫(huà)出全部同質(zhì)實(shí)

6、體的共同特征和性質(zhì)。6）實(shí)體集：同一類(lèi)型實(shí)體的集合7）聯(lián)系：在現(xiàn)實(shí)世界中，事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在信息世界中反映實(shí) 體型內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體型之間的聯(lián)系。8）實(shí)體間的聯(lián)系：通常指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系。實(shí)體間的聯(lián)系可以分為一對(duì)一（1:1）、一對(duì)多（1： n）、多對(duì) 多（m:n）三種。9）實(shí)體內(nèi)的聯(lián)系：實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系。&邏輯模型中的關(guān)系模型：關(guān)系模型由一組關(guān)系組成，每個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是一張規(guī)范化的二維表。7、關(guān)系模型的相應(yīng)術(shù)語(yǔ)和定義：1）關(guān)系：一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)于通常所說(shuō)的一張表。2）元祖：表中的一行即為一個(gè)元祖。3）屬性：表中的一列即為一個(gè)屬性， 給每

7、個(gè)屬性起一個(gè)名稱(chēng)即屬性名。4）碼：關(guān)系中的某個(gè)屬性組，它可以唯 一確定一個(gè)元祖。5）域：屬性的取值范圍。6）分量：一條記錄中的一個(gè)列 值。7）關(guān)系模型：表格中的表頭描述。8、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)系具有以下性質(zhì)：1）不允許存在重復(fù)元組；2）元組無(wú)序；3）屬性無(wú)序；4）每個(gè)元組的各屬性值是原子的，即二維表格中的所有行與 列的格子中間都是單一數(shù)值，不允許存放兩個(gè)或更多的數(shù)值。9、對(duì)象關(guān)系模型：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法相結(jié)合的產(chǎn)物。它保持了關(guān)系數(shù)據(jù)系統(tǒng)的非過(guò)程化數(shù)據(jù)存取方式和數(shù)據(jù)獨(dú)立性，繼承了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)已有技術(shù)，支持原有的數(shù)據(jù)管理，又支持面向?qū)ο竽Ｐ秃蛯?duì)象模型。10、 對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的一般

8、功能：1）擴(kuò)展數(shù)據(jù)類(lèi)型；2）支持復(fù)雜對(duì)象；3）支 持繼承的概念；4）提供通用的規(guī)則系統(tǒng)。11、SQL的特點(diǎn)：1）綜合統(tǒng)一；2）高度非過(guò)程化；3）面向集合的操作方式；4）一種語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、多種使用方式；5）語(yǔ)言簡(jiǎn)介，易學(xué)易用。12、SQL的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)：SQL支持關(guān)系數(shù)據(jù)外模式、模式、內(nèi)模式的三級(jí)構(gòu)成，所謂模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶(hù)的公共數(shù)據(jù)視圖。所謂外模式是數(shù)據(jù)用戶(hù)能夠看見(jiàn)和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征描述，是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。 所謂內(nèi)模式是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述， 是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方 式。13、基本表：是本身獨(dú)立

9、存在的表，在 SQL中一個(gè)關(guān)系就對(duì)應(yīng)一個(gè)基本表，也 稱(chēng)基表。14存儲(chǔ)文件：一個(gè)基表對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)文件，一個(gè)表可以帶若干索引，索引也放 在存儲(chǔ)文件中，用于提高基表的檢索速度。15、視圖：是從一個(gè)或幾個(gè)基表導(dǎo)出的表，它本身不獨(dú)立存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，即數(shù) 據(jù)庫(kù)中只存放視圖的定義而不存放視圖的數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)仍然存放在導(dǎo)出視圖 的基表中，因此，視圖是一個(gè)虛表，視圖在概念上與基表等同，用戶(hù)可以在視 圖上再定義視圖。16、SQL語(yǔ)言分為數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL ）、數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DML ）、數(shù)據(jù)控制語(yǔ) 言（DCL）17、數(shù)據(jù)定義功能包括模式定義、表模式、視圖、索引的定義。18、數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言是用于執(zhí)行數(shù)據(jù)的查詢(xún)、更新

10、、插入、刪除操作。19、數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言的功能用于為用戶(hù)授權(quán)和撤銷(xiāo)授權(quán)。第三章空間數(shù)據(jù)模型1、空間數(shù)據(jù)模型的分類(lèi)有矢量模型和柵格模型。2、 矢量模型的優(yōu)點(diǎn)：1）便于面向現(xiàn)象的數(shù)據(jù)表示；2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，冗余度 低；3）有利用網(wǎng)絡(luò)分析；4）圖形顯示質(zhì)量好、精度高；矢量模型的缺點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2）軟件和硬件的技術(shù)要求比較高；3） 多邊形疊合分析比較困難；4）顯示與繪圖成本比較高3、 柵格模型的優(yōu)點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2）空間分析和地理現(xiàn)象的模擬均比較 容易；3）有利于與遙感數(shù)據(jù)的匹配應(yīng)用和分析；4）輸出方法快速，成本比較 低廉。柵格數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)：1）圖形數(shù)據(jù)量大；2）投影轉(zhuǎn)換比較困難；3）柵格地圖

11、的 圖形質(zhì)量較低；4）現(xiàn)象識(shí)別效果不如矢量數(shù)據(jù)。4、幾何對(duì)象模型的地理要素：對(duì)現(xiàn)實(shí)世界空間現(xiàn)象的抽象，通常由幾何、屬性、 行為等3類(lèi)信息構(gòu)成。5、幾何對(duì)象模型的幾個(gè)要點(diǎn)：（1）坐標(biāo)維數(shù)和幾何維數(shù)的區(qū)別；（2）該模型僅能表達(dá)、處理簡(jiǎn)單的幾何對(duì)象；（3）模型中任意幾何對(duì)象都有其邊界、內(nèi)部、和外部；（4）該模型的坐標(biāo)維數(shù)是3,但目前僅能描述二維幾何對(duì)象；（5）M值。除x、y、z坐標(biāo)外，點(diǎn)（point）類(lèi)還有一個(gè)M坐標(biāo)。&幾何對(duì)象模型主要方法有：常規(guī)方法、常規(guī)GIS分析方法、空間查詢(xún)方法。7、幾何拓?fù)淠Ｐ偷拇蟾鸥拍睿憾噙呅蔚倪吔缈梢杂镁€來(lái)描述，而線又可以用點(diǎn) 的集合來(lái)描述。拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型就是以拓?fù)潢P(guān)

12、系為基礎(chǔ)組織和存儲(chǔ)各個(gè)幾何 對(duì)象，其特點(diǎn)是以點(diǎn)、線、多邊形間的拓?fù)溥B接關(guān)系為中心，它們的坐標(biāo)存儲(chǔ)具有依賴(lài)關(guān)系。8、網(wǎng)絡(luò)模型：是GIS中另一種常見(jiàn)的矢量數(shù)據(jù)模型，常用于交通路徑分析、資 源分配的應(yīng)用中。9、柵格數(shù)據(jù)：采用一組笛卡兒平面描述空間對(duì)象的性質(zhì)。笛卡兒平面試一個(gè)二 維數(shù)組，其中的某行某列對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中某一柵格單元的一些屬性值。10、 在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，柵格數(shù)據(jù)主要有三類(lèi)：1）GIS柵格分析中設(shè)計(jì)的柵格數(shù) 據(jù)；2）遙感影像數(shù)據(jù)；3）圖片數(shù)據(jù)。11、柵格數(shù)據(jù)模型中的概念模型：柵格數(shù)據(jù)可以用行維、列維、波段維進(jìn)行統(tǒng)一 描述，而層通常被視為邏輯上的概念，而波段則視為物理上的概念。第六章空間查詢(xún)與索

13、引1、空間索引的目的：對(duì)空間圖形集合做的一個(gè)“目錄”，基于此目錄可以提高在 這個(gè)圖形集合中查找某個(gè)圖形對(duì)象的效率。2、空間索引：依據(jù)空間實(shí)體的位置和形狀或空間實(shí)體之間的某中空間關(guān)系，按 一定順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間實(shí)體的概要信息如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、 最小邊界矩形及指向空間實(shí)體數(shù)據(jù)的指針。3、常用的空間填充曲線有Z曲線、Hillbert曲線4、網(wǎng)格索引：將研究區(qū)域用橫豎線條劃分大小相等和不等的格網(wǎng)，每個(gè)網(wǎng)格可 視為一個(gè)桶，它記錄了落入每一個(gè)格網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的空間實(shí)體編號(hào)。5、網(wǎng)格索引的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；其次具有良好的可擴(kuò)展性。6四叉樹(shù)索引目的：為了實(shí)現(xiàn)要素真正被網(wǎng)格分割、同時(shí)保證桶內(nèi)要素不超

14、過(guò) 某一個(gè)量而提出的一種空間索引方法。7、四叉樹(shù)索引在一定程度上實(shí)現(xiàn)了地理要素真正被網(wǎng)格分割，保證了桶內(nèi)要素 不超過(guò)某一個(gè)量，提高了檢索效率。但是對(duì)于海量空間數(shù)據(jù)，四叉樹(shù)索引的性 能有可能并不十分理想。因?yàn)楫?dāng)空間數(shù)據(jù)量較大時(shí)，四叉樹(shù)的深度往往很深， 這無(wú)疑會(huì)影響查詢(xún)效率；但如果壓縮四叉樹(shù)深度，又將導(dǎo)致劃分到同一個(gè)區(qū)域 的對(duì)象數(shù)過(guò)多，從而影響檢索性能。此外，四叉樹(shù)的可擴(kuò)展性不如網(wǎng)格索引。 若是擴(kuò)大空間區(qū)域，則必須重新劃分空間區(qū)域，重建四叉樹(shù)；若是增加一個(gè)空 間對(duì)象，則可能導(dǎo)致樹(shù)的深度增加一層或多層， 相關(guān)葉子的節(jié)點(diǎn)都必須重新定 位。8、R樹(shù)的特點(diǎn)：1）除根節(jié)點(diǎn)外，每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)包含 m到M條索引記錄

15、。2）每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)上記錄上空間對(duì)象的 MBR和元祖標(biāo)識(shí)符；3）除根節(jié)點(diǎn)外，每個(gè)中間 結(jié)點(diǎn)至多有M個(gè)子結(jié)點(diǎn)，至少有m個(gè)子結(jié)點(diǎn)；4）每個(gè)非葉結(jié)點(diǎn)上記錄了 MBR, 子結(jié)點(diǎn)指針，其MBR為空間上包含其子結(jié)點(diǎn)中矩形的最小外包矩形；5）若根結(jié)點(diǎn)不是葉結(jié)點(diǎn)，則至少包含2個(gè)子結(jié)點(diǎn)；6）所有葉結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在同一層中；7）所有MBR的邊與一個(gè)全局坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行。10、R樹(shù)是采用空間聚集對(duì)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，提高了空間分區(qū)節(jié)點(diǎn)的利用效率；同時(shí)，R樹(shù)作為一棵平衡樹(shù)，也降低了 R樹(shù)的檢索效率。但是由于 R 樹(shù)非葉結(jié)點(diǎn)的MBR允許重疊，這樣會(huì)導(dǎo)致同一空間查詢(xún)出現(xiàn)多條查詢(xún)路徑的 情況，因此要想提高得到一個(gè)搞笑的 R樹(shù)，需盡量追求以下幾點(diǎn)：1）非葉結(jié)點(diǎn)MBR的面積盡可能小，其中不被其下級(jí)節(jié)點(diǎn)覆蓋的面積盡可能小。2）各非