城市GIS-城市地理信息系統(tǒng)的技術(shù)與方法拓展

第三章城市地理信息系統(tǒng)的技術(shù)與方法教學(xué)內(nèi)容：3.4城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)教學(xué)時(shí)間：2課時(shí)教學(xué)方法：講授法多媒體教學(xué)法圖解學(xué)習(xí)法教學(xué)目的：1、讓學(xué)生熟悉和掌握城市空間數(shù)據(jù)的含義以及城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基礎(chǔ)理論與方法；2、讓學(xué)生熟悉和掌握UGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本原理和方法；3、讓學(xué)生理解和掌握空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在UGIS中的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：1、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型2、ER模型的建立教學(xué)難點(diǎn)：1、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型2、地理元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典本次課教學(xué)所涉及的學(xué)術(shù)前沿：面向目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)模型1、城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)是指用來表示城市空間實(shí)體的位置、形狀及其分布特征等方面信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。它可以用來描述來自現(xiàn)實(shí)世界的目標(biāo)，具有定位、定性、時(shí)間和空間關(guān)系等特征。定位是指一個(gè)已知的坐標(biāo)系里空間目標(biāo)都具有惟一的空間位置；定性是指有關(guān)空間目標(biāo)的自然屬性，它伴隨著目標(biāo)的地理位置；時(shí)間是指空間目標(biāo)是隨時(shí)間變化而變化的。2、空間數(shù)據(jù)庫(kù)適用于描述所有呈二維、三維甚至多維分布的關(guān)于區(qū)域的現(xiàn)象，它不僅能表示實(shí)體本身的空間位置及形態(tài)信息，而且還可以表示實(shí)體屬性和空間關(guān)系(如拓?fù)潢P(guān)系)的信息。3.4.1概述3、在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中不可再分最小單元現(xiàn)象稱為空間實(shí)體，空間實(shí)體是對(duì)存在于這個(gè)自然世界中地理實(shí)體的抽象，主要包括點(diǎn)、線、面以及實(shí)體等基本類型。在空間對(duì)象建立后，還可以進(jìn)一步定義其相互之間的關(guān)系被稱為拓?fù)潢P(guān)系。4、空間數(shù)據(jù)是城市的基礎(chǔ)信息，數(shù)字城市中的的絕大部分信息將以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)。在UGIS中，現(xiàn)在的空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已被廣泛用于如城市規(guī)劃、管理和城市交通等方面。3.4.2城市空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基礎(chǔ)3.4.2.1在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)1、定義數(shù)據(jù)庫(kù)表格結(jié)構(gòu)1）數(shù)據(jù)命名字段2）定義哪種類型的信息將存在數(shù)據(jù)庫(kù)的字段中3）有多少空間可分配給每一個(gè)字段數(shù)據(jù)示例分析：GB/T20258.1-2007基礎(chǔ)地理信息要素?cái)?shù)據(jù)字典第一部分屬性表結(jié)構(gòu)2、UGIS數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的存貯通常，UGIS存貯多種類型的位置信息，并與屬性信息或主題內(nèi)容區(qū)分開來。鑒于空間信息的組織方式，將兩種類型數(shù)據(jù)分別存貯十分有效。一些類型的空間信息，像矢量數(shù)據(jù)(點(diǎn)、線、面)能夠存貯在數(shù)據(jù)庫(kù)的表格中，而其它的如柵格數(shù)據(jù)將會(huì)分別存貯。只要有可能，就要以標(biāo)準(zhǔn)化方式存貯數(shù)據(jù)，這樣就很容易將數(shù)據(jù)從一個(gè)軟件包轉(zhuǎn)到另一個(gè)。3、數(shù)據(jù)庫(kù)類型包括：①層次模型；②網(wǎng)絡(luò)模型；③關(guān)系模型；④面向目標(biāo)模型。表示空間信息的層次模型

1、它的特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)組織成一對(duì)多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。2、層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。3、層次數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄、土壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級(jí)數(shù)據(jù)的組織。層次模型表示空間數(shù)據(jù)的缺陷優(yōu)點(diǎn)：存取方便且速度快；結(jié)構(gòu)清晰，容易理解；數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)；檢索關(guān)鍵屬性十分方便。缺陷：結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性；同一屬性數(shù)據(jù)要存儲(chǔ)多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）；不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織。DB中的層次模型層次模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

層次模型反映了實(shí)體之間的層次關(guān)系，簡(jiǎn)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(kù)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(duì)多的關(guān)系時(shí)導(dǎo)致物理存儲(chǔ)上的冗余；2）對(duì)任何對(duì)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(duì)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)。

表示空間信息的網(wǎng)絡(luò)模型

MⅠⅡabcdefg123456網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對(duì)多類型的數(shù)據(jù)組織方式。網(wǎng)絡(luò)模型表示空間信息的缺陷優(yōu)點(diǎn)：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系數(shù)據(jù)冗余小缺陷：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）DB中的網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

網(wǎng)狀模型反映地理世界中常見的多對(duì)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(kù)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(duì)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)。表示空間信息的關(guān)系模型

1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6點(diǎn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實(shí)體與屬性之間的關(guān)系進(jìn)行存儲(chǔ)和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。關(guān)系模型表示空間信息的缺陷

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特別靈活，滿足所有布爾邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺陷：數(shù)據(jù)庫(kù)大時(shí)，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)對(duì)空間關(guān)系無法滿足DB中的關(guān)系模型關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性

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(kù)能對(duì)實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理。對(duì)屬性數(shù)據(jù)用通用RDBMS可以很好管理，但對(duì)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(duì)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(duì)象時(shí)，需對(duì)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。4）空間數(shù)據(jù)通常是變長(zhǎng)的，而一般RDBMS只允許記錄的長(zhǎng)度設(shè)定為固定長(zhǎng)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(duì)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。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(kù)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(kù)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。面向?qū)ο竽Ｐ突舅枷耄?/p>

對(duì)問題領(lǐng)域進(jìn)行自然的分割，以更接近人類通常思維的方式建立問題領(lǐng)域模型，以便對(duì)客觀的信息實(shí)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和行為模擬，從而使設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)盡可能直接的表現(xiàn)問題求解的過程。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就是采用面向?qū)ο蠓椒ń⒌臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。面向空間認(rèn)知的地理分析過程概念模型——

邏輯模型——物理模型——

認(rèn)知過程分析、識(shí)別因子、相互作用分析數(shù)學(xué)模型選擇、幾何模型設(shè)計(jì)、參量量化、數(shù)據(jù)綜合處理數(shù)據(jù)加工處理實(shí)現(xiàn)、結(jié)果分析、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)基于地圖的空間認(rèn)知分析示例之一

德國(guó)地球物理學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家魏格納，在病床上發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸的陸地形狀驚人的相似，尤其是非洲與南美洲，幾乎可以吻合。。。世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)“大陸漂移學(xué)說”（1910年）30年后，“板塊構(gòu)造學(xué)說”這只“火鳳凰”與重慶生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、人文、功能神秘對(duì)應(yīng)吻合;主城九區(qū)商圈為心臟;長(zhǎng)江為主動(dòng)脈；涪江、嘉陵江、烏江、綦江、芙蓉江、大寧河等水系為靜脈系統(tǒng)；主城九區(qū)為都市發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)圈(太陽):頭頸胸腹翅腿相對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)榻?jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū);尾、羽、腳爪相對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)槿龒{庫(kù)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū);涪陵、萬州兩大工業(yè)城市分布在兩個(gè)主要節(jié)點(diǎn)上;江北機(jī)場(chǎng)和即將建設(shè)的墊江國(guó)際機(jī)場(chǎng)均在鳥的翅膀上；人杰地靈的潼南縣(偉人楊尚昆、楊闇公故里)為鳥的頭部示例之二重慶的版圖為一只火鳳凰南京明長(zhǎng)城分布結(jié)構(gòu)非正方形、非矩形，將破殘的城墻連接起來，得到一個(gè)人的臉譜——明太祖朱元璋示例之三…有趣的是，如果從瀘州、合江縣兩點(diǎn)通過敘水、古藺縣和赤水、仁懷，把川酒分布與貴州西北部赤水河流域的黔酒分布連接起來，你會(huì)驚異地發(fā)現(xiàn)，在祖國(guó)大西南的地圖上，佇立著一只標(biāo)準(zhǔn)的高腳大酒杯！它以赤水河流域的醬香型國(guó)酒茅臺(tái)、郎酒等玉液瓊漿為堅(jiān)實(shí)的底座，高高托起濃香型國(guó)酒瀘州老窖特曲、宜賓五糧液、成都全興大曲、綿竹劍南春以及各種黃酒、果酒、啤酒、滋補(bǔ)酒等系列名酒，令人驚嘆大自然的鬼斧神工！…示例之四

模式、結(jié)構(gòu)是空間目標(biāo)群分布形成的一種態(tài)勢(shì)、一種相互依存的空間構(gòu)架，可以為視覺識(shí)別所接受，在視覺判斷中自覺將其歸為一整體構(gòu)造?！拍钅Ｐ屯ǔ２捎镁垲惙治?.一個(gè)例子，多邊形目標(biāo)群分布模式識(shí)別BCA

多元統(tǒng)計(jì)中的聚類分析，包括基于歐氏距離的、基于密度的、基于層次的、基于鄰近關(guān)系的、基于概率分布的等。將實(shí)體元素視為0維的點(diǎn)，其間的鄰近關(guān)系通過歐氏距離計(jì)算。

BCA

然而，小尺度空間中的目標(biāo)都是有范圍、大小、走向、形狀，在識(shí)別上，兩目標(biāo)的親密關(guān)系受多種因素控制。在某些情況下，距離對(duì)模式識(shí)別完全不起作用。

因此需要尋求新的距離定義與表達(dá)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特性基本特性：

1、數(shù)據(jù)模型。它提供一組模擬信息實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一組操縱信息實(shí)體的方法和一組定義數(shù)據(jù)一致性狀態(tài)的約束條件。2、永久性。數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)久存貯，并且能為應(yīng)用程序交叉使用。3、并發(fā)性。多個(gè)用戶可以同時(shí)訪問和使用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并且能進(jìn)行交互。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(zhǎng)記錄，且支持對(duì)象的嵌套，信息的繼承和聚集。允許用戶定義對(duì)象和對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及它的操作。可以將空間對(duì)象根據(jù)GIS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(duì)象的嵌套、對(duì)象的連接和對(duì)象與信息聚集。面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的核心是對(duì)復(fù)雜對(duì)象的模擬和操縱。復(fù)雜對(duì)象及其特點(diǎn)

指具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和操作的對(duì)象。復(fù)雜對(duì)象可以由多種關(guān)系聚合抽象而成，或由不同類型的對(duì)象構(gòu)成，或具有復(fù)雜的嵌套關(guān)系等。

復(fù)雜對(duì)象的特點(diǎn)可歸結(jié)為：①一個(gè)復(fù)雜對(duì)象由多個(gè)成員對(duì)象構(gòu)成，每個(gè)成員對(duì)象又可參與其它對(duì)象的構(gòu)成；②具有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如矢量、柵格、關(guān)系表等；③一個(gè)復(fù)雜對(duì)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(kù)中。面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型

從幾何方面劃分，GIS的各種地物對(duì)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(jiǎn)單的幾何圖形元素構(gòu)成。空間地物復(fù)雜地物簡(jiǎn)單地物面域弧段節(jié)點(diǎn)面狀地物線狀地物點(diǎn)狀地物

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)?；蛘哒f，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(jiǎn)單地物聚集或聯(lián)合組成復(fù)雜地物。復(fù)雜地物實(shí)例拓?fù)潢P(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

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(duì)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(duì)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。面標(biāo)識(shí)弧段標(biāo)識(shí)……弧段標(biāo)識(shí)起節(jié)點(diǎn)終節(jié)點(diǎn)中間點(diǎn)串…………節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)XYZ…………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(duì)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。面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

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。

耕地園地林地居民地牧草地未用地交通用地水域GIS城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)工礦地控制點(diǎn)電力設(shè)施公園街道建筑物操作：查詢插入刪除屬性：標(biāo)識(shí)碼區(qū)號(hào)街道號(hào)房主等建筑日期：職員庫(kù)操作屬性職員編號(hào)工資姓名飯店設(shè)施庫(kù)房間床位操作屬性工廠醫(yī)院學(xué)校居民住宅飯店商店郵局銀行面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的特點(diǎn)

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(duì)象是相對(duì)獨(dú)立的，因此可以很自然和容易地增加新的對(duì)象，并且對(duì)不同類型的對(duì)象具有統(tǒng)一的管理機(jī)制。c)可以模擬和操縱復(fù)雜對(duì)象。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型是面向簡(jiǎn)單對(duì)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(duì)復(fù)雜對(duì)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(duì)象的確定還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是，對(duì)象的建立應(yīng)符合人們對(duì)客觀世界的理解，并且要完整地表達(dá)各種地理對(duì)象，及它們之間的相互關(guān)系。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念

數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)象標(biāo)識(shí)、復(fù)雜對(duì)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。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（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(kù)應(yīng)用往往表現(xiàn)為把數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(duì)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(duì)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(duì)象的存儲(chǔ)和獲取等等。當(dāng)前已推出了若干OODBMS如O2等，也出現(xiàn)一個(gè)基于OODBMS的GIS，但由于OODBMS價(jià)格昂貴且技術(shù)還不成熟，目前在GIS領(lǐng)域不太通用?；趯?duì)象—關(guān)系的SDBMS將可能成為GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的主流。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方式

面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型從概念上將人們對(duì)GIS的理解提高到了一個(gè)新的高度。一方面，它巧妙地容納了GIS中拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想，能有效地表達(dá)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。另一方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達(dá)和處理屬性數(shù)據(jù)時(shí)，又具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。目前，采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，建立面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要有三種實(shí)現(xiàn)方式：擴(kuò)充面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性。擴(kuò)充RDBMS，在RDBMS中增加面向?qū)ο蟮奶匦?。建立全新的支持面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的OODBMS。3.4.3UGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.4.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本原理和方法以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)通常稱為數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng).它一般具有信息的采集、組織加工和傳播功能。一般可將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)生存期劃分為七個(gè)階段，基中前五個(gè)階段稱為“分析和設(shè)計(jì)階段”，后兩個(gè)階段稱為“實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行階段”。1.規(guī)劃2.需求分析3.概念設(shè)計(jì)4.邏輯設(shè)計(jì)(1)導(dǎo)出初始模式(2)規(guī)范化處理(3)模式和性能評(píng)價(jià)(4)模式修正5.物理設(shè)計(jì)6.實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行維護(hù)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本步驟(描述一)現(xiàn)實(shí)世界信息世界計(jì)算機(jī)世界數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的步驟空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)的基本步驟(描述二)

Back現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求分析數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)的整個(gè)過程。1．規(guī)劃

進(jìn)行建立數(shù)據(jù)庫(kù)的必要性和可行性分析，確定數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在組織和管理信息中的地位，以及各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的關(guān)系。在這個(gè)階段要分析基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本功能，再確定數(shù)據(jù)庫(kù)的支持范圍時(shí)，最好實(shí)現(xiàn)建立若干個(gè)范圍不同的公用或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)庫(kù)，然后逐步完成整個(gè)大型信息系統(tǒng)的建設(shè)。另外，還要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)與模型庫(kù)、方法庫(kù)或信息系統(tǒng)中其它成分的關(guān)系進(jìn)行明確的規(guī)定。在數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)劃工作完成后，應(yīng)編制詳盡的可行性分析報(bào)告及數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)劃綱要。內(nèi)容包括信息范圍、信息來源、人力資源、設(shè)備資源、軟件及支持工具、開發(fā)成本及進(jìn)度安排等。

2、需求分析需求分析是整個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)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(duì)各種數(shù)據(jù)集的評(píng)價(jià)（一般、空間、屬性評(píng)價(jià)）。Back3．概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是產(chǎn)生反映企業(yè)組織信息需求的數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)，即概念模式。概念模式不依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和具體DBMS，概念模式的設(shè)計(jì)過程稱為概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)抽象（局部概念模式設(shè)計(jì)）和全局概念模式設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)時(shí)常用的數(shù)據(jù)抽象方法是“聚集”和“概括”。聚集將若干對(duì)象和它們之間的聯(lián)系組合成一個(gè)新對(duì)象，而“概括”則將一組具有某些共同特性的對(duì)象合并成更高一層意義上的對(duì)象。例如，對(duì)于汽車、貨物、道路及沿線兩座城市這組對(duì)象，可以通過定義一個(gè)新的對(duì)象“運(yùn)載”；對(duì)于公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)冗@組對(duì)象，可能通過概括形成“交通運(yùn)輸”這個(gè)新概念。4．邏輯設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)又稱為“實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)”，邏輯設(shè)計(jì)的目的是從概念結(jié)構(gòu)中（如ER圖）導(dǎo)出特定DBMS可處理的數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)庫(kù)模式和外模式），這些模式在功能、性能、完整性和一致性約束以及數(shù)據(jù)庫(kù)的可擴(kuò)充性等方面均應(yīng)滿足用戶的各種要求。對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)而言，其邏輯設(shè)計(jì)的主要步驟如下：1）導(dǎo)出初始模式：將概念設(shè)計(jì)結(jié)果（全局ER模式）轉(zhuǎn)換成初始關(guān)系模式。2）規(guī)范化處理：目的是減少乃至消除關(guān)系模式中存在的各種異常，改善完整性、一致性和存儲(chǔ)效率。3）模式和性能評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)出的模式是否完全滿足用戶的功能要求，是否具有較高的效率。4）模式修正：通過合并、分解或選用另外結(jié)構(gòu)等方法，完善需求分析和概念設(shè)計(jì)過程中沒能滿足的用戶需求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)）

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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(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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。現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體邏輯模型物理模型概念模型需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念模型

是通過對(duì)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(kù)系統(tǒng)及其應(yīng)用系統(tǒng)所需的模型。

表示概念模型最有力的工具是E—R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(kù)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。市區(qū)要素空間實(shí)體空間實(shí)體屬性空間實(shí)體關(guān)系邊線走向街道路面質(zhì)量所屬路段所屬街道組成長(zhǎng)度等m1模型E_R1/14/2023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(kù)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E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程為：①確定各實(shí)體的主關(guān)鍵字；②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)；③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；④根據(jù)②、③形成新的關(guān)系。⑤完成轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化。物理模型主要內(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(duì)地理數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)試。是指有效地將空間數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(kù)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。數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

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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)之間的關(guān)系。如需考慮兩類物體共享邊界(道路與行政邊界重合、河流與地塊邊界的重合)等，這些數(shù)據(jù)間的關(guān)系在數(shù)據(jù)分層設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)體現(xiàn)出來。

不同類型的數(shù)據(jù)由于其應(yīng)用功能相同，在分析和應(yīng)用時(shí)往往會(huì)同時(shí)用到，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)反映出這樣的需求，即可將這些數(shù)據(jù)作為一層。（如道路、加油站、停車場(chǎng)—交通層）

最后得出各層數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，各層數(shù)據(jù)的屬性內(nèi)容和屬性表之間的關(guān)系等?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

1、基于文件管理的方式基于文件管理的方式2、文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理系統(tǒng)文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理3、全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)—分層模型全關(guān)系型和對(duì)象—關(guān)系空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)4、對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)全關(guān)系型和對(duì)象—關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)3.5.3.2E-R模型(EntityRelationshipModel)1、基本概念ER模型即實(shí)體聯(lián)系模型，它是概念設(shè)計(jì)的主要方法和最常用的表達(dá)形式。ER模型的基本語義單位是實(shí)體與聯(lián)系。2、ER模型的擴(kuò)展（1）弱實(shí)體的劃分與依賴關(guān)系（2）子類和超類（3）ER模型的操作（4）實(shí)體類型的分裂（5）實(shí)體類型的合并（6）其它ER模型的操作還有聯(lián)系類型的分裂、聯(lián)系類型的合并、增加新的實(shí)體類型、刪除新的實(shí)體類型、增加新聯(lián)系以及刪除聯(lián)系。

3.5.3.2E-R模型(EntityRelationshipModel)1、基本概念：即實(shí)體聯(lián)系模型，它是概念設(shè)計(jì)的主要方法和最常用的表達(dá)形式。ER模型的基本語義單位是實(shí)體與聯(lián)系。ER模型可以形象地用圖表表示，稱為ER圖。在ER圖中，以矩形框表示實(shí)體類型，用橢圓表示實(shí)體類型和聯(lián)系類型的屬性，所有類型和屬性都以相應(yīng)的名稱記入框內(nèi)。聯(lián)系類型和相關(guān)實(shí)體類型間以直線相連，并在直線的兩端標(biāo)明聯(lián)系的種類（1：M，M：N或1：1）。ER模型（EntityRelationshipModel）建立ER模型的基本步驟：1）

確定實(shí)體類型：如客戶和銷售商。2）

確定聯(lián)系類型：銷售活動(dòng)或訂貨活動(dòng)。3）

確定實(shí)體類型和聯(lián)系類型畫出ER圖。4）確定實(shí)體類型與聯(lián)系類型的屬性：對(duì)于客戶，其屬性有客戶的編號(hào)、姓名、地址等；對(duì)于聯(lián)系類型，其屬性有客戶編號(hào)、銷售編號(hào)、商品名稱、銷售量等。

ER模型的基本成分是實(shí)體、聯(lián)系和屬性。在準(zhǔn)確模擬現(xiàn)實(shí)時(shí)，還應(yīng)對(duì)基本的ER模型進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)ER模型的擴(kuò)展主要包括以下幾方面內(nèi)容：

1）弱實(shí)體的劃分與依賴聯(lián)系：有些實(shí)體對(duì)另外一些實(shí)體有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，如職工子女和職工之間。稱前者為弱實(shí)體，二者之間的聯(lián)系稱為依賴聯(lián)系。2、ER模型的擴(kuò)展

2）子類和超類：有時(shí)某個(gè)實(shí)體類型中所有實(shí)體同時(shí)也是另一實(shí)體類型中的實(shí)體，如中間銷售商和銷售商。稱前一實(shí)體類型是后一實(shí)體類型的子類，后一實(shí)體類型稱為超類。在ER圖中，帶有子類的實(shí)體以兩端雙線的矩形表示。子類的一個(gè)很重要的特征是繼承，子類繼承超類的所有抽象。另外，同一實(shí)體類型若干子類之間可能相交，也可能不相交，這取決于子類本身的定義。通過引入子類，可以簡(jiǎn)化ER模式為任何兩個(gè)實(shí)體類型間只有唯一聯(lián)系（1：1）的情形。3）ER模型的操作：在利用ER模型進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)，常常要對(duì)ER圖進(jìn)行各種變換，即ER模型的操作。這些操作包括實(shí)體類型、聯(lián)系類型各種屬性的分裂、合并、增刪等。

一個(gè)實(shí)體類型可以根據(jù)需要分解成若干實(shí)體類型。分裂方式有水平分裂和垂直分裂兩種。水平分裂是指將實(shí)體分解成互不相關(guān)的子類，如將客戶分為男客戶和女客戶。垂直分裂是指對(duì)實(shí)體的屬性進(jìn)行分組，如將客戶信息中固定不變和經(jīng)常變動(dòng)的屬性數(shù)據(jù)分別作為一個(gè)實(shí)體。實(shí)體類型的分裂這是分裂的逆操作。在實(shí)體類型的合并和分裂過程中，實(shí)體間的聯(lián)系類型也應(yīng)作相應(yīng)操作。其它ER模型的操作還有：聯(lián)系類型的分裂、聯(lián)系類型的合并、增加新的實(shí)體類型、刪除實(shí)體類型、增加新聯(lián)系以及刪除聯(lián)系。另外對(duì)于ER圖中的屬性也有許多操作，如值域的增加、刪除、合并分裂等。實(shí)體類型的合并3、利用ER模型進(jìn)行概念設(shè)計(jì)大致分為三個(gè)步驟：1）設(shè)計(jì)局部ER模式2）全局ER模式的優(yōu)化3）ER模型向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換1）設(shè)計(jì)局部ER模式這是一種“分而治之”的策略，即先分別考慮各個(gè)用戶的信息需求，形成局部概念結(jié)構(gòu)，然后在綜合形成全局結(jié)構(gòu)。在局部ER模式設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能使模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化；應(yīng)盡可能減少冗余的產(chǎn)生，聯(lián)系和實(shí)體的屬性應(yīng)是不可分割的，不同實(shí)體類型的屬性之間應(yīng)無直接關(guān)聯(lián)關(guān)系。局部模型的合并方式是按照其聯(lián)系兩兩合并。由于局部ER模式間不可避免的會(huì)有很多不一致性（沖突），如屬性沖突、結(jié)構(gòu)沖突、命名沖突等，因而消除沖突，產(chǎn)生一個(gè)使整個(gè)系統(tǒng)所有用戶共同理解和接受的統(tǒng)一的全局概念模式，非常必要。在得到全局ER模式之后，為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的效率，還應(yīng)進(jìn)一步依據(jù)處理要求對(duì)ER模式進(jìn)行優(yōu)化。一個(gè)好的ER模式，在準(zhǔn)確全面反映用戶功能需求外，還應(yīng)滿足下列條件：實(shí)體類型的個(gè)數(shù)應(yīng)盡可能少；實(shí)體類型所含屬性數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)盡可能少；實(shí)體類型間聯(lián)系無冗余。因而針對(duì)上述三個(gè)條件還應(yīng)對(duì)全局ER模式進(jìn)行實(shí)體類型的合并、冗余屬性和冗余聯(lián)系的消除等操作。有時(shí)為了兼顧查詢效率、存儲(chǔ)代價(jià)等，對(duì)上述操作應(yīng)根據(jù)具體情況而定。2）全局ER模式的優(yōu)化ER模型向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換是邏輯數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段的主要步驟之一。這種轉(zhuǎn)換要遵循一定的規(guī)則，對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)模型而言，其轉(zhuǎn)換規(guī)則主要