第四章 地理空間數(shù)據(jù)庫改

第四章地理空間數(shù)據(jù)庫改第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日第四章GIS空間數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

概述數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日4.1概述（1）定義：數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中以特定的結(jié)構(gòu)組織、存儲、管理和應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。（2）計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)的管理經(jīng)過了三個(gè)階段：程序管理階段

文件管理階段數(shù)據(jù)庫管理階段第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日（3）數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織方式

數(shù)據(jù)項(xiàng)：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項(xiàng)、字段等。記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。文件：文件是一給定類型的(邏輯)記錄的全部具體值的集合。數(shù)據(jù)庫：是比文件更大的數(shù)據(jù)組織。數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。4.1概述第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日（4）數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系

數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。1、一對一的聯(lián)系(1：1)2、一對多的聯(lián)系(1：N)3、多對多的聯(lián)系(M：N)AB第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日4.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的工具，它是衡量數(shù)據(jù)庫能力強(qiáng)弱的主要標(biāo)志。每一種數(shù)據(jù)模型都以不同的數(shù)據(jù)抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式。數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域采用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，其中應(yīng)用最廣泛的是關(guān)系模型。第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日（1）層次數(shù)據(jù)庫模型

它的特點(diǎn)是將數(shù)據(jù)組織成一對多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。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。層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄、土壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級數(shù)據(jù)的組織。第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日層次數(shù)據(jù)庫模型優(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)庫擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性同一屬性數(shù)據(jù)要存儲多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）不適合于拓?fù)淇臻g數(shù)據(jù)的組織第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型網(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，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。系名化學(xué)系教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名地質(zhì)系教師數(shù)49學(xué)生數(shù)257研究生71學(xué)校名稱長安大學(xué)系名測繪系教師數(shù)52學(xué)生數(shù)300研究生70系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)學(xué)號002312姓名張三年級3籍貫廣東系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)教師號66姓名李林年齡30職稱教授系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)課程號A01課程名GIS周學(xué)時(shí)4學(xué)分5系名教師數(shù)系名學(xué)號002312課程號A01第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日（2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型優(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)冗余小缺點(diǎn)：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）第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日（3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6關(guān)系數(shù)據(jù)庫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。點(diǎn)第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型優(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)非常方便缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫大時(shí)，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)對空間關(guān)系無法滿足第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日4.3空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2、空間數(shù)據(jù)與一般數(shù)據(jù)相比所具有的特點(diǎn)：

數(shù)據(jù)量大；不僅擁有地理要素的屬性數(shù)據(jù)，且擁有大量的空間數(shù)據(jù)，且這兩種數(shù)據(jù)具有不可分割的聯(lián)系；數(shù)據(jù)應(yīng)用面廣1、空間數(shù)據(jù)的特征

空間特征非結(jié)構(gòu)化特征空間關(guān)系特征分類編碼特征海量數(shù)據(jù)特征第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日3、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理地理空間數(shù)據(jù)的局限性1、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(qiáng)的空間相關(guān)性。2、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理的實(shí)體類型較少，并且實(shí)體類型之間通常只有簡單的、固定的空間關(guān)系，而地理空間數(shù)據(jù)的實(shí)體類型繁多，實(shí)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。3、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)通常為等長記錄的數(shù)據(jù)，而地理空間數(shù)據(jù)通常用于不同目標(biāo)的坐標(biāo)串長度的不定，具有變長記錄，且數(shù)據(jù)想可能很大、很復(fù)雜。4、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，而空間數(shù)據(jù)庫中需要大量的空間數(shù)據(jù)操作和查詢，如鄰域、連同、包含和疊加等。第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日4、目前商用GIS軟件空間數(shù)據(jù)所采用的數(shù)據(jù)模型

文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理

全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方案屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲和檢索比較可靠、有效；幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫要遜色得多?？臻g數(shù)據(jù)分開存儲，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。幾何數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)ID數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言O(shè)DBC協(xié)議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數(shù)據(jù)庫高級語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)語言數(shù)據(jù)庫開發(fā)數(shù)據(jù)庫開發(fā)第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方案屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時(shí)采用關(guān)系式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進(jìn)行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對象嵌套等復(fù)雜的空間操作GIS軟件：System9，SmallWorld、Geovision等GIS界面屬性數(shù)據(jù)（定長記錄）空間數(shù)據(jù)（變長記錄）DBMS空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系表二進(jìn)制塊第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方案在標(biāo)準(zhǔn)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(GeoSQL)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢，借助索引數(shù)據(jù)的輔助關(guān)系實(shí)施空間索引操作。解決了空間數(shù)據(jù)變長記錄的存儲問題，由數(shù)據(jù)庫軟件商開發(fā)，效率較高用戶不能根據(jù)GIS要求進(jìn)行空間對象的再定義，因而不能將設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲GIS軟件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS界面空間數(shù)據(jù)處理RDBMS空間數(shù)據(jù)庫擴(kuò)充實(shí)體類型（點(diǎn)、線、面、圓等）第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)

面向?qū)ο螅╫bject-oriented，oo）的概念起源于程序設(shè)計(jì)語言——面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(簡稱OOPL)，強(qiáng)調(diào)對象概念的統(tǒng)—，引入對象、對象類、方法、實(shí)例等概念和術(shù)語，采用動(dòng)態(tài)聯(lián)編和單繼承性機(jī)制。它以O(shè)OPL為核心，集各種軟件開發(fā)工具為一體，建立OO計(jì)算環(huán)境，配有很強(qiáng)的圖形功能和多窗口用戶界面?；境霭l(fā)點(diǎn)就是以對象作為最基本的元素，盡可能按照人類認(rèn)識世界的方法和思維方式來分析和解決問題。第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?/p>

GIS中的各種地物，在幾何性質(zhì)方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點(diǎn)狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型

GIS中的地物可根據(jù)國家分類標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H情況劃分類型。如一個(gè)大學(xué)GIS的對象可分為建筑物、道路、綠化、管線等幾大類，地物類型的每一大類又可以進(jìn)一步分類，如建筑物可再分成教學(xué)樓、科研實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓、教工住宅、學(xué)生宿舍、后勤服務(wù)建筑、體育樓等子類，管線可再分為給水管道、污水管道、電信管道、供熱管道、供氣管道等，另一方面，幾種具有相同屬性和操作的類型可綜合成一個(gè)超類。第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)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RD