土地信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型

1、土地?cái)?shù)據(jù)庫,1,內(nèi)容提綱,數(shù)據(jù)庫的一般概念 土地?cái)?shù)據(jù)模型,2,3.1 數(shù)據(jù)庫的一般概念,1. 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是按照一定結(jié)構(gòu)組織的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，是在計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備上合理存放的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集。 土地?cái)?shù)據(jù)庫？ 土地?cái)?shù)據(jù)庫是土地信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲介質(zhì)上存儲的、與應(yīng)用相關(guān)的土地空間數(shù)據(jù)的集合。,3,數(shù)據(jù)庫的主要特征 能夠減少空間數(shù)據(jù)存儲的冗余量 提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時訪問的需求，并能高效地提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果 在數(shù)據(jù)元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，以反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性 支持多種多樣的決策需要，具有較強(qiáng)的應(yīng)用適應(yīng)性 應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)資源的共享 數(shù)據(jù)獨(dú)立性 統(tǒng)一管理，能夠用

2、一個軟件統(tǒng)計(jì)管理這些數(shù)據(jù),4,2021/4/15,5,2. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),2021/4/15,6,三級模式 兩級變換機(jī)制,（1）外模式。亦稱子模式，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖。它屬于概念模式的一部分，描述用戶數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、類型和長度。 （2）概念模式。是數(shù)據(jù)庫的總框架，是對數(shù)據(jù)庫中關(guān)于目標(biāo)存儲的邏輯結(jié)構(gòu)和特性、基本操作、目標(biāo)以及目標(biāo)與操作的關(guān)系和依賴的描述，以及對數(shù)據(jù)的安全性、完整性等方面的定義。 （3）內(nèi)模式。亦稱存儲模式。它是對數(shù)據(jù)庫在物理存儲器上

3、具體實(shí)現(xiàn)的描述，規(guī)定數(shù)據(jù)在存儲介質(zhì)上的物理組織形式、記錄尋址技術(shù)、定義物理存儲塊的大小、溢出處理方法等。由數(shù)據(jù)存儲描述語言進(jìn)行描述。,2021/4/15,7,3. 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型,2021/4/15,8,數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界部分現(xiàn)象的抽象，它描述了數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)及其相互之間的關(guān)系和在數(shù)據(jù)上的各種操作，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)間聯(lián)系的邏輯組織的形式表示，以抽象的形式描述和反映一個部門和系統(tǒng)的業(yè)務(wù)活動和信息流程。 選擇和建立數(shù)據(jù)模型的目的是用最佳的方式反映本部門的業(yè)務(wù)對象及信息流程和以最佳的方式為用戶提供訪問數(shù)據(jù)庫的邏輯接口。,2021/4/15,9,數(shù)據(jù)模型的三要素 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：用于

4、描述系統(tǒng)的靜態(tài)屬性，研究與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象。 數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)庫主要有檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩大類操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（如優(yōu)先級）以及實(shí)現(xiàn)操作的語言。 數(shù)據(jù)的約束條件：是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和儲存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。此外，數(shù)據(jù)模型還應(yīng)提供定義完整性約束條件的機(jī)制。,2021/4/15,10,數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三個條件： （1）能真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界； （2）人們?nèi)菀桌斫猓?（3）便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。,2021/4/15,

5、11,3.2 土地?cái)?shù)據(jù)模型,土地信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用需要經(jīng)歷一個由現(xiàn)實(shí)世界到概念世界，再到計(jì)算機(jī)信息世界的轉(zhuǎn)化過程。 目前，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中最常用的數(shù)據(jù)模型有五種：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ秃蜁r空數(shù)據(jù)模型。,2021/4/15,12,1. 層次模型 用樹狀結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為層次模型。 它是以結(jié)點(diǎn)來表示數(shù)據(jù)庫中的記錄類型的有向樹。 一對多的聯(lián)系。,2021/4/15,13,特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)父子關(guān)系 有且僅有一個節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn)，即根節(jié)點(diǎn)； 除根節(jié)點(diǎn)外，所有節(jié)點(diǎn)有且僅有一個父節(jié)點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)是容易理解，單碼查找速度快，易于更新和擴(kuò)充； 缺點(diǎn)是多碼查找比較困難，一般需要較大的索引文件，所

6、以產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余；不能直接表示實(shí)體之間多對多的聯(lián)系。,2021/4/15,14,2. 網(wǎng)絡(luò)模型 用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體之間的聯(lián)系。,2021/4/15,15,2021/4/15,16,特點(diǎn)： 可以有零個或多個節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn) 至少有一個節(jié)點(diǎn)有多于一個父節(jié)點(diǎn) 允許兩個節(jié)點(diǎn)之間有兩種或多種聯(lián)系 優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)狀模型較層次模型擴(kuò)充了實(shí)體之間聯(lián)系的限制，可以較靈活地表示實(shí)體之間的多種關(guān)系，對確定的數(shù)據(jù)表示效率較高，數(shù)據(jù)冗余也較小，適合表示關(guān)系較復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)和具有網(wǎng)絡(luò)狀特征的地理實(shí)體 缺點(diǎn)：網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)指針比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)更新也較為繁瑣,2021/4/15,17,3. 關(guān)系模型 關(guān)系數(shù)據(jù)模型是一種數(shù)字化的模型，它把

7、數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表中的元素，這種表就稱為關(guān)系。關(guān)系的集合就構(gòu)成為關(guān)系模型。 關(guān)系是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個元組，表的每列對應(yīng)一個域。 在關(guān)系模型中，文件中存放兩類數(shù)據(jù)：一是實(shí)體本身的數(shù)據(jù)，二是實(shí)體之間的聯(lián)系。這里的聯(lián)系是通過連接字段實(shí)現(xiàn)的。,2021/4/15,18,關(guān)系中的某一屬性組，若它的值唯一的標(biāo)識了一個元組，則稱該屬性組為候選關(guān)鍵字。若一個關(guān)系中有多個候選關(guān)鍵字，則選定一個為主關(guān)鍵字。該關(guān)鍵字的諸屬性稱為主屬性，其余的屬性叫做非主屬性。,2021/4/15,19,2021/4/15,20,優(yōu)點(diǎn)： 關(guān)系模型中的最大特色是對實(shí)體描述的一致性，通過公共值隱含地表達(dá)它

8、們之間的聯(lián)系，并且通過關(guān)系之間的連接運(yùn)算還可建立新的關(guān)系； 關(guān)系模型還具有結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)修改靈活和更新方便、容易維護(hù)等特點(diǎn)，所以它是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中常用的數(shù)據(jù)模型。 目前，很多LIS中的屬性數(shù)據(jù)都是采用關(guān)系數(shù)據(jù)模型的，甚至某些系統(tǒng)還采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)。,2021/4/15,21,缺點(diǎn)： LIS中的關(guān)系模型在效率、數(shù)據(jù)語義、模型擴(kuò)充和目標(biāo)標(biāo)識等方面還存在一些問題，特別是處理空間數(shù)據(jù)庫涉及的復(fù)雜目標(biāo)方面，傳統(tǒng)的關(guān)系模型顯得難以適應(yīng)。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理也較為復(fù)雜，查找速度與網(wǎng)狀和層次模型相比也要慢一些。,2021/4/15,22,4. 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 （1）傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的弱點(diǎn) 以

9、記錄為基礎(chǔ)，不能很好的面向用戶和應(yīng)用 不能以自然的方式表示實(shí)體之間的聯(lián)系 語義貧乏 數(shù)據(jù)類型太少，難以滿足應(yīng)用需要,2021/4/15,23,（2）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 吸取了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型以及其他幾種非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型（如E-R模型、語義模型）的優(yōu)點(diǎn)，利用幾種數(shù)據(jù)抽象技術(shù)：分類、概括、聯(lián)合、聚集和數(shù)據(jù)抽象工具繼承和傳播，采用對象聯(lián)系圖描述其模型的實(shí)現(xiàn)方法，使得復(fù)雜的客觀事物變得清楚易懂，所以它能有效地既表達(dá)幾何數(shù)據(jù)，又表達(dá)屬性數(shù)據(jù)。,2021/4/15,24,2021/4/15,25,2021/4/15,26,分層結(jié)構(gòu)表達(dá),類是具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的對象的集合。是對一組對象的抽象描述，它將該組對

10、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)。 對象與實(shí)體一樣是客觀世界中客體的一種抽象的描述，它由課題的數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作組合而成。 消息是對象之間相互請求或相互協(xié)作的唯一途徑。消息有公有和私有之分。如果一些消息都屬于同一個對象，其中有些是可由其它對象向它發(fā)送的，叫公有消息。另外一些則由它自己向自身發(fā)送的，叫私有消息。 方法是對象的所有操作，如對對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的函數(shù)，指令等。,2021/4/15,27,（3）特點(diǎn) 抽象性抽象是對現(xiàn)實(shí)世界的簡明表示 封裝性將方法和數(shù)據(jù)放于一個對象中，以使對數(shù)據(jù)的操作只能通過該對象本身的方法來進(jìn)行 多態(tài)性同一個消息可以根據(jù)發(fā)送消息對象的不同采用多種

11、不同的行為方式 重載性意味著實(shí)現(xiàn)特定功能的方法不僅以名稱來區(qū)分，而且還可以用它所帶的參數(shù)來區(qū)別 繼承性是現(xiàn)實(shí)世界中對象之間的一種獨(dú)特關(guān)系，它使得某類對象可以自然地?fù)碛辛硗庖活悓ο蟮哪承┨卣骱凸δ?概括性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 聚集性反映了嵌套對象的概念，嵌套對象是由一些其他對象組成的，它是用來描述更高層次對象的一種形式,2021/4/15,28,5. 時空模型 時空土地信息系統(tǒng)是一種四維（X,Y,Z,T）或（S,T）的信息系統(tǒng)，其中（X,Y,Z）或（S）表示空間系統(tǒng)， （T）表示時間，這是一種具有時空復(fù)合分析功能和多維信息可視化的系統(tǒng)。 主要有四種基本的時空

12、數(shù)據(jù)模型：時間快照模型、疊加模型、時空復(fù)合模型和全信息對象模型。,2021/4/15,29,（1）時間快照模型 它是將一系列時間片斷的快照保存起來，各個切片分別對應(yīng)不同時刻的狀態(tài)圖層，以此來反映地理現(xiàn)象的時空演化過程，根據(jù)需要對指定時間片斷進(jìn)行播放。 優(yōu)點(diǎn)：可以直接在當(dāng)前的地理信息系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)；當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫總是處于有效狀態(tài)。 缺點(diǎn)：將未發(fā)生變化的所有特征進(jìn)行存儲，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)冗余，當(dāng)應(yīng)用模型變化頻繁且數(shù)據(jù)量較大時，系統(tǒng)效率急劇下降，較難處理時空對象間的時空關(guān)系。,2021/4/15,30,（2）疊加模型（基態(tài)修正模型） 首先確定空間數(shù)據(jù)的初始狀態(tài)，即底圖數(shù)據(jù)。 然后按照適宜的時間間隔記錄數(shù)據(jù)隨時間發(fā)生的變化。 再通過空間疊加操作，利用記錄的變化數(shù)據(jù)來恢復(fù)各個時間片的狀態(tài)數(shù)據(jù)，每一次疊加則表示狀態(tài)的一次變化。 “每變化一次，只有很小的數(shù)據(jù)需要記錄，只將那些發(fā)生變化的部分存入系統(tǒng)中”,2021/4/15,31,（3）時空復(fù)合模型 疊加模型的基礎(chǔ)上提出的，其設(shè)計(jì)思想是將每一次獨(dú)立的疊加操作轉(zhuǎn)換為一次性的合成疊加。這樣，變化的累積即形成最小變化單元，由這些最小變化單元構(gòu)成的圖形文件和記錄變化歷史的屬性文件聯(lián)系在一起，則可以較完整地表達(dá)數(shù)據(jù)的時空特征。 是時間快照模型和基態(tài)修正模型的折衷模型，其最大的缺點(diǎn)是