第三章 GIS數(shù)據(jù)管理

第三章GIS數(shù)據(jù)管理

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握數(shù)據(jù)的層次單位了解數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系了解常用的數(shù)據(jù)文件了解數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念了解數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)理解數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)更新理解傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模型重點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫(kù)模型的分類和特點(diǎn)難點(diǎn)：面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)模型第三章GIS數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)層次與文件組織空間數(shù)據(jù)庫(kù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)第一節(jié)數(shù)據(jù)層次與文件組織數(shù)據(jù)層次（數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件、數(shù)據(jù)庫(kù)）數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系（一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多）用數(shù)據(jù)文件（順序、直接、索引、到排文件）文件記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)組邏輯數(shù)據(jù)單位之間的關(guān)系物理單位:

位(比特)、字節(jié)、字、塊(物理記錄)、桶和卷邏輯單位:

數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)項(xiàng)組、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫(kù)一、數(shù)據(jù)的層次單位數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)組記錄文件數(shù)據(jù)庫(kù)最基本的不可分割的數(shù)據(jù)單位,具有獨(dú)立的邏輯意義邏輯上具有某種共同標(biāo)志的若干數(shù)據(jù)項(xiàng)組成的數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)項(xiàng)組集合,對(duì)文件進(jìn)行存取操作的基本單位給定類型邏輯記錄的全部具體值的集合文件的集合，文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在二、常用數(shù)據(jù)文件順序文件隨機(jī)文件索引文件倒排文件它是物理順序與邏輯順序一致的文件順序文件隨機(jī)文件索引文件倒排文件文件中的貯存是根據(jù)記錄關(guān)鍵字的值，通過某種轉(zhuǎn)換方法得到一個(gè)物理存貯位置，然后把記錄存貯在該位置上。二、常用數(shù)據(jù)文件順序文件隨機(jī)文件索引文件倒排文件即帶有索引的文件，它只能建立在隨機(jī)存取介質(zhì)上。二、常用數(shù)據(jù)文件順序文件隨機(jī)文件索引文件倒排文件按照一些輔關(guān)鍵字來組織索引稱為輔索引，帶有這種輔索引的文件稱為倒排文件。二、常用數(shù)據(jù)文件第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理程序庫(kù)(數(shù)據(jù)庫(kù)軟件)原始信息數(shù)據(jù)庫(kù)。。二、數(shù)據(jù)庫(kù)分類事物管理數(shù)據(jù)庫(kù)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)信息特征概念模型物理數(shù)據(jù)庫(kù)外部模型A外部模型B用戶A1用戶A1用戶B1用戶B1數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)外部/概念映射A外部/概念映射B概念/內(nèi)部映射數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外部模式外部模式概念模式內(nèi)模式

（1）用戶級(jí)用戶使用的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)于外部模式，它是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，也就是用戶能夠看到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，它是數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)子集。（2）概念級(jí)概念數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)于概念模式，簡(jiǎn)稱模式，是對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯描述，也就是數(shù)據(jù)庫(kù)管理員看到的數(shù)據(jù)庫(kù)。（3）物理級(jí)物理數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)于內(nèi)模式，又稱為存貯模式，內(nèi)模式描述的是數(shù)據(jù)在存貯介質(zhì)上的物理配置與組織，是存放數(shù)據(jù)的實(shí)體，也是系統(tǒng)程序員才能看到的數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是處理數(shù)據(jù)庫(kù)存取和各種管理控制的軟件，應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的操作全部通過DBMS進(jìn)行。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)的裝入數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)通訊

提供書寫各種模式的語(yǔ)言及其支撐軟件，并把各種定義信息也存貯于系統(tǒng)之中。它勾畫出數(shù)據(jù)庫(kù)的框架。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)的裝入數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)通訊應(yīng)用數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)庫(kù)

a)鍵盤輸入；

b)接受另一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)的裝入數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)通訊運(yùn)行控制數(shù)據(jù)存取、更新數(shù)據(jù)完整性、有效性數(shù)據(jù)公享數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)的裝入數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)通訊重新定義數(shù)據(jù)重新組織性能監(jiān)督與分析數(shù)據(jù)庫(kù)整理故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)的裝入數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)通訊操作系統(tǒng)接口處理各種語(yǔ)言接口遠(yuǎn)程操做接口處理DBMS組成語(yǔ)言處理程序運(yùn)行控制程序建立與維護(hù)程序數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（DDL）數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言（DML）終端命令解譯系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)更新并發(fā)控制數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)裝入性能監(jiān)控工作日志重新組織數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)恢復(fù)SQL語(yǔ)言：數(shù)據(jù)查詢

DataQuery數(shù)據(jù)定義

DataDefinition數(shù)據(jù)操縱

DataManipulation數(shù)據(jù)控制

DataControlOSDBMS應(yīng)用程序工作區(qū)系統(tǒng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的外部模型模式存儲(chǔ)模式(1)(8)(7)(6)(3)(4)(5)(2)應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的訪問數(shù)據(jù)庫(kù)管理員決定數(shù)據(jù)庫(kù)的信息內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)員決定存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和訪問策略決定系統(tǒng)的保護(hù)策略監(jiān)督系統(tǒng)工作

第二節(jié)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模型1.關(guān)系模型2.層次模型3.網(wǎng)狀模型

屬性實(shí)體A1A2A3…AnE1V11V21V31…Vn1E2V12V22V32…Vn2E3V13V23V33…Vn3EmV1mV2mV3m…Vnm………………

關(guān)系模型是一種數(shù)學(xué)化的模型，它是將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表。實(shí)體本身的信息以及實(shí)體之間的聯(lián)系均表現(xiàn)為二維表，在數(shù)學(xué)上把這種二維表叫做“關(guān)系”。這些關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。關(guān)系模型主要優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靈活、清晰，可以通過數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行各種查詢、計(jì)算和修改；數(shù)據(jù)描述具有較強(qiáng)的一致性和獨(dú)立性。缺點(diǎn)時(shí)當(dāng)關(guān)系很復(fù)雜時(shí)，計(jì)算機(jī)需要執(zhí)行一系列的數(shù)據(jù)操作，比較費(fèi)時(shí)。關(guān)系模型12233441abcd343554cefⅠⅡM層次模型結(jié)構(gòu)adcfeb1243ⅠⅡ5M

層次層次模型所表達(dá)的基本聯(lián)系是一對(duì)多的關(guān)系，它把數(shù)據(jù)按其自然的層次關(guān)系組織起來，以反應(yīng)數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。層次模型的優(yōu)點(diǎn)是模型層次分明、結(jié)構(gòu)清晰，較容易實(shí)現(xiàn)。盡管每個(gè)記錄只有一個(gè)雙親，當(dāng)從子女查找雙親，只有唯一的結(jié)果，但查找比較麻煩，需要大量的索引文件，而且某種屬性值可能要重復(fù)多次，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度增加，當(dāng)對(duì)層次模型進(jìn)行修改時(shí)，只有當(dāng)新記錄有上屬記錄時(shí)才能插入。刪除一個(gè)記錄其所有下屬記錄也同時(shí)被刪除。層次模型abcd12345efⅠⅡM網(wǎng)狀模型結(jié)構(gòu)adcfeb1243ⅠⅡ5M

網(wǎng)狀模型基本特征是在記錄之間沒有明確的主從關(guān)系，任何一個(gè)記錄可與任意其他多個(gè)記錄建立聯(lián)系，與層次模型相比較，大大壓縮了數(shù)據(jù)的存貯量?？梢员硎緦?shí)體的多種，關(guān)系更為靈活，對(duì)確定的數(shù)據(jù)表示效率高，冗余小，表示關(guān)系復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)和具有網(wǎng)絡(luò)特征的地理實(shí)體效果較好。但網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)指針比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)更新較為繁瑣。網(wǎng)狀模型1.地理空間數(shù)據(jù)2.地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容4.地理數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過程第三節(jié)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)第四節(jié)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理地理空間數(shù)據(jù)的局限性向?qū)ο蠓椒ㄖ械幕靖拍钕驅(qū)ο蠓椒ǖ臄?shù)據(jù)抽象技術(shù)和數(shù)據(jù)抽象工具面向?qū)ο蟮募铣橄箢愋兔嫦驅(qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理

地理空間數(shù)據(jù)的局限性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小的數(shù)字和字符傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理的實(shí)體類型較少，并且實(shí)體類型之間通常只有簡(jiǎn)單、固定的空間關(guān)系傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存貯的數(shù)據(jù)通常為等長(zhǎng)記錄的原子數(shù)據(jù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息面向?qū)ο蠓椒ㄖ械幕靖拍?1)對(duì)象與封裝性(2)分類(3)概括(4)聯(lián)合(5)聚集面向?qū)ο蠓椒ǖ募铣橄箢愋涂臻g地物復(fù)雜地物點(diǎn)狀地物面狀地物節(jié)點(diǎn)線狀地物弧段面域簡(jiǎn)單地物1．空間地物的幾何數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蠓椒ǖ募铣橄箢愋?．拓?fù)潢P(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

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。數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)文件管理系數(shù)據(jù)庫(kù)管理文件結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理附加：地理空間數(shù)據(jù)

與空間位置有關(guān)的各種地理信息，或者是可以用地圖來描述的各種地理信息。1.位置信息2.資源與環(huán)境信息3.社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點(diǎn)記錄文件結(jié)構(gòu)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)多邊形結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由于地理空間數(shù)據(jù)的多源性，就決定了地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的多樣性。地理信息數(shù)據(jù)來自完全不同的領(lǐng)域和部門，數(shù)據(jù)的形式有圖形、圖像、文字、統(tǒng)計(jì)等多種類別。目前地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括如下幾種“分立”的子數(shù)據(jù)庫(kù)。以DTM、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為代表的網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)。以地形內(nèi)容為代表的地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為代表的專題數(shù)據(jù)庫(kù)。以遙感圖像數(shù)據(jù)為代表的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容地理數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過程定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

了解用戶需求確定研究區(qū)域范圍組織和描述數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)據(jù)輸入定義：描述數(shù)據(jù)庫(kù)中各種數(shù)據(jù)屬性與組成的數(shù)據(jù)集合，它是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理的有力工具。