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1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三第四章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2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三4.1概述（1）定義：數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計算機系統(tǒng)中以特定的結構組織、存儲、管理和應用的相關聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。（2）計算機對數(shù)據(jù)的管理經(jīng)過了三個階段：程序管理階段

文件管理階段數(shù)據(jù)庫管理階段

第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（3）數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織方式

數(shù)據(jù)項：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項、字段等。記錄：由若干相關聯(lián)的數(shù)據(jù)項組成。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)庫的內部構造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。4.1概述第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（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5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三4.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內容和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的工具，它是衡量數(shù)據(jù)庫能力強弱的主要標志。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)庫領域采用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關系模型，其中應用最廣泛的是關系模型。第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（1）層次數(shù)據(jù)庫模型

它的特點是將數(shù)據(jù)組織成一對多關系的結構。層次結構采用關鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫結構特別適用于文獻目錄、土壤分類、部門機構等分級數(shù)據(jù)的組織。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三層次數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：存取方便且速度快結構清晰，容易理解數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴展容易實現(xiàn)檢索關鍵屬性十分方便缺點：結構呆板，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）不適合于拓撲空間數(shù)據(jù)的組織第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（2）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型網(wǎng)絡模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。系名化學系教師數(shù)學生數(shù)研究生系名地質系教師數(shù)49學生數(shù)257研究生71學校名稱長安大學系名測繪系教師數(shù)52學生數(shù)300研究生70系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)學號002312姓名張三年級3籍貫廣東系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)教師號66姓名李林年齡30職稱教授系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)課程號A01課程名GIS周學時4學分5系名教師數(shù)系名學號002312課程號A01第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（2）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復雜關系數(shù)據(jù)冗余小缺點：網(wǎng)狀結構的復雜，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10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（3）關系數(shù)據(jù)庫模型1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6關系數(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體與屬性之間的關系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。點第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三關系數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：結構特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數(shù)學運算規(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：數(shù)據(jù)庫大時，查找滿足特定關系的數(shù)據(jù)費時對空間關系無法滿足第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三4.3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：

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)應用面廣1、空間數(shù)據(jù)的特征

空間特征非結構化特征空間關系特征分類編碼特征海量數(shù)據(jù)特征第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三3、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，并且具有很強的空間相關性。2、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理的實體類型較少，并且實體類型之間通常只有簡單的、固定的空間關系，而地理空間數(shù)據(jù)的實體類型繁多，實體類型之間存在著復雜的空間關系，并且還能產(chǎn)生新的關系。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)通常用于不同目標的坐標串長度的不定，具有變長記錄，且數(shù)據(jù)想可能很大、很復雜。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14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三4、目前商用GIS軟件空間數(shù)據(jù)所采用的數(shù)據(jù)模型

文件關系數(shù)據(jù)庫混合管理全關系數(shù)據(jù)庫管理擴展關系數(shù)據(jù)庫管理

面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三文件關系數(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ODBC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16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三全關系數(shù)據(jù)庫管理方案屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時采用關系式數(shù)據(jù)庫進行管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進行煩瑣的連接，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)庫關系表二進制塊第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三擴展關系數(shù)據(jù)庫管理方案在標準的關系數(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構查詢語言(GeoSQL)轉化成標準的SQL查詢，借助索引數(shù)據(jù)的輔助關系實施空間索引操作。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要求進行空間對象的再定義，因而不能將設計的拓撲結構進行存儲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)庫擴充實體類型（點、線、面、圓等）第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

面向對象（object-oriented，oo）的概念起源于程序設計語言——面向對象的編程語言(簡稱OOPL)，強調對象概念的統(tǒng)—，引入對象、對象類、方法、實例等概念和術語，采用動態(tài)聯(lián)編和單繼承性機制。它以OOPL為核心，集各種軟件開發(fā)工具為一體，建立OO計算環(huán)境，配有很強的圖形功能和多窗口用戶界面。基本出發(fā)點就是以對象作為最基本的元素，盡可能按照人類認識世界的方法和思維方式來分析和解決問題。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三面向對象的幾何抽象類型

GIS中的各種地物，在幾何性質方面不外乎表現(xiàn)為四種類型，即點狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三面向對象的屬性數(shù)據(jù)模型

GIS中的地物可根據(jù)國家分類標準或實際情況劃分類型。如一個大學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一步分類，如建筑物可再分成教學樓、科研實驗樓、行政辦公樓、教工住宅、學生宿舍、后勤服務建筑、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超類。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

面向對象的數(shù)據(jù)模型從概念上將人們對GIS的理解提高到了一個新的高度。一方面，它巧妙地容納了GIS中拓撲數(shù)據(jù)結構的思想，能有效地表達空間數(shù)據(jù)的拓撲關系。另一方面，面向對象數(shù)據(jù)模型在表達和處理屬性數(shù)據(jù)時，又具有許多獨特的優(yōu)越性。目前，采用面向對象數(shù)據(jù)模型，建立面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要有三種實現(xiàn)方式：擴充面向對象程序設計語言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性擴充RDBMS，在RDB