空間數(shù)據(jù)組織與空間數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)組織與空間數(shù)據(jù)庫第1頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述1.數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念①數(shù)據(jù)庫：是指長期儲存在計算機(jī)內(nèi)有結(jié)構(gòu)的、大量的、可共享的數(shù)據(jù)集合。②數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件；他的功能包括：數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)操作，數(shù)據(jù)庫的運行管理，數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)。③數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：指在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，它由數(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。④數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)的專門人員。一、空間數(shù)據(jù)庫的概念第2頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述2.空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)庫：是地理信息系統(tǒng)在計算機(jī)物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合，以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲在介質(zhì)上?？臻g數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）組成：包括3部分空間數(shù)據(jù)庫：是地理信息系統(tǒng)在計算機(jī)物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總合，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲在介質(zhì)上?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的維護(hù)和更新的一套軟件。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：應(yīng)用模塊。第3頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴(kuò)展：直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能。例如：Oracle空間數(shù)據(jù)庫引擎（SDE:SpatialDatabaseEngine）：在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上加一層空間數(shù)據(jù)庫引擎，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲與管理。例如：ESRI的SDE3、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是建立在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能。第4頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二、空間數(shù)據(jù)庫存儲管理2種方法文件：幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)存儲于同一文件；數(shù)據(jù)庫：兩個分離的數(shù)據(jù)庫，一個存儲幾何數(shù)據(jù)，另一個存儲屬性數(shù)據(jù)；同一數(shù)據(jù)庫同時存儲幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；一個幾何數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫連接若干不同的屬性數(shù)據(jù)庫；若干個幾何數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫鏈結(jié)形成一個數(shù)據(jù)。5第5頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何和屬性

數(shù)據(jù)文件文件管理GIS工具文件管理模式代表：arcinfo的coverage6空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展階段第6頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月用戶接口GIS工具管理幾何數(shù)據(jù)的軟件商業(yè)化

DBMS屬性數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)文件

IDX,Y,Z屬性文件

ID屬性拓?fù)湮募?/p>

IDLink幾何數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫混合管理模式：RDBMS+文件代表：Arcgis的shape文件7第7頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月用戶接口GIS工具擴(kuò)展的

商業(yè)DBMS幾何和屬性數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)文件

IDX,Y,Z拓?fù)湮募?/p>

IDLink屬性文件

ID屬性擴(kuò)展式的管理模式Arcinfo的geodatabase8空間數(shù)據(jù)庫引擎第8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月用戶接口GIS工具定制的專門DBMS幾何和屬性數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)文件

IDX,Y,Z拓?fù)湮募?/p>

IDLink屬性文件

ID屬性集成式的管理模式代表：oraclespatialcartridge9第9頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月基于文件的空間數(shù)據(jù)庫基于數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)庫CoveragesOracleShapefilesOraclewithSpatialGridsDB2withitsSpatialTypeTINsInformixwithitsSpatialTypeImages（各種格式的）SQLServerVectorProductFormat(VPF)filesPersonalGeodatabases（微軟的Access）CAD文件

EnterpriseGeodatabases表（各種格式的）

10第10頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述轉(zhuǎn)換現(xiàn)實世界人類的認(rèn)識、抽象機(jī)器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實世界中客觀實體的抽象過程信息世界的概念模型1.空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程這一過程一般需要兩步①人類對客體的認(rèn)識、抽象，建立概念模型。②將概念模型轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠接受的形式，即數(shù)據(jù)模型。就是將地理空間客體按一定的組織形式，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程。二、空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計第11頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述地理空間是一個三維空間，有四個基本實體點實體線實體面實體體實體地理空間的認(rèn)知①地理空間實體（客體）第12頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述②地理空間實體間的聯(lián)系空間聯(lián)系屬性聯(lián)系時間聯(lián)系空間位置，空間分布，空間形態(tài)、空間相關(guān)等空間信息反映了空間分析所能揭示的信息，彼此互有聯(lián)系通過實體變化過程來反映。實體間的屬性主要體現(xiàn)為屬性多級分類體系中的從屬關(guān)系、聚類關(guān)系和相關(guān)關(guān)系第13頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理幫助用戶查詢、檢索、增加刪除和修改數(shù)據(jù)保障空間數(shù)據(jù)的獨立性、完整性、和安全性2.空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計數(shù)據(jù)模型建立的目的揭示空間實體的本質(zhì)特征，并對其進(jìn)行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。第14頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述實際上是現(xiàn)實世界到機(jī)器世界的一個中間層。概念模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象，是設(shè)計人員的有力工具。（1）概念模型概念結(jié)構(gòu)設(shè)計過程用戶需求需求分析抽象信息結(jié)構(gòu)概念模型概念結(jié)構(gòu)能夠真實、處分的反映現(xiàn)實世界易于理解用戶與設(shè)計人員易于更改需求改變模型改變易于轉(zhuǎn)換關(guān)系、網(wǎng)狀、層次特點E-R圖第15頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述(1)實體(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)別的事物(2)屬性(Attribute)：實體所具有的某一特性(3)碼(Key)：唯一標(biāo)識實體的屬性集(4)域(Domain)：屬性的取值范圍(5)實體型(EntityType)：具有相同屬性的實體必然有共同的特征和性質(zhì)(6)實體集(EntitySet)：同型實體的集合(7)聯(lián)系(Relationship)：不同實體集之間的聯(lián)系信息世界中的基本概念第16頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述①一對一聯(lián)系(1:1)②一對多聯(lián)系(1:n)。③多對多聯(lián)系(m:n)注意：E-R圖僅僅是對現(xiàn)實世界描述的一種工具，僅能建立概念模型(信息模型)，不能在計算機(jī)上直接實現(xiàn)。兩個實體之間的聯(lián)系可分為以下三類第17頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ停?）數(shù)據(jù)模型常用數(shù)據(jù)模型種類第18頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述設(shè)計原則：

①盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲冗余；②提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在用戶的需要改變時，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠做出相應(yīng)的變化；③滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時訪問的需求，高效提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果；④在空間元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性；⑤支持多種決策需要，具有較強(qiáng)的應(yīng)用適應(yīng)性。3.空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則、步驟和技術(shù)方法第19頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第一步需求分析第二步概念設(shè)計第三步邏輯設(shè)計第四步物理設(shè)計 第五步數(shù)據(jù)庫的實施和維護(hù)設(shè)計步驟第20頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述明白即將開發(fā)的GIS所支持的各種功能；了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和優(yōu)先次序，這些信息有利于制定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實施計劃。了解數(shù)據(jù)庫和GIS的整體要求和藍(lán)圖。現(xiàn)狀調(diào)查調(diào)查內(nèi)容的組織的分析第一步用戶需求分析GIS數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)該主要了解下面的內(nèi)容用戶需求分析方法：第21頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述用戶需求分析過程現(xiàn)狀調(diào)查：通過實際調(diào)查了解用戶的現(xiàn)狀及要求調(diào)查內(nèi)容的組織的分析：對調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行整理、分析和組織，并提交報告及圖件。包括：現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)圖軟件、硬件資源表專業(yè)人員清單部門功能清單數(shù)據(jù)來源清單第22頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述把用戶的需求加以解釋，用概念模型表達(dá)出來，具體任務(wù)包括：1)數(shù)據(jù)庫的宏觀定義指對數(shù)據(jù)庫比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的定義。2)數(shù)據(jù)庫的特征設(shè)計對于各種地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)中以什么幾何形式表達(dá)進(jìn)行設(shè)計。3)數(shù)據(jù)庫表格及其關(guān)系的設(shè)計表達(dá)對與地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中表達(dá)方式的設(shè)計。第二步概念化設(shè)計第23頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述4）數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計的評定根據(jù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用目的和數(shù)據(jù)內(nèi)容及使用方式來評價前面三步的設(shè)計結(jié)果。5）數(shù)據(jù)庫概念模型的起草將GIS數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計起草成正式的文件，作為后面詳細(xì)設(shè)計時參考。第24頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述第三步邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計應(yīng)該選擇最適于描述與表達(dá)相應(yīng)概念結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，然后選擇最合適的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)時一般要分三步進(jìn)行：①將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型②將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。③對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。第25頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計特點設(shè)計人員必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是存儲結(jié)構(gòu)和存取方法；充分了解應(yīng)用環(huán)境，特別是應(yīng)用的處理頻率和響應(yīng)時間要求；充分了解外存設(shè)備的特性。第四步物理設(shè)計數(shù)據(jù)庫最終是要存儲在物理設(shè)備上的。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（存儲結(jié)構(gòu)與存取方法）的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。第26頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果，在計算機(jī)上建立實際的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，裝入空間數(shù)據(jù)，并調(diào)試和運行。建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序進(jìn)行測試，以確認(rèn)其功能和性能是否滿足設(shè)計要求裝入實際的空間數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫加載，建立起實際運行的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫試運行1、數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)三、空間數(shù)據(jù)庫的實施和維護(hù)第27頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述2、相關(guān)的其它設(shè)計在數(shù)據(jù)庫試運行期間，應(yīng)進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)庫的功能和性能。（1）空間數(shù)據(jù)庫再組織：調(diào)整或者改變空間數(shù)據(jù)庫的概念、邏輯和物理結(jié)構(gòu)的。（2）安全性考慮：規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫使用權(quán)限，保證數(shù)據(jù)庫的安全運行。主要方法是授權(quán)。（3）故障恢復(fù)處理：數(shù)據(jù)庫恢復(fù)就是把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）的功能。（4）事務(wù)控制：事務(wù)控制的目的就是保證多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。第28頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空間數(shù)據(jù)庫概述(1)維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性：需要及時調(diào)整授權(quán)和密碼，轉(zhuǎn)儲及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(2)監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能：分析評估存儲空間和響應(yīng)時間(3)增加新功能：按用戶的需要及時擴(kuò)充功能，滿足用戶的新需要。(4)修改錯誤：包括程序和數(shù)據(jù)。3、空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護(hù)第29頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)概念模型設(shè)計

（語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型）①實體型實體是對客觀存在的起獨立作用的客體的一種抽象。②屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體聯(lián)系起來③聯(lián)系是客體間有意義的相互作用或?qū)?yīng)關(guān)系。一般分為三種聯(lián)系：一對一(1:1)，一對多(1:N)，多對多(M:N)。E-R圖表達(dá)的三種語義第30頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)概念模型設(shè)計①實體型用矩形來表示，矩形內(nèi)寫明實體名。②屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體聯(lián)系起來③聯(lián)系用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體聯(lián)系起來，同時在無向邊上標(biāo)注聯(lián)系的類型(1:1，1:n

或m:n)。E-R圖表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法第31頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月E-R圖表示兩個實體之間的三類聯(lián)系實體型A實體型A實體型A聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名實體型B實體型B實體型B11mnn1兩個實體之間的三類聯(lián)系E-R模型的圖形表示

第32頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月E-R模型設(shè)計步驟（1）設(shè)計各個局部E-R圖根據(jù)需求分析的結(jié)果（數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等）對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，分解成不同功能的局部模塊，對每個局部模塊設(shè)計視圖，即分E-R圖。分E-R圖中每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用。第33頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)概念模型設(shè)計不同局部視圖中同一對象具有不同的抽象、同一實體中所包含的屬性排列次序不完全相同、實體之間的聯(lián)系呈現(xiàn)不同的聯(lián)系類型。(2)設(shè)計全局E-R圖①屬性域沖突即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同，屬性取值單位沖突同名異義，異名同義（一義多名）。②命名沖突③結(jié)構(gòu)沖突第34頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)概念模型設(shè)計E-R圖的優(yōu)化原則：實體類型個數(shù)盡可能少；實體類型所含類型最少；實體間聯(lián)系無冗余。全局E-R圖的優(yōu)化第35頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)概念模型設(shè)計E-R圖的特點接近人的思維，易于理解E-R圖與計算機(jī)的實現(xiàn)無關(guān)E-R圖僅僅是概念模型，無法在計算機(jī)上直接實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計階段應(yīng)該將概念模型轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受的數(shù)據(jù)模型，如層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系模型。第36頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)概念模型設(shè)計二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(OOA＆D)

面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(OOA＆D)方法的發(fā)展在80年代末至90年代中出現(xiàn)了一個高潮，產(chǎn)生了統(tǒng)一的建模語言UML（UnifiedModelingLanguage）。UML適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述任何類型的系統(tǒng)，而且適用于系統(tǒng)開發(fā)的不同階段，從需求規(guī)格描述直至系統(tǒng)完成后的測試和維護(hù)。

第37頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月采用面向?qū)ο蟮乃枷?，對系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)用戶需求提取出系統(tǒng)應(yīng)具有的屬性和行為。將分析的結(jié)果用某種易于轉(zhuǎn)化為編碼或易于理解的形式表達(dá)出來。我們常見的有流程圖，ER圖，數(shù)據(jù)流圖等。分析和設(shè)計是兩個相互結(jié)合、漸進(jìn)的過程。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計：面向?qū)ο蟮姆治觯旱?8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念(1)對象對象就是現(xiàn)實世界中客體的模型化，與數(shù)據(jù)庫中記錄、元組等概念相似。如：行政區(qū)域的多邊形對象，表示一條河流的弧段對象對象的兩個特點狀態(tài)性特征：是通過域來描述的，可稱為私有存儲單元。封裝性特征：對象的封裝性特征表現(xiàn)為它的私有存儲單元只能由它自己的功能進(jìn)行處理。二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型第39頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)消息

消息是對象之間相互請求或相互協(xié)作的唯一途徑。一個對象必須通過向其它對象發(fā)送消息的形式使得其它對象提供各自能實現(xiàn)的功能。消息的特性：消息是對象之間唯一的通信形式；消息是外界能夠引用對象操作及獲取對象狀態(tài)的唯一方式。消息的這些特性保證了對象的實現(xiàn)只能依賴于它本身的狀態(tài)和所能接受的消息，而不依賴于其它對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)和狀態(tài)。第40頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月消息類型公有消息如果一些消息屬于同一個對象，其中有些消息可由其它對象向它發(fā)送的，叫做公有消息。私有消息如果一些消息是由它自己向自身發(fā)送的，就叫做私有消息。第41頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月多邊形對象組成對象的組成示意第42頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)類類是對一組對象的抽象描述，它將該組對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)。實例是某類的一個具體抽象；類是多個實例的抽象的總和；類和實例之間是抽象和具體的關(guān)系；類的確定方法是歸納，這就要求在觀察問題是，注意提煉所遇到對象的共同特征，以確定其類的表達(dá)。實例：是某類的一個具體抽象。類和實例之間的關(guān)系第43頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）繼承是現(xiàn)實世界中對象之間的一種獨特關(guān)系，它使得某對象可以自然的擁有另外一類對象的某些特征和功能。對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu)

直接繼承曲線對象類

多邊形對象類繼承曲面對象類的特性，還有曲線對象類的特性

2、繼承及類之間的層次關(guān)系繼承包括單繼承和多繼承兩種，如下圖第44頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）類的層次結(jié)構(gòu)是引入類的繼承關(guān)系而產(chǎn)生的，包括超類：被繼承的類稱為超類。子類：繼承其他類的對象稱為子類。對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu)

直接繼承曲線對象類

多邊形對象類繼承曲面對象類的特性，還有曲線對象類的特性

第45頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

面向?qū)ο蟮墓δ苤剌d和多態(tài)

3．功能重載和多態(tài)性：實現(xiàn)消息傳遞。功能重載：功能重載實際上意味著實現(xiàn)特定功能的方法不僅以名稱來區(qū)分，而且用它所帶的參數(shù)來區(qū)別。多態(tài)性：是同一個消息可以根據(jù)對象的不同，采用多種不同的行為方式。第46頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月4、概括和聚集概括：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。例如，多邊形對象類和弧段對象類共同具有的一些空間特征，它們可作為空間對象類的子類，而空間對象類則是它們的超類。概括形成了子類和超類之間的is-a的語義聯(lián)系。第47頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月聚集：反映了嵌套對象的概念，嵌套對象是由一些其它對象組成的，它是用來描述較高層次對象的一種形式。例如，上述的地理信息系統(tǒng)圖形顯示子系統(tǒng)中，一個圖層對象類是由多邊形對象類、弧段對象類、點對象類等對象類的聚集體。這里的圖層對象就是嵌套對象，多邊形對象類與圖層對象之間形成is-part-of的語義聯(lián)系。第48頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月運用上述面向?qū)ο蟮母拍詈头椒ǎ涂梢越⑵鸬乩硇畔⑾到y(tǒng)中空間數(shù)據(jù)庫的對象數(shù)據(jù)模型。OpenGIS協(xié)會推薦了一種空間對象數(shù)據(jù)模型，其中的簡單幾何特征集如圖所示。5、空間數(shù)據(jù)庫對象模型簡單幾何特征集關(guān)系

第49頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第三、四節(jié)

邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計(1)初始模式的形成把E-R圖表示的實體聯(lián)系類型，轉(zhuǎn)換成選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的記錄類型，如層次、網(wǎng)狀、關(guān)系模型、面向?qū)ο蟮取?2)子模式設(shè)計子模式是應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口，允許有效訪問數(shù)據(jù)庫而不破壞數(shù)據(jù)庫的安全性。(3)模式評價根據(jù)定量分析和性能測試對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)作出評價(4)優(yōu)化模式利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的功能，對模式進(jìn)行優(yōu)化，但不改變數(shù)據(jù)庫的信息。一、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的步驟和內(nèi)容第50頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第三、四節(jié)

邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計二、E-R模型向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換E-R圖可以向不同的數(shù)據(jù)庫模型轉(zhuǎn)換，這里的以關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為例。(1)實體轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。(2)實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進(jìn)行轉(zhuǎn)換①1:1聯(lián)系轉(zhuǎn)換每個實體可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。每個實體的關(guān)鍵字是該關(guān)系的后選關(guān)鍵字。②1:N聯(lián)系轉(zhuǎn)換：可以分兩種情況

A:轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字;B:與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并,關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字。第51頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進(jìn)行轉(zhuǎn)換①1:1聯(lián)系轉(zhuǎn)換每個實體可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。每個實體的關(guān)鍵字是該關(guān)系的后選關(guān)鍵字。②1:N聯(lián)系轉(zhuǎn)換：可以分兩種情況

A:轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字;B:與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并,關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字。第52頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月③M:N聯(lián)系轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為獨立關(guān)系模式，關(guān)系的關(guān)鍵字是與該聯(lián)系相連的各實體的關(guān)鍵字的組合。第53頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計①將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，將將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式②規(guī)范化處理任務(wù)是消除異常，改善完整性、一致性和存儲效率。一般使關(guān)系達(dá)到3NF就可以滿足使用。規(guī)范化過程實際上就是單一化過程，即一個關(guān)系描述一個概念。如果關(guān)系中多于一個概念，就把它分離出來。③模式評價目的是檢查數(shù)據(jù)庫模式是否滿足用戶的要求，包括功能評價和性能評價。第54頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月④優(yōu)化模式合并：是對具有相同關(guān)鍵字的關(guān)系模式，如果對它們的處理主要是查詢操作，且常在一起使用，可將這類關(guān)系模式合并。分解：是指關(guān)系雖已達(dá)到規(guī)范化的要求，但如果某些關(guān)系的屬性過多，則會影響效率，可將它分割成為兩個或多個關(guān)系模式，按屬性組分解的稱為垂直分解，垂直分解需滿足得到的每一個關(guān)系都包含主關(guān)鍵字。⑤形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計說明書包括：模式及子模式的集合，可用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的語言描述，也可列表描述；應(yīng)用設(shè)計指南，設(shè)計訪問方式、查詢路徑、處理要求、約束條件等；物理設(shè)計指南，包括數(shù)據(jù)訪問量、傳輸量、存儲量、遞增量等。第55頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月四、空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計可分為5步，前三步為結(jié)構(gòu)設(shè)計，后兩步為約束和程序設(shè)計(1)存儲記錄的格式設(shè)計：對數(shù)據(jù)項類型特征作分析，對存儲記錄進(jìn)行格式化，決策如何進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮或代碼化。(2)存儲方法設(shè)計：是把存儲記錄在全數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)進(jìn)行物理存儲安排。①順序存儲：該存儲方式的平均查詢次數(shù)為關(guān)系記錄個數(shù)的1/2；②散列存儲：該存儲方式的查詢次數(shù)由散列算法所決定；③索引存儲：需要確定創(chuàng)建何種索引，及在哪些庫和屬性上建立索引；④聚簇存儲：是指將不同類型的記錄分配到相同的物理區(qū)域中去。第56頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)訪問方法設(shè)計：訪問方法設(shè)計為存儲在物理設(shè)備上的數(shù)據(jù)提供存儲結(jié)構(gòu)和查詢路徑，該設(shè)計與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很大關(guān)系。

(4)完整性和安全性考慮：根據(jù)邏輯設(shè)計說明書中提供的對數(shù)據(jù)庫的約束條件、具體選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的性能特征及硬件環(huán)境，設(shè)計建立數(shù)據(jù)庫完整性和安全性措施。(5)應(yīng)用設(shè)計：包括人機(jī)界面的設(shè)計、輸入／輸出格式的設(shè)計、代碼設(shè)計、處理加工設(shè)計等。(6)形成物理設(shè)計說明書：包括存儲記錄格式，存儲記錄位置分布及訪問方法、它能滿足的操作需求，并給出對硬件和軟件系統(tǒng)的約束。第57頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月4.6空間數(shù)據(jù)的索引58第58頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

1200013000W4314000

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W341500059第59頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月空間索引概念空間索引（SpatialIndex）就是指依據(jù)空間實體的位置和形狀或空間實體之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)文件，其中包含空間實體的概要信息，如實體的標(biāo)識符、外接矩形及指向空間實體的指針。GIS中引入空間索引的必要性作為一種輔助性的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，空間索引界于空間操作算法和空間實體之間，它通過篩選作用使大量與特定空間操作無關(guān)的空間實體被排除，從而提高空間數(shù)據(jù)查詢和提取的速度和效率。常見空間索引方法通常采用自上而下，逐級劃分空間的方式來建立索引：實體（對象）范圍索引格網(wǎng)索引四叉樹索引R樹和R+樹索引CELL樹索引60第60頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實體范圍索引A查詢窗口BCEFD61第61頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在記錄每個空間實體的坐標(biāo)時，記錄包圍每個空間實體的外接矩形的最大最小坐標(biāo)。在檢索空間實體時，根據(jù)空間實體的最大最小范圍，預(yù)先排除那些沒有落入檢索窗口內(nèi)的空間實體，僅對那些外接矩形落在檢索窗口的空間實體作進(jìn)一步的判斷，最后檢索出那些真正落入窗口內(nèi)的空間實體。這種方法沒有建立真正的空間索引文件，而是在存儲空間實體的數(shù)據(jù)文件中增加了外接矩形的最大和最小坐標(biāo)，它主要依靠空間計算來進(jìn)行判別。ARCVIEW就是采用實體范圍索引的。62第62頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月IDXmaxXminYmaxYmin1…………2…………3………………………4XmaxXminYminYmax空間實體集合123456檢索窗口YNXWXEYSXmax≥XEORXmin≤XWORYmax≥YNORYmin≤YS空間對象不被檢索XW≤Xmax，Xmin≤XEANDYS≤Ymax，Ymin≤YN空間對象被檢索YNXWXEYS236實例：63第63頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二、格網(wǎng)索引ARCSDE采用的多級格網(wǎng)索引64第64頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

2123293153556163202228305254606217192527495157591618242648505658571315373945474612143638444613911333541430281032344042GAFDCBPeano碼實體7B14F15F25A26F32D33D35D,G37F38D39F48F50F54C55C60C實體Peano碼A25-25B7-7C54-55C60-60D32-33D35-35D38-38F14-15F26-26F37-37F39-39F48-48F50-50G35-35實體索引表空間索引表基于Peano碼的格網(wǎng)索引65第65頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月基于Peano碼的空間索引將覆蓋整個研究區(qū)的范圍按照一定的規(guī)則劃分成大小相等的格網(wǎng)，然后記錄每個格網(wǎng)內(nèi)所包含的空間實體，為了便于建立空間索引的線性表，將每個格網(wǎng)按Morton碼或稱Peano碼進(jìn)行編碼，建立Peano碼與空間實體的關(guān)系，該關(guān)系表就成為格網(wǎng)索引文件。按格網(wǎng)法對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行索引時，所劃分的格網(wǎng)數(shù)不能太多，否則，索引表本身太大而不利于數(shù)據(jù)的索引和檢索。66第66頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月三、四叉樹空間索引

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CPeano碼邊長實體0014815421121EDAFCB，G線性四叉樹索引67第67頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月層1邊長4層2邊長2層3邊長10E15GB

4F1A128C40D層次四叉樹索引

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C68第68頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月一、空間元數(shù)據(jù)的概念

空間元數(shù)據(jù)（SpatialMetadata)

——是對空間數(shù)據(jù)集的規(guī)范化描述，它是按照一定內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，從空間數(shù)據(jù)集中抽取出相應(yīng)的特征，組成的一個特征元素集合。

——是為了適應(yīng)空間數(shù)據(jù)集的共享活動從空間數(shù)據(jù)集派生出來的說明性的規(guī)范化的文檔。

——是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)。它的存在與否直接依賴于空間數(shù)據(jù)集的產(chǎn)生與消失。4.7空間元數(shù)據(jù)及其技術(shù)平臺69第69頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月空間元數(shù)據(jù)的作用空間數(shù)據(jù)集使用者空間數(shù)據(jù)集獲取空間數(shù)據(jù)集特征元素空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容規(guī)范空間元數(shù)據(jù)規(guī)范信息空間元數(shù)據(jù)獲取途徑空間元數(shù)據(jù)甄別結(jié)果Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸生產(chǎn)者特征信息使用70第70頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(FGDC)：元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)；歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)：元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)草案；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織地理信息系統(tǒng)/地球信息技術(shù)委員會（ISO/TC211）：地理空間數(shù)據(jù)集描述過程；中國“九五”國家科技攻關(guān)97-759項目：NREDIS空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)草案；GB/T19710-2005《地理信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》71第71頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月NREDIS空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)引用部分引用信息時間范圍信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系聯(lián)系信息標(biāo)準(zhǔn)部分標(biāo)識信息數(shù)據(jù)質(zhì)量信息空間數(shù)據(jù)組織信息空間參照系信息實體和屬性信息發(fā)行信息元數(shù)據(jù)參考信息72第72頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月空間元數(shù)據(jù)實例

摘要

描述信息

目的數(shù)據(jù)集內(nèi)容的時間信息時間參照信息

進(jìn)展?fàn)顟B(tài)標(biāo)識信息維護(hù)和更新頻率

西邊界坐標(biāo)

東邊界坐標(biāo)空間元數(shù)據(jù)空間范圍坐標(biāo)邊界

北邊界坐標(biāo)

南邊界坐標(biāo)

主題關(guān)鍵詞詞典關(guān)鍵詞主題關(guān)鍵詞信息

主題關(guān)鍵詞訪問限制使用限制元數(shù)據(jù)日期元數(shù)據(jù)參考信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)名稱