空間數(shù)據(jù)庫(kù)完整版本

《空間數(shù)據(jù)庫(kù)原理》

復(fù)習(xí)課計(jì)算機(jī)學(xué)院靳華中2013.12.2內(nèi)容提綱：一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述二、空間數(shù)據(jù)模型三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)四、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)五、空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫(kù)能做什么？傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)例如：在植物數(shù)據(jù)庫(kù)中

查詢(xún)“八仙花”空間數(shù)據(jù)庫(kù)例如：1、列出bulding1附近2kｍ范圍內(nèi)的所有超市

2、武昌火車(chē)站—湖北工業(yè)大學(xué)的公交線路特點(diǎn)：空間分析4

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)連續(xù)性/相關(guān)性不連續(xù)相關(guān)性小連續(xù)較強(qiáng)空間相關(guān)性實(shí)體類(lèi)型/空間關(guān)系少簡(jiǎn)單固定多復(fù)雜且不固定記錄長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)化等長(zhǎng)非結(jié)構(gòu)化不等長(zhǎng)查詢(xún)與操作文字、數(shù)字文字、數(shù)字空間圖形一、

空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)定義指以特定的信息結(jié)構(gòu)（如國(guó)土、規(guī)劃、環(huán)境、交通等）和數(shù)據(jù)模型（如關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷龋┍磉_(dá)、存儲(chǔ)和管理從地理空間中獲取的某類(lèi)空間信息，以滿足不同用戶對(duì)空間信息需求的數(shù)據(jù)庫(kù)。地理空間數(shù)據(jù)：GIS中的地理空間數(shù)據(jù)是對(duì)地理實(shí)體的空間特征和屬性特征的數(shù)字描述?？臻g數(shù)據(jù)特征空間數(shù)據(jù)具有三大基本特征：空間、時(shí)間和專(zhuān)題屬性?？臻g特征空間特征是指空間地物的位置、形狀和大小等幾何特征，以及與相鄰地物的空間關(guān)系。時(shí)間特征空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時(shí)間或時(shí)間段內(nèi)采集得到或計(jì)算得到的空間數(shù)據(jù)特征（Cont.）專(zhuān)題特征

專(zhuān)題特征亦指空間現(xiàn)象或空間目標(biāo)的屬性特征，它是指除了時(shí)間和空間特征以外的空間現(xiàn)象的其他特征，如地形的坡度、波向、某地的年降雨量、土地酸堿度、土地覆蓋類(lèi)型、人口密度、交通流量、空氣污染程度等。此外，空間數(shù)據(jù)還具有多維、多尺度和海量等非空間數(shù)據(jù)所不具備的特征。二、空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型：就是對(duì)空間實(shí)體及其聯(lián)系進(jìn)行描述和表達(dá)的數(shù)學(xué)手段，使之能反映實(shí)體的某些結(jié)構(gòu)特性和行為功能。2.1柵格數(shù)據(jù)模型柵格數(shù)據(jù)模型是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。它通過(guò)記錄坐標(biāo)的方式盡可能精確地表示點(diǎn)、線、多邊形等地理實(shí)體。2.3拓?fù)淠Ｐ推淠康难芯勘３滞負(fù)鋵傩躁P(guān)系

在一個(gè)平面R2上，兩個(gè)對(duì)象A和B之間的二元拓?fù)潢P(guān)系要基于以下的相交情況：即A的內(nèi)部（A°）、邊界（

）和外部（A-）與B的內(nèi)部（B°）、邊界（

）和外部（B-）之間的交。2.4TIN數(shù)據(jù)模型2.5其他空間數(shù)據(jù)模型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型三維數(shù)據(jù)模型等等三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)就是把現(xiàn)實(shí)世界中一定范圍內(nèi)存在著的空間數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的具體結(jié)構(gòu)的過(guò)程。實(shí)質(zhì)：如何將地理實(shí)體以一定組織形式在數(shù)據(jù)庫(kù)中表達(dá)。即空間實(shí)體數(shù)據(jù)的模型化問(wèn)題?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)模型建立過(guò)程地理現(xiàn)象和過(guò)程概念模型邏輯模型存儲(chǔ)模型對(duì)地理現(xiàn)象和過(guò)程的抽象客觀世界概念模型邏輯模型存儲(chǔ)模型認(rèn)識(shí)、抽象選定數(shù)據(jù)模型確定數(shù)據(jù)組織方式（1）空間特征：點(diǎn)、線、面、體四種基本類(lèi)型；（2）實(shí)體在空間、時(shí)間、屬性三方面存在聯(lián)系：空間聯(lián)系：空間位置、分布、關(guān)系、運(yùn)動(dòng)等；時(shí)間聯(lián)系：客體隨時(shí)間變化，可構(gòu)成時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；屬性關(guān)系：屬性多級(jí)分類(lèi)中的從屬關(guān)系、聚類(lèi)關(guān)系、相關(guān)關(guān)系。1、概念模型ER圖為概念模型提供了圖形化的表示方法。

在ER圖中，實(shí)體用矩形表示；屬性表示為橢圓，并用直線與表示實(shí)體的矩形相連；聯(lián)系則表示為菱形。聯(lián)系的基數(shù)（cardinality）（包括1∶1、M∶1或M∶N）標(biāo)注在菱形的旁邊。碼的屬性加下劃線，而多值屬性用雙橢圓表示。森林例子的ER圖2、邏輯模型該階段的任務(wù)是將數(shù)據(jù)類(lèi)型、聯(lián)系和約束進(jìn)行建模，主要有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型三種形式。2.1層次模型2.2網(wǎng)狀模型2.3關(guān)系模型關(guān)系1：邊界關(guān)系

關(guān)系2：邊界－結(jié)點(diǎn)關(guān)系

關(guān)系３：結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系關(guān)系表3、存儲(chǔ)模型本步驟是物理設(shè)計(jì)的建模，它解決數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用在計(jì)算機(jī)中具體實(shí)現(xiàn)時(shí)方方面面細(xì)節(jié)。有關(guān)存儲(chǔ)、索引和內(nèi)存管理等問(wèn)題都在這一階段考慮和解決。4.空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)原則盡量減小存儲(chǔ)冗余可變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)訪問(wèn),高效查詢(xún)能維持空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜聯(lián)系支持多種決策的需要，適應(yīng)性強(qiáng)四、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)基于文件與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)混合管理方案全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)管理方案基于對(duì)象—關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)管理方案。1、現(xiàn)行空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理方案文件與

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理方案屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kù)要遜色得多?？臻g數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，GeoMap等全關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(xún)、對(duì)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(zhǎng)記錄）空間數(shù)據(jù)（變長(zhǎng)記錄）DBMS空間數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系表二進(jìn)制塊對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理方案對(duì)現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，增加空間數(shù)據(jù)類(lèi)型解決了空間數(shù)據(jù)變長(zhǎng)記錄的存儲(chǔ)問(wèn)題，由數(shù)據(jù)庫(kù)軟件商開(kāi)發(fā)，效率較高用戶不能根據(jù)GIS要求進(jìn)行空間對(duì)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(chǔ)，沒(méi)有解決數(shù)據(jù)的嵌套紀(jì)錄問(wèn)題

GIS軟件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS界面空間數(shù)據(jù)處理DBMS空間數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)充實(shí)體類(lèi)型（點(diǎn)、線、面、圓等）2、現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介ESRI(美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所公司,是世界最大的地理信息系統(tǒng)技術(shù)提供商)Personaldatabase(mdb)SDE(sdefororacle|mysql|sqlserver)(空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎)OraclespatialMysqlspatialPostgreSQL+PostGIS……3、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)（1）建庫(kù)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)軟件：Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)引擎：ArcSDEforOracleGIS開(kāi)發(fā)軟件：

ArcGIS、MapInfo（2）數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)方案

ArcSDE：空間數(shù)據(jù)引擎左圖是兩層結(jié)構(gòu)的示意圖，gsrvr進(jìn)程在客戶端，提供動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式。

一旦連接上了，客戶端將直接連接到DBMS，而不需要經(jīng)過(guò)中間的應(yīng)用服務(wù)處理。

（3）具體實(shí)施步驟3.1Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的安裝與連接3.2創(chuàng)建ArcSDEgeodatabases數(shù)據(jù)庫(kù)

1）在ArcCatalog中，雙擊“DatabaseConnections”，然后雙擊“AddSpatialDatabaseConnection”，所后彈出“SpatialDatabaseConnection”對(duì)話框。2）填寫(xiě)服務(wù)器、服務(wù)、端口號(hào)以及賬號(hào)信息，點(diǎn)擊“確定”按鈕以后創(chuàng)建了一個(gè)新的ArcSDEgeodatabases，如下圖所示。3.3裝載空間數(shù)據(jù)

可以分別將shapefile、coverage、CAD三種類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中,其中shapefile數(shù)據(jù)又分為定制值導(dǎo)入和直接導(dǎo)入兩種。3.4表的創(chuàng)建舉例：標(biāo)準(zhǔn)表的創(chuàng)建過(guò)程3.5創(chuàng)建空間圖層（1）創(chuàng)建存儲(chǔ)簡(jiǎn)單對(duì)象的表（2）創(chuàng)建存儲(chǔ)定制對(duì)象的表

（3）創(chuàng)建具有預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)的特征數(shù)據(jù)集（4）在特征數(shù)據(jù)集中創(chuàng)建一個(gè)特征數(shù)據(jù)集類(lèi)3.5建立空間數(shù)據(jù)索引舉例：創(chuàng)建屬性索引

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