地理空间数据库(改).ppt

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1、地理信息系统 长安大学地测学院 第四章 GIS空间数据库与数 据库管理系统 概述 数据模型 空间数据库管理系统 4.1 概述 （ 1） 定义： 数据库就是为了一定的目的，在计算机 系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联 的数据集合。 （ 2） 计算机对数据的管理经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段 （ 3）数据库中数据组织方式 数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本 项、字段等。 记录：由若干相关联的数据项组成。 文件：文件是一给定类型的 (逻辑 )记录的全部具体值的 集合。 数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定 联系的数据的集合，也可

2、以看成是具有特定联系的多种 类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合， 这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。 4.1 概述 （ 4）数据间的逻辑联系 数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。 1、一对一的联系 (1： 1) 2、一对多的联系 (1： N) 3、多对多的联系 (M： N) A B A B A B A BA B 4.2 数据模型 数据模型是描述数据内容和数据之间联系的工具， 它是衡量数据库能力强弱的主要标志。 每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力 来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方 式。 数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模 型和关系模型，其中应

3、用最广泛的是关系模型。 （ 1）层次数据库模型 它的特点是将数据组 织成一对多关系的 结构。 层次结构采用关键字 来访问其中每一层 次的每一部分。 层次数据库结构特别 适用于文献目录、 土壤分类、部门机 构等分级数据的组 织。 1 2 3 4 5 6 a b c d e f g M M a b c d e f g 1 2 2 3 3 4 4 1 3 4 3 5 5 6 6 4 c 层次数据库模型 优点： 存取方便且速度快 结构清晰，容易理解 数据修改和数据库扩展容易实现 检索关键属性十分方便 缺点： 结构呆板，缺乏灵活性 同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边） 不适合于拓扑空间数据的组

4、织 （ 2）网络数据库模型 网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连 接关系，是具有多对多类型的数据组织方式 。 系名 化学系 教师数 学生数 研究生 系名 地质系 教师数 49 学生数 257 研究生 71 学校名称 长安大学 系名 测绘系 教师数 52 学生数 300 研究生 70 系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 学号 002312 姓名 张三 年级 3 籍贯 广东 系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 教师号 66 姓名 李林 年龄 30 职称 教授 系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 课程号 A01 课程名 GIS 周学时 4 学分

5、 5 系名 教师数 系名 学号 002312 课程号 A01 （ 2）网络数据库模型 优点： 能明确而方便地表示数据间的复杂关系 数据冗余小 缺点： 网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的 困难。 需要存储数据间联系的指针，使得数据量增 大 数据的修改不方便（指针必须修改） （ 3）关系数据库模型 M a c b e c f g d a 1 2 g b 2 5f 46 3 e 3 5 6 d 4 1 c 3 4 地图 多边形 线 1 x1 y1 2 x2 y2 3 x3 y3 4 x4 y4 5 x5 t5 6 x6 y6 关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便 于利用各种地理实

6、体与属性之间的关系进行存储和变换， 不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系 的一种非常有效的数据组织方法。 点 1 2 3 4 5 6 a b c d e f g M 关系数据库模型 优点： 结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运 算和数学运算规则形成的查询要求 能搜索、组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 缺点： 数据库大时，查找满足特定关系的数 据费时 对空间关系无法满足 4.3 空间数据库管理系统 2、空间数据与一般数据相比所具有的特点： 数据量大； 不仅拥有地理要素的属性数据，且拥有大量的空间数据， 且这两种数据具有不可分割的联系； 数据应用面广 1、空间数据的特征 空

7、间特征 非结构化特征 空间关系特征 分类编码特征 海量数据特征 3、传统数据库系统管理地理空间数据的局限性 1、传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符， 而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。 2、传统的数据库管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只 有简单的、固定的空间关系，而地理空间数据的实体类型繁多，实体 类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系。 3、传统数据库存储的数据通常为等长记录的数据，而地理空间数 据通常用于不同目标的坐标串长度的不定，具有变长记录，且数据想 可能很大、很复杂。 4、传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息，而空间数据库

8、中需要大量的空间数据操作和查询，如邻域、连同、包含和叠加等。 4、目前商用 GIS软件空间数据所采用的数据模型 文件关系数据库混合管理 全关系数据库管理 扩展关系数据库管理 面向对象数据库系统 文 件 关 系 数 据 库 混 合 管 理 方 案 属性数据建立在 RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一 致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。 空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。 GIS软件： Arc/Info， MGE， SICARD、 GENEMAP等。 几 何 数 据 属 性 数 据 ID 数 据 文

9、 件 数 据 库 早 期 图形用户界面 图形处理 DBMS 属性用户界面 图形 文件库 属性 数据库 GIS用户界面 图形处理 DBMS 图形 文件库 属性 数据库 高级语言 ODBC协议 GIS用户界面 图形处理 DBMS 图形 文件库 属性 数据库 高级语言 数据库开发语言 全 关 系 数 据 库 管 理 方 案 属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理 空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快 属间接存取，效率比 DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查 询、对象嵌套等复杂的空间操作 GIS软件： System9， Small World、 Geovision等 GIS界面

10、 属性数据 （定长记录） 空间数据 （变长记录） DBMS 空间 数据库 关系表 二进制块 扩 展 关 系 数 据 库 管 理 方 案 在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地 理结构查询语言 (GeoSQL)转化成标准的 SQL查询，借助索引数 据的辅助关系实施空间索引操作。 解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发， 效率较高 用户不能根据 GIS要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计 的拓扑结构进行存储 GIS软件： TIGER， Geo+、 Geo Tropics等 GIS界面 空间数据处理 RDBMS 空间 数据库 扩充实体类型 （点、线、面、圆等） 面向

11、对象数据库系统 面向对象（ object-oriented， oo）的概念起源于 程序设计语言 面向对象的编程语言 (简称 OOPL)，强调对象概念的统 ，引入对象、对 象类、方法、实例等概念和术语，采用动态联 编和单继承性机制。它以 OOPL为核心，集各 种软件开发工具为一体，建立 OO计算环境， 配有很强的图形功能和多窗口用户界面。 基本出发点就是以对象作为最基本的元素，尽可 能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析 和解决问题。 面向对象的几何抽象类型 GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型， 即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复 杂地物，因而这四种类型可

12、以作为 GIS中各种地物类型的超 类。 空间地物 点状地物 线状地物 面状地物 复杂地物 电 视 塔 桥 梁 车 站 道 路 水 管 电 力 线 建 筑 物 湖 公 园 矿 山 大 学 县 面向对象的属性数据模型 GIS中的地物可根据国家分类标准或实际情况 划分类型。如一个大学 GIS的对象可分为建 筑物、道路、绿化、管线等几大类，地物 类型的每一大类又可以进一步分类，如建 筑物可再分成教学楼、科研实验楼、行政 办公楼、教工住宅、学生宿舍、后勤服务 建筑、体育楼等子类，管线可再分为给水 管道、污水管道、电信管道、供热管道、 供气管道等，另一方面，几种具有相同属 性和操作的类型可综合成一个超类。

13、 面向对象数据库系统的实现方式 面向对象的数据模型从概念上将人们对 GIS的理解提高到了一 个新的高度。 一方面，它巧妙地容纳了 GIS中拓扑数据结 构的思想，能有效地表达空间数据的拓扑关系。另一方面， 面向对象数据模型在表达和处理属性数据时，又具有许多 独特的优越性。 目前，采用面向对象数据模型，建立面向对象数据库系统，主 要有三种实现方式： 扩充面向对象程序设计语言 (OOPL)，在 OOPL中增加 DBMS的特性 扩充 RDBMS，在 RDBMS中增加面向对象的特性 建立全新的支持面向对象数据模型的 OODBMS 思考与练习 简述 GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。 数据库中的分层数据模型与空间数据库分层组织有何不同？ 简述 GIS数据管理方法的发展过程和趋势，并请说明目前 GIS中没有采用标准的数据库管理系统来管理图形数据的主 要原因。