第3章_空间数据模型

二元联系
基数（ Cardinality ）
一对一联系（1: 1） 管理者与森林 多对一联系（M:1） 设施与森林 多对多联系（M:N ） 河流与设施

实体及其属性
Name Name Length Facility River LineID LineID Discharge Length
Quality


类：应用中所有具有相同性质的对象的抽象和封装。 属性：描述类和对象的特征。 + 公有的属性：属性可以被任何类访问和操作； - 私有的属性：只有属性所在的类才能访问这个 属性； # 受保护属性：从父类派生的类可以访问该属性。 关系 聚合（aggregation）: 描述部分－整体关系 泛化（generalization）:描述一般-特殊关系 关联（association）: 描述不同类对象的对等关系。 方法 函数，类定义的一部分，用来修改类的行为或状 态。
州立公园的例子：多值属性
Forest-Stand有一个多值属性Polygonid。创建一个有 两列的新关系：一列为拥有该多值属性的实体的码， 另一列为该多值属性
Forest-Standard-Geom StandId (Integer) Polygonid (Integer)
E-R图



７个实体 属性 ８个联系

<导出形状>
<基本形状> ●
/
〗
基本形状的语法
导出形状的象形图
（6）备选形状
备选形状可以用于表示某种条件下的同一个对象。 例如，根据比例尺，一条河流可以表示成一个多边形或 一条线。 <备选形状> <基本形状> <导出形状> <基本形状> <基本形状> 备选形状的语法
备选形状的象形图
（7）任意形状
对于形状的组合，我们用通配符（*）表示，它表示各 种形状。 例如，一个灌溉网是由泵站（点）、水渠（线）以及水 库（多边形）所组成的。

（8）用户自定义形状 除了点、线和多边形这些基本形状外，用户还可 以定义自己的形状。 例如，为了表达更多的信息，用户可能更愿意使 用感叹号之类的象形图来表示灌溉网。 联系象形图 联系象形图用来构建实体间联系的模型。 例如，part-of用于构建道路与路网之间联系的模 型，或是用于把森林划分成林分的建模。
3.1 概念数据模型
1.E-R模型
概念数据模型简称为概念模型，也称为信息模型，是用户 和数据库设计人员之间进行交流的语言和工具。 信息模型中比较著名的是实体联系模型，简称ER模型。由 P.P. Chen于1976年提出，通过ER图表示实体及其联系。 ER图有四个基本成分： （1）矩形框——表示实体型； （2）菱形框——表示联系型； （3）椭圆形框——表示实体型或联系型的属性； （4）直线——用来连接上述三种图框。
实体的联系
Name Volume M Supplies_water_to River LineID Length
Discharge
Name N Facility Length
Quality
LineID
3.1 概念数据模型

ER图：
逻辑设计：关系模型
1970年CODD提出，最流行的逻辑数据模型； 表称为一个关系（Relation），列称为属性 (Attribute)； 元组（或行）对应关系实例； 属性的取值范围称为域：整型、浮点型、字 符型、日期型。不支持自定义类型和几何类 型。
概念模型与逻辑模型的转化
规则： （1）实体关系表 （2）M:N联系关系表 （3）多值的几何属性关系表
州立公园例子的关系模式
州立公园例子的关系模式

在关系数据库模型中，ER图中实体的空间属性必 须用特殊的方式处理：空间属性被表示为新的关系：
空间表
Point
Pointid (Integer) Latitude (Real) Longitude (Real)

学校名
校址
校长
学号
姓名
年龄
性别
学校
１ 聘任 Ｎ 年薪 成绩 Ｍ 选修 Ｎ
学生
Ｏ 成绩 必修 Ｐ
教师
课程
教工号
姓名
专长
课程号
课程名
学分
（１）学校与教师联系的ER图
（2）学生与课程联系的ER图
州立公园（State-Park）的SDB例子

State-Park SDB由多个森林（forest）组成，这 些森林又是不 同树种的林分（forest-stand） 的集合； 州立公园中有道路（road），并有一 个管理员（manager）； 州立公园中还有负责 监控和扑灭火灾的消防站（firestation）； 以 及星罗棋布的诸如野营地和办公室之类的设施 （facility）； 最后一点，州立公园有河流 （river）穿过并为各种设施供水。
3.1 概念数据模型

2.空间E-R模型 （1）空间实体及其表达 描述的实体具有空间特性，具有空间属性，一般用点、 线、面或Grid-cell、Tin、Image像元表示。 三种实体类型： • 空间属性对应的一般实体； • 空间属性对应的需用多种空间尺度的实体； • 有空间属性对应的需表达多时段的实体。 （2）空间实体的关系及其表达 一般关系 拓扑关系（相邻、联结、包含） 空间操作（邻近、交叠、空间位置的一置性）

关系模型中的约束

逻辑一致性要求，维护某些约束： 码约束：每个关系必须有一个主码 （primary Key） 实体完整性：主码不能取空值 参照完整性：外码（foreign key）的 属性值要么是另一个关系的主码值， 要么为空值。
将ER模型映射到关系模型

通常有５个基本步骤：（由CASE工具生成的ER图可以转
信息的抽象过程实际上涉及到信息的三种不同世 界：现实世界、信息世界和机器世界。按照不同的应 用目的可以把数据模型划分为概念（数据）模型和 （逻辑）数据模型。
信息抽象过程

不同世界术语的对应关系
信息世界 机器世界
现实世界
认识抽象
概念模型 数据化
数据模型
个体 个体特征 总体
实体 属性 实体集 实体标识符
ER与UML的比较
ER 实体（Entity） 关系（Relationship） 属性（Attributes） 码属性 角色（Roles） 综合与特化 （Generalization& Specialization） UML 类（Class） 关联（Association） 属性（Attributes） 方法 角色（Roles） 综合与分类 （ Generalization& Classification）
记录 字段 文件 关键字
数据库设计的三个步骤


概念模型设计 （E-R） 逻辑模型设计：与概念数据模型在商用DBMS上的具体 设计实现（关系模型、层次模型、网状模型）有关。 关系模型设计：关系表，属性，关系模式，逻辑一 致性。关系查询语言SQL与 关系代数。 关系数据模型（关系代数）并不能满足空间数据的 建模要求 ；GIS与关系数据库之间还存在相当大的 语义鸿沟。 目前还没有广为接受的地理信息数学模型，地图代 数并不成熟。ArcGIS的Geodatabase提供了空间实 体及其关系的要素-对象-关系模型，但不支持SQL 查询操作。 物理模型设计：空间存储、索引 。
化成关系模式：ERwin; Oracle Designer; Rational Rose.）



将每个实体映射成一个独立的关系； 1：1的联系，将任一实体的码属性作为其他关系的 外码； M: 1的联系，“1”侧关系的主码作为“M”侧关系的 外码。 M: N的联系，每个M: N联系被映射成一个新的关系， 关系的名称就是联系的名称，关系的主码由参与实 体的主码对组成。 对于多值属性，创建一个有两列的新关系：一列为 拥有该多值属性的实体的码，另一列为该
3.用象形图扩展ER模型 实体象形图



（1）象形图 象形图是一种将对象插在方框内的微缩图表示，这 些微缩图用来扩展ER图，并插到实体矩形框中的适 当位置。 （2）形状 形状是象形图中的基本图形元素，它代表着空间数 据模型中的元素。 一个模型元素可以是基本形状、复合形状、导出形 状或备选形状。 <基本 ● / ● 〗 （3）基本形状 形状>
州立公园例子的ER图
州立公园中森林林分的关系模式
Forest-Stand Stand-id Species Forest-name (Integer) (varchar) (varchar)
M: 1的联系，“1”侧关系的主码作为“M”侧关系的外码
Forest-Stand-Geom Stand-id Polygonid (Integer) (Integer)
州立公园（State-Park）的SDB例子


森林（Forest） 道路 （ Road ） 管理员（Manager） 消防站（Fire-Station） 设施（Facility）（野营地，办公室） 河流（River）
3.1 概念数据模型
1.E-R模型


实体和属性 现实世界被划分为 一个个实体（Entity），或 对象；例如州立公园中的：河流、森林、设施 实体由属性（Attributes）来描述其性质，唯一 标识实体的属性或属性集称为码（Key）。属性 包括名称和类型：类别、比例、数值（场）。 属性的单值和多值：例如森林的空间多值属性 （包括多个多边形） 联系 实体间关系通过联系来关联表达；
空间数据库技术
李瑞改
第3章 空间数据模型