第3章_空间数据模型

<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
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）
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；
Line
Lineid (Integer) Seq-no (Integer) Pointid (Integer)
Polygon
Polygonid (Integer) Seq-no (Integer) Pointid (Integer)
3.1 概念数据模型

1.E-R模型 ER模型不能表达空间建模中的特定语义。 （1）ER模型的最初设计隐含了基于对象模型 的假设。场模型无法用ER模型进行自然的映 射。 （2）传统的ER模型中，实体之间的联系由所 要开发的应用来导出，而在空间建模中，空间 对象之间总会有内在的联系。如何将这些联系 引入ER图，又不使图变得复杂是一个问题。 （3）建模空间对象所使用的实体类型和空间 数据的比例尺有关。在一个概念模型中，如何 表达同一个对象的多种表现形式是一个问题。
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。
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，另一列为该多值属性。
UML例子
Supplies_Water_To # Volume
* Supplies_water_to
River # Name # Length +GetName()
Facility # Name +GetName()
*
Belongs_to 1.. *
Forest
1 # Name
# Geometry +GetName()
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)
（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。

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）


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。
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。
州立公园的例子：M:N联系映射为新表

Supplies_Water-To是Facility实体和River实体之间的 一个M:N联系，河流和设施的名字组成主码，Volume 为新表的一个属性。
Supplies_Water-To FacName (varchar) RivName (varchar) Volume (Real)

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
空间数据库技术
李瑞改
第3章 空间数据模型
数据模型的分类

根据模型应用的不同目的分为:

概念模型（信息模型） 逻辑模型和物理模型（数据模型）

信息抽象过程
如E-R模型 如关系模型、层次 模型、网状模型、 面向对象模型
现实世界
信息世界
机器世界
现实世界 认识抽象
概念（数据）模型 转换
（逻辑）数据模型
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 。
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)

wk.baidu.com


Part_of（网络） Part_of（分区） 联系的象形图
扩展E-R图
3.1 概念数据模型
4.用UML构建面向对象数据模型
面向对象语言促进了OODBMS的发展； UML是用于面向对象软件设计的概念建 模标准之一； 包括： 类 属性 关系 方法

类、属性和关系

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
/ 〗 基本形状的语法 点
线
面
基本形状的象形图

（4）复合形状 为了处理那些不能用某个基本形状表示的对象， 定义了一组聚合的形状，并用基数来量化这些 复合形状。
<基数>
0.1 1 〗 n ● 0，n
1,n 0,n
n 基数的语法
使用了基数的多重形 状的象形图
（5）导出形状 如果一个对象的形状是由其他对象的形状导出 的，那么就用斜体形式来表示这个象形图。
3.1 E-R模型设计

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
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