5.3-GIS数据库设计
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5.3-GIS数据库设 计
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.1 GIS数据库设计概念 5.1.2 GIS数据库设计目标 5.1.3 GIS数据库设计原则 5.1.4 GIS数据库设计过程
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.1 GIS数据库设计概念 ➢ 数据的定义
• 是GIS的“血液”。 • 数据的存储模式、管理方式直接影响GIS系统执行效率
和系统安全等方面。 • GIS的空间数据库设计是GIS软件设计的核心内容。 ➢ 数据库设计是把现实世界中一定范围内存在的应用处理和 数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.3 GIS数据库设计原则 ➢ GIS数据库设计是系统设计的核心，是GIS系统实现的前提，
也是衡量GIS系统品质的一个重要因素。设计数据库时应遵 循以下原则：
➢ 数据库概念化设计主要任务 • 概念数据库模式设计和事务设计。 • 模式设计 ✓ 以需求分析阶段所提出的数据要求为基础，对用户需求描述的 现实世界通过对其中信息的分类、聚集和概括，建立抽象的高 级数据模型(如E-R模型)，形成概念数据库模式。 • 事务设计 ✓ 考察需求分析阶段提出的数据库操作任务，形成数据库事务的 高级说明。
➢ 关系的种类 • 拥有/属于关系、集/子集关系、父/子关系、实体的组成关系。 • 一对一、一对多、多对一、多对多等关系类型。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
➢ 基于空间E-R模型设计空间数据库步骤 • 确定一般实体和地理实体 ✓ 通过用户需求调查与分析，提取和抽象出空间数据库中所有的实 体，包括一般实体和空间实体。 • 确定实体属性 ✓ 对提取和抽象出来的实体通过定制其属性来进行界定，即确定各 个实体的属性。要求尽可能减少数据冗余，方便数据存取和操作 ，并能实现正确无歧义地表达实体。 • 确定实体间所有联系 ✓ 根据系统数据流图及实体的特征正确定义实体间的关系，这一步 骤是保证空间数据正确处理和操作的关键，因此，在定义过程中 要仔细求证，确保无误。
➢ E-R模型组成 • 实体、关系和属性。
➢ E-R模型设计目的 • 试图建立统一的数据模型，以概括层次、网状和关系三个传统数据 模型。 • 作为三种传统数据模型相互转换的中间数据模型。 • 以比较自然的方式描述现实世界。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计| ➢ 实体（Entity）
➢ 自底向上设计概念结构步骤：
• 抽象数据并设计局部视图 • 集成局部视图
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——方法和步骤|
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
➢ E-R模型设计定义： • 构建信息系统或数据库概念模型的一种有效工具或有效方法（也称 为E-R方法）。 • 由Peter Chen于1976年提出，强调实体间的关系，而非实体的属性 。 • 该方法用实体、属性、关系/联系来描述现实世界，并在此基础之上 转换为数据模型。
|1.概念模型设计——数据库概念化设计|
5.2.1 概念模型设计
➢ 数据库概念化设计是从抽象的角度来设计数据库，这种信息结构设计是 从用户的角度对现实世界的一种信息描述，它独立于任何DBMS软件和硬 件。概念设计的结果是对现实世界或地理实体的信息化概念模型，它由 构造实体的基本元素以及反映这些基本元素之间联系的信息所组成。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
• 绘制空间E-R图 ✓ 根据提取、抽象和概括出的系统实体、实体属性及实体关系绘制空 间E-R图。
• 空间E-R图优化 ✓ 因为空间E-R图涉及的实体、属性及关系复杂，在实际应用中，往 往需要根据数据的关联程度将它们划分成许多小的单元，分别绘制 E-R图。因此，最后需要根据划分的标准和原则对这些单元的E-R图 进行综合，并对其进行调整和优化，使其能够无缝地形成为一个整 体。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——方法和步骤|
➢ 设计概念结构的方法：
• 自顶向下 • wenku.baidu.com底向上 • 逐步扩张 • 混合策略
✓ 其中最常采用的策略是自底向上方法。即自底向上地进行需求 分析，然后再自底向上地设计概念结构。但无论采用哪种设计 方法，一般都以E-R模型为工具来描述概念结构。
• 组织有序、层次分明 • 最小冗余度原则 • 具有足够的数据吞吐量 • 数据独立性原则 • 标准化、规范化原则 • 可扩展原则 • 系统可靠性、安全性与完整性原则
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.4 GIS数据库设计过程 ➢ 以用户的需求为先，兼顾数据的特点，才会设计出成功的数
据库。 ➢ 设计过程
• 如果它仅是某类实体的特征，则它是一类属性。 • 如果数据类与已识别的实体间存在关系/联系，则该数据类（已是一
类实体的属性除外）可能是一类实体。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
➢ 关系/联系（Relationship） • 实体之间的联结称之为关系或联系。 • 实体和属性是数据库的存储对象。 • 关系是数据库所要进行的查询操作。 ✓ 因为现实世界中的客体是彼此联系的，因此信息世界中的实体间 也是有联系的。例如，职工和单位之间是存在联系的，职工在单 位中工作，属于该单位，而单位又必须有职工。
• 客观事物的抽象，可以被唯一地标识。 • 这些客观事物可以是任何一类的人、物或概念，是信息系统管理、操
作的对象。 ➢ 属性（Attributes）
• 实体的特征。 • 一个实体总是通过其属性来描述的，对实体的管理和分析的操作是通
过对属性的操作来实现的。 ➢ 识别实体与属性的原则：
• 如果数据类相对独立，并可唯一标识，且具有自己的属性，则该数据 类可能是一类实体。
• 需求分析 • 概念设计 • 逻辑设计 • 物理设计 • 数据库实施
第1节 GIS数据库设计概述
➢ 空间数据库需求分析包括三个步骤：
• 用户需求调查 • 分析空间数据现状 • 系统分析
第2节 GIS数据库设计
5.2.1 概念模型设计 5.2.2 逻辑模型设计 5.2.3 物理模型设计
第2节 GIS数据库设计
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.1 GIS数据库设计概念 5.1.2 GIS数据库设计目标 5.1.3 GIS数据库设计原则 5.1.4 GIS数据库设计过程
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.1 GIS数据库设计概念 ➢ 数据的定义
• 是GIS的“血液”。 • 数据的存储模式、管理方式直接影响GIS系统执行效率
和系统安全等方面。 • GIS的空间数据库设计是GIS软件设计的核心内容。 ➢ 数据库设计是把现实世界中一定范围内存在的应用处理和 数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.3 GIS数据库设计原则 ➢ GIS数据库设计是系统设计的核心，是GIS系统实现的前提，
也是衡量GIS系统品质的一个重要因素。设计数据库时应遵 循以下原则：
➢ 数据库概念化设计主要任务 • 概念数据库模式设计和事务设计。 • 模式设计 ✓ 以需求分析阶段所提出的数据要求为基础，对用户需求描述的 现实世界通过对其中信息的分类、聚集和概括，建立抽象的高 级数据模型(如E-R模型)，形成概念数据库模式。 • 事务设计 ✓ 考察需求分析阶段提出的数据库操作任务，形成数据库事务的 高级说明。
➢ 关系的种类 • 拥有/属于关系、集/子集关系、父/子关系、实体的组成关系。 • 一对一、一对多、多对一、多对多等关系类型。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
➢ 基于空间E-R模型设计空间数据库步骤 • 确定一般实体和地理实体 ✓ 通过用户需求调查与分析，提取和抽象出空间数据库中所有的实 体，包括一般实体和空间实体。 • 确定实体属性 ✓ 对提取和抽象出来的实体通过定制其属性来进行界定，即确定各 个实体的属性。要求尽可能减少数据冗余，方便数据存取和操作 ，并能实现正确无歧义地表达实体。 • 确定实体间所有联系 ✓ 根据系统数据流图及实体的特征正确定义实体间的关系，这一步 骤是保证空间数据正确处理和操作的关键，因此，在定义过程中 要仔细求证，确保无误。
➢ E-R模型组成 • 实体、关系和属性。
➢ E-R模型设计目的 • 试图建立统一的数据模型，以概括层次、网状和关系三个传统数据 模型。 • 作为三种传统数据模型相互转换的中间数据模型。 • 以比较自然的方式描述现实世界。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计| ➢ 实体（Entity）
➢ 自底向上设计概念结构步骤：
• 抽象数据并设计局部视图 • 集成局部视图
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——方法和步骤|
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
➢ E-R模型设计定义： • 构建信息系统或数据库概念模型的一种有效工具或有效方法（也称 为E-R方法）。 • 由Peter Chen于1976年提出，强调实体间的关系，而非实体的属性 。 • 该方法用实体、属性、关系/联系来描述现实世界，并在此基础之上 转换为数据模型。
|1.概念模型设计——数据库概念化设计|
5.2.1 概念模型设计
➢ 数据库概念化设计是从抽象的角度来设计数据库，这种信息结构设计是 从用户的角度对现实世界的一种信息描述，它独立于任何DBMS软件和硬 件。概念设计的结果是对现实世界或地理实体的信息化概念模型，它由 构造实体的基本元素以及反映这些基本元素之间联系的信息所组成。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
• 绘制空间E-R图 ✓ 根据提取、抽象和概括出的系统实体、实体属性及实体关系绘制空 间E-R图。
• 空间E-R图优化 ✓ 因为空间E-R图涉及的实体、属性及关系复杂，在实际应用中，往 往需要根据数据的关联程度将它们划分成许多小的单元，分别绘制 E-R图。因此，最后需要根据划分的标准和原则对这些单元的E-R图 进行综合，并对其进行调整和优化，使其能够无缝地形成为一个整 体。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——方法和步骤|
➢ 设计概念结构的方法：
• 自顶向下 • wenku.baidu.com底向上 • 逐步扩张 • 混合策略
✓ 其中最常采用的策略是自底向上方法。即自底向上地进行需求 分析，然后再自底向上地设计概念结构。但无论采用哪种设计 方法，一般都以E-R模型为工具来描述概念结构。
• 组织有序、层次分明 • 最小冗余度原则 • 具有足够的数据吞吐量 • 数据独立性原则 • 标准化、规范化原则 • 可扩展原则 • 系统可靠性、安全性与完整性原则
第1节 GIS数据库设计概述
5.1.4 GIS数据库设计过程 ➢ 以用户的需求为先，兼顾数据的特点，才会设计出成功的数
据库。 ➢ 设计过程
• 如果它仅是某类实体的特征，则它是一类属性。 • 如果数据类与已识别的实体间存在关系/联系，则该数据类（已是一
类实体的属性除外）可能是一类实体。
第2节 GIS数据库设计
|1.概念模型设计——E-R模型设计|
➢ 关系/联系（Relationship） • 实体之间的联结称之为关系或联系。 • 实体和属性是数据库的存储对象。 • 关系是数据库所要进行的查询操作。 ✓ 因为现实世界中的客体是彼此联系的，因此信息世界中的实体间 也是有联系的。例如，职工和单位之间是存在联系的，职工在单 位中工作，属于该单位，而单位又必须有职工。
• 客观事物的抽象，可以被唯一地标识。 • 这些客观事物可以是任何一类的人、物或概念，是信息系统管理、操
作的对象。 ➢ 属性（Attributes）
• 实体的特征。 • 一个实体总是通过其属性来描述的，对实体的管理和分析的操作是通
过对属性的操作来实现的。 ➢ 识别实体与属性的原则：
• 如果数据类相对独立，并可唯一标识，且具有自己的属性，则该数据 类可能是一类实体。
• 需求分析 • 概念设计 • 逻辑设计 • 物理设计 • 数据库实施
第1节 GIS数据库设计概述
➢ 空间数据库需求分析包括三个步骤：
• 用户需求调查 • 分析空间数据现状 • 系统分析
第2节 GIS数据库设计
5.2.1 概念模型设计 5.2.2 逻辑模型设计 5.2.3 物理模型设计
第2节 GIS数据库设计