(完整版)地理信息系统概论_第三章

第一节 数据库概述
数据间的逻辑联系 A
B
数据间的逻辑联系主 要是指记录与记录之间的 联系。
A
B
1、一对一的联系(1：1)
A
B
2、一对多的联系(1：N)
3、多对多的联系(M：N)
A
B
A A
B B
第二节 传统数据库系统 的数据模型
数据模型
数据模型是数据库系统中关于数据和联系的逻 辑组织的形式表示。
关系数据库模型
优点：
– 能够以简单、灵活的方式表达现实世界中各种实体及其 相互间关系，使用与维护也很方便 。关系模型通过规范 化的关系为用户提供一种简单的用户逻辑结构。所谓规 范化，实质上就是使概念单一化，一个关系只描述一个 概念，如果多于一个概念，就要将其分开来。
– 关系模型具有严密的数学基础和操作代数基础——如关 系代数、关系演算等，可将关系分开，或将两个关系合 并，使数据的操纵具有高度的灵活性；
用户B1 用户B1
外部模型A
外部模式
外部/概念映射A
外部模型B
外部模式
外部/概念映射B
概念模式 概念模型 概念/内部映射
数据库 管理系统
物理数据库
内模式
第一节 数据库概述
数据库的系统结构
数据库管理系统
数据库管理系统是 处理数据库存取和各种管理 控制的软件，应用程序对数 据 库 的 操 作 全 部 通 过 DBMS 进 行。
点可与其它多个结点建立联系。
实
例
北京
学生甲
学生乙
学生丙
学生丁
西安
上海
广州
课程 1
课程 2
课程 3
课程 4
第二节 传统数据库系统 的数据模型
网状数据库模型
优点：
–能明确而方便地表示数据间的复杂关系 –数据冗余小
缺陷：
–网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。 它要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自身所处 的位置。
– 描述对象语义的能力较弱。现实世界中包含的数据种类 和数量繁多，许多对象本身具有复杂的结构和涵义，为 了用规范化的关系描述这些对象，则需对对象进行不自 然的分解，从而在存贮模式、查询途径及其操作等方面 均显得语义不甚合理。
– 不直接支持层次结构，因此不直接支持对于概括、分类 和聚合的模拟，即不适合于管理复杂对象的要求，它不 允许嵌套元组和嵌套关系存在。
第三节 GIS中空间数据库 的组织方式
标准DBMS存储空间数据的局限性
▪ 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。
▪ 传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间 通常只有简单、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(如拓扑关系)。
故障恢复
数据库管理系统
数 据 库 定 义
数
数
数
据 库操作系据 管统接口处据 库理
的各种语理言接口 维
装 入远程操做接口处护理
数 据 库 通 讯
DBMS组成 数据描述语言（DDL） 数据操作语言（DML） 终端命令解译
语言处理程序 运行控制程序
系统控制 数据存取 数据更新 并发控制 数据完整性
建立与维护程序
面文件j
Shape文件
第三节 GIS中空间数据库 的组织方式
文件关系数据库混合管理方案
用户可以不使用特征码而自己设定标识码
X
X
第二节 传统数据库系统 的数据模型
关系数据库模型
地图
wk.baidu.com
M
Ⅰ
Ⅱ
2
b
3 e5 M
a
Ⅰc
Ⅱ
f
1
d4
g
6
多边形
Ⅰa b c d Ⅱc e f g
Ⅰ
a
1
2
线
Ⅰ
b
2
3
Ⅰ
c
3
4
Ⅰ
d
4
1
Ⅱ
e
3
5
Ⅱ
f
5
6
Ⅱ
g
6
4
1 x1 y1 2 x2 y2 3 x3 y3 4 x4 y4 5 x5 y5 6 x6 y6
第二节 传统数据库系统 的数据模型
b 3e
M
2
5
a
Ⅰc Ⅱ f
1
d4
g
6
M
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。
Ⅰ
Ⅱ
a
b
c
d
c
e
f
g
1 22 33 44 1 3 43 55 66 4
第二节 传统数据库系统 的数据模型
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
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。
数据库管理系统
数 据 库 定 义
数 据 库 的 装提 其 定 之供 支 义 中各 撑 信 。数 据 管 理种 软 息 它模 件 也 勾式 ， 存 画的 并 贮 出数据库维护语把于数言各系据及种统库数据库通讯
入的框架。
数据库管理系统
数 据 库 定 义
数 据 库 的 装
数 据 管 理应用 ab))键接数盘受据数 据 库 维 护输另装入一入；个数数据库通讯系据库统
–网状数据操作命令具有过程式性质。 –不直接支持对于层次结构的表达。
第二节 传统数据库系统 的数据模型
关系数据库模型
关系模型是根据数学概念建立的，它把数据的逻 辑结构归结为满足一定条件的二维表形式。实体本身 的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，这种表 就称为关系，而关系表的集合就构成为关系模型。关 系模型不是人为地设置指针，而是由数据本身自然地 建立它们之间的联系，并且用关系代数和关系运算来 操纵数据，这就是关系模型的本质。
高级语言
图形处理
图形 文件库
ODBC协议
DBMS
属性 数据库
第三节 GIS中空间数据库 的组织方式
文件关系数据库混合管理方案
不同的层以及同一层中不同图形要素类型（点、 线、面）,将产生不同的Shape文件，同时对每一个要 素自动产生一个特征码（FeatureID）。
图层i 图层j
点文件i 线文件i 面文件i 点文件j 线文件j
2、概念级：数据库的逻辑表示，包括 每个数据的逻辑定义以及数据间的逻辑联系。 它是由概念模式定义的，这一级也被称为概 念模型。
3、用户级：用户所使用的数据库，是 一个或几个特定用户所使用的数据集合(外 部模型)，是概念模型的逻辑子集。它由外
部模式定义。
第一节 数据库概述
数据库的系统结构
用户A1 用户A1
第一节 数据库概述
数据库的主要特征
数据库方法与文件管理方法相比，具有更强的 数据管理能力。数据库具有以下主要特征
1、数据集中控制特征 2、数据冗余度小的特征 3、数据独立性特征 4、复杂的数据模型 5、数据保护特征
第一节 数据库概述
数据库的系统结构
1、物理级：数据库最内的一层。它是物 理设备上实际存储的数据集合(物理数据库)。 它是由物理模式(也称内部模式)描述的。
第二节 传统数据库系统 的数据模型
关系数据库模型
缺点（续）：
– 模型的可扩充性较差。关系模型只支持元组的集合这一 种数据结构，并要求元组的属性值为不可再分的简单数 据(如整数、实数和字符串等)，它不支持抽象数据类型， 因而不具备管理多种类型数据对象的能力。
– 模拟和操纵复杂对象的能力较弱。关系模型表示复杂关 系时比其它数据模型困难，因为它无法用递归和嵌套的 方式来描述复杂关系的层次和网状结构，只能借助于关 系的规范化分解来实现。过多的不自然分解必然导致模 拟和操纵的困难和复杂化。
▪ 传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的数据；而地 理空间数据通常由于不同空间目标的坐标串长度不定，具 有变长记录，并且数据项也可能很大，很复杂。
▪ 传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数 据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如相邻、连通、 包含、叠加等。
第三节 GIS中空间数据库 的组织方式
第三章 空间数据库
学习目标
了解数据库的基本概念 了解数据库的特点和结构 理解传统数据库模型
重点：数据库模型的分类和特点 难点：面向对象的数据库模型
第三章 空间数据库
第一节 数据库概述 第二节 传统数据库系统的数据模型 第三节 GIS中空间数据库的组织方式 第四节 面向对象空间数据库系统
GIS的数据管理方法
GIS应用 软件
GIS应用 软件
GIS应用 软件
GIS应用 软件
管理空间 数据的软件
管理属性 数据的DBMS
扩展DBMS 以容纳空间数据
商业数据库
用户设计 的数据库
空间及 属性数 据文件
空间数据库
属性数据库
空间及属性 数据库
空间及属性 数据库
第三节 GIS中空间数据库
的组织方式
层次命令具有过程式性质，它要求用户了解数据的物理 结构，并在数据操纵命令中显式地给出存取途径。
模拟多对多联系时导致物理存贮上的冗余。 数据独立性较差。
第二节 传统数据库系统 的数据模型
网状数据库模型
反映着世界中实体间更为复杂的联系，其基本 特征是，结点数据间没有明确的从属关系，一个结
第一节 数据库概述
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
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人 的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与 这些数据相关联的事物。地理信息系统中的数据 库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具 有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据 库。 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、管理和应用相关 联的数据集合。
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，其中应用最广泛的是关系模型。
第二节 传统数据库系统 的数据模型
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。
第三节 GIS中空间数据库 的组织方式
文件关系数据库混合管理方案
GIS用户界面
ID
几属 何性 数数 据据
数 据 文 件
数 据 库
图形用户界面 属性用户界面
数据库开发
早
期
图形处理
图形 文件库
DBMS
属性 数据库
数据库开发
高级语言 数据库开发语言
图形处理
DBMS
图形 文件库
属性 数据库
GIS用户界面
第二节 传统数据库系统 的数据模型
层次数据库模型
缺陷：
由于层次结构的严格限制，对任何对象的查询必须始于 其所在层次结构的根，使得低层次对象的处理效率较低， 并难以进行反向查询。数据的更新涉及许多指针，插入 和删除操作也比较复杂。母结点的删除意味着其下属所 有子结点均被删除，必须慎用删除操作。
(5) DBMS (3)
OS
应用程序的 外部模型
模式
数据库
存储模式
第一节 数据库概述
数据库中数据组织方式
数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据 项、记录、文件和数据库。
1、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。
2、记录：由若干相关联的数据项组成。 3、文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全 部具体值的集合。 4、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。
– 在关系数据模型中，数据间的关系具有对称性，因此， 关系之间的查询在正反两个方向上难度程度是一样的， 而在其它模型如层次模型中从根结点出发寻找叶子的过 程容易解决，相反的过程则很困难。
第二节 传统数据库系统 的数据模型
关系数据库模型
缺点：
– 实现效率不够高。由于概念模式和存贮模式的相互独立 性，按照给定的关系模式重新构造数据的操作相当费时。 另外，实现关系之间联系需要执行系统开销较大的联接 操作。
数据装入 性能监控 工作日志 重新组织 数据转储 系统恢复
SQL语言：
数据查询
Data Query
数据定义
Data Definition
数据操纵
Data Manipulation
数据控制
Data Control
应用程序对数据库的访问
(4)
(1) (8)
应用程序
工作区 (2)
(7)
系统缓冲区 (6)
入
的数据文件
数据库管理系统
数 据 库 定 义
数 据 库 的 装 入
数 据 管 理
运数数数数 据 库 维 护行据据据控存完公制 取 整 享、 性数据库通讯更 、新 有效性
数据库管理系统
数
数
数
数
据 库 定
重数新据据 库 的定重义新组织据 管 理
据 库 维
义 性能装监督与分析 护
数 据 库 通 讯
数据入库整理