空间数据库第二章(3)空间数据库的设计原理和实例

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空间数据库设计步骤与内容

空间数据库是指在地理信息系统(GIS)中应用的一种数据库，它存储和管理与空间相关的数据和信息。为了设计一个高效的空间数据库，必须遵循以下步骤和内容：

1.需求分析：首先需要明确用户的需求，包括数据类型、数据量、数据更新频率等。

2.数据采集：采集空间数据，可以通过卫星图像、数字地图、GPS 数据等方式获取。

3.数据处理：对采集到的数据进行处理，包括数据格式转换、数据清洗、数据拓扑检查等。

4.空间数据模型设计：根据需求和采集的数据，设计空间数据模型，包括数据表结构、空间索引等。

5.数据库系统设计：选择适合的数据库系统，如Oracle、MySQL、PostgreSQL等，设计数据库系统结构。

6.数据导入：将处理好的空间数据导入到数据库中，建立空间数据表和索引。

7.数据库应用程序设计：根据需求和数据库系统，设计应用程序，如GIS应用程序、Web应用程序等。

8.数据管理：管理空间数据，包括数据备份、数据维护、数据更新等。

9.性能优化：调整数据库系统参数，优化数据库查询效率，提高系统性能。

以上是设计空间数据库的步骤和内容，需要充分考虑用户需求和数据特点，以提高空间数据管理和应用的效率和质量。

空间数据库设计

随着现代科技的不断进步，空间数据库设计已成为地理信息系统（GIS）和相关领域中一个至关重要的环节。空间数据库主要负责存储和管理地理空间数据，包括但不限于地形、地貌、建筑物、道路等地理信息。本文将探讨空间数据库设计的重要性及其在实现数据高效存储和管

理方面的关键作用。

一、空间数据库设计概述

空间数据库设计是针对空间数据的存储和管理进行规划和构建的过程。它需要对空间数据的特性和关系进行深入理解，并运用相关的数据库技术来实现数据的有效组织和存储。空间数据库设计需要考虑数据模型的建立、数据结构的优化、数据存储的方式以及数据访问的控制等问题。

二、空间数据库设计的重要性

1、提高数据存储效率

空间数据库设计通过对数据模型的优化和数据结构的调整，可以提高数据的存储效率。这不仅可以减少存储空间的需求，还可以降低数据的维护成本。

2、增强数据管理能力

通过合理的空间数据库设计，可以实现对空间数据的有效管理，包括数据的查询、更新、删除等操作。这有助于提高数据处理效率，并保证数据的一致性和完整性。

3、促进数据共享与应用

良好的空间数据库设计可以促进数据的共享与应用。通过数据模型和数据结构的规范化，可以实现不同系统之间的数据共享和交互，从而扩大数据的应用范围。

三、空间数据库设计的关键环节

1、数据模型的选择与优化

在空间数据库设计中，选择适合的数据模型是至关重要的。常见的空间数据模型有层次模型、网络模型、关系模型等，选择哪种模型取决于具体的应用需求和数据特点。还需要根据实际需求对数据模型进行优化，以提高数据处理效率。

空间数据库-new

关系模型
• 关系模型是一种结构化的数学模型 • 表示1：1、1：N、M：N的数据关系 • 它将数据间关系归结为满足一定条件的二
维表 • 数据间关系不是用指针表示，而是由公共
值表达，并且通过关系代数和关系运算来操作 • 结构简单、易理解、容易维护
4.空间数据库管理系统发展历史
• 从技术层次上可把它划分为四代，第一代数据库就是所谓的文件系统；第二代就是基于层次、网状模型的数据库；第三代数据库就是关系模型的数据库；第四代数据库就是面向对象的数据库
常用数据文件－－倒排文件
• 倒排文件是带有辅索引的文件，其中辅索引是按照一些辅关键字来组织索引的
• 倒排文件是一种多关键字的索引文件，其中的索引不能唯一标识记录，往往同一索引指向若干记录
• 索引往往带有一个指针表，指向所有该索引标识的记录，通过辅索引和主关键字才能查到记录的位置
常用数据文件－－直接文件
常用数据文件－－索引文件
• 索引文件除了存储记录本身（主文件）以外，还建立了若干索引表，这种带有索引表的文件叫索引文件
• 索引表中列出记录关键字和记录在文件中的位置（地址）。读取记录时，只要提供记录的关键字值，系统通过查找索引表获得记录的位置，然后取出该记录
• 索引表一般都是经过排序的，既可以是有顺序的，也可以是非顺序的，可以是单级索引，也可以是多级索引

空间数据库

一、空间数据空是存放空间数据的数据库、更确切地说空间数据是描述物体的位置数据、位置数据元素（点、线、面）之间拓扑关系及描述这些物体的属性数据

二、空间数据库的特点

1、空间数据库管理的实现世界中相关性大的连续数据，要求进行综合管理

2、空间数据库中描述数据实体类型多、关系复杂，是数据模型复杂

3、空间数据库储存的空间数据具有非结构化特征，不满足关系数据模型的范式要求

三、基于OR-DBMS.OODBMS的SDBMS

1、一个SDBMS是一个软件模块，它利用一个底层数据库管理系统（如：OR-DBMS.OODBMS）

2、 SDBMS支持多种空间数据模型，相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言

3、 SDBMS支持空间索引，高效的空间操作算法以及用于直接优化的特定领域规则

四、三层体系结构在OR-DBMS上搭建SDBMS的体系结构示意图（即三层体系结构）顶层为空间应用，如gis MMIS CAD，该应用层并不直接与OR-DBMS打交道，而需要经过一个中间层与OR-DBMS交互，而这个中间层称之为空间数据库SDB，中间层是封装大多数空间领域知识的地方并被“插入”到OR-DBMS中五、矢量数据交换格式（CNSDTF-VCT）：（1）文件头，一类是基本的必须信息不可缺省一类是扩充的附加信息可以缺省。（2）要素类型参数属性数据结构几何图形数据注记属性数据，要素类型编码，要素类型名称，几何类型，属性表名，缺省颜色，用户项。（3）点状要素数据格式，线状要素数据格式，面状要素数据格式。

六、Arciew的shapefile文件格式：（1）shapefile是arcview的原生数据格式，属于简单要素类，用点线多边形的形式存储要素的形状，却不能存储拓扑关系，具有简单、快速显示的优点。（2）在shapefile中的信息可分为两种：一种与数据有关如主文件的记录信息一种与数据的组织管理有关，如文件和记录的长度。（3）Shapefile由固定的3个文件：主文件.shp 二进制，索引文件.shx二进制，dbase表文件.dbf数据库文件

空间数据库—关系数据库理论基础

WHERE
２、说明：
查询条件
①选择列表—可包括几个列名或表达式，用逗号隔开，指示返回哪些数据。 ②表的列表—包括提供数据的表或视图的名称。 ③每一个SELECT子句必须有一个FROM 子句。
Select实现集合运算
使用union实现combinition
Select * from t1 Union Select * from t2

包括CREATE、ALTER和DROP等语句
数据操作语言—查询添加修改和删除数据库中数据

包括SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE等
数据控制语言—设置或者更改数据库权限

包括GRANT、DENY、REVOKE等语句
查询数据库（SELECT子句）
１、命令基本格式：
SELECT FROM 选择列表表的列表
Types of joins-2
Also knows as a look-up table
A way to save space when storing the
same info over and over
Lookup tables
Linking
Use the Arcview link feature
并(续)
R
A a1 a1 a2
B b1 b2 b2

第二部分第二章GeoDatabase与空间数据库的建立(1)

边坡剖面线 PK,FK1 OBJECTID shape 类型
PK
OBJECTID shape S_OID
FK1
FK1
一个边坡点对应剖面图具有一种或多种类型地层剖面
型型成水量度
含量含量数数角
数据库结构数据库中的各数据集根据其用途和专业性质逻辑上分为基础地理数据、基础专题数据、公路专题数据和边坡专题数据四大类。每类又包括若干个要素数据集，每个要素数据集又包含若干要素类。
存在
一条公路具有多个边坡点包括
边坡注记
边坡剖面线一个边坡点对应剖面图具有一条边坡剖面线或多条地层分界线
边坡剖面面一个边坡点对应剖面图具有一种或多种类型地层剖面
工程防护一个边坡点对应一种或多种工程防护
一条公路具有多个边坡点
边坡点
PK
OBJECTID shape 代码名称等级
• Coverage数据模型(也称:地理关系模型)源于1981年ESRI公司推出的第一个商业GIS 软件——ArcInfo。 • 此模型比CAD数据模型有了较大的改进。
Coverage数据模型的优势数据模型的优势
• ARC/INFO的Coverage数据模型，则通过以下两个方面的优势，确立了它在此后近二十年的时间里的空间数据模型标准的地位 • 空间数据与属性数据关联。空间数据放在建立了 DBMS 索引的二进制文件中，属性数据则放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的标识编码关连。 • 矢量数据间的拓扑关系得以保存。由此拓扑关系信息，我们可以得知多边形是哪些弧段（线）组成、弧段（线）由哪些点组成、两条弧段（线）是否相连以及一条弧段（线）的左或右多边形是谁？

空间数据库

)

空间数据库的优势

统一的数据格式标准查询功能和效率强大海量空间数据存储并发控制机制安全机制空间操作

空间数据管理是以给定的内部数据结构或空间图形实体的数据结构为基础，通过合理的组织管理，力求有效地实现系统的应用需求。假如说内部数据结构是寻求一种描述地理实体的有效的数据表示方法，那么空间数据管理就是根据应用要求建立实体的数据结构和实体之间的关系，并把它们合理的组织起来，以便于应用。显然，数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）应该是解决这一问题的主要途径。但是，由于地理信息系统具有空间信息的特性，而目前通用的DBMS系统（如 FoxPro,MS SQL Server,ORACLE等）并不支持空间信息的管理，所以，DBMS系统在GIS中并未得到全面的采用。
GIS界面空间数据处理 DBMS
扩充实体类型（点、线、面、圆等）
空间数据库

目前，地理信息系统的数据管理基本上是采用数据文件管理方式。设计者根据应用目的，采取它自己认为最方便、最有效的数据组织和存储管理方法，所以，每个系统各不相同。例如，同样采用矢量数据结构的 GIS系统，与之相关的实体属性的编码方法、字节安排、记录格式、数据文件的组织都不一定完全一样。数据组织往往与采用的算法相联系。有些系统把图形实体的几何特征数据和属性特征数据组织在同一记录中（如地理信息检索和分析系统GIRAS）；有的则完全分开（如 ARC/INFO的ARC和INFO系统）；有的在同一记录中存在部分属性数据（如Intergraph 公司的Microstation系统）。

空间数据库习题答案

随着科技的不断发展，空间数据库在地理信息系统（GIS）领域中起着至关重要的作用。它可以存储和管理各种地理数据，包括地图、卫星图像、地理坐标等。而在学习空间数据库的过程中，习题是提高理论与实践能力的重要途径。下面

将为大家提供一些空间数据库习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是空间数据库？

空间数据库是一种用于存储和管理地理信息数据的数据库系统。它可以存储各

种地理要素的空间位置和属性信息，并提供强大的查询和分析功能。空间数据

库的设计和实现需要考虑空间索引、空间查询、空间分析等方面的问题。

2. 空间数据库有哪些常见的数据模型？

常见的空间数据库数据模型包括层次模型、关系模型和对象模型。层次模型将

地理要素组织成层次结构，通过节点和边的关系来表示空间关系。关系模型使

用表格来存储地理要素的属性和空间关系，通过关系代数和SQL语句来查询和

分析地理数据。对象模型将地理要素作为对象来表示，通过面向对象的方法来

操作地理数据。

3. 什么是空间索引？

空间索引是一种用于提高空间查询效率的数据结构。它可以将地理要素的空间

位置信息进行组织和存储，以便快速地检索满足特定空间条件的地理要素。常

见的空间索引包括R树、四叉树、网格索引等。

4. 如何进行空间查询？

空间查询是指根据特定的空间条件来检索满足条件的地理要素。常见的空间查

询包括范围查询、邻近查询、交叉查询等。在进行空间查询时，可以利用空间

索引来提高查询效率。例如，对于范围查询，可以使用R树索引来快速找到满

足范围条件的地理要素。

空间数据管理：空间数据库

数据管理层
负责数据的逻辑存储，包括数据表、索引、视图等数据结构。
应用层
负责提供数据访问接口，包括查询语言、应用程序接口等。
空间数据库的存储方式
分布式存储
将数据分散存储在多个节点上，以提高数据存储的可靠性和可扩展性。
列式存储
按照列进行数据存储，有利于数据的压缩和快速查询。
图式存储
将数据以图的方式进行存储，适用于具有复杂关系的数据。
详细描述
栅格数据模型将地理空间划分为一系列规则的网格单元，每个单元具有相同的大小和空间分辨率。栅格数据模型适用于表示具有离散特征的空间实体，如土地利用类型、植被覆盖、人口密度等。
三维数据模型
总结词
三维数据模型通过三维坐标系统表示地理实体的空间位置和形态。
详细描述
三维数据模型使用三维坐标系统（X、 Y、Z）来表示地理实体的空间位置和形态。该模型能够更准确地描述地理实体的立体结构和形态，适用于地质、气象、城市规划等领域。
空间数据管理空间数据库
• 空间数据库概述 • 空间数据库的体系结构 • 空间数据库的数据模型 • 空间数据库的设计与开发 • 空间数据库的未来发展
01
空间数据库概述
定义与特点
定义
空间数据库是一种用于存储、管理和查询空间数据的数据库系统。它能够存储和处理地理空间数据，包括地理要素的位置、形状、大小、属性和关系等。

实验二、空间数据库管理及属性编辑实验报告

实验报告

一、实验名称

二、实验目的

三、实验准备

四、实验内容及步骤

五、实验后思考题

班级：资工(基)10901 姓名:魏文风

序号：28

实验二、空间数据库管理及属性编辑

一、实验目的

1.利用ArcCatalog管理地理空间数据库，理解Personal Geodatabse空间数据库模

型的有关概念。

2.掌握在ArcMap中编辑属性数据的基本操作.

3.掌握根据GPS数据文件生成矢量图层的方法和过程。

4.理解图层属性表间的连接（Join）或关联(Link）关系.

二、实验准备

预备知识:

ArcCatalog 用于组织和管理所有GIS 数据。它包含一组工具用于浏览和查找地理数据、记录和浏览元数据、快速显示数据集及为地理数据定义数据结构。

ArcCatalog 应用模块帮助你组织和管理你所有的GIS 信息,比如地图，数据集，模型, 元数据,服务等。它包括了下面的工具：

●浏览和查找地理信息。

●记录、查看和管理元数据。

●创建、编辑图层和数据库

●导入和导出geodatabase 结构和设计。

●在局域网和广域网上搜索和查找的GIS 数据。

●管理ArcGIS Server.

ArcGIS 具有表达要素、栅格等空间信息的高级地理数据模型，ArcGIS支持基于文件和DBMS（数据库管理系统)的两种数据模型。基于文件的数据模型包括Coverage、Shape 文件、Grids、影像、不规则三角网（TIN）等GIS数据集.

Geodatabase 数据模型实现矢量数据和栅格数据的一体化存储,有两种格式，一种是基于Access文件的格式－称为Personal Geodatabase，另一种是基于Oracle或SQL Server等RDBMS关系数据库管理系统的数据模型。

空间数据库ppt

A
MBRB
用MBR表示区域和线
B
¨ © ø ò £ 1£ Ç Ó MBR
¨ © ß £ 1£ Ï MBR
空间索引中，空间对象的常用表示方法
分：
对象MBR 目录MBR
充分非必要条件：两个空间对象相交 → 相应的 MBR也相交
B R5
A R1 R3
C R9
R2
R4 R6
R8
R7
R6
空间数据库中常用的搜索方式：这样，用MBR代替空间对象检查相交情况，就可以排除一批不相交的对象。先用高效率的近似方法进行粗选，再用精确方法进行精选.
E201102004 方园
概述空间数据模型空间索引
空间数据库管理系统应用实例
概述
概述
应用领域：地理信息系统（GIS；一些空间区域的资源、环境在计算机中的缩影）、电子地图、城市规划、分子结构图等等。（面向空间的应用）研究意义：空间数据是某些重要应用的基本形式。
定义：对常规数据库系统（如RDBMS）扩充，增加空间数据类型
空间数据库管理系统
空间数据模型和当前主流的关系数据模型具有较大的差异，因而需要研究如何在RDBMS基础上，有效扩充空间数据管理功能的问题。
空间数据模型
空间数据类型
SDT（空间数据类型）
ADT（原子SDT）
CDT（集合SDT）

空间数据库的设计与实现

第一章概述

空间数据库是一种集成了空间数据的数据库，它能够存储与处

理空间数据类型的信息。空间数据通常包括地理位置、空间几何

形状以及空间相关事件等。在现实应用中，空间数据库广泛应用

于地理信息系统（GIS）、市政管理、森林防火及灾害预警等领域。空间数据库的设计与实现具有一定的难度与挑战性，需要具备扎

实的计算机科学和地理空间知识以及扎实的算法与数据结构功底。

第二章空间数据库的设计

2.1 空间数据库的架构

空间数据库的架构分为两层：一为基础数据库层，主要负责存

储与查询非空间数据；二为空间数据库层，主要负责存储与查询

空间数据。空间数据库采用了基础数据库的物理结构和管理方式，同时引入一系列专有的算法与数据结构来管理空间数据的存储与

查询。

2.2 空间数据模型

空间数据模型是空间数据库中最核心的部分，它用于描述空间

数据的特征、属性以及关联关系等。由于空间数据本身是具有特

殊性质的复杂类型数据，因此需要专门的数据模型来描述。在实

际应用中，较为广泛使用的是二维欧几里得空间和二维网格空间模型。

2.3 空间数据索引

空间数据索引是空间数据库的关键所在，它为空间数据的快速检索提供了便利。空间数据索引主要包括基于网格的索引和基于R树的索引等。基于网格的索引通常被用于较小规模的空间数据的存储与查询，而基于R树的索引则被广泛应用于大规模环境下的空间数据管理与查询。

第三章空间数据库的实现

3.1 空间数据的建模

空间数据的建模是空间数据库实现中最关键的环节之一。在建模过程中需要采用一些具有创意性的方法，例如利用地图和空照图等渲染出地图，利用GPS等传感器采集数据建模，或者利用光学与遥感技术进行数据采集。

什么是空间数据库及其特点(二)2024

什么是空间数据库及其特点（二）引言概述:

空间数据库是一种专门用于存储和管理空间数据的数据库管理系统。它与传统的关系数据库不同之处在于，它具备了处理和查询空间数据的能力，能够支持各种地理信息系统应用需求。本文将进一步探讨空间数据库的特点，包括数据模型、查询语言、空间分析和可视化、数据管理和安全性等方面。

正文:

一、数据模型

1. 空间数据的存储方式：空间数据库使用特定的数据结构来存储空间数据，例如点、线、面等。

2. 空间索引技术：空间数据库使用空间索引技术以提高查询效率，常见的有四叉树、R树等索引结构。

3. 属性数据的关联：空间数据库能够将属性数据与空间数据进行关联，实现综合查询和分析功能。

4. 多维空间数据模型：空间数据库支持多维空间数据模型，能够处理多属性和时间等复杂的数据结构。

二、查询语言

1. SQL扩展：空间数据库扩展了标准的SQL查询语言，增加了对空间数据的查询和分析的功能。

2. 空间查询操作：空间数据库支持空间查询操作，例如查询某个区域内的点、计算两个空间对象的相交等。

3. 空间分析函数：空间数据库提供了丰富的空间分析函数，用于计算距离、面积、缓冲区等空间分析操作。

三、空间分析和可视化

1. 空间分析功能：空间数据库可以进行空间分析操作，如路径规划、空间关系分析等。

2. 可视化功能：空间数据库具备可视化功能，可以将地理数据以图形的方式展示出来，便于用户直观理解和分析。

四、数据管理

1. 数据导入和导出：空间数据库支持各种格式的数据导入和导出，方便用户进行数据交换和共享。

2. 数据更新和编辑：空间数据库提供了数据更新和编辑的功能，用户可以对空间数据进行插入、删除和修改操作。

第四章_地理信息系统GIS空间数据库

空间数据库设计－－空间数据的模型化
（一）设计过程和步骤
需求分析现实世界
概念设计
数据库的概念模型
概念世界
逻辑设计
数据库的逻辑模型
物理设计
数据库的存储模型
计算机世界
数据库
（二）空间数据库设计的原则和技术方法
设计原则
• 较少的冗余量 • 稳定和灵活的数据结构 • 高效的访问和查询 • 能反映空间数据间的复杂性 • 较强的应用适应性
概括：概括是把一组具有相同持征和操作的对象归纳在一个更一般的超类中。
聚集：聚集反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其他对象组成的，它是用来描述更高层次对象的一种形式。即把几个不同性质类的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。
（五）空间数据库对象模型
运用面向对象的概念和方法就可以建立起GIS中空间数据库的对象数据模型。如OpenGIS协会推荐的空间对象数据模型：
（一）关系数据模型的基本概念
关系：是一个二维表，表的每行对应一个元组，每列对应一个域。
由于域可以相同，为了加以区分，为每列起一个名字，称为属性。
关键字：关系中的某一属性组，若它的值唯一地标识了一个元组，
则称该属性组为候选关键字。若一个关系中有多个候选关键字，则选定一个为主关键字，该关键字的属性称为主属性，其余的为非主属性。
库管理模块对空间数据文件进行处理，属性数据使用属性数据库进行管理。代表：ArcInfo、ArcView的 shape 文件和 MapInfo 的 .TAB 文件等管理模式

《空间数据库》范围及重点

1.第一章：绪论

1)空间数据库基本概念、组成部分、名称简写之间的联系与区别与联系；

答；利用当代的系统方法，在地理学、地图学原理的指导下，对地理空间进行科学的认识与抽象，将地理数据库化为计算机处理时所需的形式与结构，形成综合性的信息系统技术——空间数据库

或者SDBMS是海量SD的存储场所、提供SD处理与更新、交换与共享，实现空间分析与决策的综合系统。

组成：存储系统、管理系统、应用系统

是SDBS的简称

2)目前空间数据库实现方案；

答：ORDBMS

3)GIS，RS与空间数据库之间的联系；

4)常见的空间数据库产品

答：轻量级：MS的Access、FoxPro、SUN的MySQL

中等：MS的SQL Server系列

重量级：Oracle的Oracle

不太熟悉的有：Sybase、Informix、DB2 、Ingress、PostgreSQL（PG）等

5)产生空间数据库的原因；

答：直接利用？SD特征：空间特性非结构化特征空间关系特征多尺度与多态性海量数据特性

存在的问题：复杂图形功能：空间对象复杂的空间关系数据变长记录

6）空间数据库与普通关系数据库的主要区别。

答：关系数据库管理属性数据，空间数据采用文件库或图库形式；增加大二进制数据类型(BLOB)，解决变长数据存储问题；将空间数据/属性数据全部存放在数据库中；但空间特性由程序处理

2.第二章：空间数据库模型

1)如何理解空间数据库模型；

2)空间数据及空间关系；

… (1) 空间数据类型

几何图形数据

影像数据

属性数据

地形数据

元数据：对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据，

空间数据库 第二章(3)空间数据库的设计原理和实例

空间数据库设计步骤与内容

空间数据库设计

空间数据库-new

空间数据库

空间数据库—关系数据库理论基础

第二部分第二章GeoDatabase与空间数据库的建立(1)

空间数据库

空间数据库习题答案

空间数据管理：空间数据库

实验二、空间数据库管理及属性编辑实验报告

空间数据库ppt

空间数据库的设计与实现

什么是空间数据库及其特点(二)2024

第四章_地理信息系统GIS空间数据库

《空间数据库》范围及重点

空间数据库第二章(3)空间数据库的设计原理和实例