第4章：空间数据库1

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层次模型
优点：存取方便、容易理解等。 缺点：结构呆板、要保留大量的索引 文件、数据冗余。
2、网络模型
网络模型 用连接指令或指针来确 定数据间的显式连接关系，且具有多 对多类型的数据组织方法。
网络模型
2 b3e 5
M
a
Ⅰc
Ⅱf
1
d
g
4
6
域 : 一个值系列（如某一产业）。 记录 : 数据库表中的一行或多行（如 产业构成）。
关系模型
关键字段
关键字段是用来访问表中记录的 被特殊定义的字段。它可由单个 属性或一系列属性组成。关键字 段是独一无二的，并且是不能重 复使用的（如土地编号和土地代 号等）。
关系模型
关系数据库表的规则
1、表中的每一个属性必须有一个唯一的 名字。 2、行的顺序不是重要的影响因素。 3、任意两个记录(行)不能完全相同。 4、每一个属性应仅包含一个值。
学生和课程之间的关系 选课关系（学号，课程号，成绩）
关系模型的数据操纵与完整性约束
2. 关系模型的数据操纵与完整性约束
数据操纵主要包括查询、插入、删除和修改数据， 这些操作必须满足关系的完整性约束条件，即实 体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。
在非关系模型中，操作对象是单个记录，而关系 模型中的数据操作是集合操作，操作对象和操作 结果都是关系，即若干元组的集合；
计算机
信息
D（系别关系）
DEPT 所在系 计算机
信息 自动化
ADDR 地址 1号楼
1号楼 2号楼
3. 用 户 定 义 完 整 性 （ User-defined Integrity）
用户定义完整性是针对某一具体关系数据库的 约束条件。
它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的 语义要求。
例如，属性值根据实际需要，要具备一些约束 条件，如选课关系中成绩不能为负数；某些数 据的输入格式要有一些限制等。关系模型应该 提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统 一的、系统的方法处理它们，而不要由应用程 序承担这一功能。
第一节 数据库概述
一、数据库基定义 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。 定义：数据库是为了一定的目的，在计算机系统中 以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联 的数据集合。 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
标准DBMS存储空间数据的局限性
空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而 一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定
在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重 缺陷
一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、 叠加等基本操作
不能支持复杂的图形功能 单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，
空间数据库的布局和存储能力对地理信息 系统功能的实现和工作的效率影响极大。
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点： ⑴ 数据量特别大，地理信息系统是一个复杂的综
合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要 素的空间位置和空间关系等，其数据量往往很大； ⑵ 不仅有地理要素的属性数据（与一般数据库中 的数据性质相似），还有大量的空间数据，即描 述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数 据之间具有不可分割的联系； ⑶ 数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土 地利用和规划、资源开发、生态环境、市政管理、 道路建设等。
一般的DBMS也难以支持 难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要
的复杂的安全维护
5.2.2 矢量数据的管理
对于矢量数据，其位置数据和属性数据通 常是分开组织的。
对矢量数据的管理有文件/关系数据库混合 管理、全关系管理、对象关系数据库管理 等方式。
属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效；
关系模型
1. 关系模型的基本概念 关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成
的集合，每个二维表又可称为关系，所以关系模 型是“关系框架”的集合。 关系模型与层次模型、网状模型不同，它是建立 在严格的数学概念之上的。 图1.12给出了教学数据库的关系模型及其实例， 包含五个关系：教师关系T、学生关系S、课程关 系C、选课关系SC和授课关系TC，分别对应五张 表。 下面以图1.12为例，介绍关系模型中所涉及的一 些基概念。
4.多尺度与多态性 ，不同观察比例尺具有不同的 尺度和精度，同一地物在不同情况下也会有形态 差异。
5.分类编码特征 ，每个空间对象都有一个分类编 码，这种分类编码往往是按照国家标准，或者行 业标准、地区标准来应用的 。
6.海量数据特征 ，GIS中数据量非常庞大，远大 于一般的通用数据库，可称之为海量数据。
计算机 信息
计算机 自动化
信息
关系模型
S（学生表）
SNO 学号
SN 姓名
S1
赵亦
S2
钱尔
S3
孙珊
S4
李思
S5
周武
S6
吴丽
SEX 性别
女 男 女 男 男 女
AGE 年龄 17 18 20 21 19 20
DEPT 系别 计算机 信息 信息 自动化 计算机 自动化
关系模型

C（课程表）
CNO 课程号
关系模型
T（教师表）
TNO 教师号
TN 姓名
SEX 性别
AGE 年龄
PROF 职称
SAL 工资
T1
李力
男
47
教授
1500
T2
王平
女
28
讲师
800
T3
刘伟
男
30
讲师
900
T4
张雪
女
51
教授
1600
T5
张兰
女
39
副教授
1300
COMM 岗位津
贴 3000
1200
1200
3000
2000
DEPT 系别
5.2 空间数据管理
5.2.1 空间数据的基本特征 1.空间特征，每个空间对象都具有空间坐标。 2.非结构化特征 ，一条记录表达一个空间对象，
其数据项可能是变长的 ，另一方面，一个对象可 能包含另外的一个或多个对象 ，它不满足关系数 据模型的结构化要求 。 3.空间关系特征 ，拓扑数据结构虽然方便了空间 数据查询和空间分析，但给空间数据的一致性和 完整性维护增加了复杂度
二、数据库的主要特征 1）数据集中控制特征 2）数据冗余度小特征 3）数据独立性特征 4）复杂的数据模型 5）数据保护特征
二、数据库的系统结构 1）物理级 2）概念级 3）用户级
四、数据组织方式 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
优点：结构特别灵活，可以满足所有 用布尔运算和数学运算规则形成的询 问要求；能搜索、组合、比较不同类 型的数据。
缺点：许多操作都要求在文件中顺序 查找满足特定关系的数据，可能花费 很多时间。
数据模型
目前关系模型应用最多。面向目 标模型正在迅速发展之中。
关系模型
关系和域概念 关系 : 一个关系可看作一个表格。
第二节 传统数据库的数据模型
数据模型
数据模型 主要是指用来管理和存 贮数据的数据库模型。常用的数据模 型有：层次模型、网络模型、关系模 型、面向目标模型。
层次模型：由处于不同层次的各个结点组 成
1、层次模型
学生
学校 系
老师 课程
层次模型
2 b3e 5
a
Ⅰc
Ⅱf
1
d
g
4
6
地图M
M
Ⅰ
Ⅱ
ab cd c e fg
CN 课程名
CT 课时
C1
程序设计
60
C2
微机原理
80
C3
数字逻辑
60
C4
数据结构
80
C5
数据库
60
C6
编译原理
60
C7
操作系统
60
SC（选课表）
SNO 学号
S1
CNO 课程号
C1
SCORE 成绩
90
S1
C2
85
S2
C5
57
S2
C6
80
S2
C7
S2
C5
70
S3
C1
0
S3
C2
70
S3
C4
85
S4
应着学生的集合。
2. 参照完整性(Referential integrity)
如果关系R2的外码X与关系R1的主码相符,则 X的每个值或者等于R1中主码的某一个值，或 者取空值。
S（学生关系）
SNO 学号
SN 姓名
SEX 性别
S1
赵亦
女
S2
钱尔
男
…
ห้องสมุดไป่ตู้
S11
王威
男
AGE 年龄 17 18
19
DEPT 所在系
第4章空间数据库
学习内容
第一节 数据库概述 第二节 传统数据库的数据模型 第三节 空间数据组织方式 第四节 面向对象数据库系统
空间数据管理是空间信息技术的基础和核心 。
在数据获取过程中，空间数据库用于存贮和管理 空间信息及非空间信息；在数据处理系统中，它 既是资料的提供者，也可以是处理结果的归宿处； 在检索和输出过程中，它是形成绘图文件或各类 地理数据的数据源。
C1
93
S4
C2
85
S4
C3
83
S5
C2
89
TC
TNO 教师号
T1
CNO 课程号
C1
T1
C4
T2
C5
T3
C1
T3
C5
T4
C2
T4
C3
T5
C5
T5
C7
关系模型
在关系模型中，实体是用关系来表示的， 如：
学生（学号，姓名，性别，年龄，系别） 课程（课程号，课程名，课时）
实体间的关系也是用关系来表示的，如:
用户只要指出“干什么”，而不必详细说明“怎 么干”，从而大大地提高了数据的独立性，提高 了用户的生产率。
2.4.4 关系模型的完整性
1. 实体完整性(Entity Integrity) 实体完整性是指主码(主键）的值不能为空或部分为空。 关系模型中的一个元组对应一个实体，一个关系则对
应一个实体集。 例如，一条学生记录对应着一个学生，学生关系对
Ⅰ
Ⅱ
地图M
a b cd e f g
12 3 4 5 6
网络模型
优点：明确而方便的表示数据间的复 杂关系，数据冗余小。 缺点：指针数据增加数据量，指针的 建立和维护是非常大的任务。
3、关系模型
关系：实体本身的信息以及实体之间的联系表 现为二维表，这种表称为关系 关系模型 ：一个实体由若干个关系级成， 关系表的集合构成关系模型。
关系模型的缺点主要有：
由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系 模型，因此，为了提高性能，必须对用户的查询表示 进行优化，增加了开发数据库管理系统的负担。
第三节 空间数据库的组织方式
地理信息系统的数据库是某一区域内关于 一定地理要素特征的数据集合 。
换句话说，空间数据库是地理信息系统中 用于存储和管理空间数据的场所。
他为此获得了1981年的图灵奖。
此后许多人把研究方向转到关系方法上，陆续出现了 关系数据库系统。
关系模型
数据库领域当前的研究工作也都是以关系方法 为基础。
关系数据库已成为目前应用最广泛的数据 库系统，如现在广泛使用的小型数据库系 统Foxpro、Acess，大型数据库系统 Oracle、Informix、Sybase、SQL Server等都是关系数据库系统。
关系模型
1.5.3.3 关系模型
关系模型是发展较晚的一种模型，1970年美 国IBM公司的研究员E.F.Codd首次提出了数据库 系统的关系模型。
他发表了题为“大型共享数据银行数据的关系模型” （A Relation Model of Data for Large Shared Data Banks）,在文中解释了关系模型，定义了某些 关系代数运算，研究了数据的函数相关性，定义了关 系的第三范式，从而开创了数据库的关系方法和数据 规范化理论的研究，
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。
五、数据间的逻辑联系 （1）一对一联系 （2）一对多联系 （3）多对多联系
关系模型
2 b3e 5
a
Ⅰc
Ⅱf
1
d
g
4
6
地图M
Ⅰa 1 2
线Ⅰ b Ⅰc
2 3
3 4
Ⅰd 4 1
Ⅱe 3 5
Ⅱf 5 6
Ⅱc 3 4
Ⅱg 6 4
ⅠⅡ
地图M
Ⅰa b c d Ⅱc e f g
1 x1 y1 2 x2 y2 3 x3 y3 4 x4 y4 5 x5 y5 6 x6 y6
多边形
点
关系模型
关系模型
3、关系模型的优缺点
关系模型的优点主要有：
与非关系模型不同，它有较强的数学理论根据。
数据结构简单、清晰，用户易懂易用，不仅用关系描 述实体，而且用关系描述实体间的联系。
关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数 据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序员的工 作和数据库建立和开发的工作。