空间数据库体系结构

4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
分布式数据库系统定义
分布式数据库系统：物理上分散而逻辑上集中 的数据库系统。 ■ 分布式数据库系统使用计算机网络将地理位置分
散而管理和控制又需要不同程度集中的多个逻辑 单位(通常是集中式数据库系统)连接起来，共同组 成一个统一的数据库系统。 ■ 分布式数据库系统可以看作是计算机网络与数据 库系统的有机结合。
用户
用户
用户
应用系统
数据库管理系统
操作系统
数据库管理员
数据库
4.3 空间数据库系统的体系结构
五、空间数据库系统的C/S体系结构
4.3 空间数据库系统的体系结构
五、空间数据库系统的C/S体系结构
1.主机-终端式网络
存在的主要问题：速度较慢、成本高，而且一般使用字符 终端， 无法调用图形。在这种网络上使用的软件一般专业 性较强，开发 难度大，一旦完成以后很难扩展。
4.2.3 数据语言
一、数据定义语言 2.子模式DDL
为用户子模式定义一种数据描述语言。 由模式DDL来表达，用来定义用户程序 的局部逻辑结构向整体逻辑结构的映像。
4.2.3 数据语言
一、数据定义语言 3.物理DDL
用来定义数据的物理存储方式的语言。具体解决的 问题体现在： 寻址问题：寻找某一逻辑记录的机器地址称寻址。 检索问题 数据关系的实现 为适应记录的增减，适当地安排基本数据区与溢出
（4）DBMS查看物理数据库描述，决定用哪台设备采用哪种方 式读取哪个物理记录；
（5）DBMS根据（4）的结果向操作系统发出执行读取记录的命 令；
（6）操作系统向记录所在的物理设备发出调页命令； （7）操作系统将该页送至系统缓冲区； （8）DBMS比较模式与子模式，导出应用程序所要读取的逻辑
4.2 数据库体系结构
4.2.1 数据库的三层抽象层次 4.2.2 两层映射与数据独立性 4.2.3 数据语言 4.2.4 数据的访问过程
4.2.1 数据库的三层抽象层次
外模式
模式 应用程序1 应用程序2 应用程序3 … 应用程序n 内模式
外模式1
外模式2
外模式3
数据库管理系统
区及存储器的分区分块等。
4.2.4 应用程序对数据库的访问
4.2.4 应用程序对数据库的访问
（1）应用程序A向DBMS发出调用数据库数据的命令，命令中给 出记录的类型与关键字的值；
（2）DBMS分析命令，取出应用A的子模式，从中找出有关数据 的数据描述；
（3）DBMS取出模式，决定为了读取记录需要那些数据类型以 及有关数据存放的信息；
记录； （9）DBMS将数据从系统缓冲区传送到程序Ａ的工作区； （10）DBMS在程序调用的出口提供调用结果的状态信息； （12）用户根据状态信息决定下一步操作。
4.3 空间数据库系统的体系结构
一个系统的体系结构也称为总体结构。它给出 该系统的总体架构，定义整个系统的各组成部 分及它们的功能，定义系统各组成部分之间的 相互关系。 一、基于文件系统的体系结构 二、基于文件系统与数据库的混合体系结构 三、基于数据库管理系统的体系结构 四、空间数据库系统的集中式体系结构 五、空间数据库系统的C/S体系结构
4.3 空间数据库系统的体系结构
四、空间数据库系统的集中式体系结构
集中式数据库系统是运行在一台计算机上，不与其他计算 机系统交互的数据库系统。
范围很广，既包括运行在个人计算机上的单用户数据库系 统，也包括运行在高端服务器系统上的高性能数据库系统。
4.3 空间数据库系统的体系结构
四、集中式数据库系统的体系结构
概念模式
外模式/概念模式映象
内模式/概念模式映象
内模式
数据库
4.2.2 两层映射与数据独立性
外模式/概念模式映象 保证了数据的逻辑独立性
内模式/概念模式映象 保证了数据的物理独立性
4.2.3 数据语言
DBMS在OS的控制下，以应用进程的方 式运行，用户与DBMS接口实现对数据 库的管理与维护功能的方法：
空间数据库技术
李瑞改
第四章 空间数据库系统的体系 结构
4.1 空间数据库系统组成
空间数据库 空间数据库硬件系统 操作系统 数据库管理系统 空间数据库管理系统 空间数据库管理员 用户
4.1.1 空间数据库
从应用性质上，空间数据库分为两类：
基础地理空间数据库
4D MD
4.1.6 空间数据库管理员
负责全面地管理和控制空间数据库系统。 主要职责是： 决定数据库中的信息内容和结构 决定数据库的存储结构和存取策略 定义空间数据的安全性要求和完整性 约束策略 监控数据库的使用和运行 数据库的改进和重组 数据访问授权 数据库的日常维护
空间数据库管理系统
也叫数据目录，是用于描述数据库中数 据的相关信息而形成的数据的集合。是 关于数据描述信息的一种特殊的数据库。
4.1.5 空间数据库管理系统
空间数据库系统的核心，是用户与DBMS之间 的一层数据管理软件。功能有： 空间数据的定义功能 空间数据的获取与处理 空间数据的运行管理 空间数据的操纵功能 数据处理和空间关系建立 空间数据的检索 数据输出与符号化 数据维护功能
4.3 空间数据库系统的体系结构
二、基于文件系统与数据库的混合体系结 构
早期的大多数桌面GIS系统均采用此种方式，例如，Arc/Info， Maplnfo等。这种系统结构对空间数据的处理效率较高，但它在数 据的一致性维护、并发控制以及海量空间数据的存储管理等方面能 力较弱。
4.3 空间数据库系统的体系结构
主流的GlS软件郡采用这种方式同时管理几 何和属性数据。如ARCGIS、GEOMEDlA，国 内的MAPGIS、GEOSTAR、SUPERMAP 等。 优点：利用成熟的关系型数据库技术来方 便地实现GIS数据的一致性维护、并发控制、 属性数据的索引等。 当然，数据库本身并不直接支持对空间对 象的操作和管理，而是通过空间数据引擎 来实现。
4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
分布式数据库系统的产生
分布式数据库系统产生于20世纪70年代末期，80年 代进入成长阶段(随着计算机网络技术的发展)，90年代进入 商品化应用阶段。现在的Oracle、DB2、Sybase以及曾经的 Ingres、Informix等，都提供对分布式数据库的支持。
4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
LDBA
全局用户
全局DBMS
局部用户 局部DBMS
GDD GDB
局部用户 局部DBMS
LDD LDB
网络
LDD LDB
分布式数据库系统的体系结构
LDBA
4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
场地1 场地2
场地m
网络
场地4
场地3
全局用户
DDBMS
LDBMS1 …… LDBMSn
4.3 空间数据库系统的体系结构
五、空间数据库系统的C/S体系结构
2.工作组网络
特点：组网容易，维护简单，使用方便。但由于缺少 集中控制，安全性和易用性不够，很难实现广域网扩 展。
4.3 空间数据库系统的体系结构
五、空间数据库系统的C/S体系结构
3.客户/服务器网络
客户/服务器网络是结合以上两种模式优点的一种网络结构模型。 服务器可以集中管理核心资源，同时客户机也具有充分的自主控制的能力。由于 客户机也具有足够的计算能力，因而可以灵活地配置软件部件，充分发挥客户机 和服务器的计算能力。 优点：可以大大减轻服务器的负担，降低对网络传输能力的要求，从而可以减少 网络建设和使用的成本。是当前最为流行、最为有效，也是目前增长最快的一种 网络。
DB1Байду номын сангаас
DBn
DDBS的物理结构
4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
分布式数据库系统的体系结构
相对于集中式数据库系统的体系结构而言，分布式 数据库系统在此基础上进行了扩充： ■ 数据库分为局部数据库(LDB)和全局数据库(GDB)
4D数据
4.1.2 空间数据库硬件系统
空间数据的输入输出设备 空间数据处理设备 存储及其他设备
4.1.3 操作系统
操作系统是计算机中运行权限最高的软件。功 能有：
硬件管理 进程管理 内存管理 文件管理 保护 外设管理 网络控制软件
4.1.4 数据字典
4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
分布式数据库系统的特点
基本特点： ■ 物理分布性 ■ 逻辑整体性
其它(导出)特点： ■ 数据分布透明性 ■ 存在适度的数据冗余
■ 节点自治性
■ 集中与自治相结合的控制机制
■ 事务管理的分布性
4.4 分布式空间数据库系统的体系结构
多客户/多服务器 (mc/ms)式数据库系统 的体系结构
专题数据库
4D数据
4D指的是DEM、DOM、DLG、DRG。 数字高程模型（Digital Elevation Model 简称DEM）是
在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（x,y）及其高程 （z）的数据集。Dem的水平间隔可随地貌类型不同而改 变。根据不同的高程精度，可分为不同等级产品。 数字正射影像图（Digital Orthophoto Map简称DOM） 是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片 / 遥 感相片（单色 / 彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶 嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。一般带有公里 格网、图廓内 / 外整饰和注记的平面图。 数字线划地图（Digital Line Graphic简称DLG）是现有 地形图上基础地理要素的矢量数据集，且保存要素间空 间关系和相关的属性信息。 数字栅格地图（Digital Raster Graphic简称DRG）是纸 质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处 理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上 与地形图保持一致的栅格文件。
方式：多个文件来存储和管理空间数据的小型的数据 库系统往往采用基于内存管理，把动态更新变化数据 从磁盘全部读到内 存，等数据完成更新后，再全部存 人磁盘文件。
适用性：适合数据量小的桌面数据库系统，如 Maplnfo。
特点：系统结构简单，系统的代码量少，许多工作由 操作系统完成，便于操作，适合小型数据库系统。
数据定义语言（DDL） 数据操作语言（DML）
4.2.3 数据语言
一、数据定义语言 1.模式DDL 2.子模式DDL 3.物理DDL
4.2.3 数据语言
一、数据定义语言 1.模式DDL：定义数据库的总体逻辑结构及外模式和模
式的映射。具体解决如下问题： 标识数据单位的类型，并给出一个唯一名称； 各级数据之间的组合关系 定义关键字； 说明不同记录类型之间的连接关系并能够命名； 定义数据项的数据类型，可能的取值范围、长度等 定义检查错误的方法 数据库的安全性、完整性定义及物理实现的要求 保密锁的定义
4.3 空间数据库系统的体系结构
一、基于文件系统的体系结构
2. 空间数据库引擎(spatial database Engine， SDE)
空间数据库引擎：基于特定的空间数据模型，在特定的数据存 储、管理系统的基础上，提供对空间数据的存储、检索等操作， 以提供在此基础上的二次开发。
主要内容： （1）一个对所支持的空间数据类型的存储、语法、语义预 描述的模式; （2）一个空间索引机制; （3）一套操作和函数，执行对感兴趣区和空间联合查询、 管理工具。
4.3 空间数据库系统的体系结构
一、基于文件系统的体系结构
空间数据量大，一般按内容分多个文件，每个 文件都可以用相同的或不同的逻辑文件形式组 织，借助文件系统完成数据存储以及输人和输 出处理。
4.3 空间数据库系统的体系结构
一、基于文件系统的体系结构
1.文件组织（定长记录和不定长记录）
三、基于数据库管理系统的体系结构
空间数据库扩展插件(spatial database extention cartridge，SDEC)是在通用数 据库管理系统之上，针对空间 数据所 做的一层扩展，使之能 够存储和管 理空间数据，并对 空间数据的查询 和分析提供支 持。其中主要包括空 间数据库 定义、空间索引等部分。