土地信息的数据模型

模型原理
▪ 用树状结构来表示实体之间联系的模型称为层次模型。
▪ 它是以结点来表示数据库中的记录类型的有向树。
▪ 层次模型揭示的是实体（记录）之间的一对多（1:n）的联系。
▪ 通常把表示1的实体放在上方，称为“父结点”；而将表示n的实体 放在下方，称为“子结点”，最上层只能有一个结点，称为根结点 。为符合1:n的联系，除根结点外，其它的结点都有且仅有一个“父 结点”，但是每个父结点可以对于多个子结点。最下层的末端结点 也称为叶结点。
关系模型（续）
基本概念
▪ （4）关系完整性 关系的完整性即指关系的正确性、相容性和有效性。 关系模型的完整性有三类：实体完整性、参照完整性和用户定义 的完整性。其中，实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足 的完整性约束条件。
关系模型（续）
基本概念（续）
▪ （5）数据依赖 数据限制统称为数据依赖，而函数依赖则是其中最重要也是最基 本的一种数据依赖。
数据库的主要特征
提供稳定的空间数据结构 在数据元素间维持复杂的联系，以反映空间数据的复杂性 能够减少空间数据存储的冗余量 满足用户对空间数据及时访问的需求，并能高效地提供用户
所需的空间数据查询结果 应用程序对数据资源的共享 数据独立性 支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适应性 统一管理，能够用一个软件统一管理这些数据
数据库的系统结构
数据库的系统结构
概念模式是数据库的总框架，是对数据库中关于目标存储的 逻辑结构和特性、基本操作和目标与目标以及目标与操作的 关系和依赖的描述，以及对数据的安全性、完整性等方面的 定义。
外模式亦称子模式，是数据库用户的数据视图。它属于概念 模式的一部分，描述用户数据的结构、类型、长度等
关系模型（续）
基本概念
▪ （1）关 系 关系是一个二维表，表的每行对应一个元组（记录），表的每列 对应一个属性（字段）。
▪ （2）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。该关键字的诸属性称为主属性，其余的属性叫 作非主属性。
▪ 数据模型 数据模型是联系直接反映客观世界信息的概念模型和计算机识别 数据的存储模型的纽带。
土地信息的数据模型
建模过程
▪ 数据建模经历一个由现实世界到概念世界，再到计算机信息世界的 转化过程。而数据模型建立是这个过程的核心和基础。
对地理现象
和过程的抽象
地理现象 和过程
概念模型
逻辑模型
存储模型
层次模型
内模式亦称存储模式，是对数据库在物理存储器上具体实现 的描述。它规定数据在存储介质上的物理组织方式、记录寻 址技术，定义物理存储块的大小、溢出处理方法等。
空间数据库的数据模型
数据模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基 本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据 库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示 ，以抽象的形式描述和反映一个部门和系统的业务活动和信 息流程。
模型特点
▪ 优点是容易理解，单码查找速度快，易于更新和扩充；但是多码查 找比较困难，一般需要较大的索引文件，所以产生数据冗余。
▪ 在土地信息系统中，采用层次模型将难以顾及空间实体的公共点、 线数据共享和实体元素间的拓扑关系，导致数据冗余度增加，也给 拓扑查询带来困难。
网状模型
网状模型就是用网络结构来表示实体之间联系的模型。 如果取消层次模型中的两个限制，即允许有多于一个以上的
▪ （6）函数依赖 函数依赖是由数学派生的术语，它表征一个属性或属性集合的值 对另一个属性或属性集合的值的依赖性。需要强调的是，函数依 赖是关系所表述信息本身具有的语义特性，而不能由属性构成关 系的方式来决定，也不能由关系的当前内容所决定。
▪ （7）范 式 关系满足某种规范化的形式称为范式。由于关系的属性之间存在 着多种多样的函数依赖特性，当用关系模式表达时，一些不良的 语义特性就可能造成数据存贮的冗余及由此造成的数据操作的异 常。关系模型必须遵循的一些规范化形式，简称范式：1NF、2NF 、3NF和BCNF属于函数依赖范畴，4NF和5NF属多值依赖范畴。
土地信息的数据模型
基本概念
▪ 概念模型 概念模型是领域内的地理现象和地理过程等客体特征、逻辑关系 和模拟过程等内容的描述模型。
▪ 逻辑模型 逻辑模型是在概念模型基础上把概念模型结构转换为数据库系统 所能够识别的数据模型。
▪ 存贮模型 存贮模型则是逻辑模型框架约束下将概念模型所反映专题信息实 现计算机物理介质存贮的数据组织形式。
▪ （3）关系模式 关系的描述称为关系模式。它包括关系名、属性名、属性域的映 射及属性间的依赖关系等。这里指的关系模式仅由前三部分组成 ，通常记为R(A1，A2，…，An)，R为关系名，A1，A2，…，An为 属性名。属性域的映射经常直接说明为属性的类型、长度。一个 关系模式确定了这个关系的二维表的框架。
层次模型
层次模型——构建
MAP
2
b
3
e
5
a
Ⅰ
c
Ⅱ
f
g
6
1
d
4
地图map
地图map的层次模型表达
层次模型
层次模型——特点
▪ 有且仅有一个结点无父结点，即根结点 ▪ 除根结点之外，所有结点有且仅有一个父结点 ▪ 层次模型的优点是容易理解，单码查找速度快，易于更新和扩充；
但是多码查找比较困难，一般需要较大的索引文件，所以产生数据 冗余；不能直接表示实体之间多对多（m:n）的联系
第4 章 土地信息数据库
数据库的一般概念 土地信息概念数据模型 土地信息空间数据库设计 土地信息数据结构 数据库管理系统 分布式数据库 数据仓库 数据库的运行与维护
第4 章 土地信息的数据模型与数据 库
4.1 数据库的一般概念
数据库的主要特征 数据库的系统结构 空间数据库的数据模型
基本概念
数据库是按照一定结构组织的相关数据的集合,是在计算机 存储设备上合理存放的相互关联的数据集。
数据库管理系统是提供数据库建立、使用和管理工具的软件 系统；空间数据库管理系统则是指能够对存储的地理空间数 据进行语义和逻辑定义，提供必需的空间数据查询检索和存 取功能，以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套 软件系统。
空间数据库的数据库应用系统是由土地信息系统的空间分析 模型和应用模型所组成的软件，它是为了满足用户数据处理 需求而建立起来的，具有数据库访问功能的应用软件，它提 供给用户一个访问和操作特定数据库的用户界面。
结点没有父结点、每个结点可以有多个父结点、两个结点之 间有两种或多种联系，则树形结构便可形成网络形式。 网状模型是以有向图表示的网络结构，每个结点仍然表示数 据库中的一个记录类型（实体）。
MAP
2
b
a
Ⅰ
1
d
3
e
5
c
Ⅱ
f
g
6
4
M Ⅰ
a
b
c
d
Ⅱ
e
f
g
1
2
3
4
5
6
网状模型
网状模型较层次模型扩充了实体之间联系的限制，可以较灵 活地表示实体之间的多种关系
时间快照模型
▪ 时间快照模型是用一系列时间点对应的地理数据来反映土地空间现 象的时序演化过程。它可分为矢量快照模型和栅格快照模型两类。 常规的时空数据模型属于时间片快照模型，如对同一区域采集的不 同时相遥感图像数据。
时空模型
底图叠加模型
▪ 底图叠加模型由于类似于地理底图的修订方式而得名。它的基本思 路是，首先确定空间数据的初始状态，即底图数据。然后按照适宜 的时间间隔记录数据随时间发生的变化。再通过空间叠加操作，利 用记录的变化数据来恢复各个时间片的状态数据，每一次叠加则表 示状态的一次变化。
关系模型（续）
基本概念（续）
第一范式(1NF)。是一个关系模式所要遵循的最基本的条件， 即关系中的每个属性必须是原子的、不可分割的数据项。 第二范式(2NF)。是指关系在满足1NF的基础上，每一个非主 属性完全函数依赖于该关系的关键字。 第三范式(3NF)。是指关系在满足第二范式的基础上，其非 关键字属性(即非主属性)既非函数依赖，也不传递依赖于关 键字 BC范式(BCNF)。是指如果关系模式R是第三范式，且没有一 个非关键字属性是完全函数依赖于其他的非关键字属性
面向对象模型
类是具有相同属性结构和操作方法的对象的集合。是对一组 对象的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来 ，以说明该组对象的能力和性质。
对象与实体一样是客观世界中客体的一种抽象的描述，它由 客体的数据和对数据的操作组合而成。
消息是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径。消息有公 有和私有之分，公有和私有消息的含义是：如果一些消息都 属于同一个对象，其中有些是可由其它对象向它发送的，叫 做公有消息。另外一些则是由它自己向自身发送的，就叫做 私有消息。 （属性）
关系模型
MAP
2
b
a
Ⅰ
1
d
3
e
5
c
Ⅱ
f
g
6
4
特点：结构简单，运算简便；效率低
面向对象数据模型
1）传统数据模型弱点
▪ 以记录为基础，不能很好地面向用户和应用 ▪ 不能以自然的方式表示实体之间的联系 ▪ 语义贫乏 ▪ 数据类型太少，难以满足应用需要
2）面向对象数据模型
▪ 面向对象数据模型吸取了传统数据模型以及其他几种非传统数据模 型（如E-R模型、语义模型）的优点，利用几种数据抽象技术：分类 、概括、联合、聚集和数据抽像工具继承和传播，采用对象联系图 描述其模型的实现方法，使得复杂的客观事物变得清楚易懂，所以 它能有效地既表达几何数据，又表达属性数据。
方法是对象的所有操作，如对对象的数据进行操作的函数、 指令、例程等