地理信息系统GIS 第四章 GIS空间数据库
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机数据管理模式及其发展
1. 程序管理阶段 —20世纪50年代
数据面向应用，程序间不能实现数据共享。
程序1 程序2
2. 文件管理阶段 —20世纪60年代
数据1 数据2
• 由文件系统管理数据，应用程序与数据 的逻辑结构有关联；
• 应用程序直接访问所使用的数据文件；
• 数据共享性、独立性差。
程序1 程序2 程序3
数据库的维护
数据库的通讯
Geographic Information System
应用系统 DBMS OS 硬件
DOBceManS在Un信iv息ers系ity统o中f C的hi位na置
3．数据库应用系统（DBS）
满足特定的用户数据处理 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
径 类：一组对象的抽象描述。有继承性
Geographic Information System
Ocean University of China
第三节GIS数据库逻辑设计
主要包括五个方面的内容： ●数据源的选择； ●各种数据集的评价； ●各数据集的设计； ●数据字典的产生； ●数据库具体存储和管理结构的设计。
点线查询：如某个结点由哪些线相交而成。
Geographic Information System
Ocean University of China
面线查询：如某个多边形的边界有哪些线。
面点查询：如某个多边形内有哪些点状地物。
线面查询：如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某 条链的左、右多边形是哪些。
线线查询：如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路 跨过哪些河流。
线点查询：如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有 哪些变电站。
点面查询：如某个点落在哪个多边形内。
Geographic Information System
Ocean University of China
二、数据库的相关概念
1．数据库
按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合。
2．数据库管理系统（DBMS） 提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统。
数据库的定义
DBMS的功能
数据操作 数据库的运行管理
优点：
数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种 查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立 性。缺点时当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的 数据操作，比较费时。 缺点：
实现效率不够高，重构数据的操作费时；不允许嵌 套元组和嵌套关系存在；模型的可扩充性较差；模拟和 操纵复杂对象的能力较弱。
基本项、字段等。
2．记录 记录是由若干相关联的数据项组成，是处理和存
储信息的基本单位，是关于一个实体的数据总和， 构成该记录的数据项表示实体的若干属性。
Geographic Information System
Ocean University of China
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，文件用文件名称标识，文件根据记录的组 织方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、 直接文件和倒排文件等。 4．数据库
Ocean University of China
语义数据模型
E-R模型（Entity-Relationship model) E-R图 实体、联系、属性
Geographic Information System
Ocean University of China
面向对象数据模型
对象：现实世界中一个事务的模型表达。 消息：对象之间相互请求或相互协作的唯一途
Geographic Information System
Ocean University of China
层
2b3
M
次 模
a ⅠcⅡe 5
型
1 d4 f
结
构
M
Ⅰ
Ⅱ
a
b
c
d
c
e
f
12 23 34 41
Geographic Information System
34 35 54
Ocean University of China
网状模型结构
M
Ⅰ
a
b
cd
1
2
3
4
Geographic Information System
2b3
M
a ⅠcⅡe 5
1 d4 f
Ⅱ
e
f
5
Ocean University of China
3．关系模型
关系模件的二维表。实体本身的信息以 及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上把这种二 维表叫做“关系”。这些关系表的集合就构成了关系模 型。
1. 简单查询
•按属性信息的要求来查询定位空间位 置，称为“属性查图形”。 •根据对象的空间位置查询有关属性信 息，称为“图形查属性”。
Geographic Information System
Ocean University of China
2. 拓扑空间查询
面面查询：如与某个多边形相邻的多边形有哪些。
数据库的用户界面 。
最终用户
程序管理员
应用系统 应用开发工具
DBMS
Geographic Information System
数据库管理员
操作系统
数据库
Ocean University of China
第一节、空间数据库概述
一、空间数据库的概念
1．数据项 数据项是可以定义数据的最小单位，也叫元素、
第四章 GIS空间数据库
一、空间数据库概述 二、空间数据库概念模型设计 三、空间数据库逻辑模型设计 四、空间数据库物理设计 五、空间数据库索引
Geographic Information System
Ocean University of China
第一节、空间数据库概述
一、数据库系统
数据库 数据库管理系统（DBMS) 数据库应用系统
Ocean University of China
关系：是一个二维表，表的每行对应一个元组，每列 一个域
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，则称候选关键字
关系模式：关系的描述。关系名、属性名、属性向域 的映射
关系数据库：一系列关系的集合构成一个关系数据库
关系完整性：实体完整、参照完整、用户定义完整
DBMS
Geographic Information System
数据
数据
数据
Ocean University of China
空间数据库四个阶段
初级式的管理模式 混合式的管理模式 扩展式的管理模式 集成式的管理模式
Geographic Information System
Ocean University of China
Geographic Information System
Ocean University of China
属 性
关
属性 实体
A1
A2
A3
…
键 字
Ⅰ V11 V21 V31
…
Ⅱ V12 V22 V32
…
域
An
元 组
Vn1
Vn2
… … … … … …
Geographic Information System
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。
Geographic Information System
Ocean University of China
§5.3 数据的存储与管理功能
数据 存取
文件1 文件2
Geographic Information System
Ocean University of China
3. 数据库管理阶段
—20世纪70年代
•数据由数据库管理系统（DBMS）统一管理和控制； •DBMS提供方便的用户接口； •数据的共享性、独立性高，易扩展，冗余度低
程序1 程序2 程序3
Geographic Information System
Ocean University of China
四、传统数据库系统的数据模型
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。每一个具体的数据库都是由一个相 应的数据模型来定义。数据模型的主要任务就是研究 记录类型之间的联系。
层次模型 网状模型 关系模型
Geographic Information System
Ocean University of China
第六节空间数据库索引
范围索引 格网空间索引 四叉数空间索引
Geographic Information System
Ocean University of China
第五节、空间数据查询
Geographic Information System
Ocean University of China
第四节物理设计
分配存储空间 决定数据的物理表示 确定存储结构
Geographic Information System
Ocean University of China
MapInfo的数据库方案
二空间数据库的设计
第一步
第二步
第三步 第四步
需求分析
概念设计
逻辑设计 物理设计
现实世界 信息世界 计算机世界
Geographic Information System
Ocean University of China
第二节、空间数据库概念模型设计
语义数据模型 面向对象的数据模型
Geographic Information System
1. 程序管理阶段 —20世纪50年代
数据面向应用，程序间不能实现数据共享。
程序1 程序2
2. 文件管理阶段 —20世纪60年代
数据1 数据2
• 由文件系统管理数据，应用程序与数据 的逻辑结构有关联；
• 应用程序直接访问所使用的数据文件；
• 数据共享性、独立性差。
程序1 程序2 程序3
数据库的维护
数据库的通讯
Geographic Information System
应用系统 DBMS OS 硬件
DOBceManS在Un信iv息ers系ity统o中f C的hi位na置
3．数据库应用系统（DBS）
满足特定的用户数据处理 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
径 类：一组对象的抽象描述。有继承性
Geographic Information System
Ocean University of China
第三节GIS数据库逻辑设计
主要包括五个方面的内容： ●数据源的选择； ●各种数据集的评价； ●各数据集的设计； ●数据字典的产生； ●数据库具体存储和管理结构的设计。
点线查询：如某个结点由哪些线相交而成。
Geographic Information System
Ocean University of China
面线查询：如某个多边形的边界有哪些线。
面点查询：如某个多边形内有哪些点状地物。
线面查询：如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某 条链的左、右多边形是哪些。
线线查询：如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路 跨过哪些河流。
线点查询：如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有 哪些变电站。
点面查询：如某个点落在哪个多边形内。
Geographic Information System
Ocean University of China
二、数据库的相关概念
1．数据库
按照一定的结构组织在一起的相关数据的集合。
2．数据库管理系统（DBMS） 提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统。
数据库的定义
DBMS的功能
数据操作 数据库的运行管理
优点：
数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种 查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立 性。缺点时当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的 数据操作，比较费时。 缺点：
实现效率不够高，重构数据的操作费时；不允许嵌 套元组和嵌套关系存在；模型的可扩充性较差；模拟和 操纵复杂对象的能力较弱。
基本项、字段等。
2．记录 记录是由若干相关联的数据项组成，是处理和存
储信息的基本单位，是关于一个实体的数据总和， 构成该记录的数据项表示实体的若干属性。
Geographic Information System
Ocean University of China
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，文件用文件名称标识，文件根据记录的组 织方式和存取方法可以分为：顺序文件、索引文件、 直接文件和倒排文件等。 4．数据库
Ocean University of China
语义数据模型
E-R模型（Entity-Relationship model) E-R图 实体、联系、属性
Geographic Information System
Ocean University of China
面向对象数据模型
对象：现实世界中一个事务的模型表达。 消息：对象之间相互请求或相互协作的唯一途
Geographic Information System
Ocean University of China
层
2b3
M
次 模
a ⅠcⅡe 5
型
1 d4 f
结
构
M
Ⅰ
Ⅱ
a
b
c
d
c
e
f
12 23 34 41
Geographic Information System
34 35 54
Ocean University of China
网状模型结构
M
Ⅰ
a
b
cd
1
2
3
4
Geographic Information System
2b3
M
a ⅠcⅡe 5
1 d4 f
Ⅱ
e
f
5
Ocean University of China
3．关系模型
关系模件的二维表。实体本身的信息以 及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上把这种二 维表叫做“关系”。这些关系表的集合就构成了关系模 型。
1. 简单查询
•按属性信息的要求来查询定位空间位 置，称为“属性查图形”。 •根据对象的空间位置查询有关属性信 息，称为“图形查属性”。
Geographic Information System
Ocean University of China
2. 拓扑空间查询
面面查询：如与某个多边形相邻的多边形有哪些。
数据库的用户界面 。
最终用户
程序管理员
应用系统 应用开发工具
DBMS
Geographic Information System
数据库管理员
操作系统
数据库
Ocean University of China
第一节、空间数据库概述
一、空间数据库的概念
1．数据项 数据项是可以定义数据的最小单位，也叫元素、
第四章 GIS空间数据库
一、空间数据库概述 二、空间数据库概念模型设计 三、空间数据库逻辑模型设计 四、空间数据库物理设计 五、空间数据库索引
Geographic Information System
Ocean University of China
第一节、空间数据库概述
一、数据库系统
数据库 数据库管理系统（DBMS) 数据库应用系统
Ocean University of China
关系：是一个二维表，表的每行对应一个元组，每列 一个域
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，则称候选关键字
关系模式：关系的描述。关系名、属性名、属性向域 的映射
关系数据库：一系列关系的集合构成一个关系数据库
关系完整性：实体完整、参照完整、用户定义完整
DBMS
Geographic Information System
数据
数据
数据
Ocean University of China
空间数据库四个阶段
初级式的管理模式 混合式的管理模式 扩展式的管理模式 集成式的管理模式
Geographic Information System
Ocean University of China
Geographic Information System
Ocean University of China
属 性
关
属性 实体
A1
A2
A3
…
键 字
Ⅰ V11 V21 V31
…
Ⅱ V12 V22 V32
…
域
An
元 组
Vn1
Vn2
… … … … … …
Geographic Information System
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。
Geographic Information System
Ocean University of China
§5.3 数据的存储与管理功能
数据 存取
文件1 文件2
Geographic Information System
Ocean University of China
3. 数据库管理阶段
—20世纪70年代
•数据由数据库管理系统（DBMS）统一管理和控制； •DBMS提供方便的用户接口； •数据的共享性、独立性高，易扩展，冗余度低
程序1 程序2 程序3
Geographic Information System
Ocean University of China
四、传统数据库系统的数据模型
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。每一个具体的数据库都是由一个相 应的数据模型来定义。数据模型的主要任务就是研究 记录类型之间的联系。
层次模型 网状模型 关系模型
Geographic Information System
Ocean University of China
第六节空间数据库索引
范围索引 格网空间索引 四叉数空间索引
Geographic Information System
Ocean University of China
第五节、空间数据查询
Geographic Information System
Ocean University of China
第四节物理设计
分配存储空间 决定数据的物理表示 确定存储结构
Geographic Information System
Ocean University of China
MapInfo的数据库方案
二空间数据库的设计
第一步
第二步
第三步 第四步
需求分析
概念设计
逻辑设计 物理设计
现实世界 信息世界 计算机世界
Geographic Information System
Ocean University of China
第二节、空间数据库概念模型设计
语义数据模型 面向对象的数据模型
Geographic Information System