地理信息系统空间数据库
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（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。 （2）联系：实体间的相互作用或对应关 系:1:1,1:N,M:N, （3）属性：对实体和联系特征的描述。
• 用E-R模型进行概念设计：
（1）局部E-R模型 （2）全局E-R模型 （3）优化
• E－R模型的特点及作用
（1）接近人的思维，易于理解，与计算机 的具体实现无关； （2）现有DBMS不能直接支持E－R模型 （3）只用于概念模型设计。在逻辑设计时 再转化为计算机能接受的数据模型。
第四章 地理信息系统空间数据库
本章主要内容： • • • • 空间数据库概述 空间数据库概念模型设计 空间数据库逻辑设计与物理设计 空间时态数据库
Байду номын сангаас
§4.1 空间数据库概述
一、空间数据库概念 • 是GIS中存储的与应用相关的地理空间数据的 总和。（各种来源和形式） • 数据库＝数据库系统
数据库系统
• 空间数据库管理系统的实现 （1）常规DBMS进行扩展，使有空间数据 存储、管理功能；（Oracle）
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。 （4）数据类型太少 只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
**步骤 （1）需求分析 （2）概念设计
建立数据库的概念模型；
（3）逻辑设计
把概念模型映射为数据库管理系统所支持 的数据模型。
（4）物理设计
将数据库的逻辑模型在存储设备上实现。
三、空间数据库的实现与维护
1. 空间数据库的实现 （1）建立实际的空间数据库结构； （2）装入试验性数据测试应用程序； （3）装入实际空间数据，运行。 2.空间数据库的运行与维护 （1）维护安全性与完整性； （2）监测并改善数据库性能； （3）增加新的功能； （4）修改错误。
3. 空间数据库的数据模型设计
空间数据模型：对空间客体进行描述和表达的数学手段， 使之能反应客观实体及其关系。 常用的：层次模型；网状模型；关系模型；语义模型；面 向对象模型。
3. 空间数据库设计的原则、步骤
*原则
• • • • • 尽量减小存储冗余 可变的数据结构 对数据及时访问,高效查询 能维持空间数据的复杂联系 支持多种决策的需要，适应性强
§4.5 GIS空间时态数据库
一、概述
时间、空间的不可分割性：环境监测、地籍管理…. 办法：加入时间维－>四维数据（时空一体）
二、时空一体化数据模型
1. 时间片快照模型 用一系列瞬时的地理数据来反应 地理现象的时空演化过程（矢量 快照，栅格快照）。如遥感图像。 缺点：数据完全存储，冗余度大。
2. 底图叠加模型 类似于地图修订方式。
§4.2 空间数据库概念设计 －传统数据模型
数据模型是表达现实世界的规格化说明， 在数据库中用形式化的方法描述数据的 逻辑结构和操作。 传统数据模型有：层次、网状、关系模型。 文件系统的继承和延伸。正逐渐被复杂 的数据库所取代。
一、层次模型 用树状结构描述实体之间联系的模型。
二、网状模型 用网络结构来表示实体间的联系。
三、关系模型 用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然的方式表示实体间的联系
二、面向对象模型 1、基本思想
按人们通常的思维方式，将各种实体抽象为各类“对象”，并 将数据和操作（方法）封装在一起。整个系统只由对象组成，对 象之间通过“消息”进行联系。使系统很容易重组和扩充。
2、相关概念
• 对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。 • 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
（2）常规DBMS基础上加一层空间数据库 引擎。（ESRI的SDE（Spatial Database Engine））
二、空间数据库设计
实质：如何将地理实体以一定组织形式在数据库中表达。 即空间实体数据的模型化问题。
1. 空间数据库设计过程
客观世界－（认识、抽象）－>概念模型 概念模型－（选定数据模型、DBMS）－>逻辑模型
逻辑模型－（确定数据组织方式）－>存储模型
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相 关关系。
全信息对象：包含空间、时态和属性信息的地理对象。 全信息对象模型：运用面向对象设计技术，将对象的空 间、属性随时间变化的信息封装。每个全信息对象有 多个时态版本。
The End
思路：先确定空间数据 初始状态（底图），再 按适当的时间间隔记录 数据变化；通过叠加操 作，以变化数据恢复各 个时间片的状态数据。 每次叠加表示状态的一 次变化。
3. 时空合成模型 思路：将每次独立的叠加操作转换为一次 性的合成叠加。变化的累积形成最小变 化单元，记录其图形和属性。
4. 全信息对象模型
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
§4.4 空间数据库逻辑设计与物理设计
一、逻辑设计
从概念模型导出特定的DBMS所支持的数据库的逻辑结构。
二、物理设计
从逻辑模型出发，研制出一个有效的可实现的物理结构。 步骤： （1）存储记录的格式设计 （2）存储方法设计 （3）访问方法设计 （4）完整性、安全性考虑 （5）应用设计 （6）形成物理设计说明书
• 用E-R模型进行概念设计：
（1）局部E-R模型 （2）全局E-R模型 （3）优化
• E－R模型的特点及作用
（1）接近人的思维，易于理解，与计算机 的具体实现无关； （2）现有DBMS不能直接支持E－R模型 （3）只用于概念模型设计。在逻辑设计时 再转化为计算机能接受的数据模型。
第四章 地理信息系统空间数据库
本章主要内容： • • • • 空间数据库概述 空间数据库概念模型设计 空间数据库逻辑设计与物理设计 空间时态数据库
Байду номын сангаас
§4.1 空间数据库概述
一、空间数据库概念 • 是GIS中存储的与应用相关的地理空间数据的 总和。（各种来源和形式） • 数据库＝数据库系统
数据库系统
• 空间数据库管理系统的实现 （1）常规DBMS进行扩展，使有空间数据 存储、管理功能；（Oracle）
层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐 含，必须检索全部记录才能确定。
（3）语义贫乏
用单一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众 多联系，语义上无法区别。 （4）数据类型太少 只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。
一、语义数据模型
－实体联系模型（E –R模型）
• 提供三种语义概念：
**步骤 （1）需求分析 （2）概念设计
建立数据库的概念模型；
（3）逻辑设计
把概念模型映射为数据库管理系统所支持 的数据模型。
（4）物理设计
将数据库的逻辑模型在存储设备上实现。
三、空间数据库的实现与维护
1. 空间数据库的实现 （1）建立实际的空间数据库结构； （2）装入试验性数据测试应用程序； （3）装入实际空间数据，运行。 2.空间数据库的运行与维护 （1）维护安全性与完整性； （2）监测并改善数据库性能； （3）增加新的功能； （4）修改错误。
3. 空间数据库的数据模型设计
空间数据模型：对空间客体进行描述和表达的数学手段， 使之能反应客观实体及其关系。 常用的：层次模型；网状模型；关系模型；语义模型；面 向对象模型。
3. 空间数据库设计的原则、步骤
*原则
• • • • • 尽量减小存储冗余 可变的数据结构 对数据及时访问,高效查询 能维持空间数据的复杂联系 支持多种决策的需要，适应性强
§4.5 GIS空间时态数据库
一、概述
时间、空间的不可分割性：环境监测、地籍管理…. 办法：加入时间维－>四维数据（时空一体）
二、时空一体化数据模型
1. 时间片快照模型 用一系列瞬时的地理数据来反应 地理现象的时空演化过程（矢量 快照，栅格快照）。如遥感图像。 缺点：数据完全存储，冗余度大。
2. 底图叠加模型 类似于地图修订方式。
§4.2 空间数据库概念设计 －传统数据模型
数据模型是表达现实世界的规格化说明， 在数据库中用形式化的方法描述数据的 逻辑结构和操作。 传统数据模型有：层次、网状、关系模型。 文件系统的继承和延伸。正逐渐被复杂 的数据库所取代。
一、层次模型 用树状结构描述实体之间联系的模型。
二、网状模型 用网络结构来表示实体间的联系。
三、关系模型 用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设 计、操纵较为容易。
四、三种传统数据模型的比较
§4.3 空间数据库概念模型设计 —语义模型和面向对象模型
• 传统数据模型的弱点： （1）以记录为基础的结构不能很好面向用户
传统模型－记录；现实世界－事务、实体。有时不对应。
（2）不能以自然的方式表示实体间的联系
二、面向对象模型 1、基本思想
按人们通常的思维方式，将各种实体抽象为各类“对象”，并 将数据和操作（方法）封装在一起。整个系统只由对象组成，对 象之间通过“消息”进行联系。使系统很容易重组和扩充。
2、相关概念
• 对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集 的实体。 • 消息（Message）：请求 对象执行某一操作或回答 某些信息的要求。
（2）常规DBMS基础上加一层空间数据库 引擎。（ESRI的SDE（Spatial Database Engine））
二、空间数据库设计
实质：如何将地理实体以一定组织形式在数据库中表达。 即空间实体数据的模型化问题。
1. 空间数据库设计过程
客观世界－（认识、抽象）－>概念模型 概念模型－（选定数据模型、DBMS）－>逻辑模型
逻辑模型－（确定数据组织方式）－>存储模型
2. 概念模型（空间特征，关系描述）
（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型； （2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系： • 空间联系：空间位置、分布、关系、运动等； • 时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库； • 属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相 关关系。
全信息对象：包含空间、时态和属性信息的地理对象。 全信息对象模型：运用面向对象设计技术，将对象的空 间、属性随时间变化的信息封装。每个全信息对象有 多个时态版本。
The End
思路：先确定空间数据 初始状态（底图），再 按适当的时间间隔记录 数据变化；通过叠加操 作，以变化数据恢复各 个时间片的状态数据。 每次叠加表示状态的一 次变化。
3. 时空合成模型 思路：将每次独立的叠加操作转换为一次 性的合成叠加。变化的累积形成最小变 化单元，记录其图形和属性。
4. 全信息对象模型
• 类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具 体的关系。
3. 对象的性质
• 封装：
• 继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特 征和功能。不必重复实现，减少代码。
§4.4 空间数据库逻辑设计与物理设计
一、逻辑设计
从概念模型导出特定的DBMS所支持的数据库的逻辑结构。
二、物理设计
从逻辑模型出发，研制出一个有效的可实现的物理结构。 步骤： （1）存储记录的格式设计 （2）存储方法设计 （3）访问方法设计 （4）完整性、安全性考虑 （5）应用设计 （6）形成物理设计说明书