地理信息系统空间数据库PPT
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《地理信息技术应用》最新备课课件：4-GIS空间数据库
1)采用标准DBMS存储空间数据的主要问题 ➢GIS中空间数据记录是变长的，且要存储和维护空间 数据拓扑关系； ➢DBMS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。 ➢GIS需要一些复杂的图形功能，一般的DBMS不能支 持；
➢地理信息是复杂的，单个地理实体的表达需要多个文 件、多条记录、或许包括大地网、特征坐标、拓扑关系、 空间特征量测值、属性数据的关键字以及非空间专题属 性等； ➢具有高度内部联系的GIS数据记录需要更复杂的安全 性维护系统。
存储在计算机环境中的相互关联的数据集
在这样的环境中，数据是永久的，也就是说 它可以幸免于软件和硬件的问题（除非是磁盘 崩溃）。
大数据卷和持久性是数据库最大的两个特点。
一个简单的数据库系统环境
Application programs/queries
Software to process queries Software to access stored data
④ 重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析 功能的数据库系统。
2.数据库的数据与文件组织分级
数据项 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，数据项与现实世界实体的属性相对应，数据项 有一定的取值范围，称为域，域以外的任何值对该数据 项都是无意义的。 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。为了唯一标识每个记录， 就必须有记录标识符，也叫关键字。记录标识符一般由 记录中的第一个数据项担任，唯一标识记录的关键字称 主关键字，其它标识记录的关键字称为辅关键字。
DBMS
Stored database
Stored database definition metadata
第二章 地理信息系统空间数据结构 - 幻灯片1
树状索引法
3 2
1 P1 Ⅰ
P1
11
P2
பைடு நூலகம்P3
4
Ⅱ
5 13 12 10
Ⅰ Ⅱ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
6
P2 7
Ⅲ P3 14 Ⅳ 9 15
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
8
1 2 3 4 5 6 5
6 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15
树状索引法
点文件 点号 1 2
… 11
坐标
x1，y1 x2，y2
…
3 2 1
P1 Ⅰ
4
11
5
13 10 Ⅳ
x1，y1；x2，y2； x3，y3；x4，y4； x5，y5；x6，y6；
2
1
Ⅱ 6
12
P3 Ⅴ 15 8
14
9
P2
x7，y7；x8，y8； x9，y9；x10，y10； x11，y11；x5，y5；x6，y6
P2
7
P3
x12，y12；x13，y13；x14，y14；x15，y15
• 矢量栅格一体化数据结构
• 数据结构一般分为基于矢量模型的数据结 构和基于栅格模型的数据结构 • 矢量数据是面向地物的结构，即对于每一 个具体的目标都直接赋有位置和属性信息 以及目标之间的拓扑关系说明。 • 栅格数据是面向位置的结构，平面空间上 的任何一点都直接联系到某一个或某一类 地物，它不能完整地建立地物之间的拓扑 关系。 • 目前，为了设计系统能用于多种目的，正 在研制矢量栅格一体化的数据结构，该数 据结构具有矢量和栅格两种结构的特性。
一、矢量数据结构
基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据 结构。矢量结构是通过记录坐标的方式来表示 点、线、面等地理实体。 特点：定位明显，属性隐含。 获取方法： (1) 手工数字化法； (2) 手扶跟踪数字化法； (3) 数据结构转换法。
地理信息系统数据库组织PPT课件
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3、地形图区域框架的划分（国际分幅法 （规1））国际标准图幅以1︰100万的地图为基础划
分
纬差4度，从赤道向南北各自分成22带，用A，B， C，……，V表示带名； 经差6度，从东经180度起，由西向东分成60带，用1， 2，3，……，60，表示带名； 纵横交错形成地理网格， 每个网格作为1︰100万 地图的空间区域框架， 用横、纵带名双编码表 示，如L—52（北纬44~48，
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，
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
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数据库与传统文件系统的差别: （1）数据独立于应用程序而集中管理， 实现了数据共享，减少了冗余，提高了效 益； （2）在数据间建立了联系，从而使数据 库能反映出现实世界中信息的联系。
[1，4，5，6，10]； （2）查地貌类型倒排表得缓坡的地块号：
[1，5，6，10]； （3）查坡向倒排表得半阳的地块号：
[4，6，10]； （4）对（1），（2），（3）所得结果求交得：
[6，10]。 符合条件的地块为6号和10号地块。
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3）数据库管理
层次数据库模型 它的特点是将数据组织成一对多关系的 结构。 层次结构采用关键字来访问其中每一层 次的每一部分。 层次数据库结构特别适用于文献目录、 土壤分类、部门机构等分级数据的组 织。
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2
b
3e
M
5
a
Ⅰc
Ⅱ
3、地形图区域框架的划分（国际分幅法 （规1））国际标准图幅以1︰100万的地图为基础划
分
纬差4度，从赤道向南北各自分成22带，用A，B， C，……，V表示带名； 经差6度，从东经180度起，由西向东分成60带，用1， 2，3，……，60，表示带名； 纵横交错形成地理网格， 每个网格作为1︰100万 地图的空间区域框架， 用横、纵带名双编码表 示，如L—52（北纬44~48，
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，
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
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数据库与传统文件系统的差别: （1）数据独立于应用程序而集中管理， 实现了数据共享，减少了冗余，提高了效 益； （2）在数据间建立了联系，从而使数据 库能反映出现实世界中信息的联系。
[1，4，5，6，10]； （2）查地貌类型倒排表得缓坡的地块号：
[1，5，6，10]； （3）查坡向倒排表得半阳的地块号：
[4，6，10]； （4）对（1），（2），（3）所得结果求交得：
[6，10]。 符合条件的地块为6号和10号地块。
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3）数据库管理
层次数据库模型 它的特点是将数据组织成一对多关系的 结构。 层次结构采用关键字来访问其中每一层 次的每一部分。 层次数据库结构特别适用于文献目录、 土壤分类、部门机构等分级数据的组 织。
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M
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Ⅱ
GIS原理--地理空间数据库 ppt课件
3．1 语义数据模型 语义数据模型的结构是由若干种抽 象所组成，用这些抽象来描述客体的基 本语义特性，再根据语义模型结构规则 把这些抽象有机地组织起来。 最常用的语义模型之一是实体联系模 型（E—R模型），由实体、联系和属性 构成。
采用E—R模型进行数据库的概 念设计可以分为以下三个步骤： （1）设计局部的E—R模型 （2）设计全局的E—R模型 （3）全局E—R模型的优化
（1）空间数据库 地理信息系统在计算机物理存 储介质上存储的地理空间数据的总和， 一般是以一系列特定结构的文件的形 式组织在存储介质之上的。
（2）空间数据库管理系统 指能够对物理介质上存储的地理 空间数据进行语义和逻辑上的定义， 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。一般 建立在常规数据库管理系统之上。
第四章 地理空间数据库 §1 空间数据库概述 空间数据库是地理信息系统中空 间数据的存储场所。 用户在决策过程中，通过访问空间 数据库获得空间数据；在决策过程完成 后再将决策结果存储到空间数据库中。
空间数据库的布局和存取能力 对地理信息系统功能的实现和工作 的效率影响极大。
1．1 空间数据库的概念 统进行扩展加入一定量的空间数据 存储与管理功能。（如Oracle）。 方法二，在常规数据库管理系统 之上添加一层空间数据库引擎，以获 得常规数据库管理系统之外的的空间 数据存储与管理功能。（如SDE）
（3）空间数据库应用系统 由空间分析模型和应用模型 构成。
数据库系统的结构
4．4 空间数据库的物理设计
（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）完整性和安全性的考虑 （5）应用设计 （6）形成物理设计说明书
地理信息系统数据结构PPT课件
第243页/共42页
点实体
有位置，无宽度和长度； 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该 洲可能的500个地震位置
第254页/共42页
面实体
具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形
中国土地利用分布图
第265页/共42页
空间对象：体
有长、宽、高的目标 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿
第132页/共42页
高斯—克吕格投影（Gauss-Kruger Projection） ---投影分带
高斯投影在我国系列比例尺地形图中的应用
我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯－克吕格 投影。 1:2.5万至1:50万的地形图，采用6°分带方案，全球 共分为60个投影带；我国位于东经72°到136°间，共 含11个投影带； 1:1万比例尺图采用3°分带方案。
第76页/共42页
一、地球空间参考
• 地理空间坐标系统分类 • 球面坐标系统（地理坐标系） • 平面坐标系统（投影坐标系统）
投影
地理坐标系：直接建立在 球体上的地理坐标，用经 度和纬度表达地理对象位 置
第87页/共42页
建立在平面上的直角坐标系 统，用（x，y）表达地理对
象位置
二、 空间数据投影
• 第二章 第一节 地理空间数学基础 地理信息系统数据结构
• 一、地球空间参考 • 二、空间数据投影 • 三、空间坐标转换 • 四、空间尺度 • 五、地理格网 • 第二节 地理空间与空间数据表达 • 第三节 栅格数据结构 • 第四节 矢量数据结构
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第一节 地理空间数学基础 地理空间的数学基础是GIS空间位置数据定位、量算、转换和参与空间分析的基准。
点实体
有位置，无宽度和长度； 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该 洲可能的500个地震位置
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面实体
具有长和宽的目标 通常用来表示自然或人工的封闭多边形
中国土地利用分布图
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空间对象：体
有长、宽、高的目标 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿
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高斯—克吕格投影（Gauss-Kruger Projection） ---投影分带
高斯投影在我国系列比例尺地形图中的应用
我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯－克吕格 投影。 1:2.5万至1:50万的地形图，采用6°分带方案，全球 共分为60个投影带；我国位于东经72°到136°间，共 含11个投影带； 1:1万比例尺图采用3°分带方案。
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一、地球空间参考
• 地理空间坐标系统分类 • 球面坐标系统（地理坐标系） • 平面坐标系统（投影坐标系统）
投影
地理坐标系：直接建立在 球体上的地理坐标，用经 度和纬度表达地理对象位 置
第87页/共42页
建立在平面上的直角坐标系 统，用（x，y）表达地理对
象位置
二、 空间数据投影
• 第二章 第一节 地理空间数学基础 地理信息系统数据结构
• 一、地球空间参考 • 二、空间数据投影 • 三、空间坐标转换 • 四、空间尺度 • 五、地理格网 • 第二节 地理空间与空间数据表达 • 第三节 栅格数据结构 • 第四节 矢量数据结构
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第一节 地理空间数学基础 地理空间的数学基础是GIS空间位置数据定位、量算、转换和参与空间分析的基准。
地理信息系统空间数据库 ppt课件
第一节 空间数据库概述
（1）概念模型
实际上是现实世界到机器世界的一个中间层。概念模型用于 信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是设计 人员的有力工具。
概念结构 设计过程
特点
需求分析 概念结构
用户需求
抽象
信息结构
概念模型
能够真实、 处分的反映 现实世界
易于理解 用户与设计
人员
易于更改 需求改变 模型改变
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的相关概念 空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关 的地理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介 质上。 空间数据库（系统）组成： ➢空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关 的地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存 储在介质上。 ➢空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行 语义和逻辑上的定义，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。 ➢数据库应用系统：应用模块。
一、 层次数据模型 层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，层次数据库
系统采用层次模型作为数据的组织方式，用树形结构来表示各 类实体以及实体间的联系。如行政机构，家族关系等。 (1)层次模型的数据结构特点 ➢ 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点 ➢ 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点 ➢ 同一双亲的子女结点称为兄弟结点，没有子女结点的结
GIS地理信息系统空间数据结构ppt课件
数据库
独立编码
点: ( x ,y )
线: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( xn , yn ) 面: ( x1 , y1 ) , (x2 , y2 ) , … , ( x1 , y1 )
标识码 属性码 存储方法
点位字典
空间对象编码; 唯一; 连接空间和属性数据
点: 点号文件 线: 点号串 面: 点号串
15
3、拓扑关系的表达 拓扑关系具体可由4个关系表来表示： （1） 面--链关系： 面 构成面的弧段 （2） 链--结点关系： 链 链两端的结点 （3） 结点--链关系： 结点 通过该结点的链\ （4） 链—面关系： 链 左面 右面
4、拓扑关系的意义：
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为： 1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳 定性，不随地图投影而变化。 2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接 县，--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要 查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。 3）根据拓扑关系可重建地理实体。
距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
（二）拓扑关系
11
（二）拓扑关系
1、定义 2、种类 3、拓扑关系的表达 4、意义
1、定义： 指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
拓扑变换 （橡皮变换）
非拓扑属性（几何） 两点间距离
一点指向另一点的方向
第三章 空间数据结构
§3-1空间实体及其描述 §3-2矢量数据结构 §3-3栅格数据结构
;.
1
地理信息系统空间数据库PPT教案
院长编号 1 2
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3） 教 师 -学 院 （联 系）
教工号 姓名
学历
工资
电话
学院编号
200501 李江
博士
4000
123456 1
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4） 课 表 -教 师 （联 系）
课程号 教工号
学时数
时间
地点
45012 200501 64
20050 9
教2305
5） 学 生 （ 实 体）
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空间数据库设计步骤： （1）需求分析：系统分析特定的专业应用需求。
（2）概念设计: 把用户的需求加以解释，并用概念模 型表达出来。概念模型是对现实世界的抽象。主要描 述数据及其之间的语义关系。如实体-联系模型、面向
对象数据模型。
（3）逻辑设计：把概念模型利用数据库管理系统提供 的工具映射为计算机中数据库管理系统所支持的数据
N1N2 N3N2 N1N3 N2N3 N2N5 N3N5 N1N3 N1N4 N3N4 N3N4 N3N5 N4N5
优 点 ：层次分明、结构清晰、易理解。 缺 点 ：冗余度大，不适于表示数据的拓朴关系。
第14页/共54页
•网状数据模型
图数据结构。表达数据关系是多对多 （M： N）。
M
P1
P2
P3
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2.1 传统的数据模型
层 次 模 型 、 网状 模型和 关系模 型
N2
a5
N5
a1 a2
P1
P2
a7
a3
N3 a6
P4
a8
P3 N1
N4
a4
地块图
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地理信息系统-ppt
地理空间数据
定位 拓扑关系
属性
系统开发、管理和使用人员
信息管 理
管理
咨询 数据整理
三 . 地理信息系统的功能简介
基本功能 • 数据采集与编辑 • 数据存储与管理 • 数据处理和变换 • 查询与空间分析 • 产品制作与显示 • 二次开发和编程
应用功能
一、基本功能
1、数据采集与编辑
地理信息系统的数据 通常抽象为不同的专题或 层，如图。数据采集与编 辑功能就是保证各层实体 的地物要素按顺序转化为x 、y坐标及对应的代码输入 到计算机中。
身；除此之外，还有描述地理实体的文字 、数字、地图和影像等符号信息载体；以 及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
磁带：信息物理载体
三、信息系统与地理信息系统
1、信息系统
信息系统（Information System）是具有
采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它 能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用 信息。
国家重点实验室培育 基地——甘肃省干旱 生境作物学重点实验 室：北纬 N36°05′24.09″ 东经 E103°41′56.49″ 海拔
1527.44米
信息的特征： 客观性 适用性 可传输性 共享性
信息借助数据中 心、交换中心、 信息网络传输、 交换与共享
信息与数据的关系：
（1）信息来源于数据，是数据的 内容和解释。
(2)数据重构。指对数据从一种几何形态转换为另 一种几何形态，包括数据拼接、数据截取、数据 压缩、结构转换等；
(3)数据抽取。指对数据从全集合到子集的条件提 取，包括类型选择、窗口提取、布尔提取和空间 内差等。
4、查询与空间分析 主要方法：
拓扑叠合 缓冲区建立 数字地形分析 空间集合分析
地理信息系统空间数据库
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：
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。
Hale Waihona Puke he End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
§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
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。
• 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。
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
（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：
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。
Hale Waihona Puke he End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
§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
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。
• 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。
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
地信第四章空间数据库PPT
有向图结构比层次结构具有更大的灵活性和更 强的数据建模能力。 网络模型的优点是可以描述现实生活中极为常 见的多对多的关系，其数据存贮效率高于层次 模型，但其结构的复杂性限制了它在空间数据 库中的应用。 网络模型在一定程度上支持数据的重构，具 有一定的数据独立性和共享特性，并且运行效 率较高。
网状模型的缺点
域
系模型不是人为地设置指针，而是由数据本身自然地 建立它们之间的联系，并且用关系代数和关系运算来 操纵数据，这就是关系模型的本质。 在生活中表示实体间联系的最自然的途径就是二维表 格。表格是同类实体的各种属性的集合，在数学上把 这种二维表格叫做关系。二维表的表头，即表格的格 式是关系内容的框架，这种框架叫做模式，关系由许 多同类的实体所组成，每个实体对应于表中的一行， 叫做一个元组。表中的每一列表示同一属性，叫做域。
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 等。
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。
1、网状结构的复杂，增加了用户查询和定位 的困难。它要求用户熟悉数据的逻辑结构，知 道自身所处的位置。 2、网状数据操作命令具有过程式性质。 3、不直接支持对于层次结构的表达。
三、关系模型
在层次与网络模型中，实体间的联系主要是通 过指针来实现的，即把有联系的实体用指针连 接起来。而关系模型则采用完全不同的方法。 关系模型是根据数学概念建立的，它把数据的 逻辑结构归结为满足一定条件的二维表形式。 此处，实体本身的信息以及实体之间的联系均 表现为二维表，这种表就称为关系。一个实体 由若干个关系组成，而关系表的集合就构成为 关系模型。
网状模型的缺点
域
系模型不是人为地设置指针，而是由数据本身自然地 建立它们之间的联系，并且用关系代数和关系运算来 操纵数据，这就是关系模型的本质。 在生活中表示实体间联系的最自然的途径就是二维表 格。表格是同类实体的各种属性的集合，在数学上把 这种二维表格叫做关系。二维表的表头，即表格的格 式是关系内容的框架，这种框架叫做模式，关系由许 多同类的实体所组成，每个实体对应于表中的一行， 叫做一个元组。表中的每一列表示同一属性，叫做域。
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 等。
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。
1、网状结构的复杂，增加了用户查询和定位 的困难。它要求用户熟悉数据的逻辑结构，知 道自身所处的位置。 2、网状数据操作命令具有过程式性质。 3、不直接支持对于层次结构的表达。
三、关系模型
在层次与网络模型中，实体间的联系主要是通 过指针来实现的，即把有联系的实体用指针连 接起来。而关系模型则采用完全不同的方法。 关系模型是根据数学概念建立的，它把数据的 逻辑结构归结为满足一定条件的二维表形式。 此处，实体本身的信息以及实体之间的联系均 表现为二维表，这种表就称为关系。一个实体 由若干个关系组成，而关系表的集合就构成为 关系模型。
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用户需求分析方法： ❖现状调查 ❖调查内容的组织的分析
第一节 空间数据库概述
用户需求分析过程
现状调查：通过实际调查了解用户的现状及要求 调查内容的组织的分析：对调查的结果进行整理、分析和组织，并提交 报告及图件。包括： 现有机构的组织结构图 软件、硬件资源表 专业人员清单 部门功能清单 数据来源清单
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的相关概念 空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关 的地理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介 质上。 空间数据库（系统）组成： ➢空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关 的地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存 储在介质上。 ➢空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行 语义和逻辑上的定义，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。 ➢数据库应用系统：应用模块。
易于转换 关系、 网状、层次
E-R图
第一节 空间数据库概述
信息世界中的基本概念
(1) 实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物 (2) 属性(Attribute)：实体所具有的某一特性 (3) 码(Key)：唯一标识实体的属性集 (4) 域(Domain)：属性的取值范围 (5) 实体型(Entity Type)：具有相同属性的实体必然有
机器世界 DBMS支持的数据模型
现实世界中客观实体的抽象过程
第一节 空间数据库概述
地理空间的认知 ① 地理空间实体（客体）
地理空间是一个三维空间，有四个基本实体 ➢点实体 ➢线实体 ➢面实体 ➢体实体
第一节 空间数据库概述
② 地理空间实体间的联系
空间联系
空间位置，空间分布，空间形态、空间相关等 空间信息反映了空间分析所能揭示的信息，彼 此互有联系
第一节 空间数据库概述
（1）概念模型
实际上是现实世界到机器世界的一个中间层。概念模型用于 信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是设计 人员的有力工具。
概念结构 设计过程
特点
需求分析 概念结构
用户需求
抽象
信息结构
概念模型
能够真实、 处分的反映 现实世界
易于理解 用户与设计
人员
易于更改 需求改变 模型改变
第一节 空间数据库概述
（2）数据模型
常用数据模型种类
❖层
次
模
型
❖网
状
模
型
❖关
系模Biblioteka 型❖面 向 对 象 模 型
第一节 空间数据库概述
3. 空间数据库设计的原则、步骤和技术方法
设计原则： ①尽量减少空间数据存储冗余； ②提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结
构能够做出相应的变化； ③满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需
共同的特征和性质 (6) 实体集(Entity Set)：同型实体的集合 (7) 联系(Relationship)：不同实体集之间的联系
第一节 空间数据库概述
两个实体之间的联系可分为以下三类
① 一对一联系(1:1)
② 一对多联系(1:n)。 ③ 多对多联系(m : n)
注意： E-R图仅仅是对现实世界描述的一种工具，仅能建立概 念模型(信息模型)，不能在计算机上直接实现。
第四章 地理信息系统空间数据库
主要内容
第1节 空间数据库概述 第2节 传统的数据模型 第3节 语义和面向对象数据模型 第4节 空间数据库逻辑模型设计和物理设计 第5节 GIS空间时态数据库
第一节 空间数据库概述
一、空间数据库的概念
1. 数据库的相关概念 ①数据库：是指长期储存在计算机内有结构的、大量的、可共享的 数据集合。 ②数据库管理系统：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软 件；他的功能包括：数据定义，数据操作，数据库的运行管理，数 据库的建立和维护。 ③数据库系统：指在计算机系统中引入数据库后的系统，它由数据 库、数据库管理系统及其开发工具、应用系统、数据库管理员和用 户构成。 ④数据库系统管理员： 负责数据库的建立、使用和维护的专门人 员。
的空间数据查询结果； ④在空间元素间维持复杂的联系，反映空间数据的复杂性； ⑤支持多种决策需要，具有较强的应用适应性。
第一节 空间数据库概述
设计步骤
第一步 需求分析 第二步 概念设计 第三步 逻辑设计 第四步 物理设计 第五步 数据库的实施和维护
第一节 空间数据库概述
第一步 用户需求分析
GIS数据库开发应该主要了解下面的内容 ❖ 明白即将开发的GIS所支持的各种功能； ❖ 了解系统要求的数据内容和行为； ❖ 了解数据之间的关系和优先次序，这些信息有利于制 定数据库的开发实施计划。 ❖ 了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。
第一节 空间数据库概述
第二步 概念化设计
把用户的需求加以解释，用概念模型表达出来，具体任务包括： 1)数据库的宏观定义
时间联系
通过实体变化过程来反映。
属性联系
实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中 的从属关系、聚类关系和相关关系
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的数据模型设计
数据模型建立的目的 揭示空间实体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为
计算机能够接受和处理的数据形式。 ❖ 能够对空间数据进行统一管理 ❖ 帮助用户查询、检索、增加删除和修改数据 ❖ 保障空间数据的独立性、完整性、和安全性
第一节 空间数据库概述
二、 空间数据库的设计
1. 空间数据库的设计过程
就是将地理空间客体按一定的组织形式，在数据库系统中加以
表达的过程。 这一过程一般需要两步
现实世界
①人类对客体的认识、抽象， 建立概念模型。
②将概念模型转换为计算机 能够接受的形式，即数 据模型。
人类的认识、抽象 信息世界的
概念模型 转换
第一节 空间数据库概述
3、空间数据库管理系统的实现方法 空间数据库管理系统是建立在常规数据库管理系统的基础上，实 现对空间数据的管理功能。 ❖ 常规数据库管理系统扩展：直接对常规数据库管理系统进行 扩展，加入一定数量的空间数据存储与管理功能。 例如：Oracle ❖ 空间数据库引擎（SDE: Spatial Database Engine）：在常 规数据库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现空间数据 的存储与管理。 例如：ESRI的SDE
第一节 空间数据库概述
用户需求分析过程
现状调查：通过实际调查了解用户的现状及要求 调查内容的组织的分析：对调查的结果进行整理、分析和组织，并提交 报告及图件。包括： 现有机构的组织结构图 软件、硬件资源表 专业人员清单 部门功能清单 数据来源清单
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的相关概念 空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关 的地理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介 质上。 空间数据库（系统）组成： ➢空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关 的地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存 储在介质上。 ➢空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行 语义和逻辑上的定义，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。 ➢数据库应用系统：应用模块。
易于转换 关系、 网状、层次
E-R图
第一节 空间数据库概述
信息世界中的基本概念
(1) 实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物 (2) 属性(Attribute)：实体所具有的某一特性 (3) 码(Key)：唯一标识实体的属性集 (4) 域(Domain)：属性的取值范围 (5) 实体型(Entity Type)：具有相同属性的实体必然有
机器世界 DBMS支持的数据模型
现实世界中客观实体的抽象过程
第一节 空间数据库概述
地理空间的认知 ① 地理空间实体（客体）
地理空间是一个三维空间，有四个基本实体 ➢点实体 ➢线实体 ➢面实体 ➢体实体
第一节 空间数据库概述
② 地理空间实体间的联系
空间联系
空间位置，空间分布，空间形态、空间相关等 空间信息反映了空间分析所能揭示的信息，彼 此互有联系
第一节 空间数据库概述
（1）概念模型
实际上是现实世界到机器世界的一个中间层。概念模型用于 信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是设计 人员的有力工具。
概念结构 设计过程
特点
需求分析 概念结构
用户需求
抽象
信息结构
概念模型
能够真实、 处分的反映 现实世界
易于理解 用户与设计
人员
易于更改 需求改变 模型改变
第一节 空间数据库概述
（2）数据模型
常用数据模型种类
❖层
次
模
型
❖网
状
模
型
❖关
系模Biblioteka 型❖面 向 对 象 模 型
第一节 空间数据库概述
3. 空间数据库设计的原则、步骤和技术方法
设计原则： ①尽量减少空间数据存储冗余； ②提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结
构能够做出相应的变化； ③满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需
共同的特征和性质 (6) 实体集(Entity Set)：同型实体的集合 (7) 联系(Relationship)：不同实体集之间的联系
第一节 空间数据库概述
两个实体之间的联系可分为以下三类
① 一对一联系(1:1)
② 一对多联系(1:n)。 ③ 多对多联系(m : n)
注意： E-R图仅仅是对现实世界描述的一种工具，仅能建立概 念模型(信息模型)，不能在计算机上直接实现。
第四章 地理信息系统空间数据库
主要内容
第1节 空间数据库概述 第2节 传统的数据模型 第3节 语义和面向对象数据模型 第4节 空间数据库逻辑模型设计和物理设计 第5节 GIS空间时态数据库
第一节 空间数据库概述
一、空间数据库的概念
1. 数据库的相关概念 ①数据库：是指长期储存在计算机内有结构的、大量的、可共享的 数据集合。 ②数据库管理系统：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软 件；他的功能包括：数据定义，数据操作，数据库的运行管理，数 据库的建立和维护。 ③数据库系统：指在计算机系统中引入数据库后的系统，它由数据 库、数据库管理系统及其开发工具、应用系统、数据库管理员和用 户构成。 ④数据库系统管理员： 负责数据库的建立、使用和维护的专门人 员。
的空间数据查询结果； ④在空间元素间维持复杂的联系，反映空间数据的复杂性； ⑤支持多种决策需要，具有较强的应用适应性。
第一节 空间数据库概述
设计步骤
第一步 需求分析 第二步 概念设计 第三步 逻辑设计 第四步 物理设计 第五步 数据库的实施和维护
第一节 空间数据库概述
第一步 用户需求分析
GIS数据库开发应该主要了解下面的内容 ❖ 明白即将开发的GIS所支持的各种功能； ❖ 了解系统要求的数据内容和行为； ❖ 了解数据之间的关系和优先次序，这些信息有利于制 定数据库的开发实施计划。 ❖ 了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。
第一节 空间数据库概述
第二步 概念化设计
把用户的需求加以解释，用概念模型表达出来，具体任务包括： 1)数据库的宏观定义
时间联系
通过实体变化过程来反映。
属性联系
实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中 的从属关系、聚类关系和相关关系
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的数据模型设计
数据模型建立的目的 揭示空间实体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为
计算机能够接受和处理的数据形式。 ❖ 能够对空间数据进行统一管理 ❖ 帮助用户查询、检索、增加删除和修改数据 ❖ 保障空间数据的独立性、完整性、和安全性
第一节 空间数据库概述
二、 空间数据库的设计
1. 空间数据库的设计过程
就是将地理空间客体按一定的组织形式，在数据库系统中加以
表达的过程。 这一过程一般需要两步
现实世界
①人类对客体的认识、抽象， 建立概念模型。
②将概念模型转换为计算机 能够接受的形式，即数 据模型。
人类的认识、抽象 信息世界的
概念模型 转换
第一节 空间数据库概述
3、空间数据库管理系统的实现方法 空间数据库管理系统是建立在常规数据库管理系统的基础上，实 现对空间数据的管理功能。 ❖ 常规数据库管理系统扩展：直接对常规数据库管理系统进行 扩展，加入一定数量的空间数据存储与管理功能。 例如：Oracle ❖ 空间数据库引擎（SDE: Spatial Database Engine）：在常 规数据库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现空间数据 的存储与管理。 例如：ESRI的SDE