GIS数据库设计

第五章 GIS数据库设计
5.1GIS数据库设计概述
5.1.1概念
数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在着的应用 处理和数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。具体地讲， 就是对于一个给定的应用环境，提供一个确定最优数据模型 与处理模式的逻辑设计，以及一个确定数据库存储结构与存 取方法的物理设计，建立能反映现实世界信息和信息联系， 满足用户要求，能被某个数据库管理系统所接受，同时能实 现系统目标并有效存取数据的数据库。
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（4）数据独立性原则 分为数据的物理独立与数据的逻辑独立。数据的物理独 立性是指数据的逻辑结构独立于数据的物理结构。逻辑独立 性是指用户数据独立于数据的逻辑结构。
（5）标准化、独立化原则
要合理规定数据库的名称，提供稳定的空间数据结构， 对系统涉及的专题数据全面分析和统一规划，进行正确的分 类和编码，使空间数据规范化、标准化。
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5.1.3设计原则
（1）组织有序、层次分明
系统对空间数据库的存取访问以及空间分析模型的建立， 要求对涉及的基础地理数据制定合理的组织、管理方法、组 织有序、层次分明。
（2）最小冗余度原则
数据尽可能不重复，减少数据存储的冗余量，节约存储 空间。
（3）具有足够的数据吞吐量
要求系统设计者有效掌握计算机内存的使用技术，节约 使用计算机的内存，同时掌握计算机内存的交换技术。以使 最大限度的扩大计算机内存的使用空间。
➢ 自底向下。即首先定义各局部应用的概念结构，然后 将它们集成起来，得到全局概念结构。
➢ 逐步扩张。首先定义最重要的核心概念结构，然后向 外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至 生成总体概念结构。
➢ 混合策略。即将自顶向下和自底向上相结合，用自顶 向下策略设计—个全局概念结构的框架，以它为骨架集 成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。
➢ 空间数据库管理系统则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地维 护和更新的一套软件系统。
➢ 空间数据库应用系统由空间分析模型和应用模型组成，在 空间分析模型和应用模型的支持下，利用空间数据进行分 析和决策。
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本章主要知识点 ➢GIS数据库设计概述 ➢GIS数据库设计 ➢空间数据组织与管理 ➢栅格数据组织与管理
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➢ 空间数据库系统由空间数据库、空间数据库管理系统和空 间数据库应用系统组成 。
➢ 空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上 存储的与应用相关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上的。
(3)对现实世界模拟的精确程度。模拟现实世界的精确程 度取决于两方刚的因素：一是所用数据模型的特性、二是数 据库设计质量。
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(4)能被某个数据库管理系统接受。在设计中，应了解数 据库管理系统的主要功能和组成。尽管数据库管理系统的功 能因不同的系统而有所差异，但一般都应具有以下主要功能。 ➢ 数据库定义功能：提供定义概念模型、外部模型和内部 模型的能力，勾画出数据库的框架。 ➢ 数据库管理功能：包括对整个数据库的运行控制、数据 存取、更新管理、数据完整性及有效性控制和数据共享时的 并发控制等。 ➢ 数据库维护功能；包括数据库重新定义、数据重新组织、 性能监督和分析以及发生故障时恢复运行等。 ➢ 数据库通信功能：包括与操作系统的接口处理，与各种 语言的接口以及与远程操作的接口处理等。
数据库设计是一个复杂、繁琐的过程，它通常要求包括 制定整个数据库的使用目的和目标，分析和评价各种设计方 案和雏形试验。
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5.1.2设计目标 (1)满足用户要求。设计者必须充分理解用户各方面的要 求与约束条件，尽可能精确地定义系统的需求。
(2)良好的数据库性能。应用型GIS数据库件能包括多方 面的内容，在数据存储方面既要考虑数据的存储效率又要顾 及其存取效率；在应用方面，不仅要满足当前应用之需要， 又要能满足一个时期内的需求可能；在系统方面，当软件环 境改变时，容易修改和移植。另外，还要有较强的安全保护 功能。
（4）物理设计 根据概念设计的结果以及计算机提供的手段，设计数据 库的文件结构、存取路径等。
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（5）数据库实施 是装入数据、完成编码、投入使用，并根据系统运行中 产生的问题以及用户的新需求不断完善的过程。 5.2GIS数据库设计 5.2.1概念模型设计 概念Байду номын сангаас计的结果是对现实世界或地理实体的信息化概念 模型。它是由构造实体的基本元素以及反映这些基本元素之 间联系的信息所组成。
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（2）概念设计
以用户需求为依据，以需求分析为基础，把用户的需求 加以解释，将需求分析中收集的信息和数据进行分析和抽象， 并用概念模型表达出来的过程。
（3）逻辑设计
把信息世界中的概念模型利用数据库管理系统提供的工 具映射为计算机系统为数据库管理系统所支持的数据模型， 概念模型被匹配到特定的数据库管理系统，并用数据描述语 言描述出来。
概念模型独立于数据序逻辑结构，也独立于支持数据库 的DBMS。它是现实世界与机器世界的中介，一方向能够充 分反映现实世界，包括实体和实体之间的联系，同时又易于 向关系、网状、层次等各种数据模型转换。
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１、方法与步骤
设计概念结构通常有4类方法
➢ 自顶向下。即首先定义全局概念结构的框架，然后逐 步细化。
（6）可扩展原则
设计时要考虑与未来应用接口的问题。使各功能模块在 相互关联的基础上尽可能独立的操作运行。
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（7）系统可靠性、安全性与完整性原则 可靠性体现在软硬件故障率小，发生故障时能迅速恢复； 安全性是系统对数据的保护能力；完整性是指数据的正确性、 有效性、相容性。 5.1.4设计过程 一般分为需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、 数据库实施五个阶段。 （1）需求分析 主要收集数据库所有用户的信息内容和处理要求，并加 以规格化和分析。