第四章空间数据库PPT课件
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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
空间数据库的第四章讲稿-PPT课件
面向对象的概念（核心概念）
（五）类和实例(CIass、Instance) 类是对具有共同特征的一组对象的抽象，具有相同的属性类型、消息接 口和方法定义的所有对象构成一个类。类中的一个具体对象称为其所属类的 一个实例，每个实例具有各自不同的状态（属性值）。类有三种主要类型： 1、抽象类(AbstractClass)：不能创建对象，只能作为父类。 2、伴随类（CoClass)：可创建类。可直接创建新对象或实例化。 3、类(Class)：可实例化类。不能直接创建新对象，但在其他类的属性 中可创建它的对象，可以被另一个类的对象实例化，可以被其他类引用，是
面向对象数据模型
一个空间类（非基本类）的实例可以作为元件类实例，聚合成另一 个不同类型空间类的实例。聚合与引用关系表达了类与类之间的横向构 成关系，构成了空间数据库的类复合等级结构。一个复杂的空间对象由 多个其他的空间对象组成，如交通网络由交叉路口、服务设施、道路等 组成。图4-3为复合引用与弱引用举例：
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面向对象空间数据模型 （应用问题描述）
一、数据 应用涉及行政区划、城市间路网和土地使用三类数据。 抽象为七个专题： （一）行政区划 行政区域的层次结构划分为国家、省和县三层。 抽象为三个专题： 1、国家country（国家名name，几何属性geometry） 2、省province（省名name，几何属性geometry） 3、县county（县名name，人口population，几何属 性geometry）
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面向对象数据模型
一、对象与封装性（encapsulation） 每个概念实体模型化为一个对象，一个对象由描 述该对象状态的一组属性数据和表达其行为的一组方 法组成，是属性数据和行为的统一体。 一个对象object可定义成一个三元组：
地理信息系统空间数据库PPT
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
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
空间数据库PPT课件
空间概念和数据模型
• 数据抽象和数据建模 • 空间信息模型
– 概念模型 – 基于场的模型 – 基于对象的模型
• 空间数据类型、空间对象关系 • 两种拓扑关系代数：9IM，RCC
2021
1
数据库设计的三个步骤
• 概念模型
– 按用户的观点从现实应用中抽象出事物以及 事物之间的联系
• 逻辑建模
– 建立概念和联系的逻辑结构
– 联系：表达实体间的关联
• 一对一、一对多、多对多
2021
7
E-R图
姓名 学号 系别 课程名 先修课 主讲老师
学生 选修
实体
联系 成绩
2021
课程
属性
8
面向对象模型
• 现实世界被看作若干对象类（class），由属性 （attribute）来描述性质，方法（method）来 描述行为，通过关系（relationship）互相关联
2021
37
度量空间
• 设X是一个非空集合，如果已知X中任何一对元 素x,y，均给定一个实数d(x,y)与之对应，而且 满足下列条件
– d(x,y)>=0（非负）； – d(x,y)=0x=y（到自身距离为0）； – d(x,y)=d(y,x)（对称）； – d(x,y)<=d(x,z)+d(z,y)（三角不等式）
– 类：现实中具有相同性质的对象的封装
– 属性：描述对象的性质
– 方法：修改对象的状态，体现对象的功能
– 关系：类之间的关联
• 聚合aggregation：整体-部分关系 • 泛化generalization：一般-特殊关系 • 关联association：其它关系
2021
9
category name
• 数据抽象和数据建模 • 空间信息模型
– 概念模型 – 基于场的模型 – 基于对象的模型
• 空间数据类型、空间对象关系 • 两种拓扑关系代数：9IM，RCC
2021
1
数据库设计的三个步骤
• 概念模型
– 按用户的观点从现实应用中抽象出事物以及 事物之间的联系
• 逻辑建模
– 建立概念和联系的逻辑结构
– 联系：表达实体间的关联
• 一对一、一对多、多对多
2021
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E-R图
姓名 学号 系别 课程名 先修课 主讲老师
学生 选修
实体
联系 成绩
2021
课程
属性
8
面向对象模型
• 现实世界被看作若干对象类（class），由属性 （attribute）来描述性质，方法（method）来 描述行为，通过关系（relationship）互相关联
2021
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度量空间
• 设X是一个非空集合，如果已知X中任何一对元 素x,y，均给定一个实数d(x,y)与之对应，而且 满足下列条件
– d(x,y)>=0（非负）； – d(x,y)=0x=y（到自身距离为0）； – d(x,y)=d(y,x)（对称）； – d(x,y)<=d(x,z)+d(z,y)（三角不等式）
– 类：现实中具有相同性质的对象的封装
– 属性：描述对象的性质
– 方法：修改对象的状态，体现对象的功能
– 关系：类之间的关联
• 聚合aggregation：整体-部分关系 • 泛化generalization：一般-特殊关系 • 关联association：其它关系
2021
9
category name
地理信息系统空间数据库
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
关关系。
3. 空间数据库的数据模型设计
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：
（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。
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
《空间数据库》PPT课件
网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连 接关系，是具有多对多类型的数据组织方式 。
学校名称 西科大
学院 教师数 学生数 研究生
环资系系名名
教师数 学生数 研究生 52教师数 300学生数 70研究生
土木 信控
49
257
71
学号 姓名 年级 籍贯
系名 00231系2 名
张教三教师师数数
学3学生生数数广东研究生
2
b
3e
M
5
a
Ⅰc
Ⅱ
f
1
d
4
g
6
地图
M
Ⅰ
Ⅱ
多边形
Ⅰa b c d Ⅱc e f g
Ⅰ
a
1
2
线
Ⅰ
b
2
3
Ⅰ
c
3
4
Ⅰ
d
4
1
Ⅱ
e
3
5
Ⅱ
f
5
6
Ⅱ
g
6
4
点
1 x1 y1
2 x2 y2 3 x3 y3 4 x4 y4 5 x5 t5 6 x6 y6
关系数据库模型的优、缺点
优点： 结构特别灵活，具有严密的数学基础和操作代数
GIS数据库的特征（2）
非结构化特征：在当前通用的关系数据库管理系统中，数 据记录一般是结构化的，即它满足关系数据模型的第一范 式要求，也就是说每一条记录是定长的，数据项表达的只 能是原始数据，不允许镶嵌记录，而空间数据则不能满足 这种结构化要求。
分类编码特征：一般而言，每一个空间对象都有一个分类 编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准， 或地区标准，每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个 数是相同的。因而在许多情况下，一种地物类型对应于一 个属性数据表文件。
《空间数据库》PPT课件
学号 课程号 系名 002312 系名 A01 教师数
课程号 课程名 周学时 学分 系名 教师数 学生数 A01系名 GIS 教师数 4 学生数 5 研究生
网络数据库模型的优、缺点
优点：
能明确而方便地表示数据间的复杂关系。 数据加了用户查询和定位的困难。 需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大。 数据的修改不方便（指针必须修改）。
关系数据库模型
关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利
地图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1 d
b Ⅰ c 4
3
e Ⅱ g
5 f 6
M
Ⅰ 多边形 Ⅱ a c b e c f d g
点 1 x1 x2 x3 x4 x5 x6 y1 y2 y3 y4 t5 y6
Ⅰ 线 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
a b c d e f g
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。
2 a 1 d
b Ⅰ c 4
3
e Ⅱ g
5 f 6
M
M
Ⅰ
Ⅱ
a 1 2 2
b 3 3
c 4 4
d 1 3
非结构化特征：在当前通用的关系数据库管理系统中，数据记录 分类编码特征：一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码， 海量数据特征：空间数据库的数据量比一般的通用数据库要大得 应用面广的特征：GIS数据应用于地理研究、环境保护、土地利
标准DBMS存储空间数据的局限性
(GIS)第四章-空间数据库
• 类：是对多个相似对象共同特性的描述。共享同一属性和方法
集的所有对象的集合构成类。 • 实例：是由一特定类描述的具体对象。
• 类和实例之间是抽象和具体的关系，实例是某类的一个具体对
象，类是多个实例的抽象综合。
（二）继承及类之间的层次关系
继承：是一种现实世界中对象之间独特的关系，它使得某类对象 可以得到另一类对象的特征和能力。如饭店子类从建筑物类继承地址、 建筑日期等属性。
ORM图可以表达子类型的关系。
示，强制性约束用圆点表示。
第三节 空间数据库逻辑模型设计
数据库逻辑设计的任务是把数据库概念设计阶段产生的概念数据库 模式变换为逻辑数据库模式，即适应于某种特定数据库管理系统所支持 的逻辑模型。
传统的数据模型 层次模型
网状模型
关系模型
一、层次模型
• • 概念：层次模型是以记录类型为结点的有向树或森林，能 很好地表达1:N的关系。 主要特点：
的约束来表达业务规则。
ORM图是用图形符号的形式表现对象角色建模的结果。它用对象类 型和谓词来表ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一个事实。
Spatial_Obj
Polygon
Polygon_ID
具有/属于
对象类型：表示实际对象或概念的类型，必须以大写字母开头的英文
名词的形式出现，必须具有唯一的定义，且在模型范围内只能被定义一次。 对象类型有两类：
•
较强的应用适应性
设计技术
数据设计者使用的设计工具，其中包括各种算法、文本化方法、用
户组织的图形表示法、各种转化规则、数据库定义的方法及编程技 术。
设计技术分为两类：数据分析技术和技术设计技术。
四、空间数据库的实现和维护
第四章-空间数据库
1 2 3 4 5
x
26.7 28.4 46.1 31.3 68.4
y
23.5 46.5 42.5 45.6 38.7
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
多 形 边
Ⅰ Ⅱ
点
a c b e c f d g
1 2 3 4
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
学校名称 西北大学
系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 研究生 城资系 系名 52 教师数 300 学生数 70 研究生 49 257 71 地质系 化学系
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3 学生数广东 研究生
教师号 姓名 年龄 职称 系名 教师数 学生数 66 系名 李四 教师数 30 学生数教授 研究生
数据库技术是20世纪 年代初开始发展起来的一 数据库技术是 世纪60年代初开始发展起来的一 世纪 门数据管理自动化的综合性新技术。 门数据管理自动化的综合性新技术。 一、数据库 数据库： 为了一定的目的 ， 在计算机系统中以特定的 数据库 ： 为了一定的目的， 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 空间数据库： 即地理信息系统的数据库， 空间数据库 ： 即地理信息系统的数据库 ， 是某区域内 关于一定地理要素特征的数据集合。 关于一定地理要素特征的数据集合。
1、计算机对数据的管理阶段
经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
（1）程序管理阶段 变量赋值、运算、输出均在一个程序中进行，值变程 序就变。 如：add.c #include “stdio.h” main() { int a,b,c; a=3; b=5; c=a+b; printf(“c=%d\n”,c); } 编译后生成add.exe。
x
26.7 28.4 46.1 31.3 68.4
y
23.5 46.5 42.5 45.6 38.7
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
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5 f
M
多 形 边
Ⅰ Ⅱ
点
a c b e c f d g
1 2 3 4
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 t5 y6
学校名称 西北大学
系名 教师数 学生数 研究生 系名 教师数 学生数 研究生 城资系 系名 52 教师数 300 学生数 70 研究生 49 257 71 地质系 化学系
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3 学生数广东 研究生
教师号 姓名 年龄 职称 系名 教师数 学生数 66 系名 李四 教师数 30 学生数教授 研究生
数据库技术是20世纪 年代初开始发展起来的一 数据库技术是 世纪60年代初开始发展起来的一 世纪 门数据管理自动化的综合性新技术。 门数据管理自动化的综合性新技术。 一、数据库 数据库： 为了一定的目的 ， 在计算机系统中以特定的 数据库 ： 为了一定的目的， 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 结构组织、存储和应用的相关联的数据集合。 空间数据库： 即地理信息系统的数据库， 空间数据库 ： 即地理信息系统的数据库 ， 是某区域内 关于一定地理要素特征的数据集合。 关于一定地理要素特征的数据集合。
1、计算机对数据的管理阶段
经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
（1）程序管理阶段 变量赋值、运算、输出均在一个程序中进行，值变程 序就变。 如：add.c #include “stdio.h” main() { int a,b,c; a=3; b=5; c=a+b; printf(“c=%d\n”,c); } 编译后生成add.exe。
GIS第四章地理信息系统空间数据库 ppt课件
二、空间数据库系统由哪几部分组成？ 三、空间数据库设计的基本过程是什么？ 四、空间数据库如何加以实现和维护？
PPT课件
4
第一节 空间数据库概述
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和，以一系列特定 结构的文件形式组织后存储在介质上。
PPT课件
5
第一节 空间数据库概述
空间数据库设计最终归结为空间数据模型设计。
PPT课件
14
空间数据设计的过程和步骤
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
数据库
地理现象 和过程
现实世界
数据库的 概念模型
信息世界
数据库的 逻辑模型
数据库的 存储模型
计算机世界
PPT课件
15
1、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。
PPT课件
20
四、 空间数据库的实现和维护
3、空间数据库的运行和维护 维护空间数据库的安全性和完整性 监测并改善数据库性能 增加新的功能 修改错误
PPT课件
21
内容小结
一、数据管理技术发展阶段 二、空间数据库系统的组 三、空间数据库的设计 四、空间数据库的实现和维护
第四章 地理信息系统空间数据库
PPT课件
1
第四章 地理信息系统空间数据库
第一节 空间数据库概述
第二节 空间数据库概念模型设计
第三节 空间数据库逻辑模型设计
第四节 空间数据库的物理设计
PPT课件
4
第一节 空间数据库概述
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和，以一系列特定 结构的文件形式组织后存储在介质上。
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5
第一节 空间数据库概述
空间数据库设计最终归结为空间数据模型设计。
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14
空间数据设计的过程和步骤
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
数据库
地理现象 和过程
现实世界
数据库的 概念模型
信息世界
数据库的 逻辑模型
数据库的 存储模型
计算机世界
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15
1、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。
PPT课件
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四、 空间数据库的实现和维护
3、空间数据库的运行和维护 维护空间数据库的安全性和完整性 监测并改善数据库性能 增加新的功能 修改错误
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内容小结
一、数据管理技术发展阶段 二、空间数据库系统的组 三、空间数据库的设计 四、空间数据库的实现和维护
第四章 地理信息系统空间数据库
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1
第四章 地理信息系统空间数据库
第一节 空间数据库概述
第二节 空间数据库概念模型设计
第三节 空间数据库逻辑模型设计
第四节 空间数据库的物理设计
第四章空间数据库优品ppt
网状模型
q 优点： v 可以描述多对多关系； v存取效率较高。
q 缺点： v 结构复杂； v缺乏完整性约束。
层次模型与网络模型相比较
图1
网络模型实例
E
图2
关系模型
q基本组成是一张二维表，一个数据库则由许多个 有一定关系的表组系模型实例
关系模型
优点：
网状模型
限制条件： （1）允许一个以上的结点无双亲； （2）一个结点可以有多个双亲。
网状模型
E
网状模型实例
（1）允许一个以上的结点无双亲； 限制条件： 基本组成是一张二维表，一个数据库则由许多个有一定关系的表组成。 空间数据库管理系统:能够定义、查询、检索和维护地理空间数据 空间数据库应用系统：由空间分析模型和应用模型组成 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。 空间数据库管理系统:能够定义、查询、检索和维护地理空间数据 难以表示多对多的关系及实体之间的拓扑关系； 三种常用的传统数据模型比较 难以表示多对多的关系及实体之间的拓扑关系； 反映了现实世界实体之间的层次关系。 限制条件： 反映了现实世界实体之间的层次关系。 反映了现实世界实体之间的层次关系。 反映了现实世界实体之间的层次关系。 可以描述多对多关系； 空间数据库:指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。
E
层次模型实例
多对多联系分解方法
S# SN SS m
S-C n
C# CN
S# SN SS C# CN C# CN S# SN SS
S# SN SS C# CN
V.C
V.S
层次模型
q 优点： v 较简单； v 反映了现实世界实体之间的层次关系。
q 缺点： v 难以表示多对多的关系及实体之间的拓扑关系； v 导致数据冗余。
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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理相比有许多明显的差别，其中主要的有两点： 一是数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据
共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益； 二是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。
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5
3、空间数据库的特点
地理信息系统的数据库(简称为空间数据库)是某区 域内关于一定地理要素特征的数据集合。
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层次模型由处于不同层次的各个结点 组成。除根结点外，其余各结点有且仅有 一个上一层结点作为其“双亲”，而位于 其下的较低一层的若干个结点作为其“子 女”。结构中结点代表数据记录，连线描 述位于不同结点数据间的从属关系。
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2
第一节 数据库概述
数据库技术是20世纪60年代初开始发展 起来的一门数据管理自动化的综合性新技术。
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩 展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理 和控制与这些数据相关联的事物。地理信息 系统中的数据库就是一种专门化的数据库， 由于这类数据库具有明显的空间特征，所以 有人把它称为空间数据库。
1、数据集中控制特征
数据库集中控制和管理有关数据，以保证 不同用户和应用可以共享数据。
2、数据冗余度小的特征
冗余是指数据的重复存储。在数据库中应
该严格控制数据的冗余度。
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3、数据独立性特征
数据独立是数据库的关键性要求。数 据独立是指数据库中的数据与应用程序相 互独立，即应用程序不因数据性质的改变 而改变；数据的性质也不因应用程序的改 变而改变。
*
9
5、数据保护特征
数据保护对数据库来说是至关重要的， 一旦数据库中的数据遭到破坏，就会影响 数据库的功能，甚至使整个数据库失去作 用、数据保护主要包括四个方面的内容： 安全性控制、完整性控制、并发控制、故 障的发现和恢复。
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三、数据库的系统结构
数据库是一个复杂的系统。数据库的基本结 构可以分成三个层次：物理级、概念级和 用户级。
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2、一对多的联系(1：N)
这种联系可以表达为：在集合A中存
在一个ai,则在集合B中存在一个子集B′＝ (bj1，bj2…bjn)与之联系。通常，B′是B 的一个子集。
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3、多对多的联系(M：N)
这是现实中最复杂的联系，即对于集
合A中的一个元素ai。在集合B就存在一个 子集B′＝(bj1， bj2…bjn)与之相联系。反 过来，对于B集合中的一个元素Bj在集合A 中就有一个集合A′＝(ai1，ai2 …ain)与之 相联系。
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：
(1) 数据量特别大； (2) 不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空 间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联 系；
(3) 数据应用范围相当广泛。
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二、数据库的主要特征
数据库方法与文件管理方法相比，具有更强的数 据管理能力。数据库具有以下主要特征：
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四、数据库中数据组织方式
数据库中的数据组织一般可以分为四 级：数据项、记录、文件和数据库。
1、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。
2、记录：Leabharlann 若干相关联的数据项组 成。对大多数据库系统，记录是处理和存 储信息的基本单位。
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。
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第二节 数据库系统的数据模型
数据模型的主要任务就是研究记录类型 之间的联系。
目前，数据库领域采用的数据模型有层 次模型、网状模型和关系模型，其中应用最
广泛的是关系模型。
一、层次数据库模型
层次模型是数据处理中发展较早、 技术上也比较成熟的一种数据模型。它 的特点是将数据组织成有向有序的树结 构（即一对多的关系）。
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。
五、数据间的逻辑联系
数据之间的逻辑联系主要有三种：
1、一对一的联系(1：1)
这是一种比较简单的联系方式，这种联 系可以表达为：在集合A中存在一个元素ai， 则在集合B中就有一个且仅有一个bj与之联系。
GIS应用 软件
第四章 GIS应用 软件
GIS应用 软件
GIS应用 软件
空间数据库 数据的软件
数据的DBMS
扩展DBMS 以容纳空间数据
商业数据库
用户设计 的数据库
空间及 属性数 据文件
空间数据库
属性数据库
空间及属性 数据库
空间及属性 数据库
第四章 空间数据库
第一节 数据库概述 第二节 数据库系统的数据模型 第三节 GIS中空间数据库的组织方式 第四节 GIS空间数据库建库方法 思考与练习
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一、数据库（database，DB）的定义：
1、定义：数据库就是为了一定的目的， 在计算机系统中以特定的结构组织、存储、 管理和应用的相互关联的数据集合。
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2、数据库与传统的数据管理的差别
计算机对数据的管理经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 、文件管理阶段 、数据库管理阶段 数据库是数据管理的高级阶段，它与传统的数据管
1、物理级(也称内模式或存储模式) ：数据 库最内的一层。它是物理设备上实际存储 的数据集合(物理数据库)，是数据物理结构 和存储结构的描述。
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2、概念级(也称模式或逻辑模式) ：是数据 库中全体数据的逻辑结构和特征的描述， 是所有用户的公共数据视图。
3、用户级(也称子模式或外模式) ：是数据 库用户看见和使用的局部数据的逻辑结构 和特征的描述，是数据库用户的数据视图， 是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
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4、复杂的数据模型
数据模型能够表示现实世界中各种 各样的数据组织以及数据间的 联系。复 杂的数据模型是实现数据集中控制、减少 数据冗余的前提和保证。采用数据模型是 数据库方法与文件方式的一个本质差别。
数据库常用的数据模型有三种：层 次模型，网络模型和关系模型。
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共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益； 二是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。
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3、空间数据库的特点
地理信息系统的数据库(简称为空间数据库)是某区 域内关于一定地理要素特征的数据集合。
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层次模型由处于不同层次的各个结点 组成。除根结点外，其余各结点有且仅有 一个上一层结点作为其“双亲”，而位于 其下的较低一层的若干个结点作为其“子 女”。结构中结点代表数据记录，连线描 述位于不同结点数据间的从属关系。
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第一节 数据库概述
数据库技术是20世纪60年代初开始发展 起来的一门数据管理自动化的综合性新技术。
建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩 展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理 和控制与这些数据相关联的事物。地理信息 系统中的数据库就是一种专门化的数据库， 由于这类数据库具有明显的空间特征，所以 有人把它称为空间数据库。
1、数据集中控制特征
数据库集中控制和管理有关数据，以保证 不同用户和应用可以共享数据。
2、数据冗余度小的特征
冗余是指数据的重复存储。在数据库中应
该严格控制数据的冗余度。
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3、数据独立性特征
数据独立是数据库的关键性要求。数 据独立是指数据库中的数据与应用程序相 互独立，即应用程序不因数据性质的改变 而改变；数据的性质也不因应用程序的改 变而改变。
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5、数据保护特征
数据保护对数据库来说是至关重要的， 一旦数据库中的数据遭到破坏，就会影响 数据库的功能，甚至使整个数据库失去作 用、数据保护主要包括四个方面的内容： 安全性控制、完整性控制、并发控制、故 障的发现和恢复。
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三、数据库的系统结构
数据库是一个复杂的系统。数据库的基本结 构可以分成三个层次：物理级、概念级和 用户级。
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2、一对多的联系(1：N)
这种联系可以表达为：在集合A中存
在一个ai,则在集合B中存在一个子集B′＝ (bj1，bj2…bjn)与之联系。通常，B′是B 的一个子集。
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3、多对多的联系(M：N)
这是现实中最复杂的联系，即对于集
合A中的一个元素ai。在集合B就存在一个 子集B′＝(bj1， bj2…bjn)与之相联系。反 过来，对于B集合中的一个元素Bj在集合A 中就有一个集合A′＝(ai1，ai2 …ain)与之 相联系。
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：
(1) 数据量特别大； (2) 不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空 间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联 系；
(3) 数据应用范围相当广泛。
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二、数据库的主要特征
数据库方法与文件管理方法相比，具有更强的数 据管理能力。数据库具有以下主要特征：
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四、数据库中数据组织方式
数据库中的数据组织一般可以分为四 级：数据项、记录、文件和数据库。
1、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。
2、记录：Leabharlann 若干相关联的数据项组 成。对大多数据库系统，记录是处理和存 储信息的基本单位。
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。
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第二节 数据库系统的数据模型
数据模型的主要任务就是研究记录类型 之间的联系。
目前，数据库领域采用的数据模型有层 次模型、网状模型和关系模型，其中应用最
广泛的是关系模型。
一、层次数据库模型
层次模型是数据处理中发展较早、 技术上也比较成熟的一种数据模型。它 的特点是将数据组织成有向有序的树结 构（即一对多的关系）。
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。
五、数据间的逻辑联系
数据之间的逻辑联系主要有三种：
1、一对一的联系(1：1)
这是一种比较简单的联系方式，这种联 系可以表达为：在集合A中存在一个元素ai， 则在集合B中就有一个且仅有一个bj与之联系。
GIS应用 软件
第四章 GIS应用 软件
GIS应用 软件
GIS应用 软件
空间数据库 数据的软件
数据的DBMS
扩展DBMS 以容纳空间数据
商业数据库
用户设计 的数据库
空间及 属性数 据文件
空间数据库
属性数据库
空间及属性 数据库
空间及属性 数据库
第四章 空间数据库
第一节 数据库概述 第二节 数据库系统的数据模型 第三节 GIS中空间数据库的组织方式 第四节 GIS空间数据库建库方法 思考与练习
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一、数据库（database，DB）的定义：
1、定义：数据库就是为了一定的目的， 在计算机系统中以特定的结构组织、存储、 管理和应用的相互关联的数据集合。
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2、数据库与传统的数据管理的差别
计算机对数据的管理经过了三个阶段 ： 程序管理阶段 、文件管理阶段 、数据库管理阶段 数据库是数据管理的高级阶段，它与传统的数据管
1、物理级(也称内模式或存储模式) ：数据 库最内的一层。它是物理设备上实际存储 的数据集合(物理数据库)，是数据物理结构 和存储结构的描述。
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2、概念级(也称模式或逻辑模式) ：是数据 库中全体数据的逻辑结构和特征的描述， 是所有用户的公共数据视图。
3、用户级(也称子模式或外模式) ：是数据 库用户看见和使用的局部数据的逻辑结构 和特征的描述，是数据库用户的数据视图， 是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
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4、复杂的数据模型
数据模型能够表示现实世界中各种 各样的数据组织以及数据间的 联系。复 杂的数据模型是实现数据集中控制、减少 数据冗余的前提和保证。采用数据模型是 数据库方法与文件方式的一个本质差别。
数据库常用的数据模型有三种：层 次模型，网络模型和关系模型。
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