第6讲 GIS的数据库设计

.
.
1）数据一般状况评价
①数据的目前状态：包括数据是否已有电子版，工是否有机构正 在生产数据电子版。
②数据是否是一种标准形式：主要指该类数据是否在各政府机构 式或商业团体生产的数据的标准化之列。
③数据是否可以直接GIS使用：常常某些数据需要经过一定的处 理以后才能与数据库中定义的数据相符合。
第六讲 地理信息系统数据库设计 与管理
夏建新 中央民族大学生命与环境科学学院
.
GIS数据库
一般来说数据库的集合存放有下面几个要求： 1）最小冗余度原则；数据尽可能不重复。 2）应用程序对数据资源的共享原则：以最优
的方式服务于一个或多个应用程序。 3）数据独立性原则：数据的存放尽可能地独
立于使用它的应用程序。 统一管理原则：能够用一个软件统一管理这些
在描述数据流组成时，常用符号有：=，+，[1]，｛｝，（）
=
表示“定义为（等价于）”
+
表示“与”
[1]
括号内用“1”分割的各项目选择出现一项
（） 括号内部分可以不出现
｛｝ 括号内部部分重复出现
.
2．数据项条目
例
数据流“仓储事务”中的数据项
“零件”可以定义为
数据项
零件
零件=零件号+零件名称+规格+（备注）
.
（3）硬件资源表
包括：硬件名称、操作系统、主要功能、 所属部门、运行状况等。
.
（4）软件资源表
包括：软件名称、所属单位、操作平台、 主要功能、参与的应用、运行状况等。
.
（5）专业人员清单
主要包括：人员名称、所属部门职务、 主要职责范围、技术优势、经验层次、 目前工资等。
.
（6）数据功能参照表
据源，在分层中，使用不同数据源更新的数据也应分 层进行存储，以便于更新。 ⑦即使是同一类型的数据，有时其属性特征也不相同， 所以也应该分层存储。
.
.
2）空间数据库属性表与属性关系设计
步骤：①设计相互关联的表格；②对数 据表进行规范化；③定义主关键项和外 部关键项；④使用实体关系模型来定义 关系；⑤关系表的再规范化。
4）数据库总体设计的评定；根据数据库的应用目的和 数据内容及使用方式来评价前面三步的设计结果，进 行统筹的考量。
5）数据库概念模型的起草；将GIS数据库的概念设计 起草成正式的文件，作为后面详细设计时参考。
.
数据库的宏观地理定义
宏观地理定义通常包括以下三个内容：比例尺、地图 投影和坐标系统。
.
1）数据库数据的组织
GIS中数据组织结构的分析主要包括： ①数据分层； ②数据在各层次上表达的形式及其格式； ③数据属性信息的内容。
.
数据分层的考虑因素
①具有同样的特性，即数据有相同的属性信息。 ②比例尺的一致性。 ③该层数据会有同样的使用目的和方式。 ④不同部门的数据通常应该放入不同的层，便于维护。 ⑤数据库中需要不同级别安全处理的数据。 ⑥数据库中的各类数据的更新可能使用各种不同的数
.
数据源的选择
来源：①地图；②航空象片；③GPS接收的数 据；④卫星象片；⑥现有的各种电子数据文件； ⑥照片；⑦各种记录性文件等。
1）国家各机构生产和维护的数据 2）省级政府生产和维护的数据 3）各级地方政府生产和维护的数据 4）商业团体的数据 5）非赢利性机构生产的数据
.
各种数据的评价
.
(3)使用实体—关系模型来帮助关 系表的规范化
①首先要识别实体。 ②决定实体间的关系。 ③决定各实体的关键项。 ④将其汇成连通的图表。
.
.
(4)逻辑数据图
.
(5)概念化设计的书面报告
文件内容应该将所有的数据内容加以详细的概 述。
对数据库的数据模型和内容加以描述，即分层 和表格关系。
的顾在与否及质量直接影响到该数据的价值。
.
2、数据空间特征的评价
1）空间特征的表达方式。 2）空间特征的连续性和闭合性。 3）表示规则的比较。 4）空间数据地理控制信息的比较。 5）空间地理数据的系列性。 6）分类方法的比较和评价。 7）地理参考系统的一致性。
.
3、数据属性特征的评价
.
已存在的电子版数据的评价原则
1）数据格式：数据格式是一个很重要的因素，如果不与数据库设 计的要求相吻合，势必要进行数据转换。
2）拓扑关系：GIS数据要求数据的特征之间保持应有的拓扑关系。 3）数据分辩率：对于栅格数据，数据的分辩率是指象元的大小。 4）数据覆盖面及一致性：该数据是否能够覆盖整个的工作地区。 5）数据的可获得性：包括数据存储的媒介，适用的计算机平台和
I: Input O: Outpu.t
（7）数据来源清单
数据功能参照表
.
（8）部门功能清单
.
概念化设计
1）数据库的宏观地理定义：主要指对数据库比例尺、 地图投影和坐标系统的定义。
2）数据库的地理特征设计；对于各种地理特征有关的 属性数据中以什么几何形式表达进行设计。
3）数据库表格及其关系的设计表达：对与地理特征有 关的属性数据在数据库中表达方式的设计。
.
数据流图
1、 数据源点和数据终点 2、 加工（数据处理/变换） 3、 数据流 4、 文件（数据存储）
.
具体步骤如下：
1） 确定系统边界，画出顶层数据流图。 2） 自项向下，对每个加工进行内部分解，画出分层数
据流图。 3） 对数据流图进行复查求精。 在分层数据流图求精过程中应该注意以下问题： ① 检查流入、流出加工的数据流的连续性。 ② 控制单张数据流图的复杂性 ③ 父图与子图的数据平衡 ④ 终止加工分解的条件 ⑤ 局部文件 ⑥ 分解层次的均匀性问题
数据项
零件号
零件号=Pxxxxxxx
说明：零件号由字母P开头的8个字符组 成，后7个字符可以是字母或者数字
.
3、 文件条目
文件名[别名]
记录定义
[文件组织]
[存储介质描述]
投影不能保证大范围内的不变。 3）等面积投影保持同比例的情况下面积不变。 4）等距离投影保持某种距离上下不变，但任
何一种投影均不可能保持一幅地图上任何两点 的距离均是不变的。 等方向投影保持地图上的方位角与真实方位角 相同。
.
投影和坐标系统选择的一般原则：
1）在经常需要投影变换而且覆盖面积较大的 情况下，应该使用地理坐标系统。
1）比例尺 比例尺是指地图和地表上长度的对应关系，它是地图
或数据精度和详细程度的标志。 2）地图投影和地理坐标系统 设计数据库时可以有以下几种选择 1）将所有数据放入一个带。 2）将各带分别存放。 3）选择不同的地图投影。 4）选择使用地理坐标系统。
.
地图投影选择的几个原则：
1）任何地图投影均有变形。 2）等形投影保持小区域内不变，但任何一种
在能够使用图表的情况下尽量使用图表。 很多详细的内容可以放入附录之中，以保持文
本主体的清晰。 假若时间允许，可以提供一个原型以更清楚地
表示整个设计的概念。
.
GIS数据库的详细设计
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。
2）避免不必要的细节，着重了解预定的内容。 3）整个访谈应由GIS专业技术人员掌握，控制进度，保
持良好的访谈气氛。 4）尽可能在对方工作的地方进行，以便对方可以随时提
供必要的资料和过程。 5）让对方告知轻重次序，以便于在实施过程中决定执行
次序。 6）注意负面意见，但不要急于作答。 7）对于自己不熟悉的领域可以使用录音机、录相、照相
数据。
.
分享式数据库
分享式数据库的优点可以从以下几个方 面来概括：
1）灵活性增强。 2）用户应用程序的共同开发。 3）维护的分享。 4）减少数据的冗余度。
.
GIS数据库设计的概念
.
GIS数据库设计过程
第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 第六步
需求分析 原型概念化设计 GIS数据库的详细设计 自动化方案制定 试点项目实施 数据库总体实施
.
数据字典中各数据层的详细内容 定义及结构：
●标题类信息：名称、类型、数据质量； ●各层的有关文件、表、各表的项及各项的定
义、有效值范围等； ●地理参考方面要求满足的情况； ●其它有便于说明和理解的文字或图表等； ●各层空间及属性的质量控制规范； ●各层编号系统与其它各标准编号系统的关系； ●各层数据的使用与各应用类型的关系等。
.
.
.
.
分析结果报告
分析结果报告通常要包括以下几个部分： 1）机构运作的逻辑数据流程图； 2）对于整个数据流程的每步过程，数据
的输入是如何转换成数据的输出； 3）各主要处理均应当以任务的形式出现； 4）各主要处理的步骤应简单明地注明。
.
（2）建立GIS系统获得的各种产品
各类GIS产品通常可以包括地图、报表、 文件、应用软件包、屏幕查询或是更新 的数据库等。
是否可以购买及免费提供。 6）样本数据：在数据评判过程，如果能够有机会获得该数据的样
本将会对数据的感性认识大大地提高。 7）自动化过程实施的考虑：通常现有的数字化数据并不完全符合
某一数据库设计的要求，可能需要做不同程度的加工才能入库。 8）数据的元数据信息是否完全：元数据是不关数的重要信息，它
等。
.
需要了解的内容
通常可以分成机构的模式、日常操作、 数据、专业人员、软件和硬件这六大类。
.
调查内容的组织的分析
.
（1）现有机构的组织结构图；
1）现有机构的功能示意图； 2）现有机构的人员组织及功能示意图； 3）现有数据内容及来源清单； 4）现有数据及其功能参照表； 5）现有软硬设备关系图。 除了以上6种内容以外，还应当包括下面三种； 6）人员培训计划； 7）GIS的输出产品； 8）实施的进度计划。
.
.
.
.
.
.
数据词典
.
1、 数据流条目
数据流名称 [别名列表]
数据流组成
[来源][去向]
[处理特点（使用频率，数据量等）]
[其他注释（格式、位置等）]
〈数据流名称〉=数据项[〈逻辑操作符〉数据项]
例1：学生成绩单=课程编码+课程名+[任课教师 1指导教师]+｛学 号+姓名+成绩（+备注）｝
.
用户需求分析
GIS数据库开发应该主要了解下面的内容： 1）明白即将开发的GIS所支持的各种功
能； 2）了解系统要求的数据内容和行为； 3）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。 4）了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。
.
现状调查
1）在访谈以前将各种问题以表格、问卷或其他书面形式 写出来。
.
(1)设计相互关联的表格
●唯一性：在每个表中，每个记录的关 键项均必须是唯一的；
●不变性：不含有其他方面的信息； ●纯粹性：不含有其他方面的信息； ●不重复性：不会被重复使用，即某一
个值被删除后，不会再被使用； ●可获得性：需要时便可以拿来到此信
息。
.
.
.
(2)空间数据的均衡化
将数据库中各关系表进行分解，使其变 成更简单、更稳定的一套关系表的过程 叫数据库的均衡化。
2）笛卡儿坐标系统对于小面积和一个固定的 坐标系最为适合。
3）Fra Baidu bibliotek据研究区的形状来选择变形最小的投影。 4）如果有地区标准的话，应该使用地区标准。 5）如果研究区的面积很重要时，可以考虑使
用一种等面积的投影进行面积计算，而数据在 存储时可以使用另外一种投影。
.
.
.
.
数据库数据模型的确定
④数据的原始性；有些数据是由其他更原始的数据推导、综合而 来。
⑤数据的可替代性：常常对一种所需要的数据来说，会有多种来 源，有些容易获得，有些则较难在决定使用哪一种时，应该将各 种可能来源的数据均加以收集并仔细比较，再做定论。
⑥数据与其他数据一致性：覆盖的地区是否一致比例尺是否相同， 数据的地理控制点是否符合数据库的要求，在整个地区是否一致， 投影是否与要求符合等
1）属性的存在性。 2）属性数据与空间位置的匹配。 3）属性数据的编码系统。 4）属性数据的现适性。
.
空间数据层的设计
1）属性数据类型的设计 2）编码标准的设计
.
数据字典
1）数据字典的内容 2）数据文件的命名方法 3）数据字典的元数据内容。
.
数据字典
1）数据字典的内容 ① 数据库的总体组织结构； ② 数据库总体设计的框架； ③ 数据层的详细内容定义及结构； ④ 数据命名的定义； ⑤ 元数据内容等。