第五章 空间数据库及其管理

GIS空间数据库系 统组成和功能
空间数据库系统
空间数据库应用系统
空间数据库
空间数据库管理系统
…… ……
具有查询、检索、 存取等功能
GIS空间分析模型 GIS空间应用模型 ……
空间数据库
是地理信息系统在计算 机物理存储介质上存储 和应用的相关的地理空 间数据的总合。
空间数据库管理系统
空间数据库应用系统
数据项或数据项组集合,对文件 进行存取操作的基本单位 给定类型逻辑记录的全部具 体值的集合 文件的集合，文件之间存在某种联系， 不能孤立存在
5.1.3 数据库及其相关概念（续）
①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。
空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：


数据量特别大。
不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据。
网状模型结构
M
2
b
3
a
1
Ⅰ c Ⅱ
d
4
e
M
5
f
Ⅰ
Ⅱ
a
b
c
d
e
f
1
2
3
4
5
网络数据库模型
优点： •能明确而方便地表示数据间的复杂关系 •数据冗余小 缺陷： •网状结构的复杂，增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）
5.2.3 关系模型
Ⅰ 线 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
a b c d e f g
1 2 3 4 3 5 6
1 2 3 4 5 6
x1 x2 x3 x4 x5 x6
y1 y2 y3 y4 y5 y6
关系数据库模型
优点：

结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数 学运算规则形成的查询要求 能搜索、组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 数据库大时，查找满足特定关系的数据费时 对空间关系无法满足
②数据库管理系统 是提供数据库建立、使用和 管理工具的软件系统。 ③空间数据库管理系统 是指能够对存储的地理 空间数据进行语义和逻辑的定义，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。
④空间数据库应用系统 是由空间信息系统的空 间分析模型和应用模型所组成的软件。
地 理 信 息 系 统 原 理
四川农业大学资源环境学院
内容简介
§ 5.1 概述 § 5.2 空间数据库模型 § 5.3 空间数据库设计 § 5.4 空间数据库建立与维护
§5.1 概述
5.1.1 数据库在GIS中的地位与作用
地理信息数据花费的时间要占整个管理系统建 设所花时间的85%以上。 贮存于数据库中的空间数据和属性数据是GIS 的基础。 地理信息数据库是数据库在资源环境管理方面 的应用。
c 4 3
e 5 5
f 6 6
g 4
层次数据库模型
优点： 存取方便且速度快 结构清晰，容易理解 数据修改和数据库扩展容易实现 检索关键属性十分方便 缺陷： 结构呆板，缺乏灵活性 同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共 边） 不适合于拓扑空间数据的组织
5.2.2 网络模型 在网状模型中，允许：
是指能够对物理介质上 提供给用户访问和操作 存储的地理空间数据进 空间数据库的用户界面， 行语义和逻辑上的定义； 是应用户数据处理需求 而建立的具有数据库访 提供必须的空间数据 查询、检索和存取功能； 问功能的应用软件。 能够对空间数据进行 有效的维护和更新的一 套软件系统。
空间数据库系统支持下 建库
关系数据库模型是以记录组或数据表的形 式组织数据，以便于利用各种地理实体与属 性之间的关系进行存储和变换，不分层也无 指针，是建立空间数据和属性数据之间关系 的一种非常有效的数据组 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
6
地 图
M
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ 多 边 形 Ⅱ
a c
b e
c f
d g
点
2 3 4 1 5 6 4
一般由专业GIS软件提 供
一般需要进行二次开发。
§5.2 空间数据库模型
P100-106
空间数据模型有四种：层次模型、网络 模型、关系模型和面向对象模型。
根据使用的模型，可以把数据库分成： 层次型数据库、网络型数据库、关系型数据 库和面向对象数据库。
5.2.1 层次模型 是按层次结构来组织 数据的。因此，层次结构也叫树形结 构，树中的每个结点代表一种实体类 型。这些结点应满足：
①一个坐标结点可以有多个双亲结点，因为一个结 点可能属于多条弧段，而一个双亲结点有两个子 女结点，即一条弧段总有两个结点； ②一个图斑双亲结点有多个弧段子女结点，而一个 弧段子女结点同时又属于两个图斑双亲结点。
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 。

缺陷：

问题：



空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而 一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定 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

数据应用广泛。例如地理研究、环境保护、土地利 用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路 建设等。
地理空间数据库的内容


以地形内容为代表的地理基础数据库
以统计数据为代表的专题数据库 以遥感图像数据为代表的栅格数据库 以DTM、环境监测数据为代表的网格数据 库
5.1.3 数据库及其相关概念（续）
①有且仅有一个结点无双亲，这个结点称 为根结点；
②其它结点有且仅有一个双亲结点。
林地
有林地 … … 灌木林地
疏林地
未成林地
苗圃
经 济 林
竹 林
特 用 林
……
用 材 林
天然林
人工林
图4.2 层次型数据模型
2 a 1
b Ⅰ d c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
6
M
Ⅰ
Ⅱ
a 1 2 2
b 3 3
c 4 4
d 1 3
5.1.2 数据的层次单位
物理单位: 位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷 逻辑单位: 数据项、数据项组、记录、文件和数据库 记录 文件 数据项
逻辑数据单位之间的关系
数据项组
数据项
最基本的不可分割的数据单 位,具有独立的逻辑意义
逻辑上具有某种共同标志 数据项组 的若干数据项组成的
记录
文件 数据库