空间数据管理
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•对象与封装 •类 •继承 •多态 •……
现实世界 抽象
对
对对
象
象象
1
2
n
GIS中面向对象模型
• 1）空间地物的几何数据模型
– 通常最高等级的类为点、线、面
• 2）拓扑关系与面向对象模型
– 以点或弧段对象的标识号来表示弧段和面域 的相互关系
• 3）面向对象的属性数据模型
– 可能与几何对象的划分标准不一致
网状模型表示
M
Ⅰ
Ⅱ
2 b 3e M a Ⅰ cⅡ 5 1 d 4f
a
b
c
d
ef
1
2
3
4
5
网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，
优点：适用于数据间相互关系非常复杂的情况，具有一定的数据独 立和数据共享特性，且运行效率较高；
缺点：由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，指针 的存在使数据量大大增加，尤其是当数据间关系复杂时
• 对象类型覆盖GIS和CAD对模型的双重要求 • 要素可描述任意几何复杂度的实体 • 完善的关系定义 • 支持多层次数据结构 • 支持几何数据的矢量表示法和解析表示法 • ……
6.2 空间数据管理
• 空间数据特征 • 传统数据库管理空间数据的局限性 • 空间数据管理模式
空间数据特征
1 空间特征：一般需要建立空间索引。 2 非结构化特征：
– 数据库管理阶段 – 数据仓库阶段
层次数据库源自文库网络数据库 关系数据库 面向对象数据库
数据经过重构、 融合等，面向主 题组织，服务于 决策系统
空间数据管理方式
1、文件管理方式
文件管理是将GIS中所有 的数据都存放在自行定义 的空间数据结构及其操纵
GIS应用 文件管理系统
工具的一个或者多个文件 中，包括非结构化的空间
集中控制 冗余度
文件系统
数据库系统
分散的、不能多用户共享、 不能统一控制、维护和管 理
多用户共享，统一控制、维 护和管理
冗余大，增加存储空间
能够消除部分冗余
独立性 数据模型 数据保护
数据和应用程序共存
数据独立于应用程序
数据模型简单，顺排文件， 随机文件……
数据模型复杂：层次模型、 网络模型、关系模型、面向 对象模型
结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，而空间数据数据 项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。
第六章 空间数据管理
第六章 空间数据管理
• 6.1 数据的管理 • 6.2 空间数据的管理 • 6.5 空间索引 • 6.6 元数据 • 6.7 栅格与影像数据库 • 6.8 时空数据模型
6.1 数据的管理
• 计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：
– 程序管理阶段 – 文件管理阶段
数据与程序共存 顺序文件 索引文件 直接文件 倒排文件
空间数据文件
属性数据文件
数据、结构化的属性数据 等。空间数据和属性数据
标识码关联
两者之间通过标识码建立
联系。
各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件， 当两个GIS应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作 为公共数据文件
缺点是： 1）程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应
(2)边界－结点关系表
地物特征 林地 麦地
2 b 3e M a Ⅰ cⅡ 5 1 d 4f
(3)结点坐标表
关系模型例
面向对象数据模型
对象的定义：无论怎样复杂的事例都可 以准确地由一个对象表示，每个对象都 是包含了数据集和操作集的实体。
地理对象
属性—数据 行为—方法
对象的划分：根据对象的共性，及对它的 研究目的来划分，与具体的目的、性质相 联系，不同的目的就会有不同划分。
关系模型表示
优点：结构灵活，可满足所有用布尔逻辑运算和数学运算规则 形成的询问要求，能够搜索、组合和比较不同类型的数据，加 入和删除数据都非常方便。 缺点：搜索速度随关系的复杂度增加而下降，只能查找和检索 满足特定关系的数据。
(1)多边形关系表
多边形编号 Ⅰ Ⅱ
产权人 张三 李四
面积 125.2 43.5
用程序也随之需要改变。 2）以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件
的修改，需得到所有应用的许可，不能达到真正的共享。
GIS应用1
GIS应用2
空间、属性 数据文件1
空间、属性 数据文件2
空间、属性 数据文件3
2.文件与关系数据库混合管理方式
是目前绝大多数商用GIS软件所采用的数据管理方案，已经得 到广泛应用。这种方案用商用DBMS管理属性数据，用文件系统 管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。
无
完整性控制、并发控制、数 据恢复
数据库系统的数据模型
• 1 层次模型 • 2 网络模型 • 3 关系模型 • 4 面向对象模型
数据组织的层次关系图
数据库
文件
文 件 。。。。。。
文件
记 录 记 录 记 录 。。。。。。。 记 录 数据项 数据项 数据项 数据项 。。。。。。。数据项
层次模型表示
M
Ⅰ
Ⅱ
a
b
c
d
ce f
12233441 343554
2 b 3e M a Ⅰ cⅡ 5 1 d 4f
层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解 优点：层次和关系清楚，检索路线明确； 缺点：不能表示多对多的关系，对任何对象的查询都必须从层次结 构的根结点开始，数据独立性较差，插入和删除操作比较复杂。
两者几乎独立地组织、管理和检索,由于空间数据与属性数据分 开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的语义表达和存储
机制；难以保证数据的存储和操作的统一ArcInfo, MapInfo,
Microstation
GIS应用
文件管理系统 空间数据文件
关系型数据库管理 系统
属性数据据文件
标识码关联
数据库系统与文件系统比较
牧草 居地民地
农村居民点 工矿地
建筑物 操作：查询
删除 插入
属性：标识码
工厂： 商店
银行
交通用地
区号 街道号
邮局
水域
建筑日期
姓名 工资
酒店设施库 操作 属性 房间床位
未用地
房主等
MapGIS空间实体模型
• 更接近人类面向对象实体的思维方式 • 全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性
规则、数据集、地理数据库等概念
GIS中面向对象的几何数据
空间实体
复杂实体
点实体 线实体 面实体 体实体
节点 简单实体
弧段
面域
交通线
水系
人工交通线 自然交通线 河流 湖泊 池塘
公路 运河 可航行河流 不可航行河流
面向对象的属性数据模型
控制点
医院
职员库
操作
街道
学校
属性
耕地
公园
居民住宅 职员编号
园地 林地
城镇
电力设施
酒店
GI S
现实世界 抽象
对
对对
象
象象
1
2
n
GIS中面向对象模型
• 1）空间地物的几何数据模型
– 通常最高等级的类为点、线、面
• 2）拓扑关系与面向对象模型
– 以点或弧段对象的标识号来表示弧段和面域 的相互关系
• 3）面向对象的属性数据模型
– 可能与几何对象的划分标准不一致
网状模型表示
M
Ⅰ
Ⅱ
2 b 3e M a Ⅰ cⅡ 5 1 d 4f
a
b
c
d
ef
1
2
3
4
5
网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，
优点：适用于数据间相互关系非常复杂的情况，具有一定的数据独 立和数据共享特性，且运行效率较高；
缺点：由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，指针 的存在使数据量大大增加，尤其是当数据间关系复杂时
• 对象类型覆盖GIS和CAD对模型的双重要求 • 要素可描述任意几何复杂度的实体 • 完善的关系定义 • 支持多层次数据结构 • 支持几何数据的矢量表示法和解析表示法 • ……
6.2 空间数据管理
• 空间数据特征 • 传统数据库管理空间数据的局限性 • 空间数据管理模式
空间数据特征
1 空间特征：一般需要建立空间索引。 2 非结构化特征：
– 数据库管理阶段 – 数据仓库阶段
层次数据库源自文库网络数据库 关系数据库 面向对象数据库
数据经过重构、 融合等，面向主 题组织，服务于 决策系统
空间数据管理方式
1、文件管理方式
文件管理是将GIS中所有 的数据都存放在自行定义 的空间数据结构及其操纵
GIS应用 文件管理系统
工具的一个或者多个文件 中，包括非结构化的空间
集中控制 冗余度
文件系统
数据库系统
分散的、不能多用户共享、 不能统一控制、维护和管 理
多用户共享，统一控制、维 护和管理
冗余大，增加存储空间
能够消除部分冗余
独立性 数据模型 数据保护
数据和应用程序共存
数据独立于应用程序
数据模型简单，顺排文件， 随机文件……
数据模型复杂：层次模型、 网络模型、关系模型、面向 对象模型
结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，而空间数据数据 项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。
第六章 空间数据管理
第六章 空间数据管理
• 6.1 数据的管理 • 6.2 空间数据的管理 • 6.5 空间索引 • 6.6 元数据 • 6.7 栅格与影像数据库 • 6.8 时空数据模型
6.1 数据的管理
• 计算机对数据的管理到目前为止，共经历了四个阶段：
– 程序管理阶段 – 文件管理阶段
数据与程序共存 顺序文件 索引文件 直接文件 倒排文件
空间数据文件
属性数据文件
数据、结构化的属性数据 等。空间数据和属性数据
标识码关联
两者之间通过标识码建立
联系。
各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件， 当两个GIS应用程序需要的数据有相同部分时，可以提出来作 为公共数据文件
缺点是： 1）程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应
(2)边界－结点关系表
地物特征 林地 麦地
2 b 3e M a Ⅰ cⅡ 5 1 d 4f
(3)结点坐标表
关系模型例
面向对象数据模型
对象的定义：无论怎样复杂的事例都可 以准确地由一个对象表示，每个对象都 是包含了数据集和操作集的实体。
地理对象
属性—数据 行为—方法
对象的划分：根据对象的共性，及对它的 研究目的来划分，与具体的目的、性质相 联系，不同的目的就会有不同划分。
关系模型表示
优点：结构灵活，可满足所有用布尔逻辑运算和数学运算规则 形成的询问要求，能够搜索、组合和比较不同类型的数据，加 入和删除数据都非常方便。 缺点：搜索速度随关系的复杂度增加而下降，只能查找和检索 满足特定关系的数据。
(1)多边形关系表
多边形编号 Ⅰ Ⅱ
产权人 张三 李四
面积 125.2 43.5
用程序也随之需要改变。 2）以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件
的修改，需得到所有应用的许可，不能达到真正的共享。
GIS应用1
GIS应用2
空间、属性 数据文件1
空间、属性 数据文件2
空间、属性 数据文件3
2.文件与关系数据库混合管理方式
是目前绝大多数商用GIS软件所采用的数据管理方案，已经得 到广泛应用。这种方案用商用DBMS管理属性数据，用文件系统 管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。
无
完整性控制、并发控制、数 据恢复
数据库系统的数据模型
• 1 层次模型 • 2 网络模型 • 3 关系模型 • 4 面向对象模型
数据组织的层次关系图
数据库
文件
文 件 。。。。。。
文件
记 录 记 录 记 录 。。。。。。。 记 录 数据项 数据项 数据项 数据项 。。。。。。。数据项
层次模型表示
M
Ⅰ
Ⅱ
a
b
c
d
ce f
12233441 343554
2 b 3e M a Ⅰ cⅡ 5 1 d 4f
层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解 优点：层次和关系清楚，检索路线明确； 缺点：不能表示多对多的关系，对任何对象的查询都必须从层次结 构的根结点开始，数据独立性较差，插入和删除操作比较复杂。
两者几乎独立地组织、管理和检索,由于空间数据与属性数据分 开存储，在表现地理空间数据方面缺乏完整的语义表达和存储
机制；难以保证数据的存储和操作的统一ArcInfo, MapInfo,
Microstation
GIS应用
文件管理系统 空间数据文件
关系型数据库管理 系统
属性数据据文件
标识码关联
数据库系统与文件系统比较
牧草 居地民地
农村居民点 工矿地
建筑物 操作：查询
删除 插入
属性：标识码
工厂： 商店
银行
交通用地
区号 街道号
邮局
水域
建筑日期
姓名 工资
酒店设施库 操作 属性 房间床位
未用地
房主等
MapGIS空间实体模型
• 更接近人类面向对象实体的思维方式 • 全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性
规则、数据集、地理数据库等概念
GIS中面向对象的几何数据
空间实体
复杂实体
点实体 线实体 面实体 体实体
节点 简单实体
弧段
面域
交通线
水系
人工交通线 自然交通线 河流 湖泊 池塘
公路 运河 可航行河流 不可航行河流
面向对象的属性数据模型
控制点
医院
职员库
操作
街道
学校
属性
耕地
公园
居民住宅 职员编号
园地 林地
城镇
电力设施
酒店
GI S