空间数据库复习题讲解

Chapter 1: Introduction to Spatial Databases1、举例说明什么是空间数据、非空间数据？如何理解空间查询（spatial queries）和非空间查询的区别（Non-spatial queries）？答：河流的泛洪区，卫星影像数据、气象气候数据等都可以是空间数据书店名称店员人数，去年的销售量，电话号码等是非空间数据空间查询是对空间数据的查询或命令2、什么是GIS，什么是SDBMS？请阐述二者的区别和联系。

答：1、GIS是一个利用空间分析功能进行可视化和空间数据分析的软件。

它的主要功能有：搜索、定位分析、地形分析、流分析、分布、空间分析/统计、度量GIS 可以利用SDBMS来存储、搜索、查询、分享大量的空间数据集2、SDBMS是一个软件模块。

它可以①、利用一个底层的数据库管理系统②、支持多种空间数据模型、相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言③、支持空间索引、高效的空间操作算法以及用于查询优化的特定领域规则3、区别与联系：①、利用GIS可以对某些对象和图层进行操作，而利用SDBMS则可以对更多的对象集和图层进行更加简单的操作②、SDBMS可以在GIS不能使用的某些领域进行使用，例如基因组学、天文学、多媒体信息系统等③、GIS可以作为SDBMS的前端，利用一个高效的SDBMS可以大大提高GIS的效率和生产率。

3、从GIS这一缩写的三种含义来理解GIS的发展历程。

答：地理信息系统：为专业人员提供的软件地理信息科学：为地理信息系统和服务提供使用和发展的定义、框架和理论地理信息服务：为普通用户提供的网点和服务中心，例如PC机上的地理和空间服务4、用传统数据库系统管理空间数据，存在什么不足之处？答：1）无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱；2）用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；3）由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高4）空间数据通常是变长的，而一般RDBMS只允许记录的长度设定为固定长度，此外，通用DBMS难于存储和维护空间数据的拓扑关系。

5）一般RDBMS都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。

6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些复杂图形功能。

7）一般RDBMS难以支持复杂的地理信息，因为单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，包括大地网、特征坐标、拓扑关系、属性数据和非空间专题属性等方面信息。

8）GIS管理的是具有高度内部联系的数据，为了保证地理数据库的完整性，需要复杂的安全维护系统，而这些完整性约束条件必须与空间数据一起存储，由地理数据库来维护系统数据的完整性。

否则，一条记录的改变会导致错误、相互矛盾的数据存在，而一般RDBMS 难以实现这一功能。

5、What is a SDBMS ？答：SDBMS是一个软件模块。

它可以①、利用一个底层的数据库管理系统②、支持多种空间数据模型、相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言③、支持空间索引、高效的空间操作算法以及用于查询优化的特定领域规则6、什么是后关系数据库模型？后关系数据库模型有哪些？答：后关系数据库模型支持用户定义抽象数据类型，空间数据的类型可以添加。

包括面向对象的数据库模式OOBDMS和面向关系ORDBMS的数据库模式。

7、SDBMS的三层体系结构（Three Layer Architecture）是什么？借此深入理解SDBMS的作用。

答：空间应用—空间数据库—DBMS教材P11的图8、空间数据库主要涉及哪些内容？答：数据模型、查询语句、查询处理与优化、文件组织和索引、数据挖掘9、举例说明单遍扫描查询和多遍扫描查询的概念。

答：单边扫描查询中，被查询的表（关系）中的一条记录（元组）最多只被访问一次；例如“列出武大周围5km内的书店的名字”。

多遍扫描查询是被查询的表（关系）中的一条记录（元组）至少被访问一次，例如“找出其代表的选取范围大于200公顷并且在这区拥有公司的女议员的名字”10、过滤－精炼策略的作用？两个步骤的内容是什么？提示：ppt ：Efficient algorithms to answer spatial queriesCommon Strategy - filter and refine（过滤－精炼）Filter Step:Query Region overlaps with MBRs of B,C and D过滤：查询区域与B、C、D的最小外接矩形有重叠部分，保留B、C、D，其他的舍弃Refine Step: Query Region overlaps with B and C精炼：查询区域与B、C有重叠，舍弃D11、平面扫描(plane sweep)技术主要解决什么问题？其主要步骤？答：主要解决的是如何在过滤阶段中尽可能多的淘汰不符合条件的对，从而减少几何计算的计算代价。

Step 1：从左至右移动一条扫描线(例如，垂直于x轴的线)，停在R∪S的第一个元素处。

这就是具有最小T．xl值的矩形T，例子为是矩形R4 。

Step2：搜索S中已排序的矩形，直到抵达第一个矩形Sf，这里有Sf．xl> T．xu。

显然，对于所有1≤j<f，关系[T．xl，T．xu]∩[Sj．xl，Sj．xu]存在(非空)，在本例中Sf就是S1。

注意f是以图1-9c的数组索引为序，即S1=S2、S2= S1、S3=S3。

这样S2就是一个可能与R4交叠的候选矩形。

Step 3：如果对任意l≤j≤f，关系[T．yl，T．yu] ∩[Sj．yl，Sj．yu]存在，则Sj与T相交。

因此，这一步就确定了R4与S2的确是交叠的，并且< R4，S2>是连接结果的一部分。

记录所有这样的信息，然后将矩形T（R4）从集合R∪S中去掉，它不再需要参与结果集中的其他相交对。

Step 4：继续移动扫描线来穿过集合R∪S，直至碰到下一个矩形，在本例中是S2。

这时进行步骤2和3。

Step 5：当R∪S=∅时，处理结束；12、从程序员的观点和DBMS设计者的观点看，影响系统效率的因素有何不同。

答：在程序员看来，计算机主要包括两个部分：CPU和无限量的内存在DBMS设计者看来，计算机主要包括三个部分：CPU、有限的内存、无限的硬盘空间。

访问硬盘的速度要远远小于访问内存的速度，因此前者关注减少算法的计算时间，后者强调的是将计算时间和I/O时间的总和减少到最小。

13、查询优化和数据挖掘的概念。

答：查询优化：基于数据集的特点对查询中的操作进行排序，为每一步操作选择有效策略数据挖掘：即进行系统的搜索，找出隐藏在电子信息中潜在的有用信息。

Chapter 2: Spatial Concepts and Data Models1、什么是数据模型？举例说明数据模型的重要性。

答、数据模型是数据集的特定结构和模式，是对数据的文件描述，有利于某些性质的前期分析。

作用：①、属性的前期分析；②、重利用多媒体应用中的共享数据；③、组织中交换数据④、将数据传递给新软件或环境例子：千禧年危机正确的使用数据模式可以显著的降低成本，如果软件中的时间和数据被定义成抽象数据模型，只有一小部分的软件会执行数据，ADT数据要被重新修改。

2、掌握两种常用的空间信息模型：要素模型和场模型，矢量、栅格数据结构。

答：场模型：①、空间分割框架②、场函数③、场操作：并、复合森林模型中分段函数表示，区域中每个点被映射成主要树种对应的值要素模型：①、对象：把空间信息抽象成明确的，可识别的事物或实体；②、对象具有属性和操作森林模型中多边形表示（林分），每个对象有唯一的标示符、主要树种和一块区域。

矢量数据结构栅格数据结构：栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。

位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。

点：由单个栅格表达。

线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。

面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。

3、基于场模型的操作有哪些，举例说明区基于场模型的局部操作、聚焦(focal)和区域操作？基于对象模型的操作有哪些？答：基于场模型：局部操作：空间框架内一个给定位置的新场的取值只依赖于同一个位置场的输入值。

书上P31。

聚焦操作：在指定位置的结果场的值依赖于同一位置的一个假定小领域输入场的值。

极限、高程场的梯度区域操作：与聚集运算符或微积分中的积分运算有关。

计算每个树种的平均高度。

基于对象模型：面向集合、拓扑、方位、度量空间4、什么是拓扑关系，举例说明拓扑与非拓扑特性、拓扑与非拓扑操作。

答：是指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。

即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接关联和包含等关系。

拓扑特性：弹性变形后临近物体之间的拓扑关系没有发生改变非拓扑特性：弹性变形后临近物体之间的拓扑关系发生了改变拓扑操作与非拓扑操作5、OGIS提出的关于空间几何体的基本构件有哪些？6、说明九交模型表达拓扑关系的原理。

答：在一个平面上。

两个对象A、B之间的二元拓扑关系主要基于以下的相交情况，即分别是A和B的内部、边界、外部。

值六部分可以构成九交模型。

考虑取值有空(0)和非空(1)，可以确定有29=512种二元拓扑关系。

对于R²嵌在中的二维区域，有八个关系是可实现的，并且它们彼此互斥且完全覆盖。

：相离、相接、交叠、相等、包含、在内部、覆盖、被覆盖。

7、数据库设计的三个步骤及其主要内容。

答、首先，采用高层次的概念数据模型来组织所有与应用相关的可用信息；然后，逻辑建模阶段，与概念数据模型在商用DBMS上的具体实现有关最后，数据库设计的第三个步骤是物理设计的建模，它解决数据库营养在计算机中具体实现是方方面面的细节。

8、ER模型的作用，ER图包括哪些要素，如何表达多值属性？ER图与空间信息对象模型之间的异同？答：ER图可以以一种避开计算机隐喻的方式来表达这个微型世界，从而把应用中的概念与实现细节分离开来。

ER图包括实体（物理上或概念上独立存在的事物或对象）、属性和联系。

实体用属性来刻画性质，实体之间通过练习相互作用和关联。

属性可以是单值或多值。

ER图中实体用矩形表示，属性表示为椭圆，联系为菱形。

码属性加下划线，多值属性用双椭圆。

异同：①、实体是物体属性的集合；②、ER模型不允许普通用户定义操作；③、在对象模型中关系不被直接支持，但可以由操作来模仿。

9、数据库三层约束的内容：码约束--实体完整性(entity integrity)约束，参照完整性(referentialintegrity]约束和用户参照完整性。