GIS第四章地理信息系统空间数据库

空间分析功能 属性处理功能
空间数据库引擎
通用数据库管理系统
特定的空间属性数据库管理系统
空间属性数据库 3 扩展式的管理模式
空间属性数据库 4 集成式的管理模式
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二、空间数据库系统的组成
一个完整的数据库系统应当包括三个组成部分：
空间数据库应用系统
GIS应用1
GIS应用2
空间数据库管理系统
空间数据库管理系统
➢ 2、空间数据库设计的原则
尽量减少空间数据存储的冗余量 提供稳定的空间数据结构 满足用户对空间数据及时访问的需求，并能高效地提供用
户所需的空间数据查询结果 在数据元素间维持复杂的联系，以反映空间数据的复杂性 支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适用性
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四、 空间数据库的实现和维护
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三、 面向对象的数据模型 1、基本概念
对象：对现实世界中一个事物的抽象或模型化表达。自身状 态＋内在功能（客体数据＋对数据的操作）。一个对象具有一 个唯一的名称标识。 类：多个对象共同特征的抽象概括。 实例：某类的一个具体对象。 消息：对象之间相互请求或相互协作的唯一途经和通信形式。 方法：对象收到消息后应采取的动作系列的描述。
优点：数据结构简单、清晰，能处理多对多关系。 缺点：当涉及的目标很多时，精品查课件找操作时间长，效率低。
二、 语义数据模型
语义模型的模型结构是由若干种抽象组成，用这些抽 象来描述空间实体的基本语义特征，再根据语义模型结构 规则把这些抽象结合起来形成模型。模型形成空间实体类 别以及这些类别之间的关联。
空间数据库存储系统
空间数据库存储 精品课件空间数据库系统的组成
（1）空间数据库存储系统 空间数据库存储系统是GIS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。 一般以一系列特定结构的文件形式存储在硬盘、光盘等
介质上。
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（2）空间数据库管理系统 指能够对介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑
第四章 地理信息系统空间数据库
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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 第五节 空间数据查询 第六节 空间元数据
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第四章 地理信息系统空间数据库
〖课时安排〗 4课时 〖教学目的要求〗 1、熟悉空间数据库及其相关概念。 2、掌握空间数据库模型设计方法和流程。 3、了解元数据相关概念并认识空间数据库的发展动态。 〖教学重点与教学难点〗
➢ 1、空间数据库的实现
① 建立实际的空间数据库结构 ② 装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认
其功能和性能是否满足设计要求，并检查对数据库空 间的占有情况 ③ 装入实际的空间数据，即数据库的加载，建立起实际 运行的空间数据库
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四、 空间数据库的实现和维护
➢ 2、相关的其他设计 空间数据库的再组织设计 故障恢复方案设计 安全性考虑 事务控制
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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
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第二节 空间数据库概念模型设计
最 常 用 语 义 模 型 是 实 体 - 联 系 模 型 （ EntityRelationship model,E-R模型）
E-R模型的3个语义概念： 实体 联系 属性
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实体：对客观存在的起独立作用的事物的一种抽象。
用矩形符号表示。包括：
点 (point)
线
（polyline）
联系：实体间有面意义（的po相ly互go作n ）用或对应关系。 体 （ polyhe用dr菱a）形符号表示。包括：
➢ ORM图：用图形符号的形式表现对象角色建模的结果。 对象类型：表示实际对象或概念的类型 ① 实体对象类型：由实际事物组成的对象类型 ② 值对象类型：由数字或字符串组成的数字类型 谓词：描述由对象类型扮演的角色的事实的一部分 约束：唯一性约束，强制性约束，用来规定数据的关系
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Spatial_Obj
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第三节 空间数据库逻辑模型设计
一、关系数据模型
在关系模型中，数据的逻辑结构为满足一定条件的二 维表，表具有固定的列数和任意的行数，在数学上称为“ 关系”。
二维表是同类实体的各种属性的集合，每个实体对应 于表中的一行，相当于通常的一个记录；表中的列表示属 性，相当于通常记录中的一个数据项。这种满足一定条件 的规范化关系的集合，就构成了关系模型。
聚集：反映了嵌套对象的概念，即是由一些其他对象组 成的，用来描述更高层次对象的一种形式。
空间对象类
图层对象类
is-a
多边形对象类
is-part-of 1+ 多边形对象类
弧段对象类
1+ 弧段对象类
对象类精品的课概件 括与聚集
百度文库6、空间数据库对象模型
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7、ORM图
➢ ORM：即对象角色建模，是运用面向对象的原理进行数据库 概念建模的软件工程方法。
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从文件发展到数据库经历的四个阶段
GIS应用软件
GIS应用软件
空间分析功能 属性处理功能
空间分析功能 属性处理功能 空间数据管理 数据库管理
空间数据 文件
属性数据 文件
空间数据 文件
属性数据库
1 初级式的管理模式
2 混合式的管理模式
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GIS应用软件
GIS应用软件
空间分析功能 属性处理功能
知识结构——
一、什么传统数据模型？ 二、什么是语义数据模型？ 三、什么是面向对象数据模型？ 四、三种不同的概念模型的区别表现在哪些方面？
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第二节 空间数据库概念模型设计
概念模型要反映GIS需求。
对现象世界认识与抽象，包括：特征描述、关系分析、过
程模拟等，用概念化模型表达。
概念模型必须具备丰富的语义表达能力，易于设计人员交
重点：空间数据库的概念、设计流程、元数据 难点：空间数据库的设计
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第一节 空间数据库概述
知识结构——
一、什么是空间数据库？
——概念、发展
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？
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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。
流和理解，修改，向各种模型转换等特点。
➢ 常用概念模型：
（1）传统数据模型（层次模型、网状模型、关系模型）
（2）语义数据模型
（3）面向对象数据模型
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一、传统的数据模型
层次模型、网状模型和关系模型
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① 层次数据模型
树数据结构。数据关系是一对多（1：N）。
优点：层次分明、结构清晰、易理解。 缺点：冗余度大，不适于表示数据的拓朴关系。
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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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➢ 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。
通过继承，使得某类对象可以自然地拥有另一类对象 的某些特征和功能。继承包括单继承和多继承。
曲线对象类
曲面对象类
超类或基类
直线段对象类 多边形对象类
子类或派生类
对象类的单继承和多继承及其层次结构
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4、功能重载和多态性
重载：这实现特定功能的方法不仅以名称来区分，还可 以用它所带来的的参数来区别；
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文件管理：20世纪50年代后期至60年代中期。计算机用 于科学计算，也用于数据管理。数据以文件形式长期保存 在磁盘上。但文件之间相互独立、缺乏联系。数据重复产 生冗余。文件建立、存取、查询、插入、删除、修改等操 作都要用程序实现。
数据库管理：60年代后期以来。程序和数据的联系通过 数据库管理系统实现。数据不再面向特定的某个或多个应 用，而是面向整个应用系统。数据冗余少，实现了数据的 集成和共享。用户可以使用查询语言或终端命令操作数据 库。
Polygon
具有/属于
ORM图一个事实的示例
Polygon_ID
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内容小结
知识结构——
一、什么传统数据模型？ 二、什么是语义数据模型？ 三、什么是面向对象数据模型？ 四、三种不同的概念模型的区别表现在哪些方面？
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第三节 空间数据库逻辑模型设计
知识结构——
一、什么关系数据模型？ 二、关系数据库模型的规范化体现？ 三、E-R模型转换为关系数据模型的方式？
多态：指同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用 多种不同的行为方式。
多边形对象
Draw (mapfile)
Draw (database)
图形文件
数据库
空间对象
Draw
多边形对象 Draw 弧段对象 Draw
面向对象的精功品能课件重载和多态
5、概括和聚集
概括：把一组相同特征和操作的类归纳为在一个更一般 的超类中；
上的定义，提供空间数据查询、检索、存取、维护和更新 功能的软件系统。
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（3）空间数据库应用系统 指由GIS的空间分析模型和应用模型所组成的计算机应
用系统。是提供数据库访问功能的应用软件，由数据库系统、 应用程序系统、用户组成的，具体包括：数据库、数据库管 理系统、数据库管理员、硬件平台、软件平台、应用软件、 应用界面。
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② 网状数据模型
图数据结构。表达数据关系是多对多（M：N）。
同层次模型相比：
优点：压缩了数据量。
缺点：数据之间的联系通过指针表示，指针数据项使数据量
大大增加。
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③ 关系数据模型
实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表。 在数学上把这种二维表叫做“关系”。这些关系表的集合 就构成了关系模型。
1:1、1:N、M:N三种类型。
实体和联系之间用线段连接。
属性：对实体和联系特征的描述。属性用椭圆表示。 属性和实体、联系之间也用线段连接。
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语义数据模型——实体联系模型
采用E-R模型进行数据库的概念设计步骤：
设计局部的E-R模型 设计全局的E-R模型 全局E-R模型的优化
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E-R模型的优点：接近人的思想，易于理解。同时，与 计算机具体的实现无关，是一种很好的数据库概念设计方法。
由于E-R模型与计算机无关，所以没有一个数据库系统 直接支持E-R模型的实现。
所以，一般用E-R模型设计数据库的概念模型。然后， 在逻辑设计阶段，把E-R模型转换成计算机能够实现的数据 模型，如关系数据模型。
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三、面向对象的数据模型
2、封装和消息传递
封装性：系统把属性值和方法封装在一个对象中，对 象内部的信息是隐藏的。封装的目的在于使对象的使用和 现实分开，使用者不必知道方法操作实现的细节，只需用 消息来访问对象。
这种数据与操作统一的建模方法增强了系统的可维护 性和易修改性。
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3、继承及类之间的层次关系
可以管理空间数据，运 用空间数据进行分析和决策。
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三、空间数据库的设计
空间数据库的设计的实质就是将地理空间实体以一定组 织形式在数据库系统中加以表达的过程。
空间数据模型是对空间实体进行描述和表达的手段。具 体地说，数据库的数据结构、操作集合和完整性约束规 则集合组成了数据库的数据模型
空间数据库设计最终归结为空间数据模型设计。
✓ 模拟现实世界； ✓ 便于用户理解； ✓ 便于在计算机上
实现；
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（3）逻辑设计：把概念模型利用数据库管理系统提供的 工具映射为计算机中数据库管理系统所支持的数据模型。 如实体-联系模型转换成关系数据库模型。
（4）物理设计：数据库的逻辑模型在实际物理存储设备 上加以实现，建立物理数据库。
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第一节 空间数据库概述
一、数据管理技术发展阶段
经历三个阶段： 人工管理：20世纪50年代中期以前。1946，第一台电脑 ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）在美国宾夕法尼亚大学诞生。计算机主要用 于科学计算，没有数据管理功能。数据与程序是一个整体 ，数据只为本程序所使用，不能共享。