空间数据模型
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章 空间数据模型
一、实体模型 二、数据模型 三、面向对象数据模型 四、面向对象空间数据模型 五、时空数据模型 六、三维数据模型 七、几种常见国内外软件空间数据模型
一、实体模型
1、模型 模型是现实世界事物本质的反映或科学的抽象或简
化，能反映事物的固有特征及其相互联系或运动变化规 律。
模型不等于被描述的对象。 模型反映的对象是一种或一类特定事物，它可以是 自然界任何有生命的或无生命的实体、事物和现象。
数据模型是关系数据和联系的逻辑组织形式的表 示，以抽象的形式描述系统的运行与信息流程，是计 算机数据处理中一种较高层的数据描述。
每一个实体的数据库都由一个相应的数据模型来 定义。数据库各种操作功能的实现是基于不同的数据 模型的，数据库的核心问题是数据模型。
常用数据模型：层次、网状、关系
1、层次模型与树结构 （1）概念 层次模型：用树形结构来表示实体间联系的模型。
找离火车站 最近的汽车
站？
距离最近 的汽车站
GIS分析
属性为火 车站的点
检索
空
间
计 算
所有属性为 检索
汽车站的点
空间 数据库
（2）关系模型的规范化
第一范式：表中每一个域上的元素不得多于一个。
第二范式：要求一个关系中的所有非主属性都完全函 数依赖于主关键字。
第三范式：进一步把非主属性传递依赖于主关键字的 关系分解为一些更为简单的关系的集合。
3、关系模型与二维表结构 （1）关系模型概念
将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的规范化 二维表（称为关系）的集合，就构成了关系模型。
关系的具体实现是一个二维表结构。 关系模型用于设计地理属性数据的模型较为适宜。 （2）关系模型的规范化 所谓规范化，就是用更单纯、结构更规则的关系逐步 取代原有关系的过程。
三、面向对象数据模型
1、面向对象的基本概念 1.1 对象与封装性（encapsulation）
对象是数据和行为的统一体。 封装性：用户无法知道功能运行的真实机理。 1.2 分类（classification） 类是关于同类对象的集合，具有相同属性和操作的对象 组合在一起。 1.3 概括（generalization） 在定义类型时，将几种类型中某些具有公共特征的属性 和操作抽象出来，形成一种更一般的超类。
A1
*
B1
B2
B3
*
C9
C2
C13 *
C14 *
C5
C16 *
子女加兄弟指针
（2）层次模型的物理实现
③目录法
用目录式指针来表示层次数据模型中多个记录之 间的联系，这时，这些指针所形成的目录本身也是一 个文件。
④位图法
它是一张二维的表格，纵横表头是不同层次上的 记录键值，若某两个记录之间有父子联系的，则在其 交点处置“1”，否则置“0”。
它的特点是将数据组织成有向有序的树结构； 可同时用于逻辑和物理数据的描述。
同值结构、非同值结构
空间数据的位置特征，导致了空间
V1
d
V4
实体分布特征和空间关系。
a
e II c
I
E
V2
b
V3
I
II
a
b
e
d
c
e
V1 V2 V2 V3 V3 V1
V1 V4
用层次模型表示
Fra Baidu bibliotek
V4 V3
V3 V1
（2）层次模型的物理实现
2、实体模型 实体是现实世界中客观存在并可相互区别的事物。 利用实体内部的联系和实体间的联系来描述客观事
物及其联系，称为实体模型。 实体模型是设计数据库的先导，是确定数据库包含
哪些信息内容的关键。 （1）对象与属性
对象：道路、居民地、水系、植被 属性：道路类型、宽度、路面质量
一个对象具有某些属性，若干属性又描述某个对 象。一个对象具有的某一属性，又可能是另一些属性描 述的对象
用链表指针表示层次结构比较方便灵活，可用子 女指针、双亲指针和子女指针加兄弟指针来表示层次 结构。
A1
B1
B2
B3
C9 C2 C13 C14 C5 C16 子女指针法
（2）层次模型的物理实现 ②表结构法
A1
*
B1
B2
B3
C9
C2
C13
C14
C5
C16
双亲指针法
（2）层次模型的物理实现 ②表结构法
（2）个体与总体 个体与总体的联系是对象的外部联系 （3）实体之间的联系
①一对一联系
A
B
（3）实体之间的联系 ②一对多联系
A
B
（3）实体之间的联系 ③多对多联系
A
B
（4）实体模型图 实体模型图直观地表示模式的内部联系。
名称
宽度
路面质量
等级
道路 居民地
名称
人口
交通状况
等级
道路信息实体模型图
二、数据模型
网络模型是数据模型的另一种重要结构，它反映 着现实世界中实体间更为复杂的联系，其基本特征表 现在结点数据间没有明确的从属关系，一个结点可与 其他多个结点建立联系。
网络模型实例
（2）网络模型的物理实现
多用指针建立记录间联系。可分为简单网络结 构和复杂网络结构两类。
①单网状结构的物理实现
物理邻接加指针、顺序文件加指针、目录和位图
关系模型实例
（3）关系模型的物理表示 对关系模型来说，其物理表示可以简单地归结为
各个关系组织成文件。 （4）关系模型的优缺点 优点： 结构简单灵活 其数据描述具有较强的一致性和独立性 缺点： 实现效率不高 不适合于管理复杂对象的要求 模型的可扩充性较差 模拟和操纵复杂对象的能力较弱
②复杂网状结构的物理实现
实际上，在多数数据库系统中，复杂网络结构 往往先转换为简单网状结构来处理。
（3）网络模型的优缺点
优点： 可以描述现实世界中极为常见的多对多关系 一定程度上支持数据的重构 具有一定的数据独立性和共享特性 运行效率较高 缺点： 结构的复杂性限制了它在空间数据库中的使用
①物理邻接法
将各层次上的记录按从上到下、从左到右的关系 依次记录在存储器上，这样，数据的层次组织在逻辑 顺序上与物理顺序是一致的。
A1
B1
B2
B3
A1 B1 C9 C2 C13 B2 C14 B3 C5 C16
C9 C2 C13 C14 C5 C16
存储结构
层次模型
（2）层次模型的物理实现
②表结构法
（3）层次模型的优缺点 优点： ① 将数据组织成有向有序的树结构
② 反映了现实世界中实体之间的层次关系 ③ 层次分明、结构清晰，较容易实现 缺点： ① 不能表示多对多的关系 ② 难以顾及实体之间的拓扑关系 ③ 导致数据冗余
2、网络模型与图结构
（1）概念
用网络数据结构表示实体与实体间联系的模型称 网络模型。
一、实体模型 二、数据模型 三、面向对象数据模型 四、面向对象空间数据模型 五、时空数据模型 六、三维数据模型 七、几种常见国内外软件空间数据模型
一、实体模型
1、模型 模型是现实世界事物本质的反映或科学的抽象或简
化，能反映事物的固有特征及其相互联系或运动变化规 律。
模型不等于被描述的对象。 模型反映的对象是一种或一类特定事物，它可以是 自然界任何有生命的或无生命的实体、事物和现象。
数据模型是关系数据和联系的逻辑组织形式的表 示，以抽象的形式描述系统的运行与信息流程，是计 算机数据处理中一种较高层的数据描述。
每一个实体的数据库都由一个相应的数据模型来 定义。数据库各种操作功能的实现是基于不同的数据 模型的，数据库的核心问题是数据模型。
常用数据模型：层次、网状、关系
1、层次模型与树结构 （1）概念 层次模型：用树形结构来表示实体间联系的模型。
找离火车站 最近的汽车
站？
距离最近 的汽车站
GIS分析
属性为火 车站的点
检索
空
间
计 算
所有属性为 检索
汽车站的点
空间 数据库
（2）关系模型的规范化
第一范式：表中每一个域上的元素不得多于一个。
第二范式：要求一个关系中的所有非主属性都完全函 数依赖于主关键字。
第三范式：进一步把非主属性传递依赖于主关键字的 关系分解为一些更为简单的关系的集合。
3、关系模型与二维表结构 （1）关系模型概念
将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的规范化 二维表（称为关系）的集合，就构成了关系模型。
关系的具体实现是一个二维表结构。 关系模型用于设计地理属性数据的模型较为适宜。 （2）关系模型的规范化 所谓规范化，就是用更单纯、结构更规则的关系逐步 取代原有关系的过程。
三、面向对象数据模型
1、面向对象的基本概念 1.1 对象与封装性（encapsulation）
对象是数据和行为的统一体。 封装性：用户无法知道功能运行的真实机理。 1.2 分类（classification） 类是关于同类对象的集合，具有相同属性和操作的对象 组合在一起。 1.3 概括（generalization） 在定义类型时，将几种类型中某些具有公共特征的属性 和操作抽象出来，形成一种更一般的超类。
A1
*
B1
B2
B3
*
C9
C2
C13 *
C14 *
C5
C16 *
子女加兄弟指针
（2）层次模型的物理实现
③目录法
用目录式指针来表示层次数据模型中多个记录之 间的联系，这时，这些指针所形成的目录本身也是一 个文件。
④位图法
它是一张二维的表格，纵横表头是不同层次上的 记录键值，若某两个记录之间有父子联系的，则在其 交点处置“1”，否则置“0”。
它的特点是将数据组织成有向有序的树结构； 可同时用于逻辑和物理数据的描述。
同值结构、非同值结构
空间数据的位置特征，导致了空间
V1
d
V4
实体分布特征和空间关系。
a
e II c
I
E
V2
b
V3
I
II
a
b
e
d
c
e
V1 V2 V2 V3 V3 V1
V1 V4
用层次模型表示
Fra Baidu bibliotek
V4 V3
V3 V1
（2）层次模型的物理实现
2、实体模型 实体是现实世界中客观存在并可相互区别的事物。 利用实体内部的联系和实体间的联系来描述客观事
物及其联系，称为实体模型。 实体模型是设计数据库的先导，是确定数据库包含
哪些信息内容的关键。 （1）对象与属性
对象：道路、居民地、水系、植被 属性：道路类型、宽度、路面质量
一个对象具有某些属性，若干属性又描述某个对 象。一个对象具有的某一属性，又可能是另一些属性描 述的对象
用链表指针表示层次结构比较方便灵活，可用子 女指针、双亲指针和子女指针加兄弟指针来表示层次 结构。
A1
B1
B2
B3
C9 C2 C13 C14 C5 C16 子女指针法
（2）层次模型的物理实现 ②表结构法
A1
*
B1
B2
B3
C9
C2
C13
C14
C5
C16
双亲指针法
（2）层次模型的物理实现 ②表结构法
（2）个体与总体 个体与总体的联系是对象的外部联系 （3）实体之间的联系
①一对一联系
A
B
（3）实体之间的联系 ②一对多联系
A
B
（3）实体之间的联系 ③多对多联系
A
B
（4）实体模型图 实体模型图直观地表示模式的内部联系。
名称
宽度
路面质量
等级
道路 居民地
名称
人口
交通状况
等级
道路信息实体模型图
二、数据模型
网络模型是数据模型的另一种重要结构，它反映 着现实世界中实体间更为复杂的联系，其基本特征表 现在结点数据间没有明确的从属关系，一个结点可与 其他多个结点建立联系。
网络模型实例
（2）网络模型的物理实现
多用指针建立记录间联系。可分为简单网络结 构和复杂网络结构两类。
①单网状结构的物理实现
物理邻接加指针、顺序文件加指针、目录和位图
关系模型实例
（3）关系模型的物理表示 对关系模型来说，其物理表示可以简单地归结为
各个关系组织成文件。 （4）关系模型的优缺点 优点： 结构简单灵活 其数据描述具有较强的一致性和独立性 缺点： 实现效率不高 不适合于管理复杂对象的要求 模型的可扩充性较差 模拟和操纵复杂对象的能力较弱
②复杂网状结构的物理实现
实际上，在多数数据库系统中，复杂网络结构 往往先转换为简单网状结构来处理。
（3）网络模型的优缺点
优点： 可以描述现实世界中极为常见的多对多关系 一定程度上支持数据的重构 具有一定的数据独立性和共享特性 运行效率较高 缺点： 结构的复杂性限制了它在空间数据库中的使用
①物理邻接法
将各层次上的记录按从上到下、从左到右的关系 依次记录在存储器上，这样，数据的层次组织在逻辑 顺序上与物理顺序是一致的。
A1
B1
B2
B3
A1 B1 C9 C2 C13 B2 C14 B3 C5 C16
C9 C2 C13 C14 C5 C16
存储结构
层次模型
（2）层次模型的物理实现
②表结构法
（3）层次模型的优缺点 优点： ① 将数据组织成有向有序的树结构
② 反映了现实世界中实体之间的层次关系 ③ 层次分明、结构清晰，较容易实现 缺点： ① 不能表示多对多的关系 ② 难以顾及实体之间的拓扑关系 ③ 导致数据冗余
2、网络模型与图结构
（1）概念
用网络数据结构表示实体与实体间联系的模型称 网络模型。