高级数据库技术-第10章-空间数据库PPT课件

15.03.2021
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10.2 空间数据模型
• 10.2.1空间数据模型
• 空间数据模型与其它数据模型相比，一个 突出的特点就是其模型的提出、引入与相 应的实际应用密切相关。
• 空间数据库的一个重要应用领域是GIS。人 们通常就以GIS为应用背景，介绍其中的基 本空间数据类型。我们这里的介绍主要以 二维空间数据类型为主，但完全可以推广 到三维以上的情形。
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10.1.2空间数据基本特征
• 1数据量大 结构复杂 数据联系多样化 • 2查询过程复杂 • 3空间对象间难以定义次序
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10.1.3空间数据库作为常规数据库扩充
• 由于空间数据库系统理论和技术还处于发 展过程当中，而实际应用的需求又非常迫 切，同时常规数据库（关系数据库）仍然 是当今主流数据库，所以目前空间数据库 是作为常规、传统数据库的扩充出现。在 这种情况下，空间数据库主要包括下述一 些方面的内容：
• ● 对象A和B具有怎样的拓扑关系。
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• 在平面上，两个对象A和B之间的二元拓扑 关系时基于以下对象成分的相交（insection） 关系：
• A的内部——A‫ﹾ‬，A的边界∂A，A的外部—— A-。
B的外部——，B∂B的边界，‫ﹾ‬B的内部——B • 。B-
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• 对象的这六个部分分别构成九种相交情况： • A‫∩ﹾ‬B， A‫∂∩ﹾ‬B，A‫ ∩ﹾ‬B- ； ； B-∩A∂，B∂∩A ∂ ，‫ﹾ‬B∩A∂ • 。B-∩A- ，B∂∩A- ， ‫ ﹾ‬B∩A- •
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• 考虑到{0，1}取值情况{0，1}，可以确定有 29=512种二元拓扑关系，这里，人们研究 其中的八种彼此互斥关系：
• （3）区域（Region）例如森林、湖泊、行政区 域等。区域不但有位置，而且有面积、周长等参 数，以表示其覆盖范围。
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• 以上三种是最基本空间数据类型，以此为基础， 还可以导出下面两种空间数据类型：
• （4）划分（Partition）一个区域可以是按其自然、 行政或其他特征，分成若干个区域。如果这些子 区域互不相交，但其“并”覆盖该区域，则此子 区域的集合就称为该区域的一个划分。国家行政 区域划分图，土地利用图等都是划分的例子。划 分可嵌套，例如国家分成省市，省市分成县区、 县区分成乡镇等。
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.Hale Waihona Puke Baidu
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• （5）网络（Network）网络是由若干点和 一些点与点之间的联线组成。例如公路网、 河网、电力网、电话网、交通线路图等都 是网络的例子。
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10.2.2空间对象所处的环境
• 1.欧氏空间
• 设R表示实数域，V是R上向量的非空集合，如果 在V上定义了满足如下条件并称之为内积的一个 二元函数<x，y>，则称V为R的欧氏空间：
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• ●空间数据模型 基于实际应用，引入各种必须的 空间数据类型，并讨相应的数据操作。
• ●空间索引 由于空间对象之间难以合适的定义 “序”，所以空间数据的索引就成为空间数据库 技术的一个重要课题，在这方面已经取得了相当 成熟的结果，并且应用到其他的领域。
• ●空间数据库管理系统 空间数据模型和当前主流 数据模型——关系数据模型具有较大的差异，需 要研究如何在RDBMS基础上有效扩充空间数据管 理功能的问题。
第10章 空间数据库
10.1 空间数据库概述
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10.1.1空间数据库的意义
• 从本体论的角度，研究和开发空间数据库 的意义主要基于下述几个方面。
• 1时间和空间是物质存在的基本方式 • 2空间数据是某些重要应用的基本形式 • 3复杂的非空间数据可以作为空间数据处理
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• 2.基于拓扑的关系
• 基于拓扑的空间对象关系主要有邻接（meet）、 包含（within）和交叠（overlap），这三类拓扑 关系也是空间数据查询中最有可能出现的情况。 空间数据库中，基于拓扑的查询需要解决这样两 个问题：
• ● 查询所有与给定对象具有某种拓扑关系R的空间 对象。
• ● 相对方位 即根据与给定目标的方向来定 义的方位，例如左右、前后、上下等。
• ● 基于观察者的方位 即按照专门指定的称 为观察者参照对象来定义的方位。
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• 相离（disjoint），邻接（meet），交叠 （overlap），相等（equal），包含 （contain），在内部（inside），覆盖 （cover）和被覆盖（covered by）。
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• 3.基于方位的关系
• ● 绝对方位 即在全球定位系统背景下定义 的方位，例如东、西、南、北，东南、西 南、东北等。
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• 在GIS中，基本空间数据类型由下述三种空间对 象组成：
• （1）点（Point） 例如城市。点只表示其空间位 置，不表示其范围（extent）
• （2）线（Line）例如河流、道路、管道、航线、 等高线、等降雨线、通信或电力线路等。线不仅 表示线上各点在空间的位置，而且还有长度，即 表示其在空间的延伸范围。
• 我们主要在欧氏空间的环境中定义所有空 间对象相互间关系的，这些关系可以分为 基于集合、拓扑、.方位和.度量的关系，我 们在下面分别讨论。
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10.2.3 空间对象之间关系
• 1.基于集合的关系 • 基于集合的空间对象关系主要有元素与集
合的属于及不属于的关系，集合与集合的 包含、相交、并等关系。在空间对象间的 层次关系就适合用集合的关系理论来讨论， 例如城市包含公园，公园包含树林等。
• 非负性 <x，x>≥0，<x，x>=0x=0， x∈V
• 对称性 <x，y>=<y，x>
• 线性性 <αx+βy，z >=α < x，z >+β< y，z >，α， β∈R；x，y，z∈V
• 直线R，平面R2和空间R3通过适当的定义内积都 是欧氏空间。
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• 2.在欧氏空间中讨论空间对象间的关系