时空数据库期末复习

时空数据库期末复习

数据库是存贮在计算机内的有结构的数据集合；

数据库管理系统是一个软件，用以维护数据库、接受并完成用户对数据库的一切操作；

数据库系统指由硬件设备、软件系统、专业领域的数据体和管理人员构成的一个运行系统。

数据模型是客观事物及其联系的数据描述

空间数据库与时空数据库

数据与空间数据

数据

是指客观事务的属性、数量、位置及其相互关系等的符号描述。

空间数据

是对现实世界中空间对象（事物）的描述，其实质是指以地球表面空间位置为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据。

空间数据特征

空间数据具有三大基本特征：空间、时间和专题属性。

空间特征

空间特征是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地物的空间关系。

时间特征

空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算得到的

专题特征

专题特征亦指空间现象或空间目标的属性特征，它是指除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，如地形的坡度、波向、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等。

此外，空间数据还具有多维、多尺度和海量等非空间数据所不具备的特征。

时空数据及特征

时空数据

具有时间参考的空间数据。即，以一定的时间系统为参照，用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布等特征随时间变化状态的数据。

时空数据的特征

空间特征、时间特征、专题特征和动态特征。

为什么学习时空数据库

1．空间信息的新特点要求新的数字信息表达形式，数据量大（如，每天采集的卫星影像在Tbyte范围），内在结构的复杂性特点

2．地理信息根据不同的应用和获取方式表现出多样性

3．空间数据更复杂（相较统计数据），表现在：

数据类型多（几何数据、关系数据、辅助数据）

数据操纵复杂

一般数据检索、增加、删除等

定位检索、拓扑关系检索等

数据输出多样（数据、报表、图形）

数据量大，空间数据种类多

测量、统计数据、文字

地图、影像等

4．空间数据的非结构化特征

事务数据库：数据记录一般是结构化的

每一个记录有相同的结构和固定的长度，记录中每个字段表达的只能是原子数据，内部无结构，不允许嵌套记录

空间数据：这种结构化不能满足要求

地理实体的空间坐标：

实体位置、大小形状

拓扑关系

5．空间数据的组织和管理不同于一般的事务性数据

6．空间数据具有时变性

空间形态的变化：空间几何随时间发生了变化

位置变化

形状变化

大小变化

关系变化

属性的变化：属性随时间发生变化

结论：时空数据库有利于时空变化数据的组织、更新、查询和维护！

空间数据库定义

指以特定的信息结构和数据模型表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库

空间数据具有三个特点:

需要处理的数据量大；

需要空间和非空间两类数据；

需要记录空间对象随时间而演变的历史数据

空间数据库内容

元数据

描述数据库/子库和库中个数字产品的元数据构成的数据库。

空间数据库的主要任务是研究地理空间物体的：

空间数据表达模型（技术）

空间数据组织模型（技术）

空间数据存储结构（技术）

空间索引技术

目的:

以最小的代价高效地存储和处理空间数据；

维护空间数据的现实性，一致性和完整性；

为用户提供现实性好，准确性高，完备，开放和易用的地理空间数据

空间数据查询访问技术

时态数据库基本概念

在实际应用中，数据往往随时间而变化。我们称随时间而变化的数据为时态数据

管理时态数据的数据库系统需要对时间语义提供三方面的支持：时间点、时间间隔、与时间有关的关系

传统数据库管理系统在时态数据的表示上有两种局限性：

不保存数据库改变的历史，每一个数据更新操作都删除了更新前的事实；

数据一进入数据库就立即生效。在很多应用中，数据的录入时间（即数据进入数据库的时间）和数据可以被利用的时间是不同的

时态数据库数据模型

为了克服传统数据库的这两种局限性，我们需要新的数据模型。这种数据模型必须具有如下能力：

能够准确地表示时态数据的时间语义；

能够区分随时间变化的信息和与时间无关信息并分别表示之；

除了数据模型方面的要求以外，时间数据库应用在查询语言、存取方法、物理组织等数据库管理系统的各个方面都需要新的技术。

实时数据库

实时数据库是用于实时应用的数据库；

实时应用的实时性使得实时数据库系统中的事务具有严格的时间约束，如起始运行时间、结束时间等；

实时数据库系统的正确性不仅依赖于数据处理的结果，而且还依赖于结果产生的时间

实时数据库系统并不是数据库系统和实时系统的简单合并。实时数据库系统的核心问题是如何把事务的时间约束处理和数据库完整性处理有机地结合为一体。

时空数据表达

场的性质

1．空间结构特征和属性域

空间结构是指可以进行长度和角度测量的欧氏空间

空间结构可以是规则的或不规则的

属性域：名称、序数、间隔和比率

2．场是连续的、可微的、离散的

位置的微小变化，带来属性值的微小变化

边界离散

3．场与方向无关和与方向有关的（各向同性、各向异性）

若场中的所有性质都与方向无关，称各向同性场

否则为各向异性场

4．空间自相关，是空间场中的数值聚集程度的一种量度。

如果一个空间场中的数值有聚集的倾向，则该场表现出正空间自相关；

如果空间场中的数值在空间上有排斥倾向，则该场表现出负空间自相关。

场模型表达方法总结

在地理空间上任意给定的空间位置都有一个唯一的属性值

场就是一种函数，将基本参照框架映射到一个属性域上

根据属性分布的表示方法，场模型的表达可分为：

图斑模型

等值线模型

选样模型

图斑模型

将地理空间划分为一些简单的连通域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种主要属性的变化

图斑模型可以对应不同类型的属性函数

常量：属性函数值是一个常数，如土壤类型

线性函数：属性值的变化是一个线性函数

高阶函数：要求属性函数是一个高阶函数，以提高表示精确性

等值线模型

场由一系列等值线组成