空间数据库体系结构

1、空间数据的分布 分布式空间数据库中的数据并不是存储在一个场 地的计算机存储设备上，而是按照某种逻辑划分分散 地存储在各个相关的场地上。 （1）空间数据的分片
根据地理信息的区域性和专题性的特征：
区域分片、专题分片 根据GIS系统的异构性： 同构分片和异构分片
（2）空间数据的分片冲突 在同构的条件下，出现的水平分片和垂直分片的 冲突问题；它表现在空间数据的不一致上，称之为分 片冲突。 不同的分片存储场地、GIS平台、数据模型、地理 表达方式、投影方式和数据质量，都会导致数据分片 存在差异和冲突。 （3）空间数据的分片异构性
（4）模式与子模式之间的关系 所有用户子模式的最小并集是模式，从模式中可 以导出各种子模式。 （5）存储模式 用来描述数据在存储装置上的物理配置和组织问 题。又称为内模式。
2、映射与数据独立 映射实质上是两个事物之间的对应关系，它包括 两种不同的映射。 子模式/模式映射：定义概念记录与用户逻辑记 录之间的对应关系。逻辑独立性
数据库管理系 统集成环境
应用程序API
空 间 数 据 库 引 擎
空 间 数 据 访 问 对 象
操作 系统
据空 库间 数
4、空间数据库系统的集中式体系结构
空间数据库
存储器
磁盘控制器
外设控制器
存储控制器
CPU
系统总线
5、数据库系统的客户/服务器体系结构 （1）主机－终端式网络
使用大型主机作为服务器，通过终端来访问数 据。
目标是减少磁盘和存储器之间传输的块的数目。负 责缓冲区空间分配的子系统称为缓冲区管理器。
2、基于文件系统与数据库的混合体系结构
通 用 数 据 库 管 理 系 统 操作 系统
操作 系统
数据库管理系
统集成环境
应用程序API
空 间 数 据 库 引 擎
据 属 库 性 数
据 几 文 何 件 数
3、基于数据库管理系统的体系结构
聚簇文件组织：在每个文件中存储两个或者更 多个不同类型的记录的文件结构。允许使用一次块 的读操作来读取一个实体数据，以便提高数据查询 效率。 （2）空间数据引擎 基于特定的空间数据模型，在特定的数据存储、 管理系统的基础上，提供对空间数据的存储、检索 等操作，以提供在此基础上的二次开发。 （3）缓冲区管理
（5）专题数据
土地利用数据、地藉数据、规划管理数据、农业数 据、水利数据、道路数据等。
（6）元数据库
它是描述数据库/子库和库中各数字产品的元数据 构成的数据库。
2、空间数据库硬件系统 （1）空间数据输入输出设备 设备配置要求能满足空间数据获取和成果输出的各 种需要。 主要的输入设备有大幅面扫描仪、小幅面扫描仪、 高精度航摄像片扫描仪、数字像机、GPS接收机等。 输出设备包括：图形显示终端、喷墨绘图仪、投影 仪、激光照排机、打印机、数据交换设备等。
基础地理空间数据库包括： DLG、DEM、DOM、DRG和元数据（MD） 专题数据库（TD）包括：
土地利用数据、地藉数据、规划管理数据、道 路数据等。
（1）基础地形要素矢量数据库 基础地形要素矢量数据库含有政区、居民地、交通 与管网、水系及附属设施、地貌、地名、测量控制点等 内容。既包括以矢量结构描述的带有拓扑关系的空间信 息，又包括以关系结构描述的属性信息。 （2）数字高程模型数据库 数字高程模型数据库是定义在X、Y域离散点（规 则或不规则）的以高程表达地面起伏形态的数据集合。
缓 运行状态 通 冲 控制信息 信 公 区 数据库运 用 区 行日志
操作 系统
数 据 文 件
（1）文件组织 当数据量大时，内存无法存储所有的数据。这 时，需要基于磁盘的文件系统来实现数据的存储和 管理。 定长记录：分配一定数量的字节作为文件头 变长记录：在每个记录的末尾附加一个特殊的记录 终止符号，或者在每个记录的开始处存储记录的长 度。
6、空间数据库管理员
（4）监控数据库的使用和运行
（5）数据库的改进和重组 （6）数据访问授权 （7）数据库的日常维护 定期备份
二、数据库系统的体系结构
1、数据库的抽象层次
（1）模型与模式 模型是客观事物的抽象化形式描述，它是独立 于具体实现方式的。同一个模型可用不同的方式来 实现，因此，可把关于模型的具体实现的描述称为 模式，它与所采用的数据库管理系统有关。 在数据库系统中用数据描述语言精确地定义数 据模型称为模式，它能为计算机所接受。
第六章 空间数据库体系结构
一、空间数据库系统 二、数据库系统的体系结构
三、空间数据库系统的体系结构
四、分布式空间数据库系统
空 间 数 据 库 管 理 系 统
数据库管理系统 系 统 操 作 员
空间数据 存储器 操作系统
空间数据库系统组成
一、空间数据库系统
1、空间数据库 空间数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述 和存储，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩 展性，并可为各种用户共享。 从应用性质上空间数据库可分为基础地理空间数据 库和专题数据库。
（3）数字正射影像库 具有正射投影的数字影像的数据及其管理软件的集 合。它既可直接应用于国民经济各行业，又可作为背景 从中提取自然地理和社会经济信息，还可用于评价其他 测绘数据的精度、现势性和完整性。
（4）数字栅格地图库
数字栅格地图数据库的直接产品是数字栅格地图， 增加简单现势信息可用其制作有关数字或模拟事态图。
（2）空间数据处理设备 设备要求有足够大的内存、磁盘、光盘等作数据备 份；系统有较高的通道能力，以提高数据传送率。它分 为服务器、图形工作站和微机等。 （3）存储及其他设备 存储设备：冗余磁盘阵列、双机热备份、CD-ROM 光盘机、磁带机和CD-R刻盘机等。 电源设备：在线式不间断电源、隔离变压器 机房其他设备：空气调节系统
用户对数据提出的各种操作要求，实现与数据库 的信息交换。
4、应用程序对数据库的访问
应用程序对数据库的访问是根据数据的三 级模式由数据库管理系统（DBMS）来执行的。
三、空间数据库系统的体系结构
Leabharlann Baidu1、基于文件系统的体系结构
功能模块参数 数据库管理系 空 间 数 据 库 引 擎
统集成环境
应用程序API
局部内模式 空间数据库
......
...... ......
局部概念模式
局部内模式 空间数据库
3、分布式空间数据库系统的体系结构
采用了Client/server结构。
客户端应用 客户端应用 客户端应用
分布式空间数据库管理系统
计算机网络 全局元数据
空间数据库 管理系统
空间数据库 管理系统
空间数据库 管理系统
（2）子模式 它是用户与数据库的接口，是用户看到的并获准 使用的那部分数据的逻辑结构，借此来操作数据库中 的数据。 它接口简单，使用方便；提供数据共享性；孤立 数据，安全保密。 （3）模式 它是对整个数据库的全局逻辑描述，是对数据模 型的一种等价处理或具体实现。模式的主体是数据模 型，模式只能描述数据库的逻辑结构，而不涉及具体 存取细节。
① 数据模型和数据结构 ② 访问方式 ③ 数据格式
2、分布式空间数据库系统的模式结构
分布式空间数据库系统的模式结构总体上可以分 为两部分，如图所示。
全局视图 分布式空间数据 管理系统 分片模式 全局视图 全局概念模式 全局视图
理空 系间 统数 据 库 管
局部概念模式
局部内模式 空间数据库
局部概念模式
5、空间数据库管理系统 包括八个基本功能。 （1）空间数据定义功能 （2）空间数据获取与处理
（3）空间数据的运行管理
（4）空间数据操纵功能 （5）数据处理和空间关系建立
（6）空间数据的检索 （7）数据输出与符号化
（8）数据维护功能
6、空间数据库管理员
负责全面地管理和控制空间数据库系统。
（1）决定数据库中的信息内容和结构 （2）决定数据库的存储结构和存取策略 （3）定义数据的安全性要求和完整性约束条件
Modem
Mainframe DBMS APPS
Data
Monitor
Monitor
Monitor
Monitor
（2）工作组网络 组网容易、维护简单、使用方便。
Data
Data
Data
PC
PC
PC
（3）客户/服务器网络
Data DB SERVER
FILE SERVER
PC
PC
PC
服务器可以集中管理核心资源，同时客户机也具 有充分的自主控制的能力。
3、操作系统 （1）硬件管理 （3）内存管理 （2）进程管理 （4）文件管理
（5）保护
（7）网络控制软件
（6）外设管理
4、数据字典 数据字典也叫数据目录，它是数据库设计与管理的 有利工具。对于数据资源多，关系复杂和多用户共享的 数据库来说，数据字典起着重要的作用。
它的主要内容是关于数据类型的登记表，给出数据 的名字、定义、组成和属性。
空间数据库
空间数据库
空间数据库
分布式多空间数据库的关键技术：
① 集成技术 ② 全局空间索引 ③ 事务管理
④ 并发控制
思考题
1、什么是数据字典？什么是聚类？ 2、空间数据库系统由哪几部分组成？ 3、空间数据库系统的体系结构主要有哪些？
模式/存储模式映射：定义概念数据库与物理数 据库之间的对应关系。物理数据独立性
用户数据库是概念数据库的部分抽取；概念数据 库是物理数据库的抽象表示；物理数据库是概念数据 库的具体实现。
3、数据语言 （1）数据定义语言
①模式DDL
②子模式DDL ③物理DDL ④数据描述的独立性问题
（2）数据操纵语言
两层Client/Server体系结构:
用户界面层和业务逻辑层不分开,而数据服务层位 于服务器端.
三层Client/Server模型: 构建了一种分割式的应用程序,系统对应用程序进 行分割后,划分成不同的逻辑组件,即用户服务层、业务 处理层、数据服务层。
四、分布式空间数据库系统
空间数据一个主要的特征是分布而不是集中，因 此分布式的计算机网络系统最适合于处理空间数据。 空间数据库的网络化有利于充分利用计算机资源，增 强协同处理业务的能力。 分布数据的独立性、分布式事务的原子性