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1、第六章空间数据库自学1 1本讲稿第一页，共七十八页信息世界信息世界1 1、数据库系统数据库系统是面向是面向计算机计算机的，而的，而应用应用是面向是面向现实世界现实世界的，的，两个世界存在着很大差异，要直接将现实世界中的语义映射到两个世界存在着很大差异，要直接将现实世界中的语义映射到计算机世界是十分困难的，因此引入一个计算机世界是十分困难的，因此引入一个信息世界信息世界作为现实世作为现实世界通向计算机实现的界通向计算机实现的桥梁桥梁。2 2、一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁的现实、一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁的现实世界中抽取出能反映现实本质的概念和基本关系世界中抽取出能反
2、映现实本质的概念和基本关系;另一方面，另一方面，信息世界中的概念和关系，要以一定的方式映射到计算机信息世界中的概念和关系，要以一定的方式映射到计算机世界中去，在计算机系统上最终实现。世界中去，在计算机系统上最终实现。信息世界信息世界起到了起到了承上承上启下启下的作用。的作用。本讲稿第二页，共七十八页现实世界信息世界计算机世界现实世界信息世界计算机世界现实世界信息世界概念化概念化形式化形式化转换转换认识认识抽象抽象计算机世界本讲稿第三页，共七十八页信息规范信息规范数据库数据库客观事物客观事物控制决策机控制决策机构（用户）构（用户）询问询问响应响应数据化信息决策决策计算机世界计算机世界信息世界信息
3、世界现实世界现实世界策略措施策略措施观测机构观测机构本讲稿第四页，共七十八页uu6.1 数据库系统概述数据库系统概述uu6.2 数据库系统结构数据库系统结构uu6.3 空间数据管理空间数据管理uu6.4 空间数据库的设计空间数据库的设计本讲稿第五页，共七十八页u6.11 基本概念基本概念uu1.数据数据uu2.数据库数据库uu3.数据库管理系统数据库管理系统uu4.数据库系统数据库系统本讲稿第六页，共七十八页2、数据库、数据库一、定义一、定义2 2、空间数据库空间数据库的定义的定义 空间数据库是存取、管理空间数据库是存取、管理空间空间信息信息的数据库。的数据库。建立数据库不仅仅是为了保存数据，
4、扩展人的记忆，而主要是为了建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。1、数据库数据库的定义的定义 数据库就是为了一定的目的，在数据库就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构计算机系统中以特定的结构组织、组织、存储、管理和应用的相关联的存储、管理和应用的相关联的数数据集合据集合。地理信息系统地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库空间数据库
5、。本讲稿第七页，共七十八页二、空间数据库的特点二、空间数据库的特点与一般数据库相比，空间数据库具有以下特征：与一般数据库相比，空间数据库具有以下特征：q 数据量数据量特别巨大；特别巨大；q 空间数据和属性数据统一，数据空间数据和属性数据统一，数据种类多种类多；q 应用广泛应用广泛：数据应用面相当广泛。：数据应用面相当广泛。在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应用用通用的通用的数据库的原理和方法；另一方面又必须采数据库的原理和方法；另一方面又必须采取一些取一些特殊的特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。本讲
6、稿第八页，共七十八页3 数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层管理软件管理软件。（课本（课本106106）它的主要功能有：数据定义、数据操纵、数据库运它的主要功能有：数据定义、数据操纵、数据库运行管理、数据库建立和维护。行管理、数据库建立和维护。本讲稿第九页，共七十八页4 数据库系统数据库系统 它是在计算机系统中引入数据库后的系它是在计算机系统中引入数据库后的系统。它由统。它由数据库数据库、数据库管理系统数据库管理系统、应用系统应用系统、数据库管理员数据库管理员、用户用户构成。构成。本讲稿第十页，共七十八页6.1.2
7、数据管理的发展数据管理的发展本讲稿第十一页，共七十八页一、数据管理的发展阶段一、数据管理的发展阶段 数据处理数据处理的中心问题是的中心问题是数据管理数据管理。数据管。数据管理指的是对数据的分类、组织、编辑、储存、理指的是对数据的分类、组织、编辑、储存、检索和维护。检索和维护。主要经历了如下三个阶段：主要经历了如下三个阶段：uu人工管理阶段人工管理阶段(50年代中期以前年代中期以前)uu文件系统阶段文件系统阶段(50年代后期年代后期60年代中期年代中期uu数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代后期开始年代后期开始)本讲稿第十二页，共七十八页1.人工管理阶段背景人工管理阶段背景背景：背景：1 1、
8、计计算算机机主主要要用用于于科科学学计计算算(数数据据量量小小、结结构构简简单单，如高阶方程、曲线拟和等如高阶方程、曲线拟和等)。2 2、外外存存只只有有磁磁带带、卡卡片片、纸纸带带等等，没没有有磁磁盘盘等等直直接接存存取设备取设备。3 3、没没有有操操作作系系统统，没没有有数数据据管管理理软软件件(用用户户用用机机器器指指令令编码编码)。本讲稿第十三页，共七十八页人工管理阶段特点人工管理阶段特点特点：特点：1、数据完全面向特定的应用程序，每个用户使用、数据完全面向特定的应用程序，每个用户使用 自己的数据，自己的数据，数据不保存数据不保存，用完就撤走；，用完就撤走；2、没有软件系统对数据进行管
9、理；、没有软件系统对数据进行管理；3、没有文件的概念，数据的组织方式必须由程序、没有文件的概念，数据的组织方式必须由程序 员自行设计；员自行设计；4、一组数据对应一组程序，数据是、一组数据对应一组程序，数据是不共享不共享的；的；5、数据与程序、数据与程序没有独立性没有独立性，程序中存取数据的子，程序中存取数据的子 程序随着存储结构的改变而改变。程序随着存储结构的改变而改变。本讲稿第十四页，共七十八页应用程序应用程序1数据组数据组1应用程序应用程序n数据组数据组n本讲稿第十五页，共七十八页2.文件系统阶段背景文件系统阶段背景背景：背景：1 1、计算机不但用于科学计算，还用于、计算机不但用于科学计
10、算，还用于管理管理。2 2、外存外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。3 3、软软件件方方面面，有有了了专专门门管管理理数数据据的的软软件件，一一般般称为文件系统，包括在操作系统中。称为文件系统，包括在操作系统中。4 4、处处理理方方式式方方面面，不不仅仅有有了了文文件件批批处处理理，而而且且能能够联机实时处理。够联机实时处理。本讲稿第十六页，共七十八页文件系统阶段特点文件系统阶段特点特点：特点：1 1、系统提供、系统提供存取方法存取方法(索引文件、链接文件、直接索引文件、链接文件、直接 存取文件、倒排文件等存取文件、倒排文件等)，支持对文件的基本操，支持对文件的基本
11、操 作作(增、删、改、查等增、删、改、查等)，数据可以长期保存。，数据可以长期保存。2 2、有软件系统对数据进行管理。、有软件系统对数据进行管理。3 3、数据共享差，、数据共享差，冗余度大冗余度大。4 4、数据与程序有、数据与程序有一定的独立性一定的独立性，因为文件的逻辑，因为文件的逻辑 结构与存储结构由系统进行转换，数据在存储结构与存储结构由系统进行转换，数据在存储 上的改变不一定反映在程序上。上的改变不一定反映在程序上。本讲稿第十七页，共七十八页文件系统中程序与文件的对应文件系统中程序与文件的对应本讲稿第十八页，共七十八页文件系统带来的后果文件系统带来的后果数据与程序的独立性差：数据与程序
12、的独立性差：文件系统的出现并没有从根本上改变数据与程序紧密结合的状况。文件系统只是解文件系统的出现并没有从根本上改变数据与程序紧密结合的状况。文件系统只是解脱了程序员对物理设备存取的负担，它并不理解数据的语义，只负责存储。数据的语脱了程序员对物理设备存取的负担，它并不理解数据的语义，只负责存储。数据的语义信息只能由程序来解释，也就是说，数据收集以后怎么组织，以及数据取出来之后义信息只能由程序来解释，也就是说，数据收集以后怎么组织，以及数据取出来之后按什么含义应用，只有全权管理它的程序知道。数据的逻辑结构改变则必须修改应用按什么含义应用，只有全权管理它的程序知道。数据的逻辑结构改变则必须修改应用
13、程序。一个应用若想共享另一个应用生成的数据，必须同另一个应用沟通，了解数据程序。一个应用若想共享另一个应用生成的数据，必须同另一个应用沟通，了解数据的语义与组织方式。的语义与组织方式。数据的冗余度大：数据的冗余度大：数据仍然是面向应用的。当不同应用程序所需要的数据有部分相同时，也必须数据仍然是面向应用的。当不同应用程序所需要的数据有部分相同时，也必须建立各自的文件，而不能共享相同的数据。数据分散管理。建立各自的文件，而不能共享相同的数据。数据分散管理。数据的不一致性：数据的不一致性：由于数据存在很多副本，给数据的修改与维护带来了困难，容易造成数据的不由于数据存在很多副本，给数据的修改与维护带来
14、了困难，容易造成数据的不一致性。一致性。本讲稿第十九页，共七十八页3.数据库管理阶段背景数据库管理阶段背景背景：背景：1 1、计算机管理的数据量大，关系复杂，、计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性要求共享性要求 强强（多种应用、不同语言共享数据）。（多种应用、不同语言共享数据）。2 2、外存外存有了大容量磁盘，光盘。有了大容量磁盘，光盘。3 3、软件价格上升，硬件价格下降，、软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件编制和维护软件 及应用程序成本相对增加及应用程序成本相对增加，其中维护的成本更，其中维护的成本更 高，力求降低。高，力求降低。本讲稿第二十页，共七十八页数据库管理阶段特点数据库管
15、理阶段特点特点：特点：1 1、有了数据库管理系统。、有了数据库管理系统。2 2、面向全组织，面向现实世界。、面向全组织，面向现实世界。3 3、独立性较强。、独立性较强。4 4、由、由DBMSDBMS统一存取，维护数据语义及结构。统一存取，维护数据语义及结构。数据库观点：数据库观点：数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现实世界中独立存在的对象。实世界中独立存在的对象。本讲稿第二十一页，共七十八页二、文件系统与数据库系统的对比二、文件系统与数据库系统的对比文件系统的弱点：文件系统的弱点：l文件之间无联系文件之间无联系l难于维护数据的完整性难于维护数据的完整性数
16、据库系统的用武之地：数据库系统的用武之地：l有查询有查询l数据复杂数据复杂文件系统：文件系统：l分别组织多个文件，存储各类对象的记录。分别组织多个文件，存储各类对象的记录。l系统不支持文件间的联系，由应用程序负责系统不支持文件间的联系，由应用程序负责 查询表达及数据的维护。查询表达及数据的维护。数据库系统数据库系统(关系关系)：l数据统一按表结构存放，联系也为表形式。数据统一按表结构存放，联系也为表形式。l查询：只需提查询要求，由系统完成查询过程。查询：只需提查询要求，由系统完成查询过程。l维护：应用提出完整性约束，系统自动检查。维护：应用提出完整性约束，系统自动检查。本讲稿第二十二页，共七十
17、八页数据库系统的优点数据库系统的优点l面向全组织的复杂的数据结构面向全组织的复杂的数据结构l数据的冗余度小，易扩充数据的冗余度小，易扩充l具有较高的数据和程序的独立性具有较高的数据和程序的独立性 1、数据独立性、数据独立性：2、数据的物理独立性、数据的物理独立性：3、数据的逻辑独立性、数据的逻辑独立性：l统一的数据控制功能统一的数据控制功能 1、数据的安全性控制、数据的安全性控制 2、数据的完整性控制、数据的完整性控制 3、并发控制、并发控制 4、数据库的恢复、数据库的恢复本讲稿第二十三页，共七十八页uu6.1 数据库系统概述数据库系统概述uu6.2 数据库系统结构数据库系统结构uu6.3 空
18、间数据管理空间数据管理uu6.4 空间数据库的设计空间数据库的设计本讲稿第二十四页，共七十八页一、数据视图：一、数据视图：数据库管理系统的一个主要作用就是数据库管理系统的一个主要作用就是隐藏关于数据存储隐藏关于数据存储和维护的某些细节和维护的某些细节，而为用户提供数据在不同层次上的，而为用户提供数据在不同层次上的抽抽象视图象视图，即不同的使用者从不同的角度去观察数据库中，即不同的使用者从不同的角度去观察数据库中的数据所得到的结果的数据所得到的结果(数据库中的数据库中的)数据抽象数据抽象。本讲稿第二十五页，共七十八页数据抽象数据抽象物理层物理层 对用户来说，了解数据库中用来表示数据的复杂对用户来
19、说，了解数据库中用来表示数据的复杂的数据结构没有太大的必要。数据库管理系统通过如的数据结构没有太大的必要。数据库管理系统通过如下几个层次的抽象来向用户屏蔽复杂性，简化系统的下几个层次的抽象来向用户屏蔽复杂性，简化系统的用户界面。用户界面。物理层物理层：最低层次的抽象，描述数据实际上是：最低层次的抽象，描述数据实际上是如何存储的。物理层详细描述复杂的低层数据结构，如何存储的。物理层详细描述复杂的低层数据结构，是是开发开发DBMSDBMS的数据库供应商的数据库供应商应该研究的事情。应该研究的事情。本讲稿第二十六页，共七十八页数据抽象数据抽象逻辑层逻辑层 逻辑层逻辑层逻辑层逻辑层：比物理层稍高层次的
20、抽象，描述：比物理层稍高层次的抽象，描述数据库中存数据库中存储什么数据以及这些数据间存在什么关系储什么数据以及这些数据间存在什么关系。逻辑层抽象是由数据库管理员和数据库应用开发人员使用逻辑层抽象是由数据库管理员和数据库应用开发人员使用逻辑层抽象是由数据库管理员和数据库应用开发人员使用逻辑层抽象是由数据库管理员和数据库应用开发人员使用的，他们必须确定数据库中应该保存哪些信息。的，他们必须确定数据库中应该保存哪些信息。的，他们必须确定数据库中应该保存哪些信息。的，他们必须确定数据库中应该保存哪些信息。本讲稿第二十七页，共七十八页数据抽象数据抽象视图层视图层(概念层概念层)视图层：视图层：视图层：视
21、图层：最高层次的抽象，但只描述整个数据库最高层次的抽象，但只描述整个数据库最高层次的抽象，但只描述整个数据库最高层次的抽象，但只描述整个数据库的某个部分。尽管在逻辑层使用了比较简单的结构，的某个部分。尽管在逻辑层使用了比较简单的结构，的某个部分。尽管在逻辑层使用了比较简单的结构，的某个部分。尽管在逻辑层使用了比较简单的结构，但由于数据库的规模巨大，所以仍存在一定程度的复但由于数据库的规模巨大，所以仍存在一定程度的复但由于数据库的规模巨大，所以仍存在一定程度的复但由于数据库的规模巨大，所以仍存在一定程度的复杂性。杂性。杂性。杂性。数据库系统的数据库系统的数据库系统的数据库系统的最终用户最终用户最
22、终用户最终用户并不需要关心所有的信息，并不需要关心所有的信息，而只需要访问数据库的一部分。视图抽象层的定义而只需要访问数据库的一部分。视图抽象层的定义正是为了使用户与系统的交互更简单。系统可以为正是为了使用户与系统的交互更简单。系统可以为同一数据库提供多个视图，而视图又保证了数据的同一数据库提供多个视图，而视图又保证了数据的安全性。安全性。本讲稿第二十八页，共七十八页数据抽象的三个层次数据抽象的三个层次视图视图1 1视图视图2 2视图视图3 3视图视图n n.逻辑层逻辑层物理层物理层本讲稿第二十九页，共七十八页同样的数据库，不同的视觉同样的数据库，不同的视觉用户用户1 1用户用户2 2用户用户
23、3 3用户用户n n.视图视图1 1DataBase视图视图2 2视图视图3 3.视图视图n n数据视图数据视图本讲稿第三十页，共七十八页二、数据库系统中模式的分级二、数据库系统中模式的分级模式的分级：模式的分级：为了提高数据的为了提高数据的物理独立性物理独立性和和逻辑独立性逻辑独立性，使用户看到的数，使用户看到的数据库，与数据库的物理方面，即实际存储的数据库区分开来，数据库系据库，与数据库的物理方面，即实际存储的数据库区分开来，数据库系统的模式是分级的。统的模式是分级的。数据库系统三级模式结构：数据库系统三级模式结构：CODASYLCODASYL（Conference On Data Sys
24、tem LanguageConference On Data System Language，美国数据美国数据系统语言协商会系统语言协商会）提出）提出模式模式、外模式外模式、存储模式存储模式三级模式的概念。三级模式的概念。三级模式之间有两级映象。三级模式之间有两级映象。本讲稿第三十一页，共七十八页数据库的三级模式体系数据库的三级模式体系数据库数据库内模式内模式模模 式式外模式外模式2外模式外模式1外模式外模式3应用应用A应用应用B应用应用C应用应用D应用应用E外模式外模式/模式映象模式映象模式模式/内模式映象内模式映象本讲稿第三十二页，共七十八页uu1 1、模式：模式是数据库数据在逻辑级上的视
25、图。一个数据库只、模式：模式是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只、模式：模式是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只、模式：模式是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式，数据库模式以某一数据模型为基础，统一综合的考有一个模式，数据库模式以某一数据模型为基础，统一综合的考有一个模式，数据库模式以某一数据模型为基础，统一综合的考有一个模式，数据库模式以某一数据模型为基础，统一综合的考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机的结合成一个逻辑整体。虑了所有用户的需求，并将这些需求有机的结合成一个逻辑整体。虑了所有用户的需求，并将这些需求有机的结合成一个逻辑整体。虑了所有用户的需求，并将
26、这些需求有机的结合成一个逻辑整体。uu 模式必须具备三个特征：模式必须具备三个特征：uu（1 1）必须和企业的基本结构一致；）必须和企业的基本结构一致；）必须和企业的基本结构一致；）必须和企业的基本结构一致；uu（2 2）必须具有可扩展性；）必须具有可扩展性；）必须具有可扩展性；）必须具有可扩展性；uu（3 3）必须可以转化为用户所需要的视图和多种）必须可以转化为用户所需要的视图和多种）必须可以转化为用户所需要的视图和多种）必须可以转化为用户所需要的视图和多种 数据存储及存储架构。数据存储及存储架构。数据存储及存储架构。数据存储及存储架构。本讲稿第三十三页，共七十八页uu2、外模式：也称子模式
27、或用户模式，、外模式：也称子模式或用户模式，uu它是数据库用户（包括应用程序员和最终用它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据用户的数据视图，是与某一应的描述，是数据用户的数据视图，是与某一应用程序有关的数据的逻辑表示。用程序有关的数据的逻辑表示。本讲稿第三十四页，共七十八页uu（3）内模式：也叫存储模式或物理模式，）内模式：也叫存储模式或物理模式，它定义了数据库中全部数据的物理结构、它定义了数据库中全部数据的物理结构、存储方法和存取策略等。存储方法和存取策略等。本讲稿第三十五页，共七十八页三、数据库的
28、二级映像功能三、数据库的二级映像功能外模式外模式/模式映象：模式映象：定义某一个定义某一个外模式和模式之间的对应关系外模式和模式之间的对应关系，映象定义通，映象定义通常包含在各外模式中。当模式改变时，修改此映象，使外模常包含在各外模式中。当模式改变时，修改此映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为逻辑独立性逻辑独立性。模式模式/内模式映象内模式映象：定定义义数数据据逻逻辑辑结结构构与与存存储储结结构构之之间间的的对对应应关关系系。存存储储结结构构改改变变时时，修修改改此此映映象象，使使模模式式保保持持不不变变，从从而而应应用用程程序序可以
29、保持不变，称为可以保持不变，称为物理独立性物理独立性。本讲稿第三十六页，共七十八页四、数据库系统的体系结构：四、数据库系统的体系结构：uu1.单用户数据库系统单用户数据库系统uu2.主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统uu3.分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统uu4.客户客户/服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统本讲稿第三十七页，共七十八页uu6.1 数据库系统概述数据库系统概述uu6.2 数据库系统结构数据库系统结构uu6.3 空间数据管理空间数据管理uu6.4 空间数据库的设计空间数据库的设计本讲稿第三十八页，共七十八页uu一、一、地理信息系统地理信息系统与一般与
30、一般管理信息系统管理信息系统的比较：的比较：uu1.两者的区别：两者的区别：uu 硬件上硬件上uu 软件上软件上uu 信息处理的内容和采用目的方面信息处理的内容和采用目的方面uu2.共同之处共同之处uu 都以计算机为核心都以计算机为核心uu 都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点都具有数据量大和数据之间关系复杂的特点uu 不断改进和完善不断改进和完善本讲稿第三十九页，共七十八页uu6.1 数据库系统概述数据库系统概述uu6.2 数据库系统结构数据库系统结构uu6.3 空间数据管理空间数据管理uu6.4 空间数据库的设计空间数据库的设计本讲稿第四十页，共七十八页一、数据库中的数据组织方式一、数据
31、库中的数据组织方式 数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、数据项、记录、文件和数据库文件和数据库。1 1、数据项：、数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。字段等。2 2、记录：、记录：由若干相关联的数据项组成。由若干相关联的数据项组成。3 3、文件：、文件：文件是一给定类型的文件是一给定类型的(逻辑逻辑)记录的全部具体值的记录的全部具体值的集合。集合。4 4、数据库：、数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可
32、以看成是具有特定联系的多种类型的记录的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。某种联系，不能孤立存在。本讲稿第四十一页，共七十八页附：关系附：关系DB中数据组织实例中数据组织实例姓名姓名姓名姓名学号学号学号学号年龄年龄年龄年龄性别性别性别性别籍贯籍贯籍贯籍贯张三张三10001100012121男男四川四川李四李四10002100022323男男山西山西王五王五10003100032222女女北京北京学号学号学号学号数学数学数学数学物理物理物理物理化学化
33、学化学化学英语英语英语英语100011000189898282868644441000210002858583835656888810003100037878898963638484数据项记 录文 件数据库本讲稿第四十二页，共七十八页二、数据模型的练习二、数据模型的练习用三种模型（层次、网络、关系）组织图：用三种模型（层次、网络、关系）组织图：本讲稿第四十三页，共七十八页层次模型层次模型1 1、它的特点是将数据组织成一、它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。对多关系的结构。2 2、层次结构采用关键字来访问、层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。其中每一层次的每一部分。3 3、层次数
34、据库结构特别适用于、层次数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组织。等分级数据的组织。本讲稿第四十四页，共七十八页网络模型网络模型Mabcdefg123456网络模型网络模型网络模型网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式是具有多对多类型的数据组织方式是具有多对多类型的数据组织方式是具有多对多类型的数据组织方式 。本讲稿第四十五页，共七十八页关系模型关系模型1 1x1x1y
35、1y12 2x2x2y2y23 3x3x3y3y34 4x4x4y4y45 5x5x5t5t56 6x6x6y6y6点关系数据库模型关系数据库模型是以记录组或数据表的是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。组织方法。本讲稿第四十六页，共七十八页面向对象的数据模型面向对象的数据模型 面向对象（面向对象（面向对象（面向对象（object-o
36、rientedobject-orientedobject-orientedobject-oriented，oooooooo）的概念起源于程序设）的概念起源于程序设）的概念起源于程序设）的概念起源于程序设计语言计语言计语言计语言面向对象的编程语言面向对象的编程语言面向对象的编程语言面向对象的编程语言(简称简称简称简称OOPL)OOPL)OOPL)OOPL)，强调对象概念的，强调对象概念的，强调对象概念的，强调对象概念的统统统统，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动，引入对象、对象类、方
37、法、实例等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。它以态联编和单继承性机制。它以态联编和单继承性机制。它以态联编和单继承性机制。它以OOPLOOPLOOPLOOPL为核心，集各种软件开发工为核心，集各种软件开发工为核心，集各种软件开发工为核心，集各种软件开发工具为一体，建立具为一体，建立具为一体，建立具为一体，建立OOOOOOOO计算环境，计算环境，计算环境，计算环境，配有很强的图形功能和多窗口配有很强的图形功能和多窗口配有很强的图形功能和多窗口配有很强的图形功能和多窗口用户界面用户界面用户界面用户界面。基本出发点基本出发点基本出发点基本出发点就是以就是以就是以就是以“对象对象对象对象”作为最
38、基本的元素，作为最基本的元素，作为最基本的元素，作为最基本的元素，尽可尽可尽可尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。本讲稿第四十七页，共七十八页设计设计原则：原则：尽量尽量尽量尽量减少减少减少减少空间数据存储空间数据存储空间数据存储空间数据存储冗余冗余冗余冗余；提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构能够提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构能够提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构
39、能够提供稳定的空间数据结构，在用户的需要改变时，数据结构能够做出做出做出做出相应的变化相应的变化相应的变化相应的变化；满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需的空满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需的空满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需的空满足用户对空间数据及时访问的需求，高效提供用户所需的空间数据间数据间数据间数据查询查询查询查询结果；结果；结果；结果；在空间元素间维持复杂的在空间元素间维持复杂的在空间元素间维持复杂的在空间元素间维持复杂的联系联系联系联系，反映空间数据的复杂性；，反映空间数据的复杂性；，反映空间数据的复杂性；，反映空间数据的复杂性；支
40、持多种决策需要，具有较强的应用支持多种决策需要，具有较强的应用支持多种决策需要，具有较强的应用支持多种决策需要，具有较强的应用适应性适应性适应性适应性。三、空间数据库的设计三、空间数据库的设计本讲稿第四十八页，共七十八页现实世界现实世界地理实体地理实体数据层设计数据层设计结构设计结构设计需求分析需求分析数据字典设计数据字典设计 空间数据库的设计是指在空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统现在数据库管理系统的基础上的基础上建立空间数据库的整个过程。建立空间数据库的整个过程。设计设计步骤步骤本讲稿第四十九页，共七十八页 需需求求分分析析是是整整个个空空间间数数据据库库设设计计与与建建立立的的基基
41、础础，主主要要进进行以下工作：行以下工作：1 1、调调查查用用户户需需求求：了了解解用用户户特特点点和和要要求求，取取得得设设计计者者与与用户对需求的一致看法。用户对需求的一致看法。1.需求分析需求分析本讲稿第五十页，共七十八页v现状调查现状调查：通过实际调查了解用户的现状及要求通过实际调查了解用户的现状及要求v调查内容的组织的分析调查内容的组织的分析：对调查的结果进行整理、分析和组对调查的结果进行整理、分析和组 织，并提交报告及图件。织，并提交报告及图件。用户需求分析方法用户需求分析方法：本讲稿第五十一页，共七十八页 需需求求分分析析是是整整个个空空间间数数据据库库设设计计与与建建立立的的基
42、基础础，主主要要进行以下工作：进行以下工作：1 1、调调查查用用户户需需求求：了了解解用用户户特特点点和和要要求求，取取得得设设计计者者与与用户对需求的一致看法。用户对需求的一致看法。2 2、需需求求数数据据的的收收集集和和分分析析：包包括括信信息息需需求求(信信息息内内容容、特特征征、需需要要存存储储的的数数据据)、信信息息加加工工处处理理要要求求(如如响响应应时时间间)、完完整整性与安全性要求等。性与安全性要求等。3 3、编编制制用用户户需需求求说说明明书书：包包括括需需求求分分析析的的目目标标、任任务务、具具体体需需求求说说明明、系系统统功功能能与与性性能能、运运行行环环境境等等，是是需
43、需求求分分析的最终成果。析的最终成果。1.需求分析需求分析本讲稿第五十二页，共七十八页2.结构设计结构设计 指指空间数据结构空间数据结构设计，结果是得到一个设计，结果是得到一个合理的空间数合理的空间数据模型据模型，是空间数据库设计的关键。，是空间数据库设计的关键。空间数据库设计的空间数据库设计的实质实质是是将地理空间实体以一定的组将地理空间实体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是地理信，也就是地理信息系统中空间实体的息系统中空间实体的模型化模型化问题。问题。本讲稿第五十三页，共七十八页把用户的需求加以解释，用把用户的需求加以解释，用概念模型概念
44、模型表达出来，具体任务包括：表达出来，具体任务包括：1)数据库的宏观定义数据库的宏观定义 指对数据库比例尺、地图投影和坐标系统的定义。指对数据库比例尺、地图投影和坐标系统的定义。2)数据库的特征设计数据库的特征设计 对于各种地理特征有关的属性数据中以什么几何形式表达进行设计。对于各种地理特征有关的属性数据中以什么几何形式表达进行设计。3)数据库表格及其关系的设计表达数据库表格及其关系的设计表达 对与地理特征有关的属性数据在数据库中表达方式的设计。对与地理特征有关的属性数据在数据库中表达方式的设计。A 概念化设计概念化设计本讲稿第五十四页，共七十八页4）数据库总体设计的评定）数据库总体设计的评定
45、 根据数据库的应用目的和数据内容及使用方式来根据数据库的应用目的和数据内容及使用方式来评价前面三步评价前面三步的设计的设计结果。结果。5）数据库概念模型的起草）数据库概念模型的起草 将将GIS数据库的概念设计起草成正式的文件，作为后面详细设计时参数据库的概念设计起草成正式的文件，作为后面详细设计时参考。考。本讲稿第五十五页，共七十八页 是通过对错综复杂的现实世界的是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象认识与抽象，最终形成，最终形成空间数据库系统及其应用系统所需的模型。空间数据库系统及其应用系统所需的模型。表示概念模型最有力的工具是表示概念模型最有力的工具是ERER模型模型，即实体，即实体联联系
46、模型，包括系模型，包括实体、联系和属性实体、联系和属性三个基本成分。用它来描三个基本成分。用它来描述现实地理世界，述现实地理世界，不必考虑不必考虑信息的存储结构、存取路径及信息的存储结构、存取路径及存取效率等与计算机有关的问题，比一般的数据模型更接近存取效率等与计算机有关的问题，比一般的数据模型更接近于现实地理世界，具有于现实地理世界，具有直观、自然、语义较丰富直观、自然、语义较丰富等特点，在等特点，在地理数据库设计中得到了广泛应用。地理数据库设计中得到了广泛应用。本讲稿第五十六页，共七十八页市区要素市区要素空间实体空间实体实体属性实体属性实体关系实体关系边线边线走向走向街道街道路面质量路面质
47、量所属路段所属路段所属街道所属街道组成组成长度等长度等m1模模型型E_RE_R本讲稿第五十七页，共七十八页B 逻辑设计逻辑设计 逻辑设计应该选择最适于描述与表达相应概念结构逻辑设计应该选择最适于描述与表达相应概念结构的数据模型，然后选择最合适的空间数据库管理系统的数据模型，然后选择最合适的空间数据库管理系统。设计逻辑结构时一般要分三步进行：。设计逻辑结构时一般要分三步进行：将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型 将转化来的关系、网状、层次模型向特定空间数据库将转化来的关系、网状、层次模型向特定空间数据库系统支持下的数据模型转换。系统支持下的数据模型
48、转换。对数据模型进行优化。对数据模型进行优化。本讲稿第五十八页，共七十八页C C 物理设计物理设计 数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物物理结构（存储结构与存取方法）理结构（存储结构与存取方法）的过程，就是数据的过程，就是数据库的物理设计。库的物理设计。本讲稿第五十九页，共七十八页 物物理理设设计计的的好好坏坏将将对对地地理理数数据据库库的的性性能能影影响响很很大大，一一个个好好的的物理存储结构必须满足两个条件：物理存储结构必须满足两个条件：一是地理数据一是地理数据
49、占有较小的存储空间占有较小的存储空间；二是对数据库的操作具有二是对数据库的操作具有尽可能高的处理速度尽可能高的处理速度。在完成物理设计后，要进行在完成物理设计后，要进行性能分析和测试性能分析和测试。本讲稿第六十页，共七十八页数据库的物理设计特点数据库的物理设计特点uu设计人员必须充分了解所用设计人员必须充分了解所用DBMSDBMS的内部特征，的内部特征，特别是特别是存储结构和存取方法存储结构和存取方法；uu充分了解充分了解应用环境应用环境，特别是应用的处理频率和，特别是应用的处理频率和响应时间要求；响应时间要求；uu充分了解充分了解外存设备外存设备的特性。的特性。本讲稿第六十一页，共七十八页3
50、 数据层设计数据层设计 GISGIS的的数数据据可可以以按按照照空空间间数数据据的的逻逻辑辑关关系系或或专专业业属属性性分分为为各种逻辑数据层或专业数据层，原理上类似于图片的叠置。各种逻辑数据层或专业数据层，原理上类似于图片的叠置。例例如如，地地形形图图数数据据可可分分为为地地貌貌、水水系系、道道路路、植植被被、控控制制点点、居居民民地地等等诸诸层层分分别别存存贮贮。将将各各层层叠叠加加起起来来就就合合成成了了地地形形图图的的数数据据。在在进进行行空空间间分分析析、数数据据处处理理、图图形形显显示示时时，往往往往只只需需要要若若干相应图层的数据。干相应图层的数据。本讲稿第六十二页，共七十八页4