GIS课程(第三章空间数据库).ppt

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1、地理信息系统原理GIS第三章第三章 空间数据库空间数据库3-13-1空间数据库空间数据库的概念的概念3-2空间数据库空间数据库模型模型三、三、空间数据库应用系统空间数据库应用系统二、二、空间数据库管理系统空间数据库管理系统一、一、空间数据库空间数据库3-3空间数据库空间数据库的设计的设计一、传统数据模型一、传统数据模型 二、传统模型局限二、传统模型局限四、四、GIS空间数据库类型空间数据库类型三、面向对象模型三、面向对象模型3-3 3-3 空间数据库空间数据库的建立与维护的建立与维护 三、三、数据层设计数据层设计二、结构设计二、结构设计一、需求分析一、需求分析四、四、数据字典设计数据字典设计一

2、、空间数据库的一、空间数据库的建立建立二、空间数据库的二、空间数据库的维护维护地理信息系统原理GIS3-1 3-1 空间数据库的概念空间数据库的概念第三章第三章 空间数据库空间数据库一、空间数据库一、空间数据库1 1、定义:、定义:是地理信息系统是地理信息系统在计算机物理存储在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合数据的总合。书刊 数据 逻辑划分逻辑划分 词词 句句 段段 目目 节节 章章数据项、记录、文件和数据库数据项、记录、文件和数据库 物理划分物理划分 字字 行行 页页 期期 卷卷比特、字节、字、块、桶和卷比特、字节、字、块、桶和卷空间数

3、据库是空间数据库是空间数据库系统空间数据库系统的的简称简称。地理信息系统原理GIS3 3、空间数据库的特点、空间数据库的特点3-1 3-1 空间数据库的概念空间数据库的概念第三章第三章 空间数据库空间数据库1 1)数据量特别大;)数据量特别大;2 2)数据种类多,复杂;)数据种类多,复杂;3 3)数据应用面相当广)数据应用面相当广。在建立地理空在建立地理空间间数据数据库时库时,一方面一方面应应遵循和遵循和应应用通用的数据用通用的数据库库的原理和方法;的原理和方法;另另一方面一方面又必又必须须采取一些特殊的技采取一些特殊的技术术和方法来解决其他数据和方法来解决其他数据库库所没有的所没有的问题问题

4、。2 2、空空间间数据数据特征特征:1 1)空间特征)空间特征:一般需要建立空间索引。:一般需要建立空间索引。2 2)非结构化特征)非结构化特征:结构化结构化的,即满足的,即满足第一范式第一范式:每条记录每条记录定长定长,且数据项是,且数据项是原子原子数据数据.而空间数据而空间数据数数据项变长据项变长,对象包含一个或多个对象,对象包含一个或多个对象,需要嵌套需要嵌套记录。记录。3 3)空间关系特征)空间关系特征:拓扑数据拓扑数据给空间数据的给空间数据的一致性和完整性维护一致性和完整性维护增加了增加了复杂性复杂性。4 4)分类编码特征:)分类编码特征:一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物

5、类型共用一个属性数据表文件。一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。5 5)海量数据特征。)海量数据特征。地理信息系统原理GIS二、空间数据库管理系统二、空间数据库管理系统3-1 3-1 空间数据库的概念空间数据库的概念第三章第三章 空间数据库空间数据库是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义语义和逻辑上的定义;提供必须的空间提供必须的空间数据查询、检索和存取数据查询、检索和存取功能;功能;能够空间数据进行有效的能够空间数据进行有效的维护和更新维护和更新的的一套软件系统一套软件系统。三、空间数据库应用

6、系统三、空间数据库应用系统 提供给用户访问和操作空间数据库的提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面用户界面,是应用户数据处理需求,是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的而建立的具有数据库访问功能的应用软件应用软件。一般需要进行二次开发。一般需要进行二次开发。一般由专业一般由专业GISGIS软件提供软件提供返回返回地理信息系统原理GIS一、传统数据模型一、传统数据模型 3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库数据结构:数据结构:是指数据的是指数据的组织形式组织形式,在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。,在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。数据

7、模型数据模型:是描述:是描述实体及其相互关系实体及其相互关系的数学描述,的数学描述,是空间数据库建立的是空间数据库建立的逻辑模型逻辑模型。两者之间的关系:两者之间的关系:混合的交叉关系混合的交叉关系,并不一一对应并不一一对应,世界多样性,确定数据模型,世界多样性,确定数据模型,确保实用性,(便于模型化、存储、检查和分析),它并不基于空间数据结构。确保实用性,(便于模型化、存储、检查和分析),它并不基于空间数据结构。自学:用三种模型(自学:用三种模型(层次、网络、关系层次、网络、关系)组织图:)组织图:返回返回p1p1 p2 p2地理信息系统原理GIS二、传统模型存储空间数据的局限:二、传统模型

8、存储空间数据的局限:3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库1 1、层次模型用于、层次模型用于GISGIS地理数据库的局限性地理数据库的局限性 层次模型反映了实体之间的层次关系,层次模型反映了实体之间的层次关系,简单、直观,易于理解简单、直观,易于理解,并在一定程度上,并在一定程度上支持数据的重构。支持数据的重构。用于用于GISGIS地理数据库存在的主要问题是:地理数据库存在的主要问题是:1 1)很很难难描描述述复复杂杂的的地地理理实实体体之之间间的的联联系系,描描述述多多对对多多的的关关系系时时导导致致物物理理存存储上的储上的冗余冗余;2 2)对对任任何何对

9、对象象的的查查询询都都必必须须从从层层次次结结构构的的根根结结点点开开始始,低低层层次次对对象象的的查查询询效率很低效率很低,很难进行反向查询很难进行反向查询;3 3)数数据据独独立立性性较较差差,数数据据更更新新涉涉及及许许多多指指针针,插插入入和和删删除除操操作作比比较较复复杂杂,父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除;父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除;4 4)层层次次命命令令具具有有过过程程式式性性质质,要要求求用用户户了了解解数数据据的的物物理理结结构构,并并在在数数据据操操纵命令中显式地给出数据的存取路径;纵命令中显式地给出数据的存取路径;5 5)基本)基本不具备不具备

10、演绎功能和操作代数基础。演绎功能和操作代数基础。地理信息系统原理GIS2 2、网状模型用于、网状模型用于GISGIS地理数据库的局限性地理数据库的局限性3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库网网状状模模型型反反映映地地理理世世界界中中常常见见的的多多对对多多关关系系,支支持持数数据据重重构构,具具有有一一定定的的数数据据独独立立和和数据共享特性,且运行效率较高。数据共享特性,且运行效率较高。用于用于GISGIS地理数据库的主要问题如下:地理数据库的主要问题如下:1 1)由由于于网网状状结结构构的的复复杂杂性性,增增加加了了用用户户查查询询的的定定位位困困难难

11、,要要求求用用户户熟熟悉悉数数据的逻辑结构,知道自己所处的位置;据的逻辑结构,知道自己所处的位置;2 2)网状数据操作命令具有)网状数据操作命令具有过程式性质过程式性质,存在与层次模型相同的问题;,存在与层次模型相同的问题;3 3)不直接不直接支持对于层次结构的表达;支持对于层次结构的表达;4 4)基本)基本不具备演绎功能不具备演绎功能和和操作代数操作代数基础。基础。地理信息系统原理GIS3 3、关系模型用于、关系模型用于GISGIS地理数据库的局限性地理数据库的局限性3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库在在GISGIS分分析析中中,常常常常需需要要综综合

12、合运运用用实实体体之之间间的的空空间间关关系系和和属属性性数数据据,要要求求GISGIS数数据据库库能对实体的属性数据和空间数据进行综合管理。能对实体的属性数据和空间数据进行综合管理。找找离火车站离火车站最近最近的汽车的汽车站?站?空间空间数据库数据库属性为火属性为火车站的点车站的点所有属性为所有属性为汽车站的点汽车站的点空空间间计计算算距离最近距离最近的汽车站的汽车站检索检索检索检索GIS分析分析地理信息系统原理GIS对对属性数据属性数据用用通用通用RDBMSDBMS可以可以很好很好管理,但对于空间数据一般管理,但对于空间数据一般DBMSDBMS却有却有局限局限,表现为:表现为:1)无法用递

13、归和嵌套无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的的方式来描述复杂关系的层次和网状结构层次和网状结构,模拟和,模拟和操作复杂地理对象的能力操作复杂地理对象的能力较弱较弱;2)用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时,需对地理实)用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时,需对地理实体进行体进行不自然的分解不自然的分解,导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语,导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理;义不甚合理;3)由于概念模式和存储模式的相互独立性,及)由于概念模式和存储模式的相互独立性,及实现关系之间的联系实现关系之间的联系需要需要执行系统开销较大的执行系统开销较大

14、的联接操作联接操作,运行效率不够高。,运行效率不够高。地理信息系统原理GIS3 3、关系模型用于、关系模型用于GISGIS地理数据库的局限性地理数据库的局限性(续续1)3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库4)空间数据通常是)空间数据通常是变长变长的,而一般的,而一般RDBMS只允许记录的长度设定为只允许记录的长度设定为固定长固定长度度,此外,通用,此外,通用DBMS难于存储难于存储和和维护维护空间数据的空间数据的拓扑关系拓扑关系。5)一般)一般RDBMS都都难以实现难以实现对空间数据的对空间数据的关联、连通、包含、叠加关联、连通、包含、叠加等基本操等基本操

15、作。作。6)一般)一般DBMS不能支持不能支持GIS需要的一些需要的一些复杂图形功能复杂图形功能。7)一般)一般RDBMS难以支持复杂的地理信息难以支持复杂的地理信息,因为单个地理实体的表达需要多,因为单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录,包括大地网、特征坐标、拓扑关系、属性数据和非空间专个文件、多条记录,包括大地网、特征坐标、拓扑关系、属性数据和非空间专题属性等方面信息。题属性等方面信息。地理信息系统原理GIS3 3、关系模型用于、关系模型用于GISGIS地理数据库的局限性地理数据库的局限性(续续2)3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 8)GIS管

16、理的是具有高度内部联系的数据,为了保证地理数据库的完整管理的是具有高度内部联系的数据,为了保证地理数据库的完整性,性,需要复杂的安全维护系统需要复杂的安全维护系统,而这些,而这些完整性约束条件完整性约束条件必须与空间数据一起必须与空间数据一起存储,由地理数据库来维护系统数据的完整性。否则,一条记录的改变会导存储,由地理数据库来维护系统数据的完整性。否则,一条记录的改变会导致错误、相互矛盾的数据存在,而一般致错误、相互矛盾的数据存在,而一般RDBMS难以实现这一功能。难以实现这一功能。返回返回地理信息系统原理GIS三、面向对象模型三、面向对象模型3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三

17、章 空间数据库空间数据库 (一)基本概念(一)基本概念 1 1、对象、对象:含含有有数数据据和和操操作作方方法法的的独独立立模模块块,可可以以认认为为是是数数据据和和行行为为的的统统一一体体。如如一一个个城城市市、一一棵树均可作为地理对象。棵树均可作为地理对象。具有一个具有一个唯一的唯一的标识标识,以表明其存在的独立性;,以表明其存在的独立性;具有一具有一组组描述特征的描述特征的属性属性,以表明其在某一,以表明其在某一时时刻的状刻的状态态静静态态属性属性数据;数据;具有一组表示行为的具有一组表示行为的操作方法操作方法,用以改变对象的状态。,用以改变对象的状态。-作用、功能作用、功能函数、方法。

18、函数、方法。对对象象的的划划分分:根根据据对对象象的的共共性性,及及对对它它的的研研究究目目的的来来划划分分,与与具具体体的的目目的的、性性质质相相联联系,不同的目的就会有不同划分。系,不同的目的就会有不同划分。划分原则划分原则:找共同点,找共同点,所有具有共性的系统成份就可为一种对象。所有具有共性的系统成份就可为一种对象。地理对象地理对象属性属性数据数据行为行为方法方法地理信息系统原理GIS2 2、类:、类:3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。如如河河流流均均具具有有

19、共共性性,如如名名称称、长长度度、流流域域面面积积等等,以以及及相相同同的的操操作作方方法法,如如查查询询、计计算长度、求流域面积等,因而可抽象为河流类。算长度、求流域面积等,因而可抽象为河流类。3 3、实例、实例被被抽抽象象的的对对象象,类类的的一一个个具具体体对对象象,称称为为,如如长长江江、黄黄河河等等。真真正正抽抽象象的的河河流流不不存存在,只存在河流的例子。在,只存在河流的例子。类类是是抽抽象象的的对对象象,是是实实例例的的组组合合,类类、实实例例是是相相对对的的,类类和和实实例例的的关关系系为为上上下下层层关关系系。类类-申请实例申请实例-成为具体对象。成为具体对象。4 4、消息、

20、消息:对对象象之之间间的的请请求求和和协协作作。(并并不不独独立立存存在在)对对象象之之间间的的关关系系,如如鼠鼠标标点点,就就是是消消息息,点某按纽,就是对按纽提出请求。点某按纽,就是对按纽提出请求。类类实例实例1实例实例2对对象象1对对象象2请求和协作请求和协作消息消息地理信息系统原理GIS (二二)面向对象的特性面向对象的特性3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库1 1、抽象、抽象:是对现实世界的简明表示。形成对象的关键是:是对现实世界的简明表示。形成对象的关键是抽象,对象是抽象思维的结果。抽象,对象是抽象思维的结果。2 2、封封装装:一一般般讲讲,包

21、包起起来来,将将方方法法与与数数据据放放于于一一对对象象中中,以以使使对对数数据据的的操操作作只只可可通通过过该该对对象象本本身身的的方方法法来来进进行行。在在这,这,指把对象的状态及其操作集成化,使之不受外界影响。指把对象的状态及其操作集成化,使之不受外界影响。3、多态、多态:是是指指同同一一消消息息被被不不同同对对象象接接收收时时,可可解解释释为为不不同同的的含含义义。同一消息,对不同对象,功能不同。同一消息,对不同对象,功能不同。功能重载功能重载-多态,简化消息,但功能不减多态,简化消息,但功能不减。现实世界现实世界抽象抽象对对象象1对对象象n对对象象2图元类图元类 CLineCLine

22、CCircleCCircledraw()draw()draw(p1,r)draw(p1,r)draw(p1,p2)draw(p1,p2)LineLineCircleCircle地理信息系统原理GIS (三)四种核心技术(三)四种核心技术3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库1 1、分类、分类分分类类是是把把一一组组具具有有相相同同属属性性结结构构和和操操作作方方法法的的对对象象归归纳纳或或映映射射为为一一个个公公共共类类的的过过程程。如城镇建筑可分为行政区、商业区、住宅区、文化区等若干个类。如城镇建筑可分为行政区、商业区、住宅区、文化区等若干个类。2 2、概

23、括、概括将将相相同同特特征征和和操操作作的的类类再再抽抽象象为为一一个个更更高高层层次次、更更具具一一般般性性的的超超类类的的过过程程。子子类类是是超超类的一个特例。类的一个特例。一一个个类类可可能能是是超超类类的的子子类类,也也可可是是几几个个子子类类的的超超类类。所所以以,概概括括可可能能有有任任意意多多层层次次。概概括括技技术术避避免免了了说说明明和和存存储储上上的的大大量量冗冗余余。这这需需要要一一种种能能自自动动地地从从超超类类的的属属性性和和操操作作中获取子类对象的属性和操作的机制,即中获取子类对象的属性和操作的机制,即继承机制继承机制。3 3、聚集、聚集聚集是把聚集是把几个不同性

24、质类几个不同性质类的对象组合成一个更高级的复合对的对象组合成一个更高级的复合对象的过程。象的过程。4 4、联合、联合相似对象相似对象抽象组合为集合对象。其操作是成员对象的操作集抽象组合为集合对象。其操作是成员对象的操作集合。合。地理信息系统原理GIS(四)面向对象数据模型的核心工具(四)面向对象数据模型的核心工具3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库1 1、继承、继承:一一类类对对象象可可继继承承另另一一类类对对象象的的特特性性和和能能力力,子子类类继继承承父父类类的的共共性性,继继承承不不仅仅可可以以把把父父类类的的特特征征传传给给中中间间子子类类,还还可

25、可以以向向下下传传给给中中间间子子类类的的子子类类。它它服服务务于于概概括括。继继承承机制机制减少代码冗余,减少相互间的接口和界面减少代码冗余,减少相互间的接口和界面。1 1)单重继承、单重继承、多重继承多重继承;全部继承、部分继承;取代继承、全部继承、部分继承;取代继承、包含继承包含继承地理信息系统原理GIS2)状态继承(数据)状态继承(数据)3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库子类继承父类的数据结构,子类子类继承父类的数据结构,子类还可定义自己还可定义自己新的新的数据结构。数据结构。子类任意使用父类的数据结构,子类任意使用父类的数据结构,有可能破坏封装

26、有可能破坏封装,若只能通过发送消息来使用父类的域,又可能失去有若只能通过发送消息来使用父类的域,又可能失去有效性,效性,具体办法具体办法:公有域公有域:类可操作,实例也可操作。:类可操作,实例也可操作。私有域私有域:只有类本身使用,用户不得访问。:只有类本身使用,用户不得访问。保护域保护域:子类可使用,继承使用,实例不能使用。:子类可使用,继承使用,实例不能使用。父类父类子类子类数据数据函数函数实例实例公有域公有域私有域私有域保护域保护域:地理信息系统原理GIS3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库3)功能的继承)功能的继承:子子类类继继承承父父类类的的功功

27、能能,但但子子类类的的功功能能要要发发生生一一些些变变化化,功功能能函函数数重重新新定定义义,为为使使消消息名简化,可让功能函数同名,但参数不一样,用子类功能取代父类功能函数。息名简化,可让功能函数同名,但参数不一样,用子类功能取代父类功能函数。功功能能重重载载,功功能能函函数数名名相相同同,但但参参数数不不一一样样。调调用用功功能能时时,函函数数名名及及其其参参数数共共同同决决定定,具体的功能,具体的功能,有了功能重载,对象就体现出多态性有了功能重载,对象就体现出多态性。多多态态:同同一一个个消消息息可可根根据据发发送送消消息息对对象象的的不不同同采采用用多多种种不不同同的的行行为为方方式式

28、,同同一一个个消消息息对不同对象,功能不一对不同对象,功能不一。如鼠标,在不同按钮按,其功能不一样。如鼠标,在不同按钮按,其功能不一样。4)继承与封装关系继承与封装关系继继承承:父父类类特特性性子子类类继继承承,不不可可封封装装,封封装装,与与外外界界隔隔离离,表表面面是是矛矛盾盾,实实际际上上没没有有冲突,这正是冲突,这正是OOP的优越。的优越。继承:一段代码使用,封装的代码重用,继承:一段代码使用,封装的代码重用,静态共享代码静态共享代码。封装:一段代码的集成、重用的组织方式,封装:一段代码的集成、重用的组织方式,动态共享代码动态共享代码父类父类子类子类1 1子类子类2 2类类1 1类类2

29、 2消息消息实例实例创建创建方法方法地理信息系统原理GIS2 2、传播、传播3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库传传播播与与继继承承是是一一对对。复复杂杂对对象象的的某某些些属属性性值值不不单单独独存存于于数数据据库库中中,而而由由子子对对象象派派生生或或提提取取,将将子子(成成员员)对对象象的的属属性性信信息息强强制制地地传传播播给给综综合合复复杂杂对对象象。成成员员对对象象的的属属性性只只存存储储一一次次,保保证证数数据据一一致致性性和和减减少少冗冗余余。如如武武汉汉市市总总人人口口,由由存存储储在在各各成成员员对对象象中中的的各区人口总和。各区人口总

30、和。3 3、继承与传播(区别)、继承与传播(区别)1 1)继承服务于概括,传播作用于联合和聚集;)继承服务于概括,传播作用于联合和聚集;2 2)继承是从上层到下层,应用于类,而传播是自下而上,直接作用于对象;)继承是从上层到下层,应用于类,而传播是自下而上,直接作用于对象;3 3)继承包括属性和操作,而传播一般仅涉及属性;)继承包括属性和操作,而传播一般仅涉及属性;4 4)继承是一种)继承是一种信息隐含机制信息隐含机制,只要说明子类与父类的关系,则父类的特征一般能自,只要说明子类与父类的关系,则父类的特征一般能自动传给它的子类,而传播是一种动传给它的子类,而传播是一种强制性工具强制性工具,需要

31、在复合对象中显式定义它的每个成,需要在复合对象中显式定义它的每个成员对象,并说明它需要传播哪些属性值。员对象,并说明它需要传播哪些属性值。地理信息系统原理GIS四、四、GIS空间数据库类型空间数据库类型3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库缺点缺点:1 1)程程序序依依赖赖于于数数据据文文件件的的存存储储结结构构,数数据据文文件件修修改改时时,应用程序也随之改变。应用程序也随之改变。2 2)以文件形式共享以文件形式共享,当多个程序共享一数据文件时,当多个程序共享一数据文件时,文件的修改,需得到所有应用的许可。文件的修改,需得到所有应用的许可。不能达到真正不能

32、达到真正的共享的共享,即数据项、记录项的共享。,即数据项、记录项的共享。GIS应用应用1空间、属性空间、属性数据文件数据文件1GIS应用应用2空间、属性空间、属性数据文件数据文件2空间、属性空间、属性数据文件数据文件31 1、基于文件管理的方式、基于文件管理的方式地理信息系统原理GIS2 2、文件与关系数据库混合管理系统、文件与关系数据库混合管理系统双元模型双元模型3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库GISGIS应用软件应用软件Arc/Info Arc/Info 图形用户界面图形用户界面ArcEdit属性用户界面属性用户界面Tables图形数据图形数据文件

33、库文件库属性数据库属性数据库图形处理图形处理系统系统数据库管理数据库管理系统系统oidoid除除oid作为连接关键字以外,几乎是两者独立作为连接关键字以外,几乎是两者独立地组织、管理和检索。地组织、管理和检索。属性属性数据数据oidoid图形数据图形数据1)图形与属性结合的各自分开处理模式图形与属性结合的各自分开处理模式-早期系统早期系统:图形处理的用户界面和属性的用户界面是图形处理的用户界面和属性的用户界面是分分开开的,它们只是通过一个内部码连接。通常要的,它们只是通过一个内部码连接。通常要同时启动两个系统,甚至两个系统同时启动两个系统,甚至两个系统来回切换,来回切换,不方便不方便。几何图形

34、几何图形:图形用户界面与图形文件处理是一体的,图形用户界面与图形文件处理是一体的,中间没有裂缝中间没有裂缝。属性数据属性数据,则,则因系统和历史发展而异因系统和历史发展而异。地理信息系统原理GIS2)图形与属性结合的混合处理模式图形与属性结合的混合处理模式3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 GIS GIS 通过通过DBMSDBMS提供的高级编程语言提供的高级编程语言C C或或FortranFortran等接口,在等接口,在C C语言的环境下,语言的环境下,直接直接操纵属性数据,查询属性数据库操纵属性数据,查询属性数据库,并在,并在GISGIS的用户界面下

35、,显示查询结果。的用户界面下,显示查询结果。在在ODBC(Open DataBase Connectivity,ODBC(Open DataBase Connectivity,开放式数据库互连开放式数据库互连)推出后,推出后,GISGIS软件商软件商只只需开发需开发GISGIS与与ODBCODBC的接口软件的接口软件,就可将属性,就可将属性数据与任何一个支持数据与任何一个支持ODBCODBC的的RDBMSRDBMS连接。这连接。这样用户可在样用户可在一个界面一个界面下处理图形和属性数下处理图形和属性数据。据。用户界面用户界面C C语言语言C C或或ODBCODBC图形处理图形处理数据库管理系统

36、数据库管理系统图形数据文件库图形数据文件库属性数据库属性数据库 采用文件与采用文件与RDBMSRDBMS的混合管理模式中的混合管理模式中文件文件管理系统的功能较弱管理系统的功能较弱,特别是在,特别是在数据的安数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。因。因而而GISGIS软件商需要寻找能同时管理图形和属软件商需要寻找能同时管理图形和属性数据的商用性数据的商用DBMSDBMS。地理信息系统原理GIS3、全关系型空间数据库管理系统、全关系型空间数据库管理系统分层模型分层模型3-2 3-2 空间数

37、据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 GIS GIS软件商在标准软件商在标准DBMSDBMS顶层开发一个能容纳、管理顶层开发一个能容纳、管理空间数据的系统功能。空间数据的系统功能。GISGIS应用应用扩展扩展DBMSDBMS以容纳以容纳空间数据空间数据商用商用DBMSDBMS空间和属性空间和属性数据库数据库代表软件代表软件System 9,GeoViewSystem 9,GeoView等等用用RDBMS管理图形数据有管理图形数据有两种模式两种模式:a、基于关系模型的方式基于关系模型的方式,图形数据按关系数据模型组织。,图形数据按关系数据模型组织。由于涉及一系列关系由于涉及一系列

38、关系连接连接运算,运算,费时费时。例如例如b、将图形数据的变长部分处理成、将图形数据的变长部分处理成BinaryBlock字段字段(多(多媒体或变长文本)。媒体或变长文本)。省去省去大量关系连接操作,但大量关系连接操作,但BinaryBlock的读写效率比定长的属性字段的读写效率比定长的属性字段慢得多慢得多,特别涉及对,特别涉及对象的象的嵌套时,更慢嵌套时,更慢。4、对象、对象-关系数据库管理系统关系数据库管理系统地理信息系统原理GIS关系模型组织图形数据关系模型组织图形数据3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库要要找出组成多边形的采样点坐标找出组成多边形的

39、采样点坐标,涉及,涉及多个关系表多个关系表,作多次连接投影作多次连接投影运算。运算。多边形编号边号边长P1aP1bP1cP1dP1P2边号起结点号终结点号a17b21结点号xy1.2C CN N E E返回返回地理信息系统原理GIS4、对象、对象-关系数据库管理系统关系数据库管理系统3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 DBMS DBMS软件商在软件商在RDBMSRDBMS中进行扩展,使之能中进行扩展,使之能直直接存储和管理非结构化的空间数据接存储和管理非结构化的空间数据,如,如Informix Informix 和和OracleOracle等都推出了等都

40、推出了空间数据管理的专用模块空间数据管理的专用模块,定义了操纵点、线、面、圆等空间对象的定义了操纵点、线、面、圆等空间对象的函数。函数。主主要要解解决决空空间间数数据据的的变变长长记记录录的的管管理理,效效率率比比二二进进制制块块的的管管理理高高得得多多,但但仍仍没没有有解解决决对对象象的的嵌嵌套套问问题题,空空间间数数据据结结构构不不能能由由用用户户定定义义,用用户户不能不能根据要求再定义,使用上受一定限制。根据要求再定义,使用上受一定限制。GISGIS应用应用空间数据管理的专空间数据管理的专用模块用模块商用商用DBMSDBMS空间和属性空间和属性数据库数据库5、面向对象空间数据库管理系统、

41、面向对象空间数据库管理系统地理信息系统原理GIS5、面向对象空间数据库管理系统、面向对象空间数据库管理系统3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库1)面向对象数据模型的含义面向对象数据模型的含义为了有效地描述复杂的事物或现象,需要在更高层次上综合利用和管理为了有效地描述复杂的事物或现象,需要在更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模型,并用面向对象的方法进行统一的抽象。多种数据结构和数据模型,并用面向对象的方法进行统一的抽象。这就是面这就是面向对象数据模型的含义,其具体实现就是向对象数据模型的含义,其具体实现就是面向对象的数据结构面向对象的数据结构。面面向

42、向对对象象模模型型最最适适合合于于空空间间数数据据的的表表达达和和管管理理,它它不不仅仅支支持持变变长长记记录录,且支持对象的嵌套,信息的继承和聚集。且支持对象的嵌套,信息的继承和聚集。允允许许用用户户定定义义对对象象和和对对象象的的数数据据结结构构及及它它的的操操作作。可可以以将将空空间间对对象象根根据据需需要要,定定义义合合适适的的数数据据结结构构和和一一组组操操作作。这这种种空空间间数数据据结结构构可可以以带带和和不带拓扑,当带拓扑时,涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。不带拓扑,当带拓扑时,涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。面向对象的地理数据模型的面向对象的地理数据模

43、型的核心核心是对是对复杂对象复杂对象的模拟和操纵。的模拟和操纵。地理信息系统原理GIS2)复杂对象及特点)复杂对象及特点3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库指指具具有有复复杂杂结结构构和和操操作作的的对对象象。复复杂杂对对象象可可以以由由多多种种关关系系聚聚合合抽抽象象而而成成,或由不同类型的对象构成,或具有复杂的嵌套关系或由不同类型的对象构成,或具有复杂的嵌套关系等。等。复杂对象的特点复杂对象的特点可归结为:可归结为:a)a)一一个个复复杂杂对对象象由由多多个个成成员员对对象象构构成成,每每个个成成员员对对象象又又可可参参与与其其它它对对象象的的构成;构

44、成;b)b)具有具有多种数据结构多种数据结构,如矢量、栅格、关系表等;,如矢量、栅格、关系表等;c c)一一个个复复杂杂对对象象的的不不同同部部分分可可由由不不同同的的数数据据模模型型所所支支持持,也也就就是是说说,可可以以分布于不同的数据库中。分布于不同的数据库中。返回返回地理信息系统原理GIS3)面向对象的几何数据模型)面向对象的几何数据模型3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 从几何方面划分,从几何方面划分,GISGIS的各种地物对象为的各种地物对象为点、线、面状地物点、线、面状地物以及由它们混合组成以及由它们混合组成的的复杂地物复杂地物。每一种几何

45、地物又可能由一些更简单的。每一种几何地物又可能由一些更简单的几何图形元素几何图形元素构成。构成。空间地物空间地物复杂地物复杂地物简单简单地物地物面域面域弧段弧段节点节点面状地物面状地物线状地物线状地物点状地物点状地物 一个面状地物是由边界弧一个面状地物是由边界弧段和中间面域组成,弧段又段和中间面域组成,弧段又涉及到节点和中间点坐标。涉及到节点和中间点坐标。或者说,节点的坐标或者说,节点的坐标传播传播给给弧段,弧段弧段,弧段聚集聚集成线状地物成线状地物或面状地物,简单地物或面状地物,简单地物聚集聚集或联合或联合组成复杂地物。组成复杂地物。地理信息系统原理GIS4)拓扑关系与面向对象模型)拓扑关系

46、与面向对象模型3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 将每条弧段的两个端点(通过它们与另外的弧段公用)抽象出来,建立单独的将每条弧段的两个端点(通过它们与另外的弧段公用)抽象出来,建立单独的节节点对象类型点对象类型,而在弧段的数据文件中,设立两个节点子对象标识号,即用,而在弧段的数据文件中,设立两个节点子对象标识号,即用“传播传播”的的工具工具提取提取节点文件的信息节点文件的信息。面标识弧段标识弧段标识起节点终节点中间点串节点标识XYZ面域文件面域文件弧段文件弧段文件节点文件节点文件拓扑关系与数据共享拓扑关系与数据共享这一模型既解决了这一模型既解决了数据共享

47、数据共享问题,又建立了问题,又建立了弧段与节点的弧段与节点的拓扑关系拓扑关系。同样,面状地物对。同样,面状地物对弧段的弧段的聚集聚集方式与方式与数据共享数据共享和和几何拓扑关系几何拓扑关系的建立也达到一的建立也达到一致。致。地理信息系统原理GIS5)面向对象的属性数据模型)面向对象的属性数据模型3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库 面向对象数据模型是在包含面向对象数据模型是在包含RDBMS的功能基础上,增加面向对象数的功能基础上,增加面向对象数据模型的据模型的封装、继承和信息传播封装、继承和信息传播等功能。等功能。耕地耕地园地园地林地林地居民地居民地牧草地

48、牧草地未用地未用地交通用地交通用地水域水域GISGIS城镇城镇农村居民点农村居民点工矿地工矿地控制点控制点电力设施电力设施公园公园 街道街道建筑物建筑物操作操作:查询查询插入插入删除删除属性属性:标识码:标识码区号区号 街道号街道号房主等房主等建筑日期建筑日期:职员库职员库操作操作属性属性职员编号职员编号工资工资姓名姓名饭店设施库饭店设施库房间床位房间床位操作操作属性属性工厂工厂医院医院学校学校居民住宅居民住宅饭店饭店商店商店邮局邮局银行银行地理信息系统原理GIS6)6)面向对象地理数据模型的特点面向对象地理数据模型的特点3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据

49、库a)可充分利用现有数据模型的优点。可充分利用现有数据模型的优点。b)具有可扩充性具有可扩充性。由于对象是相对独立的,因此可以很自然和容易地增加。由于对象是相对独立的,因此可以很自然和容易地增加新的对象,并且对不同类型的对象具有统一的管理机制。新的对象,并且对不同类型的对象具有统一的管理机制。c)c)可以模拟和操纵复杂对象可以模拟和操纵复杂对象。传统的数据模型是面向简单对象的,无法直。传统的数据模型是面向简单对象的,无法直接模拟和操纵复杂实体,而面向对象的数据模型具备对复杂对象进行模接模拟和操纵复杂实体,而面向对象的数据模型具备对复杂对象进行模拟和操纵的能力。拟和操纵的能力。在在GIS中建立面

50、向对象的数据模型时,对象的确定还中建立面向对象的数据模型时,对象的确定还没有统一没有统一的标准的标准,但是,对象的建立应符合人们对客观世界的理解,并且要,但是,对象的建立应符合人们对客观世界的理解,并且要完整地表达各种地理对象,及它们之间的相互关系。完整地表达各种地理对象,及它们之间的相互关系。地理信息系统原理GIS7)面向对象面向对象数据库系统数据库系统的基本概念的基本概念3-2 3-2 空间数据模型空间数据模型第三章第三章 空间数据库空间数据库数据库管理系统数据库管理系统面向对象的系统面向对象的系统永久性、外存管永久性、外存管理、数据共享理、数据共享(并发)、数据(并发)、数据可靠性(事务

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