空間數(shù)據(jù)模型第1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章空間數(shù)據(jù)模型第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第二節(jié)空間數(shù)據(jù)模型第2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3數(shù)據(jù)（data）是描述事物的符號記錄。模型（Model)是現(xiàn)實世界的抽象。數(shù)據(jù)模型（DataModel）是數(shù)據(jù)特征的抽象，是數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)學形式框架。第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4第一節(jié)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型建立的目的：揭示空間實體的本質(zhì)特征，并對其進行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理幫助用戶查詢、檢索、增加、刪除和修改數(shù)據(jù)保障空間數(shù)據(jù)的獨立性、完整性和安全性第4頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月5數(shù)據(jù)模型所描述的內(nèi)容包括三個部分：第一節(jié)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)約束第5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月61）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):描述數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、性質(zhì)以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)操作和約束都建立在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上。不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有不同的操作和約束。第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第6頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月72）數(shù)據(jù)操作:描述在相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作類型和操作方式。如關(guān)系數(shù)據(jù)模型中關(guān)系代數(shù)運算包括四類：集合運算、專門的關(guān)系運算、算術(shù)比較運算和邏輯運算。第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第7頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月83）數(shù)據(jù)約束：數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)約束主要描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)數(shù)據(jù)間的語法、詞義聯(lián)系、相互制約和依存關(guān)系，以及數(shù)據(jù)動態(tài)變化的規(guī)則，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)模型按不同的應用層次分成三種類型：分別是概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型9第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月1、概念數(shù)據(jù)模型（ConceptualDataModel）：簡稱概念模型，是面向數(shù)據(jù)庫用戶的現(xiàn)實世界的模型，主要用來描述世界的概念化結(jié)構(gòu)它使數(shù)據(jù)庫的設(shè)計人員在設(shè)計的初始階段，擺脫計算機系統(tǒng)及的具體技術(shù)問題，集中精力分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等，與具體的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無關(guān)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在計算機中實現(xiàn)。10第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第10頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月112、邏輯數(shù)據(jù)模型（LogicalDataModel）:簡稱數(shù)據(jù)模型，這是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的模型，是具體的DBMS所支持的邏輯模型，如網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型等等。此模型既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)。第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第11頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月123、物理數(shù)據(jù)模型（PhysicalDataModel）:簡稱物理模型，是面向計算機物理表示的模型，描述了數(shù)據(jù)在儲存介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，它不但與具體的DBMS有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。每一種邏輯數(shù)據(jù)模型在實現(xiàn)時都有起對應的物理數(shù)據(jù)模型。DBMS為了保證其獨立性與可移植性，大部分物理數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)工作由系統(tǒng)自動完成，而設(shè)計者只設(shè)計索引、聚集等特殊結(jié)構(gòu)。第一節(jié)數(shù)據(jù)模型第12頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)空間數(shù)據(jù)模型定義：對空間客體進行描述和表達的數(shù)學手段，使之能反應客觀實體及其關(guān)系。常用數(shù)據(jù)模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）：層次模型；網(wǎng)狀模型；關(guān)系模型；面向?qū)ο竽Ｐ偷取５?3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月它的特點是將數(shù)據(jù)組織成一對多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于文獻目錄、土壤分類、部門機構(gòu)等分級數(shù)據(jù)的組織。14一、層次模型第14頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月層次模型的數(shù)據(jù)存儲層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本身，還要存儲數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系，應將兩者的存儲結(jié)合在一起。存儲方法：鄰接法（樹遍歷法）通用選擇法一、層次模型第15頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月A1B1B4B6C3C7C14C2C5C9C4C6C8A1C14B1C3C5C7B4C2C9B6C4C6C8...鄰接法層次數(shù)據(jù)庫及其實例鄰接法（樹遍歷法）按照層次樹前序穿越的順序，把所有記錄值依次鄰接存放，即通過物理空間的位置相鄰來體現(xiàn)（或隱含）層次順序。數(shù)據(jù)檢索首先搜索雙親結(jié)點，然后搜索其子女結(jié)點。第16頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月通用選擇法通用選擇法不依賴于客體在樹狀結(jié)構(gòu)中的順序，而是根據(jù)所確定的選擇條件，在結(jié)構(gòu)中選擇某特定的客體。DRAWcoordinatesWHEREarcs=‘a(chǎn)rc1’例如：從數(shù)據(jù)庫中提取弧段arc1的坐標并顯示第17頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點：存取方便且速度快結(jié)構(gòu)清晰，容易理解數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴展容易實現(xiàn)檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺陷：結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性同一屬性數(shù)據(jù)要存儲多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）不適合于拓撲空間數(shù)據(jù)的組織18一、層次模型第18頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)絡模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。19系名化學系教師數(shù)學生數(shù)研究生系名地質(zhì)系教師數(shù)49學生數(shù)257研究生71學校名稱西北大學系名城資系教師數(shù)52學生數(shù)300研究生70系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)學號002312姓名張三年級3籍貫廣東系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)教師號66姓名謝元禮年齡30職稱教授系名教師數(shù)學生數(shù)研究生系名教師數(shù)學生數(shù)課程號A01課程名GIS周學時4學分5系名教師數(shù)系名學號002312課程號A01二、網(wǎng)絡模型第19頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵是如何實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系。常用的方法是鏈接法，包括單向鏈接、雙向鏈接、向首鏈接等，此外還有其它實現(xiàn)方法，如引元陣列法、二進制陣列法、索引法等依據(jù)具體系統(tǒng)不同而不同。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫實例第20頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月21優(yōu)點：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復雜關(guān)系數(shù)據(jù)冗余小缺陷：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）二、網(wǎng)絡模型第21頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月22關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實體與屬性之間的關(guān)系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。點三、關(guān)系模型第22頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y623點三、關(guān)系模型第23頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月元組域表的每行對應一個元組域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合屬性：每列起一個名字，如XTIC關(guān)系是一個二維表，表的每行對應一個元組，表的每列對應一個域。三、關(guān)系模型第24頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系模型中，實體及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的，那么在兩個或兩個以上的關(guān)系間就自然存在引用。三、關(guān)系模型第25頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點：結(jié)構(gòu)特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數(shù)學運算規(guī)則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺陷：數(shù)據(jù)庫大時，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費時對空間關(guān)系無法滿足26三、關(guān)系模型第26頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較第27頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月標準DBMS存儲空間數(shù)據(jù)的局限性空間數(shù)據(jù)記錄是變長的（如點數(shù)的可變性），而一般的數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長度設(shè)定為固定;在存儲和維護空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系方面存在著嚴重缺陷;一般難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作28四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月不能支持復雜的圖形功能;如特征提取、影像分割等。單個地理實體的表達需要多個文件、多條記錄，一般的DBMS也難以支持;難以保證具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要的復雜的安全維護;29四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月基本出發(fā)點就是以對象作為最基本的元素，盡可能按照人類認識世界的方法和思維方式來分析和解決問題。30四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?0頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月基本概念

（1）對象：是對客觀世界實體的抽象描述和模型化，與記錄、元組等概念相似。由數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作組合而成。31四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月對象的兩個特征：狀態(tài)性：通過域來描述，可稱為私有存儲單元。封裝性：表現(xiàn)為它的私有存儲單元只能由它自己的功能進行處理。32四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）消息：是對象之間通信的唯一手段，用來指示對象的操作。分公有消息和私有消息。公有消息：消息屬于同一個對象，其中有些消息可由其它對象向它發(fā)送。私有消息：消息是由它自己向自身發(fā)送。33四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）類：是對一組對象共同特性的抽象描述。（4）實例：是由一特定類描述的具體對象。實例的總和為類。（5）方法：是對象接收到消息后應采取的動作序列的描述。34四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ蛯ο筮€涉及到分類、概括、聚集、聯(lián)合、繼承和傳播等概念。第34頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月運用上述面向?qū)ο蟮母拍詈头椒ǎ涂梢越⑵鸬乩硇畔⑾到y(tǒng)中空間數(shù)據(jù)庫的對象數(shù)據(jù)模型。

OpenGIS協(xié)會推薦了一種空間對象數(shù)據(jù)模型。四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月OGC定義的對象模型：第36頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何對象的中英文對照：英文中文含義解釋Point點一個點Curve曲線1維幾何基形，表示一條線的連續(xù)影像。Line線只有一個起點和一個終點，可以是折線或者解析線。Surface曲面是一個2維幾何對象,由一個簡單碎片（patch）組成,該碎片(patch)與一個外部邊界和0個或更多的內(nèi)部邊界相聯(lián)系。Polygon多邊形由若干條線構(gòu)成MultiPoint多點由多個點構(gòu)成MultiLine多線由多條線構(gòu)成MultiPolygon多多邊形由多個多邊形構(gòu)成第37頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月簡單幾何特征集關(guān)系

四、面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷?8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月OGC定義的對象模型：第39頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月1.Geometry是幾何對象層次模型的根類，抽象類（不可實例化）幾何對象說明：第40頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月Dimension():Integer—TheinherentdimensionofthisGeometryobject,whichmustbelessthanorequaltothecoordinatedimension.Thisspecificationisrestrictedtogeometriesintwo-dimensionalcoordinatespace.GeometryType():String—ReturnsthenameoftheinstantiablesubtypeofGeometryofwhichthisGeometryinstanceisamember.ThenameoftheinstantiablesubtypeofGeometryisreturnedasastring.SRID():Integer—ReturnstheSpatialReferenceSystemIDforthisGeometry.Envelope():Geometry—TheminimumboundingboxforthisGeometry,returnedasaGeometry.Thepolygonisdefinedbythecornerpointsoftheboundingbox((MINX,MINY),(MAXX,MINY),(MAXX,MAXY),(MINX,MAXY),(MINX,MINY)).AsText():String—ExportsthisGeometrytoaspecificwell-knowntextrepresentationofGeometry.Methods：第41頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月AsBinary():Binary—ExportsthisGeometrytoaspecificwell-knownbinaryrepresentationofGeometry.IsEmpty():Integer—Returns1(TRUE)ifthisGeometryistheemptygeometry.Iftrue,thenthisGeometryrepresentstheemptypointset,?,forthecoordinatespace.IsSimple():Integer—Returns1(TRUE)ifthisGeometryhasnoanomalousgeometricpoints,suchasselfintersectionorselftangency.Thedescriptionofeachinstantiablegeometricclasswillincludethespecificconditionsthatcauseaninstanceofthatclasstobeclassifiedasnotsimple.Boundary():Geometry—ReturnstheclosureofthecombinatorialboundaryofthisGeometry.Methods：第42頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2.GeometryCollection一個或多個Geometry對象的集合NumGeometries():Integer—ReturnsthenumberofgeometriesinthisGeometryCollection.GeometryN(N:integer):Geometry—ReturnstheNthgeometryinthisGeometryCollection.Methods：第43頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3.Point0維幾何對象，表示空間中的一個單個的位置信息由X，Y坐標組成邊界是空集X():Double—Thex-coordinatevalueforthisPoint.Y():Double—They-coordinatevalueforthisPoint.Methods：第44頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4.MultiPoint0維幾何對象的集合其元素必須為Point邊界是空集如果沒有任何的兩個點等同，則MultiPoint是簡單的Methods：NumPoints():Integer—ThenumberofpointsinMultiPoint.PointN(N:Integer):Point—ReturnsthespecifiedpointNinthisMultiPoint.第45頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月5.Curve1維幾何對象有序點的集合如果沒有經(jīng)過同一點兩次，則Curve是簡單的如果起點和終點等同，則Curve是閉合的如果Curve是簡單并且閉合的，則它是一個環(huán)（Ring）一個沒有閉合的LineString的邊界是它的兩個端點第46頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月Length():Double—ThelengthofthisCurveinitsassociatedspatialreference.StartPoint():Point—ThestartpointofthisCurve.EndPoint():Point—TheendpointofthisCurve.IsClosed():Integer—Returns1(TRUE)ifthisCurveisclosed(StartPoint()=EndPoint()).IsRing():Integer—Returns1(TRUE)ifthisCurveisclosed(StartPoint()=EndPoint())andthisCurveissimple(doesnotpassthroughthesamepointmorethanonce).Methods：第47頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月6.LineString，Line，LinearRingLineString是Curve的子類，在兩個端點之間采用了線性插值（即每一對連續(xù)的點都是直線）Line是只有兩個點的LineStringLinearRing是一個閉合的，簡單的LineSting第48頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月NumPoints():Integer—ThenumberofpointsinthisLineString.PointN(N:Integer):Point—ReturnsthespecifiedpointNinthisLinestring.Methods：第49頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7.MultiCurve1維幾何對象的集合，其元素都是Curve是不可實例化的類如果其所有元素都是簡單的，并且任何兩個元素的交集僅在兩個元素的邊界上，則MultiCurve是簡單的。邊界由元素的邊界的序號為奇數(shù)的點組成如果所有元素都是閉合的，則MultiCurve也是閉合的，邊界為空集。第50頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月IsClosed():Integer—Returns1(TRUE)ifthisMultiCurveisclosed(StartPoint()=EndPoint()foreachcurveinthisMultiCurve)Length():Double—TheLengthofthisMultiCurvewhichisequaltothesumofthelengthsoftheelementCurves.Methods：第51頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月8.MultiLineString所有的元素都是LineString第52頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月9.Surface2維幾何對象簡單Surface：由Patch組成，一個外圈，0或多個內(nèi)圈簡單Surface的邊界由相關(guān)它的外圈和內(nèi)圈的閉合Curve組成。第53頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月Area():Double—TheareaofthisSurface,asmeasuredinthespatialreferencesystemofthisSurface.Centroid():Point—ThemathematicalcentroidforthisSurfaceasaPoint.TheresultisnotguaranteedtobeonthisSurface.PointOnSurface():Point—ApointguaranteedtobeonthisSurface.Methods：第54頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月10.Polygon平面的Surface有一個外圈和0或多個內(nèi)圈Polygon是拓撲閉合的Polygon的邊界是由一組形成外邊界和內(nèi)邊界的LinearRing組成在Polygon的邊界中，任意的兩個LinearRing都不是相互穿越的Ploygon不能由切線、峰值和穿孔每個Ploygon的內(nèi)部是連續(xù)的點集有一個和多個“島”的Ploygon的外部是不連通的，每個島定義一個Polygon的外部的連通分量Polygon是一個規(guī)則的、閉合的點集，是簡單的幾何對象第55頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月ExteriorRing():LineString—ReturnstheexteriorringofthisPolygon.NumInteriorRing():Integer—ReturnsthenumberofinteriorringsinthisPolygon.InteriorRingN(N:Integer):LineString—ReturnstheNthinteriorringforthisPolygonasaLineString.Methods：第57頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月11.MultiSurface2維幾何對象的幾何，其元素都是Surface任意兩個Surface內(nèi)部都不可以相交任何兩個元素的邊界可以相交與有限的點不可實例化，其可實例化的子類是MultiPolygon第58頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月Area():Double—TheareaofthisMultiSurface,asmeasuredinthespatialreferencesystemofthisMultiSurface.Centroid():Point—ThemathematicalcentroidforthisMultiSurface.TheresultisnotguaranteedtobeonthisMultiSurface.PointOnSurface():Point—APointguaranteedtobeonthisMultiSurface.Methods：第59頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月12.MultiPloygon2維對象的集合，所有元素都是Ploygon任何兩個元素的內(nèi)部是不能相交的任何兩個Polygon的邊界不能相互穿越但可以相交于有限的點是拓撲閉合的不可以由cutlines（切線），spikes（峰值）和punctures（穿孔），是規(guī)則的、閉合的點集有多于一個的Ploygon的MultiPolygon的內(nèi)部不連通，MultiPolygon內(nèi)部的連通分量的編號等于MultiPolygon中Polygon元素的編號第60頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)方式：面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型從概念上將人們對GIS的理解提高到了一個新的高度。一方面，它巧妙地容納了GIS中拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想，能有效地表達空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系。另一方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在表達和處理屬性數(shù)據(jù)時，又具有許多獨特的優(yōu)越性。62第62頁，課件共70頁，創(chuàng)作于