第四章地理空間數(shù)據(jù)庫

§1空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的存儲場所。用戶在決策過程中，通過訪問空間數(shù)據(jù)庫獲得空間數(shù)據(jù)；在決策過程完成后再將決策結果存儲到空間數(shù)據(jù)庫中。第四章地理空間數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)庫的布局和存取能力對地理信息系統(tǒng)功能的實現(xiàn)和工作的效率影響極大?？臻g數(shù)據(jù)庫的布局和存取能力對地理信息系統(tǒng)功能的1．1空間數(shù)據(jù)庫的概念空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由三部分組成：

（1）空間數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質上存儲的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結構的文件的形式組織在存儲介質之上的。1．1空間數(shù)據(jù)庫的概念

（2）空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)指能夠對物理介質上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及能夠對空間數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的一套軟件系統(tǒng)。一般建立在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上。（2）空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

方法一，直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行擴展加入一定量的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能。（如Oracle）。方法二，在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上添加一層空間數(shù)據(jù)庫引擎，以獲得常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之外的的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能。（如SDE）方法一，直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行擴展加入一

（3）空間數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)由空間分析模型和應用模型構成。（3）空間數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構概念模式：是數(shù)據(jù)庫的總體框架，是對數(shù)據(jù)庫中關于目標存儲的邏輯結構和特性、基本操作和目標—目標及操作—操作的關系和依賴性的描述，以及對數(shù)據(jù)安全、完整性等方面的定義。外模式：是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，它屬于概念模式的一部分，描述用戶數(shù)據(jù)的結構、類型、長度等。所有的應用程序都是根據(jù)外模式中對數(shù)據(jù)的描述而不是根據(jù)概念模式中對數(shù)據(jù)的描述而編寫的。內模式：是對數(shù)據(jù)庫在物理存儲器上具體實現(xiàn)的描述。它規(guī)定數(shù)據(jù)在存儲介質上的物理組織方式、記錄尋址技術，定義物理存儲塊的大小、溢出處理方法等。概念模式：是數(shù)據(jù)庫的總體框架，是對數(shù)據(jù)庫中關于目標存儲的邏輯1．2空間數(shù)據(jù)庫的設計1．設計過程1．2空間數(shù)據(jù)庫的設計

概念模型：對現(xiàn)實世界中各種地理現(xiàn)象、它們彼此的聯(lián)系及其發(fā)展過程的認識和抽象的產物。主要包括對地理現(xiàn)象和過程等客體的特征描述、關系分析和過程模擬等內容。概念模型：對現(xiàn)實世界中各種地理現(xiàn)象、它們彼此的

邏輯模型：將概念模型結構轉化為計算機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所能夠支持的數(shù)據(jù)模型。存儲模型：概念模型所反映到計算機物理存儲介質中的數(shù)據(jù)組織形式。邏輯模型：將概念模型結構轉化為計算機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2．空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設計對地理空間客體及其相互聯(lián)系的數(shù)學描述，可以用數(shù)據(jù)模型這個概念進行概括。建立空間數(shù)據(jù)模型的目的是揭示空間客體的本質特征，并對其進行抽象化，使之轉化為計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。2．空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設計

層次模型、網狀模型和關系模型，以及語義模型和面向對象的數(shù)據(jù)模型都可以用于空間數(shù)據(jù)庫的設計。層次模型、網狀模型和關系模型，以及語義模型和面3．空間數(shù)據(jù)庫設計的原則、步驟和技術方法原則：（1）盡量減少冗余（2）穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結構（3）滿足用戶對空間數(shù)據(jù)的及時訪問需求（4）數(shù)據(jù)元素間維持復雜的聯(lián)系（5）支持多樣的決策需求，有較強的應用適應性3．空間數(shù)據(jù)庫設計的原則、步驟和技術方法步驟：（1）需求分析（2）概念設計（3）邏輯設計（4）物理設計步驟：GIS原理--地理空間數(shù)據(jù)庫--課件技術方法：（1）數(shù)據(jù)分析技術用于分析用戶數(shù)據(jù)的語義的技術手段。（2）技術設計技術將數(shù)據(jù)分析結果轉化為數(shù)據(jù)庫的技術實現(xiàn)。技術方法：1．3空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)和維護

1．空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)（1）建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結構（2）裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應用程序進行測試（3）裝入實際的空間數(shù)據(jù)，建立起實際運行的數(shù)據(jù)庫1．3空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)和維護2．相關的其它設計（1）空間數(shù)據(jù)庫的再組織設計（2）故障恢復方案設計（3）安全性考慮（4）事物控制2．相關的其它設計3．空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護（1）維護安全性和完整性（2）監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能（3）增加新的功能（4）修改錯誤3．空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護§2空間數(shù)據(jù)庫概念模型設計

—傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型§2空間數(shù)據(jù)庫概念模型設計§3空間數(shù)據(jù)庫概念模型設計—語義數(shù)據(jù)模型和面向對象數(shù)據(jù)模型

3．1語義數(shù)據(jù)模型語義數(shù)據(jù)模型的結構是由若干種抽象所組成，用這些抽象來描述客體的基本語義特性，再根據(jù)語義模型結構規(guī)則把這些抽象有機地組織起來。

最常用的語義模型之一是實體聯(lián)系模型（E—R模型），由實體、聯(lián)系和屬性構成。§3空間數(shù)據(jù)庫概念模型設計—語義數(shù)據(jù)模型和面向對象數(shù)據(jù)模型

采用E—R模型進行數(shù)據(jù)庫的概念設計可以分為以下三個步驟：（1）設計局部的E—R模型（2）設計全局的E—R模型（3）全局E—R模型的優(yōu)化采用E—R模型進行數(shù)據(jù)庫的概念設計可以分為以GIS原理--地理空間數(shù)據(jù)庫--課件GIS原理--地理空間數(shù)據(jù)庫--課件3．2面向對象的數(shù)據(jù)模型對象與實體一樣是客觀世界中客體的一種抽象的描述，它由客體的數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作組合而成。是在包含關系數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)的功能基礎上，增加面向對象數(shù)據(jù)模型的封裝、繼承和信息傳播等功能。3．2面向對象的數(shù)據(jù)模型

§4空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設計和物理設計

4．1邏輯設計的步驟和內容（1）初始模型形成。把E—R模型轉換成數(shù)據(jù)庫支持的記錄類型。（2）子模式設計。子模式是應用程序與數(shù)據(jù)庫的接口。（3）模式評價。對邏輯數(shù)據(jù)庫結構即模型，根據(jù)定量分析和性能測算作出評價。（4）優(yōu)化模式。如建索引等?！?空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設計和物理設計4．2E—R模型向關系數(shù)據(jù)模型的轉換（1）一個實體類型轉換成一個關系模式，實體的屬性就是關系的屬性，實體的關鍵字就是關系的關鍵字。（2）一個聯(lián)系類型轉換成一個關系模式，參與該聯(lián)系的各實體的關鍵字以及聯(lián)系的屬性轉換成關系的屬性。4．2E—R模型向關系數(shù)據(jù)模型的轉換4．3關系數(shù)據(jù)庫的邏輯設計（1）E—R模型轉換為關系模型（2）規(guī)范化處理（范式）（3）模式評價。是否滿足用戶的要求（4）優(yōu)化模式。（5）形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設計說明書4．3關系數(shù)據(jù)庫的邏輯設計4．4空間數(shù)據(jù)庫的物理設計（1）存儲記錄的格式設計（2）存儲方法設計（3）訪問方法設計（4）完整性和安全性的考慮（5）應用設計（6）形成物理設計說明書4．4空間數(shù)據(jù)庫的物理設計

§5GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫考慮事物發(fā)展的時間特性。時空數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或數(shù)據(jù)處理技術，其內容表現(xiàn)為以下三個主要方面：（1）空間時態(tài)數(shù)據(jù)的表達（2）空間時態(tài)數(shù)據(jù)的更新（3）空間時態(tài)數(shù)據(jù)的查詢§5GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫

時空一體化的數(shù)據(jù)模型：注重以一體化的形式表達地理數(shù)據(jù)在時間和空間方面的特性。時空一體化的數(shù)據(jù)模