第六講地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理程承旗北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所GIS數(shù)據(jù)庫(kù)

一般來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)的集合存放有下面幾個(gè)要求：1）最小冗余度原則；數(shù)據(jù)盡可能不重復(fù)。2）應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)資源的共享原則：以最優(yōu)的方式服務(wù)于一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序。3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性原則：數(shù)據(jù)的存放盡可能地獨(dú)立于使用它的應(yīng)用程序。統(tǒng)一管理原則：能夠用一個(gè)軟件統(tǒng)一管理這些數(shù)據(jù)。

分享式數(shù)據(jù)庫(kù)分享式數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)可以從以下幾個(gè)方面來(lái)概括：1）靈活性增強(qiáng)。2）用戶應(yīng)用程序的共同開(kāi)發(fā)。3）維護(hù)的分享。4）減少數(shù)據(jù)的冗余度。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的概念

GIS數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程第一步 需求分析第二步 原型概念化設(shè)計(jì)第三步 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)第四步 自動(dòng)化方案制定第五步 試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施第六步 數(shù)據(jù)庫(kù)總體實(shí)施用戶需求分析

GIS數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)應(yīng)該主要了解下面的內(nèi)容：1）明白即將開(kāi)發(fā)的GIS所支持的各種功能；2）了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；3）了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和優(yōu)先次序；這些信息有利于制定數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)實(shí)施計(jì)劃。4）了解數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS的整體要求和藍(lán)圖?，F(xiàn)狀調(diào)查

1）在訪談以前將各種問(wèn)題以表格、問(wèn)卷或其他書(shū)面形式寫(xiě)出來(lái)。2）避免不必要的細(xì)節(jié)，著重了解預(yù)定的內(nèi)容。3）整個(gè)訪談應(yīng)由GIS專業(yè)技術(shù)人員掌握，控制進(jìn)度，保持良好的訪談氣氛。4）盡可能在對(duì)方工作的地方進(jìn)行，以便對(duì)方可以隨時(shí)提供必要的資料和過(guò)程。5）讓對(duì)方告知輕重次序，以便于在實(shí)施過(guò)程中決定執(zhí)行次序。6）注意負(fù)面意見(jiàn)，但不要急于作答。7）對(duì)于自己不熟悉的領(lǐng)域可以使用錄音機(jī)、錄相、照相等。需要了解的內(nèi)容通?？梢苑殖蓹C(jī)構(gòu)的模式、日常操作、數(shù)據(jù)、專業(yè)人員、軟件和硬件這六大類(lèi)。調(diào)查內(nèi)容的組織的分析

（1）現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)圖；1）現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的功能示意圖；2）現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的人員組織及功能示意圖；3）現(xiàn)有數(shù)據(jù)內(nèi)容及來(lái)源清單；4）現(xiàn)有數(shù)據(jù)及其功能參照表；5）現(xiàn)有軟硬設(shè)備關(guān)系圖。除了以上6種內(nèi)容以外，還應(yīng)當(dāng)包括下面三種；6）人員培訓(xùn)計(jì)劃；7）GIS的輸出產(chǎn)品；8）實(shí)施的進(jìn)度計(jì)劃。分析結(jié)果報(bào)告分析結(jié)果報(bào)告通常要包括以下幾個(gè)部分：1）機(jī)構(gòu)運(yùn)作的邏輯數(shù)據(jù)流程圖；2）對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)流程的每步過(guò)程，數(shù)據(jù)的輸入是如何轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的輸出；3）各主要處理均應(yīng)當(dāng)以任務(wù)的形式出現(xiàn)；4）各主要處理的步驟應(yīng)簡(jiǎn)單明地注明。（2）建立GIS系統(tǒng)獲得的各種產(chǎn)品

各類(lèi)GIS產(chǎn)品通?？梢园ǖ貓D、報(bào)表、文件、應(yīng)用軟件包、屏幕查詢或是更新的數(shù)據(jù)庫(kù)等。（3）硬件資源表

包括：硬件名稱、操作系統(tǒng)、主要功能、所屬部門(mén)、運(yùn)行狀況等。

（4）軟件資源表

包括：軟件名稱、所屬單位、操作平臺(tái)、主要功能、參與的應(yīng)用、運(yùn)行狀況等。（5）專業(yè)人員清單

主要包括：人員名稱、所屬部門(mén)職務(wù)、主要職責(zé)范圍、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、經(jīng)驗(yàn)層次、目前工資等。（6）數(shù)據(jù)功能參照表

I:InputO:Output（7）數(shù)據(jù)來(lái)源清單

數(shù)據(jù)功能參照表（8）部門(mén)功能清單

概念化設(shè)計(jì)

1）數(shù)據(jù)庫(kù)的宏觀地理定義：主要指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的定義。2）數(shù)據(jù)庫(kù)的地理特征設(shè)計(jì)；對(duì)于各種地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)中以什么幾何形式表達(dá)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3）數(shù)據(jù)庫(kù)表格及其關(guān)系的設(shè)計(jì)表達(dá)：對(duì)與地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中表達(dá)方式的設(shè)計(jì)。4）數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)的評(píng)定；根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用目的和數(shù)據(jù)內(nèi)容及使用方式來(lái)評(píng)價(jià)前面三步的設(shè)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)籌的考量。5）數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型的起草；將GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)起草成正式的文件，作為后面詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)參考。數(shù)據(jù)庫(kù)的宏觀地理定義

宏觀地理定義通常包括以下三個(gè)內(nèi)容：比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)。1）比例尺比例尺是指地圖和地表上長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它是地圖或數(shù)據(jù)精度和詳細(xì)程度的標(biāo)志。2）地圖投影和地理坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)可以有以下幾種選擇1）將所有數(shù)據(jù)放入一個(gè)帶。2）將各帶分別存放。3）選擇不同的地圖投影。4）選擇使用地理坐標(biāo)系統(tǒng)。地圖投影選擇的幾個(gè)原則：

1）任何地圖投影均有變形。2）等形投影保持小區(qū)域內(nèi)不變，但任何一種投影不能保證大范圍內(nèi)的不變。3）等面積投影保持同比例的情況下面積不變。4）等距離投影保持某種距離上下不變，但任何一種投影均不可能保持一幅地圖上任何兩點(diǎn)的距離均是不變的。等方向投影保持地圖上的方位角與真實(shí)方位角相同。

投影和坐標(biāo)系統(tǒng)選擇的一般原則：

1）在經(jīng)常需要投影變換而且覆蓋面積較大的情況下，應(yīng)該使用地理坐標(biāo)系統(tǒng)。2）笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)于小面積和一個(gè)固定的坐標(biāo)系最為適合。3）根據(jù)研究區(qū)的形狀來(lái)選擇變形最小的投影。4）如果有地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的話，應(yīng)該使用地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。5）如果研究區(qū)的面積很重要時(shí)，可以考慮使用一種等面積的投影進(jìn)行面積計(jì)算，而數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)可以使用另外一種投影。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型的確定1）數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的組織

GIS中數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的分析主要包括：①數(shù)據(jù)分層；②數(shù)據(jù)在各層次上表達(dá)的形式及其格式；③數(shù)據(jù)屬性信息的內(nèi)容。數(shù)據(jù)分層的考慮因素①具有同樣的特性，即數(shù)據(jù)有相同的屬性信息。②比例尺的一致性。③該層數(shù)據(jù)會(huì)有同樣的使用目的和方式。④不同部門(mén)的數(shù)據(jù)通常應(yīng)該放入不同的層，便于維護(hù)。⑤數(shù)據(jù)庫(kù)中需要不同級(jí)別安全處理的數(shù)據(jù)。⑥數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類(lèi)數(shù)據(jù)的更新可能使用各種不同的數(shù)據(jù)源，在分層中，使用不同數(shù)據(jù)源更新的數(shù)據(jù)也應(yīng)分層進(jìn)行存儲(chǔ)，以便于更新。⑦即使是同一類(lèi)型的數(shù)據(jù)，有時(shí)其屬性特征也不相同，所以也應(yīng)該分層存儲(chǔ)。2）空間數(shù)據(jù)庫(kù)屬性表與屬性關(guān)系設(shè)計(jì)

步驟：①設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)的表格；②對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行規(guī)范化；③定義主關(guān)鍵項(xiàng)和外部關(guān)鍵項(xiàng)；④使用實(shí)體關(guān)系模型來(lái)定義關(guān)系；⑤關(guān)系表的再規(guī)范化。(1)設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)的表格

●唯一性：在每個(gè)表中，每個(gè)記錄的關(guān)鍵項(xiàng)均必須是唯一的；●不變性：不含有其他方面的信息；●純粹性：不含有其他方面的信息；●不重復(fù)性：不會(huì)被重復(fù)使用，即某一個(gè)值被刪除后，不會(huì)再被使用；●可獲得性：需要時(shí)便可以拿來(lái)到此信息。(2)空間數(shù)據(jù)的均衡化

將數(shù)據(jù)庫(kù)中各關(guān)系表進(jìn)行分解，使其變成更簡(jiǎn)單、更穩(wěn)定的一套關(guān)系表的過(guò)程叫數(shù)據(jù)庫(kù)的均衡化。(3)使用實(shí)體—關(guān)系模型來(lái)幫助關(guān)系表的規(guī)范化①首先要識(shí)別實(shí)體。②決定實(shí)體間的關(guān)系。③決定各實(shí)體的關(guān)鍵項(xiàng)。④將其匯成連通的圖表。(4)邏輯數(shù)據(jù)圖

(5)概念化設(shè)計(jì)的書(shū)面報(bào)告

文件內(nèi)容應(yīng)該將所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容加以詳細(xì)的概述。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型和內(nèi)容加以描述，即分層和表格關(guān)系。在能夠使用圖表的情況下盡量使用圖表。很多詳細(xì)的內(nèi)容可以放入附錄之中，以保持文本主體的清晰。假若時(shí)間允許，可以提供一個(gè)原型以更清楚地表示整個(gè)設(shè)計(jì)的概念。

GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)主要包括五個(gè)方面的內(nèi)容：●數(shù)據(jù)源的選擇；●各種數(shù)據(jù)集的評(píng)價(jià)；●各數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)；●數(shù)據(jù)字典的產(chǎn)生；●數(shù)據(jù)庫(kù)具體存儲(chǔ)和管理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)源的選擇

來(lái)源：①地圖；②航空象片；③GPS接收的數(shù)據(jù)；④衛(wèi)星象片；⑥現(xiàn)有的各種電子數(shù)據(jù)文件；⑥照片；⑦各種記錄性文件等。1）國(guó)家各機(jī)構(gòu)生產(chǎn)和維護(hù)的數(shù)據(jù)2）省級(jí)政府生產(chǎn)和維護(hù)的數(shù)據(jù)3）各級(jí)地方政府生產(chǎn)和維護(hù)的數(shù)據(jù)4）商業(yè)團(tuán)體的數(shù)據(jù)5）非贏利性機(jī)構(gòu)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)各種數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)

1）數(shù)據(jù)一般狀況評(píng)價(jià)

①數(shù)據(jù)的目前狀態(tài)：包括數(shù)據(jù)是否已有電子版，工是否有機(jī)構(gòu)正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)電子版。②數(shù)據(jù)是否是一種標(biāo)準(zhǔn)形式：主要指該類(lèi)數(shù)據(jù)是否在各政府機(jī)構(gòu)式或商業(yè)團(tuán)體生產(chǎn)的數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化之列。③數(shù)據(jù)是否可以直接GIS使用：常常某些數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)一定的處理以后才能與數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的數(shù)據(jù)相符合。④數(shù)據(jù)的原始性；有些數(shù)據(jù)是由其他更原始的數(shù)據(jù)推導(dǎo)、綜合而來(lái)。⑤數(shù)據(jù)的可替代性：常常對(duì)一種所需要的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，會(huì)有多種來(lái)源，有些容易獲得，有些則較難在決定使用哪一種時(shí)，應(yīng)該將各種可能來(lái)源的數(shù)據(jù)均加以收集并仔細(xì)比較，再做定論。⑥數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)一致性：覆蓋的地區(qū)是否一致比例尺是否相同，數(shù)據(jù)的地理控制點(diǎn)是否符合數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，在整個(gè)地區(qū)是否一致，投影是否與要求符合等

已存在的電子版數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)原則1）數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式是一個(gè)很重要的因素，如果不與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的要求相吻合，勢(shì)必要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。2）拓?fù)潢P(guān)系：GIS數(shù)據(jù)要求數(shù)據(jù)的特征之間保持應(yīng)有的拓?fù)潢P(guān)系。3）數(shù)據(jù)分辯率：對(duì)于柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分辯率是指象元的大小。4）數(shù)據(jù)覆蓋面及一致性：該數(shù)據(jù)是否能夠覆蓋整個(gè)的工作地區(qū)。5）數(shù)據(jù)的可獲得性：包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的媒介，適用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)和是否可以購(gòu)買(mǎi)及免費(fèi)提供。6）樣本數(shù)據(jù)：在數(shù)據(jù)評(píng)判過(guò)程，如果能夠有機(jī)會(huì)獲得該數(shù)據(jù)的樣本將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的感性認(rèn)識(shí)大大地提高。7）自動(dòng)化過(guò)程實(shí)施的考慮：通?，F(xiàn)有的數(shù)字化數(shù)據(jù)并不完全符合某一數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的要求，可能需要做不同程度的加工才能入庫(kù)。8）數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息是否完全：元數(shù)據(jù)是不關(guān)數(shù)的重要信息，它的顧在與否及質(zhì)量直接影響到該數(shù)據(jù)的價(jià)值。2、數(shù)據(jù)空間特征的評(píng)價(jià)

1）空間特征的表達(dá)方式。2）空間特征的連續(xù)性和閉合性。3）表示規(guī)則的比較。4）空間數(shù)據(jù)地理控制信息的比較。5）空間地理數(shù)據(jù)的系列性。6）分類(lèi)方法的比較和評(píng)價(jià)。7）地理參考系統(tǒng)的一致性。3、數(shù)據(jù)屬性特征的評(píng)價(jià)

1）屬性的存在性。2）屬性數(shù)據(jù)與空間位置的匹配。3）屬性數(shù)據(jù)的編碼系統(tǒng)。4）屬性數(shù)據(jù)的現(xiàn)適性?？臻g數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)

1）屬性數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)計(jì)2）編碼標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)字典

1）數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容2）數(shù)據(jù)文件的命名方法3）數(shù)據(jù)字典的元數(shù)據(jù)內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典

1）數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容①

數(shù)據(jù)庫(kù)的總體組織結(jié)構(gòu)；②

數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)的框架；③

數(shù)據(jù)層的詳細(xì)內(nèi)容定義及結(jié)構(gòu)；④

數(shù)據(jù)命名的定義；⑤

元數(shù)據(jù)內(nèi)容等。數(shù)據(jù)字典中各數(shù)據(jù)層的詳細(xì)內(nèi)容定義及結(jié)構(gòu)：●標(biāo)題類(lèi)信息：名稱、類(lèi)型、數(shù)據(jù)質(zhì)量；●各層的有關(guān)文件、表、各表的項(xiàng)及各項(xiàng)的定義、有效值范圍等；●地理參考方面要求滿足的情況；●其它有便于說(shuō)明和理解的文字或圖表等；●各層空間及屬性的質(zhì)量控制規(guī)范；●各層編號(hào)系統(tǒng)與其它各標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)系統(tǒng)的關(guān)系；●各層數(shù)據(jù)的使用與各應(yīng)用類(lèi)型的關(guān)系等。數(shù)據(jù)流圖

1、數(shù)據(jù)源點(diǎn)和數(shù)據(jù)終點(diǎn)2、加工（數(shù)據(jù)處理/變換）3、數(shù)據(jù)流4、文件（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）具體步驟如下：

1）確定系統(tǒng)邊界，畫(huà)出頂層數(shù)據(jù)流圖。2）自項(xiàng)向下，對(duì)每個(gè)加工進(jìn)行內(nèi)部分解，畫(huà)出分層數(shù)據(jù)流圖。3）對(duì)數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行復(fù)查求精。在分層數(shù)據(jù)流圖求精過(guò)程中應(yīng)該注意以下問(wèn)題：①

檢查流入、流出加工的數(shù)據(jù)流的連續(xù)性。②

控制單張數(shù)據(jù)流圖的復(fù)雜性③

父圖與子圖的數(shù)據(jù)平衡④

終止加工分解的條件⑤

局部文件⑥

分解層次的均勻性問(wèn)題數(shù)據(jù)詞典

1、

數(shù)據(jù)流條目

數(shù)據(jù)流名稱 [別名列表] 數(shù)據(jù)流組成 [來(lái)源][去向] [處理特點(diǎn)（使用頻率，數(shù)據(jù)量等）] [其他注釋（格式、位置等）]〈數(shù)據(jù)流名稱〉=數(shù)據(jù)項(xiàng)[〈邏輯操作符〉數(shù)據(jù)項(xiàng)]例1：學(xué)生成績(jī)單=課程編碼+課程名+[任課教師1指導(dǎo)教師]+｛學(xué)號(hào)+姓名+成績(jī)（+備注）｝在描述數(shù)據(jù)流組成時(shí)，常用符號(hào)有：=，+，[1]，｛｝，（）= 表示“定義為（等價(jià)于）”+ 表示“與”[1] 括號(hào)內(nèi)用“1”分割的各項(xiàng)目選擇出現(xiàn)一項(xiàng)（） 括號(hào)內(nèi)部分可以不出現(xiàn)｛｝ 括號(hào)內(nèi)部部分重復(fù)出現(xiàn)2．?dāng)?shù)據(jù)項(xiàng)條目

例 數(shù)據(jù)流“倉(cāng)儲(chǔ)事務(wù)”中的數(shù)據(jù)項(xiàng)“零件”可以定義為數(shù)據(jù)項(xiàng) 零件零件=零件號(hào)+零件名稱+規(guī)格+（備注）數(shù)據(jù)項(xiàng) 零件號(hào)零件號(hào)=Pxxxxxxx說(shuō)明：零件號(hào)由字母P開(kāi)頭的8個(gè)字符組