1、第三章 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,內(nèi)容概覽,第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫概述 第二節(jié) 數(shù)據(jù)庫基本原理 第三節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫的形成和發(fā)展,GIS數(shù)據(jù)庫定義,定義 以特定的數(shù)據(jù)模型和信息結(jié)構(gòu)來表達、存儲和管理某類地理空間信息，以滿足不同用戶對空間信息需求的數(shù)據(jù)庫。 幾個概念 地理空間 空間信息 數(shù)據(jù)模型和信息結(jié)構(gòu),GIS數(shù)據(jù)庫定義,幾個概念 地理空間（Geographic Space ） 地理空間是地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域。 地理信息系統(tǒng)中的空間概念常用“地理空間”（Geospatial）來表述。,GIS數(shù)據(jù)庫定義,幾個概念 空間信息 指在信息世界中的地理空間信息。 這是對現(xiàn)實世

2、界的抽象，即從現(xiàn)實世界到信息世界。,GIS數(shù)據(jù)庫定義,幾個概念 數(shù)據(jù)模型和信息結(jié)構(gòu) 在計算機世界中，通過抽象、建模形成不同種類數(shù)據(jù)的表達形式 通過GIS數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型對空間數(shù)據(jù)進行表達、存儲和管理 是對現(xiàn)實世界的抽象，從現(xiàn)實世界到信息世界,GIS數(shù)據(jù)庫特征,1、空間特征 描述了空間物體的位置，形態(tài)，以及空間拓撲關(guān)系。 2、抽象特征 抽象真實世界的綜合特征。 3、空間關(guān)系特征 空間拓撲特征。 4、多尺度與多態(tài)性 不同比例尺和精度下，表現(xiàn)為不同形態(tài)。 5、非結(jié)構(gòu)化特征 空間對象的數(shù)據(jù)是變長的。 6、分類編碼特征 空間對象按照某種標準進行分類編碼。 7、海量特征 數(shù)據(jù)量比一般數(shù)據(jù)庫大得多，具有數(shù)據(jù)

3、海量的特點。,內(nèi)容概覽,第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫概述 第二節(jié) 數(shù)據(jù)庫基本原理 第三節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫的形成和發(fā)展,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 數(shù)據(jù)與信息 1) 數(shù)據(jù)是具體的，信息是抽象的 2) 數(shù)據(jù)不一定有用，但信息是有用的數(shù)據(jù) 3) 信息是各種數(shù)據(jù)所包括的意義，數(shù)據(jù)是載荷信息的物理符號 4) 可用不同的數(shù)據(jù)形式來表現(xiàn)同一數(shù)據(jù)，信息不隨數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式而改變 5) 通?？苫煊?(1) 信息資源數(shù)據(jù)資源 (2) 信息采集數(shù)據(jù)采集 (3) 信息處理數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 數(shù)據(jù)處理（信息處理） 1) 利用計算機對各種形式的數(shù)據(jù)進行處理 2) 從大量的原始數(shù)據(jù)中抽取有價值的信

4、息，作為行為和決策的依據(jù) 3) 包括以下的數(shù)據(jù)操作 (1) 采集 (2) 整理、編碼 (3) 輸入 (4) 存儲 (5) 加工/計算、分類、檢索 (6) 傳輸、輸出,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 數(shù)據(jù)庫 1) database (DB) 2) 長期儲存在計算機中的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)的集合 3) 特點 (1) 按照一定的數(shù)據(jù)模型組織 (2) 獨立性、易擴展性 (3) 較小的冗余度 (4) 可共享,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 1) Database Management System (DBMS) 2) 管理數(shù)據(jù)庫的軟件（數(shù)據(jù)管理軟件） 3) 用于建立、運用

5、和維護數(shù)據(jù)庫 4) 位于用戶和操作系統(tǒng)之間,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 1) database system (DBS) 2) 一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員構(gòu)成 3) 計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 4) 三要素 (1) DB (2) DBMS (3) Users,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 用戶 1) 終端用戶（最終用戶、End User） (1) 非計算機專業(yè)人員 (2) 交互式操作 2) 應(yīng)用程序員（Application Programmer） (1) 負責設(shè)計和編制應(yīng)用程序 (2) 通過應(yīng)用程序存取和維護數(shù)據(jù)庫 (3) 為終端用戶準備應(yīng)用程序

6、 (4) 是數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）手下的工作人員,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾個概念 用戶 3) 數(shù)據(jù)庫管理員（Database Administrator, DBA） (1) 全面負責數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理、維護、正常使用 (2) 主要職責 1. 參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程 2. 決定數(shù)據(jù)庫的存儲與讀取策略 3. 定義數(shù)據(jù)的安全性和完整性 4. 監(jiān)督控制數(shù)據(jù)庫的使用和運行，及時處理運行程序中出現(xiàn)的問題 5. 改進和重新構(gòu)造數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展（三個階段） 1、人工管理階段 （計算機產(chǎn)生-20世紀50年代）主要用于科學(xué)計算。 特點： （1）數(shù)據(jù)不保存

7、； （2）沒有對數(shù)據(jù)進行管理的軟件系統(tǒng)； （3）數(shù)據(jù)不同享； （4）一組數(shù)據(jù)對應(yīng)于一個程序，數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的。,數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展（三個階段） 2、文件系統(tǒng)階段 （ 20世紀50年代后期-60年代中期）不僅用于科學(xué)計算，還大量用于管理數(shù)據(jù)。 特點： （1）數(shù)據(jù)需要長期保存在外存上供反復(fù)使用； （2）程序之間有了一定的獨立性； （3）文件的形式已經(jīng)多樣化； （4）數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。,在1956年9月13日，第一塊硬盤誕生時,數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展（三個階段） 3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 （ 20世紀60年代后期） 特點： （1）采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化的數(shù)

8、據(jù)模型 （2）較高的數(shù)據(jù)獨立性（物理，邏輯） （3）最低的冗余度 （4）數(shù)據(jù)控制功能,數(shù)據(jù)管理三個階段的比較,數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型的基本概念 1、什么是數(shù)據(jù)模型 計算機無法直接處理現(xiàn)實事物 在現(xiàn)實世界中事物之間是存在聯(lián)系的。 例如，學(xué)校教學(xué)系統(tǒng)中的教師、學(xué)生、課程、成績等都是相互關(guān)聯(lián)的 需要將現(xiàn)實事物轉(zhuǎn)化為計算機可以理解的數(shù)據(jù)，這需要一個工具。 在數(shù)據(jù)庫中用“數(shù)據(jù)模型”這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。 通常把表示客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)稱為數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型的基本概念 2、對數(shù)據(jù)模型的要求 （1）比較真實地模擬現(xiàn)實世界。 （2）

9、容易被人類理解。（人的角度） （3）便于在計算機上實現(xiàn)。（計算機的角度） 數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。一種數(shù)據(jù)模型很難全面滿足這三方面要求，在實際系統(tǒng)中針對不同的使用對象和目的，可采用不同的數(shù)據(jù)模型。,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 1、層次模型 層次模型的結(jié)構(gòu)是樹形結(jié)構(gòu)。 樹的節(jié)(結(jié))點是實體，樹的枝是聯(lián)系，從上到下為一對多的聯(lián)系。 每個實體由“根”開始，沿著不同的分支放在不同的層次上。如果不再向下分支，則此分支中最后的節(jié)點稱為“葉”。 支持層次模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)稱為層次數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中的數(shù)據(jù)庫稱為層次數(shù)據(jù)庫。,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 1、層次模型 圖為某學(xué)院的機構(gòu)設(shè)置，“根”節(jié)點是學(xué)院

10、，“葉”節(jié)點是各教研室,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 1、層次模型 優(yōu)點： （1）數(shù)據(jù)模型簡單 （2）若實體間的關(guān)系固定，性能很優(yōu)越 缺點： （1）描述現(xiàn)實世界的非層次性很笨拙 （2）插入和刪除操作限制較多,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 2、網(wǎng)狀模型 用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實體及其之間的聯(lián)系的模型。 在網(wǎng)狀模型中，每一個節(jié)點代表一個實體，并且允許節(jié)點有多于一個“父”節(jié)點。 網(wǎng)狀模型代表了多對多的聯(lián)系類型。,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 2、網(wǎng)狀模型 優(yōu)點： （1）能夠直接描述現(xiàn)實世界 （2）存取效率較高 缺點： （1）數(shù)據(jù)描述語言極其復(fù)雜 （2）數(shù)據(jù)獨立性差,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 3、關(guān)系模型 關(guān)系模型是以數(shù)學(xué)理論為

11、基礎(chǔ)構(gòu)造的數(shù)據(jù)模型。它用二維表格來表示實體集中實體之間的聯(lián)系。 關(guān)系模型有很強的數(shù)據(jù)表達能力，結(jié)構(gòu)單一，數(shù)據(jù)操作方便，最易被用戶接受。 以關(guān)系模型建立的關(guān)系數(shù)據(jù)庫是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)庫。如Oracle、Sybase、SQL Server、Access、VFP等。,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 3、關(guān)系模型 關(guān)系模型的一些術(shù)語 （1）關(guān)系（Relation）：一個關(guān)系通常指一張表。 （2）元組（Tuple）：表中的一個行。 （3）屬性（Attribute）：表中的一列。 （4）碼（Key）：可以唯一確定一個元組的屬性組。 （5）域（Domain）：屬性的取值范圍。 （6）關(guān)系模式：對關(guān)系的描述，一般

12、表述為： 關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性n） 例如：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡，專業(yè)） 課程（課程號，課程名稱，學(xué)分）,數(shù)據(jù)模型,邏輯模型分類 3、關(guān)系模型 優(yōu)點： （1）有嚴格的數(shù)學(xué)概念作基礎(chǔ) （2）關(guān)系模型的概念單一 （3）存取路徑對用戶透明 缺點： （1）查詢效率不高,關(guān)系數(shù)據(jù)模型,學(xué)生學(xué)籍記錄表,關(guān)系名,關(guān)系,元組(行),屬性(列),主碼,男 女,域,分量,關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號、姓名、性別、年齡、籍貫）,屬性名,內(nèi)容概覽,第一節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫概述 第二節(jié) 數(shù)據(jù)庫基本原理 第三節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫的形成和發(fā)展,GIS數(shù)據(jù)庫計算平臺的發(fā)展,集中式 客戶/服務(wù)器模式 分布式,主機,終端,終端,終

13、端,服務(wù)器,客戶端,客戶端,客戶端,服務(wù)器,客戶端,客戶端,客戶端,服務(wù)器,服務(wù)器,空間數(shù)據(jù)模型,柵格模型 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際上就是象元陣列，即象元按矩陣形式的集合， 柵格中的每個象元是柵格數(shù)據(jù)中最基本的信息存儲單元，其坐標位置可以用行號和列號確定。 柵格數(shù)據(jù)中的實體可分為點實體、線實體和面實體。,空間數(shù)據(jù)模型,矢量模型 用一系列有序的x、y坐標對來表示點、線、面等地理實體的空間位置。 可以精確定義地理實體的位置、長度、面積等。 相對于柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)精度高、存儲空間小。 是GIS軟件的主流格式,管理模式的發(fā)展,文件管理 文件和數(shù)據(jù)庫混合管理 全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理 對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)

14、庫管理,管理模式的發(fā)展,研究內(nèi)容 儲存和管理地理空間數(shù)據(jù)（空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)） 地理空間數(shù)據(jù)分類 空間數(shù)據(jù)。和空間位置、空間關(guān)系有關(guān)的數(shù)據(jù)。 屬性數(shù)據(jù)。地理元素中非空間的屬性信息 。 舉例 房籍管理信息系統(tǒng) ?？臻g數(shù)據(jù)包括了土地、房屋的地理坐標，及地上建筑物的分布、方位、朝向等；屬性數(shù)據(jù)則指土地利用狀況、土地、房屋有關(guān)用途、性質(zhì)，以及房屋銷售進度等。,管理模式的發(fā)展,文件管理 用文件系統(tǒng)管理空間和屬性數(shù)據(jù)。 例如：ArcGIS的Shape file 不同的層以及同一層中不同圖形要素類型（點、線、面）,將產(chǎn)生不同的Shape文件，同時對每一個要素自動產(chǎn)生一個特征碼（FeatureID）。,管理模

15、式的發(fā)展,文件和數(shù)據(jù)庫混合管理 屬性數(shù)據(jù)建立在RDBMS上，數(shù)據(jù)存儲和檢索比較可靠、有效； 幾何數(shù)據(jù)采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制方面，比商用數(shù)據(jù)庫要遜色得多。 空間數(shù)據(jù)分開存儲，數(shù)據(jù)的完整性有可能遭到破壞。 GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。,管理模式的發(fā)展,文件和數(shù)據(jù)庫混合管理,早 期,管理模式的發(fā)展,全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理 屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)同時采用關(guān)系式數(shù)據(jù)庫進行管理 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)不必進行煩瑣的連接，數(shù)據(jù)存取較快 屬于間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對象嵌套等復(fù)雜的空間操作 GI

16、S軟件：System9，Small World、Geovision等,管理模式的發(fā)展,全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理,管理模式的發(fā)展,對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理 在標準的關(guān)系數(shù)據(jù)庫上增加空間數(shù)據(jù)管理層，對空間對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行了預(yù)先定義，定義了操作點、線、面等空間對象的API函數(shù)。 解決了空間數(shù)據(jù)變長記錄的存儲問題，由數(shù)據(jù)庫軟件商開發(fā)，效率較高。 用戶不能根據(jù)GIS要求進行空間對象的再定義，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能任意定義。 GIS軟件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等,管理模式的發(fā)展,對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理,管理模式的發(fā)展,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理 面向?qū)ο螅∣bject-Oriented，OO）的概念起源于面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。 引入對象、對象類、方法、實例等概念和術(shù)語，采用動態(tài)聯(lián)編和單繼承性機制。 基本出發(fā)點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。,管理模式的發(fā)展,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫基本概念 對象：是對客觀世界實體的抽象描