1、地圖數(shù)據(jù)庫原理與技術(shù),2,第四章,地圖數(shù)據(jù)模型,3,空間數(shù)據(jù)模型：不同的模型下有不同的空間要素認(rèn)知、抽象和表達(dá)方式以及不同的空間關(guān)系定義。 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：不同空間數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)和表達(dá)方式。 空間數(shù)據(jù)組織：大量計(jì)算機(jī)化的空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理方式。,4,主要內(nèi)容:,模型概念 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法 空間數(shù)據(jù)模型 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 地圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織與管理,5,4.1 模型概念,一、數(shù)據(jù)抽象 二、模型 三、模型分類 四、地圖模型,6,一、數(shù)據(jù)抽象 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是面向計(jì)算機(jī)的，而應(yīng)用是面向現(xiàn)實(shí)世界的，兩個(gè)世界存在著很大差異，要直接將現(xiàn)實(shí)世界中的語義映射到

2、計(jì)算機(jī)世界是十分困難的，因此引入一個(gè)信息世界作為現(xiàn)實(shí)世界通向計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的橋梁。 一方面，信息世界是對現(xiàn)實(shí)世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實(shí)世界中抽取出能反映現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的概念和基本關(guān)系;另一方面，信息世界中的概念和關(guān)系，要以一定的方式映射到計(jì)算機(jī)世界中去，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上最終實(shí)現(xiàn)。信息世界起到了承上啟下的作用。,4.1 模型概念,7,4.1 模型概念,8,4.1 模型概念,二、模型 1. 定義 模型是對現(xiàn)實(shí)世界的表達(dá)或描述，是現(xiàn)實(shí)世界的本質(zhì)反映或科學(xué)抽象，可反映事物的固有特征及其相互聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2. 模型特點(diǎn),用能理解的東西表示希望了解的東西 模型不等于被描述的對象 是一種普遍采用的科學(xué)研究的方法,9,

3、模型舉例：,4.1 模型概念,10,模型舉例：,4.1 模型概念,11,4.1 模型概念,三、模型分類 1. 模擬模型 模擬模型以連續(xù)的方式表示對象。,二維的,12,4.1 模型概念,2. 數(shù)字模型 用離散的、數(shù)學(xué)的方法表示原型。 數(shù)學(xué)模型 用數(shù)學(xué)的形式語言來描述對象。 數(shù)據(jù)模型 是關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織形式的表示， 是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中較教高層次的數(shù)據(jù)描述，它獨(dú)立于任何的DBMS。,13,。,4.1 模型概念,14,概念數(shù)據(jù)模型 按用戶的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)和信息建模。用于組織信息世界的概念，表現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)世界中抽象出來的事物以及它們之間的聯(lián)系。這類模型強(qiáng)調(diào)其語義表達(dá)能力，概念簡單、清晰，易于用戶理解。

4、它是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的抽象，是用戶與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行交流的語言。如E-R模型。,4.1 模型概念,15,結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 從計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)建模。是信息世界中的概念和聯(lián)系在計(jì)算機(jī)世界中的表示方法。一般有嚴(yán)格的形式化定義，以便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。如層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ汀?4.1 模型概念,16,4.1 模型概念,每一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫都由一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型來定義，數(shù)據(jù)模型最終成為一組被命名的邏輯數(shù)據(jù)單位以及它們之間的邏輯聯(lián)系所組成的全體； 每一種模型以不同的數(shù)據(jù)抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式； 建模的目的是以最佳的方式反映本部門的業(yè)務(wù)對象及

5、信息流程，或以最佳的方式為用戶提供訪問數(shù)據(jù)庫的邏輯接口。,17,4.1 模型概念,四、地圖模型 地圖模型是建立在嚴(yán)格數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的現(xiàn)實(shí)世界表象的模擬模型，具有物質(zhì)模型和概念模型兩個(gè)方面的特點(diǎn)。 物質(zhì)模型 地圖與它所反映的客觀世界在結(jié)構(gòu)上存在著極大的相似性，人們可以利用這個(gè)模型來分析、觀察和認(rèn)識(shí)客觀世界及其聯(lián)系，還可進(jìn)行分析、量算。,18,4.1 模型概念,概念模型 地圖是客觀世界的一種科學(xué)抽象，地圖上的內(nèi)容是經(jīng)過制圖者思維加工的，有一定的主觀因素，用途的不同，觀察的角度不同，同一客觀存在會(huì)有不同的概念模型。 數(shù)字地圖是一種數(shù)據(jù)模型，是用各種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述客觀世界的。組織地圖數(shù)據(jù)的方式是多

6、種多樣的，因而地圖的數(shù)據(jù)模型有不同的形式。建立合適的地圖數(shù)據(jù)模型，是地圖數(shù)據(jù)庫必須解決的重要問題。,19,4.1 模型概念,地圖數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)是確定地圖數(shù)據(jù)和表示方法，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式及數(shù)據(jù)文件的組織方式。,20,4.2 數(shù)據(jù)模型,一、概念數(shù)據(jù)模型 二、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 三、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例 四、關(guān)系數(shù)據(jù)庫,21,一、概念數(shù)據(jù)模型 1976年，P.P.S.Chen提出-模型（Entity-Relationship Model），用-圖來描述概念模型。 觀點(diǎn)：世界是由一組稱作實(shí)體的基本對象和這些對象之間的聯(lián)系構(gòu)成的。,4.2 數(shù)據(jù)模型,22,實(shí)體(Entity)： 客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫

7、實(shí)體。 如學(xué)生張三、工人李四、計(jì)算機(jī)系、數(shù)據(jù)庫概論。 屬性(Attribute)： 實(shí)體所具有的某一特性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。 例如，學(xué)生可由學(xué)號、姓名、年齡、系、年級等組成。 域(Domain)： 屬性的取值范圍。 例如，性別的域?yàn)椋?、女），月份的域?yàn)榈降恼麛?shù)。,4.2 數(shù)據(jù)模型,23,實(shí)體型(Entity Type)： 實(shí)體名與其屬性名集合共同構(gòu)成實(shí)體型。 例，學(xué)生（學(xué)號、姓名、年齡、性別、系、年級）。 注意實(shí)體型與實(shí)體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個(gè)特例。 如(9808100，王平，21，男，計(jì)算機(jī)系，2)是一個(gè)實(shí)體。 實(shí)體集(Entity Set)： 同型實(shí)體的集合稱為

8、實(shí)體集。 如全體學(xué)生。,4.2 數(shù)據(jù)模型,24,碼(Key)： 能唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性或?qū)傩越M稱作超碼。 超碼的任意超集也是超碼。 其任意真子集都不能成為超碼的最小超碼稱為候選碼。 從所有候選碼中選定一個(gè)用來區(qū)別同一實(shí)體集中的不同實(shí)體，稱作主碼。 一個(gè)實(shí)體集中任意兩個(gè)實(shí)體在主碼上的取值不能相同。 如學(xué)號是學(xué)生實(shí)體的碼。 通訊錄（姓名，郵編，地址，電話，Email，BP）,4.2 數(shù)據(jù)模型,25,聯(lián)系(Relationship)： 實(shí)體之間的相互關(guān)聯(lián)。 如學(xué)生與老師間的授課關(guān)系，學(xué)生與學(xué)生間有班長關(guān)系。 聯(lián)系也可以有屬性，如學(xué)生與課程之間有選課聯(lián)系，每個(gè)選課聯(lián)系都有一個(gè)成績作為其屬性。 同類聯(lián)系的

9、集合稱為聯(lián)系集。 聯(lián)系的種類 實(shí)體之間的聯(lián)系的數(shù)量，即一個(gè)實(shí)體通過一個(gè)聯(lián)系集能與另一實(shí)體集相關(guān)聯(lián)的實(shí)體的數(shù)目。 可以有一對一的（1:1），一對多的（1:m），多對多的（m:n）幾種情況。,4.2 數(shù)據(jù)模型,26,設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集E1， E2 一對一： E1中的一個(gè)實(shí)體與E2中至多一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，并且 E2中的一個(gè)實(shí)體與E1中至多一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。 如“職工”與“部門”之間的“管理”聯(lián)系（假定每個(gè)部門只有一個(gè)經(jīng)理，一個(gè)職工不能兼任兩個(gè)部門經(jīng)理。 一對多： E1中的一個(gè)實(shí)體與E2中n（n0）個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，并且 E2中的一個(gè)實(shí)體與E1中至多一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。 如“教師”和“學(xué)生”之間的“班主任”聯(lián)系。 多

10、對多： E1中的一個(gè)實(shí)體與E2中n（n0）個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，并且 E2中的一個(gè)實(shí)體與E1中m（m0）一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系。 如“學(xué)生”和“課程”之間的“選修”聯(lián)系。,4.2 數(shù)據(jù)模型,27,學(xué)生,課程,選修,學(xué)號,姓名,系別,課程名,先修課,主講老師,成績,矩形表示實(shí)體集，在框內(nèi)寫上實(shí)體名,橢圓表示實(shí)體的屬性,無向邊把實(shí)體與其屬性連接起來,菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系,將參與聯(lián)系的實(shí)體用線段連接,學(xué)生選修課程,m,n,聯(lián)系的 數(shù)量,4.2 數(shù)據(jù)模型,28,二、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的三要素：,4.2 數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)的約束條件,29,1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，即組成數(shù)據(jù)庫 的對象類

11、型。包括： 數(shù)據(jù)本身：類型、內(nèi)容、性質(zhì)。如網(wǎng)狀模型中 的數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄，關(guān)系模型中的域、 屬性，關(guān)系等。 數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系：例如網(wǎng)狀模型中的系型 （Set Type） 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中一般按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。,4.2 數(shù)據(jù)模型,30,描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即對數(shù)據(jù)庫中對象的實(shí)例允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及操作規(guī)則。一般有檢索、更新（插入、刪除、修改）操作。 數(shù)據(jù)模型要定義操作含義、操作符號、操作規(guī)則，以及實(shí)現(xiàn)操作的語言。,4.2 數(shù)據(jù)模型,2.數(shù)據(jù)操作,3.數(shù)據(jù)的約束條件,數(shù)據(jù)的約束條件是完整性規(guī)則的集合，規(guī)定數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)變化所應(yīng)滿足的條件，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。,31,三

12、、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例,4.2 數(shù)據(jù)模型,層次模型 網(wǎng)狀模型 關(guān)系模型,32,用樹結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型叫層次模型。 樹由節(jié)點(diǎn)和連線組成，節(jié)點(diǎn)代表實(shí)體型，連線表示兩實(shí)體型間的一對多聯(lián)系。 樹有以下特性： 每棵樹有且僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)稱為樹的根（Root）。 樹中的其它節(jié)點(diǎn)都有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)。,4.2 數(shù)據(jù)模型,1.層次模型,33,4.2 數(shù)據(jù)模型,34,優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 支持的聯(lián)系種類太少，只支持二元一對多聯(lián)系。 數(shù)據(jù)操縱不方便，子結(jié)點(diǎn)的存取只能通過父結(jié)點(diǎn)來進(jìn)行。 代表產(chǎn)品： IBM的IMS數(shù)據(jù)庫，1969年研制成功。,4.2 數(shù)據(jù)模型,35,是一個(gè)滿足下列條件

13、的有向圖： 可以有一個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn)。 至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的父節(jié)點(diǎn)（排除樹結(jié)構(gòu)）。,4.2 數(shù)據(jù)模型,2.網(wǎng)狀模型,36,特點(diǎn)： 表達(dá)的聯(lián)系種類豐富。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 DBTG報(bào)告： 1969年，由美國CODASYC（Conference On Data System Language，數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)商會(huì)）下屬的DBTG（Data Base Task Group）組提出，確立了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念、方法、技術(shù)。,4.2 數(shù)據(jù)模型,37,用二維表來表示實(shí)體及其相互聯(lián)系,4.2 數(shù)據(jù)模型,3.關(guān)系模型：,38,優(yōu)點(diǎn)： 簡單，表的概念直觀，用戶易理解。 非過程化的數(shù)據(jù)請求，數(shù)據(jù)請求可以不指明路

14、徑。 數(shù)據(jù)獨(dú)立性，用戶只需提出“做什么”，無須說明“怎么做”。 堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。,4.2 數(shù)據(jù)模型,39,四、關(guān)系數(shù)據(jù)庫,4.2 數(shù)據(jù)模型,在上述三種數(shù)據(jù)模型中，由于關(guān)系模型概念簡單、清晰，用戶易懂易用，有嚴(yán)格的關(guān)系數(shù)據(jù)理論支持，簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作，因而關(guān)系模型在誕生以后發(fā)展迅速，很快就成為深受用戶歡迎的數(shù)據(jù)模型。目前市面上比較流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如ORACLE，SYBASE，SQL SERVER，F(xiàn)oxPro等均為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。,40,關(guān)系數(shù)據(jù)庫是以關(guān)系模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫。關(guān)系模型由三部分組成： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：在關(guān)系模型中，無論是實(shí)體還是實(shí)體之間的聯(lián)系均由單一的結(jié)構(gòu)類型即關(guān)系

15、來表示。 關(guān)系操作：關(guān)系代數(shù)（或等價(jià)的關(guān)系演算）中并、交、差、選擇、投影、連接等。關(guān)系語言的特點(diǎn)是高度的非過程化，其操作方式的特點(diǎn)是集合操作，即操作的對象和結(jié)果是集合。,1.基本概念,4.2 數(shù)據(jù)模型,41,關(guān)系完整性：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶自己定義的完整性。實(shí)體完整性是保證數(shù)據(jù)庫中記錄的唯一性，即每個(gè)記錄的主鍵不能為空值也不能與其它記錄的主鍵相同。參照完整性是保證表與表之間語意上的完整性，即當(dāng)一個(gè)表引用在另一個(gè)表中定義的實(shí)體時(shí)，要保證這個(gè)實(shí)體的有效性。這兩種完整性是關(guān)系模型必須滿足的約束條件，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持。而用戶自定義完整性反映了用戶的要求，是用戶自行定義的。,4.2 數(shù)據(jù)模

16、型,42,結(jié)構(gòu)化查詢語言（Structured Query Language，簡稱SQL）的理論是1974年提出的，并在IBM公司的System R上實(shí)現(xiàn)。由于它功能豐富、使用方式靈活、語言簡潔易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)工業(yè)界和用戶中倍受青睞，很快得以推廣。后來，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）先后批準(zhǔn)SQL作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的美國及國際標(biāo)準(zhǔn)。至此，SQL就成為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般都支持標(biāo)準(zhǔn)SQL語句。 SQL雖被稱為“查詢語言”，其功能卻包括查詢、操縱、定義和控制四個(gè)方面，是一個(gè)綜合、通用、功能強(qiáng)大的關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言。,2.結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL),4.2 數(shù)

17、據(jù)模型,43,SQL的功能可以分成以下四類： 數(shù)據(jù)定義：用于定義和修改數(shù)據(jù)庫對象。如CREATE TABLE（創(chuàng)建表）、DROP TABLE（刪除表）等。 數(shù)據(jù)操縱：對數(shù)據(jù)的增、刪、改和查詢操作。如SELECT（查詢數(shù)據(jù)）、INSERT（插入記錄）、DELETE（刪除記錄）、UPDATE（修改數(shù)據(jù)）等。 數(shù)據(jù)庫控制：控制用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限。如GRANT（授予權(quán)利）、REVOKE（取消權(quán)利）等。 事務(wù)控制：控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)事務(wù)的運(yùn)行。如COMMIT（事務(wù)提交），ROLLBACK（事務(wù)回滾）等。,4.2 數(shù)據(jù)模型,44,SQL有如下幾個(gè)比較突出的優(yōu)點(diǎn)： 一體化：SQL可以完成包括數(shù)據(jù)庫定義、修改

18、、刪除、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)查詢等數(shù)據(jù)庫生命周期中的全部活動(dòng)，給用戶使用帶來很多方便。 靈活：SQL有兩種使用方式。一種是聯(lián)機(jī)交互使用，另一種是嵌入某種高級程序設(shè)計(jì)語言的程序中。這兩種方式的語法結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的。這樣既給用戶帶來了靈活的選擇余地，又不會(huì)帶來不一致的困擾。 高度非過程化：與高級編程語言相比，SQL對數(shù)據(jù)庫的操作方面是非常有優(yōu)勢的。使用SQL用戶只需提出“做什么”，不用了解實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，復(fù)雜的過程均由系統(tǒng)自動(dòng)完成。 語言簡潔，易學(xué)易用。,4.2 數(shù)據(jù)模型,45,為使數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法走向完備，人們提出了規(guī)范化理論。規(guī)范化可以使關(guān)系的結(jié)構(gòu)簡化，更加有規(guī)律，盡量減少存儲(chǔ)冗余，使數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)得更為合理。規(guī)

19、范化的目的可以概括為以下幾點(diǎn)： 保證庫中每一個(gè)分量都不可再分 消除冗余存儲(chǔ)，簡化檢索操作 消除插入異常和刪除異常 關(guān)系數(shù)據(jù)的規(guī)范化理論涉及到以下兩個(gè)問題： 數(shù)據(jù)依賴 規(guī)范化問題考慮的基本出發(fā)點(diǎn)在于一個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)項(xiàng)之間存在數(shù)據(jù)依賴問題。它是現(xiàn)實(shí)世界屬性間相互聯(lián)系的抽象。關(guān)系中數(shù)據(jù)項(xiàng)之間存在兩種依賴關(guān)系：函數(shù)依賴和多值依賴。,3.關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論,4.2 數(shù)據(jù)模型,46,范式 范式是對關(guān)系的不同數(shù)據(jù)依賴程度的要求。 通過模式分解將一個(gè)低級范式轉(zhuǎn)換為若干個(gè)高級范式的過程稱作規(guī)范化（概念的純粹化）。 通常我們按屬性間情況來區(qū)分關(guān)系規(guī)范化的程度為：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3

20、NF）、修正的第三范式（BCNF）、第四范式（4NF）。 范式之間的關(guān)系如下圖所示：,4.2 數(shù)據(jù)模型,47,4.2 數(shù)據(jù)模型,48,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,一、RDBMS的局限 二、面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合 三、DBMS分類矩陣 四、對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫 五、OODBMS vs ORDBMS,49,一、RDBMS的局限,表達(dá)能力有限 RDB的基本結(jié)構(gòu)是二維表，是一種平面結(jié)構(gòu)，無法表達(dá)嵌套的信息結(jié)構(gòu)。 在CAD等系統(tǒng)中，嵌套大量存在，如機(jī)器由很多部件構(gòu)成，每個(gè)部件又由多個(gè)零件構(gòu)成。 嵌套的平面化可以通過模式分解和連接運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。 連接在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中是十分低效的運(yùn)算。,4.3 數(shù)據(jù)

21、庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,50,類型有限 RDB的類型是系統(tǒng)內(nèi)置的，用戶只能使用固定的幾種。 新的應(yīng)用需要靈活的類型機(jī)制，DBMS應(yīng)該能夠支持用戶定義適合自己應(yīng)用的數(shù)據(jù)類型。 類型：數(shù)據(jù)抽象的一種方式，是一組值的集合以及在這組值上的操作。 提供一組內(nèi)在的數(shù)據(jù)類型，如整數(shù)、字符等。 提供定義新的數(shù)據(jù)類型的手段。數(shù)組：聚合同類型數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)：聚合不同類型數(shù)據(jù)。 類型檢查,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,51,結(jié)構(gòu)與行為的分離 RDB中存儲(chǔ)的只是實(shí)體的數(shù)據(jù)，而實(shí)體的行為則交由應(yīng)用程序來編碼實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體除了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之外，同時(shí)還有其自身的行為。如學(xué)生應(yīng)該具有選課的行為。 實(shí)體的行為也

22、是實(shí)體的屬性，應(yīng)當(dāng)同實(shí)體緊密結(jié)合，由應(yīng)用來維護(hù)是不適合的。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,52,版本與長事務(wù) 多版本支持 有些應(yīng)用如CAD、CASE，需要表示單個(gè)實(shí)體的多個(gè)不同時(shí)期的版本，以便進(jìn)行比較和重新設(shè)計(jì)。要求DBMS能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的多個(gè)版本，并建立自然、方便的管理機(jī)制。目前的RDBMS沒有哪一個(gè)能夠支持。 長事務(wù) 當(dāng)前的有些應(yīng)用需要鎖住某些數(shù)據(jù)一整天甚或幾個(gè)星期，以便進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。這與傳統(tǒng)的短事務(wù)（數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)提交）有很大不同。傳統(tǒng)的事務(wù)管理機(jī)制已不再適合這種要求，需要新的數(shù)據(jù)一致性維護(hù)機(jī)制。 只有版本問題解決得好，長事務(wù)的處理才有希望。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的

23、結(jié)合,53,面向?qū)ο蠓椒?面向?qū)ο蠹夹g(shù)引入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中 面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合的途徑,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,二、面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合,54,1.面向?qū)ο蠓椒?基本思想：從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（對象）出發(fā)，以盡可能接近人類思維的方式建立模型，對客觀事物進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和行為模擬。 基本概念：對象、屬性、方法、消息、封裝、類、繼承、多繼承等。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,55,對象：系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個(gè)實(shí)體，它是構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)基本單位。一個(gè)對象由一組屬性和對這組屬性進(jìn)行操作的一組方法構(gòu)成。 屬性：用來描述對象靜態(tài)特征的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。 方法：用來描

24、述對象動(dòng)態(tài)特征的一個(gè)操作序列。 消息：用來請求對象執(zhí)行某一操作或回答某些信息的要求。 封裝：一種信息隱蔽技術(shù)。對象本身就是一種封裝，把一組屬性和對這組屬性進(jìn)行的操作結(jié)合成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單位，并盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,56,類：具有相同屬性和方法的一組對象的集合，它為屬于該類的全部對象提供了統(tǒng)一的抽象描述。 繼承：類構(gòu)成特殊化層次（is-a 聯(lián)系）。Is-a 聯(lián)系中子類的對象擁有其超類的對象的全部屬性和方法，稱做子類對超類的繼承。 多繼承：一個(gè)類從多個(gè)超類中繼承屬性和方法的能力。 對象包含：一個(gè)（或一些）對象是另一個(gè)對象的組成成分（is-part-of

25、 聯(lián)系） 。包含其他對象的對象稱為復(fù)雜對象或復(fù)合對象。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,57,對象包含舉例：,車輪,車閘,齒輪,車架,輻條,輪框,輪胎,閘盒,傳桿,閘線,一個(gè)構(gòu)件可以包含其它構(gòu)件。 包含其它對象的對象稱為復(fù)合對象或復(fù)雜對象。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,58,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,59,2.面向?qū)ο蠹夹g(shù)引入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中 數(shù)據(jù)庫的新應(yīng)用領(lǐng)域：,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 計(jì)算機(jī)輔助軟件工程（CASE） 多媒體數(shù)據(jù)庫 辦公信息系統(tǒng)（OIS） 超文本數(shù)據(jù)庫,60,應(yīng)用的新需求：,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο?/p>

26、技術(shù)的結(jié)合,面向?qū)ο蠹夹g(shù)給數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)帶來的好處：,模擬復(fù)雜對象 模擬對象的復(fù)雜行為,復(fù)雜對象構(gòu)造能力使得對于客觀世界的模擬能力強(qiáng)，方式自然。 封裝性向開發(fā)人員和最終用戶屏蔽復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 繼承性使得數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和應(yīng)用編程成為可重用的。,61,3.面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合的途徑,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,90年代中后期的研究和市場狀況 很多研究成果 若干商品化系統(tǒng) 市場份額小 應(yīng)用較局限,62,擴(kuò)充關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 持久化程序設(shè)計(jì)語言 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工具包/部件,對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) Illustra, UniSQL, ,標(biāo)準(zhǔn)草案ODMG- 93, Gemst

27、one, ObjectStore, O2, 商品化現(xiàn)狀比預(yù)期的差,若干研究成果，但已很少有人用這樣的系統(tǒng),4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,63,如何將面向?qū)ο蟾拍钆c數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)合起來？ 兩條途徑： 將面向?qū)ο蟾拍钭鳛楦拍钤O(shè)計(jì)階段工具 將面向?qū)ο蟾拍罱Y(jié)合到數(shù)據(jù)庫操縱語言中 擴(kuò)展SQL 在SQL中增加復(fù)雜類型和面向?qū)ο筇卣鳌?持久化程序設(shè)計(jì)語言 對某種現(xiàn)行的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言進(jìn)行擴(kuò)展。 3W-Who Will Win？,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,64,三、DBMS分類矩陣,DBMS有哪些不足？ 代價(jià)高 性能低 如何取舍？ 定律：殺雞不要用牛刀,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹?/p>

28、術(shù)的結(jié)合,65,簡單數(shù)據(jù),復(fù)雜數(shù)據(jù),無查詢,有查詢,DBMS應(yīng)用分類矩陣,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,66,應(yīng)用實(shí)例：正文處理系統(tǒng)，如word，wps等。 應(yīng)用對DBMS的需求： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：任意長度的字符串。 數(shù)據(jù)處理方式：打開一個(gè)文件，其內(nèi)容被拷貝到內(nèi)存，然后對它進(jìn)行編輯，定期將內(nèi)存中拷貝保存到磁盤上。沒有查詢需求。 DBMS：操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng),4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,67,應(yīng)用實(shí)例：公司的職工信息、部門信息管理。 SQL語句建表，屬性均為SQL標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型。 應(yīng)用對DBMS的需求： 查詢語言：SQL-89、SQL-92 應(yīng)用開發(fā)工具：表格工具、報(bào)表工具、菜單

29、工具等 并發(fā)控制、故障恢復(fù)、事務(wù)管理、安全性、完整性等 安全性/體系結(jié)構(gòu)：DBMS必須在一個(gè)與客戶應(yīng)用分離開的地址空間中運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫文件只能由DBMS存取。 DBMS：RDBMS,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,2,簡單數(shù)據(jù) + 有查詢,68,應(yīng)用實(shí)例：公司實(shí)驗(yàn)室空間管理，每個(gè)職工安排在 一個(gè)小方格內(nèi)。職工經(jīng)過一定時(shí)期的變 動(dòng)之后，需要重新安排。,應(yīng)用對DBMS的需求： 對象的持久存儲(chǔ)，無查詢要求 開發(fā)工具：可以用程序設(shè)計(jì)語言工具包 性能：希望保持非持久存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)語言的性能 DBMS：OODBMS,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,3,復(fù)雜數(shù)據(jù) + 無查詢,69,應(yīng)用實(shí)例：加洲

30、水資源管理，管理各種水道幻燈片， 按內(nèi)容存取。,應(yīng)用對DBMS的需求： 查詢語言：至少需要允許用戶定義的函數(shù)和操作符 應(yīng)用開發(fā)工具：與DBMS集成在一起的可視化工具 對查詢性能的要求：各種優(yōu)化（執(zhí)行次序、預(yù)計(jì)算、 空間存取方法等） DBMS：ORDBMS,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,4,復(fù)雜數(shù)據(jù) + 有查詢,70,簡單數(shù)據(jù),復(fù)雜數(shù)據(jù),無查詢,有查詢,對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫是下一個(gè)大浪潮,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,71,對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本特性 管理復(fù)雜數(shù)據(jù) =對象建模 有效地支持查詢 =SQL超集 SQL環(huán)境中對基本類型擴(kuò)充的支持 SQL環(huán)境中對復(fù)雜對象的支持 SQL環(huán)境

31、中對繼承性的支持 對規(guī)則系統(tǒng)的支持 對大量用戶、大量數(shù)據(jù)的支持,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,四、對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫,72,對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫是發(fā)展的大趨勢 技術(shù)優(yōu)勢：對面向?qū)ο筇匦缘娜嬷С郑?以關(guān)系模型和SQL為基礎(chǔ)， 共同遵循的SQL:1999標(biāo)準(zhǔn)。 應(yīng)用的推動(dòng)：新的多媒體應(yīng)用的計(jì)算機(jī)化， 傳統(tǒng)的商務(wù)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的 深入發(fā)展。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,73,基本出發(fā)點(diǎn)： OODBMS試圖往程序設(shè)計(jì)語言中增加DBMS功能。 ORDBMS試圖往RDBMS中增加更豐富的數(shù)據(jù)類型。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,四、 OODBMS vs ORDBMS,74,主要區(qū)別

32、： OODBMS試圖實(shí)現(xiàn)與C+，Java，Smalltalk等語言的無縫集成； 而無縫集成不是ORDBMS 的主要目標(biāo)， SQL:1999支持將SQL嵌入到宿主語言中。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,75,OODBMS主要定位于支持以對象為中心的應(yīng)用，即典型的用戶對話包括從數(shù)據(jù)庫中檢索若干個(gè)對象，然后對它們進(jìn)行長時(shí)間的加工，相對地較少從數(shù)據(jù)庫中?。ū灰玫模ο螅瑢ο罂赡芎艽?，需要研究將對象分部分地讀取和進(jìn)行緩沖的技術(shù)，事務(wù)通常是長事務(wù)； ORDBMS 主要定位于支持需要對很大的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訪問的應(yīng)用，盡管數(shù)據(jù)集中的對象結(jié)構(gòu)可以很復(fù)雜，對象可以很大，需要研究的仍然是有效地支持頻繁的磁盤

33、訪問， 和短事務(wù)的并發(fā)控制，故障恢復(fù)等。,4.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合,76,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,一、幾何數(shù)據(jù)的表示 二、屬性數(shù)據(jù)的表示 三、關(guān)系數(shù)據(jù)的表示 四、地名數(shù)據(jù)的表示,77,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,一、幾何數(shù)據(jù)的表示 1. 矢量形式處理圖形數(shù)據(jù) 點(diǎn)用一對坐標(biāo)定義； 曲線離散成一系列點(diǎn)， 用一串坐標(biāo)對定義； 面狀要素由輪廓范圍 表示。,78,4. 4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,一、幾何數(shù)據(jù)的表示 2. 柵格形式處理圖形、圖像數(shù)據(jù) 點(diǎn)用其定位點(diǎn)所在的 單一象素坐標(biāo)表示； 線用中心軸線上的一 個(gè)像素到達(dá)相鄰另一 個(gè)像素的惟一一條途 徑的像素組來表示。,79,表示相鄰像

34、素的方法有：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,80,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,一、幾何數(shù)據(jù)的表示 3. 兩種形式之間的轉(zhuǎn)換 矢轉(zhuǎn)柵確定柵格大小 柵轉(zhuǎn)矢選擇細(xì)化方法 剝皮法 骨架圖法,81,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,二、屬性數(shù)據(jù)的表示 對地理要素進(jìn)行語義定義，多采用計(jì)算機(jī)能夠接收的字符編碼形式 1. 信息的分類分級 信息分類的基本原則：,可擴(kuò)展,82,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,信息分類的基本方法: 線分類法（等級分類法） 優(yōu)點(diǎn)： 容量大，層次性好， 邏輯關(guān)系明確，與手 工方法類似，方便， 易于計(jì)算機(jī)處理。 缺點(diǎn)： 分類結(jié)構(gòu)不易改動(dòng)， 效率低，分類層次多 時(shí)代碼數(shù)位長，影響處理速度。,8

35、3,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,信息分類的基本方法: 面分類法 優(yōu)點(diǎn)： 彈性大，一個(gè)面內(nèi)類 目的改變不影響其它 面；適應(yīng)性強(qiáng)，可依 需組合類目，便于計(jì) 算機(jī)處理；易于添加 修改類目。 缺點(diǎn)： 不能充分利用容量。,將給定的分類對象按選定的若干屬性或特征分成彼此之間互不依賴、互不相干的若干個(gè)面，每個(gè)面中又可分成許多彼此獨(dú)立的若干個(gè)類目。使用時(shí)，可依據(jù)需要將這些面中的類、目組合在一起，形成復(fù)合類目。,84,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,信息分級方法: 區(qū)分事物數(shù)量上的差別，進(jìn)一步簡化統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的一種方法。分級的多少?zèng)Q定綜合程度的大小。 分級解決的主要問題是確定分級數(shù)和分級界限。跟據(jù)用途、比例尺、目視

36、分辨率、人的長期記憶等因素，分級數(shù)多在4-7級之間。,85,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,分級界線的確定,等級間隔分級； 自然裂點(diǎn)法； 按正態(tài)分布參數(shù)分級； 按嵌套平均值分級； 按面積等梯級分級； 用聚類分析方法分級； 最優(yōu)分割 ,方法滿足： 每級內(nèi)有數(shù)據(jù)； 每個(gè)數(shù)據(jù)都屬 某一個(gè)級； 級內(nèi)差異盡量 小，級間差異 盡量大； 分級界線變化 有規(guī)律。,86,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,2. 信息的編碼 確定信息代碼的方法和過程叫編碼。代碼是一個(gè)或一組有序的易于為計(jì)算機(jī)或人識(shí)別與處理的符號。 編碼的基本原則：,87,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,88,代碼的類型：,數(shù)字型 字母型 混合型,結(jié)構(gòu)簡單，

37、使用方便，排序容易，對分類對象特征的描述不直觀,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,代碼容量大，便于識(shí)別、記憶,兼有上述兩者優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、直觀，但組成形式復(fù)雜,89,4 1 0 1 0 0,表示?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）,表示省轄市（地區(qū)、州、盟及國家直轄市所屬市轄區(qū)和縣的匯總碼）。其中01-20，51-70表示省直轄市；21-50表示地區(qū)（州，盟）,表示縣（市轄區(qū)、地割市、省直轄縣級市、旗）。其中01-18表示市轄區(qū)或地轄區(qū)；21-80表示縣（旗）；81-99表示省直轄縣級市,編碼方法舉例1：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,行政區(qū)劃代碼 （GB2260-91） 格式：用六位數(shù)字代碼按層次分別表示?。ㄗ?/p>

38、治區(qū)、直轄市）、地區(qū)（市、州、盟）、縣（區(qū)、市、旗）的名稱。,鄭州市,90,我國土地利用信息分類，采用三位整數(shù)編碼表示。百位數(shù)表示第一級分類，十位數(shù)表示第二級分類，個(gè)位數(shù)表示第三級分類。 例如，第一級耕地編碼為100，耕地中的第二級水澆地編碼為120，耕地中的第三級平地旱地編碼為131。,編碼方法舉例2：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,土地利用分類編碼,91,數(shù)字制圖對地圖信息的編碼也常采用字符或數(shù)字代碼。通常，編碼可以視用途決定其規(guī)模，比如以制圖為目的數(shù)字制圖，可以是采用簡單編碼方案，而地圖數(shù)據(jù)庫要用于信息查詢，應(yīng)盡量詳細(xì)表示信息，編碼就比較復(fù)雜，一種簡單的編碼方案是采用三級、六位整數(shù)代碼描

39、述地圖要素。,編碼方法舉例3：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,數(shù)字制圖常用編碼方法,92,第一級表示地圖要素類別。可以按相應(yīng)地圖圖式，將地圖要素分成水系、居民地、交通網(wǎng)、境界、地貌、植被和其它要素七類，分別用六位編碼的前兩位依次由01至07定義。這保留了傳統(tǒng)的地圖符號分類結(jié)構(gòu)，便于用戶檢索、查詢地圖信息。,編碼方法舉例3：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,數(shù)字制圖常用編碼方法,93,第二級表示要素幾何類型，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。將每類要素按點(diǎn)，線，面劃分，分別用六位編碼的中間兩位數(shù)，劃分為三個(gè)區(qū)間表示。其中00-39作為點(diǎn)符的區(qū)間，4069作為線符區(qū)間，7099用來定義面符。劃分區(qū)間是避免分類層次

40、較多時(shí)，造成編碼位數(shù)較長。 第三級區(qū)分用于要素的某些質(zhì)量特征，這些質(zhì)量特征多用于不同符號表示。如道路的等級：是普通道路還是簡易公路；沙地的形態(tài)：平沙的還是多壟沙地等。在六位編碼中用最低兩位表示。,編碼方法舉例3：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,數(shù)字制圖常用編碼方法,94,這種編碼方按對地圖要素符號具有定義的唯一性，并且簡單，合理，可以擴(kuò)充，不足之處是不便于記憶，且與圖式符號編號不一一對應(yīng)。這會(huì)影響檢索速度，在該編碼方案中，未包括地理名稱注記，是因?yàn)榈孛衅湎鄬Κ?dú)立性、特殊性，宜單獨(dú)建立地名庫。 因第一級只分了七類，實(shí)際該編碼方按只用五位整數(shù)即可表示。,編碼方法舉例3：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示

41、方法,數(shù)字制圖常用編碼方法,95,數(shù)據(jù)描述 軍用基礎(chǔ)地理信息以完整實(shí)體為對象描述，要素編碼是軍用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的語義描述模型,描述要素的分類、分級；要素的質(zhì)量特征、數(shù)量特征和其它附屬信息歸為要素的屬性數(shù)據(jù)，在屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)中具體描述；要素的空間分布特征和空間相互關(guān)系歸為要素的空間幾何數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)體中描述；要素的一些空間分布特征和空間相互關(guān)系輔助用特殊編碼描述。,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,96,數(shù)據(jù)組織 軍用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)依據(jù)要素編碼的分類進(jìn)行分層組織數(shù)據(jù)；各層屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不相同，每層數(shù)據(jù)具有固定的屬性結(jié)構(gòu)；即具有固定的數(shù)據(jù)項(xiàng)個(gè)數(shù)、每個(gè)

42、數(shù)據(jù)項(xiàng)有固定字節(jié)長度。每層空間幾何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體都包含點(diǎn)、線、面等數(shù)據(jù)。,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,97,分類編碼結(jié)構(gòu) 軍用基礎(chǔ)地理信息要素編碼由6位數(shù)組成；大類碼（兩位）、小類碼（兩位）和順序碼（兩位）。大類碼為要素的分類碼，小類碼為要素的亞分類，順序碼為要素的識(shí)別碼，三部分組成一要素的唯一標(biāo)識(shí)碼；大類碼從11開始編碼至28，10作為特殊編碼區(qū)域；小類碼從01開始編碼，順序碼從00開始編碼，大類碼、小類碼和順序碼都留有足夠的擴(kuò)充編碼的空間，大類碼50-90為自定義擴(kuò)充區(qū)域，小類碼50-90為自定義擴(kuò)充區(qū)域，順序碼60-90為自定義擴(kuò)充區(qū)域。

43、編碼結(jié)構(gòu)如下：,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,98,分類編碼結(jié)構(gòu) ,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,大類碼,順序碼,小類碼,要素分類 基礎(chǔ)地理信息要素共分十八類，每一大類又分為若干小類，分別為：,99,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,11 測量控制點(diǎn) 12 工農(nóng)業(yè)社會(huì)文化設(shè)施 工業(yè) 農(nóng)業(yè) 科學(xué)、文衛(wèi) 政府機(jī)關(guān)駐地 公共服務(wù)設(shè)施 港口管理與服務(wù)機(jī)構(gòu)、設(shè)施 航海信號臺(tái)站 垣柵 其它,13 居民地及附屬設(shè)施 建筑物 街區(qū) 其它建筑物 14 陸地交通 鐵路

44、鐵路車站及附屬設(shè)施 公路 其它道路 附屬建筑物,100,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,15管線 電力線 通信線 管道 17海底地貌與底質(zhì) 深度 海底底質(zhì) 其他 18 礁石、沉船、障礙物 礁石 沉船 障礙物 捕魚設(shè)施,16 水域/陸地 岸線、岸 河流 運(yùn)河、渠道 湖泊、水庫、池塘 水利設(shè)施 其它水系要素 一般堤 防波堤 港口、碼頭 泊位、系泊絞纜設(shè)施 陸地、海洋、島嶼 干出灘,101,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,19 水文 內(nèi)河水文 海流、潮流 強(qiáng)烈水文現(xiàn)象 潮汐、潮信 21 境界與政區(qū) 國界

45、國內(nèi)境界 行政區(qū) 其他界線 23 地磁要素,22 植被 林地 田地 地類界線 20 陸地地貌及土質(zhì) 等高線 地貌高程 雪山地貌 黃土地貌 巖溶地貌 風(fēng)塵地貌 火山地貌 其他地貌,102,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,24 助航設(shè)備及航道 燈光 燈塔、燈樁 活節(jié)式燈樁、裝頂標(biāo)燈樁 水中燈樁 塔形立標(biāo) 格式立標(biāo) 立標(biāo) 水中立標(biāo) 船形燈浮標(biāo) 燈船 大型浮標(biāo),柱形浮標(biāo) 桿形浮標(biāo) 錐形浮標(biāo) 球形浮標(biāo) 罐形浮標(biāo) 桶形浮標(biāo) 特殊標(biāo)志 航海雷達(dá) 無線電 霧號 航道及相關(guān)標(biāo)志,103,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼

46、,25 海上區(qū)域界線 海上管理區(qū) 廢物傾倒區(qū) 錨地 海上限制區(qū) 近海設(shè)施 26 航空要素 機(jī)場 機(jī)場障礙物 導(dǎo)航 空中區(qū)域 27 軍事區(qū)域 28 注記,特殊編碼 幾何關(guān)系編碼 XX 99 90 由面屬性決定的邊線 XX 99 92 要素層背景面 XX 99 97 圖幅內(nèi)強(qiáng)制連接線 XX 99 98 圖幅內(nèi)強(qiáng)制閉合線 XX 99 99 圖邊強(qiáng)制閉合線 XX 為大類類碼 數(shù)據(jù)幾何特征 PG 實(shí)體點(diǎn) PO 有向點(diǎn) PN 結(jié)點(diǎn) LS 折線（直線） LA 曲線（弧線） AA 面,104,編碼方法舉例4：,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,軍用基礎(chǔ)地理信息要素分類與編碼,測量控制點(diǎn) （110000） 描述：測

47、量控制點(diǎn)是指有統(tǒng)一而精確平面、高程坐標(biāo)的用于測量控制的 地面點(diǎn)位。 屬性：編碼、名稱、類型、等級、高程、比高、理論橫坐標(biāo)、理論縱坐標(biāo)。,名 稱：三角點(diǎn) 編 碼: 110101 定 義：三角測量中構(gòu)成三角鎖、網(wǎng)的各三角形的頂點(diǎn)。此指國家等級三 角點(diǎn)。 屬 性：名稱、類型（圖幅、區(qū)域）、等級（一、二、三、四）、高程、 理論橫坐標(biāo)、理論縱坐標(biāo) 注 釋：類型指圖幅最高高程或區(qū)域最高高程。,要素編碼、定義及屬性說明,105,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,三、關(guān)系數(shù)據(jù)的表示 地圖要素并不是孤立的，而是存在著各種各樣的聯(lián)系，有時(shí)這些聯(lián)系是復(fù)雜的。在模擬地圖中，要素間的關(guān)系是借助符號系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，這正是地圖能

48、夠體現(xiàn)出其優(yōu)越性的關(guān)鍵所在。但在數(shù)字地圖中，幾何數(shù)據(jù)只表示了孤立的位置信息，卻并不能體現(xiàn)出關(guān)系信息來，因此必須研究關(guān)系數(shù)據(jù)以表示要素間的聯(lián)系和分布特征。,106,空間實(shí)體的空間位置、關(guān)系和度量的描述是非常重要的?？臻g實(shí)體間的空間關(guān)系可以抽象為點(diǎn)、線、多邊形之間的六種關(guān)系： 點(diǎn)點(diǎn)：重合；分離；一點(diǎn)為其他諸點(diǎn)的集合中心；點(diǎn)為其他諸點(diǎn)的地理中心，等等。 點(diǎn)線：點(diǎn)在線上；線的端點(diǎn)（起點(diǎn)或終點(diǎn)）；線的交點(diǎn)；點(diǎn)與線的分離（可計(jì)算點(diǎn)到線的距離），等等。 點(diǎn)多邊形：點(diǎn)在多邊形內(nèi)（可計(jì)數(shù)和統(tǒng)計(jì)）；點(diǎn)為多邊形的幾何（地理）中心；點(diǎn)在多邊形邊界上；點(diǎn)在多邊形外部，等等。,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,107,線線：

49、重合；相接（首尾相接和順序相接）；相交；相切；并行，等等。 線多邊形：多邊形包含線（可計(jì)算多邊形內(nèi)線的密度）；線穿過多邊形；線環(huán)繞多邊形；線與多邊形分離，等等。 多邊形多邊形：包含；重合；相交（可以劃分子多邊形，進(jìn)行邏輯與、或、非和異或等計(jì)算）；相鄰；分離（計(jì)算距離、引力等），等等。,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,108,上述空間關(guān)系又可以分成三類： 拓?fù)淇臻g關(guān)系 方位空間關(guān)系 度量空間關(guān)系,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,109,拓?fù)淇臻g關(guān)系,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,110,拓?fù)淇臻g關(guān)系描述9交模型,現(xiàn)實(shí)世界中的兩個(gè)實(shí)體A和B：用B(X)表示實(shí)體X的邊界，I(X)表示實(shí)體X的內(nèi)部，用E(

50、X)表示實(shí)體X的外部?；谏鲜龈拍?，Egenhofer在1993年為空間實(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系描述構(gòu)造了“9交空間關(guān)系模型”（9-Intersection Model，9-IM）：,矩陣中每個(gè)元素的取值可為“空”和“非空”，9個(gè)元素共可以產(chǎn)生29 512種情形，即可描述512種空間關(guān)系。,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,111,方位空間關(guān)系指的是空間實(shí)體之間的上下、前后、左右、東西南北等順序關(guān)系?？梢愿鶕?jù)實(shí)體類型分為：多邊形多邊形、多邊形線、多邊形點(diǎn)、線線、線點(diǎn)、點(diǎn)點(diǎn)之間的方位空間關(guān)系。 點(diǎn)點(diǎn)方位空間關(guān)系最好確定，只需計(jì)算兩點(diǎn)連線與某一基準(zhǔn)方向的夾角即可。多邊形點(diǎn)、線點(diǎn)方位空間關(guān)系也可以在一定程度上簡

51、化為點(diǎn)點(diǎn)方位空間關(guān)系。 其余方位空間關(guān)系的計(jì)算就相對復(fù)雜得多了，目前尚未有很好的解決辦法。,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,方位空間關(guān)系,112,基本度量空間關(guān)系指的是空間實(shí)體之間的距離，在此基礎(chǔ)上，還可以構(gòu)造出實(shí)體群之間的度量關(guān)系。距離度量有不同的計(jì)算方式：大地測量距離、曼哈頓距離（經(jīng)度差加上緯度差）、時(shí)間距離等。 此外，還有其他的一些空間量算的指標(biāo)： 幾何指標(biāo)：位置、距離、面積、體積形狀、方位等 自然地理參數(shù)：坡度、坡向、地表輻射度、地形起伏度、通達(dá)度等 人文地理指標(biāo)：交通便利程度、吸引范圍、人口密度等,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,度量空間關(guān)系,113,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,空間關(guān)

52、系應(yīng)用,114,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,空間關(guān)系應(yīng)用,115,4. 4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,空間關(guān)系應(yīng)用,116,4.4 地圖數(shù)據(jù)基本表示方法,四、地名數(shù)據(jù)的表示 地名可作為地圖要素的屬性內(nèi)容表示，但因地名數(shù)據(jù)本身具有分類分級特點(diǎn)及更為廣泛的用途，因而采用單獨(dú)的編碼系統(tǒng)表示。 地名用地名編碼和漢字代碼共同組成。地名可依據(jù)其注記的地圖要素分類，漢字代碼應(yīng)使用國標(biāo)，如GB2312-80。,117,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,一、柵格模型 二、對象模型 三、網(wǎng)絡(luò)模型 四、時(shí)空模型,118,現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)模型主要有三個(gè)： 柵格模型：強(qiáng)調(diào)空間要素的連續(xù)性 基于對象的模型：強(qiáng)調(diào)空間要素的離散性 網(wǎng)絡(luò)模型

53、：強(qiáng)調(diào)空間要素的交互 上述三種模型主要是針對二維平面進(jìn)行建模的，已經(jīng)很成熟。但隨著應(yīng)用需求的變化，空間數(shù)據(jù)模型要求能夠反映三維立體和時(shí)間維特征： 三維空間數(shù)據(jù)模型 時(shí)空數(shù)據(jù)模型,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,119,柵格模型的主要特點(diǎn)就是用二維劃分覆蓋整個(gè)連續(xù)空間。劃分可以是規(guī)則的或不規(guī)則的，通常是采用正多邊形作為劃分的單位，如三角形、方格、六邊形等。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,一、柵格模型,120,柵格模型把空間看作像元的劃分，每個(gè)像元都記錄了所在位置的某種現(xiàn)象，用像元值表示。該值可以表示一個(gè)確定的現(xiàn)象，也可以是一種模糊的現(xiàn)象。但一個(gè)像元應(yīng)該只賦一個(gè)單一的值。 柵格模型的一個(gè)重要特征就是每個(gè)柵格中的像元

54、的位置是預(yù)先確定的，因此描述同一區(qū)域的不同現(xiàn)象的柵格數(shù)據(jù)之間很容易進(jìn)行重迭運(yùn)算。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,121,對象模型的基礎(chǔ)就是將空間要素嵌入在一個(gè)坐標(biāo)空間之中，一般是歐氏空間，在該空間中可以利用公式進(jìn)行距離、方位和面積的測量?？臻g要素在歐氏空間中主要形成三類空間實(shí)體： 點(diǎn)實(shí)體 線實(shí)體 多邊形實(shí)體,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,二、對象模型,122,點(diǎn),線,多邊形,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,123,點(diǎn)實(shí)體：有特定的位置，維數(shù)為0的實(shí)體 實(shí)體點(diǎn)(Entity point)：用來代表一個(gè)實(shí)體； 注記點(diǎn)(Text point)：用于定位注記； 內(nèi)點(diǎn)(Label point)：用于記錄多邊形的屬性， 存在于多邊

55、形內(nèi)； 結(jié)點(diǎn)(Node)：表示線的終點(diǎn)和起點(diǎn)； 角點(diǎn)(Vertex)：表示線段和弧段的內(nèi)部點(diǎn)。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,124,線實(shí)體：維數(shù)為1的實(shí)體，由一系列坐標(biāo)點(diǎn)表示，有以 下特征： 實(shí)體長度：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總長； 彎曲度：用于表示象道路拐彎時(shí)彎曲的程度； 方向性：如水流從上游到下游，公路則有單雙向之分。 線實(shí)體包括：線段、邊界、鏈、網(wǎng)絡(luò)、多邊線等。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,125,多邊形實(shí)體： 維數(shù)為2的實(shí)體，由一個(gè)封閉的坐標(biāo)點(diǎn) 序列外加內(nèi)點(diǎn)表示，是對湖泊、島嶼、 地塊等現(xiàn)象的描述，有以下特征： 面積范圍； 周長； 獨(dú)立性或與其它地物相鄰：如北京及周邊省市； 內(nèi)島或鋸齒狀外形：島嶼及海岸線；

56、 重疊性與非重疊性。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,126,對象模型強(qiáng)調(diào)的是空間要素的個(gè)體現(xiàn)象，研究的是個(gè)體現(xiàn)象本身或與其他個(gè)體現(xiàn)象的關(guān)系。任何現(xiàn)象，無論大小，都可以被確定為一個(gè)實(shí)體。如人為現(xiàn)象：建筑物、道路、管理區(qū)域等；自然現(xiàn)象：河流、湖泊、森林等?？臻g實(shí)體必須符合三個(gè)條件： 可被識(shí)別 重要（與問題相關(guān)） 可被描述：位置、屬性等,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,127,對象模型和柵格模型的比較,柵格模型,兩種模型相互之間并不排斥，各有特點(diǎn)，各有應(yīng)用長處。通常需要有機(jī)地綜合應(yīng)用這兩種方法來建模。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,128,矢量數(shù)據(jù)模型是對象模型的一種具體化建模方法，它以坐標(biāo)的方式來表達(dá)空間實(shí)體。對于一個(gè)空間

57、現(xiàn)象而言，觀察的尺度和概括的程度將決定它的類型：城市（點(diǎn)多邊形更多的空間實(shí)體）。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,129,網(wǎng)絡(luò)模型是從圖論中發(fā)展而來。在網(wǎng)絡(luò)模型中，空間要素被抽象為鏈、節(jié)點(diǎn)等對象，同時(shí)還要關(guān)注其間的連通關(guān)系。這種模型適合用于對相互連接的線狀現(xiàn)象進(jìn)行建模，如交通線路、電力網(wǎng)線等。網(wǎng)絡(luò)模型可以形式化定義為： 網(wǎng)絡(luò)圖 （節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系，即鏈） 網(wǎng)絡(luò)圖由于其復(fù)雜性，使得它不易在空間數(shù)據(jù)庫中表達(dá)，一般是在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)基于對象模型數(shù)據(jù)（矢量數(shù)據(jù)）進(jìn)行重構(gòu)。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,三、網(wǎng)絡(luò)模型,130,目前，空間信息系統(tǒng)表現(xiàn)的更多的是二維平面效果。事實(shí)上，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，人們希望空間信息

58、系統(tǒng)能夠反映真實(shí)的三維空間現(xiàn)象。 雖然目前的空間信息系統(tǒng)能夠在二維模型的基礎(chǔ)上通過高程信息來模擬三維效果（如利用DEM數(shù)據(jù)），但這種模擬并不能真正反映現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象。 三維模型在建模方法上與二維的場模型和對象模型相似，但在數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)維護(hù)和界面設(shè)計(jì)等方面卻復(fù)雜得多。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,131,時(shí)空數(shù)據(jù)模型主要關(guān)注的是空間要素隨時(shí)間變化時(shí)的建模?？臻g要素隨時(shí)間的變化包含兩個(gè)方面：屬性數(shù)據(jù)的變化和空間位置的變化（前者如一個(gè)村鎮(zhèn)的人口隨時(shí)間的變化，后者如海岸線隨時(shí)間的變化）。 最簡單的時(shí)空數(shù)據(jù)建模就是將不同時(shí)期的測量結(jié)果存儲(chǔ)起來，在使用時(shí)基于時(shí)間關(guān)系將它們串起來。當(dāng)然還有其他更加復(fù)雜的建模方法，如增量修正模型等。 時(shí)空數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)是語義更加豐富，對現(xiàn)實(shí)世界的描述更加準(zhǔn)確，但它必然帶來數(shù)據(jù)量的激增，因此，在這里，海量數(shù)據(jù)的組織和存取是非常關(guān)鍵的。,4.5 空間數(shù)據(jù)模型,四、時(shí)空模型,132,4.6 地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一、柵格結(jié)構(gòu) 二、矢量結(jié)構(gòu) 三、矢量到柵格的轉(zhuǎn)換 四、柵格到矢量的轉(zhuǎn)換,133,這里我們主要介紹針對柵格模型和對象模型的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們是矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 矢量結(jié)構(gòu) 用點(diǎn)、線、面表現(xiàn)地理實(shí)體，其空間位置由所在的坐標(biāo)參考系中的坐標(biāo)定義。 柵格結(jié)構(gòu) 空間被規(guī)則地