第四章地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)

1、第四章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù),本章主要內(nèi)容：空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),§4.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述,一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念是GIS中存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和。（各種來(lái)源和形式）數(shù)據(jù)庫(kù)＝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（1）常規(guī)DBMS進(jìn)行擴(kuò)展，使有空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理功能；（Oracle）（2）常規(guī)DBMS基礎(chǔ)上加一層空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。

2、（ESRI的SDE（Spatial Database Engine））,二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)：如何將地理實(shí)體以一定組織形式在數(shù)據(jù)庫(kù)中表達(dá)。即空間實(shí)體數(shù)據(jù)的模型化問題?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過程,客觀世界－（認(rèn)識(shí)、抽象）－>概念模型概念模型－（選定數(shù)據(jù)模型、DBMS）－>邏輯模型邏輯模型－（確定數(shù)據(jù)組織方式）－>存儲(chǔ)模型,2. 概念模型（空間特征，關(guān)系描述）（1）空間特征：點(diǎn)、線、面、體四種基本類型；（2）實(shí)體在空

3、間、時(shí)間、屬性三方面存在聯(lián)系：空間聯(lián)系：空間位置、分布、關(guān)系、運(yùn)動(dòng)等；時(shí)間聯(lián)系：客體隨時(shí)間變化，可構(gòu)成時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；屬性關(guān)系：屬性多級(jí)分類中的從屬關(guān)系、聚類關(guān)系、相關(guān)關(guān)系。3. 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)模型：對(duì)空間客體進(jìn)行描述和表達(dá)的數(shù)學(xué)手段，使之能反應(yīng)客觀實(shí)體及其關(guān)系。常用的：層次模型；網(wǎng)狀模型；關(guān)系模型；語(yǔ)義模型；面向?qū)ο竽Ｐ汀?3. 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的原則、步驟*原則盡量減小存儲(chǔ)冗余可變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)

4、及時(shí)訪問,高效查詢能維持空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜聯(lián)系支持多種決策的需要，適應(yīng)性強(qiáng),**步驟（1）需求分析（2）概念設(shè)計(jì) 建立數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型；（3）邏輯設(shè)計(jì) 把概念模型映射為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型。（4）物理設(shè)計(jì) 將數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型在存儲(chǔ)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。,三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)與維護(hù)1. 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)（1）建立實(shí)際的空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；（2）裝入試驗(yàn)性數(shù)據(jù)測(cè)試應(yīng)用程序；（3）裝入實(shí)際空間

5、數(shù)據(jù)，運(yùn)行。2.空間數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行與維護(hù)（1）維護(hù)安全性與完整性；（2）監(jiān)測(cè)并改善數(shù)據(jù)庫(kù)性能；（3）增加新的功能；（4）修改錯(cuò)誤。,§4.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)－傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型是表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的規(guī)格化說明，在數(shù)據(jù)庫(kù)中用形式化的方法描述數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和操作。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型有：層次、網(wǎng)狀、關(guān)系模型。文件系統(tǒng)的繼承和延伸。正逐漸被復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)所取代。,一、層次模型用樹狀結(jié)構(gòu)描述實(shí)體之間聯(lián)系的模型。,二、網(wǎng)狀模型

6、用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體間的聯(lián)系。,三、關(guān)系模型用二維表來(lái)表達(dá)實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。使得設(shè)計(jì)、操縱較為容易。,四、三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較,§4.3 空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)—語(yǔ)義模型和面向?qū)ο竽Ｐ?傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的弱點(diǎn)：（1）以記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)不能很好面向用戶傳統(tǒng)模型－記錄；現(xiàn)實(shí)世界－事務(wù)、實(shí)體。有時(shí)不對(duì)應(yīng)。（2）不能以自然的方式表示實(shí)體間的聯(lián)系 層次、網(wǎng)狀顯式地描述關(guān)系，但不自然；關(guān)系模型聯(lián)系隱含，必須檢索全部記錄才

7、能確定。（3）語(yǔ)義貧乏 用單一結(jié)構(gòu)描述描述“交互”、“從屬”、“構(gòu)成”等眾多聯(lián)系，語(yǔ)義上無(wú)法區(qū)別。（4）數(shù)據(jù)類型太少 只提供常用的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型，不能自定義新的數(shù)據(jù)類型。,一、語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型 －實(shí)體聯(lián)系模型（E –R模型）提供三種語(yǔ)義概念：（1）實(shí)體：客觀存在的起獨(dú)立作用的客體。 （2）聯(lián)系：實(shí)體間的相互作用或?qū)?yīng)關(guān)系:1:1,1:N,M:N, （3）屬性：對(duì)實(shí)體和聯(lián)系特征

8、的描述。,,,,用E-R模型進(jìn)行概念設(shè)計(jì)：（1）局部E-R模型（2）全局E-R模型（3）優(yōu)化,E－R模型的特點(diǎn)及作用（1）接近人的思維，易于理解，與計(jì)算機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)；（2）現(xiàn)有DBMS不能直接支持E－R模型（3）只用于概念模型設(shè)計(jì)。在邏輯設(shè)計(jì)時(shí)再轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)據(jù)模型。,二、面向?qū)ο竽Ｐ?、基本思想 按人們通常的思維方式，將各種實(shí)體抽象為各類“對(duì)象”，并將數(shù)據(jù)和操作（方法）封裝在一起。整個(gè)系統(tǒng)

9、只由對(duì)象組成，對(duì)象之間通過“消息”進(jìn)行聯(lián)系。使系統(tǒng)很容易重組和擴(kuò)充。2、相關(guān)概念對(duì)象（Object)：實(shí)體的抽象（基本元素），封裝了數(shù)據(jù)和操作集的實(shí)體。消息（Message）：請(qǐng)求對(duì)象執(zhí)行某一操作或回答某些信息的要求。,類：描述一組對(duì)象的共同特征。類和實(shí)體是抽象與具體的關(guān)系。3. 對(duì)象的性質(zhì)封裝：,繼承：某類對(duì)象可以自然地?fù)碛辛硪活悓?duì)象的某些特征和功能。不必重復(fù)實(shí)現(xiàn)，減少代碼。,§4.4 空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)與物理

10、設(shè)計(jì),一、邏輯設(shè)計(jì)從概念模型導(dǎo)出特定的DBMS所支持的數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)。,二、物理設(shè)計(jì)從邏輯模型出發(fā)，研制出一個(gè)有效的可實(shí)現(xiàn)的物理結(jié)構(gòu)。步驟：（1）存儲(chǔ)記錄的格式設(shè)計(jì)（2）存儲(chǔ)方法設(shè)計(jì)（3）訪問方法設(shè)計(jì)（4）完整性、安全性考慮（5）應(yīng)用設(shè)計(jì)（6）形成物理設(shè)計(jì)說明書,§4.5 GIS空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),一、概述時(shí)間、空間的不可分割性：環(huán)境監(jiān)測(cè)、地籍管理….辦法：加入時(shí)間維－>四維數(shù)據(jù)（時(shí)空一體）二、時(shí)

11、空一體化數(shù)據(jù)模型,1. 時(shí)間片快照模型用一系列瞬時(shí)的地理數(shù)據(jù)來(lái)反應(yīng)地理現(xiàn)象的時(shí)空演化過程（矢量快照，柵格快照）。如遙感圖像。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)完全存儲(chǔ)，冗余度大。,2. 底圖疊加模型類似于地圖修訂方式。,思路：先確定空間數(shù)據(jù)初始狀態(tài)（底圖），再按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔記錄數(shù)據(jù)變化；通過疊加操作，以變化數(shù)據(jù)恢復(fù)各個(gè)時(shí)間片的狀態(tài)數(shù)據(jù)。每次疊加表示狀態(tài)的一次變化。,3. 時(shí)空合成模型思路：將每次獨(dú)立的疊加操作轉(zhuǎn)換為一次性的合成疊加。變化的累積形成最小變