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1、第四章 GIS空间数据库与数据库管理系统,概述 数据模型 空间数据库管理系统,4.1概述,（1）定义：数据库就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。,（2）计算机对数据的管理经过了三个阶段：程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段,（3）数据库中数据组织方式,数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。记录：由若干相关联的数据项组成。文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合
2、，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。,4.1概述,（4）数据间的逻辑联系,数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。1、一对一的联系(1：1)2、一对多的联系(1：N)3、多对多的联系(M：N),A,B,4.2 数据模型,数据模型是描述数据内容和数据之间联系的工具，它是衡量数据库能力强弱的主要标志。,每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。,（1）层次数据库模型,它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。层次结构采用关键字来访问其中每一层次的每一部分。层次
3、数据库结构特别适用于文献目录、土壤分类、部门机构等分级数据的组织。,层次数据库模型,优点：存取方便且速度快结构清晰，容易理解数据修改和数据库扩展容易实现检索关键属性十分方便缺点：结构呆板，缺乏灵活性同一属性数据要存储多次，数据冗余大（如公共边）不适合于拓扑空间数据的组织,（2）网络数据库模型,网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。,（2）网络数据库模型,优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小缺点：网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大数据的修改不方便（指针必须修改）,（3）关系数据库模型,关
4、系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。,点,关系数据库模型,优点：结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求能搜索、组合和比较不同类型的数据增加和删除数据非常方便缺点：数据库大时，查找满足特定关系的数据费时 对空间关系无法满足,4.3 空间数据库管理系统,2、空间数据与一般数据相比所具有的特点：,数据量大；不仅拥有地理要素的属性数据，且拥有大量的空间数据，且这两种数据具有不可分割的联系；数据应用面广,1、空间数据的特征,空间特征 非结构
5、化特征 空间关系特征 分类编码特征 海量数据特征,3、传统数据库系统管理地理空间数据的局限性,1、传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符，而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。2、传统的数据库管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单的、固定的空间关系，而地理空间数据的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系。3、传统数据库存储的数据通常为等长记录的数据，而地理空间数据通常用于不同目标的坐标串长度的不定，具有变长记录，且数据想可能很大、很复杂。4、传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息，而空间数据库中需要大量的空间数据操作和查询，
6、如邻域、连同、包含和叠加等。,4、目前商用GIS软件空间数据所采用的数据模型,文件关系数据库混合管理 全关系数据库管理 扩展关系数据库管理 面向对象数据库系统,文件 关系数据库混合管理方案,属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效；几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。GIS软件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。,早期,数据库开发,数据库开发,全关系数据库管理方案,属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理空间数据和属性数据不必进
7、行烦琐的连接，数据存取较快属间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作GIS软件：System9，Small World、Geovision等,扩展关系数据库管理方案,在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高用户不能根据GIS要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑结构进行存储GIS软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等,面向对象数据库系统,面向对象（object-o
8、riented，oo）的概念起源于程序设计语言面向对象的编程语言(简称OOPL)，强调对象概念的统，引入对象、对象类、方法、实例等概念和术语，采用动态联编和单继承性机制。它以OOPL为核心，集各种软件开发工具为一体，建立OO计算环境，配有很强的图形功能和多窗口用户界面。基本出发点就是以对象作为最基本的元素，尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。,面向对象的几何抽象类型,GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。,面向对象的属性数据模型,GIS中的地物可根
9、据国家分类标准或实际情况划分类型。如一个大学GIS的对象可分为建筑物、道路、绿化、管线等几大类，地物类型的每一大类又可以进一步分类，如建筑物可再分成教学楼、科研实验楼、行政办公楼、教工住宅、学生宿舍、后勤服务建筑、体育楼等子类，管线可再分为给水管道、污水管道、电信管道、供热管道、供气管道等，另一方面，几种具有相同属性和操作的类型可综合成一个超类。,面向对象数据库系统的实现方式,面向对象的数据模型从概念上将人们对GIS的理解提高到了一个新的高度。一方面，它巧妙地容纳了GIS中拓扑数据结构的思想，能有效地表达空间数据的拓扑关系。另一方面，面向对象数据模型在表达和处理属性数据时，又具有许多独特的优越性。目前，采用面向对象数据模型，建立面向对象数据库系统，主要有三种实现方式：扩充面向对象程序设计语言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性 扩充RDBMS，在RDBMS中增加面向对象的特性 建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS,思考与练习,简述GIS的几种主要数据模型，并进行各自优缺点分析。数据库中的分层数据模型与空间数据库分层组织有何不同？简述GIS数据管理方法的发展过程和趋势，并请说明目前GIS中没有采用标准的数据库管理系统来管理图形数据的主要原因。,
