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1、学习目标：掌握数据的层次单位了解数据间的逻辑关系了解常用的数据文件了解数据库的基本概念理解数据库模型理解数据库管理系统、数据安全和数据更新理解矢量数据和栅格数据的管理方式 重点：数据库模型的分类和特点 难点：面向对象的数据库模型,第五章 空间数据组织与管理,第一节 数据层次与文件组织,数据层次（数据项、记录、文件、数据库）数据间的逻辑联系（一对一、一对多、多对多）用数据文件（顺序、直接、索引、到排文件）,数据项组,逻辑数据单位之间的关系,物理单位:位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷逻辑单位:数据项、数据项组、记录、文件和数据库,一、数据的层次单位,数据项数据项组记录文件数据库,最基本
2、的不可分割的数据单位,具有独立的逻辑意义,逻辑上具有某种共同标志的若干数据项组成的,数据项或数据项组集合,对文件进行存取操作的基本单位,给定类型逻辑记录的全部具体值的集合,文件的集合，文件之间存在某种联系，不能孤立存在,二、常用数据文件,它是物理顺序与逻辑顺序一致的文件,文件中的贮存是根据记录关键字的值，通过某种转换方法得到一个物理存贮位置，然后把记录存贮在该位置上。,二、常用数据文件,即带有索引的文件，它只能建立在随机存取介质上。,二、常用数据文件,按照一些辅关键字来组织索引称为辅索引，带有这种辅索引的文件称为倒排文件。,二、常用数据文件,第二节 空间数据库,数据存储,数据库,数据管理,程序
3、库(数据库软件),原始信息数据库,。,二、数据库分类,概念/内部映射,数据库的系统结构,（1）用户级 用户使用的数据库对应于外部模式，它是用户与数据库的接口，也就是用户能够看到的那部分数据库，它是数据库的一个子集。（2）概念级 概念数据库对应于概念模式，简称模式，是对整个数据库的逻辑描述，也就是数据库管理员看到的数据库。（3）物理级 物理数据库对应于内模式，又称为存贮模式，内模式描述的是数据在存贮介质上的物理配置与组织，是存放数据的实体，也是系统程序员才能看到的数据库。,数据库管理系统是处理数据库存取和各种管理控制的软件，应用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。,数据库管理系统,提供书写各
4、种模式的语言及其支撑软件，并把各种定义信息也存贮于系统之中。它勾画出数据库的框架。,应用数据装入数据库 a)键盘输入；b)接受另一个系 统 的数据文件,运行控制数据存取、更新数据完整性、有效性数据公享,重新定义数据重新组织性能监督与分析数据库整理故障恢复,操作系统接口处理各种语言接口远程操做接口处理,DBMS组成,语言处理程序,运行控制程序,建立与维护程序,数据描述语言（DDL）数据操作语言（DML）终端命令解译,系统控制数据存取数据更新并发控制数据完整性,数据装入性能监控工作日志重新组织数据转储系统恢复,SQL语言：数据查询 Data Query数据定义 Data Definition数据操
5、纵 Data Manipulation数据控制 Data Control,应用程序对数据库的访问,数据组织层次,数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。1 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。2 记录：由若干相关联的数据项组成。3 文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。4 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，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。,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
6、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,A,B,数据模型,数据模型是数据库系统中实体与实体之间的联系方式，是衡量数据库能力强弱的主要形式之一。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，面向对象模型。,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
7、检索关键属性十分方便缺陷：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,网络数据模型,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。,网络数据模型,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陷：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）,关系数据库模型,关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
8、法。,点,关系数据模型,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陷：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,面向对象数据库系统,面向对象（object-oriented，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
9、方式来分析和解决问题。,对象：是对客观世界实体的抽象描述，由信息（数据）和对数据的操作组合而成。类：是对多个相似对象共同特性的描述。消息：是对象之间通信的手段，用来指示对象的操作。分公有消息和私有消息。方法：是对象接收到消息后应采取的动作序列的描述。实例：是由一特定类描述的具体对象。元类：是相似的类的共同属性的抽象，元类的实例是类，类的实例是对象。对象具有封装性和继承性，涉及到分类（classification）、概括（generalization）、聚集（aggregation）、联合（association）、继承（inheritance）和传播（propagation）等概念。,基本概念
10、,基本概念,协议：是一个对象对外服务的说明。封装：是将某件实物包围起来，使外界不必知道其实际内容。继承：从某类对象得到另一类对象的特征和能力。如饭店子类从建筑物类继承地址、建筑日期等属性。引入类的继承，就出现了类的层次结构，也就有了超类（基类）、子类（派生类）的概念。,基本概念,概括：是把一组具有相同特征和操作的对象归纳在一个更一般的超类中。联合：是相似对象的抽象组合，可看作是更高层次的集合对象。如西安市是新城区、雁塔区、碑林区等区的联合。又联合关系的对象叫成员。聚集：是类似于联合的抽象化概念，不强调整个对象的具体细节，例如建筑物是墙、窗、门、房顶和楼板几部分的聚集。传播：作为联合和聚集的一种
11、工具，通过一种强制性的手段将子对象的属性信息传递给复杂对象。例如西安市大学生数量可以由各个大学的学生数求和派生得到。,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
12、、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,吉奥之
13、星 中的空间对象模型,空间数据库概述,空间数据库 定义：空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合 特点：数据量特别大 属性数据和空间数据联合管理 数据应用范围广泛 空间数据库的数据特征 1 空间特征 2 非结构化特征 3 空间关系特征 4 多尺度与多态性5 分类编码特征 6 海量数据特征,传统数据库与空间数据库的比较,矢量数据管理方案,基于文件与关系式数据库的空间数据混合管理方案 基于关系式数据库的空间数据管理方案 基于对象关系式数据库的空间数据管理方案。,文件 关系数据库混合管理方案,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
14、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，GenMap等,早 期,GIS用户界面,图形处理,DBMS,图形 文件库,属性 数据库,高级语言,ODBC协议,GIS用户界面,图形处理,DBMS,图形 文件库,属性 数据库,高级语言,数据库开发语言,数据库开发,数据库开发,全关系式数据库管理方案,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、Geovis
15、ion等,对象关系数据库管理方案,对现有的关系数据库进行扩展，增加空间数据类型 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，没有解决数据的嵌套纪录问题 GIS软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等,栅格数据的管理,基于文件的影像数据库管理 文件结合数据库影像管理基于关系数据库管理,目前大部分GIS软件和遥感图像处理软件都是采用文件管理方式来管理遥感影像数据缺点：无法应付数据的安全性、并发控制和数据共享,文件管理方式,影像数据按照文件方式组织管理在关系数据库中，每个文件都有唯一的标识号
16、对应影像信息,文件-数据库管理方式,关系数据库管理,基于扩展关系数据库的影像数据管理是将影像数据存储在二进制变长字段中，然后应用程序通过数据访问接口来访问数据库中的影像数据，同时影像数据的元数据信息存放在关系数据库的表中，二者可以进行无缝管理。特点：所有数据集中存储，数据安全，易于共享较方便管理多数据源和多时态的数据支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询对C/S的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很大提高影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不同操作系统平台下运行,48,空间数据索引,空间索引概念 根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高空间操作的效率 GIS中引入空间索引的必要性 工作区建立 查询、显示 数据提取 常见空间索引方法 对象范围索引 格网索引 四叉树索引 R树和R+树索引,49,空间索引：对象范围索引,50,空间索引：格网索引,
