空间数据库复习资料20140603

1、空间数据库复习资料第一章1数据库的定义：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。 空间数据库是存取、管理空间信息的数据库。2 空间数据库的内容（1）矢量地形要素数据库 矢量核心地形要素数据库是利用计算机存储的各种数字地形数据及其数据管理软件的集合。（2）数字高程模型数据库 数字高程模型是计算机存储的数字高程模型数据及其管理软件的集合。（3）数字正射影像数据库 数字正射影像数据库是具有正射投影的数字影像的集合。（4）数字栅格地图数据库 数字栅格地图数据库是数据栅格地图及其管理软件的集合。数字栅格地图是现有纸质地形图经计算机处理后的栅格数字文

2、件。（5）元数据库 元数据库是描述数据库/子库和库中各数字产品的元数据构成的数据库。（6）专题数据库 专题数据库是各种专题数据的集合3 空间数据管理演变过程（发展）空间数据库的研究始于20世纪70年代的地图制图与遥感图像处理领域，其目的是为了有效利用卫星遥感资源迅速绘制出各种经济专题地图。（1） 人工管理阶段(50年代中期以前) （2） 文件系统阶段(50年代后期60年代中期）（3） 文件与数据库管理阶段（20世纪70年代初）（4） 全关系型空间数据库管理系统（20世纪70年代后期）（5） 对象关系数据库管理系统 （6） 面向对象的数据库管理系统4 地理空间数据库主要研究内容 （1）空间数据模

3、型 （2）地理空间数据的获取与处理 1）空间数据库的准确性研究 2）空间数据质量研究 （3）地理空间数据组织 1）空间数据的多种表达方式研究 2）时空关系的研究3）海量空间数据库的结构体系研究 （4）空间数据库管理系统 1）空间关系语言研究 2）分布式处理和Client/Server模式 （5）地理空间数据共享研究 1）空间数据共享的理论； 2）空间数据共享的处理方法，包括数据规范、标准、元数据研究，空间数据融合、集成与互操作的理论与方法等。第二章1 空间实体指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间物体。(河流、道路、城市、航线等）空间实体：地理信息系统中不可再分的最小单元现象称为空

4、间实体.属性是空间实体已定义的特征（如人口数量、林地上林木名称等）空间实体：是指现实世界中地理实体的最小抽象单位,主要包括点、线和面三种类型.空间检索的目的是对给定的空间坐标,能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象,进而对空间对象进行拓扑关系的分析处理 2 空间对象模型特征 （1）点对象 点是有特定的位置、维数为零的实体 1)点实体 (point entity)：用来代表一个实体。 2)注记点:用于定位注记。3)内点 (label point)：用于记录多边形的属性，存在于多边形内。4)结点 (node)：表示线的终点和起点。5)特征点 (vertex)：表示线段和弧段的内部点。（2）线对

5、象 线对象是维度为1的空间实体，由一系列坐标表示，并有如下特征。1)实体长度：从起点到终点的总长。2)弯曲度：用于表示弯曲的程度，如道路拐弯时。3)方向性：水流方向是从上游到下游，公路则有单向与双向之分。线状实体包括线段、边界、链、弧段、网络等 （3）多边形对象 1)面积范围; 2)周长; 3)独立性或与其他的地物相邻 4)内岛 重叠与非重叠现象 3 空间场模型特征 基于场模型：地理空间的事物和现象作为连续的变量。 主要作用：模拟具有一定空间内连续分布特点的现象。二维场模型、三维场模型类型：图斑模型、等值线模型、选样模型场的特征 1)空间结构特征和属性域 2 )连续的、可微的、离散的 3)与方

6、向无关的和与方向有关的 (各向同性和各向异性) 4)空间自相关正空间自相关：如果一个空间场中的类似的数值有聚集的倾向，则该空间场就表现出很强的正空间自相关;负空间自相关：如果类似的属性值在空间上有相互排斥的倾向，则表现为负空间自相关 。4 矢量结构编码方法 点 线 面5 栅格结构编码方法（1）栅格矩阵编码 （2）链码 （3）游程长度编码 （4）块码 （5）四叉树编码6、阐述数据库系统的外部、内部体系结构。数据库系统外部体系结构l 单用户结构/主从式结构 l 客户/服务器l 分布式结构l B/S结构数据库系统内部体系结构l 数据库系统的三级模式结构n 外模式（External Schema）n

7、模式（Schema）n 内模式（Internal Schema）n 模式（Schema）（1） 模式 (也称逻辑模式） a) 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 b) 所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求（2） 一个数据库只有一个模式 （3） 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层 a) 与数据的物理存储细节和硬件环境无关 b) 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关（4） 模式的定义 a) 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等） b) 数据之间的联系 c) 数据有关的安全性、完整性要求n 外模式（External Schema）（1） 外模式（也称子模式或用

8、户模式） a) 数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述 b) 数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示（2） 外模式的地位：介于模式与应用之间（3） 外模式的用途 a) 保证数据库安全性的一个有力措施 b) 每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据（4） 模式与外模式的关系：一对多 a) 外模式通常是模式的子集 b) 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求 c) 对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同 （5） 外模式与应用的关系a) 同一外模式也可以为某一用户的

9、多个应用系统所使用 b) 但一个应用程序只能使用一个外模式n 内模式（Internal Schema）（1） 内模式（也称存储模式） a) 是数据物理结构和存储方式的描述 b) 是数据在数据库内部的表示方式 i. 记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储） ii. 索引的组织方式 iii. 数据是否压缩存储 iv. 数据是否加密 v. 数据存储记录结构的规定（2） 一个数据库只有一个内模式l 数据库的二级映像功能与数据独立性n 三级模式是对数据的三个抽象级别 n 二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 u 外模式/模式映像 u 模式/内模式映像 u 外模式/

10、模式映象（1） 模式：描述的是数据的全局逻辑结构 （2） 外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 （3） 同一个模式可以有任意多个外模式 （4） 每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系 （5） 映像定义通常包含在各自外模式的描述中（6） 保证数据的逻辑独立性 a) 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变 b) 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。u 模式/内模式映象（1） 模式/内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。 （2） 数据库中模式

11、内模式映象是唯一的 （3） 该映象定义通常包含在模式描述中（4） 保证数据的物理独立性 a) 当数据库的存储结构改变了，数据库管理员修改模式/内模式映象，使模式保持不变； b) 应用程序不受影响：保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。第三讲1、什么是数据模型？阐述常用数据模型的基本思想。数据模型（Data Model）是数据特征的抽象，是数据库管理的教学形式框架。在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。数据模型所描述的内容包括三个部分：数据结构、数据操作、数据约束。 1）数据结构:数据模型中的数据结构主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据结构

12、是数据模型的基础，数据操作和约束都建立在数据结构上。不同的数据结构具有不同的操作和约束。 2）数据操作:数据模型中数据操作主要描述在相应的数据结构上的操作类型和操作方式。 3）数据约束：数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、词义联系、他们之间的制 约和依存关系，以及数据动态变化的规则，以保证数据的正确、有效和相容。最常用的数据模型：l 关系模型 n 层次模型(Hierarchical Model) n 网状模型(Network Model) n 半结构化模型（Semi-Structured Model，如XML/GML模型）l 关系模型(Relational Model) l 面

13、向对象模型(Object Oriented Model） l 对象关系模型(Object Relational Model)Ø 层次模型是用树形结构来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成一对多的联系，即一个父记录对应多个子记录，而一个子记录只对应一个父记录。 层次模型反映了现实世界中实体间的层次关系，层次结构是众多空间对象的自然表达形式，并在一定程度上支持数据的重构。但层次模型存在以下问题： 由于层次结构的严格限制，对任何对象的查询必须始于其所在层次结构的根，使得低层次对象的处理效率较低，并难以进行反向查询。数据的更新涉及许多指针，插入和删除操作也比较复杂。父结点的删除意味着其

14、下属所有子结点均被删除，必须慎用删除操作。 层次模型不能表示多对多的联系。 在GIS中，若采用这种层次模型将难以顾及数据共享和实体间的拓扑关系，导致数据冗余度增加。Ø 网状模型是用网状结构来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成多对多的联系。在此模型中，一个子记录可以有多个父记录。网状模型在一定程度上支持数据的重构，具有一定的数据独立性和共享特性，并且运行效率较高。但网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难，它要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自身所处的位置。在基于矢量的GIS中，图形数据通常采用拓扑数据模型，这种模型非常类似于网络模型，但拓扑模型一般采用目标标识来代替网络联接的

15、指针。 Ø 关系模型是用二维关系来表示实体及实体间联系的模型，它将数据组织成规范化的关系表格。一个实体由若干关系组成，关系表的集合就构成了关系模型。 关系模型中实体之间的联系不是用指针表示，而是由数据本身通过公共值隐含地表达，并且用关系代数和关系运算来操作。关系模型具有结构简单灵活，数据修改和更新方便、容易维护和理解等优点，是当前数据库中最常用的数据模型。关系数据库结构的最大优点是它的结构特别灵活，可满足所有用布尔逻辑运算和数学运算规则形成的询问要求；关系数据还能搜索、组合和比较不同类型的数据，加入和删除数据都非常方便。关系模型用于设计地理属性数据模型较为适宜。因为在目前，地理要素之

16、间的相互联系是难以描述的，只能独立地建立多个关系表。关系数据库的缺点是，许多操作都要求在文件个顺序查找满足特定关系的数据，如果数据库很大的话，这一查找过程要花很多时间。因此搜索速度是犬系数据库的主要技术标准，也是建立关系数据库花费高的主要原因。Ø 面向对象模型（Object-Oriented Model）的基本思想就是以接近人类思维的方式将客观世界的一切实体或现象模型化为一系列对象。每一种对象都有各自的内部状态和行为，不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的面向对象系统 。2、实体模型：利用实体内部的联系和实体间的联系来描述客观事物及其联系，称实体模型。（1）对象与属性对象

17、：地理实体类型/类别，如道路、机场等属性：对象的某种特性，如道路类型、宽度、路面质量等对象与属性的关系：实体具有属性；属性是表示实体的某种特征。 （2）个体与总体个体单个的能互相区别的特定实体 总体泛指某一类个体组成的集合，又称“实体集”（3）实体之间的联系实体内部各属性之间的联系，反映在数据上是记录内部的联系实体之间的联系，反映在数据上则是记录之间的联系1:1 1：n m ：n（4）实体模型图 矩形框实体 椭圆实体的属性 实体模型图组成：实体、属性、联系2面向对象数据模型对象(Object) 含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。如一个城市、一棵树均可作为地理对象。&#

18、170; 具有一个唯一的标识，以表明其存在的独立性；ª 具有一组描述特征的属性，以表明其在某一时刻的状态静态属性数据；ª 具有一组表示行为的操作方法，用以改变对象的状态。作用、功能函数、方法。（一）地理要素数据模型1、地理要素的几何抽象类型 拓扑类型:结点、弧段、多边形和多面体， （1）点类 点类是一个指定几何位置的零维几何对象，用空间中的坐标确定其位置，没有长度和面积的概念。（1） 线类 (line) 线类的含义：是一维几何对象，有长度但无面积概念。（2） 面类 (area) 含义：面是一种二维几何对象，具有面积的概念。 ( 4）表面类（Surface） 含义：表面对象是

19、一个区域，该区域中有若干离散点，每个点具有一定的属性值，可以看作为二维几何对象。（5）结点类 (node) 结点是一种几何拓扑元素，用来表示与弧段的关联关系。（6）弧段类 (arc)弧段是一种几何拓扑元素。 （7）多边形类 (polygon) 它可以是简单的单连通域，亦可以是由若干个简单多边形嵌套形成的复杂多边形。 3、基本地理要素模型 点状要素、线状、面状 、表面、结点、弧段、多边形。4、地理要素图形表示类型 地图符号、地理要素注记和统计专题图是空间数据库中地理要素对象的重要内容，并且与地理要素对象关联。 （1）地图符号类 （2）地理要素注记类 （3）文本要素类 （4）统计专题图类（二）地理

20、要素分层模型 地理要素层除矢量数据层外，还包括图像数据层、数字高程数据层（规则格网数字高程模型和不规则格网数字高程模型）、地理要素注记层和统计专题图层等。 （三）地理要素空间关系模型Ø 结点和弧段之间的网络关系 (network)Ø 弧段和多边形之间的多边形关系 (polygonship)Ø 数据块之间的相同空间物体连接关系 (same object)Ø 要素层之间的相关地理要素连接关系 (partner) （四）空间数据多尺度模型（五）面向对象空间数据模型 建立面向对象数据库系统，主要有三种实现方式： u 扩充面向对象程序设计语言(OOPL)，在OOP

21、L中增加DBMS的特性。 u 扩充RDBMS，在RDBMS中增加面向对象的特性。 u 建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS。（六）三维数据模型第四讲1 Shapefile、Coverage和Geodatabase三种文件格式Ø Shapefile由存储空间数据的shape文件、存储属性数据的dBase表和存储空间数据索引的shx索引文件组成；Ø Coverage的空间数据存储在二进制文件中，属性数据和拓扑数据存储在INFO表中，目录合并了二进制文件和INFO表，成为Coverage要素类；Ø Geodatabase是ArcGIS数据模型发展的第三代产物，它

22、是面向对象的数据模型，能够表示要素的自然行为和要素之间的关系。 2 Geodatabase数据模型结构l Geodatabase采用两层结构：数据存储层和应用层。l 数据存储层是将GIS数据存储为File、XML、DBMS等多种格式。l 应用层则是维护数据的高级逻辑和行为，例如Feature Classes、Raster Dataset、Topology、Network、Address Locators等等。l 多层的Geodatabase体系结构有时被称为object-relational模型。 （1）在Geodatabase模型中，实体被表示成为具有属性、行为、关系的对象。 （2）Geod

23、atabase能将空间数据存储在文件、MDB文件或者大型DBMS中。 （3）Geodatabase定义了简单对象、地理要素、几何网络、注记要素等多种对象类型，提供了对地理信息建模的有力支持，能够满足各种不同的用户和应用需要。（4）Geodatabase是一个容器用于存储数据集集合。它有三种类型：1、Personal Geodatabases所有的数据集被存储在一个Microsoft的Access数据文件中，它的容量限制为2GB。2、File Geodatabases以文件系统中的文件夹存储。每个数据集以一个文件被存储，可达到TB级。与personal geodatabases相比，推荐使用这种

24、类型。3、ArcSDE Geodatabases使用Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2,IBM Informix存储在一个关系数据库中。这个多用户的geodatabase需要ArcSDE的使用，在容量和用户数量上没有限制。3 File Geodatabase 特点（目标）l 提供所有用户一个广泛可用、简单和可伸缩的Geodatabase解决方案；l 提供一个跨操作系统的简便的Geodatabase；Windows、Solaris以及Linux系统。 l 提高处理大数据集的能力；一个数据集可以存储1个TB的数据。每个文件数据库可以包含很多数据集 。l 使用

25、一个有效的数据结构，它对数据存储和性能是最优化的；l 支持数据库压缩 。在存储空间过大的时候，可以采取只读压缩的模式来减少空间4 ArcSDE Geodatabase（特点）ArcSDE Geodatabase使用多种DBMS存储模型（IBM DB2, Informix, Oracle, 和SQL Server）。 ArcSDE geodatabases主要被用于工作组、部门和企业范围。 它们利用基本的DBMS体系支持：（1）多个并发用户；（2）长事务和版本工作流；（3）支持GIS数据管理的关系数据库；5 Personal Geodatabases（特点）1、从ArcGIS8.0版本开始就被A

26、rcGIS使用，使用Microsoft的 Access数据结构（mdb file）。2、它们支持的Geodatabase容量限制在2GB或者小于2GB。但是，有效的数据库大小是比较小的，大概在250MB500 MB之间，超过这个范围之后，数据库性能将开始降低。3、Personal Geodatabases也仅在Microsoft的Windows操作系统上被支持。6 什么是空间数据引擎 空间数据引擎：通过空间数据引擎可以用传统的关系数据库对空间地理数据加以管理和处理，提供必要的空间关系运算和空间分析功能。7 什么是ArcSDEl ArcSDE是ArcGIS与关系数据库之间的GIS通道。它允许用户

27、在多种数据管理系统中管理地理信息，并使所有的ArcGIS应用程序都能够使用这些数据。 l ArcSDE是多用户ArcGIS系统的一个关键部件。它为DBMS提供了一个开放的接口，允许ArcGIS在多种数据库平台上管理地理信息。这些平台包括Oracle，Oracle with Spatial/Locator，Microsoft SQL Server, IBM DB2，和Informix。 第五讲1 Oracle Spatial基本概念（1） Oracle Spatial: 实现Oracle 数据库中空间特征集的存储、检索、修改、查询、分析和管理的一个用户模式和功能： 该模式规定了支持几何数据类型的

28、存储方式、语法、语义； 两种空间索引方法； 一套操作和函数集：使用这些操作和函数完成空间查询、空间连接等空间分析操作； 管理工具集。（2）Object-Relational Model 关系模型+部分面向对象机制： （3）Spatial Data: 表示现实或概念对象在其现实或概念空间中存在的位置特征： 地理位置数据（经纬度、高程）； CAD/CAM数据。（4）Attribute Data： 现实或概念对象的非空间特征，如：地名、人口、土壤类型等。 （5）Data Model Oracle Spatial的数据模型分三级，由元素、几何实体、图层组成。层由几何实体组成，而几何实体由元素组成。 （

29、6）查询模型（Query Model)基于主过滤（Primitive filter)和次过滤(Secondary filter)的两层空间查询和空间连接: 主过滤:快速、低成本、近似计算，输出是精确结果的超集； 次过滤:高成本、精确计算，输出是精确结果。 （7）空间数据索引方法（Indexing of spatial data) 索引：缩短搜索路径的方法。 空间索引：索引数据是基于几何体的空间数据生成的,是一种逻辑性索引。空间索引用于： 窗口查询：在一索引过的数据空间中，找到与给定点或区域相互作用的对象； 空间连结：在索引过的数据空间中，找到空间相互作用的对象。 两种空间索引方式：R-TREE

30、索引和QUADTREE索引，对空间数据可选择使用一种或同时使用两种索引方式 （8）Spatial Relations2 Oracle Spatial基本几何实体类型点和点集（Points and point clusters)： 线串(Line strings)： 多边形(polygons)：弧线串（Arc line strings） 弧多边形（Arc polygons) 组合多边形（Compound polygons）组合线串（Compound line strings） 圆（Circles）和优化长方形（Optimized rectangles)3 R-tree Index和Quadtre

31、e Index （1）R-tree索引 使用一最小的矩形（Minimum bounding rectangle, MBR)逼近一几何体。对于图层中的几何体，R-tree索引是对层中几何体的MBR作的层次化的索引 （2）Quadtree索引 在线性quadtree索引方法中，对坐标空间执行一种称之为细化（tessellation）的过程。该过程得到各几何体的覆盖小片（tile）。4 SDO_GEOMETRY对象类型（1） SDO_GTYPE:几何实体类型（2） SDO_SRID：标识几何实体所关联的坐标系统（3） SDO_POINT：使用X、Y、Z属性值来定义对象类型，都是数值型类型（4） SD

32、O_ELEM_INFO：是一变长的数值型数组。（5） SDO_ORDINATES:变长的数值型数组,用于存放几何对象的坐标值，该数组必须与SDO_ELEM_INFO变长数组联合使用第六讲1、什么是空间索引？阐述格网索引、四叉树索引、R树索引的基本思想。空间索引是指依据空间对象的位置、形状以及空间对象之间的某种空间关系，按一定顺序排列的一种数据结构。其中包括空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。空间索引，也叫空间访问方法(Spatial Access Method SAM)，是指根据空间要素的地理位置、形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构

33、，一般包括空间要素标识，外包络矩形以及指向空间要素的指针。这里，外包络矩形是指空间要素的封装边界，它是每一种空间索引必不可少的要素。空间索引的目的是为了在GIS系统中快速定位到所选中的空间要素，从而提高空间操作的速度和效率。空间索引的技术和方法是GIS关键技术之一，是快速、高效的查询、检索和显示地理空间数据的重要指标，它的优劣直接影响空间数据库和GIS系统的整体性能。空间索引性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能。常用的空间索引方法有：格网索引、四叉树索引和R-Tree索引。 作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作

34、无关的空间对象被排除，从而提高了空间操作的速度和效率。空间索引性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能。空间索引的提出是由两方面决定的：其一是由于计算机的体系结构将存贮器分为内存、外存两种，访问这两种存储器一次所花费的时间一般为3040ns，810ms，可以看出两者相差十万倍以上，空间数据一般存储在外部存储器，如果对外存上数据的位置不加以记录和组织，每查询一个数据项就要扫描整个数据文件，这种访问磁盘的代价就会严重影响系统的效率，因此系统的设计者必须将数据在磁盘上的位置加以记录和组织，通过在内存中的一些计算来取代对磁盘漫无目的的访问，才能提高系统的效率，尤其是GIS涉及的是各种海量的

35、复杂数据，索引对于处理的效率是至关重要的。其二是由于多维空间数据不存在自然排序，使得传统的B树索引并不适用，因为B树所针对的字符、数字等传统数据类型都是在一个维度上，集合中任给两个元素，都可以在这个维度上确定其关系只可能是大于、小于、等于三种，若对多个字段进行索引，必须指定各个字段的优先级形成一个组合字段。而地理数据的多维性，在任何方向上并不存在优先级问题，因此B树并不能对地理数据进行有效的索引，所以需要研究特殊的能适应多维持性的空间索引方式。Ø 格网索引格网空间索引的基本思想是将研究区域按一定规则划分为大小相等或不等的网格，记录每一个网格所包含的地理对象。当用户进行空间查询时，首先

36、计算出用户查询对象所在的格网，然后通过该格网快速查询所选的地理对象。Ø 四叉树索引四叉树是一种对空间进行规则递归分解的空间索引结构，将已知范围的空间划成四个相等的子空间。如果需要可以将每个或其中几个子空间继续划分下去，这样就形成了一个基于四叉树的空间划分。四叉树有两种，一种是线性四叉树，一种是层次四叉树，这两种四叉树都可以用来进行空间索引。对于线性四叉树而言，先采用编码（Peano键），然后，根据空间对象覆盖的范围，进行四叉树的分割。如图所示，空间对象E，它的最大最小范围，涉及到由叶节点 0开始的 4 X 4个节点，所以索引表的第一行，Peano Keys = 0，边长 side l

37、ength = 4，空间对象的标识为E。空间对象D也有一条直线，它虽然仅通过0，2两个格网，但对线性四叉树来说，它涉及到0,1，2，3四个节点是不可再细分的，即它需要覆盖一个2*2的节点表达。同理，面状地物C也需要一个2*2的节点表达。对于点状地物， A、F、G一般可以用最末一级的节点进行索引。这样就建立了 Peano keys与空间目标的索引关系。当进行空间数据检索时，根据 Peano keys和边长就可以检索得到某一范围内的空间对象。层次四叉树的空间索引与线性四叉树基本类似。只是它需要记录中间节点和父节点到子节点之间的指针。除此之外，如果某个地物覆盖了哪一个中间节点，还要记录该空间对象的标

38、识。如图4-3-2所示是图4-3-1的空间对象的层次四叉树索引。其中第一层根节点0涉及空间对象E，第二层的中间节点0涉及空间对象D，节点8涉及C，而A，F，G，B处于第三级叶节点。在这种索引中要注意，每个根节点、中间节点和叶节点都可能含有多个空间对象。这种四叉树索引方法实现和维护比较麻烦。Ø R-Tree索引R-Tree是基于空间数据对象分割的空间索引方法，它采用空间对象的最小外包矩形MBR（Minimum Bounding Rectangle）来近似表达空间对象。R-Tree的建立需要满足一定的规则。设M为R-Tree中每个节点最多包含的索引记录条数，为每个节点包含的最少索引记录条

39、数，则有 M/2。R-Tree还具有以下特性： 每个叶节点包含M条索引记录象，除非它为根； 一个叶节点上的每条索引记录了（I，元组标识符），I是最小外包矩形，在空间上包含了所指元组表达的K维数据对象； 每个中间节点都有M个子节点，除非它为根； 对于中间节点中的每个（I，子节点指针），I是在空间上包含其子节点中矩形的最小外包矩形； 根节点最少有两个子节点，除非它是叶节点； 所有的叶节点出现在同一层； 所有MBR的边与全局坐标系的轴平行。R-Tree的每个节点对应一个磁盘页面。一个叶节点包含一组项，其每一项的格式为（I，元组标识符），其中I为MBR，元组标识符是数据库中存储对应于MBR的对象的元组

40、唯一标识符。非叶节点由多个格式为（I，子节点指针）的项组成，其中I是子节点指针指向的更低层节点项中所有矩形的MBR。树中的每个节点最多有M个条目，最少有m个（其中 M/2），除非它是根。点查询和范围查询在R-Tree中可以采用自顶向下递归的方法进行处理。查询点（或区域）首先同根节点中每个项（I，子节点指针）进行比较。如果查询点在I中（或查询区域与其相交），则查找算法就递归地应用在子节点指针指向的R-Tree结点上。该过程直到R-Tree的叶节点为止。使用叶节点中选出的项来检索与选中空间主码关联的记录。R-Tree有一个重要的特点就是兄弟结点对应的空间区域可以互相重叠，这样的特性使R-Tree比

41、较容易进行删除和插入操作，但却使空间搜索的效率降低，因为区域之间有重叠，可能要对多条路径进行搜查后才能得到最后的结果。总体来讲，R-Tree是一种较好的索引结构。该结构的MBR之间允许重叠，一方面保证了R-Tree具有至少50%的空间利用率，但另一方面，这种无约束的重叠，在维数增高时很可能会导致索引次数和存储空间的大量增加，严重影响查询效率。R-Tree的搜索性能取决于两个参数：覆盖范围和节点之间的重叠区域大小。树的某一层的覆盖是指这一层所有节点的MBR所覆盖的全部区域。树中某一层的重叠是指该层上各节点的MBR相交的区域。重叠使得查找一个对象时必须访问树中的多个节点。要得到一个高效的R-Tre

42、e，覆盖和重叠都应该最小，而且重叠的最小化比覆盖的最小化更加关键。为了解决这个问题，产生了R-Tree的变种，如R+-TREE、R*-TREE等。2、如何扩展SQL语言，使其支持空间查询？针对书本对应部分重点复习相关语法。SQL不足之处是只提供简单的数据类型：整型、日期型、字符串型等。空间数据库（SDB）的应用必须能处理点、线和多边形这样的复杂的数据类型。需要对SQL语言进行空间扩展。SQL的空间扩展，需要一项普遍认可的标准。OGC（ Open Geospatial Consortium ）是由一些主要软件供应商组成的联盟，负责制定与GIS互操作相关的标准。Ø OpenGIS Sim

43、ple Features Specification For SQL在OGC简单要素规范中，所定义的空间操作可分成三类 用于所有几何类型的基本操作 用于空间对象间拓扑关系的操作测试 用于空间分析的一般操作 第七讲1 广义空间数据库系统的主要内容：空间数据库本身、计算机硬件系统、操作系统、计算机网络结构、数据库管理系统、空间数据管理系统、空间数据库管理人员 第八讲1、阐述数据库设计的基本步骤。Ø 数据库设计分6个阶段 n 需求分析 n 概念结构设计 n 逻辑结构设计 n 物理结构设计 n 数据库实施 n 数据库运行和维护 需求分析和概念设计独立于任何数据库管理系统，逻辑设计和物理设计与

44、选用的DBMS密切相关Ø 需求分析阶段 a) 准确了解与分析用户需求（包括数据与处理） b) 最困难、最耗费时间的一步Ø 概念结构设计阶段 a) 整个数据库设计的关键 b) 通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型Ø 逻辑结构设计阶段 a) 将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型 b) 对其进行优化 Ø 数据库物理设计阶段 a) 为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）Ø 数据库实施阶段 a) 运用DBMS提供的数据库语言（如SQL）及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建

45、立数据库 b) 编制与调试应用程序 c) 组织数据入库 d) 进行试运行Ø 数据库运行和维护阶段 a) 数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行 b) 在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改7、阐述数据库的安全性、完整性、并发控制、数据库恢复基本思想。Ø 数据库安全性控制的常用方法 n 用户标识与鉴别用户标识与鉴别 （Identification & Authentication），是系统提供的最外层安全保护措施a) 用户标识 b) 口令 系统核对口令，以鉴别用户身份 n 存取控制 存取控制机制组成 a) 定义用户权限 b) 合法权限检查 用户权

46、限定义和合法权限检查机制，一起组成了DBMS的安全子系统。n 数据库角色数据库角色：被命名的一组与数据库操作相关的权限。 a) 角色是权限的集合 b) 可以为一组具有相同权限的用户创建一个角色 c) 简化授权的过程一、角色的创建 二、给角色授权 三、将一个角色授予其他的角色或用户 四、角色权限的收回 n 视图机制把要保密的数据对无权存取这些数据的用户隐藏起来，对数据提供一定程度的安全保护 CREATE VIEW CS_Student AS SELECT * FROM Student WHERE Sdept='CS'；n 审计审计日志（Audit Log）：将用户对数据库的所有操

47、作保存起来。 DBA利用审计日志，找出非法存取数据的人、时间和内容。Ø 数据库的完整性控制是指保证数据库中数据的正确性、有效性和相容性，防止错误的数据进入数据库。n 实体完整性 关系模型的实体完整性 :CREATE TABLE中用PRIMARY KEY定义实体完整性检查和违约处理:插入或对主码列进行更新操作时，RDBMS按照实体完整性规则自动进行检查。包括： 1. 检查主码值是否唯一，如果不唯一则拒绝插入或修改 2. 检查主码的各个属性是否为空，只要有一个为空就拒绝插入或修改n 参照完整性在CREATE TABLE中用FOREIGN KEY短语定义哪些列为外码,用REFERENCES

48、短语指明这些外码参照哪些表的主码n 用户定义的完整性属性上的约束条件的定义u 列值非空（NOT NULL） u 列值唯一（UNIQUE） u 检查列值是否满足一个布尔表达式（CHECK）n 完整性约束命名子句SQL在CREATE TABLE语句中提供了完整性约束命名子句CONSTRANT,用来对完整性约束条件命名，从而可以灵活地增加，删除一个完整性约束条件。n 域完整性域完整性指列的值域的完整性。如数据类型、格式、值域范围、是否允许空值等。 域完整性限制了某些属性中出现的值，把属性限制在一个有限的集合中。规则约束n 规则约束如Geodatabase中的u 关系类u 属性域u 子类型u 拓扑关系

49、n 触发器触发器（Trigger）是用户定义在关系表上的一类由事件驱动的特殊过程 由服务器自动激活 。可以进行更为复杂的检查和操作，具有更精细和更强大的数据控制能力Ø 并发控制n 封锁封锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。 一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制由封锁的类型决定。基本封锁类型： 排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁）：又称为写锁，若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，其它任何事务都不能再

50、对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁；保证其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。 共享锁（Share Locks，简记为S锁）：又称为读锁，若事务T对数据对象A加上S锁，则其它事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁 ；保证其他事务可以读A，但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。 Ø 数据库恢复技术n 恢复操作的基本原理：冗余 利用存储在系统其它地方的冗余数据来重建数据库中已被破坏或不正确的那部分数据 恢复机制涉及的关键问题 n 如何建立冗余数据 u 数据转储（backup） u 日志文件（logging） n 如何利用这些冗余数据实施数据库恢复1

51、空间数据库设计过程2 需求分析3概念结构设计 1） 利用E-R模型设计 2）空间E-R模型 3）用象形图扩展ER模型1 逻辑结构设计1）E-R模型向关系模型转换 2) 面向实体的逻辑模型设计5 空间数据库物理设计 是指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现，确定数据在介质上的物理存储结构，其结果是导出地理数据库的存储模式(内模式)。主要内容包括确定记录存储格式，选择文件存储结构，决定存取路径，分配存储空间。物理设计的好坏将对地理数据库的性能影响很大，一个好的物理存储结构必须满足两个条件： 一是地理数据占有较小的存储空间； 二是对数据库的操作具有尽可能高的处理速度。在完成物理设计后，要进

52、行性能分析和测试。6 空间数据库的实施和维护 空间数据库系统实施 （1）数据录入：（2）数据编辑：（3）数据库建立：（4）数据分析与处理：5）数据输出空间数据库系统维护 程序维护 数据文件的维护代码的维护 机器、设备的维护7 空间数据库建库流程第九讲1 地形图数字化方法 2 遥感影像数字化方法4国家基础地理信息系统是以形成数字信息服务的产业化模式为目标，通过对各种不同技术手段获取的基础地理信息进行采集、编辑处理、存贮，建成多种类型的基础地理信息数据库，并建立数据传输网络体系，为国家和省（市、自治区）各部门提供基础地理信息服务。 5 基础地理信息空间数据库包括哪些数据库基础地理信息空间数据库包括： 地形数据库、地名数据库、数字栅格地图数据库、数字正射影象数据库、数字高程模型（DEM）、重力数据库、大地数据库、土地覆盖数据库、航空航天影像数据库6 1:25万的各类数据库 国家基础地理信息系统全国1:25万地形数据库共分水系、居民地、铁路、公路、境界、地形、其他要素、辅助要素、坐标网以及数据质量等十四个数据层。     该数据库按地理坐标和高斯-克吕格投影两种坐标系统分别存储。数据量分别为4.5GB和5GB。数据精度符合国家1:25万比例尺地形图要求。全国1:25万数字高程模型数据库ü 数据源：