地理信息系统原理_孔金玲_第六章空间数据管理

1、6.1 数据库概述 6.2 数据模型 6.3 空间数据管理模式 6.4 空间数据的组织6.1 数据库概述 6.1.1 数据组织的逻辑层次数据组织的逻辑层次 6.1.2 数据间的逻辑联系数据间的逻辑联系 数据间的逻辑联系主要是指数据间的逻辑联系主要是指记录与记录之间的联系。记录与记录之间的联系。 一对一的联系一对一的联系(1：1) 一对多的联系一对多的联系(1：N) 多对多的联系多对多的联系(M：N) A BABA BAB第六章第六章 空间数据管理空间数据管理A BAB6.1 数据库概述 6.1.3 地理数据库地理数据库 6.2 数据模型数据模型数据模型是数据库系统中关于是数据库系统中关于数据和

2、联系数据和联系的逻辑组织的形式表示，的逻辑组织的形式表示，每一个具体的数据库都是由一个相应的数据模型来定义。数据模型是每一个具体的数据库都是由一个相应的数据模型来定义。数据模型是对客观事物及其联系的描述，它是数据库设计的基础和核心，是衡量对客观事物及其联系的描述，它是数据库设计的基础和核心，是衡量数据库能力强弱的主要标志之一。数据模型不同，数据库中数据的组数据库能力强弱的主要标志之一。数据模型不同，数据库中数据的组织形式就不同。织形式就不同。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，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。有其不同

3、的处理数据联系的方式。传统的数据模型有三种：传统的数据模型有三种：层次模型、网络模型和关系模型，层次模型、网络模型和关系模型，其中其中应用最广泛的是关系模型。应用最广泛的是关系模型。6.2 数据模型 6.2.1 传统数据模型传统数据模型以记录类型为结点的有向树。以记录类型为结点的有向树。123456abcdefgMMabcdefg1223344134355664c6.2 数据模型 6.2.1 传统数据模型传统数据模型优点：优点：层次清楚、结构简单、数据存取查询方便。层次清楚、结构简单、数据存取查询方便。缺点：缺点：结构缺乏灵活性，公共点线不能数据共享，不能顾及拓扑关结构缺乏灵活性，公共点线不能

4、数据共享，不能顾及拓扑关系，冗余数据多。系，冗余数据多。适用范围：适用范围：文献目录，土地利用类型划分，动植物分类，部门机构文献目录，土地利用类型划分，动植物分类，部门机构等分级数据的组织。等分级数据的组织。 6.2 数据模型 6.2.1 传统数据模型传统数据模型 网络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，是具用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有有多对多多对多类型的数据组织方式。类型的数据组织方式。Mabcdefg123456123456abcdefgM6.2 数据模型 6.2.1 传统数据模型传统数据模型 优点：优点：v 可以表达数据间较复杂的关系；可以表达数

5、据间较复杂的关系；v 减少了数据的冗余。减少了数据的冗余。 缺点：缺点：v 数据间的联系通过指针表示，指针数据项要占用存储数据间的联系通过指针表示，指针数据项要占用存储空间，当数据间关系复杂时，指针会消耗大量的存储空间，当数据间关系复杂时，指针会消耗大量的存储空间。空间。v 修改数据库数据时，指针也随着变化，因此指针的建修改数据库数据时，指针也随着变化，因此指针的建立与维护成了数据库相当大的额外负担。立与维护成了数据库相当大的额外负担。6.2 数据模型 6.2.1 传统数据模型传统数据模型 关系数据模型关系数据模型就是以关系表（数据表）的形式组织数据。把就是以关系表（数据表）的形式组织数据。把

6、数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表，这种表就称为数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表，这种表就称为关系。关系表的集合就构成关系模型。关系。关系表的集合就构成关系模型。 关系模型不分层也无指针，是建立数据之间联系的一种非常关系模型不分层也无指针，是建立数据之间联系的一种非常有效的数据组织方法。有效的数据组织方法。 6.2 数据模型 6.2.1 传统数据模型传统数据模型 123456abcdefgMM acbecfgda12gb25f463e356d41c34地图多边形线点优点：优点：结构简单灵活，数据操作方便。结构简单灵活，数据操作方便。 缺点：缺点：数据的检索是顺序查找，当数据库涉数

7、据的检索是顺序查找，当数据库涉及目标很多、很复杂时，将花费很多时间，及目标很多、很复杂时，将花费很多时间，影响效率。影响效率。6.2 数据模型 6.2.2 面向对象的数据模型面向对象的数据模型基本出发点基本出发点6.2 数据模型 6.2.2 面向对象的数据模型面向对象的数据模型基本概念基本概念v对象对象：v类类：属于同一类的所有目标共享相同的属性项和方法，每个目属于同一类的所有目标共享相同的属性项和方法，每个目标都是这个类的一个实例。标都是这个类的一个实例。6.2 数据模型 6.2.2 面向对象的数据模型面向对象的数据模型基本概念基本概念v 超类超类：(CID,CSA , CSB,CMA,CM

8、B)(CID2,CSA , CSC,CMA,CMC) = (SID,CSA , CMA,)(CID, CSB, CMB)(CID2, CSC, CMC)6.2 数据模型 6.2.2 面向对象的数据模型面向对象的数据模型基本概念基本概念v 联合联合：(ID, SA , SB, M)(ID , SA , SC, M) 设立新目标设立新目标 (ID , SA , , , M) 此时 (ID, SB, M)(ID , SC, M) 其中，6.2 数据模型 6.2.2 面向对象的数据模型面向对象的数据模型基本概念基本概念v 聚集聚集：(ID,S,M)(ID , S , M ) 组成新目标组成新目标 (I

9、D , S , S, S, M ) 其中， S 包含于包含于S，S 包含于包含于Sv 传播：传播：P211 6.3 空间数据管理模式 空间数据的特征：空间数据的特征： 6.3.2 q属性数据、几何数据同时采用关系数据库进行管理属性数据、几何数据同时采用关系数据库进行管理q空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快q属间接存取，效率比属间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作间查询、对象嵌套等复杂的空间操作qGIS软件：软件：System9，Small World等等GI

10、S界面属性数据（定长记录）空间数据（变长记录）DBMS空间数据库关系表二进制块6.3.3 （扩展关系数据库管理模式）（扩展关系数据库管理模式）q 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。查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。q 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。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。q 用户不能根据用户不能根据GIS要求进行空间对

11、象的再定义，因而不能将设计的拓扑结构进行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。存储。q GIS软件：软件：TIGER等。等。GIS界面空间数据处理RDBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面、圆等） GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，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，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因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。中各种地物类型的超类。空间地物点状地物线状地物面状地物复杂地物电视塔桥 梁车 站

12、道 路水 管电力线建筑物湖公 园矿 山大 学县6.3.4 6.3 空间数据管理模式 6.3.4 v 面向对象的数据模型最适用于空间数据的表达和管理，它不面向对象的数据模型最适用于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长纪录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。仅支持变长纪录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。v 面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。数据结构以及它的操作。v 是空间数据管理的发展方向。是空间数据管理的发展方向。 6.4 空间数据的组织 6.4.1 工程工作区1工作区2工作区s图层1 图层n

13、1图层1 图层n2图层1 图层ns 其中图层个数n1、n2ns可以相等也可以不等。工作区是数据组织的单元，以范围定义的。通常一幅图定义为一个工作区，也可以几幅图拼接后定义为一个工作区。一个工作区在垂向可分解为若干个工作层（图层，数据存储的物理层）。一个工作层可包含若干个逻辑层（逻辑层是按地物类进行划分的）。如道路工作层在逻辑上可分为高等级公路、一般公路等。 6.4 空间数据的组织 6.4.1 Coverage 工作目录 控制信息文件（边界文件、Tic点文件） 弧段文件 标识点文件 多边形文件 在MGE（美国Intergraph公司生产的GIS软件，Modular GIS Environment

14、）和Geostar中，一个工作层就对应着一个数据文件， 6.4 空间数据的组织 6.4.1 工程工程 图层1 图层2 图层n 它是以项目的方式添加若干点、它是以项目的方式添加若干点、线、面、图层。线、面、图层。 每一图层可包含若干逻辑层，每一图层可包含若干逻辑层，对于逻辑层系统有专门的图层管对于逻辑层系统有专门的图层管理功能。如：开、关所有层；图理功能。如：开、关所有层；图层开关设置；设计当前图层；存层开关设置；设计当前图层；存当前图层；修改层名等。当前图层；修改层名等。 6.4 空间数据的组织 6.4.2 10000 11000 12000 13000 14000 1500014000130

15、00 12000 11000 工作区索引工作区工作区XminYminXmaxYmaxw1110000100001100011000w4514000130001500014000工作区索引文件 6.4 空间数据的组织 6.4.3 混合数据管理模式中，属性数据由关系数据库来管理，但不同的混合数据管理模式中，属性数据由关系数据库来管理，但不同的系统，数据的组织方式也不同。系统，数据的组织方式也不同。ARC/INFOARC/INFO的属性数据组织方式：的属性数据组织方式：Coverage AAT（ARC Attribute Table） PAT（Point or Polygon Attribute Table） 仅有一个仅有一个AAT表和一个表和一个PAT表，因此，限定点与多边形不能在同一表，因此，限定点与多边形不能在同一个个Coverage。 6.4 空间数据的组织 6.4.3 MGEMGE的属性数据组织方式：的属