第四章-地理信息系统数据库管理(南京信息工程大学-地理信息系统GIS)

第四章-地理信息系统数据库管理(南京信息工程大学-地理信息系统GIS)第一页，共43页。本章内容安排§1数据层次与文件组织§2空间数据库§3传统数据库模型§4面向对象数据库系统第二页，共43页。一、数据组织的分级二、数据间的逻辑联系§1数据与数据文件第三页，共43页。一、数据组织的分级数据组织的分级方法：按逻辑单位分级从数据与所描述的对象之间的关系划分层次有数据项、记录、文件、数据库按物理单位分级数据在存储介质上的存储单位层次有比特、字节、字、块、桶、卷文件记录数据项数据项组逻辑数据单位之间的关系图示第四页，共43页。数据项数据项组记录文件数据库最基本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，不能孤立存在第五页，共43页。二、数据间的逻辑联系（1）一对一的联系（1:1）：是指在集合A中存在一元素ai,则在集合B中就有且仅有一个bi与之联系。(2)一对多的联系（1:N)：在集合A中存在一个ai，则在集合B中存在一个子集B={bi1…bi2

…bin}与之联系。（3）多对多的联系（M:N)：对于集合A中的一个元素ai,在集合B中就存在一个子集B={bi1…bi2

…bin}与之相联系，反之亦然。地理名称空间位置1:1(1)第六页，共43页。市县市乡县农作物土壤类型省1:N1:N1:NM:N(2)(3)A

BAB第七页，共43页。数据存储数据库数据管理程序库(数据库软件)原始信息数据库§2空间数据库

第八页，共43页。§2空间数据库概述

一、数据库的概念二、传统的数据库模型三、面向对象数据库系统四、数据库管理系统第九页，共43页。一、数据库的概念

长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的、互相关联的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的独立性和易扩展性，并为用户共享。第十页，共43页。

空间数据库

应用于地理空间数据处理与分析领域；管理的对象为地理空间数据。与一般数据库相比具有以下特点：数据量特别大；有属性数据和大量空间数据；数据应用面很广。第十一页，共43页。二、传统数据库模型

数据模型

是数据库系统中关于数据和联系的逻辑组织的形式表示。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。数据库采用的主要的数据模型：层次模型；网状模型；关系模型第十二页，共43页。数据模型概述三种模型之间的根本区别在于数据之间联系的表示方式不同（记录型之间的联系方式不同）。层次模型用“树结构”表示网状模型用“图结构”表示关系模型用“二维表”（或称关系）表示第十三页，共43页。层次模型与树结构coverage1polygon1polygon2arc1arc2arc1node1node1

树结点——数据记录连线——从属关系arc3一、层次数据模型的数据结构在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型：（1）有且只有一个结点没有双亲结点，即根节点；（2）根以外的其它结点有且中有一个双亲结点。根结点叶结点兄弟结点兄弟结点第十四页，共43页。12233441abcd343554cefⅠⅡM层次模型adcfeb1243ⅠⅡ5M第十五页，共43页。系编号系名办公地点专业方向班级职工号姓名研究方向学号系名成绩教研室编号教研室系教研室教员班级学生教员学生数据库模型第十六页，共43页。学号系名成绩学号系名成绩学号系名成绩学号课程名成绩学号系名成绩V.CV.SS-CmnSCCSSCCS学生S课程C(1)(3)(2)用层次模型表示多对多的联系二、多对多联系在层次模型中的表示学号课程名成绩学号课程名成绩学号课程名成绩第十七页，共43页。三、层次模型的存储结构常用的实现方法有两种：邻接法、链接法ACBA1B1B4B6C5C7C14C3C2C9C4C8C6层次数据库及其实例A1B1C3C5C7C14B4C2C9B6C4C6C8A2…1、邻接法：按照层次树前序穿越的顺序把所有记录值依次邻接存放。第十八页，共43页。2、链接法：用指引元反映数据之间的层次关系。A1··B1··B4··B6··C3·A2··C5·C7·C14*C4·C9*C2·C6·C8·A1C14C7C5C3B1B4B6C2C9C4C6C8(a)(b)第十九页，共43页。四、层次模型的优缺点：

优点：模型层次分明、结构清晰，较容易实现；性能优于关系模型，不低于网状模型。从子女查找双亲，只有唯一的结果

缺点：对多对多联系表示起来方法笨拙；

查询比较麻烦，需要大量的索引文件；

同一属性数据要存储多次，数据冗余大；

插入和删除操作也比较复杂。数据独立性较差等。层次模型第二十页，共43页。网状模型与图结构一、网状数据模型的数据机构在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型:(1)允许一个以上的结点无双亲；(2)一个结点可以有多于一个的双亲。R1R2R1R2R4R5R3R2R1R3L1L5L4L2L1L2L3L2L1第二十一页，共43页。特点：有向图结构；一个结点可与其它多个结点建立联系；结点——数据记录；连线——不同结点数据间的关系。abcd12345efⅠⅡMadcfeb1243ⅠⅡ5M第二十二页，共43页。课程号课程名学分学号姓名系别学号课程号成绩学生课程选课S-SCC-SC学生/选课/课程的网状数据库模式二、网状数据模型的存储结构S1C1AS1C2AS2C1AS2C3BS3C1BS3C2BS4C1AS4C2AS4C3BS1S2S3S4C1C2C3学生/选课/课程的网状数据库实例链接法指引元阵列法二进制阵列法索引法等课程学生选修mnE-R图第二十三页，共43页。网状模型三、网状模型的优缺点优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系；数据冗余小；有良好的性能，存取效率较高。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；编写应用程序麻烦；数据的修改不方便（指针必须修改）。第二十四页，共43页。

是一数学化的模型，实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上称“关系”。这些关系表的集合就构成了关系模型。关系表：R(A1,A2,…An)

关系模型与二维结构表关系名R所包含的属性名（关系框架）行——元组相当一记录值列——属性关系模型由IBM公司研究院E.F.Codd于1970年首次提出。20世纪80年代以来，计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都是支持关系模型的。第二十五页，共43页。关系模型的数据结构-主要术语关系（Relation）一个关系对应通常所说的一张二维表，由行和列组成；元组（Tuple）表中的一行称为一个元组，或记录；属性（Attribute）表中的一列称为一个属性。码（Key）表中的某个属性或属性组，它们的值可以惟一地确定一个元组，且属性组中不含多余的属性，这样的属性或属性组称为关系的码。主码/候选码第二十六页，共43页。关系模型的数据结构-主要术语域（Domain）属性的取值范围称为域。分量（element）元组中的一个属性值称为分量。关系模式（Relationmode）关系的型称为关系模式，关系模式是对关系的描述。关系模式一般的表示是：关系名(属性1，属性2，…，属性n)。如：学生学籍（学号，姓名，年龄，所在系）第二十七页，共43页。关系模型举例学生学籍表学号姓名性别年龄所在系00001王平男20计算机系00002李丽女20计算机系00010张晓刚男19数学系…………………………第二十八页，共43页。1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6点关系模型第二十九页，共43页。关系模型的数据结构-关系关系模型中的数据全部用关系表示例如，关系模型中，学生、课程、学生与课程之间的联系表示为：学生(学号，姓名，性别，年龄，所在系)；课程(课程号，课程名，选修课)；选修(学号，课程号，成绩)；第三十页，共43页。关系操作关系操作主要包括数据查询和插入、删除、修改数据。关系中的数据操作是集合操作。关系操作语言都是高度非过程的语言。第三十一页，共43页。关系模型的优缺点：优点：数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立性。缺点：当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的数据操作，比较费时。第三十二页，共43页。传统数据库管理

地理空间数据的局限性

传统数据库系统地理空间数据管理不连续、相关性较小的数字和字符连续的、具有很强的空间相关性管理的实体类型少，且实体类型间只有简单、固定的空间关系实体类型繁多，存在复杂的空间关系，且还能产生新的关系（拓扑关系）存储的通常为等长记录的数据为变长记录，且数据项可能很大、很复杂只操纵和查询文字和数据信息操纵和查询大量空间数据第三十三页，共43页。

三、面向对象数据模型面向对象方法中的基本概念1、对象：是对客观世界实体的抽象描述；由描述该对象（目标）状态的信息（数据）和表达它的行为的操作（方法）组合而成。2、类：具有相同属性和服务的一组对象的集合，是对象的抽象描述。对象具有封装性和继承性，涉及到分类、概括、聚集、联合、继承和传播等概念。第三十四页，共43页。3、概括与继承1）超类与概括

将几种类型中某些具有公共特征的属性和操作抽象出来，形成更一般的超类。

第三十五页，共43页。人某学校数据库的类层次结构图研究生本科生教员工人行政人员学生教职员工第三十六页，共43页。2）继承

超类的属性和操作可以无条件的被它的子类所拥有。是一种强有力的建模工具。有单个继承和多个继承仅一个直接父类多个直接父类第三十七页，共43页。建筑物招待所……医院饭店学校涉外宾馆旅社……单个继承实例Superclass1Class1Superclass2多个继承方式多个继承实例高速公路不可航河流河流自然交通线人工交通线水系交通线可航河流运河池塘第三十八页，共43页。4、联合、聚集与传播聚集：是把一组属于不同类中的若干对象组合起来形成以更高级别的复合对象的过程；传播：作为联合和聚集的一种工具，是从下往上作用的，通过一种强制性的手段将子对象的属性信息和操作传递给复杂对象。第三十九页，共43页。（二）、面向对象方法的几何抽象类型

1、GIS中的各种地物，在几何上主表现为点状、线状、面状以及组合成的复杂地物，它们可以作为GIS中各种地物类型的超类。第四十页，共43页。（二）、面向对象方法的几何抽象类型2．拓扑关系与面向对象模型

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