GIS原理-地理空间数据库-课件

第四章地理空间数据库

§1空间数据库概述空间数据库是地理信息系统中空间数据的存储场所。用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据；在决策过程完成后再将决策结果存储到空间数据库中。

空间数据库的布局和存取能力对地理信息系统功能的实现和工作的效率影响极大。1．1空间数据库的概念空间数据库系统由三部分组成：

（1）空间数据库地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。

（2）空间数据库管理系统指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义，提供必需的空间数据查询检索和存取功能，以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。一般建立在常规数据库管理系统之上。

方法一，直接对常规数据库管理系统进行扩展加入一定量的空间数据存储与管理功能。（如Oracle）。方法二，在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统之外的的空间数据存储与管理功能。（如SDE）

（3）空间数据库应用系统由空间分析模型和应用模型构成。数据库系统的结构概念模式：是数据库的总体框架，是对数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性、基本操作和目标—目标及操作—操作的关系和依赖性的描述，以及对数据安全、完整性等方面的定义。外模式：是数据库用户的数据视图，它属于概念模式的一部分，描述用户数据的结构、类型、长度等。所有的应用程序都是根据外模式中对数据的描述而不是根据概念模式中对数据的描述而编写的。内模式：是对数据库在物理存储器上具体实现的描述。它规定数据在存储介质上的物理组织方式、记录寻址技术，定义物理存储块的大小、溢出处理方法等。1．2空间数据库的设计1．设计过程

概念模型：对现实世界中各种地理现象、它们彼此的联系及其发展过程的认识和抽象的产物。主要包括对地理现象和过程等客体的特征描述、关系分析和过程模拟等内容。

逻辑模型：将概念模型结构转化为计算机数据库系统所能够支持的数据模型。存储模型：概念模型所反映到计算机物理存储介质中的数据组织形式。2．空间数据库的数据模型设计对地理空间客体及其相互联系的数学描述，可以用数据模型这个概念进行概括。建立空间数据模型的目的是揭示空间客体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为计算机能够接受和处理的数据形式。

层次模型、网状模型和关系模型，以及语义模型和面向对象的数据模型都可以用于空间数据库的设计。3．空间数据库设计的原则、步骤和技术方法原则：（1）尽量减少冗余（2）稳定的空间数据结构（3）满足用户对空间数据的及时访问需求（4）数据元素间维持复杂的联系（5）支持多样的决策需求，有较强的应用适应性步骤：（1）需求分析（2）概念设计（3）逻辑设计（4）物理设计技术方法：（1）数据分析技术用于分析用户数据的语义的技术手段。（2）技术设计技术将数据分析结果转化为数据库的技术实现。1．3空间数据库的实现和维护

1．空间数据库的实现（1）建立实际的空间数据库结构（2）装入试验性的空间数据对应用程序进行测试（3）装入实际的空间数据，建立起实际运行的数据库2．相关的其它设计（1）空间数据库的再组织设计（2）故障恢复方案设计（3）安全性考虑（4）事物控制3．空间数据库的运行与维护（1）维护安全性和完整性（2）监测并改善数据库性能（3）增加新的功能（4）修改错误§2空间数据库概念模型设计

—传统的数据模型§3空间数据库概念模型设计—

语义数据模型和面向对象数据模型

3．1语义数据模型语义数据模型的结构是由若干种抽象所组成，用这些抽象来描述客体的基本语义特性，再根据语义模型结构规则把这些抽象有机地组织起来。

最常用的语义模型之一是实体联系模型（E—R模型），由实体、联系和属性构成。

采用E—R模型进行数据库的概念设计可以分为以下三个步骤：（1）设计局部的E—R模型（2）设计全局的E—R模型（3）全局E—R模型的优化3．2面向对象的数据模型对象与实体一样是客观世界中客体的一种抽象的描述，它由客体的数据和对数据的操作组合而成。是在包含关系数据库管理信息系统的功能基础上，增加面向对象数据模型的封装、继承和信息传播等功能。

§4空间数据库逻辑模型设计和物理设计

4．1逻辑设计的步骤和内容（1）初始模型形成。把E—R模型转换成数据库支持的记录类型。（2）子模式设计。子模式是应用程序与数据库的接口。（3）模式评价。对逻辑数据库结构即模型，根据定量分析和性能测算作出评价。（4）优化模式。如建索引等。4．2E—R模型向关系数据模型的转换（1）一个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的关键字就是关系的关键字。（2）一个联系类型转换成一个关系模式，参与该联系的各实体的关键字以及联系的属性转换成关系的属性。4．3关系数据库的逻辑设计（1）E—R模型转换为关系模型（2）规范化处理（范式）（3）模式评价。是否满足用户的要求（4）优化模式。（5）形成数据库的逻辑设计说明书4．4空间数据库的物理设计（1）存储记录的格式设计（2）存储方法设计（3）访问方法设计（4）完整性和安全性的考虑（5）应用设计（6）形成物理设计说明书

§5GIS空间时态数据库考虑事物发展的时间特性。时空数据库系统或数据处理技术，其内容表现为以下三个主要方面：（1）空间时态数据的表达（2）空间时态数据的更新（3）空间时态数据的查询

时空一体化的数据模型：