空间数据组织与管理课件

4.5空间数据组织与管理4.5空间数据组织与管理4.5.1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。

4.5.1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、一对一的联系(1：1)2、一对多的联系(1：N)3、多对多的联系(M：N)

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BAB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4.5.2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。4.5.2数据模型数据模型是数据库系统中实体与实体之间的层次数据库模型

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。

层次数据库模型它的特点是将数据组织成一对多关系的结构。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层次数据库模型优点：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。网络数据模型网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关网络数据模型优点：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）网络数据模型优点：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法。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关系数据模型优点：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方式来分析和解决问题。面向对象数据库系统面向对象（object-oriented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

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。基本概念协议：是一个对象对外服务的说明。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。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。面向对象的几何抽象类型GIS中的各种地物，在几何性质方面不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、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。

面向对象的属性数据模型GIS中的地物可根据国家分类标准或实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

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GIS中的空间对象模型

GIS中的空间对象模型4.5.3空间数据库空间数据库定义：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4.5.3空间数据库空间数据库

传统数据库与空间数据库的比较传统数据库空间数据库数据连续性/相关性不连续相关性小连续较强空间相关性实体类型/空间关系少简单固定多复杂且不固定记录长度结构化等长非结构化不等长查询与操作文字、数字文字数字空间图形传统数据库与空间数据库的比较传统数据库空间数据库数据连续性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。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等几何数据属性数据ID数据文件数据库早期图形用户界面图形处理DBMS属性用户界面图形文件库属性数据库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文件关系数据库混合管理方案几属ID数数早图形用户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，SmallWorld、Geovision等GIS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

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++、GeoTropics等GIS界面空间数据处理DBMS空间数据库扩充实体类型（点、线、面、圆等）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栅格数据的管理基于文件的影像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形式的影像数据影像数据001影像数据002影像数据003影像数据004影像数据005文件管理方式目前大部分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对应影像信息文件-数据库管理方式文件管理形式的影像数据影像数据001影像数据002影像数据003影像数据004影像数据005011002Image005011001Image004011003Image003…………011002Image002011001Image001块号影像名称影像信息数据库表影像数据的文件管理影像数据按照文件方式组织管理文件-数据库管理方式文件管理形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4.5.4空间数据库引擎1996年，ESRI公司与Oracle等数据库开发商合作，开发出一种能将空间图形数据也存放到大型关系数据库中管理的产品，将其定名为“spatialdatabaseengine”，简称SDE，即为“空间数据库引擎”。ESRI公司的ArcSDE，MapInfo公司的SpatialWare，数据库厂商Oracle公司的Spatial，Informix公司的SpatialDataB1ade等产品和技术。2023/9/21294.5.4空间数据库引擎1996年，ESRI公司与Orac4.5.5空间数据组织图幅数据组织2023/9/21304.5.5空间数据组织图幅数据组织2023/8/630从arcmap来看2023/9/2131从arcmap来看2023/8/6314.5.6Geodatabase数据库创建Geodatabase概述地理数据库（Geodatabase）是为了更好的管理和使用地理要素数据，而按照一定的模型和规则组合起来的存储空间数据和属性数据的容器。地理数据库是按照层次型的数据对象来组织地理数据的，这些对象包括对象类（ObjectClasses）、要素类（FeatureClasses）和要素数据集（featuredataset）。4.5.6Geodatabase数据库创建GeodatGeodatabase的数据组织Geodatabase的数据组织创建一个新的地理数据库创建一个新的地理数据库空间数据组织与管理课件建立要素数据集建立一个新的要素数据集，必须定义其空间参考，包括坐标系统和坐标域。数据集中的所有要素类用相同的坐标系统，所有要素类的所有要素坐标必须在域的范围内。在定义坐标系统时，可以选择预先定义的坐标系，或者以已有的要素数据集的坐标系或独立要素类的坐标系作为模板，或者自定义。建立要素数据集建立一个新的要素数据集，必须定义其空间参考，包其下再建立一个数据集(dataset)在数据集下建各种要素类(点、线、面、注释等)数据库数据集要素类其下再建立一个数据集(dataset)数据库数据集要素类空间数据组织与管理课件空间数据组织与管理课件建立要素类要素类分为简单要素类和独立要素类。简单要素类存放在要素数据集中，不需要定义空间参考，要素类将使用要素数据集的坐标；独立要素类存放在数据库中的数据集之外，必须定义空间参考坐标。建立要素类要素类分为简单要素类和独立要素类。简单要素类存放在（1）建立一个简单要素类1）在Arccatalog目录树中，在需要建立要素类的要素数据集上单击右键，单击New，选择FeatureClass命令，9.310.2（1）建立一个简单要素类9.310.22）打开NewFeatureClass对话框，如图所示。在Name文本框中输入要素类名称，在Alias文本框中输入要素类假名，假名是对真名的描述。在Type选项组选择ThisfeatureclasswillstoreESRIsimplefeatures单选按钮。2）打开NewFeatureClass对话框，如3）单击下一步按钮，打开确定要素类字段名及其类型与属性对话框，如图所示。在简单要素类中，OBJECTID和SHAPE字段是必需字段，OBJECTID是要素的ID，SHAPE是要素的几何形状，如点、线、多边形等。3）单击下一步按钮，打开确定要素类字段名及其类型与属性对4）单击FieldName列下面的第一个空白行，添加新字段，输入新字段名，并选取数据类型。

4）单击FieldName列下面的第一个空白行，添（2）建立一个独立要素类独立要素类就是在地理数据库中不属于任何要素数据集的要素类，需要建立自己的空间参考坐标系统，并设定自己的投影系统参数和x/y域。1）在ArcCatalog目录树中，在需要建立独立要素类的地理数据库上单击右键，单击New，选择FeatureClass命令。

（2）建立一个独立要素类独立要