空间数据库课件

地理信息系统空间数据库数据采集与编辑；数据处理和变换；数据存储与管理；空间分析和统计；产品制作与显示；二次开发和编程。内容回顾-GIS的功能简介

建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关联的事物。地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库，空间数据库的理论与方法是地理信息系统的核心问题。

数据库技术是60年代初开始发展起来的一门数据管理自动化的综合性新技术。数据库的应用领域相当广泛，从一般事务处理，到各种专门化数据的存储与管理，都可以建立不同类型的数据库。数据库技术数据库的概念

数据库是随着计算机的迅速发展而兴起的一门新学科。通俗的讲，数据库是以一定的组织形式存贮在一起的互相有关联的数据的集合。但这种数据集合不是数据的简单相加，而是对数据信息进行重新组织，最大限度的减少数据冗余，增强数据间关系的描述，使数据资源能以多种方式为尽可能多的用户提供服务，实现数据信息资源共享。随着数据信息资源的多用户服务，以及用户对信息数据多种方式（如检索、分类、排序等）访问的需求，人们又研制了数据库管理系统（管理和控制程序软件）。数据库的定义

计算机对数据的管理经过了三个阶段程序管理阶段文件管理阶段数据库管理阶段数据库的定义其中，数据库是数据管理的高级阶段，它与传统的数据管理相比有许多明显的差别，其中主要的有两点：一是数据独立于应用程序而集中管理，实现了数据共享，减少了数据冗余，提高了数据的效益；二是在数据间建立了联系，从而使数据库能反映出现实世界中信息的联系。数据结构化数据共享度数据独立性数据管理者人工管理阶段无结构无共享、冗余度极大不独立，完全依赖于程序用户（程序员）文件系统阶段记录内有结构、整体无结构共享性差，冗余度大独立性差文件系统数据库系统阶段整体结构化共享性高，冗余度小数据独立性高数据库管理系统。。与文件管理相比，空间数据库有如下特点：

1.实现数据集中管理和共享

2.减小了数据冗余

3.数据的独立性

4.复杂的数据模型（结构化）

5.数据保护特性

数据库的主要特征

一个完整的数据库是由三个最基本的部分所组成：一是数据库存储系统，即描述全部原始要素信息的原始数据，也是数据库系统加工处理的对象；二是数据库管理系统（DBMS），即数据库软件，它存放着管理和控制数据的各种程序，是数据库系统加工处理的手段。三是数据库应用系统-具有访问功能的应用软件数据应用系统数据库数据管理程序库(数据库软件)面向用户界面数据库的组成

数据是现实世界中信息的裁体，是信息的具体表达形式。为了表达有意义的信息内容，数据必须按照一定的方式进行组织和存储。数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、数据项组记录、文件数据库。数据组织方式文件记录数据项数据项组逻辑数据单位之间的关系物理单位:

位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷逻辑单位:

数据项、数据项组、记录、文件和数据库1.数据项、数据项组

数据项是定义数据的最小单位，也叫元素、字段等。是用来表示物体的属性的，是最基本的不可分割的数据单位，它具有独立的逻辑意义。数据项的值可以是数值的、字母的、字母数字的以及汉字形式的等。数据项的物理特点在于它具有确定的物理长度，一般用字节数目来表示。若干个字节组成一个字，字是计算机进行算术运算的基本单位。

几个数据项可以组合构成数据项组，例如日期的数据项组可由数据项“年”、“月”、“日”组成。数据项组也可有自己的名字，可以作为一个数据项看待。2.记录

记录是数据项的被命名的集合。它是关于一个实体的数据的总和，是一个有意义的信息集合，并作为对文件进行存取操作的基本单位。为了惟一标识每一个记录，就必须有记录标识，也叫关键字。记录标识符一般由记录中的第一个数据项担任，惟一标识记录的关键字称主关键字，其它标识记录的关键字称为辅关键字。

3.文件

文件是一个给定类型逻辑记录的全部具体值的集合。文件用文件名称标识。在简单文件中，每个逻辑记录包含相同数目的数据项；在复杂文件中，由于重复组的存在，每个记录包含不同数目的数据项。4.数据库

它是比文件更大的数据组织，是具有特定联系的多种类型记录的集合。数据库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。1.一对一的联系（1：1）

这是比较简单的一种联系方式，是指在集合A中存在一个元素αi，则在集合B中就有一个且仅有一个bj与之联系。在1:1的联系中，一个集合中的元素可以标识另一个集合中的元素。例如，地理名称与对应的空间位置之间的关系就是一种一对一的联系。

••••••ABBA1：1数据间的逻辑关系2.一对多的联系（1：N）

现实生活中以一对多的联系比较常见。如图所示，这种联系可以表达为：在集合A中存在一个αi，则在集合B中存在一个子集B’＝（bj1,bj2,...,bjn）与之联系。通常，B’是B的一个子集。行政区划就具有一对多的联系，一个省对应多个市，一个市对应多个县，一个县又有多个乡。••••••ABBA•••1：N3.多对多的联系（M：N）

这是现实中最复杂的联系，即对于集合A中的一个元素αi，在集合B中就存在一个子集B’＝（bj1,bj2,...,bjn）与之相联系。反过来，对于B集合中的一个元素Bj在集合A中就有一个集合A’=(αi1,αi2,αi3,...αim)与之相联系，即M：N的联系。地理实体中的多对多联系是很多的，例如土壤类型与种植的作物之间有多对多联系，同一种土壤类型可以种不同的作物，同一种作物又可种植在不同的土壤类型上。••••••ABBA•••M：N•

数据库管理系统是处理数据库存取和各种管理控制的软件，应用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。数据库管理系统

DBMS数据库管理系统的功能

数据库定义数据库的装入数据管理数据库维护数据库通讯

提供书写各种模式的语言及其支撑软件，并把各种定义信息也存贮于系统之中。它勾画出数据库的框架。数据库管理系统的功能

数据库定义数据库的装入数据管理数据库维护数据库通讯应用数据装入数据库

a)键盘输入；

b)接受另一个系统的数据文件数据库管理系统的功能

数据库定义数据库的装入数据管理数据库维护数据库通讯运行控制数据存取、更新数据完整性、有效性数据共享数据库管理系统的功能

数据库定义数据库的装入数据管理数据库维护数据库通讯重新定义数据重新组织性能监督与分析数据库整理故障恢复数据库管理系统的功能

数据库定义数据库的装入数据管理数据库维护数据库通讯操作系统接口处理各种语言接口远程操做接口处理1、定义：是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。

书刊

数据

逻辑划分词句段目节章数据项、记录、文件和数据库

物理划分字行页期卷比特、字节、字、块、桶和卷空间数据库是空间数据库系统的简称。空间数据库空间数据管理方式初级式的管理模式：coverage混合式的管理模式：shape文件和.tab文件扩展式的管理模式：GDB集成式的管理模式：OracleSptialCartridge数据模型常用的数据模型有：层次模型、网络模型、关系模型、面向对象模型。

数据结构：是指数据的组织形式，在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。数据模型：是描述实体及其相互关系的数学描述，是空间数据库建立的逻辑模型。

两者之间的关系：混合的交叉关系，并不一一对应，世界多样性，确定数据模型，确保实用性，（便于模型化、存储、检查和分析），它并不基于空间数据结构。层次模型学校学生系老师课程层次模型124356abcdefgⅠⅡ地图MMⅠⅡabcdcefg1223344134355664层次模型特点（1）有且仅有一个结点无双亲，这个结点即树的根；（2）其它结点有且仅有一个双亲。

优点:层次和关系清楚，检索路线明确。缺点:

在GIS中若采用这种层次模型将难以顾及公共点、线数据共享和实体元素间的拓朴关系，导致数据冗余度增加，而且给拓朴查询带来困难。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，且具有多对多类型的数据组织方法。网络模型124356abcdefgⅠⅡ地图MMⅠⅡabcdefg123456网络模型优点：明确而方便的表示数据间的复杂关系，数据冗余小。缺点：指针数据增加数据量，指针的建立和维护是非常大的任务。特点：一个子结点可有多个父结点；可有一个以上的结点无父结点；父结点与某个子结点记录之间可以有多种联系（一对多、多对一、多对多）。关系模型关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，不分层也无指针。关系模型124356abcdefgⅠⅡ地图M地图MⅡⅠ多边形gdfcebcⅡaⅠ线Ⅰa12Ⅰb23Ⅰc34Ⅰd41Ⅱe35Ⅱf56Ⅱc34Ⅱg64点1x1y12x2y23x3y34x4y45x5y56x6y6关系模型关系模型中应遵循以下条件：（1）二维表中同一列的属性是相同的；（2）赋予表中各列不同名字（属性名）；（3）二维表中各列的次序是无关紧要的；（4）没有相同内容的元组，即无重复元组；关系模型优点：结构特别灵活，可以满足所有用布尔运算和数学运算规则形成的询问要求；能搜索、组合、比较不同类型的数据。缺点：许多操作都要求在文件中顺序查找满足特定关系的数据，可能花费很多时间。关系模型

目前关系模型应用最多。关系模型是由E.F.Codd在20世纪70年代引入数据库领域的。关系模型是一种数学化的模型，它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表的元素，这种表成为关系。关系的集合构成关系模型关系模型关系:

一个关系可看作一个二维表，表的每列对应一个域。关键字:

唯一表示一个元组。关系模式：用来定义关系。它包括（关系名、属性名、属性向域的映射、属性间的依赖关系）。关系数据库：基于关系模型的数据库，利用关系来描述现实世界。关系模型关系的完整性:实体完整性参照完整性用户定义的完整性关系模型关系数据库表的规则1、表中的每一个属性必须有一个唯一的名字。2、行的顺序不是重要的影响因素。3、任意两个记录(行)不能完全相同。4、每一个属性应仅包含一个值。关系数据库的连接和查询关系数据结构中表格的联结通过将表格中的内容减至最少，可以节省储存空间、避免错误。表格的联结则允许通过为信息管理建立一个灵活有效的结构，以使数据结构达到最大效率。为有效地实现这一点，需要建立和安排表格间的对应关系；维持表格间的对应关系和用对应的观点来研究联结(1:1,N:M,N:1)。关系数据库的连接和查询

（1）关键字段与关键字段的联结（土地代码）

土地代码面积所有者是否登记14536350S.Engel是14661399G.Leeds否14663399S.Engel是14665280J.Maus否14667141H.Stein是土地代码登记日期土地利用类型1453685年7月居住1466190年8月居住1466390年8月工业1466582年6月农业1466770年5月农业关系数据库的连接和查询

（2）非关键字段与关键字段的联结土地代码面积所有者是否登记14536350S.Engel是14661399G.Leeds否14663399S.Engel是14665280J.Maus否14667141H.Stein是姓名地址电话S.Engel15LeyStreet5673821G.Leeds22SunriseAve4453421J.Maus49PoplarRoad4774768H.Stein83HolbrookRd6754491关系数据库的连接和查询

（3）非关键字段与非关键字段的联结土地代码面积所有者是否登记14536350S.Engel是14661399G.Leeds否14663399S.Engel是14665280J.Maus否14667141H.Stein是交换代码姓名时间14231S.Engel14.5014235G.Leeds14.5014236S.Engel15.2314260J.Maus15.4014266H.Stein15.4114268H.Stein16.22教师编号姓名性别学位工作日期单位职称0001王宁军男学士94/07/15计算机讲师1006陈平男硕士72/09/01地理副教授2008周华俊女硕士95/08/01电子电工讲师

教师信息表

课号课名班级学时教师编号00001C语言程序97计算机40000100003汇编语言97计算机70000110002地图学96GIS80100610006测量学98遥感80100620004模拟电路97无线电通信702008

授课信息表

例：描述学校的数据库：

学生的学号（Sno）、所在系（Sdept） 系主任姓名（Mname）、课程名（Cname） 成绩（Grade）单一的关系模式：Student<U、F>U＝｛

Sno,Sdept,Mname,Cname,Grade｝⒈数据冗余太大浪费大量的存储空间

例：每一个系主任的姓名重复出现⒉更新异常（UpdateAnomalies）数据冗余，更新数据时，维护数据完整性代价大。 例：某系更换系主任后，系统必须修改与该系学生有关的每一个元组。数据库存在的问题：⒊插入异常（InsertionAnomalies）该插的数据插不进去例，如果一个系刚成立，尚无学生，我们就无法把这个系及其系主任的信息存入数据库。⒋删除异常（DeletionAnomalies）不该删除的数据不得不删 例，如果某个系的学生全部毕业了，我们在删除该系学生信息的同时，把这个系及其系主任的信息也丢掉了。数据库存在的问题：结论：Student关系模式不是一个好的模式。“好”的模式：不会发生插入异常、删除异常、更新异常，数据冗余应尽可能少。原因：由存在于模式中的某些数据依赖引起的解决方法：通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖。数据依赖：1）依赖于值域元素语义的限制2）函数依赖定义

设R(U)是一个属性集U上的关系模式，X和Y是U的子集。

若对于R(U)的任意一个当前值r，如果r中存在两个元组在X上的属性值相等，就必有在Y上的属性值相等，则称“X函数决定Y”或“Y函数依赖于X”，记作X→Y。定义

在关系模式R(U)中，如果X→Y，并且对于X的任何一个真子集X’，都有

X’Y都不成立,则称Y完全函数依赖于X

若X’→Y成立，则称Y部分函数依赖于X。

完全函数依赖与部分函数依赖：定义在关系模式R(U)中，如果X→Y，Y→Z，且XYO，Y→X不成立，则称Z传递函数依赖于X。传递函数依赖U满足1NF是关系数据库设计的前提。数据的原子性并非绝对，取决于实际应用的要求。如“姓名”可以拆成“姓”与“名”的组合。但一般场合都是把姓名作为一个整体标识。1）第一范式1NF的[定义]如果关系模式R的所有的域为简单域，其元素不可再分，则称R属于第一范式。对数据的结构进行规范化的组织，常用的规范化范式有3种：数据组织的规范化处理

学生登记表学号姓名班级9901001

陈小蕾计算机应用专业计算机9901班9901002李泉勇计算机应用专业计算机9901班9901003张小芳计算机应用专业计算机9901班9903003笪小波建筑设计专业建筑9902班9903002李群建筑设计专业建筑9902班9905056高明服装设计专业服装9901班请分析下表是否符合第一范式，为什么？学号姓名班级专业9901001陈小蕾计算机9901班计算机应用专业9901002李泉勇计算机9901班计算机应用专业9901003张小芳计算机9901班计算机应用专业9903003笪小波建筑9902班建筑设计专业9903002李群建筑9902班建筑设计专业9905056高明服装9901班服装设计专业不符合修改为下表后符合非主属性是指不包含在任何主键中的属性。满足2NF的条件：消除了从非主属性到主属性的“部分函数依赖”.2）第二范式2NF的[定义]

如果关系R属于1NF，且每个非主属性完全函数依赖于主关键字，则关系模式R属于第二范式。规范化处理后存在部分函数依赖的关系模式存在的问题。1数据冗余、更新异常2插入、删除异常3）第三范式(3NF)与传递函数依赖[思考]下表虽然满足2NF，但仍是一个蹩脚的设计

：

传递函数依赖：在一个关系模式中，若存在A-->B和B-->C，

则必有A-->C成立，即C传递函数依赖于A。如上表中存在A-->C和C-->D，即“专业”传递函数依赖于“学号”。满足3NF的条件：消除了“传递函数依赖”第三范式3NF的[定义]如果R属于2NF，且每个非主属性都不传递函数依赖于主关键字，则关系模式R属于第三范式。学号姓名班级专业9901001陈小蕾计算机9901班计算机应用专业9901002李泉勇计算机9901班计算机应用专业9901003张小芳计算机9901班计算机应用专业9903003笪小波建筑9902班建筑设计专业9903002李群建筑9902班建筑设计专业9905056高明服装9901班服装设计专业修改上表学生表学号姓名班级9901001

陈小蕾计算机9901班9901002李泉勇计算机9901班9901003张小芳计算机9901班9903003笪小波建筑9902班9903002李群建筑9902班9905056高明服装9901班班级专业计算机9901班计算机应用专业建筑9902班建筑设计专业服装9901班服装设计专业

班级专业表

综合思考学号课程编号课程名称成绩学分9901001100058数据库应用技术8059901001100044VB程序设计8739901002100058数据库应用技术9059901002020407电子商务概论7349905056020407电子商务概论634请分析下表，属于第几范式？如何规范化为3NF?学生成绩表3）第三范式(3NF)与传递函数依赖[思考]下表虽然满足2NF，但仍是一个蹩脚的设计

：

传递函数依赖：在一个关系模式中，若存在A-->B和B-->C，

则必有A-->C成立，即C传递函数依赖于A。如上表中存在A-->C和C-->D，即“专业”传递函数依赖于“学号”。满足3NF的条件：消除了“传递函数依赖”第三范式3NF的[定义]如果R属于2NF，且每个非主属性都不传递函数依赖于主关键字，则关系模式R属于第三范式。学号姓名班级专业9901001陈小蕾计算机9901班计算机应用专业9901002李泉勇计算机9901班计算机应用专业9901003张小芳计算机9901班计算机应用专业9903003笪小波建筑9902班建筑设计专业9