第三章-地理信息系统数据库.ppt

1、第三章 地理信息系统数据库,内容概览,第一节 GIS数据库概述 第二节 数据库基本原理 第三节 GIS数据库的形成和发展,GIS数据库定义,定义 以特定的数据模型和信息结构来表达、存储和管理某类地理空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。 几个概念 地理空间 空间信息 数据模型和信息结构,GIS数据库定义,几个概念 地理空间（Geographic Space ） 地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域。 地理信息系统中的空间概念常用“地理空间”（Geospatial）来表述。,GIS数据库定义,几个概念 空间信息 指在信息世界中的地理空间信息。 这是对现实世

2、界的抽象，即从现实世界到信息世界。,GIS数据库定义,几个概念 数据模型和信息结构 在计算机世界中，通过抽象、建模形成不同种类数据的表达形式 通过GIS数据库的数据模型对空间数据进行表达、存储和管理 是对现实世界的抽象，从现实世界到信息世界,GIS数据库特征,1、空间特征 描述了空间物体的位置，形态，以及空间拓扑关系。 2、抽象特征 抽象真实世界的综合特征。 3、空间关系特征 空间拓扑特征。 4、多尺度与多态性 不同比例尺和精度下，表现为不同形态。 5、非结构化特征 空间对象的数据是变长的。 6、分类编码特征 空间对象按照某种标准进行分类编码。 7、海量特征 数据量比一般数据库大得多，具有数据

3、海量的特点。,内容概览,第一节 GIS数据库概述 第二节 数据库基本原理 第三节 GIS数据库的形成和发展,数据库系统概述,数据库系统的几个概念 数据与信息 1) 数据是具体的，信息是抽象的 2) 数据不一定有用，但信息是有用的数据 3) 信息是各种数据所包括的意义，数据是载荷信息的物理符号 4) 可用不同的数据形式来表现同一数据，信息不随数据的表现形式而改变 5) 通常可混用 (1) 信息资源数据资源 (2) 信息采集数据采集 (3) 信息处理数据处理,数据库系统概述,数据库系统的几个概念 数据处理（信息处理） 1) 利用计算机对各种形式的数据进行处理 2) 从大量的原始数据中抽取有价值的信

4、息，作为行为和决策的依据 3) 包括以下的数据操作 (1) 采集 (2) 整理、编码 (3) 输入 (4) 存储 (5) 加工/计算、分类、检索 (6) 传输、输出,数据库系统概述,数据库系统的几个概念 数据库 1) database (DB) 2) 长期储存在计算机中的、有组织的、可共享的数据的集合 3) 特点 (1) 按照一定的数据模型组织 (2) 独立性、易扩展性 (3) 较小的冗余度 (4) 可共享,数据库系统概述,数据库系统的几个概念 数据库管理系统 1) Database Management System (DBMS) 2) 管理数据库的软件（数据管理软件） 3) 用于建立、运用

5、和维护数据库 4) 位于用户和操作系统之间,数据库系统概述,数据库系统的几个概念 数据库系统 1) database system (DBS) 2) 一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员构成 3) 计算机系统数据库 4) 三要素 (1) DB (2) DBMS (3) Users,数据库系统概述,数据库系统的几个概念 用户 1) 终端用户（最终用户、End User） (1) 非计算机专业人员 (2) 交互式操作 2) 应用程序员（Application Programmer） (1) 负责设计和编制应用程序 (2) 通过应用程序存取和维护数据库 (3) 为终端用户准备应用程序

6、 (4) 是数据库管理员（DBA）手下的工作人员,数据库系统的几个概念 用户 3) 数据库管理员（Database Administrator, DBA） (1) 全面负责数据库系统的管理、维护、正常使用 (2) 主要职责 1. 参与数据库设计的全过程 2. 决定数据库的存储与读取策略 3. 定义数据的安全性和完整性 4. 监督控制数据库的使用和运行，及时处理运行程序中出现的问题 5. 改进和重新构造数据库系统,数据库系统概述,数据库系统的构成,数据库技术的产生和发展,数据管理技术的发展（三个阶段） 1、人工管理阶段 （计算机产生-20世纪50年代）主要用于科学计算。 特点： （1）数据不保存

7、； （2）没有对数据进行管理的软件系统； （3）数据不同享； （4）一组数据对应于一个程序，数据是面向应用的。,数据库技术的产生和发展,数据管理技术的发展（三个阶段） 2、文件系统阶段 （ 20世纪50年代后期-60年代中期）不仅用于科学计算，还大量用于管理数据。 特点： （1）数据需要长期保存在外存上供反复使用； （2）程序之间有了一定的独立性； （3）文件的形式已经多样化； （4）数据的存取基本上以记录为单位。,在1956年9月13日，第一块硬盘诞生时,数据库技术的产生和发展,数据管理技术的发展（三个阶段） 3、数据库系统阶段 （ 20世纪60年代后期） 特点： （1）采用复杂的结构化的数

8、据模型 （2）较高的数据独立性（物理，逻辑） （3）最低的冗余度 （4）数据控制功能,数据管理三个阶段的比较,数据模型,数据模型的基本概念 1、什么是数据模型 计算机无法直接处理现实事物 在现实世界中事物之间是存在联系的。 例如，学校教学系统中的教师、学生、课程、成绩等都是相互关联的 需要将现实事物转化为计算机可以理解的数据，这需要一个工具。 在数据库中用“数据模型”这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。 通常把表示客观事物及其联系的数据及结构称为数据模型,数据模型,数据模型的基本概念 2、对数据模型的要求 （1）比较真实地模拟现实世界。 （2）

9、容易被人类理解。（人的角度） （3）便于在计算机上实现。（计算机的角度） 数据模型是数据库系统的核心和基础。一种数据模型很难全面满足这三方面要求，在实际系统中针对不同的使用对象和目的，可采用不同的数据模型。,数据模型,逻辑模型分类 1、层次模型 层次模型的结构是树形结构。 树的节(结)点是实体，树的枝是联系，从上到下为一对多的联系。 每个实体由“根”开始，沿着不同的分支放在不同的层次上。如果不再向下分支，则此分支中最后的节点称为“叶”。 支持层次模型的数据库管理系统称为层次数据库管理系统，其中的数据库称为层次数据库。,数据模型,逻辑模型分类 1、层次模型 图为某学院的机构设置，“根”节点是学院

10、，“叶”节点是各教研室,数据模型,逻辑模型分类 1、层次模型 优点： （1）数据模型简单 （2）若实体间的关系固定，性能很优越 缺点： （1）描述现实世界的非层次性很笨拙 （2）插入和删除操作限制较多,数据模型,逻辑模型分类 2、网状模型 用网状结构表示实体及其之间的联系的模型。 在网状模型中，每一个节点代表一个实体，并且允许节点有多于一个“父”节点。 网状模型代表了多对多的联系类型。,数据模型,逻辑模型分类 2、网状模型 优点： （1）能够直接描述现实世界 （2）存取效率较高 缺点： （1）数据描述语言极其复杂 （2）数据独立性差,数据模型,逻辑模型分类 3、关系模型 关系模型是以数学理论为

11、基础构造的数据模型。它用二维表格来表示实体集中实体之间的联系。 关系模型有很强的数据表达能力，结构单一，数据操作方便，最易被用户接受。 以关系模型建立的关系数据库是目前应用最广泛的数据库。如Oracle、Sybase、SQL Server、Access、VFP等。,数据模型,逻辑模型分类 3、关系模型 关系模型的一些术语 （1）关系（Relation）：一个关系通常指一张表。 （2）元组（Tuple）：表中的一个行。 （3）属性（Attribute）：表中的一列。 （4）码（Key）：可以唯一确定一个元组的属性组。 （5）域（Domain）：属性的取值范围。 （6）关系模式：对关系的描述，一般

12、表述为： 关系名（属性1，属性2，属性n） 例如：学生（学号，姓名，性别，年龄，专业） 课程（课程号，课程名称，学分）,数据模型,逻辑模型分类 3、关系模型 优点： （1）有严格的数学概念作基础 （2）关系模型的概念单一 （3）存取路径对用户透明 缺点： （1）查询效率不高,关系数据模型,学生学籍记录表,关系名,关系,元组(行),属性(列),主码,男 女,域,分量,关系模式：学生（学号、姓名、性别、年龄、籍贯）,属性名,内容概览,第一节 GIS数据库概述 第二节 数据库基本原理 第三节 GIS数据库的形成和发展,GIS数据库计算平台的发展,集中式 客户/服务器模式 分布式,主机,终端,终端,终

13、端,服务器,客户端,客户端,客户端,服务器,客户端,客户端,客户端,服务器,服务器,空间数据模型,栅格模型 栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合， 栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。 栅格数据中的实体可分为点实体、线实体和面实体。,空间数据模型,矢量模型 用一系列有序的x、y坐标对来表示点、线、面等地理实体的空间位置。 可以精确定义地理实体的位置、长度、面积等。 相对于栅格结构数据精度高、存储空间小。 是GIS软件的主流格式,管理模式的发展,文件管理 文件和数据库混合管理 全关系型数据库管理 对象关系数据库管理系统 面向对象数据

14、库管理,管理模式的发展,研究内容 储存和管理地理空间数据（空间数据和属性数据） 地理空间数据分类 空间数据。和空间位置、空间关系有关的数据。 属性数据。地理元素中非空间的属性信息 。 举例 房籍管理信息系统 。空间数据包括了土地、房屋的地理坐标，及地上建筑物的分布、方位、朝向等；属性数据则指土地利用状况、土地、房屋有关用途、性质，以及房屋销售进度等。,管理模式的发展,文件管理 用文件系统管理空间和属性数据。 例如：ArcGIS的Shape file 不同的层以及同一层中不同图形要素类型（点、线、面）,将产生不同的Shape文件，同时对每一个要素自动产生一个特征码（FeatureID）。,管理模

15、式的发展,文件和数据库混合管理 属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 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，SICARD、GENEMAP等。,管理模式的发展,文件和数据库混合管理,早 期,管理模式的发展,全关系型数据库管理 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 属于间接存取，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 GI

16、S软件：System9，Small World、Geovision等,管理模式的发展,全关系型数据库管理,管理模式的发展,对象关系型数据库管理 在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，对空间对象的数据结构进行了预先定义，定义了操作点、线、面等空间对象的API函数。 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，空间数据结构不能任意定义。 GIS软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等,管理模式的发展,对象关系型数据库管理,管理模式的发展,面向对象数据库管理 面向对象（Object-Oriented，OO）的概念起源于面向对象的编程语言。 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。 基本出发点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。,管理模式的发展,面向对象数据库基本概念 对象：是对客观世界实体的抽象描