数据库定义特点空间数据库空间数据库管理系统的实现方.ppt
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1、1,数据库定义、特点 空间数据库;空间数据库管理系统的实现方法 层次模型、网状模型、关系模型 矢量数据、特点、 栅格数据、特点,2,第四章 土地数据库,数据库的一般概念 土地信息的概念数据模型 空间数据库设计 土地信息的数据结构 数据库管理系统,3,第一节 数据库的一般概念,1、数据库、数据库管理系统和数据库应用系统 2、数据库的主要特征 3、数据库的系统结构 4、空间数据库的数据模型,4,1、数据库、数据库管理系统和数据库应用系统,1.1 数据库(DataBase) 数据库:按照一定结构组织的相关数据的集合, 是在计算机存储设备上合理存放的相互关联的数据集 空间数据库:存储空间数据的集合 土
2、地数据库:属空间数据库, 存储相关土地空间数据的集合。,5,数据库的发展历程: 从文件管理到数据库管理,数据库是数据管理的高级阶段,是从文件管理系统发展而来的 文件管理:20世纪50年代; 访问方式:一次最多存取一个记录 数据结构:不同文件之间缺乏相互联系的结构 数据库管理:20世纪60年代末,诞 生了第一个商品化的数据库系统-美国IBM公司的IMS系统 (Information Management System) 。,文件管理,数据库管理,6,1.2 数据库管理系统,数据库管理系统(DataBase Management System, DBMS):提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统
3、 ;,7,1.2.1 数据库管理系统的功能,一般地, 数据库管理系统应该具有下列3项功能 : 1.数据定义功能:DBMS能向用户提供“数据定义语言”(Data Definition Language, 简称DDL)用于描述数据库的结构。 2. 数据操作功能:对数据进行检索和查询, 是数据库的主要应用。为此,DBMS向用户提供“数据操作语言”(Data Manipulation Language,简称DML)支持用户对数据库中的数据进行查询、更新(包括增加、删除、修改)等操作。,8,3. 控制和管理功能,除DDL和DML两类语句外,DBMS还具有必要的控制和管理功能,其中包括: 在多用户使用时对
4、数据进行的“并发控制 ; 对用户权限实施监督的” 安全性检查 ;数据的备份、恢复和转储功能; 对数据库运行情况的监控和报告等。 通常数据库系统的规模越大, 这类功能也越强, 所以大型机DBMS的管理功能一般比PC机DBMS更强。,9,1.2.2 空间数据库管理系统,空间数据库管理系统:建立在常规数据库管理系统之上,除了完成常规数据库管理系统所必备的功能之外,还能够对地理空间数据进行管理。 LIS的数据库管理系统属空间数据库管理系统,10,1.2.3 空间数据库管理系统的实现方法,两种方法 : 一是直接对常规数据库管理系统进行功能扩展, 加入一定数量的空间数据存储与管理功能, 运用这一种方法比较
5、有代表性的是Oracle等系统; 另一种方法是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功能之外的空间数据存储和管理的能力。代表性的系统是ESRI的SDE(Spatial Database Engine)等。,11,1.3 数据库应用系统,数据库应用系统(DataBase Application Systems, 简称DBAS):指基于数据库的应用系统。 空间数据库的数据库应用系统:由空间分析模型和应用模型所组成的软件, 通过它不但可以全面地管理空间数据, 还可以运用空间数据进行分析与决策。,12,二、数据库的主要特征,数据库一般具有如下的主要特征 : 能够减少
6、空间数据存储的冗余量 ; 提供稳定的空间数据结构 满足用户对空间数据及时访问的需求, 在数据元素间维持复杂的联系, 以反映空间数据的复杂性; 支持多种多样的决策需要, 具有较强的应用适应性; 应用程序对数据资源的共享, 服务于一个或多个应用程序; 数据独立性, 数据的存放尽可能地独立于使用它的应用程序 ; 统一管理, 例如对数据的维护、更新、增删 和检索等一系列操作。,13,三、数据库的系统结构,概念模式:是数据库的总框架 , 是对数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性、基本操作、目标以及目标与操作的关系和依赖的描述。 2. 外模式亦称子模式(用户级), 是数据库用户的数据视图。不同用户可以有自
7、己的视图 3. 内模式亦称存储模式(物理级), 是对数据库在物理存储器上具体实现的描述。,数据库系统的结构 , 一般分为三个层次 , 它们是概念模式、外模式和内模式,14,中间存在两次映像: 一次是外模式与概念模式间的映像定义了用户和逻辑结构之间的对应关系,保证了数据的逻辑独立性, 另一次是概念模式与内模式之间的映像,定义了逻辑结构和物理结构之间的对应关系,使逻辑数据独立于物理数据,外模式,内模式,概念模式,数据库,映像,映像,15,四、空间数据库的数据模型,数据模型:以抽象的形式描述和反映一个部门和系统的业务活动和信息流程。选择和建立数据模型的目的是用最佳的方式反映本部门的业务对象及信息流程
8、和以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口。数据结构、数据操作和数据的约束条件是数据模型的三要素。 数据模型在数据库系统中的作用, 现实世界中的事物及联系是用数据模型来描述的, 数据库中各种操作功能的实现是基于不同的数据模型的, 因而数据库的核心问题是模型问题。空间数据库的设计最终可以归结为空间数据模型的设计。 空间数据模型是衡量土地信息系统功能强弱与优劣的主要因素之一。,16,数据模型中常用概念,实体: 实体是可以相互区别而又可以被人识别的事、物、概念的统称, 有具体的, 也有抽象的;有物理上存在的, 也有概念性的。具有共性的一类实体可以划分为实体集。 属性: 实体的属性是指描述实体的若干
9、特征。例如, 宗地有地号、坐落、四至、面积等属性。 联系: 实体与实体之间会有各种关系,例如建设用地管理处与用地申请者有审批的关系等。这种实体与实体之间的关系抽象为联系。 联系也可以有自己的属性, 如建设用地管理处与用地申请者之间的审批联系有审批号、审批意见、审批日期、审批人等属性。 码 : 惟一标识实体的属性集。 域 : 属性的取值范围。,17,实体间的逻辑关系,在现实世界中,实体间之间是彼此联系的。实体之间关系的种类繁多,例如拥有/属于关系、集/子集关系、父/子关系、实体的组成关系、空间拓扑关系等。 如果仅考虑实体间的逻辑关系,则只有一对一、一对多、多对多三种关系类型。,18,1. 一对一
10、的联系 (1:1),这种联系是指对实体集A中的一个实体ai,在实体集B中有时有一个实体bj与之对应, 反之亦然。 在1:1的联系中,一个实体集中的实体可以标志另一个实体集中的实体, 即aibj; 反之bjai 。 例如,在地下水灌区内,每眼机井负责灌溉一块农田,机井与农田地块之间的关系就是一种一对一的联系, 见图 5-1(a),19,2. 一对多的联系 (1:N),现实世界存在较多的是一对多的联系。这种联系可以表达为: 对实体集A中一个实体ai,在实体集B中存在一个子集 Bi=bi1,bi2-bin与之联系。 河流与跨河桥梁之间就具有一对多的联系,一条河流上有多座桥梁,见图 5-1(b),20
11、,3. 多对多的联系 (M:N),这是现实世界中最复杂的联系,即对于实体集A中的一个元素ai , 在集合B中存在一个实体子集 Bi= bi1,bi2bin与之相联系;反之亦然。地理实体中的多对多联系是很多的。 例如,泵站与河流之间有多对多联系,一个泵站可以属于不同的河流,一条河流又有多个泵站。地理环境与种植的作物之间有多对多联系, 同一种地理环境可以生长不同的作物,同一种作物又可生长在不同地理环境中,见图 5-1(c) 。,21,第二节 土地信息的概念数据模型,数据模型是数据库系统的核心和基础, 各种机器上实现的数据库管理系统软件都是基于某种数据模型的。目前, 数据库领域中最常用的数据模型有五
12、种 一、层次模型 二、网状模型 三、关系模型 四、面向对象模型 五、时空模型,22,一、层次模型,用树状结构来表示实体之间联系的模型称为层次模型。它揭示的是实体( 记录)之间的一对多(1: n)的联系。 通常把表示1的实体放在上方, 称为 “ 父结点 “; 将表示n的实体放在下方, 称为“子结点“; 最上层只能有一个结点, 称为根结点。为符合1:n的联系, 除根结点外, 其他的结点都有且仅有一个“父结点“, 但是每个父结点可以对多个子结点。最下层的末端结点称为叶结点。,23,层次模型的两个限制条件 : (1) 有且仅有一个结点无父结点, 即根结点: (2) 除根结点之外, 所有结点有且仅有一个
13、父结点; 层次模型的优点是容易理解, 单码查找速度快, 易于更新和扩充; 但是多码查找比较困难, 一般需要较大的索引文件, 所以产生数据冗余。,24,二、网状模型,网状模型的有向图与层次模型的有向树比较, 其区别在于: (1) 可以有零个或多个结点元父结点; (2) 至少有一个结点有多于一个父结点; (3) 允许两个结点之间有两种或多种联系。,25,网状模型示例,表示自然要素、社会经济要素和地理位置之间联系的示例,网状模型较层次模型扩充了实体之间联系的限制, 可以较灵活地表示实体之间的多种关系, 对确定的数据表示效率较高, 数据冗余也较小, 适合于表示关系较复杂的地理数据和具有网络状特征的地理
14、实体, 但网状模型的数据指针比较复杂, 数据更新也较为繁琐。,26,三、关系模型,关系模型源于数学, 它把数据看成是二维表格中的元素, 而这个二维表格就是所谓关系。表中的每一行代表一个记录; 每一列称为关系的一个属性集, 列可以命名, 称为属性名, 或数据项类型。 一个实体可由若干关系组成, 而关系表的集合就构成关系模型。对这种数字化的模型, 每个关系应满足下列条件: (1) 表中的每一列属性都是不能再分的基本字段; (2) 各列被指定一个相异的名字; (3) 各行(记录)相异, 不允许重复; (4) 行, 列次序无关。 综合以上四点可知, 一个关系是一个概念文件, 该文件中的每个记录是惟一的
15、, 所有记录具有相同的个数和类型的宇段, 也就是说, 所有的记录有同样的固定长度和格式。,27,利用关系模型表示空间数据实例 图4-3所示的多边形地图, 可用下列关系表示出多边形实体之间的联系, 可以通过连接字段来实现, 例如表4-1, 关系1中边界弧段号C可与表4-2关系2中相同字段边界弧段号C进行连接, 同样道理, 表4-2关系2中结点3也可与表4-3关系3中结点号3进行连接。,28,关系模型的特点,关系模型的最大特色是对实体描述的一致性, 上述示例中用连接字段实现各实体之间联系说明这一点。关系模型正是利用数据本身通过公共值隐含地表达它们之间的联系,此外, 关系模型还具有结构简单、数据修改
16、灵活和更新方便、容易维护等特点。所以它是当前数据库中较常用的数据模型。 目前, 很多LIS中的属性数据都是采用关系数据模型, 甚至某些关系还采用关系数据库管理系统来管理空间数据。,29,四、面向对象模型,传统数据模型层次、网状和关系三种模型, 它们不但在数据库发展的历史过程中起了重要作用, 而且现代仍然是商用数据库的主要数据模型。 但由于历史和技术条件的限制, 传统数据模型带有很深的面向计算机的烙印。在非事务处理的应用, 例如CAD、办公自动化、基于知识的系统等, 人们越来越感到它们的局限性。 其主要弱点可概括为 : (1) 以记录为基础, 不能很好地面向用户和应用; (2) 不能以自然的方式
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