第四章空间数据管理库空间数据库管理模型ppt课件.ppt

第四章空间数据管理库4 1数据和数据文件4 2数据库管理模型4 3空间数据库管理模型4 4空间索引 4 1数据和数据文件 GIS中常用自定义的数据文件来组织空间数据 常用的几种数据文件1 顺序文件SequentialFile最简单的文件组织形式顺序文件的存储结构顺序文件的查找 2 索引文件IndexFile带有索引表的文件索引文件有数据文件和索引表文件组成 索引表中存放记录的关键字和记录在文件中的位置 多级索引 3 随机文件 DirectAccessFile 通过HASH函数把关键字转换为地址进行存取的文件 4 倒排文件 InvertedFile 地块号地貌类型坡度坡向利用现状1缓坡5 10o半阴林地2垣面15o阳牧地4沟道15o阴牧地8垣面 3o阳农地9宽梁顶 5o阳农地10缓坡5 10o半阳林地 地貌类型倒排表次关键字地块号缓坡1 5 6 10垣面2 8陡坡3 7沟道4宽梁顶9 利用现状倒排表次关键字地块号农地2 8 9林地1 4 5 6 10牧地3 7 4 2数据库管理模型 1 数据库及数据库管理系统1 数据库 DataBaseDB 2 数据库管理系统 DataBaseManagementSystemDBMS 3 数据库系统 DataBaseSystemDBS 2 数据库中的数据模型 数据库中的数据模型的三要素 1 数据结构2 数据操作3 数据的约束条件 3 传统数据库系统的三种数据模型 1 层次模型树数据结构2 网络模型图数据结构3 关系模型表数据结构80年代后已成为主导数据库关系运算的两种类型 1 传统的集合运算主要包括并 UNION 交 INTERSECTION 差 DIFFERENCE 笛卡尔积 PRODUCT 2 专门的关系运算主要包括选择 SELECT 投影 PROJECT 连接 JOIN 除 DEVICE 4 关系数据库的特点 1 从应用的角度看关系模型的优点 1 结构简单灵活 易理解 易维护 2 关系模型的数学基础和操作代数基础 即关系代数 关系表演算 3 关系模型中的数据具有对称性 使关系间查询可在正反两个方向进行 2 从应用的角度看关系模型的限制 1 每个关系表中只有一种记录类型 2 每个关系模式中属性个数固定 并要明确命名 不允许同名属性存在 3 关系中的属性是不可分解的 4 关系中不允许出现相同的记录 5 关系中记录的顺序 行 及属性的顺序 列 是无序的 5 SQL查询语言 SQL StructureQueryLanguage 是数据库查询语言 1986年由美国国家标准化协会 ANSIAmericanNationalStandardsInstitute 国际标准化组织 ISOInternationalOrganizationforStandardization 批准作为关系数据库查询标准语言 自含式 嵌入式SQL提供的主要功能包括数据的定义 数据的操作 数据的控制及数据的查询 SELECT的简单查询功能是对一个数据库表进行查询 以便选择表中某些列或某些行 数据的查询动词是SELECT1 SELECT的简单查询功能对数据库查询只涉及到一张表 查询的是选择符合条件的某些列或行 SELECT语句的一般形式为 ALL SELECTDISTINCT选择表FROM基表名WHERE条件表达式 GROUPBY列名1 HAVING条件表达式 ORDERBY列名1ASCDESC 对查询结果排序 选择形成的结果表 按表达式对查询结果分组 集函数运算时集是否取消重复值 所查询的表 查询条件 2 SELECT的连接查询功能 如对数据库进行查询涉及到几张表时 称连接查询 的两层意义 1 表格的连接查询 2 表格的关联查询 3 SELECT的嵌套查询功能 SQL的嵌套查询是指在SQL查询语句的where功能中嵌入另一个SELECT查询子语句 6 面向对象的数据库管理系统面向对象的数据库管理系统被称为第三代数据库系统 它吸取了面向对象程序设计概念和思想 它支持面向对象的数据模型和传统数据库系统所有的数据库特征 7 客户 服务器结构的数据库管理系统服务器的任务是为多个用户管理和维护一个独立的数据库 管理并处理客户的请求 管理数据和系统的安全等 客户的任务是提供用户界面 建立同服务器的连接 向服务器提交和接受请求 数据的输入输出及验证等 客户 服务器结构的数据库管理系统的特点是因为处理任务在客户和服务器分开 所以数据库与客户程序无关 数据库平台与工作站无关 减少网络负担 网络上只传请求和结果 其结构如下 PC PC 网络 服务器 数据库 8 分布式数据库管理系统分布式数据库的特点 数据的物理分布性和逻辑整体性数据物理上分布在不同结点上 但逻辑上有相关性 分布的透明性用户看来整个数据库是一个集中的数据库 不必关心数据的物理位置 独立性系统的每个结点具有独立性 可有自己的DBMS 也可处理全局的应用 全局性系统的每个结点可对集中数据进行操作 分布式数据库的优点 提高资源的利用率 结构灵活易扩充 系统可靠不易瘫痪 费用低 分布式数据库的缺点 数据冗余来提高处理效率 需要为用户提供统一的数据接口 目前无统一的模型 分布式数据库管理系统结构 局部数据库1 局部数据库2 DBMDDBM PC1 PC1 PC1 PC1 DBMDDBM 4 3空间数据管理系统的模式 一 传统数据库管理系统管理GIS数据的局限性1 从数据管理的角度看GIS中数据的特点 数据量大 常要作查询 因此必需注意提高查询效率如建立索引等 数据类型和关系复杂常要记录拓扑关系 GIS数据厂具有非结构化特征 如描述线面状地物的长度不等 数据要嵌套 一个对象可能包含多个对象 关系数据库必需符合关系数据库范式的要求 为规范化 对数据要进行分解 2 关系模型描述空间数据存在的问题 关系数据库是建立在关系模型基础上 存在的主要缺点 数据类型少不支持抽象数据类型 关系数据库不能定义几何数据类型 点 线 面 和空间操作算子 相交 包含等 无法完成地理意义上的分析查询 关系表形式缺乏语义表达能力 即语义贫乏 它表达实体和实体间关系只能在表内 或通过公共值的跨表连接 效率低 实现 缺乏构造复杂对象的能力 以记录为单位的数据模型不能很好的面向对象 不能嵌套和递归地描述复杂关系的层次和网络结构 图形数据涉及的坐标 属性 拓朴关系用表格表示使问题显得复杂化 二 空间数据管理系统的模式的类型 1 全文件管理系统将属性数据和空间数据均放在文件系统中进行管理 特点是厂商可根据自己要求定义文件格式 管理数据 有利于存储非结构化不定长数据 缺点 不利于数据共享和查找 如系统开发者要编写程序实现数据的更新 查询 图形用数据文件存储 属性用关系数据库表存储 两者通过标识符相联结 这种方式实际上不能建立真正意义上的空间数据库 这是传统GIS所用的方式 如arcinfo mapinfo地物ID坐标点系列地物ID属性1属性2ID1ID1ID2ID2优点 文件和关系数据库混合应用 空间数据可用不定长文件格式记录 缺点 由于查询通过ID将属性数据和图形数据联系起来 使查询运算 模型操作运算速度慢 数据分布和共享困难 因属性数据和图形数据分开存储 数据一致性维护困难 即数据的一致性 完整性 安全性差 缺乏表示空间对象及其关系的能力 缺点图形和属性各自独立 数据一致性维护困难 综合查询效率低 数据的分布式共享困难 缺乏表示空间对象及其关系的能力 用户界面 高级语言ODBC 空间数据管理 属性数据管理 属性数据库 2 基于文件和关系数据库混合系统 Hybridmodel 文件 用户界面 空间数据管理 属性数据管理 文件 属性数据库 3 基于全关系型数据库系统管理全关系型数据库系统管理中将图形数据和属性数据统一存储在通用关系数据库中 其实质是将图形文件转成关系存放在目前大部分关系型数据库提供的二进制块中 优点 在全关系型数据库中加入了二进制数据块形式可提高查询速度 便于数据的维护 缺点 不定长记录造成存储效率的下降 实现SQL查询要附加接口 因此它只适用于功能简单的GIS 4 基于面向对象型数据库系统面向对象型空间数据库管理系统最适合空间数据的表达和管理 它不仅支出边长记录 还支持对象的嵌套 信息的继承和聚集 此外 面向对象数据库管理系统允许定义合适的数据结构和数据操作 但面向对象型空间数据库管理系统不支持SQL语言 在通用性上受局限 目前已有一些面向对象型空间数据库管理系统及少量面向对象型空间数据库GIS系统 但由于面向对象型空间数据库管理系统还不够成熟 价格又昂贵 目前在GIS领域还不通用 5 基于对象 关系型数据库系统 ExtendedModel 优点 解决了空间数据的变长记录管理 使数据管理效率大大提高 空间和属性之间联结有空间数据管理模块解决 空间数据查询速度快 不仅有操作关系数据的函数 还有操作图形的API函数 缺点 空间数据对象还不能有用户任意定义 使用受一定限制 如Oracle在其数据库中加入了SpatialWare组件 以支持空间数据 Informix为用户定义数据类型提供了DataBlade插件 用户界面 对象 关系型数据库系统 空间数据 属性数据 4 4空间索引 空间索引是指用于解决对图形数据检索 1 包络线索引包络线索引实质是无索引文件的一种图形检索方法 对所击点的图 通过判别是在那个包络线矩形之内 基本决定其位置 一次判别 一次判后再进一步一次判别 2 基于四叉树的格网索引 空间索引014516172021空间对象代码236718192223A389121324252829B131011141526273031B153233363748495253B24 2734353839505