第四章-地理信息系统空间数据库PPT课件

1 第四章地理信息系统空间数据库 2005 9 2 空间数据库概述 空间数据的存储场所发挥核心作用其布局和存储能力影响GIS的功能实现和工作效率 3 空间数据库的概念 数据库 数据库系统 包括数据库 数据库管理系统 数据库应用系统数据库 按一定的数据结构组织在一起的相关数据的集合 数据库管理系统 提高数据库建立 使用和管理工具的软件系统 数据库应用系统 为满足用户特定数据需求而建立的具有访问数据库功能的应用软件 提供一个用户界面 4 空间数据库 GIS在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据 一般以特点数据结构的文件的形式组织 空间数据库管理系统 能进行语义和逻辑定义存储在空间数据库上的空间数据 提供必需的空间数据查询 检索和存取功能 以及能够对空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统 建立在常规DBMS上 具有特定空间数据管理功能 5 两种空间数据库管理系统的实现方法1 对DBMS进行功能扩展 Oracle2 在DBMS上添加一层空间数据库引擎 ESRI的SDE应用系统 空间分析模型和应用模型组成的软件 6 ArcSDE ArcSDE是一个用于访问存储于关系数据库管理系统 RDBMS 中的海量多用户地理数据库的服务器软件产品 它是ArcGIS中所集成的一部分 也是任何企业GIS解决方案中的核心要素 它的基本任务是作为存储在RDBMS中的空间数据的GIS网关 ArcSDE提供了一组服务 用于增强数据管理功能 扩展数据类型以便于存储于RDBMS中 使模型在RDBMS间便于操作并提供灵活的配置 应用ArcSDE可以 为多种系统提供空间数据服务 如ArcGISDesktop ArcReader ArcView ArcEditor 和ArcInfo 通过ArcIMS连接的网络客户端以及由ArcGISEngine和ArcGISServer开发的应用软件 通过ArcSDEforCoverages提供基于文件的ESRI数据 在四个商业数据库中的一个管理地理信息 IBM的DB2通用数据库 Informix动态服务器 Oracle 以及微软SQLServer 7 8 9 空间数据库设计 概念模型是现实世界的简化 逻辑模型是把概念模型转成数据库支持的数据模型 存储模型是存储介质中的数据组织形式 现实世界 概念模型 逻辑模型 存储模型 10 抽象 地理现象 过程的特征描述 关系分析和过程模拟 空间实体 点 线 面 体构成 联系空间联系 位置 分布 形态 关系 统计 趋势 对比 运动等时间联系 通过变化过程反映属性联系 从属 聚类 相关 11 数据模型设计 空间数据模型 对空间客体进行描述和表达的数学手段 使之能够反映客体的某些结构特征和行为功能 优点 能对空间数据进行统一的管理 帮助用户查询 检索 增删和修改数据 保证空间数据的独立性 完整性和安全性 以利于对空间数据的使用和管理 12 数据模型 层次模型网状模型关系模型语义模型面向对象模型 13 三种数据模型的比较 14 Geodatabase数据模型 在GeoDatabase地理数据模型诞生前 空间数据多是以文件形式管理的 如ArcView的Shapefile和ArcInfo的Coverage等 在过去近二十年中 Shapefile Coverage数据模型得到了广泛的应用 但是随着GIS技术和数据库技术的发展 以文件形式管理空间数据暴露出了在数据输入 存储及管理等方面的缺欠 为对空间数据和非空间数据进行一体化管理 迫切要求使用新的数据库模型 面向对象数据库模型 为顺应这一需求 ESRI公司最新推出的GIS平台软件ArcGIS8中引入的面向对象的地理数据库模型 GeoDatabase 15 在GeoDatabase中 数据是按要素类 对象类和要素数据集进行组合的 要素类 Feature 是具有同样几何类型和属性的要素集合对象类 Object 是GeoDatabase中存储数据库表 如工程文献表等 要素数据集 FeatureDataset 是有相同空间参考的要素类的集合 16 一般地 在现实世界中的对象与其他对象往往有特殊的关系 在GeoDatabase中 可以定义对象间的关系 这种关系可以是空间数据要素类之间 也可以是数据库表之间或是空间数据的要素类与数据库表之间 通过建立这些关系类 可以改善数据库查询机制 提高数据查询检索效率 17 GeoDatabase采用一种开放的结构将空间数据及其相关的属性数据统一存放在工业标准的数据库管理系统DBMS中 便于数据的一体化管理 实现多源数据的无缝集成 而且 通过ArcSDE 空间数据引擎 生成ArcSDEGeoDatabase 可以将数据和客户端应用程序分离开 数据存放在服务器端的SQLServer或Oracle中 实现数据共享和多用户操作 18 Vision2000Enterprise中生成数据库UML类图 由于管理系统依托于ArcGIS 所以需要在Vision2000Enterprise中生成数据库UML类图 用Vision2000Enterprise创建GeoDatabase的UML类图时 需要加载一个称为ArcInfoUMLModel的模板文件 该模板文件包含了创建定制要素所需要的相关的地理数据访问组件 geodataaccesscomponents ArcInfoUMLModel的对象模型包括四个包 packages 即逻辑视图 LogicalView ESRI类 ESRIClasses ESRI接口 ESRIInterfaces 以及工作空间 Workspace 如图3所示 这些UML包如同目录一样维护对象模型中各个不同的组成部分 LogicalView包为根 包 并包含了其它三个包 19 创建Feature类 即空间要素 UML类图时要用标记值 TaggedValue 来指定要素类的特性 如标记值GeometryType为esriGeometryPolygon esriGeometryPolyline esriGeometryPoint时分别定义了要素类为面状 线状 点状等几何类型 没有空间特征的Object类 即数据库表 不能在空间要素数据集中创建 而要直接在Workspace包下创建 同时 在Workspace图中绘出Object类之间 Object类与各个要素数据集中的Feature类之间的关系 这样就完成了Workspace图的绘制 20 因为数据库在Visio中的UML类图太大 下面只取其中的DSS 深地震测深 空间要素在Visio中的UML类图示例 如图所示 在类图中定义深地震测深测线 dssLine 和深地震测深炮点 dssPoint 两个空间要素类和每个要素类包含字段 字段类型以及两个要素类间的关系类 21 ArcGIS支持工业表准的统建模语言 UML 和CASE工具 如Viso2000Enterprise和RationalRoseEnterprise 通过CASE工具可以完成对数据库结构的定义 建立GeoDatabase有多种方法 但是 建立数据库面临以下两个问题时 那么采用CASE工具来建立GeoDatabase是很有利 第一 如果数据库包含大量的空间数据和非空间数据库表 并且它们相互关联的 即数据间需要建立关系类 第二 数据库的结构或模式不时地需要更新 22 Vision2000Enterprise和RationalRoseEnterprise这两个软件都是支持面向对象软件开发的CASE工具 其中Vision2000Enterprise是ArcGIS8 1所支持的地理数据库建模工具 ArcGIS8 3以后才提供对RationalRose的支持 23 UML 24 WhatcanyouModelwithUML UMLdefinestwelvetypesofdiagrams dividedintothreecategories Fourdiagramtypesrepresentstaticapplicationstructure fiverepresentdifferentaspectsofdynamicbehavior andthreerepresentwaysyoucanorganizeandmanageyourapplicationmodules StructuralDiagramsincludetheClassDiagram ObjectDiagram ComponentDiagram andDeploymentDiagram BehaviorDiagramsincludetheUseCaseDiagram usedbysomemethodologiesduringrequirementsgathering SequenceDiagram ActivityDiagram CollaborationDiagram andStatechartDiagram ModelManagementDiagramsincludePackages Subsystems andModels 25 WhatIsaCASETool Sincetheearlydaysofwritingsoftware therehasbeenanawarenessoftheneedforautomatedtoolstohelpthesoftwaredeveloper Initiallytheconcentrationwasonprogramsupporttoolssuchastranslators compilers assemblers macroprocessors andlinkersandloaders However ascomputersbecamemorepowerfulandthesoftwarethatranonthemgrewlargerandmorecomplex therangeofsupporttoolsbegantoexpand Inparticular theuseofinteractivetime sharingsystemsforsoftwaredevelopmentencouragedthedevelopmentofprogrameditors debuggers codeanalyzers andprogram prettyprinters 26 ACASEtoolisacomputer basedproductaimedatsupportingoneormoresoftwareengineeringactivitieswithinasoftwaredevelopmentprocess 27 WhatisaCASEEnvironment Computer AidedSoftwareEngineering CASE EnvironmentsDefinitionofCASECASEistheuseofcomputer basedsupportinthesoftwaredevelopmentprocess Thisdefinitionincludesallkindsofcomputer basedsupportforanyofthemanagerial administrative ortechnicalaspectsofanypartofasoftwareproject 28 空间数据库设计的原则 减少空间数据存储的冗余稳定的空间数据结构 并能适应变化的需要能及时 高效的访问和查询 并提供结果能表达数据间复杂的联系 反映现实世界支持多种决策的需要 具有较强的应用适应性 29 数据库设计技术 1 数据分析技术 用于分析用户数据语义的技术手段考虑的是正确的数据结构 通过使用消除数据冗余技术 保证数据库稳定技术等来解决 目的是使用户易于存储数 满足用户对数据的各种需求 30 2 技术设计技术 将数据分析结果转化为数据库的技术实现保证所实现的数据库能有效的使用数据资源 如选择合适的存储结构和有效的存储方法 31 数据库设计内容 数据结构 数据操作和完整性约束静态特性设计 结构特性设计 设计数据模型 数据结构 或数据库模式 包括概念结构设计和逻辑结构设计 动态特性设计 行为特性设计 设计查询 静态事务处理和报表处理等应用程序 物理设计 设计数据库的存储模式和存储方