空间数据库存储研究PPT课件

.,1,空间数据库,胡茂胜Tel-mail:humosen,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,.,2,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,第4章空间数据组织与管理,本章内容4.1文件组织与数据库4.2空间数据管理方式4.3空间数据引擎4.4空间数据与属性数据的连接4.5空间数据组织4.6栅格数据存储和管理,.,3,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,1、数据文件域、记录（物理、逻辑）、文件2、数据库系统3、空间数据库系统,.,4,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,空间数据的存储形式：二进制流或复杂结构，如:Well-KnownText(WKT)formatPOLYGON(00,100,1010,010,00),(55,75,77,57,55)Well-KnownBinary(WKB)format0101000000000000000000F03F000000000000F03FByteorder:01WKBtype:01000000X:000000000000F03FY:000000000000F03F,.,5,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,传统数据库：数据库事务和应用程序的需求是正交的（orthogonal）。数据操作函数简单：包括,MIN,MAX,AVG等。衡量标准：数据从二级存储到主存之间的传输代价（即I/O代价）。应用程序：CPU密集型操作。空间数据库：涉及的函数计算复杂。数据太大，存储需求更高。,.,6,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,磁盘的几何结构和含义：构成：主轴、磁盘片、磁道磁盘块（页面）：磁盘与主存之间的最小传输单元。数据从磁盘向主存中传输过程：（1）磁头到达特定磁道上。（寻道时间ts）（2）磁盘块旋转到磁头下方。（延迟时间tl）（3）磁头读或写块中数据。（传输时间tt，固定的）总时间ta=ts+tl+tt且满足tstltt,.,7,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,缓冲区管理器：DBMS中的一个软件模块，负责管理主存与二级存储之间的数据传输。置换策略：确保事务不会因为一部分数据不在主存中而停顿。关系数据库的缓冲区管理：主要基于关系查询行为。频繁访问集（hotset）模型：最近最少使用（LRU）算法。查询本地集（QLSM）模型：DBMIN算法。引用模式为：顺序引用、随机引用、分层引用。使用DBMIN比使用频繁集访问的算法的吞吐量高出7到13个百分点。,.,8,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,域、记录和文件：文件是记录的集合，一个文件可能跨越多个页面。一个页面是槽（slot）的集合，每个槽包含一条记录。每条记录是相同或不同类型的域的集合。一条记录的域可以是定长或变长的。文件中的记录可以是有序或无序的。文件可以组织成链表或页面目录。例子：二进制大对象（BLOB）域类型。,.,9,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,.,10,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,.,11,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,实例：将记录从Country,City,River表映射到磁盘页,River,country,City,.,12,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,文件结构：文件中记录的组织形式。（1）无序文件（unorderedfile）：又叫堆（heap），其中记录没有特定的顺序，是最简单的组织形式。优点：在进行插入操作时可以很容易地在文件末尾插入一条新记录。代价：平均需要检索一半的磁盘页面，最坏情况需访问所有存储该文件数据的磁盘页面。示例：上图River表。,.,13,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,文件结构：文件中记录的组织形式。（2）散列文件（hashedfile）：使用散列函数把记录分到一系列散列单元中。优点：能够把数量大致相同的记录放入每个散列单元中，对于点的查询、插入和删除操作都非常有效，可以在一个常数时间内完成查询，与文件中记录的个数无关。缺点：不适合范围查询。例如查找名字以字母”B”开头的城市。代价：常数时间内完成查询（例如两次磁盘访问）,.,14,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.1文件组织与数据库,示例：City表的散列文件组织方式,.,15,4.1文件组织与数据库,（3）有序文件（orderedfile）：根据给定的主码域对记录进行组织。优点：可以使用折半查找算法根据给定的主码属性值查找。可以进行范围查询：先用折半法查到第一个符合条件的记录，然后扫描后续记录。可以根据对空间数据集的文件组织方式而概括成空间聚类。缺点：不能直接应用在空间领域。例如，无法对城市的位置排序。代价：随文件中记录数的增加呈对数增长（log2(n)）。示例：,.,16,4.1文件组织与数据库,存储City表的有序文件（已排序）,.,17,4.1文件组织与数据库,聚集：目的：降低响应常见的大查询的寻道时间和等待时间。对空间数据库来说，在二级存储中，空间上相邻的和查询上有相关性的对象在物理上应当存储在一起。在SDBMS支持三种聚类：（1）内部聚类：加快对单个对象的访问，一个对象的全部表示都存放在同一个磁盘页面中，或者多个物理上连续的页面中。（2）本地聚类：加快对多个对象的访问，一组空间对象被分组到同一页面。可以依据数据空间中对象的位置来分组。（3）全局聚类：与本地聚类相反，一组空间邻接的对象并不存储在一个而是多个物理上邻接的页面中，这些页面由一条单独的读命令访问。,.,18,4.1文件组织与数据库,空间聚类技术：需从高维空间映射到一维空间，该映射是距离不变的。几种突出的映射方法：Z序列（Z-order），格雷码（GrayCode），Hilbert曲线。更为复杂的：最小割边图划分、几何学方法（R树等）,.,19,Z曲线：,Hilbert曲线：,.,20,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,1、文件管理shp文件等2、文件与关系数据库混合管理3、关系数据库管理ArcGIS、MapGIS、SuperMap等4、面向对象数据库管理发展趋势5、对象关系数据库管理OracleSpatial（包含对象数据类型SDO-GEOMETRY、索引、操作等）,.,21,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,1、文件管理,.,22,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,2、文件与关系数据库混合管理,.,23,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,3、关系数据库管理,.,24,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,4、面向对象数据库管理,.,25,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,5、对象关系数据库管理,.,26,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.2空间数据管理方式,实现实例ORACLESPATIAL空间数据存储解决方案,.,27,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.3空间数据引擎（SDE）,1、什么是SDE2、SDE需要解决的问题空间对象提取、分析空间属性统一管理并发访问长事务管理,.,28,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.3空间数据引擎（SDE）,SDE工作原理,.,29,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.3空间数据引擎（SDE）,SDE的作用（1）与空间数据库联合，为任何支持的用户提供空间数据服务。（2）提供开放的数据访问，通过TCP/IP横跨任何同构或异构网络，支持分布式的GIS系统。（3）SDE对外提供了空间几何对象模型，用户可以在此模型基础之上建立空间几何对象，并对这些几何对象进行操作。（4）快速的数据提取和分析。SDE提供快速的空间数据提取和分析功能，可进行基于拓扑的查询、缓冲区分析、叠加分析、合并和切分等。,.,30,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.3空间数据引擎（SDE）,（5）SDE提供了连接DBMS数据库的接口，其他的一切涉及到与DBMS数据库进行交互的操作都是在此基础之上完成。（6）与空间数据库联合可以管理海量空间信息，SDE在用户与物理数据的远程存储之间构建了一个抽象层，允许用户在逻辑层面上与数据库交互，而实际的物理存储则交由数据库来管理。数据的海量是由空间数据库管理系统来保障的。,.,31,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.3空间数据引擎（SDE）,（7）无缝的数据管理，实现空间数据与属性数据统一存储。传统的地理信息的存储方式是将空间数据与属性数据分别存储，空间数据因其复杂的数据结构，多以文件的形式保存，而属性数据多利用关系数据库存储。而SDE涉及空间属性数据在DBMS中如何存储及管理，通过SDE，则可以把这两种数据同时存储到数据库中，实现空间属性数据一体化管理，保证了更高的存储效率和数据完整性。（8）并发访问。SDE与空间数据库相结合，提供空间数据的并发响应机制。用户对数据的访问是动态的，透明的。,.,32,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.3空间数据引擎（SDE）,空间数据引擎实例MapInfo公司的SpatialWareArcGIS空间数据引擎国内SuperMap公司的XSDE,.,33,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.4空间数据与属性数据的连接,4种连接方式,.,34,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.5空间数据组织,1、纵向分层2、横向分块经纬分幅矩形分幅3、分层分块索引4、三维空间数据组织三维空间索引金字塔式数据组织,.,35,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.5空间数据组织,1、纵向分层,.,36,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.5空间数据组织,2、横向分块经纬分幅矩形分幅,.,37,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.5空间数据组织,3、分层分块索引,.,38,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.5空间数据组织,4、三维空间数据组织三维空间索引金字塔式数据组织,.,39,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.6栅格数据存储和管理,1、管理方案金字塔结构（多级多分辨率索引）2、组织形式栅格目录栅格数据集3、组织形式,栅格数据库,栅格目录1,栅格目录2,栅格目录3,栅格数据集1,栅格数据集2,金字塔层1,金字塔层2,金字塔层,波段,数据分块,逻辑组织,物理组织,.,40,【空间数据库原理】中国地质大学信息工程学院,4.6栅格数据存储和管理,1、管理方案金