第三章_地图数据的采集和地图数据库_数据库

1、第三章第三章 地图数据的采集和地图数据库地图数据的采集和地图数据库地图数据源及数据分类编码地图数据的采集地图数据的编辑和数据质量分析地图数据库2、地图数据的采集和地图数据库、地图数据的采集和地图数据库地图数据源及数据分类编码（1）数据源种类纸质地图遥感影像数据实测数据文字与统计资料已有数字数据2、地图数据的采集和地图数据库、地图数据的采集和地图数据库（2）数据分类编码（实质是将属性信息转换成数字编码，即代码）分类的原则和方法（定义：是人们认识事物的一种方法，是将具有共同属性特征的事物或现象归并在一起，而把具有不同属性特征的事物或现象分开的过程）分类的原则：科学性、完整性和系统性、实用性、可扩性

2、。分类方法：层次分类法层次分类法定义是将初始的分类对象按所选定的若干个属性或特征依次分成若干层目录，并编排成一个有层次的、逐级展开的分类体系。（2）数据分类编码（实质是将属性信息转换成数字编码，即代码）分级的原则和方法（数量特征） 分级是对事物或现象的数量或特征进行等级的划分，主要过程为分级数和分级界限的确定。分级应符合数据估计精度的要求分级应符合数据的分布特征分级应估计可视化效果分级时主要实用数学方法，比列、等差、最优、特定公式。2、地图数据的采集和地图数据库、地图数据的采集和地图数据库（3）数据编码（定义：指确定属性数据代码的过程。）代码的类型和功能类型：分类码，标志码 数字，字母和数字与

3、字母的混合功能：代码可作为对象的唯一标志；代码课作为区分对象类别的标志；代码可作为对象排序的标志（3）数据编码（定义：指确定属性数据代码的过程。）编码的原则和方法科学性、唯一性、完整性和可扩充性、适用性规范性。如：国土基本信息分类编码，土地利用分类编码参考，艾自兴，P54.2、地图数据的采集和地图数据库、地图数据的采集和地图数据库2、地图数据的采集 几何数据的采集 手扶跟踪数字化 用手扶跟踪数字化仪来完成 扫描跟踪数字化（软件应具备的功能：6点） 先扫描，进行栅格处理，然后用模式识别和栅格数据矢量化技术获取点、线、面和注记。 属性数据采集 数据库录入 几何数据关联2、地图数据的采集和地图数据库

4、、地图数据的采集和地图数据库3、地图数据的编辑和数据质量分析 数据编辑 数据显示：用图形和符号来表示来显示几何数据及其类型。（为了完整的显示，应有的基本功能：3点） 数据编辑修改 编辑系统应具有的功能 投影变换 数据匹配 数据查询 图形编辑 属性编辑及注记配置2、地图数据的采集和地图数据库、地图数据的采集和地图数据库 数据质量分析 数据质量的概念指用该数据来表达三大特征时所能达到的准确性、一致性、完整性、以及它们之间统一性的程度。 数据质量的基本内容准确性、一致性、完整性、现势性和统一性 数据质量分析 数据质量的评价 评价方法：直接法（自动检测）和间接法（外部信息推测）。 数据误差： 原有误差

5、：控制点和碎部点误差、制图综合误差和编绘误差（如海岸等）、清绘误差、印刷误差、图纸变形误差。 数字化误差：仪器差、人员差、数字化方式、数字化软件 数据质量的控制 误差带法、比较法、相关法2、地图数据的采集和地图数据库、地图数据的采集和地图数据库4、地图数据库数据库概念由四个基本部分组成：数据集合、数据库硬件、数据库软件、人员主要特征：数据集中控制与共享、数据冗余少、数据独立性、数据结构化、数据保护数据库抽象分级子模式（外模式）模式存储模式4、地图数据库数据模型实体与实体的关系：一对一，一对多，多对多，条件联系。传统数据模型：层次模型、网状模型、关系模型面向对象数据模型：点、线、面及其组合而成的

6、复杂对象。4、地图数据库数据库设计（就是把现实世界中已存在着的数据抽象成一个数据库的具体过程）地图数据库设计是指在现有数据库管理系统的基础上建立地图数据库的整个过程。 分为需求分析和结构设计两个步骤，其中结构设计又分为概念设计：实体关系模型逻辑设计：具体数据库的数据模型物理设计：数据库物理存储结构，占用空间和处理速度3.4 地图数据库地图数据库 3.4.1 数据库系统概述3.4.2 数据模型3.4.3 数据库系统结构3.4.4 数据库系统的组成3.4.5 地图数据库的设计与建立3.4.1数据库系统概述数据库系统概述 3.4.1.1 3.4.1.1 数据管理技术的产生与发展数据管理技术的产生与发

7、展 3.4.1.2 四个基本概念3.4.1.1 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题是数据处理的中心问题数据管理技术的发展过程 人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中) 文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中) 数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末年代末-现在现在)数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展(续续)数据管理技术的发展动力 应用需求的推动应用需求的推动 计算机硬件的发展计算机硬件的发展 计

8、算机软件的发展计算机软件的发展1.人工管理人工管理时期 40年代中-50年代中产生的背景 应用需求科学计算 硬件水平无直接存取存储设备 软件水平没有操作系统 处理方式批处理人工管理人工管理(续续)特点 数据的管理者：应用程序，数据不保存。 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理人工管理) 应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.2.文件系统文件系统时期 50年代末-60年代

9、中产生的背景 应用需求科学计算、管理 硬件水平磁盘、磁鼓 软件水平有文件系统 处理方式联机实时处理、批处理文件系统文件系统(续续)特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统文件系统)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.3.数据库系统数据库系统时期 60年代末以来产生的背景 应用背景大规模管理

10、硬件背景大容量磁盘 软件背景有数据库管理系统 处理方式联机实时处理,分布处理,批处理数据库系统数据库系统(续续)特点 数据的管理者：DBMS 数据面向的对象：现实世界 数据的共享程度：共享性高 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的 逻辑独立性 数据的结构化：整体结构化 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(数据库系统数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库数据的高共享性的好处数据的高共享性的好处降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易于扩充数据独立性数据独立性物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是指

11、用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变用改变。逻辑独立性 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。数据结构化数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释。描述，无需程序定义和解释。 数据可以数据可以变长变长。 数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据

12、项数据项。DBMS对数据的控制功能对数据的控制功能数据的安全性（Security）保护 使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。数据的完整性（Integrity）检查 将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。DBMS对数据的控制功能对数据的控制功能并发（Concurrency）控制 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。数据库恢复（Recovery） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。程序和数据间的联系程序和数据间的联系 文件系统阶段信息处理的传统方式文件系统阶段信息处理的传统方式与文件系

13、统比较与文件系统比较数据库阶段信息处理方式的演变数据库阶段信息处理方式的演变3.4.1数据库系统概述数据库系统概述 3.4.1.1 数据库的地位 3.4.1.2 四个基本概念 3.4.1.2 四个基本概念四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)1.数据数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象数据的定义 描述事物的符号记录数据的种类 文字、图形、图象、声音数据的特点 数据与其语义是不可分的数据举例数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释 语义：学生姓名、性别、

14、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间 解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系2.数据库（举例）数据库（举例）2.数据库数据库(续续)人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合2.数据库数据库(续续)数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享可为各种用户共享 冗余度较小冗余度较小 数据独立性较高数据独立性较高 易扩展易扩展3.数据库管理系统数据库管理系

15、统什么是DBMS 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据DBMS的主要功能的主要功能 数据定义功能 提供数据定义语言提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象定义数据库中的数据对象 数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML) 操纵数据实现对数据库的基本操作操纵数据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改查询、插入、删除和修改)DBMS的主要功能的主要功能 数据库的运行管理 保证数据的安全性、完整性、保证数据的安全性、完整性、 多用户对

16、数据的并发使用多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复 数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序) 数据库数据批量装载数据库数据批量装载 数据库转储数据库转储 介质故障恢复介质故障恢复 数据库的重组织数据库的重组织 性能监视等性能监视等4.数据库系统数据库系统什么是数据库系统 数据库系统（数据库系统（Database System，简称，简称DBS）是指在计）是指在计算机系统中算机系统中引入数据库后引入数据库后的系统构成。的系统构成。 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。库。数据库系统的构成 由数据库、数据库管

17、理系统（及其开发工具）、应用由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。系统、数据库管理员（和用户）构成。数据库系统构成图示数据库系统构成图示 数据库数据库应 用 系统应用开发工具 操 作 系统 数据库管理数据库管理系统系统数据库管理员用户用户用户 数据库系构成数据库系构成数据库系统在计算机系统中的位置图示数据库系统在计算机系统中的位置图示 硬件平台硬件平台基础软件平台基础软件平台软件基础构架平台软件基础构架平台应用软件平台应用软件平台软件产品软件产品协同软件 办公软件中间件 应用服务器3.4 地图数据库地图数据库 3.4.1 数据库系统概述3.4.2 数据

18、模型3.4.3 数据库系统结构3.4.4 数据库系统的组成3.4.5 地图数据库的设计与建立数据模型数据模型在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示抽象、表示和处理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数据模型应满足三方面要求 能比较能比较真实真实地地模拟模拟现实世界现实世界 容易容易为人所为人所理解理解 便于便于在计算机上在计算机上实现实现数据模型数据模型(续续)模型分成两个不同的层次(1) 概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。数据和信息建模。 (2) 数据模型数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关

19、系模主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。 数据模型数据模型(续续)客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。 概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。 3.4.1.2 数据模型数据模型 3.4.1.2.1 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 3.4.1.2.2 概念模型 3.4.1.2.3 常用逻辑数据模型 3.4.1.2.4 层次模型 3.4.1.2.5 网状模型 3.4

20、.1.2.6 关系模型 1.2.1 数据模型的组成要素数据模型的组成要素数据结构 数据操作 数据的约束条件 1. 数据结构数据结构什么是数据结构 对象类型的集合两类对象 与数据类型、内容、性质有关的对象 与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述 2.数据操作数据操作 数据操作 对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型 检索 更新（包括插入、删除、修改）数据操作是对系统动态特性的描述。 3.数据的约束条件数据的约束条件 数据的约束条件 一组完整性规则的集合。一组完整性规则的集合。 完整性规则完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有是给定

21、的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容容。 数据的约束条件数据的约束条件(续续)数据模型对约束条件的定义 反映和规定反映和规定本数据模型本数据模型必须遵守的基本的通用的完整必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。实体完整性和参照完整性两个条件。 提供定义完整性约束条件的机制，以反映提供定义完整性约束条件的机制，

22、以反映具体应用具体应用所所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。（年龄在0150之间，性别只能为“男”或“女”） 1.2.2 概念模型概念模型1. 概念模型2. 信息世界中的基本概念3. 概念模型的表示方法1. 概念模型概念模型概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言对概念模型的基本要求 较强的较强的语义表达能力语义表达能力，能够方便、

23、直接地表达应用，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解。2. 信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。唯一标识实体的属性集称为码。信息世界中的基本概

24、念信息世界中的基本概念(续续)(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体用实体名名及其属性及其属性名名集合来集合来抽象抽象和和刻画刻画同类实体称为实体型同类实体称为实体型(6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系中反映为实体内部的联系和实体

25、之间的联系实体型间联系： 两个实体型两个实体型 一对一联系（一对一联系（1:1） 三个实体型三个实体型 一对多联系（一对多联系（1:n） 一个实体型一个实体型 多对多联系（多对多联系（m:n） 两个实体型间的联系两个实体型间的联系 一对一联系 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中至多至多有有一个实体与之联系，反之亦然，一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集则称实体集A与实体集与实体集B具有一对一联系具有一对一联系。记为。记为1:1。 实例班级与班长之间的联系：班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一

26、个班长只在一个班中任职图 一对一联系两个实体型间的联系两个实体型间的联系 (续续)一对多联系 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实体）与之联系，反之，对于实体集集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中中至多至多只有一个只有一个实体与之联系，则称实体与之联系，则称实体集实体集A与实体集与实体集B有一对有一对多联系记为多联系记为1:n 实例班级与学生之间的联系：班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习图 一对多联

27、系两个实体型间的联系两个实体型间的联系 (续续)多对多联系（m:n） 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中有中有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集）与之联系，反之，对于实体集B中的中的每一个实体，实体集每一个实体，实体集A中也有中也有m个实体（个实体（m0）与）与之联系，则称实体集之联系，则称实体集A与实体与实体B具有多对多联系。具有多对多联系。记为记为m:n 实例课程与学生之间的联系：课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程一个学生可以同时选修多门课程图 多对多联系3.

28、 概念模型的表示方法概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多实体联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型E-R图图实体型 用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生学生教师教师E-R图图(续续)属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名E-R图图(续续)联系 联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（上联系的类型（1:1、1:n或或m:n） 联系的属性：联系本

29、身也是一种实体型，也可以有联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来向边与该联系连接起来 联系的表示方法联系的表示方法实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系联系的表示方法示例联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系联系属性的表示方法联系属性的表示方

30、法课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩 1.2.3 常用数据模型常用数据模型非关系模型非关系模型 层次模型（层次模型（Hierarchical Model） 网状模型网状模型(Network Model ) 数据结构：以基本层次联系为基本单位 基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一一对一)的联系的联系常用数据模型常用数据模型(续续)关系模型关系模型(Relational Model) 数据结构：表面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model） 数据结构：对象 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 数据模型的

31、组成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 常用数据模型 1.2.4 层次模型 1.2.5 网状模型 1.2.6 关系模型 1.2.4 层次模型层次模型1. 层次数据模型的数据结构 2. 层次数据模型的数据操纵3. 层次数据模型的与完整性约束 4. 层次数据模型的优缺点 5. 基于层次模型的地图数据表示1. 层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构层次模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根 结点结点2. 根以外的其它结点有且只有一个双

32、亲结点根以外的其它结点有且只有一个双亲结点层次模型中的几个术语 根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续）续） 1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结点 4 兄弟结点兄弟结点 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)表示方法实体型实体型：用记录类型描述。：用记录类型描述。 每个结点表示一个记录类型。每个结点表示一个记录类型。属性属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。联系联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之

33、间的：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的 一对多的联系一对多的联系实例：实例：教员教员-学生数据模型学生数据模型 例如，图所示就是一个层次模型的例子。该模型描述了例如，图所示就是一个层次模型的例子。该模型描述了高校中一个院（系）的组成情况。该层次模型有高校中一个院（系）的组成情况。该层次模型有5 5个记录型：个记录型：系、教研室、教员、班级和学生。一个系下面有若干教研室，系、教研室、教员、班级和学生。一个系下面有若干教研室，一个教研室下面有若干教员，一个系下面有基干班级，每个一个教研室下面有若干教员，一个系下面有基干班级，每个班级有许多学生。班级有许多学生。系编号系编号 系名系名 办公地点

34、办公地点 班级号班级号 数人数人班长班长 学号学号姓名姓名 年龄年龄 教工号教工号 姓名姓名 研究方向研究方向 教研室编号教研室编号 教研室名教研室名图图 层次模型例子层次模型例子层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)特点 结点的双亲是唯一的结点的双亲是唯一的 只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系 每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段 任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义 没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在没有一个子女记录值能够脱离双亲记

35、录值而独立存在2. 层次模型的数据操纵层次模型的数据操纵 查询 插入 删除 更新3. 层次模型的完整性约束层次模型的完整性约束无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除同时删除更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性的一致性4. 层次模型的优缺点层次模型的优缺点优点 层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解门描述自然、直观，容易理解 性能优于关系

36、模型，不低于网状模型性能优于关系模型，不低于网状模型 层次数据模型提供了良好的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持缺点 多对多联系表示不自然多对多联系表示不自然 对插入和删除操作的限制多对插入和删除操作的限制多 查询子女结点必须通过双亲结点查询子女结点必须通过双亲结点 层次命令趋于程序化层次命令趋于程序化5. 基于层次模型的地图数据表示基于层次模型的地图数据表示以地图以地图M M为例为例：地图地图M M中有两个面实体中有两个面实体 多边形由多边形由a,b,ea,b,e组成组成 M M多边形由多边形由b,c,db,c,d组成组成 1 1 a a a a边的两个端点是边的两个端点是1 1，

37、2 2 e e 2 2 b b边的两个端点是边的两个端点是2 2，4 4 4 4 b b c cc c边的两个端点是边的两个端点是2 2，3 3 d d d d边的两个端点是边的两个端点是3 3，4 34 3e e边的两个端点是边的两个端点是1 1，4 4层次模型例 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 概念模型 1.2.2 数据模型的组成要素 1.2.3 最常用的数据模型 1.2.4 层次模型 1.2.5 网状模型 1.2.6 关系模型 1.2.5 网状模型网状模型1. 网状数据模型的数据结构 2. 网状数据模型的数据操纵3. 网状数据模型的完整性约束 4. 网状数据模型的优缺点5. 基于网

38、状模型的地图数据表示1.网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。网状模型。1. 允许一个以上的结点无双亲；允许一个以上的结点无双亲；2. 一个结点可以有多于一个的双亲一个结点可以有多于一个的双亲。网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5 系名化学系教师数学生数研究生系名地质系教师数49学生数257研究生71学校名称西北大学系名城资系教师数52学生数300研究生70系名

39、教师数学生数研究生系名教师数学生数学号002312姓名张三年级3籍贯广东系名教师数学生数研究生系名教师数学生数教师号66姓名谢元礼年龄30职称教授系名教师数学生数研究生系名教师数学生数课程号A01课程名GIS周学时4学分5系名教师数系名学号002312课程号A01网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续续)表示方法（与层次数据模型相同）实体型实体型：用记录类型描述。：用记录类型描述。 每个结点表示一个记录类型。每个结点表示一个记录类型。属性属性：用字段描述。：用字段描述。 每个记录类型可包含若干个字段。每个记录类型可包含若干个字段。联系联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之：用结点之

40、间的连线表示记录（类）型之 间的间的一对多的父子联系一对多的父子联系。网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续续)特点 只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系 每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段 任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义意义网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续续)网状模型与层次模型的区别 网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许多个结点没有双亲结点 网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点 网状模型允许两个结点之

41、间有多种联系（复合联系）网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系） 网状模型可以更直接地去描述现实世界网状模型可以更直接地去描述现实世界 层次模型实际上是网状模型的一个特例层次模型实际上是网状模型的一个特例网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续续) 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5 网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续续) 1 L1 L2 R2网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构(续续)学生宿舍学生宿舍学生学生教研室教研室系系教师教师网状数据模型的数据结构网状数据模型

42、的数据结构(续续)父母父母人人子女子女树树种种植植砍砍伐伐养养育育赡赡养养2. 网状模型的数据操纵网状模型的数据操纵l查询l插入l删除l更新3. 网状数据模型的完整性约束网状数据模型的完整性约束 完整性约束条件 允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值 允许只删除双亲结点值允许只删除双亲结点值4.网状模型的优缺点网状模型的优缺点优点 能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲多个双亲 具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高缺点 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库结构比较复杂，而

43、且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握 DDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用5.基于网状模型的地图数据表示基于网状模型的地图数据表示以地图以地图M M为例为例：地图地图M M中有两个面实体中有两个面实体 多边形由多边形由a,b,ea,b,e组成组成 M M多边形由多边形由b,c,db,c,d组成组成 1 1 a a a a边的两个端点是边的两个端点是1 1，2 2 e e 2 2 b b边的两个端点是边的两个端点是2 2，4 4 4 4 b b c cc c边的两个端点是边的两个端点是2 2，3

44、 3 d d d d边的两个端点是边的两个端点是3 3，4 34 3e e边的两个端点是边的两个端点是1 1，4 4网状模型例 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 概念模型 1.2.2 数据模型的组成要素 1.2.3 最常用的数据模型 1.2.4 层次模型 1.2.5 网状模型 1.2.6 关系模型 1.2.6 关系模型关系模型1. 关系数据模型的数据结构 2. 关系数据模型的操纵3. 关系数据模型的完整性约束 4. 关系数据模型的存储结构 5. 关系数据模型的优缺点6. 基于关系模型的地图数据表示 关系模型关系模型最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型1970年由美国IBM公司S

45、an Jose研究室的研究员E.F.Codd提出关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构 在用户观点用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。关系模型的基本概念关系模型的基本概念 关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。 元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。 属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。关系模型的基本概念关系模型的基本概念 主码（Key）表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 域（Domain）属性的取值范围。 分量元组中的一个属性值。 关系模式对关系的描述关系名（属性1，属性2，属性n）学

46、生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构(续）续）实体及实体间的联系的表示方法 实体型：直接用关系（表）表示。实体型：直接用关系（表）表示。 属性：用属性名表示。属性：用属性名表示。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 多对多联系：直接用关系表示多对多联系：直接用关系表示。关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构(续）续）例1学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年

47、级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系系 (系号，系名，办公地点系号，系名，办公地点)例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构(续）续）例3学生、课程、学生与课程之间的多对多联系： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）课程（课程号，课程名，学分）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）选修（学号，课程号，成绩）关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构(续）续）关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不最基本的规范条件：关系的每一个分量

48、必须是一个不可分的数据项。可分的数据项。2.关系模型的数据操纵关系模型的数据操纵查询、插入、删除、更新数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”3.关系模型的完整性约束关系模型的完整性约束实体完整性参照完整性用户定义的完整性4.关系数据模型的存储结构关系数据模型的存储结构表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构图 关系模型的例子PART模式（P#，PNAME，COLOR，WEIGHT）PROJECT模式（J#，JNAME，DATE）SUPPLIER模式（S#，SNA

49、ME，SADDR）P_P模式（J#，P#，TOTAL）P_S模式（P#，S#，QUANTITY）100S2P4BEIJINGFADCS2300S2P3SHANGHAIPICCS1150S1P2SADDRSNAMES#200S2P2SUPPLIER关系100S1P191-3JCJ3QUANTITYS#P#90.5JBJ2P_S关系89.1JAJ118P3J1DATEJNAMEJ#25P3J2PROJECT关系65P2J119REDSCREWP46P3J312REDNUTP315P2J217GREENBOLTP250P1J114BLUESCREWP1TOTALP#J#WEIGHTCOLORPNAM

50、EP#P_P关系PART关系100S2P4BEIJINGFADCS2300S2P3SHANGHAIPICCS1150S1P2SADDRSNAMES#200S2P2SUPPLIER关系100S1P191-3JCJ3QUANTITYS#P#90.5JBJ2P_S关系89.1JAJ118P3J1DATEJNAMEJ#25P3J2PROJECT关系65P2J119REDSCREWP46P3J312REDNUTP315P2J217GREENBOLTP250P1J114BLUESCREWP1TOTALP#J#WEIGHTCOLORPNAMEP#P_P关系PART关系5.关系模型的优缺点关系模型的优缺点优点

51、 建立在严格的数学概念的基础上建立在严格的数学概念的基础上 概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用 实体和各类联系都用关系来表示。实体和各类联系都用关系来表示。 对数据的检索结果也是关系。对数据的检索结果也是关系。 关系模型的存取路径对用户透明 具有更高的数据独立性，更好的安全保密性具有更高的数据独立性，更好的安全保密性 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作关系模型的优缺点（续）关系模型的优缺点（续）缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型关系数据模

52、型为提高性能，必须对用户的为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化查询请求进行优化增加了开发数据库管理系统的难度增加了开发数据库管理系统的难度6.基于关系模型的地图数据表示基于关系模型的地图数据表示以地图以地图M M为例为例：地图地图M M中有两个面实体中有两个面实体 多边形由多边形由a,b,ea,b,e组成组成 M M多边形由多边形由b,c,db,c,d组成组成 1 1 a a a a边的两个端点是边的两个端点是1 1，2 2 e e 2 2 b b边的两个端点是边的两个端点是2 2，4 4 4 4 b b c cc c边的两个端点是边的两个端点是2 2，3 3 d d d d边的两个端点是

53、边的两个端点是3 3，4 34 3e e边的两个端点是边的两个端点是1 1，4 4关系模型例面向对象数据模型面向对象数据模型面向对象（object-oriented，oo）的概念起源于程序设计语言面向对象的编程语言(简称OOPL)，强调对象概念的统，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。它以OOPL为核心，集各种软件开发工具为一体，建立OO计算环境，配有很强的图形功能和多窗口用户界面。 基本出发点就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。 面向对象的几何抽象类型面向对象的几何抽象类型 GIS中的各种地物，在几何性质方面不

54、外乎表现为四种类型，即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。空间地物点状地物线状地物面状地物复杂地物电视塔桥 梁车 站道 路水 管电力线建筑物湖公 园矿 山大 学县面向对象的属性数据模型面向对象的属性数据模型 GIS中的地物可根据国家分类标准或实际情况划分类型。如一个大学GIS的对象可分为建筑物、道路、绿化、管线等几大类，地物类型的每一大类又可以进一步分类，如建筑物可再分成教学楼、科研实验楼、行政办公楼、教工住宅、学生宿舍、后勤服务建筑、体育楼等子类，管线可再分为给水管道、污水管道、电信管道、供热管道、供气管道等，另一方面，

55、几种具有相同属性和操作的类型可综合成一个超类。 面向对象数据库系统的实现方式面向对象数据库系统的实现方式 面向对象的数据模型从概念上将人们对GIS的理解提高到了一个新的高度。 一方面，它巧妙地容纳了GIS中拓扑数据结构的思想，能有效地表达空间数据的拓扑关系。另一方面，面向对象数据模型在表达和处理属性数据时，又具有许多独特的优越性。目前，采用面向对象数据模型，建立面向对象数据库系统，主要有三种实现方式： 扩充面向对象程序设计语言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性 扩充RDBMS，在RDBMS中增加面向对象的特性 建立全新的支持面向对象数据模型的OODBMS 吉吉奥奥之之星星 中中的的空

56、空间间对对象象模模型型 层次模型网状模型关系模型面向对象模型创始1968年IBM公司的IMS系统1969年CODASYL的DBTG报告(71年通过)1970年F.Codd提出关系模型20世纪80年代数据结构复杂（树结构）复杂（有向图结构）简单（二维表）复杂（嵌套递归）数据联系通过指针通过指针通过表间的公共属性 通过对象标识查询语言过程性语言过程性语言非过程性语言面向对象语言典型产品IMSIDS/IMAGE/3000IDMSTOTALOracleSybaseDB2SQL ServerInformixONTOS DB盛行期20世纪70年代70年代至80年代中期80年代至现在90年代至现在图 四种逻

57、辑数据模型的比较3.4 地图数据库地图数据库 3.4.1 数据库系统概述3.4.2 数据模型3.4.3 数据库系统结构3.4.4 数据库系统的组成3.4.5 地图数据库的设计与建立3.4.3 数据库系统结构数据库系统结构1.3.1数据库系统内部的模式结构 从数据库管理系统数据库管理系统角度看1.3.2数据库系统外部的体系结构从数据库最终用户数据库最终用户角度看1.3.1 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性小结数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念“型” 和“值” 的概念 型（Type）对某一类数据的结构和属性的

58、说明 值（Value）是型的一个具体赋值例如：学生记录例如：学生记录记录记录型型： （学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）该记录型的一个记录该记录型的一个记录值值： （900201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）数据库系统模式的概念（续）数据库系统模式的概念（续）模式（Schema）型 数据库数据库逻辑结构和特征的描述逻辑结构和特征的描述 是型的描述是型的描述 反映的是数据的结构及其联系反映的是数据的结构及其联系 模式是相对稳定的模式是相对稳定的模式的一个实例（Instance）值 模式的一个具体值模式的一个具体值 反映数据库某一

59、时刻的状态反映数据库某一时刻的状态 同一个模式可以有很多实例同一个模式可以有很多实例 实例随数据库中的数据的更新而变动实例随数据库中的数据的更新而变动1.3.1 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性小结数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 应应用用 A A 应应用用 B B 应应用用 C C 应应用用 D D 应应用用 E E 外外模模式式 1 1 外外模模式式 2 2 外外模模式式 3 3 外外模模式式/ /模模式式映映象象 模模式式 模模式式/ /内内模模式式映映象象 内内模模式式 数数据据库库1模

60、式（模式（Schema）模式（也称逻辑模式） 数据库中数据库中全体全体数据的逻辑结构和特征的描述数据的逻辑结构和特征的描述 所有用户所有用户的公共数据视图，综合了的公共数据视图，综合了所有用户所有用户的需求的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层 与数据的物理存储细节和硬件环境与数据的物理存储细节和硬件环境无关无关 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言计语言无关无关模式的定义内容 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）取值范围等） 数据之间的联系数据之间的联系 数据有关的安全