数据库新技术简介

数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介

11.1多媒体数据库

11.2主动数据库

11.3实时数据库

11.4移动数据库

11.5空间数据库

11.6小结本章主要内容1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase数据库技术从20世纪60年代中期产生至今已有40多年的历史，数据库技术一直是最活跃、发展速度最快的IT技术之一。现代数据库应用范围非常广，涉及许多相关技术，本章选取了一些有代表性的数据库新技术，包括多媒体数据库、主动数据库、实时数据库、移动数据库和空间数据库，简要介绍了各种技术的基本概念、关键技术、相关应用及其发展现状等。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介

11.1多媒体数据库

11.2主动数据库

11.3实时数据库

11.4移动数据库

11.5空间数据库

11.6小结1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库是多媒体技术与数据库技术相结合产生的一种新型的数据库。随着技术的发展，产生了许多可以对多媒体数据进行管理和使用的技术，例如面向对象数据库、基于多媒体内容检索技术、超媒体技术等等。一般认为，多媒体数据库不应该是对现有的数据库系统进行界面上的包装，使之看起来像一个多媒体数据库，而应该是从多媒体数据与信息的本身特征出发，才能找到相应的解决方法。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库概述多媒体数据库（MMDB,MultimediaDatabase）是指数据库中的信息不仅涉及各种数字、字符等格式化的表达形式，而且还包括多媒体的非格式化的表达形式，数据管理要涉及各种复杂对象的处理。多媒体数据库系统的层次结构与传统的关系数据库（RDBMS）基本一致，同样具有物理层、概念层和表现层。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的层次结构1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase物理层是多媒体数据库的物理存储描述，即形式描述多媒体数据在计算机的物理存储设备上是如何存放的。对多媒体数据库而言，实际的数据允许分散在不同的数据库中。概念层表示的是现实世界的抽象结构，是对现实世界事物对象的描述。多媒体应用开发人员通过该层提供的数据库语言可以对存储在多媒体数据库中的各种多媒体数据进行统一的管理。概念层由一组概念对象构成。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase表现层可以分为视图层和用户层。视图层是多媒体数据库的外部表现形式，即用户可见到的表格、图形、画面和播放的声音等。用户层可由专门的多媒体布局规格说明语言来描述，并向用户提供使用接口。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase

多媒体数据库与传统的数据库的区别

（1）处理的数据对象、数据类型、数据结构、数据模型和应用对象都不同，处理的方式也不同；（2）多媒体数据库存储和处理复杂对象，其存储技术需要增加新的处理功能，如数据压缩和解压；（3）多媒体数据库面向应用，没有单一的数据模型适应所有情况，随应用领域和对象而建立相应的数据模型；1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（4）多媒体数据库强调媒体独立性，用户应最大限度地忽略各媒体间的差别而实现对多种媒体数据的管理和操作；（5）多媒体数据库强调对象的物理表现和交互方式，强调终端用户界面的灵活性和多样性；（6）多媒体数据库具有更强的对象访问手段，比如特征访问、浏览访问、近似性查询等。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的特点从数据管理的角度来看，多媒体数据库主要有下列四个特点：（1）数据量大多媒体数据量一般都很庞大。虽然采取了数据压缩措施，但压缩后的数据量还是很大的。（2）等时性（Isochronism）和同步（Synchronization）多媒体数据中的连续数据在演播时须按一定的稳定速率传输数据，这叫等时性。在演播电视时，每帧必须按时、按序到达，不得前后抖动。此外，影视数据和配音数据、字幕数据必须同步，发音与口型在时间上必须对准。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）非结构化数据声音、图像、影视等数据基本上都是二进制串。这些数据从其本身看不出任何结构，因此称为非结构化数据。各种媒体的数字化存储形式称为媒体数据（MediaData）。由于这些数据往往通过传感器输入计算机，又称传感器数据（SensoryData）。媒体数据如果不另加一些描述和解释很难利用，对数据的描述、解释不是数据本身，而是关于数据的数据，即元数据。（4）特殊的用户接口及操作对于声音、影视数据，除了需提供一般数据都有的增加、删除、修改和查询等操作外，还须提供与媒体有关的接口和操作。特点1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的实现

在关系数据库的基础上构造多媒体数据库多媒体数据库系统中使用关系模型，使它不但能支持格式化数据，也能处理非格式化数据，就必须对现有的关系模型进行扩充。在面向对象数据库的基础上构造多媒体数据库由于面向对象数据模型具有很强的抽象能力，可以很好地满足复杂的多媒体对象的各种表示需求，能够为多媒体数据库的构造提供理想的基础，因此面向对象技术在多媒体数据存储及管理中的应用也成为重要研究课题。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库系统关键技术

1、多媒体数据模型多媒体数据模型主要采用文件系统管理方式、扩充关系数据库的方式和面向对象数据库的方式。文件系统管理方式：多媒体资料是以文件的形式在计算机上存储的，所以用各种操作系统的文件管理功能就可以实现存储管理。Windows的文件管理器或资源管理器不仅能实现文件的存储管理，而且还能实现有些图文资料的修改，演播一些影像资料。为了方便用户浏览多媒体资料，出现了很多的图形、图象浏览工具软件，有些浏览软件还和Windows资源管理器结合起来。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase扩充关系数据库的方式

出于保护原有投资和市场的考虑，全球几家大的数据库公司都已将原有的关系数据库产品加以扩充，使之在一定程度上能支持多媒体的应用，用关系数据库存储多媒体资料的方法一般有：①用专用字段存放全部多媒体文件②多媒体资料分段存放在不同字段中，播放时再重新构建③文件系统与数据库相结合，多媒体资料以文件系统存放，用关系数据库存放媒体类型、应用程序名、媒体属性、关键词等。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase面向对象数据库的方式面向对象的概念是新一代数据库应用所需的强有力的数据模型的良好基础。面向对象的方法最适合于描述复杂对象，通过引入封装、继承、对象、类等概念可以有效地描述各种对象及其内部结构和联系，多媒体资料可以自然地用面向对象方法所描述，面向对象数据库的复杂对象管理能力正好对处理非格式多媒体数据有益。根据对象的标识符的导航存取能力有利于对相关信息的快速存取，封装和面向对象编程概念又为高效软件的开发提供了支持。面向对象数据库方法是将面向对象程序设计语言与数据库技术有机地结合起来，是开发多媒体数据库系统的主要方向。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、数据的压缩和解压缩

多媒体信息，如声音、图像目前在国际上的压缩标准有：（1）JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是由国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合制定的，适合于连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像的国际标准。（2）MPEG（MovingPictureExpertsGroup）是ISO/IEC委员会的第11172号标准草案，包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分。MPEG要考虑到音频和视频的同步，联合压缩后产生一个电视质量的视频和音频，压缩形式的位速为1.5Mbps的单一流。

1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）PX64是CCITT的H261号建议，P为可变参数，取值范围是1~30。该标准的目标是可视电话和电视会议，它可以覆盖整个ISDN（综合业务数字网）信道。当P=1或2时,只支持每秒帧数较少的视频电话，P>6时可支持电视会议。PX64标准和MPEG标准的数据压缩技术有许多共同之处，但PX64标准适应各种通道容量的传输，而MPEG标准是用狭窄的频带来实现高质量的图像画面和高保真的声音传送。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase如何有效地按照多媒体数据的特性去存取多媒体数据呢？利用常规关系数据库管理系统来管理多媒体数据已经不能适应了，基于内容的多媒体信息检索的研究应运而生，它支持其他多媒体信息技术，如超媒体技术、虚拟现实技术、多媒体通信网络技术等。多媒体内容的处理分为三大部分：内容获取、内容描述和内容操纵，也可将其看成是内容处理的三个步骤，即先对原始媒体进行处理，提取内容，然后用标准形式对它们进行描述以支持各种内容的操纵。3、多媒体数据的存取方法1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的发展

当前的很多多媒体数据库系统都是专用的，并且功能也不是很完善。因此，要想开发出一个通用的多媒体数据库，还应该重点研究以下问题：（1）加强合理语义模型技术，特别是视频和图像的语义模型。

（2）设计有效的多媒体数据的索引和组织方法。（3）加大多媒体查询语言的研究。（4）对于物理存储管理要设计出有效的数据存放模式，以满足多媒体数据实时性的要求。（5）分布式多媒体数据库的管理。

1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase目前，多媒体数据库的研究主要有以下三条途径：（1）在现有商用数据库管理系统的基础上增加接口，以满足多媒体应用的需要；（2）建立基于一种或几种应用的专用多媒体信息管理系统；（3）从数据模型入手，研究全新的通用多媒体数据库管理系统。第一种途径实用，但是效率很低；第二种途径易于实现，但缺乏通用性，而且可扩展性差；第三种途径是研究和发展的主流，但是具有相当的难度。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介

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11.6小结1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase传统的关系数据库系统是“被动的”，数据的创建、检索、修改以及删除操作只有在用户或应用程序显式地提交命令后才被执行。但是现实应用中存在着各种各样的主动性需求,一些现代应用，如计算机集成制造（CIM）、过程控制、合作处理、网络管理、办公工作流控制、空中交通管理等，它们要求数据库不仅存储数据，还要存储控制知识或者规则以及过程；系统要能自动地监视数据库的状态及其变迁，当相关事件发生且条件满足时自动而实时地执行相应的动作。因此，在20世纪80年代初，出现了主动数据库系统这样的名词，到20世纪80年代中后期，主动数据库系统成为公认的数据库研究方向之一。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase主动数据库系统概述

我们把能够主动监视数据库状态，并能在满足特定条件时执行预先定义的动作的数据库系统称为主动数据库（ActiveDatabaseSystem）。

1、主动数据库的系统模型一个主动数据库系统（ADBS）功能由一个传统数据库系统DBS和一个事件驱动的知识库（EB）以及相应的事件探测器（EM）组成，用公式表示是：ADBS=DBS+EB+EM，其中：DBS是一个传统的数据库系统，用来存储数据和对数据进行维护和运用。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseEB事件库是一组由事件驱动的知识的集合，每一项知识表示在相应的事件发生时，如何来主动的执行其中包含的由用户预先设定的动作。EM是一个探测随时监控中的事件是否已经发生的模块，一旦探测到某事件已经发生时就主动触发系统，按EB中指明的相应知识执行其中预先设定的动作。主动数据库的主动性主要是通过规则机制实现的，常采用事件驱动的规则模型，即事件—条件—动作（Event—Condition—Action，简称ECA）规则，ECA规则由事件、条件、动作三部分组成。系统模型1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、主动数据库管理系统的特征一个对主动数据库的定义是，数据库系统能对数据库的情形自动地进行反应，并能指定系统的反应行为。而主动数据库管理系统（ADBMS）就是将“被动的”数据库管理系统扩展了反应行为（ReactiveBehavior）的功能。以下我们将讨论主动数据库管理系统应具备的一些基本特征，这些基本特征与主动数据库的具体应用领域有关。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase特征1DBMS所有被动系统需要的概念，ADBMS也需要。即如果用户忽略所有主动功能，ADBMS可以如同被动DBMS一样。特征2ADBMS支持ECA规则定义和管理。特征2(a)ADBMS必须提供事件、条件和行动的方法，用(事件/条件)对来描述状态。特征1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase特征2(b)ADBMS必须支持规则管理和规则库变化。规则集是原始信息和数据库的一部分，应存储当前哪些规则存在及其如何定义的信息。这些信息对用户和应用都是可见的。另外，规则库必须是动态的。即必须允许定义新的规则，删除过时的规则，可以修改现存规则的事件、条件或是行动定义。规则可设为“无效”和“有效”。特征3ADBMS具有执行模块。特征3(a)ADBMS自动监视各种事件发生（状态），即不需由用户/应用发出事件已发生的信号。特征1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase特征3(b)ADBMS必须能评价条件。ADBMS在事件探测之后必须能评价条件，而且能够把信息从事件传递给条件。特征3(c)ADBMS必须能执行行动。探测到事件发生并评价条件后，必须能执行行动，必须可以把信息从条件传递给行动。特征3(d)ADBMS必须有定义明确的执行语句。即必须定义何时如何及在什么数据库状态下评价条件，执行行动。特征3(e)冲突解决必须是预定义的或用户可以定义的。在ADBMS中，很有可能参加多条规则在同一时刻触发。必须能够解决冲突，即决定规则执行顺序。特征1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase特征4ADBMS用数据库模型术语表示ECA规则信息。如果ADBMS用数据模型结构表示规则信息，则用检索功能检验规则库就比较容易了。用户可以像其它数据库一样查询规则库，而不必学习新的表示方法。特征5ADBMS应支持设计环境。必须有良好的可用性，一般需提供工具，如：规则浏览器、规则设计器、规则库分析器、调试器、维护工具、跟踪功能、调试工具等。特征1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、主动数据库系统体系结构

1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase事件监测器：确定规则所关心的事件是否发生。原始事件由数据库或外部源通报，复合通报是指原始事件加上从历史记录中获得的已发生事件的信息。条件评估器：评估与被监测事件相关联的规则的条件部分。在只支持条件—动作规则的系统中，虽然没有监测事件的明确语句，但是，在实现上也必须监测原始事件。调度器：比较当前被触发规则与先前被触发规则，修改冲突集，触发调度为立即处理的规则。查询执行器：执行数据库查询。为了支持监视数据库的演化，要求不但能够访问数据库当前状态，而且也要能够访问数据库历史状态。体系结构1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase主动数据库系统可有几种实现途径：

（1）改造的途径最简单的实现方案就是在原有数据库管理系统的基础上进行改造。为此只需在原有数据库管理系统之上增建一个经常有机会运行的事件监测器即可。此时，事件规则库是统一的一个库，由用户预先设置好，在应用程序运行的同时，由事件监视器来监视事件的发生，并根据库所示自动触发相应的动作。4、主动数据库系统实现的途径1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）嵌入主动程序设计语言的途径一般的方法是把程序设计语言改造成一种主动的程序设计语言，然后按传统方法把数据库操作嵌入在其中执行。这种途径已由主动程序设计语言将事件规则库分成块，分布在各个过程或对象（当采用面向对象范式时）中，运行效率可望大大提高。如Starburst就是IBM公司在关系型DBMS的基础上扩充“面向集合的产生式”后形成的系统。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase

（3）重新设计主动数据库程序设计语言的途径重新设计主动数据库程序设计语言将数据管理和操作与应用程序彻底融合在一起，自然也是一条可取的途径，这就彻底地解决了所谓“阻抗不匹配”问题。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase主动数据库的关键技术主动数据库的基本实现方式是ECA，当某个事件到达时触发事务，判断条件是否被满足，若满足则触发主动事务，这同传统数据库中触发器的实现方式一样，它们的差别主要体现在时间约束（TimeConstraint：Deadline），也就是说对于主动数据库首先要考虑的问题是时间约束在期限到达之前尽可能地完成更多的任务（TriggeredTransaction）。该要求的确定是主动数据库的所有研究方向的出发点和归宿点。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、事务的调度策略在逻辑上下文中，触发事务和主动事务的关系应该怎样？基于触发事务和主动事务的调度策略一般有3种，分别是立即调度、延迟调度和分发调度。这里考虑两种事务的调度模型：立即调度和延迟调度。立即触发方式1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase延迟触发方式1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、事务的调度优先权问题

触发事务和主动事务之间、主动事务之间、触发和主动事务同其它事务之间谁应该最具有优先权？立即触发和延迟触发都把触发事务和主动事务看作一个整体，它们的实现是同步的，为两个平等的事务，调度的依据，即事务优先权的确立是事务的生存期和重要性的函数，一般而言，触发事务和主动事务的优先权比其他的事务要高。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase事务的优先权1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、缓存管理由于一个事务不可能常驻内存（MainMemoryResident），所以交换是必然的，而与交换关系紧密的缓存和预取就成了主动数据库一个重要的研究方向。缓存管理指的是规定在内存中应该放置什么数据和放置多久的策略集。缓存模型对于每个事务（ActiveTRAC,AT）设置一个局部缓存（PrivateBuffer，即PB），所有的这些事务共享一个全局缓存（GlobalBuffer，即GB）来访问数据库数据。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、主动事务的发现前面提到触发事务在条件满足时要触发主动事务，主动事务通常并不是一个简单的事务，可能是若干个事务的混合事务，而他们的组合形成和发现成了主动数据库的一个重要的问题（HeartofMatter）。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase主动数据库规则

主动数据库系统对DBMS的基本要求是能处理如下的规则：When<事件表达式>IF<条件>Then<动作>即当发生某一事件（Event）时，如果满足给定条件（Condition），则执行相应的动作（Action），这种规则称为ECA规则。主动数据库通过这样一种事件驱动的“事件—条件—动作”规则来表示数据库中的主动常识。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、ECA规则的构成事件驱动的“事件—条件—动作”规则的语义是：当规则规定的事件发生时，计算机就主动触发执行—规则，即当条件满足时执行相应的动作，约束项规定执行规则动作的约束条件，并且接着逐个检查下一个规则，直到执行完为止。规则组成的三要素是：事件、条件和动作。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase事件（Event）是引发规则执行的原因。事件有“简单事件”和“复合事件”，简单事件对应于原子发生，数据库系统或数据库环境中事件发生点即可决定。复合事件是一种表达复杂事件的手段，使用户可以根据实际需要定义复杂事件，便于规则的设计、维护与传诵。复合事件通常由简单事件或复合事件通过析取、合取等定义而成。ECA规则构成1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase条件（Condition）是规则被执行后要检查的内容。条件一般用逻辑公式表示，规定执行行动时数据库相关部分或外部环境处于何种状态，即它报告必须评价什么，规则触发后必须继续进行评价的条件。条件包括简单条件、统计条件、时限条件、复杂条件等。动作（Action）是规则被触发且条件为“真”时要执行的操作序列。动作可以是触发事务本身的一部分，也可以是其子事务或独立事务。动作主要包括数据修改、数据检索、类似于提交或终止的事务操作、调用的任意过程、方法等。ECA规则构成1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、ECA规则的描述主动数据库（ADBS=DBS+EB+EM）是在数据库的基础上增加了事件库和事件监测器。在主动数据库的运行中，事件监测器根据事件库对数据库进行监控，根据监测到的信息触发数据库系统的主动服务。数据库的主动功能主要是通过在主动数据库中预先设置一些处理规则来实现的。这些规则规定了事件发生的条件、相应的动作等内容。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseECA规则的基本描述为：Rule<规则名>[<参数列表>]ON<事件列表>IF<条件1>Then<动作1>[Where<约束1>][Exception<例外处理动作1>]……IF<条件n>Then<动作n>[Where<约束n>][Exception<例外处理动作n>]EndRuleECA规则描述1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、ECA规则的实现主动数据库系统是传统被动数据库系统的发展，目前，一些主要的RDBMS产品都程度不等地增加了主动数据库功能，其方法大致可分为下面三种。（1）松耦合法（2）紧耦合法（3）嵌入法1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、ECA规则的应用主动数据库规则的应用可以粗分为如下两类。（1）内部应用这类应用是为DBMS本身服务的，例如完整性约束的检查、导出数据的及时更新、多副本一致性维护、版本自动维护等。这些功能在被动数据库系统中是以系统内部控制逻辑的形式实现的，而在主动数据库系统中，可以用对用户透明的规则实现。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）外部应用这类应用是为应用程序服务的，例如库存量的控制，对证券市场波动的反应等。这些功能本来是应用程序的一部分，在主动数据库系统中，实际上是把一个单位的共同政策或策略以规则的形式从应用程序中独立出来。这既可以减轻研制和维护应用程序的负担，又增加了修改、扩充政策和策略的灵活性。ECA规则应用1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介

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11.6小结1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase近年来，随着计算机的发展，实时操作系统和实时数据库管理系统在我国的一些专业领域也得到了一定的发展，因此，如何高效利用实时操作系统的特性来实现数据的存储和检索在我国有着广泛的应用前景。实时数据库管理系统正是在传统数据库管理系统的基础上加人了实时数据处理功能的新型数据库管理系统。实时数据库管理系统同传统的数据库管理系统在概念、原理、结构、算法等方面都存在着很大的差别，其中最根本的区别就在于数据与事务的定时限制。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库概述

实时数据库管理系统应该是这样一个系统，其事务应具有严格的时间响应限制。换言之，实时性的基本指标是响应时间，即系统从发出处理要求起到给出某些应答信号为止所经历的时间。实时数据库管理系统（RTDBMS）是事务和数据都有显式定时限制的数据库系统。RTDBMS中数据的时间限制是通过事务对数据的处理时间来实现的，因此，RTDBMS的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果，还同时依赖于逻辑结果的产生时间。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库在设计和实现时需要注重以下几个特点：实时性。RTDBS作为外部系统的一个客观反映，它表示了外部系统的当前状态，只有数据与外部系统的实际情况吻合时，数据才有意义。所以要求必须高效，能够实时反应。容错性。由于工业控制现场的情况复杂，各种干扰较为常见，可能导致采集的数据被污染，这就要求TRDBS具备一定的容错性，防止出现数据败坏（DataCorrupt）。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase稳定性。任何数据库系统都要求稳定性，但由于现实中直接基于RTDBS的应用往往一样强调实时性(基于的典型应用如先进控制软件和在线实时数据优化等)，所以系统的稳定性被提到了更高的高度，是绝对不能轻易重启动的。鲁棒性。过程控制应用中，RTDBS多应用于分布式环境与多个数据源连接，工业现场的环境容易导致个别数据出现数据流波峰或者通信受阻。因此必须能承受数量冲击保证系统的实时性和稳定性。特点1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库系统关键技术

1.基于组件技术的模块化体系组件模型（Component）是构造二进制兼容软件的规范，利用组件技术构建的软件具备更好的可伸缩性和可扩展性，并且组件模型能方便地解决分布式环境中的共享和协作问题。基于Windows平台的组件技术是微软公司力推的COM/DCOM技术，COM/DCOM作为软件组件之间互相通信的一种标准，可以实现二进制兼容和位置透明（即无论对方位于另外一个进程甚至另外一个机器都可以透明地进行通信）。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库中核心业务封装在不同的独立进程COM服务器中，彼此之间通过COM进行接口调用而不是简单的数据交换。COM所提供的LPC（LocalProducerCalls）通道经过特别的优化，在执行效率和数据通信带宽方面均优于常规IPC（InterProcessCommunication）方式，使得实时数据库的实时性得以保证。而且COM本身提供了线程管理模式，使得核心业务模块可以避免手动处理复杂的线程同步和数据共享，所有的接口访问都被自动同步和序列化（Serialize），保证数据安全并且防止访问冲突。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、被动式内核结构实时数据库为了保证鲁棒性和稳定性，采用类似操作系统中内核体系的结构，并将各核心模块尽量独立，即便特定模块出现故障系统也可以自动重新启动该模块并且将系统恢复到故障前的状态。由于将内核模块与直接面向用户的常规业务应用(如流程图、趋势图、系统组态、数据查询和报表等)以及数据采集模块(从底层数据源采集数据，如OPC接口、DDE接口、TCP/IP接口、RS-232接口等)隔离开来，大大提高了系统的稳定性和鲁棒性，并且内核服务全部注册成系统服务运行。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库内核体系结构1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、高效数据存取技术实时数据库必须实现高效的数据存储，才能在处理海量数据的同时保证系统的实时性。过程工业中以位号方式标志数据，与此相应，位号是实时数据库中数据存储的基本单位。实际应用中，实时数据库中往往有上万甚至十几万个位号，如何在这种情况下实现高效率数据存取是保证实时性的关键。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、事务调度模式实时数据库不同于传统的关系数据库，其数据结构和事务模型均相对简单，但是同样提出了对于实时性的要求，需要系统作出快速的响应。鉴于实时数据库需要同时处理多个事务的现实，系统必须具备良好的事务调度模式使得各个事务均得到最快的处理，为此必须实现多事务并发处理及负载平衡。另外事务本身具备优先级，如何在并发处理中进行优先级的调度也是设计中需要考虑的。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时事务管理是实时数据库管理系统的核心环节，通过实时事务调度器实现实时事务管理功能。实时事务调度器，负责实时事务优先级的分配、超载管理、并发控制和实时事务调度，是实现系统实时特性的核心部件。RTDBMS必须采用基于优先级和考虑定时限制尤其是截止期的分配策略；资源使用的“中断”策略也是优先级式的，即高优先级可抢占(中断)低优先级的资源，具体又可以有多种不同的抢占方式及其各方面的代价，需要RTDBMS仔细决策。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase5、存取机制RTDBMS的存取机制包括数据存储管理和数据存取管理。为了提高RTDBMS的存取性能通常采用内存作为系统缓冲存取介质。RTDBMS的数据文件在磁盘上以索引文件的形式存储，这部分功能由操作系统负责完成。存储系统的主要任务就是把系统缓冲区中的数据利用系统的IO操作原语写人磁盘，或将磁盘数据读人系统缓冲区。RTDMBS的数据存取管理包括记录在数据文件中的存储结构、记录编址以及主关键字的存取路径结构。记录的存储采用指针法，在记录的首部用若干指针来实现域的区分。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase6、恢复机制恢复机制是否行之有效也是数据库系统性能的一个重要指标。RTDBMS的恢复机制采用两种方法：一种是根据备份记录来恢复；另一种是结合日志管理来进行恢复。实时数据库的维护操作设有权限控制表，用密码控制操作员的权限，使数据的录入、修改和删除不能随意操作，以此来保证数据的安全。同时不断备份数据，当发生故障造成系统停止运行时，实时数据库重新启动、安装后，能迅速恢复到故障前的状态，使损失减至最小，满足可靠性要求。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase7、安全机制系统安全保护措施是否有效是数据库系统的主要性能指标之一。通常实时数据库管理系统提供了三级保密措施：注册保密、访问级别保密和数据保密。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库的发展

实时数据库在国内外发展非常迅速，在石油化工、过程控制等领域已出现了较为成熟的实时数据库应用系统。目前市场上流行的实时数据库产品主要有PI系统（适用于流程工业：国外）、InfoPlus.21（主要在石油化工方面：国外）、力控系统（主要用于控制领域：国内）、SuperInfo（主要用于电力调度、石油、化工等领域：国内）等等。这些产品仅仅局限于某一领域的应用，尚未建立统一的通用型商业平台，实现实时数据库在不同领域中的一些技术差异。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBasewangxy@第11章数据库新技术简介

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11.5空间数据库

11.6小结1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase随着无线通信技术和便携式设备的飞速发展，造就了一种新的计算技术——移动计算（MobilComputing）。所谓移动计算，指的是在任何地点和运动状态下，便携式设备的用户都能通过相应的网络设施从数据源处获得信息与服务。对于数据库领域而言，由于无线通信和便携式设备的自身特点，采用传统的集中式或者分布式等数据库模式很难有效地支持这种应用，研究移动计算环境中的数据管理技术，已成为目前数据库研究的一个新方向，即移动数据库技术。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase移动数据库系统概述

移动数据库系统是支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管理系统，它包括两层含义：一是用户可以在移动过程中联机访问数据库资源；二是用户可以带着数据库移动。由于这种移动数据库系统的终端设备通常不是传统的台式计算机，而是诸如掌上电脑、车载设备、移动电话等嵌入式设备，因此，又被称为嵌入式移动数据库系统。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、移动数据库的研究内容在移动数据库的研究领域中，主要有以下几个方面的研究内容：数据分发，位置相关的服务，事务处理，用户界面等。数据分发研究的内容主要是移动设备如何有效地从固定数据库中获取数据的问题，它的特点是无线通信带宽小，而且上行和下行信道不平衡。位置相关服务主要解决移动对象位置的变化如何在数据库中有效存储以及快速查询。移动设备小巧的屏幕也给数据库管理系统带来了新的问题，用户界面方面的研究对移动数据库实际的应用起着重要的作用。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase事务处理则是移动数据库的关键问题，它解决在移动环境下保持数据一致性的问题。为了支持移动数据库在断连情况下的事务处理，引入了数据的异步复制技术，以便支持在本地数据副本上的事务处理，然而，多个移动设备在断开连接的情况下各自进行数据存取，这样将导致数据的不一致性。为此，人们提出了许多模型和算法，来解决复制所带来的冲突问题，如避免冲突的预约机制、双时间印同步处理策略等。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、移动数据库系统的特点移动数据库的计算环境是传统分布式数据库的扩展，它可以看作客户端与固定服务器结点动态连接的分布式系统。因此移动计算环境中的数据库管理系统是一种动态分布式数据库管理系统。与传统的分布式数据库系统相比，移动数据库系统具有如下特性：（1）移动性及位置相关性移动数据库可以在无线通讯单元内及单元间自由移动，而且在移动的同时仍然可能保持通讯连接；此外，应用程序及数据查询可是位置相关的。这要求移动数据库系统支持这种移动性，解决过区切换问题，并实现位置相关的处理。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）频繁的断接性移动数据库与固定网络之间经常处于主动或被动的断接状态，这要求移动数据库系统中的事务在断接情况下仍能继续运行，或者自动进入休眠状态，不会因网络断接而撤消。（3）网络条件的多样性在整个移动计算空间中，不同的时间和地点联网条件相差十分悬殊，因此，移动数据库系统应该提供充分的灵活性和适应性，提供多种系统运行方式和资源优化方式，以适应网络条件的变化。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（4）系统规模庞大在移动计算环境下，用户规模比常规网络环境庞大得多，采用普通的处理方法将导致移动数据库系统的效率极为低下。（5）系统的安全性及可靠性较差由于移动计算平台可以远程访问系统资源，从而带来新的不安全因素。此外，移动主机遗失、失窃等现象也容易发生，因此移动数据库系统应该提供比普通数据库系统更强的安全机制。

1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（6）资源的有限性移动设备的电源通常只能维持几个小时，此外，移动设备还受通讯带宽、存储容量、处理能力的限制。移动数据库系统必须充分考虑这些限制，在查询优化、事务处理、存储管理等诸环境提高资源的利用效率。（7）网络通讯的非对称性上行链路的通讯代价与下行链路有很大的差异，这要求在移动数据的实现中充分考虑这种差异，采用合适的方式（如数据广播）传递数据。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、移动数据库的体系结构1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase整个系统由两部分组成：移动主机（MobileHost，MH）、固定主机（FixHost，FH）。

移动主机是可移动的便携式设备，它所具有的计算能力和存储能力范围不等，可以从手机、PDA到笔记本电脑，并具备无线网络接口，可以通过无线或有线的方式与固定网络进行连接。固定主机之间通过可靠的、高带宽的网络设施进行连接。其中，部分固定主机具备无线通信接口并安装了相应的软件，用来和MH进行连接，这样的固定主机被称为移动支持站（MobileSupportStation，MSS）。每个MSS负责管理在某片地理区域中的所有MH，这样的地理区域也被称为蜂窝（Cell），在某个时刻，一个MH只能和负责该单元的MSS进行通信。当MH在蜂窝间移动时，通常会运行一个交接协议（Hand-Off）来实现MSS管理的交接。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase将固定网络上的所有数据库管理系统视为一个逻辑上整体的数据库服务器（DatabaseServer，DBS），所有的数据都存储在该DBS中，并假设该DBS始终处于一致性状态。在MH上，安装有一个嵌入式的DBMS，该DBMS从DBS处缓存了一部分数据，用户可以对该DBMS进行操作或建立自己的应用程序。MH与DBS的联系是通过MSS来完成的，MSS管理着MH上数据的上载、下载、同步等问题。数据同步时发生的冲突检测和解决方式、嵌入式DBMS和MSS的具体功能视采用的事务模型的不同而不同。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、移动数据库的发展目标理想的数据库系统要做到有效地支持移动计算环境中的各种数据应用，满足人们在任意地点、任意时刻访问所需信息的要求，应具有以下四个特征：（1）可用性与可伸缩性：在保证系统稳定的同时，提供高可用性和可伸缩性，并且移动客户数不受限制。（2）移动性：允许移动终端在和网络断接的情况下访问或更新数据库。（3）可串性：支持满足可串性的并发事务执行。（4）收敛性：使系统总能收敛于一致状态，从而避免出现混乱。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase移动数据库系统的关键技术

1、数据的一致性移动数据库的一个显著特点是移动终端之间以及与服务器之间的连接是一种弱连接，即低带宽、长延迟、不稳定和经常性的断开。为了支持用户在弱环境下对数据库的操作，完善的数据同步机制是移动数据库设计的重点，现在普遍采用乐观复制方法允许用户对本地缓存上的数据副本进行操作。待网络重新连接后再与数据库服务器或其他终端交换数据修改信息，并通过冲突检测和协调来恢复数据的一致性。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、高效的事务处理移动事务处理要解决在移动环境中频繁的、可预见的拆连情况下的事务处理。为了保证活动事务的顺利完成，必须设计和实现新的事务管理策略和算法。（1）根据网络连接情况来确定事务处理的优先级，网络连接速度高的事务请求优先处理。（2）根据操作时间来确定事务是否迁移，即长时间的事务操作将全部迁移到服务器上执行，无需保证网络的一直畅通。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）根据数据量的大小来确定事务是上载执行还是下载数据副本执行后上载。（4）事务处理过程中，网络断接处理时采用服务器发现机制还是采用客户端声明机制。（5）事务移动（如位置相关查询）过程中的用户位置属性的实时更新。（6）完善的日志记录策略。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、数据的安全性许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设备，而嵌入式设备上的数据库系统对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也带来潜在的不安全因素。因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等对个人数据安全的威胁上需要提供充分的安全性保证。保证数据安全的主要措施有：（1）对移动终端进行认证，防止非法终端的欺骗性接入；（2）对无线通信进行加密，防止数据信息泄漏；（3）对下载的数据副本加密存储，以防移动终端物理丢失后的数据泄密。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase移动事务模型

1、两级复制（Two-tierReplication）

JimGray定义了基本事务（BaseTransaction）与试验事务（TentativeTransaction）。在MH上，每个数据元素都保存有两个版本的副本：主版本（MasterVersion）和试验版本（TentativeVersion）。当MH与网络连接时，主版本数据立即更新为DBS中最近的值。断开连接时，所有在MH上执行的事务作为试验事务在试验版本的数据副本上操作，产生新的试验版本数据。当重新获得连接时，所有的试验事务将提交给MSS作为基本事务重新执行，系统将比较试验事务与基本事务结果的差异，如果差异在允许范围以内，事务成功完成；否则事务宣告失败，服务器会向MH通知失败原因，同时所有读该事务写集的事务也宣告失败。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase两级复制模型的特点：所有的事务都要作为试验事务和基本事务分两次在MH和MSS上重复执行，系统开销比较大。在同一个MH上，试验事务的操作结果能被其他试验事务所获取，提高了系统可用性但也会导致级联回滚。当MH重新获得网络连接时，由于MH的主版本数据副本立即可从DBS得到更新，所以试验版本的数据被丢弃，同时基本事务采用了单副本的可串行化调度，从而保证了DBS中数据的一致性。用户可以自行定义试验事务与基本事务执行结果的差异接受范围，增加了系统的灵活性。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、簇模型（Clustering）

簇是一些语义或存放位置相近的数据集合。某个数据元素的各个副本，在同一簇内要求完全一致，而在簇间则可以出现不同程度的不一致。簇的划分标准以及簇间的不一致程度也都可以由用户自己定义。为了提高系统的可用性，引入了弱操作，包括弱读（WeakRead）和弱写（WeakWrite）。弱操作保证了簇内数据一致、簇间不同程度的不一致的特性。为了区分，常规意义上的读和写被称为严格读（StrictRead）和严格写（StrictWrite），则保证数据各个副本上的严格一致。同理，定义了弱事务（WeakTransaction）和严格事务（StrictTransaction），只包括弱操作的事务被称为弱事务，只包括严格操作的事务被称为严格事务。弱读的数据既可以是弱写，也可以是严格写的结果，但严格读的数据只能是严格写的操作结果。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase簇模型的特点：当网络连接状况发生改变时，多个簇可以合并成一个簇，一个簇也可以分裂为多个簇，这样很好地适应了网络状况的变化。对数据的多个副本采用两个级别的一致性以及对弱事务的定义，不但提高了数据的可用性，同时也减少了一些不必要的网络通信流量。对弱事务与严格事务分别实行并发控制，保证各自的串行化调度，保证了簇的特性。当簇合并的时候，弱事务如果和严格事务发生冲突，弱事务回滚，在保证严格事务单副本可串行化调度的基础上，采用基于语法或语义协商的方法，实现了数据各个副本的收敛。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、语义模型（Semantics-based）语义模型强调的是利用数据和具体应用的语义来实现在MH上的自治。两个事务不能实现串行调度，可分为三个原因：这两个事务至少各自有一个操作是针对同一数据对象的；这两个操作是不相容（冲突）的；应用不允许出现冲突。语义模型从这三个方面出发解决调度问题：（1）采用分片技术减小数据对象的颗粒度。（2）对操作进一步细化。（3）利用具体应用的语义。语义模型如果应用得当，可以极大地提高事务的并发度，但是实现起来非常复杂。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、预写模型(InPre-write)预写模型主要思想是将事务分成在MH和MSS上执行的两个阶段，事务首先在MH上由TM控制执行，接着通过MSS将执行结果提交给数据库服务器上的DM实现持久的更新。模型引入了预写(Pre-write)、预读(Pre-read)、预提交(Pre-commit)三个操作。预写申明了事务提交后数据的值，并没有在数据库服务器中实现真正的更新，但该值对其他事务可见。预读操作读到的值为预写操作的结果，和常规的读操作读取数据库中的实际值有区别。如果事务完成了所有的读、预读操作和预写操作，便可在MH上预提交，未执行完的事务部分接着转移到MSS上执行。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase预写模型的特点：更新数据库中的值有时是个耗时的操作，通过引入预写操作，提高了系统数据的可用性。同时将一部分事务操作转移到MSS上执行，则有利于解决MH的资源问题。预写模型通过扩充操作冲突表和以2PL为基础的调度算法实现了事务的可串行化调度，事务按照预提交的顺序串行执行，保证了数据的一致性，但基于锁的悲观调度算法却降低了系统的并发度。调度算法保证了已在MH上预提交的事务系统能成功完成，因此不会带来级联回滚的问题。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase移动数据库的发展

随着信息产业竞争的日趋激烈，移动通信技术将加速发展，智能化终端产品将不断涌现，移动计算硬件平台的技术改进和价格的不断下降，移动电子商务应用解决方案的不断完善，企业对移动计算的需求将会稳步增长。移动计算将为人类描绘一幅崭新的画卷。移动数据库典型应用：

移动计算在物流领域的应用移动计算实现“随身银行”用移动计算进行实时数据采集和公共信息发布利用移动计算进行位置相关查询1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBasewangxy@第11章数据库新技术简介

11.1多媒体数据库

11.2主动数据库

11.3实时数据库

11.4移动数据库

11.5空间数据库

11.6小结1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase随着计算机技术的飞速发展,处理地理相关信息的地理信息系统GIS(GeographicalInformationSystem)技术也在不断地进步,并成为当前的一个研究热点。空间数据库作为任何GIS的核心，是GIS发展的技术支柱。同时空间数据库也是数据库技术的一个前沿课题，它突破了传统的数据库主要基于文字、数字信息的应用，可以用于存贮和分析大量的具有复杂结构的信息。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase空间数据库概述空间数据库（SpatialDatabase）是以描述空间位置和点、线、面、体特征的位置数据（空间数据）以及描述这些特征的属性数据（非空间数据）为对象的数据库，其数据模型和查询语言能支持空间数据类型和空间索引，并且提供空间查询和其他空间分析方法。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、空间数据及特征空间数据用于表示空间物体的位置、形状、大小和分布特征等信息，用于描述所有二维、三维和多维分布的关于区域的信息，它不仅表示物体本身的空间位置和状态信息，还能表示物体之间的空间关系。非空间信息主要包含表示专题属性和质量的描述数据，用于表示物体的本质特征。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase归纳起来，空间数据具有以下五个基本特征：（1）空间特征每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空间分布特征。这意味着在空间数据组织方面，要考虑它的空间分布特征。除了通用性数据库管理系统或文件系统关键字的索引和辅助关键字索引以外，一般需要建立空间索引。（2）非结构化特征空间数据不能满足结构化要求。若用一条记录表达一个空间对象，它的数据项可能是变长的，其二，一个对象可能包含另外的一个或多个对象，所以它不满足关系数据模型的范式要求，这也就是为什么空间图形数据难以直接采用通用的关系数据管理系统的主要原因。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）空间关系特征空间数据除了前面所述的空间坐标隐含了空间分布关系外。空间数据中记录的拓扑信息表达了多种空间关系。这种拓扑数据结构一方面方便了空间数据的查询和空间分析，另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。（4）分类编码特征一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准，或地区标准，每一种地物的类型在某个GIS中的属性项个数是相同的。因而在许多情况下，一种地物类型对应于一个属性数据表文件。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（5）海量数据特征空间数据量是巨大的，通常称海量数据。它的数据量比一般的通用数据库要大得多。一个城市地理信息系统的数据量可能达几十GB，如果考虑影像数据的存贮,可能达几百个GB。这样的数据量在城市管理的其他数据库中是很少见的。正因为空间数据量大，所以需要在二维空间上划分块或者图幅，在垂直方向上划分层来进行组织。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、空间数据的分类根据空间数据的特征，可以把空间数据分为3类:（1）属性数据：描述空间数据的属性特征的数据，也称非几何数据。（2）几何数据：描述空间数据的空间特征的数据，也称位置数据、定位数据。（3）关系数据：描述空间数据之间的空间关系的数据，如空间数据的相邻、包含和相交等，主要是指拓扑关系。拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法，其在地理信息系统和空间数据库的研究和应用中具有十分重要的意义。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、空间数据库的组织形式由于空间数据与一般数据的不完全一致性，那么空间数据库的设计和一般数据库也不完全相同，必然有自己的设计思路和特点。（1）文件与关系数据库混合型组织形式由于空间数据具有上面所描述的5个特征，目前通用的关系数据库管理系统难以满足要求。因而，大部分GIS软件采用混合管理的模式。即用文件系统管理几何图形数据，用商用关系数据库管理系统管理属性数据。GIS通过相应的数据库接口程序来管理属性数据，通过系统内部生成的唯一标识符实现数据与属性数据的关联。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseGISRDBMS几何空间数据存储子系统混合组织形式还不能说建立了真正意义上的空间数据库，因为文件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）全关系数据库型组织形式全关系型空间数据库是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理。在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，使之不仅能管理结构化的属性数据，而且能管理非结构化的图形数据。

1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseGIS空间数据属性数据空间数据管理层标准RDBMS1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）对象-关系数据库型组织形式对象-关系数据库管理系统是对关系数据库管理系统进行面向对象的扩展,既具有良好的企业级数据库管理及异构数据的访问能力，以及完整性、持久性、并发控制、可恢复性、一致性和查询能力,又具有对海量数据、特别是空间数据类型的支持。对象-关系数据库管理系统既保持了关系数据库管理系统的所有功能和优势，同时在数据服务器中添加了灵活的功能，支持复杂的“用户自定义”应用对象和逻辑，较好地实现了对复杂数据类型的快速高效查询。因此，基于对象-关系的空间数据库管理系统将成为GIS空间数据管理的主流。1/14/2023数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（4）面向对象数据库型组织形式面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。这样，用户可以将空间对象根据GI