数据库管理课件

数据库管理§4.1

概述4.1.1数据库在土地管理信息系统中的地位与作用

土地信息数据花费的时间要占整个管理系统建设所花时间的85%以上。贮存于数据库中的空间数据和属性数据是土地管理信息系统的基础。

土地信息数据库是数据库在土地管理方面的应用。①数据库

是数据组织和存储的高级形式，是具有特定联系的多种类型的记录集合。其数据组织常分为字段、记录、文件和数据库四级。4.1.2数据库及其相关概念字段是可以定义数据的最小单位，也叫基本项或数据项等。记录

是应用程序输入—输出的逻辑单位，是关于一个实体的数据总和，构成该记录的字段表示实体的若干属性。文件

是一给定类型的记录的全部具体值的集合。根据记录的组织方式和存取方法可以分为顺序文件、随机文件、索引文件和倒排文件等。数据库

是集中、统一地保存和管理某一信息系统或某一领域内有用信息数据的计算机系统。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。4.1.2数据库及其相关概念(续)4.1.2数据库及其相关概念（续）②数据库管理系统

是提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统。③空间数据库管理系统

是指能够对存储的地理空间数据进行语义和逻辑的定义，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。④数据库应用系统是由土地信息系统的空间分析模型和应用模型所组成的软件。4.1.3数据库特征

空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点：

①数据量特别大。

②不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据。

③数据应用广泛。例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。

SPARC分级结构

SPARC是美国国家标准协会(ANSI)下属的标准规划和要求委员会的缩称。这一模型将数据库划分为内模式、概念模式和外模式三级,被称为SPARC模型。4.1.4数据库的分级结构①内模式(internalschema)

存储模式:它是当数据库在外存储器(例如磁盘)上存储时,对它的物理结构的描述。②概念模式(conceptualschema)

它是对数据库整体逻辑结构的描述。③外模式(externalschema)

每一外模式都是概念模式的一个子集，包涵了允许某一特定用户使用的那部分数据。外模式就是用来定义满足不同用户（例如地籍规划、地价评估等）需要的数据库。一个数据库只能有一个概念模式，但却允许有多个外模式。4.1.4数据库的分级结构（续）图4.1SPARC分级结构应用程序外模式A用户视图(用户级逻辑数据库)

外部/概念映射概念模式应用程序应用程序外模式B

概念/内部映射DBA视图（全局逻辑数据库）系统程序员视图（物理数据库）模内式DBMS顺序文件(SequentialFile)顺序文件是按记录进入文件的先后顺序存放的，它的逻辑顺序和物理顺序是一致的。

直接存取文件(DirectAccessFile)

也称随机文件、散列文件或Hash文件。该文件采用关键字变地址方法组织文件。通过建立一个Hash函数i＝H(k)(k为关键字，i为地址)把关键字转换成地址，然后把记录存贮到相应的地址中。4.1.5常用的数据文件索引文件

带有索引的文件称为索引文件，索引就是码k与相应记录Rk的地址A(Rk)的对应表。倒排文件

是按照记录的主关键字来构造索引的，因此也叫做主索引。如果按照一些辅关键字来组织索引，则称为辅索引，带有这种辅索引的文件就称为倒排文件。4.1.5常用的数据文件(续)在土地信息存取中，常常不仅要按照关键属性(如土壤类型)来提取数据，同时还需要一些相关联的属性，如土层厚度、土壤质地、pH值、坡度和土壤侵蚀状况等。这时为提高查找效率，缩短响应时间，需要仔细分析辅关键字以建立一组辅索引，即分别按土层厚度等5项土壤性质建立索引。表4.1土壤类型文件

土壤类型（主关键字）土层厚度质地pH坡度侵蚀程度

灰冲积水稻土70-100轻壤7.1-7.60-2轻微潮沙土35-50砂土6.8-7.42-6轻微老冲积黄泥土50-75重壤5.1-5.86-13严重红紫泥土27-50砂壤4.6-5.512-20严重暗紫泥50-74粘土7.4-8.37-15中度空间数据模型有四种：层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型。根据使用的模型，可以把数据库分成：层次型数据库、网络型数据库、关系型数据库和面向对象数据库。

§4.2空间数据库模型4.2.1层次模型

是按层次结构来组织数据的。因此，层次结构也叫树形结构，树中的每个结点代表一种实体类型。这些结点应满足：①有且仅有一个结点无双亲，这个结点称为根结点；②其它结点有且仅有一个双亲结点。林地有林地灌木林地疏林地未成林地苗圃……经济林……竹林人工林天然林特用林用材林

图4.2层次型数据模型4.2.2网络模型

在网状模型中，允许：

①一个坐标结点可以有多个双亲结点，因为一个结点可能属于多条弧段，而一个双亲结点有两个子女结点，即一条弧段总有两个结点；

②一个图斑双亲结点有多个弧段子女结点，而一个弧段子女结点同时又属于两个图斑双亲结点。4.2.3

关系模型

在关系模型中，实体及实体间的联系归结为满足一定条件的二维表。二维表中存放了实体本身的数据和实体间的联系两类数据。图4.3空间数据表示实例(210.00,164.00)303305306弧段1弧段2304(205.00,104.00)(134.00,240.00)123103YX(a)坐标点数据表表4.2关系型数据模型实例点编码注释XY1

1042052

1272133

127213....

63

134240

103

(b)弧段坐标点锁引表表4.2关系型数据模型实例弧段编码起点编码终点编码左图斑右图斑XminXmaxYminYmax11230330510412720521323103304305127144213250......

...①表存放对实体（坐标点）的描述，如点编码、X、Y坐标等信息;②表存放对实体（弧段）的描述，如弧段编码、起点编码、终点编码、左区域、右区域、包络矩形等信息。表4.2中的两个表可简单地表示弧段与点之间的关系:关系模型的特点：

①结构单一化；

②关系模型是在严格的关系代数的基础上进行的。

③具有结构简单灵活、数据修改和更新方便、容易维护和理解等优点，是当前数据库中最常用的数据模型。4.2.3关系模型(续)问题：在效率、数据语义、模型扩充、程序交互和目标标识方面部还存在一些问题，待别是在处理空间数据库所涉及的复杂目标方面，传统关系模型显得难以适应。4.2.4面向对象模型对象是客观事物实体的部分或整体的数字表达。每个对象都有自己的特征和行为，对象的特征用数据来表示，称作对象的属性；对象的行为用对象中的代码来实现，称作对象的方法。面向对象是指无论怎样复杂的事物都可以准确地由一个对象表示，这个对象是一个包含了数据集和操作集的实体。除数据与操作的封装性以外，面向对象的数据模型还涉及到分类、概括、聚集和联合四个概念以及继承和传播两个语义模型工具。表2-4-1三种常用的数据模型比较

表4.3三种常用传统数据模型的比较§4.3空间数据库设计4.3.1空间数据库设计的原则尽量减少空间数据的冗余性提供稳定的空间数据结构支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适应性满足用户对空间数据及时访问的需求，并高效提供用户所需的空间数据查询结果在数据元素间维持复杂的联系，反映空间数据的复杂性传统的数据库设计过程:系统需求分析

逻辑设计

物理设计流行的数据库设计过程:图4.4数据库设计过程及其文档系统需求分析概念设计实现设计物理设计需求说明书E—R模型逻辑数据库结构物理数据库结构4.3.2空间数据库设计过程4.3.2.1需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：①调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。②需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、特征、需要存储的数据)、信息加工处理要求(如响应时间)、完整性与安全性要求等。③编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。4.3.2.2概念设计是将需求说明书中关于数据的需求，综合为一个统一的概念模型。图幅理论面积控制行政单位块面积（a）两个实体间的联系控制图斑行政单位块面积图4.5用E—R法表示实体或联系的属性首先根据单个应用的需求，用实体—联系法（简称E—R法）画出能反映每一应用需求的局部E－R模型。然后把这些E－R图合并起来，消除冗余和可能存在的矛盾，得出系统的总体E－R模型。图4.5是用E—R法画出的土地资源资源信息数据库的部分实体与联系有局部E—R图。图中矩形框、菱形框和椭圆形框分别表示实体、联系和属性。**图斑图斑号地类号毛面积净面积线状地物零星地类（b）实体的属性控制图斑行政单位块面积面积（c）联系的属性图4.5用E—R法表示实体或联系的属性实体－联系方法实体－联系方法(Entity-relationshipapproach)简称E-R方法，Ｅ-Ｒ用来描述现实世界中数据之间联系的有效方法。Ｅ-Ｒ图在数据库设计中被广泛应用，现已成为概念设计阶段描述数据库概念模型的主要工具。①Ｅ－Ｒ图的基本成分Ｅ－Ｒ图中包含实体、联系与属性三种基本成份。

实体即现实世界中存在的“人”或“物”。例如图幅、土地、零星地类、图斑等都是实体的例子。联系表示实体之间存在的关系。例如：图斑面积通过扣除与线状地物相联系又可区分为一对一（１：１）、一对多（１：Ｍ）、多对多（Ｍ：Ｎ）等类型。属性表示实体或联系的某种特征。例如，线状地物有图斑、线状序号、长、宽和面积。值得注意的是，联系也可以有属性。例如，图斑与线状地物的面积有“数量”属性。当然，并不是所有的联系都必须有属性。①Ｅ－Ｒ图的基本成份(续)②用Ｅ－Ｒ图描述概念模型下面以土地面积量算信息系统为例，说明用Ｅ－Ｒ方法来建立概念模型的具体步骤。第一步：确定Ｅ－Ｒ模型应含的实体。如前面所指出的，每一实体可用来代表一类数据的集合。所以在本例中，可以暂定量算过的3种表格为模型的第一批实体，并分别取名为“图幅”、“图幅分划值计算表”、“线状地物”。这一步的目标是在实体之间建立所需的联系。通常的作法是，根据对系统的功能分析首先选出一至数项有代表性的单项应用，建立起相应的局部Ｅ－Ｒ模型。然后在此基础上逐渐扩充，所有实体之间均建立起应有的联系。第二步：建立系统单项应用的局部Ｅ－Ｒ模型②用Ｅ－Ｒ图描述概念模型(续)第三步：将局部Ｅ－Ｒ模型综合为系统的总体Ｅ－Ｒ模型。第四步：改进总体Ｅ－Ｒ模型。通过综合得到的初始模型常常存在不完善的地方，需要进行改进。一个完善模型应该具有最小的数据冗余。所以这一步的主要目的就是减少冗余，尽可能避免数据的重复存贮。

图4.6TDMJ的总体结构

实现设计的任务,是确定数据库的逻辑结构。前已多次提到,数据库可区分为关系,层次,网状等数据模型。VFP和大多数其它数据库只支持关系数据模型,所以这里仅讨论怎样把概念模型转变为数据库的关系模式。4.3.2.3实现设计其目的是将前一步得出的E－R模型转换为某一特定数据库管理系统能够接受的逻辑模式。4.3.2.3实现设计(续)E-R模型向关系模式的转换在关系型数据库中,每一数据库文件表示为一个关系。从E-R模型转换为关系模式,就是将E-R模型中的所有实体和联系都会改用关系来表示。从E—R模型向关系模型转换的主要过程为：

A.确定各实体的主关键字；

B.确定并写出实体内部属性之间的数据关系表达式（函数依赖关系），即某一数据项决定另外的数据项；C.把经过消冗处理（规范化处理）的数据关系表达式中的实体作为相应的主关键字；D.根据②、③形成新的关系。

E.完成转换后，进行分析、评价和优化。

①把每一实体转换为一个关系

首先分析实体的属性集，从中找出关系的主键(主键是关系数据库中可用于唯一地识别任何记录的字段)，然后用关系式来表示实体。下面例中的实体，可分别转换为下列关系。主键将决定其它属性的值，或者说其它属性对主键存在依赖的关系。E-R模型向关系模式的转换(续)例：实体转换为关系实体名:控制面积计算表对应的关系:控制面积计算表(综合号,单位号,块号,单位名,一次值,二次值,平均值,面积,平差面积)

②每一联系也转换成关系E-R模型向关系模式的转换(续)联系的转换比较复杂。例如在E-R模型中,有的联系不带属性,有的联系可能带一个或者多个属性。在转换成关系时,在关系的属性集中一般应包括：（1）联系本身的属性（2）由它所联系的各个实体的主键例：联系名:控制所联系的实体及其主键;

控制面积计算表(主键为“代码”)

碎面图斑计算表(主键为“图斑号”)

对应的关系:图斑统计表(代码,图斑号,数量)因为控制单元内一般有多个图斑，只有代码加上图斑号才能唯一地确定某一图斑在该控制单元中的出现。所以本例的主键应由两个属性----代码与图斑号一起组成。这种由几个属性一组合起来的主键,通常称为关系的“复合键”。E-R模型向关系模式的转换(续)③转换结果的改进4.3.2.4物理设计

其目的在于确定数据库的存储结构。主要内容包括确定记录存储格式，选择文件存储结构，决定存取路径，分配存储空间。物理设计的好坏将对土地数据库的性能影响很大，一个好的物理存储结构必须满足两个条件：一是土地数据占有较小的存储空间；二是对数据库的操作具有尽可能高的处理速度。在完成物理设计后，要进行性能分析和测试。第一步：确定所有字段的名称、类型与宽度设计时请注意：（1）去掉在不同关系中重复出现的属性；（2）字段名既要便于识别，又要尽量简化，本例中采用拼音汉字的首字母作字段落名，并删去了一些可省略的字符。

4.3.2.4物理设计（续）第二步：确定数据库文件的名称及其组成4.3.2.4物理设计（续）第三步：确定索引文件与索引码。个别库不能建立固定的索引，必要时可按应用的需要临时建立，其余数据库文件应各建立一个索引文件与索引码。第四步：按选定的语言建立上述的数据库文件及其索引文件。表4.4字段类型、名称与宽度§4.4数据库管理系统数据管理系统（DataBaseManageSystem）是管理数据库的核心软件，它建立在操作系统的基础上，数据库的所有操作（数据库的建立、使用和维护）都是在DBMS的统一管理和控制下进行的。4.4.1数据库管理系统的组成：语言数据库管理控制程序数据库服务程序4.4.2数据库管理系统的功能①数据库定义

是通过数据提供的数据描述语言实现的。描述语言用来定义数据库的逻辑结构、数据库的结构框架、定义数据级、建立记录类型、定义记录间的联系、指定安全性控制要求、指定数据完整性控制设备等。②数据库管理③数据库通讯

是指数据库系统具备与操作系统的接口处理，与各种语言的接口以及与远程操作的接口处理等。4.4.2数据库管理系统的功能（续）④数据库维护是指系统应具备对数据库重新定义、数据重新组织、性能监督和分析以及对数据库整理和发生故障时恢复运行能力。包括以下几方面的内容：A.改善系统的使用性能；B.数据库受损后的复原；C.用户应用管理；D.拓宽数据库用户的需求。§4.5数据库系统的建立与维护4.5.1空