土地信息系统第4章土地信息数据库.ppt

1、21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,土地信息系统,曲卫东 韩琼 编著,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,第4章 土地信息数据库,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.1 数据库的概念和特点 所谓数据库，是指在计算机存储设备上合理存放的相互关联的数据集，满足下面几个要求： （1）最小冗余度原则：数据尽可能不重复。 （2）应用程序对数据资源的共享原则：以最优的方式服务于一个或多个应用程序。 （3）数据独立性原则：数据的存放尽可能地独立于使用它的应用程序。 （4）统一管理原则：能够用一个软件统计管理这些数据，例如对数据的维护、更新、增删和检索等一系

2、列操作。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.2 数据库管理系统 1.数据库定义 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。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.2 数据库管理系统 2.数据库维护 对数据库的维护功能主要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的能力。数据库维护工作应包括以下几方面的内容： （1）改善系统的使

3、用性能 （2）数据库受损后的复原 （3）用户应用管理 （4）拓宽数据库用户的需求,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.2 数据库管理系统 3.数据库通信 通信功能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。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.3 数据字典 数据字典是对于整个空间数据库的总体和详细的小结，可把它视为一个LIS数据库的蓝图，可以帮助用户理解整个数据库组织和内容以便更好地使用数据库。 1.数据字典的内容 数据字典实际上是数据库的元数据，它描述数据库的整体结构、数据内容和定

4、义等。 一个数据字典通常包括以下几个内容：（1）数据库的总体组织结构；（2）数据库总体设计的框架；（3）各数据层的详细内容定义及结构；（4）数据命名的定义；（5）元数据内容等。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.3 数据字典 2.数据文件的命名方法,名称=专题+序号+操作 S001 IDG S0 01 DG,专题： S0土壤 序号： 01第一次 操作： DG数据字化,例：,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.3 数据字典 3.数据字典的元数据内容 元数据是有关数据的数据。它是对一个数据集的内容、质量条件及操作过程等的描述

5、。目前在美国，联邦政府的地理数据委员会（FGDC）已将元数据内容规范化，并要求所有政府部门实施这个标准。不仅政府部门已普遍地使用这一标准，私营商业及学术机构也一并效法，使整个社会均使用统一的标准。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.4 数据库系统的运行 1.人机交互方式 在数据库管理系统中，数据库与用户程序之间的联系是靠逻辑接口来实现的，逻辑接口用于数据库的建立、检索和更新，而用户程序与菜单之间的联系是靠用户接口来实现的，用户接口用于启动各功能模块。 2.批处理方式 利用数据库系统的各项功能都是模块结构的特点，可以编制各种批处理程序，来完成一些特定的任务，

6、例如批量录入、合并数据文件、备份数据库等。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,数据库系统的运行机制,菜单（用户接口）,功能模块（逻辑接口）,目标定义,目标输入,目标检索,目标删除,关闭功能,打开新目标,打开旧目标,输入语义信息,输入数值信息,输入其他信息,检索语义信息,删除语义信息,检索其他信息,检索数值信息,删除数值信息,删除其他信息,关闭当前目标,关闭数据库,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.1 数据库概述,4.1.5 数据库系统的运行 1.对用户规定使用权限 2.对数据进行逻辑检查 3.对并发操作要做适当处理,21世纪土地资源管理系列教材 土地

7、信息系统,4.2 土地信息系统数据模型,4.2.1 层次模型 用树状结构来表示实体之间联系的模型称为层次模型。它是以结点来表示数据库中的记录类型的有向树。,1,2,3,4,5,6,g,f,e,d,c,b,a,MAP,树状结构的层次模型,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.2 土地信息系统数据模型,4.2.2 网状模型 网状模型就是用网络结构来表示实体之间联系的模型。,地貌,地质,土壤,植被,水文,人口,产值,自然要素数据库,社会经济要素数据库,自然景观单元,行政单元,地形线型,交通网络,居民地,地理位置数据库,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.2 土地信息系统数据模型

8、,4.2.3 关系模型 一个实体可由若干关系组成，而关系表的集合就构成关系模型。对这种数字化的模型，每个关系都应满足下列条件： （1）表中的每一列属性都是不能再分的基本字段； （2）各列被指定一个相异的名字； （3）各行（记录）相异，不允许重复； （4）行、列次序无关。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.2 土地信息系统数据模型,4.2.3 关系模型,关系1：多边形边界关系表,关系2：边界数据结构表,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.2 土地信息系统数据模型,4.2.3 关系模型,关系3：结点坐标关系表,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.2 土地信息系

9、统数据模型,4.2.4 面向对象数据模型 面向对象数据模型是集图形、图像、属性数据于一体的整体空间数据模型。,线类,面类,点类,线特征,面特征,点特征,弧段,结点,开始,终止,面向对象数据库模型,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.3 土地信息系统数据库建模方法,4.3.1 独立系统模式,独立的文件系统是早期的管理模式，由于它对属性数据的管理功能极弱，在20世纪80年代基本已经被淘汰，但某些GIS还保留着。,4.3.2 附加系统模式,以DBMS管理属性数据，并以专门的空间数据管理软件管理空间数据，空间数据和属性数据通过ID建立关联，这是当前GIS/LIS数据管理的主流，但存在一些缺

10、陷。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.3 土地信息系统数据库建模方法,4.3.3 拓展系统模式,这种方式对常规的关系型数据库DBMS进行功能扩展使其能容纳空间数据，以此方式实现空间数据与属性数据同时存在于商业数据库中。现阶段这种方式的具体实现是利用对象关系型DBMS的对象管理能力，完全实现空间数据和属性数据的一体化管理，系统完成空间数据的存储、索引、分析等功能，这是相对新兴的一种模式，由于图属统一管理，具有很多优点。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.3 土地信息系统数据库建模方法,4.3.4 完整系统模式,其指按照面向对象理论完全重新设计的真正对象数据库，能很好

11、地模拟和操纵复杂对象。在这种系统中，空间数据与属性数据按更接近人类思维的方式建立模型。利用这种模式构造的系统适合定义复杂的地理实体和对复杂对象的直接操作，因此面向对象数据库成为比较理想的统一管理GIS空间数据的有效模型。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,矢量数据是土地图形处理和制图中最常用的数据，它是通过记录坐标的方式来表示点、线、多边形等实体的。由于坐标的连续性，它可以精确确定实体的空间位置和大小。 矢量数据结构的优点是：数据占存储空间小，空间位置精度高，空间关系描述全面，容易建立拓扑关系，对线状和网络状事物分析方便，空间和属性

12、数据综合查询更新方便，普通地图可直接数字化成矢量数据结构。 矢量数据结构的主要缺点是：数据结构复杂，处理位置关系（包括相交、通过、包含等）费时，地图叠加分析较困难，边界复杂模糊的事物难以描述，不能直接处理图像信息，与数据三角模型DTM和遥感RS结合困难等。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,一般常用的几种矢量数据结构为： （1）完整多边形结构（whole polygon structure）； （2）二元独立地图编码文件结构dual independent map encoding (DIME)file structure； （3）

13、弧结点结构（arc-node structure）； （4）POLYVRT数据结构； （5）关系结构(relational structure)。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,1.完整多边形结构,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,I,II,III,多边形I： 1,4 4,3 4,2 2,2,多边形II： 2,2 4,2 4,0 1,0,多边形III： 6,4 7,2 4,2 4,2,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,1.完整多边形结构 该法文件结构简单

14、，易于实现以多边形为单位进行的运算和显示。但是也有如下缺点： （1）多边形之间的公共边被数字化和存储两次，由此产生数据冗余和边界不重合. （2）每个多边形自成体系而缺少相邻多边形信息，难以进行邻域处理。如，合并同类时要消除共边。 （3）“岛”只作为一个单个图形构造，没有与其外包多边形的联系。 （4）不易对边界的拓扑关系进行检查。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,2.二元独立地图编码文件结构 二元独立地图编码结构或二元独立地图编码文件结构，是由美国人口普查局开发使用的。它设计成结合关于城市区块的拓扑信息以便用于人口统计分析。二元独立

15、地图编码文件本身不生成地理信息系统的相应数据库组织，它只是作为可用于不同系统的数据交换格式，其结构由两结点或终点的线段来定义。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,2.二元独立地图编码文件结构,甲不动产,北京路,道路,1,4,2,3,山东路,河北路,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,2.二元独立地图编码文件结构,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,3.弧结点结构,在弧结点结构中，事物在数据库中的结构是分层次的。在弧

16、结构中，点是基本元素，弧是由XY坐标定义的各个线段，结点为弧点或弧交叉点，多边形由一系列弧封闭而成。,甲不动产,山东路,河北路,1,2,3,4,I,III,II,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,3.弧结点结构,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,3.弧结点结构,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,4. POLYVRT数据结构,美国计算机图形及空间分析实验室研制了一种数据结构POLYVRT，它的基本元素是链段。 P

17、OLYVRT数据结构不仅描述了多边形形状的几何信息，而且还存储了多边形元素之间的拓扑信息，这种结构已成为当今各种图形数据结构的基本骨架。但这种数据结构的开销是很大的，尤其是显示表格表示时，需将结点集合、面域集合和弧段集合分别列表存储。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,4. POLYVRT数据结构,33,106,11,101,C,102,22,103,B,105,44,A,104,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,4. POLYVRT数据结构,链段,21世纪土地资源管理系

18、列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,4. POLYVRT数据结构,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,4. POLYVRT数据结构,面域弧线表,弧段结点表,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,4. POLYVRT数据结构,结点弧段表,弧段面域表,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.1 矢量数据结构,5. 关系结构,关系结构与弧结点结构的主要区别在于前者的属性数据与拓扑信息是分不开的。采用这种数据结

19、构的优点是软件开发代价小且可提高灵活性，并可依赖于商业数据库管理系统。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.2 栅格数据结构,栅格数据组织的方法一般有三种： （1）以像元为序记录像元的x、y坐标（行、列值）和不同层上该像元位置上的各属性值，每一像元的记录为一数组。 （2）以层为基础，每一层内又以像元为序记录该像元的坐标和属性值，逐层记录。 （3）以层为基础，每一层内则以多边形为序记录各多边形的属性值和填充多边形的像元坐标，逐层记录。三种方法见课本P76.,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.2 栅格数据结构,1

20、.游程长度编码,0,2,4,6,8,9,0,2,4,6,8,9,A,B,C,地图： A.全栅格编码（100码） B.变长编码（54码） C.值点编码（32码）,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.2 栅格数据结构,1.游程长度编码,未完,游程长度编码数据结构,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.2 栅格数据结构,1.游程长度编码,续前表,游程长度编码数据结构,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.2 栅格数据结构,2.四叉树编码,四叉树表示,A.土地利用图,a公共服务区

21、b娱乐区,B.四叉树表示,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.2 栅格数据结构,2.四叉树编码,四叉树编码数据结构,C.四叉树分解过程,根,叶子,0,1,2,3,20,21,22,23,210,211,212,213,结点,地图,D.属性表,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.3 栅格数据与矢量数据比较分析,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.4 矢量栅格一体化数据结构,无论是点状地物、线状地物还是在状地物，均采用面向目标的描述方法，即直接跟随位置描述并进行拓扑关系说明

22、，因而可以完全保持矢量的特征，建立了位置与地物的联系，使之具有栅格的性质。这样的数据结构就是矢量栅格一体化的数据结构。,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.4 土地信息数据结构,4.4.5 土地信息关系表,把关系看成是属性的集合，表示为： R（A1，A2，An）； AiDi（i=1，2，n） R称为关系名，Ai称为属性名，Di称为域。 关系是元组的集合，元组是属性的集合，因而把关系看成二维表结构是很自然的。若进一步将二维与计算机联系起来，则构成如下的对照关系： 关系 二维表（文件） 元组 行 （记录） 属性 列 （数据项）,21世纪土地资源管理系列教材 土地信息系统,4.5 我国土地信息数据库建设现状,1.土地利用现状数据库建库的基本原则 （1）数据库数据内容、数据库结构、文件命名、数据分层和数据交换格式等必须满足县（市）级土地利用数据库标准的要求。 （2）数据库系统必须经过试运