地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫

1、第四章第四章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫 第第1 1節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述 第第2 2節(jié)節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 第第3 3節(jié)節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 第第4 4節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 第第5 5節(jié)節(jié) GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 1. 1. 數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念 數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫：是指長期儲存在計算機內(nèi)有結(jié)構(gòu)的、大量的、可共享的是指長期儲存在計算機內(nèi)有結(jié)構(gòu)的、大量的、可共享的 數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)

2、據(jù)管理軟 件；他的功能包括件；他的功能包括：數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)操作，數(shù)據(jù)庫的運行管理，數(shù)數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)操作，數(shù)據(jù)庫的運行管理，數(shù) 據(jù)庫的建立和維護。據(jù)庫的建立和維護。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù)指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù) 庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用 戶構(gòu)成。戶構(gòu)成。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理員： 負責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護的專門人負責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護的專門人 員。員。 一、空間數(shù)據(jù)庫的概念一、空間數(shù)據(jù)庫的概念 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)

3、庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 2. 2. 空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念空間數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念 空間數(shù)據(jù)庫：空間數(shù)據(jù)庫：是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān) 的地理空間數(shù)據(jù)的總合，以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲在介的地理空間數(shù)據(jù)的總合，以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存儲在介 質(zhì)上。質(zhì)上。 空間數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）組成：空間數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）組成： 空間數(shù)據(jù)庫：空間數(shù)據(jù)庫：是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān)是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質(zhì)存儲的與應(yīng)用相關(guān) 的地理空間數(shù)據(jù)的總合，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存的地理空間數(shù)據(jù)的總合

4、，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件形式組織后存 儲在介質(zhì)上。儲在介質(zhì)上。 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲的地理空間數(shù)據(jù)進行 語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及 能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的一套軟件一套軟件。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：應(yīng)用模塊。應(yīng)用模塊。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴展：常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)擴展：直接對常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行直接對常

5、規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行 擴展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能。擴展，加入一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)存儲與管理功能。 例如：例如：OracleOracle v 空間數(shù)據(jù)庫引擎空間數(shù)據(jù)庫引擎（SDE: Spatial Database EngineSDE: Spatial Database Engine）：在常）：在常 規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上加一層空間數(shù)據(jù)庫引擎，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上加一層空間數(shù)據(jù)庫引擎，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù) 的存儲與管理。的存儲與管理。 例如：例如：ESRIESRI的的SDESDE 3 3、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是建立在常規(guī)數(shù)據(jù)庫

6、管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是建立在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實 現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能。現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理功能。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界 人類的認識、抽象人類的認識、抽象 機器世界機器世界 DBMSDBMS支持的支持的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 現(xiàn)實世界中客觀實體的抽象過程現(xiàn)實世界中客觀實體的抽象過程 信息世界的信息世界的 概念模型概念模型 1. 1. 空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程 這一過程一般需要兩步這一過程一般需要兩步 人類對客體的認識、抽象，人類對客體的認識、抽象， 建立建立概念模型概念模型。 將概念模型轉(zhuǎn)換為計算機將概念模

7、型轉(zhuǎn)換為計算機 能夠接受的形式，即能夠接受的形式，即數(shù)數(shù) 據(jù)模型據(jù)模型。 就是將地理空間客體按一定的組織形式，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以就是將地理空間客體按一定的組織形式，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以 表達的過程。表達的過程。 二、二、 空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 地理空間是一個三維空間，有四個基本實體地理空間是一個三維空間，有四個基本實體 點點實體實體 線線實體實體 面面實體實體 體體實體實體 地理空間的認知地理空間的認知 地理空間實體（客體）地理空間實體（客體） 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 地理空間實體地理空間實體間的聯(lián)系 空間聯(lián)系空間聯(lián)系

8、屬性聯(lián)系屬性聯(lián)系 時間聯(lián)系時間聯(lián)系 空間位置，空間分布，空間形態(tài)、空間相關(guān)等空間位置，空間分布，空間形態(tài)、空間相關(guān)等 空間信息反映了空間分析所能揭示的信息，彼空間信息反映了空間分析所能揭示的信息，彼 此互有聯(lián)系此互有聯(lián)系 通過實體變化過程來反映。通過實體變化過程來反映。 實體間的屬性主要體現(xiàn)為屬性多級分類體系中實體間的屬性主要體現(xiàn)為屬性多級分類體系中 的從屬關(guān)系、聚類關(guān)系和相關(guān)關(guān)系的從屬關(guān)系、聚類關(guān)系和相關(guān)關(guān)系 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理 v 幫助用戶查詢、檢索、增加刪除和修改數(shù)據(jù)幫助用戶查詢、檢索、增加刪除和修改數(shù)據(jù)

9、v 保障空間數(shù)據(jù)的獨立性、完整性、和安全性保障空間數(shù)據(jù)的獨立性、完整性、和安全性 2. 2. 空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型設(shè)計 數(shù)據(jù)模型建立的目的數(shù)據(jù)模型建立的目的 揭示空間實體的本質(zhì)特征，并對其進行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為揭示空間實體的本質(zhì)特征，并對其進行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為 計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。計算機能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層。概念模型用于實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層。概念模型用于 信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界信息世界的第一層抽象，是設(shè)計的第

10、一層抽象，是設(shè)計 人員的有力工具。人員的有力工具。 （1 1）概念模型）概念模型 概念結(jié)構(gòu) 設(shè)計過程用戶需求用戶需求 需求分析 抽象 信息結(jié)構(gòu)概念模型概念結(jié)構(gòu) 能夠真實、 處分的反映 現(xiàn)實世界 易于理解 用戶與設(shè)計 人員 易于更改 需求改變 模型改變 易于轉(zhuǎn)換 關(guān)系、 網(wǎng)狀、層次 特點 E-R圖 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 (1) (1) 實體實體(Entity)(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)別的事物客觀存在并可相互區(qū)別的事物 (2) (2) 屬性屬性(Attribute)(Attribute)：實體所具有的某一特性：實體所具有的某一特性 (3) (3) 碼碼(Key)(

11、Key)：唯一標(biāo)識實體的屬性集：唯一標(biāo)識實體的屬性集 (4) (4) 域域(Domain)(Domain)：屬性的取值范圍：屬性的取值范圍 (5) (5) 實體型實體型(Entity Type)(Entity Type)：具有相同屬性的實體必然有：具有相同屬性的實體必然有 共同的特征和性質(zhì)共同的特征和性質(zhì) (6) (6) 實體集實體集(Entity Set)(Entity Set)：同型實體的集合：同型實體的集合 (7) (7) 聯(lián)系聯(lián)系(Relationship)(Relationship)：不同實體集之間的聯(lián)系：不同實體集之間的聯(lián)系 信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念 第一節(jié)第一節(jié)

12、空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系(1:1)(1:1) 一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系(1:(1:n n) )。 多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系( (m m : : n n) ) 注意：注意： E-RE-R圖僅僅是對現(xiàn)實世界描述的一種工具，僅能建立概圖僅僅是對現(xiàn)實世界描述的一種工具，僅能建立概 念模型念模型( (信息模型信息模型) )，不能在計算機上直接實現(xiàn)。，不能在計算機上直接實現(xiàn)。 兩個實體之間的聯(lián)系可分為以下三類兩個實體之間的聯(lián)系可分為以下三類 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 層層 次次 模模 型型 v 網(wǎng)網(wǎng) 狀狀 模模 型型 v 關(guān)關(guān) 系系 模模 型型 v 面面 向向 對對

13、 象象 模模 型型 （2 2）數(shù)據(jù)模型）數(shù)據(jù)模型 常用數(shù)據(jù)模型種類常用數(shù)據(jù)模型種類 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 設(shè)計原則：設(shè)計原則： 盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲冗余；盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲冗余； 提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在用戶的需要改變時，數(shù)據(jù)結(jié)提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在用戶的需要改變時，數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)能夠做出相應(yīng)的變化；構(gòu)能夠做出相應(yīng)的變化； 滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時訪問的需求，高效提供用戶所需滿足用戶對空間數(shù)據(jù)及時訪問的需求，高效提供用戶所需 的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果；的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果； 在空間元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性；在空間元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性； 支

14、持多種決策需要，具有較強的應(yīng)用適應(yīng)性。支持多種決策需要，具有較強的應(yīng)用適應(yīng)性。 3. 3. 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則、步驟和技術(shù)方法空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的原則、步驟和技術(shù)方法 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 第一步第一步 需求分析需求分析 第二步第二步 概念設(shè)計概念設(shè)計 第三步第三步 邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計 第四步第四步 物理設(shè)計物理設(shè)計 第五步第五步 數(shù)據(jù)庫的實施和維護數(shù)據(jù)庫的實施和維護 設(shè)計設(shè)計步驟步驟 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 明白即將開發(fā)的明白即將開發(fā)的GISGIS所支持的各種功能；所支持的各種功能； v 了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；了解系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)內(nèi)容和行為；

15、v 了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和優(yōu)先次序，這些信息有利于制了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和優(yōu)先次序，這些信息有利于制 定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實施計劃。定數(shù)據(jù)庫的開發(fā)實施計劃。 v 了解數(shù)據(jù)庫和了解數(shù)據(jù)庫和GISGIS的整體要求和藍圖。的整體要求和藍圖。 v現(xiàn)狀調(diào)查現(xiàn)狀調(diào)查 v調(diào)查內(nèi)容的組織的分析調(diào)查內(nèi)容的組織的分析 第一步第一步 用戶需求分析用戶需求分析 GISGIS數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)該主要了解下面的內(nèi)容數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)該主要了解下面的內(nèi)容 用戶需求分析方法：用戶需求分析方法： 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 用戶需求分析過程用戶需求分析過程 現(xiàn)狀調(diào)查：現(xiàn)狀調(diào)查：通過實際調(diào)查了解用戶的現(xiàn)狀及要求 調(diào)查內(nèi)容的組織的分析：

16、調(diào)查內(nèi)容的組織的分析：對調(diào)查的結(jié)果進行整理、分析和組織，并提交 報告及圖件。包括： u現(xiàn)有機構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)圖 u軟件、硬件資源表軟件、硬件資源表 u專業(yè)人員清單 u部門功能清單 u數(shù)據(jù)來源清單 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 把用戶的需求加以解釋，用概念模型表達出來，具體任務(wù)包括： 1)數(shù)據(jù)庫的宏觀定義 指對數(shù)據(jù)庫比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的定義。 2)數(shù)據(jù)庫的特征設(shè)計 對于各種地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)中以什么幾何形式表達進行設(shè)計。 3)數(shù)據(jù)庫表格及其關(guān)系的設(shè)計表達 對與地理特征有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中表達方式的設(shè)計。 第二步第二步 概念化設(shè)計概念化設(shè)計 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空

17、間數(shù)據(jù)庫概述 4）數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計的評定 根據(jù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用目的和數(shù)據(jù)內(nèi)容及使用方式來評價前面三步的設(shè)計結(jié) 果。 5）數(shù)據(jù)庫概念模型的起草 將GIS數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計起草成正式的文件，作為后面詳細設(shè)計時參考。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 第三步第三步 邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計 邏輯設(shè)計應(yīng)該選擇最適于描述與表達相應(yīng)概念結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，然后 選擇最合適的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)時一般要分三步進行： 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持下的數(shù) 據(jù)模型轉(zhuǎn)換。 對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 數(shù)據(jù)庫

18、的物理設(shè)計特點數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計特點 v 設(shè)計人員必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是存儲結(jié)構(gòu)和存取 方法； v 充分了解應(yīng)用環(huán)境，特別是應(yīng)用的處理頻率和響應(yīng)時間要求； v 充分了解外存設(shè)備的特性。 第四步 物理設(shè)計物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫最終是要存儲在物理設(shè)備上的。為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選 取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（存儲結(jié)構(gòu)與存取方法）的過程， 就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 v 根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果，在計算機上建立實際的空間根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果，在計算機上建立實際的空間 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，裝入空間數(shù)據(jù)，并調(diào)試和運行。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，裝入空間數(shù)據(jù)

19、，并調(diào)試和運行。 v 建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立實際的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) v 裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序進行測試，以確認其功能和裝入試驗性的空間數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序進行測試，以確認其功能和 性能是否滿足設(shè)計要求性能是否滿足設(shè)計要求 v 裝入實際的空間數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫加載，建立起實際運行的數(shù)據(jù)裝入實際的空間數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)庫加載，建立起實際運行的數(shù)據(jù) 庫。庫。 v 數(shù)據(jù)庫試運行數(shù)據(jù)庫試運行 1 1、數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn) 三、三、 空間數(shù)據(jù)庫的實施和維護空間數(shù)據(jù)庫的實施和維護 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 2 2、相關(guān)的其它設(shè)計、相關(guān)的其它設(shè)計 在數(shù)據(jù)庫試運行期間，應(yīng)進一步完善數(shù)據(jù)庫的功

20、能和性能。在數(shù)據(jù)庫試運行期間，應(yīng)進一步完善數(shù)據(jù)庫的功能和性能。 （1 1）空間數(shù)據(jù)庫再組織：）空間數(shù)據(jù)庫再組織：調(diào)整或者改變空間數(shù)據(jù)庫的概念、邏輯調(diào)整或者改變空間數(shù)據(jù)庫的概念、邏輯 和物理結(jié)構(gòu)的。和物理結(jié)構(gòu)的。 （2 2）安全性考慮：）安全性考慮：規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫使用權(quán)限，保證數(shù)據(jù)庫的安規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫使用權(quán)限，保證數(shù)據(jù)庫的安 全運行。主要方法是授權(quán)。全運行。主要方法是授權(quán)。 （3 3）故障恢復(fù)處理：）故障恢復(fù)處理：數(shù)據(jù)庫恢復(fù)就是把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到數(shù)據(jù)庫恢復(fù)就是把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到 某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）的功能。某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為一致狀態(tài)或完整狀態(tài)）的

21、功能。 （4 4）事務(wù)控制：）事務(wù)控制：事務(wù)控制的目的就是保證多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫事務(wù)控制的目的就是保證多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫 的完整性和一致性。的完整性和一致性。 第一節(jié)第一節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述空間數(shù)據(jù)庫概述 (1)(1)維護空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性：維護空間數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性：需要及時調(diào)整授權(quán)和密碼，需要及時調(diào)整授權(quán)和密碼， 轉(zhuǎn)儲及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲及恢復(fù)數(shù)據(jù)庫 (2)(2)監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能：監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫性能：分析評估存儲空間和響應(yīng)時間。分析評估存儲空間和響應(yīng)時間。 (3)(3)增加新功能：增加新功能：按用戶的需要及時擴充功能，滿足用戶的新需要。按用戶的需要及時擴充功能，滿足用戶的新

22、需要。 (4)(4)修改錯誤：修改錯誤：包括程序和數(shù)據(jù)。包括程序和數(shù)據(jù)。 3 3、空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護、空間數(shù)據(jù)庫的運行與維護 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 一、一、 層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型 有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點稱為有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點稱為根結(jié)點根結(jié)點 根以外的其它結(jié)點有且根以外的其它結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點只有一個雙親結(jié)點 同一雙親的子女結(jié)點稱為兄弟結(jié)點，沒有子女結(jié)點的結(jié)同一雙親的子女結(jié)點稱為兄弟結(jié)點，沒有子女結(jié)點的結(jié) 點稱為葉結(jié)點。點稱為葉結(jié)點。 層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型，層次數(shù)據(jù)庫層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模

23、型，層次數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式，用樹形結(jié)構(gòu)來表示各系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式，用樹形結(jié)構(gòu)來表示各 類實體以及實體間的聯(lián)系。如行政機構(gòu)，家族關(guān)系等。類實體以及實體間的聯(lián)系。如行政機構(gòu)，家族關(guān)系等。 (1)(1)層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 R R1 1 R R3 3R R2 2 R R4 4R R5 5 兄弟結(jié)點兄弟結(jié)點 兄弟結(jié)點兄弟結(jié)點 根結(jié)點根結(jié)點 葉結(jié)點葉結(jié)點葉結(jié)點葉結(jié)點 一個層次模型的示例一個層次模型的示例 葉結(jié)點葉結(jié)點 在右圖的例子中，在右圖的例子中， R R1 1根結(jié)點根結(jié)點， R R2 2和和R

24、 R3 3為為兄弟結(jié)點兄弟結(jié)點，是，是 R R1 1的的子女結(jié)點子女結(jié)點； R R4 4和和R R5 5為兄弟結(jié)點，是為兄弟結(jié)點，是 R R2 2的子女結(jié)點；的子女結(jié)點； R R3 3 ， ， R R4 4 ， ， R R4 4 ，是葉結(jié) ，是葉結(jié) 點。點。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 Coverage記錄 polygons記錄 arcs記錄 nodes記錄 coordinates記錄 多邊形層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 (2)(2)層次模型的數(shù)據(jù)存儲層次模型的數(shù)據(jù)存儲 層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本身，還要存儲數(shù)據(jù)之間的層層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本

25、身，還要存儲數(shù)據(jù)之間的層 次關(guān)系，應(yīng)將兩者的存儲結(jié)合在一起。次關(guān)系，應(yīng)將兩者的存儲結(jié)合在一起。 數(shù)據(jù)存儲方法包括：鄰接法（樹遍歷法）和通用選擇法數(shù)據(jù)存儲方法包括：鄰接法（樹遍歷法）和通用選擇法 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 A1 B1B4B6 C3C7 C14 C2C5C9C4C6C8 A1C14B1 C3 C5 C7B4 C2 C9 B6 C4 C6 C8. 鄰接法鄰接法 層次數(shù)據(jù)庫及其實例層次數(shù)據(jù)庫及其實例 鄰接法（樹遍歷法）鄰接法（樹遍歷法） 按照層次樹前序穿越的順序，把所有記錄值依次鄰接存放，即通按照層次樹前序穿越的順序，把所有記錄值依次鄰接存放，即通 過物理空間的位置相

26、鄰來體現(xiàn)（或隱含）層次順序。過物理空間的位置相鄰來體現(xiàn)（或隱含）層次順序。 數(shù)據(jù)檢索首先搜索雙親結(jié)點，然后搜索其子女結(jié)點。數(shù)據(jù)檢索首先搜索雙親結(jié)點，然后搜索其子女結(jié)點。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 通用選擇法通用選擇法 通用選擇法不依賴于客體在樹狀結(jié)構(gòu)中的順序，而是根據(jù)所確通用選擇法不依賴于客體在樹狀結(jié)構(gòu)中的順序，而是根據(jù)所確 定的選擇條件，在結(jié)構(gòu)中選擇某特定的客體。定的選擇條件，在結(jié)構(gòu)中選擇某特定的客體。 DRAWDRAW coordinates coordinates WHEREWHERE arcs=arc1 arcs=arc1 例如：從數(shù)據(jù)庫中提取弧段例如：從數(shù)據(jù)庫中提取

27、弧段arc1arc1的坐標(biāo)并顯示的坐標(biāo)并顯示 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 二、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型二、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型 在現(xiàn)實世界中客體的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系的，用層次模在現(xiàn)實世界中客體的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系的，用層次模 型表示非樹形結(jié)構(gòu)是很不直接的，網(wǎng)絡(luò)模型可以克服這一弊病。型表示非樹形結(jié)構(gòu)是很不直接的，網(wǎng)絡(luò)模型可以克服這一弊病。 在數(shù)據(jù)庫中，把滿足以下兩個條件的基本層次聯(lián)系集合稱為在數(shù)據(jù)庫中，把滿足以下兩個條件的基本層次聯(lián)系集合稱為 網(wǎng)狀模型：網(wǎng)狀模型： 允許一個以上的結(jié)點無雙親：允許一個以上的結(jié)點無雙親： 一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。 網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀

28、模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界，而可以更直接地去描述現(xiàn)實世界，而層次模型層次模型實際上實際上 是網(wǎng)狀模型的一個特例是網(wǎng)狀模型的一個特例 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型示例網(wǎng)狀模型示例 L1 L5 L3 L4 L1L2 L1L2 R R1 1R R2 2 R R3 3 R R1 1R R2 2 R R3 3 R R5 5R R4 4 R R1 1 R R2 2 L2 網(wǎng)狀模型的例子網(wǎng)狀模型的例子 (a)(b)(c) 右圖（右圖（a）中，）中， R3有兩個雙親記錄有兩個雙親記錄R1 和和R2 把把R1和和R2之間的聯(lián)系之間的聯(lián)系 命名為命名為L1， 把把R2與與R3的聯(lián)系命名

29、的聯(lián)系命名 為為L2 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵是如何實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系。常用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵是如何實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系。常用 的方法是鏈接法，包括單向鏈接、雙向鏈接、向首鏈接等，此外還的方法是鏈接法，包括單向鏈接、雙向鏈接、向首鏈接等，此外還 有其它實現(xiàn)方法，如引元陣列法、二進制陣列法、索引法等依據(jù)具有其它實現(xiàn)方法，如引元陣列法、二進制陣列法、索引法等依據(jù)具 體系統(tǒng)不同而不同。體系統(tǒng)不同而不同。 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫實例 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型 1 1、關(guān)系模

30、型的基本概念、關(guān)系模型的基本概念 (1)(1)關(guān)系關(guān)系 關(guān)系是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個關(guān)系是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個元組元組，表的每列對，表的每列對 應(yīng)一個應(yīng)一個域域。 元組元組 域域 表的每行表的每行 對應(yīng)一個對應(yīng)一個 元組元組 域域是一組具有相是一組具有相 同數(shù)據(jù)類型的值同數(shù)據(jù)類型的值 的集合的集合 屬性：每列起一個名字，如屬性：每列起一個名字，如 XTICXTIC 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 基本關(guān)系基本關(guān)系 通?？煞Q為基本表或基表，它是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示。通常可稱為基本表或基表，它是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示。 查詢表查詢表 是查詢結(jié)果對應(yīng)的表是查詢結(jié)果對應(yīng)的表

31、 視圖表視圖表 是由基本表或其它視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實際存是由基本表或其它視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實際存 儲的數(shù)據(jù)。儲的數(shù)據(jù)。 （2 2）關(guān)系的類型）關(guān)系的類型 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關(guān)系中某一屬性組，若它的值能唯一地標(biāo)識一個元組，則稱該關(guān)系中某一屬性組，若它的值能唯一地標(biāo)識一個元組，則稱該 屬性組為候選關(guān)鍵字。屬性組為候選關(guān)鍵字。 關(guān)鍵字 （3 3）關(guān)鍵字）關(guān)鍵字 主關(guān)鍵字主關(guān)鍵字：若一個關(guān)系有多個候選碼，則選定其中一個為主關(guān)鍵：若一個關(guān)系有多個候選碼，則選定其中一個為主關(guān)鍵 字。字。 主屬性主屬性：主關(guān)鍵字的諸屬性稱為主屬性。：主關(guān)鍵字的諸屬性稱為主屬

32、性。 非碼屬性非碼屬性：不包含在任何候選關(guān)鍵字中的屬性稱為非碼屬性。：不包含在任何候選關(guān)鍵字中的屬性稱為非碼屬性。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 一個關(guān)系需要描述的方面：一個關(guān)系需要描述的方面： 關(guān)系是元組的集合，因此關(guān)系模式必須指出這個元組集合的結(jié)關(guān)系是元組的集合，因此關(guān)系模式必須指出這個元組集合的結(jié) 構(gòu)，即它由哪些屬性構(gòu)成，屬性來自哪個域，以及屬性與域構(gòu)，即它由哪些屬性構(gòu)成，屬性來自哪個域，以及屬性與域 的映象關(guān)系。的映象關(guān)系。 一個關(guān)系通常是由賦予它的元組語義來確定的。元組語義實質(zhì)一個關(guān)系通常是由賦予它的元組語義來確定的。元組語義實質(zhì) 上是一個上是一個n n 目謂詞。凡是符

33、合元組語義的那部分元素的全體就目謂詞。凡是符合元組語義的那部分元素的全體就 構(gòu)成了該關(guān)系模式的關(guān)系。構(gòu)成了該關(guān)系模式的關(guān)系。 隨著時間的變化，關(guān)系模式的關(guān)系也將發(fā)生變化。隨著時間的變化，關(guān)系模式的關(guān)系也將發(fā)生變化。 （4 4）關(guān)系模式）關(guān)系模式 關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關(guān)系是關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容。關(guān)系是關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容。 關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關(guān)系是動態(tài)的，隨時間不關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關(guān)系是動態(tài)的，隨時間不 斷變化的。斷變化的。 在實際當(dāng)中，人們常常把關(guān)系模式和關(guān)系不加區(qū)別。在實際當(dāng)中，

34、人們常常把關(guān)系模式和關(guān)系不加區(qū)別。 關(guān)系關(guān)系和和關(guān)系模式關(guān)系模式之間的之間的區(qū)別區(qū)別和和聯(lián)系聯(lián)系： 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 是對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明。是對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明。 2 2、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫 在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實體與實體之間的聯(lián)系的關(guān)系的在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實體與實體之間的聯(lián)系的關(guān)系的 集合構(gòu)成一個集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型(Type)(Type) 是型的一個具體賦值。是型的一個具體賦值。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值(Value)(Value) 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)

35、模型 指關(guān)系的準(zhǔn)確性、相容性和有效性。指關(guān)系的準(zhǔn)確性、相容性和有效性。 關(guān)系的完整性關(guān)系的完整性 關(guān)系的完關(guān)系的完 整性的種類整性的種類 參照完整性參照完整性 實體完整性實體完整性 用戶定義的完整性用戶定義的完整性 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 若屬性若屬性 A A 是基本關(guān)系是基本關(guān)系 R R 的主屬性，則屬性的主屬性，則屬性 A A 不能取空值。不能取空值。 實體完整性實體完整性 主屬性 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 參照完整性參照完整性 在關(guān)系模型中，實體及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的，在關(guān)系模型中，實體及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的， 那么在兩個或者兩個

36、以上的關(guān)系間就自然存在引用。那么在兩個或者兩個以上的關(guān)系間就自然存在引用。 Type 11 12 13 14 Type name 11 12 13 14 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 關(guān)系模型應(yīng)提供定義和檢驗這類完整性的機制，以便用統(tǒng)一關(guān)系模型應(yīng)提供定義和檢驗這類完整性的機制，以便用統(tǒng)一 方法處理它們，應(yīng)用程序不承擔(dān)這一功能。方法處理它們，應(yīng)用程序不承擔(dān)這一功能。 用戶定義的完整性用戶定義的完整性 不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往需要一不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往需要一 些特殊的約束條件，用戶定義的完整性就是針對某一具體關(guān)系數(shù)些特殊的約束條件，用戶

37、定義的完整性就是針對某一具體關(guān)系數(shù) 據(jù)庫的約束條件。它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的據(jù)庫的約束條件。它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的 語義要求。語義要求。 例如：例如：某個屬性必須取唯一值、某個屬性的取值范圍在某個屬性必須取唯一值、某個屬性的取值范圍在0-1000-100之間等。之間等。 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的比較 第四章第四章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫 第第1 1節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫概述 第第2 2節(jié)節(jié) 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 第第3 3節(jié)節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 第第4 4節(jié)節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 第第5 5節(jié)

38、節(jié) GIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的不足 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小的數(shù)字和字符；而地理 信息數(shù)據(jù)是連續(xù)的，并且具有很強的相關(guān)性。 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的實體類型太少，并且實體之間通常只有簡單、固 定的空間關(guān)系；而地理空間數(shù)據(jù)的實體類型繁多，實體類型之間存在著 復(fù)雜的空間關(guān)系，并且還能產(chǎn)生新的關(guān)系（如拓撲關(guān)系）。 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理是以等長記錄為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)；而地理空間數(shù)據(jù)通常 是結(jié)構(gòu)化的，其數(shù)據(jù)項可能很大，很復(fù)雜，并且是變長記錄。 u 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)

39、字信息；而地理空間數(shù)據(jù)庫中需 要有大量空間數(shù)據(jù)庫操作和查詢，如特征提取，影象分割、影象代數(shù)運 算、拓撲和相似性查詢。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 語義模型的模型結(jié)構(gòu)是由若干種抽象所組成，用這些抽象來描述實 體的基本語義特性，根據(jù)語義模型結(jié)構(gòu)規(guī)則,把這些抽象有機的組織 起來。 語義模型是概念模型的一種，是對信息世界建模，表示方法有多種， 其中實體聯(lián)系方法(Entity-Relationship Approach)得到廣泛應(yīng)用， 該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界，用于建立概念模型。 一、語義數(shù)據(jù)模型（一、語義數(shù)據(jù)模型（E-RE-R模型）模型） 第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)

40、據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 實體型實體型 實體是對客觀存在的起獨立作用的客體的一種抽象。 屬性屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體聯(lián)系起來 聯(lián)系聯(lián)系 是客體間有意義的相互作用或?qū)?yīng)關(guān)系。一般分為三種聯(lián)系： 一對一(1:1)，一對多(1:N ) ，多對多(M:N )。 E-R圖表達的三種語義圖表達的三種語義 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 實體型實體型 用矩形來表示，矩形內(nèi)寫明實體名。 屬性屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體聯(lián)系起來 聯(lián)系聯(lián)系 用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體聯(lián) 系起來，同時在無向邊上標(biāo)注聯(lián)系的類型(1:

41、1，1:n 或 m:n)。 E-R圖表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法圖表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E-RE-R圖表示兩個實體之間的三類聯(lián)系圖表示兩個實體之間的三類聯(lián)系 實體型實體型A實體型實體型A實體型實體型A 聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名聯(lián)系名 實體型實體型B實體型實體型B實體型實體型B 11m nn1 兩個實體之間的三類聯(lián)系兩個實體之間的三類聯(lián)系 E-R模型的圖形表示模型的圖形表示 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E-R模型設(shè)計步驟模型設(shè)計步驟 （1）設(shè)計各個局部E-R圖 根據(jù)需求分析的結(jié)果（數(shù)據(jù)流圖、

42、數(shù)據(jù)字典等）對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù) 進行抽象，分解成不同功能的局部模塊，對每個局部模塊設(shè)計視圖， 即分E-R圖。 分E-R圖中每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 不同局部視圖中同一對象具有不同的抽象、同一實體中所包含的 屬性排列次序不完全相同、實體之間的聯(lián)系呈現(xiàn)不同的聯(lián)系類型。 (2) 設(shè)計全局設(shè)計全局E-R圖圖 屬性域沖突屬性域沖突 即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同，屬性取值單位沖突 同名異義，異名同義（一義多名）。 命名沖突命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突結(jié)構(gòu)沖突 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E-R圖的優(yōu)化圖的優(yōu)化原則：

43、 實體類型個數(shù)盡可能少； 實體類型所含類型最少； 實體間聯(lián)系無冗余。 全局全局E-R圖的優(yōu)化圖的優(yōu)化 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 E-R圖的特點圖的特點 接近人的思維，易于理解 E-R圖與計算機的實現(xiàn)無關(guān) E-R圖僅僅是概念模型，無法在計算機上直接實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè) 計階段應(yīng)該將概念模型轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的數(shù)據(jù)模型，如層次、 網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系模型。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計 (OOAD) 面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(OOAD)方法的發(fā)展在80年代末至90年代中 出現(xiàn)

44、了一個高潮，產(chǎn)生了統(tǒng)一的建模語言UML（Unified Modeling Language）。UML適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述任何類型的系統(tǒng)，而且 適用于系統(tǒng)開發(fā)的不同階段，從需求規(guī)格描述直至系統(tǒng)完成后的測試 和維護。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 采用面向?qū)ο蟮乃枷?，對系統(tǒng)進行分析，根據(jù)用戶需求提取出系統(tǒng)應(yīng)具 有的屬性和行為。 將分析的結(jié)果用某種易于轉(zhuǎn)化為編碼或易于理解的形式表達出來。我們 常見的有流程圖，ER圖，數(shù)據(jù)流圖等。分析和設(shè)計是兩個相互結(jié)合、漸 進的過程。 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計：面向?qū)ο蟮脑O(shè)計： 面向?qū)ο蟮姆治觯好嫦驅(qū)ο蟮姆治觯?第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο?/p>

45、數(shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 1 1、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本概念 (1)(1)對象對象 對象就是現(xiàn)實世界中客體的模型化，與數(shù)據(jù)庫中記錄、元組等概念相 似。如：行政區(qū)域的多邊形對象，表示一條河流的弧段對象 對象的兩個特點對象的兩個特點 狀態(tài)性特征：狀態(tài)性特征：是通過域來描述的，可稱為私有存儲單元。 封裝性特征：封裝性特征：對象的封裝性特征表現(xiàn)為它的私有存儲單元只能由它自 己的功能進行處理。 二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 (2)(2)消息消息 消息是對象之間相互請求或相互協(xié)作的唯一途徑。一個對

46、象必須通過 向其它對象發(fā)送消息的形式使得其它對象提供各自能實現(xiàn)的功能。 消息的消息的特性： 消息是對象之間唯一的通信形式； 消息是外界能夠引用對象操作及獲取對象狀態(tài)的唯一方式。 消息的這些特性保證了對象的實現(xiàn)只能依賴于它本身的狀態(tài)和所能接 受的消息，而不依賴于其它對象的內(nèi)部細節(jié)和狀態(tài)。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 消息類型消息類型 公有消息公有消息 如果一些消息屬于同一個對象，其中有些消息可由其它對象向它發(fā)送 的，叫做公有消息。 私有消息私有消息 如果一些消息是由它自己向自身發(fā)送的，就叫做私有消息。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 多

47、邊形對象組成 對象的組成示意 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 (3)(3)類類 類是對一組對象的抽象描述，它將該組對象所具有的共同特征集中起 來，以說明該組對象的能力和性質(zhì)。 實例實例是某類的一個具體抽象；類類是多個實例的抽象的總和； 類和實例之間是抽象和具體的關(guān)系； 類的確定方法是歸納，這就要求在觀察問題是，注意提煉所遇到 對象的共同特征，以確定其類的表達。 實例：實例：是某類的一個具體抽象。 類和實例之間的關(guān)系類和實例之間的關(guān)系 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 （1 1）繼承是現(xiàn)實世界中對象之間的一種獨特關(guān)系，它使得某對象可以自 然的

48、擁有另外一類對象的某些特征和功能。 對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu)對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu) 直接繼承繼承曲線對象類 多邊形對象類繼承曲 面對象類的特性，還 有曲線對象類的特性 2 2、繼承及類之間的層次關(guān)系、繼承及類之間的層次關(guān)系 繼承包括單繼承和多繼承兩種，如下圖 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 （2 2）類的層次結(jié)構(gòu) 是引入類的繼承關(guān)系而產(chǎn)生的，包括 超類：超類：被繼承的類稱為超類。 子類：子類：繼承其他類的對象稱為子類。 對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu)對象類的單繼承和多繼承，及其層次結(jié)構(gòu) 直接繼承繼承曲線對象類 多邊形對象類繼承曲 面對

49、象類的特性，還 有曲線對象類的特性 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 面向?qū)ο蟮墓δ苤剌d和多態(tài)面向?qū)ο蟮墓δ苤剌d和多態(tài) 3 3功能重載和多態(tài)性：功能重載和多態(tài)性：實現(xiàn)消息傳遞。 功能重載：功能重載：功能重載實際上意味著實現(xiàn)特定功能的方法不僅以名稱來區(qū)分， 而且用它所帶的參數(shù)來區(qū)別。 多態(tài)性：多態(tài)性：是同一個消息可以根據(jù)對象的不同，采用多種不同的行為方式。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 4、概括和聚集、概括和聚集 概括：概括：是把一組具有相同特征和操作的對象類歸納在一個更一般的超類中。 例如，例如，多邊形對象類和弧段對象類共同具有的一些空間

50、特征，它們可作為空 間對象類的子類，而空間對象類則是它們的超類。概括形成了子類和超類之 間的is-a的語義聯(lián)系。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 聚集：聚集：反映了嵌套對象的概念，嵌套對象是由一些其它對象組成的，它是 用來描述較高層次對象的一種形式。 例如，例如，上述的地理信息系統(tǒng)圖形顯示子系統(tǒng)中，一個圖層對象類是由多邊 形對象類、弧段對象類、點對象類等對象類的聚集體。這里的圖層對象就 是嵌套對象，多邊形對象類與圖層對象之間形成is-part-of的語義聯(lián)系。 第三節(jié)第三節(jié) 語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型語義和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 運用上述面向?qū)ο蟮母拍詈头椒ǎ涂梢越⑵鸬乩?/p>

51、信息系統(tǒng)中空間 數(shù)據(jù)庫的對象數(shù)據(jù)模型。OpenGIS協(xié)會推薦了一種空間對象數(shù)據(jù)模型， 其中的簡單幾何特征集如圖所示。 5 5、空間數(shù)據(jù)庫對象模型、空間數(shù)據(jù)庫對象模型 簡單幾何特征集關(guān)系 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 (1)初始模式的形成初始模式的形成 把E-R圖表示的實體聯(lián)系類型，轉(zhuǎn)換成選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持 的記錄類型，如層次、網(wǎng)狀、關(guān)系模型、面向?qū)ο蟮取?(2)子模式設(shè)計子模式設(shè)計 子模式是應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口，允許有效訪問數(shù)據(jù)庫而不破壞數(shù) 據(jù)庫的安全性。 (3)模式評價模式評價根據(jù)定量分析和性能測試對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)作出評價 (4)優(yōu)化模式優(yōu)化模式利用數(shù)據(jù)庫

52、管理系統(tǒng)提供的功能，對模式進行優(yōu)化，但不 改變數(shù)據(jù)庫的信息。 一、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的步驟和內(nèi)容一、空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的步驟和內(nèi)容 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 二、二、E-RE-R模型向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換模型向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換 E-R圖可以向不同的數(shù)據(jù)庫模型轉(zhuǎn)換，這里的以關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為例。 (1)(1)實體轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：實體轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式：一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 (2)(2)實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進行轉(zhuǎn)換實體之間的聯(lián)系可以分以下情況進行轉(zhuǎn)換 1:11:1聯(lián)系轉(zhuǎn)換聯(lián)系轉(zhuǎn)換 每個實體可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng) 的關(guān)系模式合并。

53、每個實體的關(guān)鍵字是該關(guān)系的后選關(guān)鍵字。 1:N1:N聯(lián)系轉(zhuǎn)換：聯(lián)系轉(zhuǎn)換：可以分兩種情況 A:A:轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字; B: B:與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并,關(guān)系的關(guān)鍵字為N端的關(guān)鍵字。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 M:N 聯(lián)系轉(zhuǎn)換聯(lián)系轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換為獨立關(guān)系模式，關(guān)系的關(guān)鍵字是與該聯(lián)系相連的各實體的關(guān)鍵字的 組合。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計（三、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計（5 5步）步） 將將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式 根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，將將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式 規(guī)范化處理規(guī)

54、范化處理 任務(wù)是消除異常，改善完整性、一致性和存儲效率。一般使關(guān)系達到3NF 就可以滿足使用。規(guī)范化過程實際上就是單一化過程，即一個關(guān)系描述一 個概念。如果關(guān)系中多于一個概念，就把它分離出來。 模式評價模式評價 目的是檢查數(shù)據(jù)庫模式是否滿足用戶的要求，包括功能評價和性能評價。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 優(yōu)化模式優(yōu)化模式 合并：合并：是對具有相同關(guān)鍵字的關(guān)系模式，如果對它們的處理主要是查詢操 作，且常在一起使用，可將這類關(guān)系模式合并。 分解：分解：是指關(guān)系雖已達到規(guī)范化的要求，但如果某些關(guān)系的屬性過多，則 會影響效率，可將它分割成為兩個或多個關(guān)系模式，按屬性組分

55、解的稱為 垂直分解，垂直分解需滿足得到的每一個關(guān)系都 包含主關(guān)鍵字。 形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計說明書形成數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計說明書 包括：模式及子模式的集合模式及子模式的集合，可用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的語言描述，也可列表 描述；應(yīng)用設(shè)計指南應(yīng)用設(shè)計指南，設(shè)計訪問方式、查詢路徑、處理要求、約束條件等； 物理設(shè)計指南物理設(shè)計指南，包括數(shù)據(jù)訪 問量、傳輸量、存儲量、遞增量等。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 四、空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計四、空間數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 可分為5步，前三步為結(jié)構(gòu)設(shè)計，后兩步為約束和程序設(shè)計 (1)(1)存儲記錄的格式設(shè)計：存儲記錄的格式設(shè)計：對數(shù)據(jù)項類型特征作分析，

56、對存儲記錄進行格 式化，決策如何進行數(shù)據(jù)壓縮或代碼化。 (2)(2)存儲方法設(shè)計：存儲方法設(shè)計：是把存儲記錄在全數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)進行物理存儲安排。 順序存儲：該存儲方式的平均查詢次數(shù)為關(guān)系記錄個數(shù)的1/2； 散列存儲：該存儲方式的查詢次數(shù)由散列算法所決定； 索引存儲：需要確定創(chuàng)建何種索引，及在哪些庫和屬性上建立索引； 聚簇存儲：是指將不同類型的記錄分配到相同的物理區(qū)域中去。 第四節(jié)第四節(jié) 邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計邏輯模型設(shè)計和物理設(shè)計 (3)訪問方法設(shè)計：訪問方法設(shè)計：訪問方法設(shè)計為存儲在物理設(shè)備上的數(shù)據(jù)提供存儲結(jié)構(gòu) 和查詢路徑，該設(shè)計與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很大關(guān)系。 (4)完整性和安全性考慮：完整性和安全性考慮：根據(jù)邏輯設(shè)計說明書中提供的對數(shù)據(jù)庫的約束 條件、具體選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的性能特征及硬件環(huán)境，設(shè) 計建立數(shù)據(jù)庫完整性和安全性措施。 (5)應(yīng)用設(shè)計：應(yīng)用設(shè)計：包括人機界面的設(shè)計、輸入輸出格式的設(shè)計、代碼設(shè)計、 處理加工設(shè)計等。 (6)形成物理設(shè)計說明書：形成物理設(shè)計說明書：包括存儲記錄格式，存儲記錄位置分布及訪問方 法、它能滿足的操作需求，并給出對硬件和軟件系統(tǒng)的約束。 第五節(jié)第五節(jié) GISGIS空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫空間時態(tài)數(shù)據(jù)庫 一、空