空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計

1、空間數(shù)據(jù)庫設計概述空間數(shù)據(jù)庫概念設計關系數(shù)據(jù)庫設計面向對象的數(shù)據(jù)庫設計地理信息元數(shù)據(jù)的設計空間數(shù)據(jù)庫設計考慮因素*第九章第九章 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計空間數(shù)據(jù)庫設計的任務，就是經(jīng)過一系列的轉換，將現(xiàn)實世界描述為計算機世界中的空間數(shù)據(jù)模型，也就是將現(xiàn)實世界中一定范圍內存在的應用數(shù)據(jù)抽象成一個數(shù)據(jù)庫的具體結構的過程。 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的生存期。一、空間數(shù)據(jù)庫設計概述1、空間數(shù)據(jù)庫的設計內容（1）靜態(tài)設計 即結構特性設計。包括概念結構設計和邏輯結構設計。（2）動態(tài)特性設計 確定數(shù)據(jù)庫用戶的行為和動作數(shù)據(jù)庫的行為特性設計，包括設計數(shù)據(jù)庫查詢、事務處理和報表處理等。（3）物理設計 根據(jù)動態(tài)特

2、性，把靜態(tài)特性設計中得到的數(shù)據(jù)庫模式加以物理實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)庫的存儲模式和存取方法。2、空間數(shù)據(jù)庫的設計目標（1）滿足用戶要求（2）準確模擬現(xiàn)實世界 數(shù)據(jù)模型的性質和數(shù)據(jù)庫設計的質量。（3）良好的數(shù)據(jù)庫性能 減少冗余數(shù)據(jù)、有利于快速訪問數(shù)據(jù)。（4）能夠被某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受概念模型是系統(tǒng)設計者和用戶之間對系統(tǒng)的認識進行溝通的有效手段。它可以表達建模對象的信息結構和動態(tài)特征。 概念設計是邏輯設計和物理設計的基礎。二、空間數(shù)據(jù)庫概念設計1、概念設計的步驟（1）確定應用領域 數(shù)據(jù)庫設計必須有明確的應用領域。應用領域越明確、越狹窄，相應的模型就越簡單。（2）確定用戶需求 宗地圖、土地利用規(guī)劃圖等。（3）

3、選擇對象類型（4）對象類型定義和屬性描述例如，對象類型：道路 定義：所有汽車可以通行的道路，但不包括長度小于100m的道路。 屬性：道路承載量允許的取值范圍：最小為0t,最大為30t.（5）對象類型的調整（6）幾何表示（7）關系 繼承關系（8）質量要求 包括位置精度、屬性精度、現(xiàn)勢性等。（9）編碼 標識符2、實體-聯(lián)系模型（E-R） 包含三個基本成分：實體、聯(lián)系和屬性。概念設計的結果可以用E-R進行直觀地描述和表達。 建立E-R模型的起點是識別實體類型。實體類型是實體的抽象，而不是具體的某個實體。 聯(lián)系類型、屬性類型。簡化的E-R模型 一個實體類型必須有至少一個唯一標識符。通過它來實現(xiàn)區(qū)分實例

4、。唯一標識符的選擇通常取決于建模過程中實施層次的一些因素。 E-R模型允許建模者表達實體進入聯(lián)系的方式。此外，聯(lián)系不僅能連接兩個實體類型，也可以連接多個實體類型，甚至可以連接一個實體及其自身。 依賴性實體：有的實體本身不能依據(jù)其屬性值唯一地被識別，而必須依賴于它所聯(lián)系地其他實體才能被識別。例如，我們說216國道江蘇段。包含依賴性實體的E-R模型E-R模型優(yōu)點：（1）基于實體、聯(lián)系、屬性等簡單有力的概念，便于非專家理解。（2）容易轉換成邏輯模型，方便映射到關系模式。缺點：（1）缺少足夠強有力的建模構造。3、實體聯(lián)系擴展模型（EER） 與泛化、特化及屬性繼承機制密切相關。允許在數(shù)據(jù)庫描述中表達更豐

5、富的語義，并可采用面向對象的方法建模。 特化能夠從已有的實體類型中創(chuàng)建新的實體類型，允許從一個實例中區(qū)分出的某些實例有特定的屬性，或者與其他實體間有特定的聯(lián)系。 泛化是在一組已經(jīng)存在的類中識別它們共同的性質，抽取這些共同性質建立一個新類。EER模型中的特化關系4、 E-R模型設計步驟（1）設計局部的E-R模型。首先確定實體，然后確定聯(lián)系，最后確定實體與聯(lián)系的屬性。（2）設計全局的E-R模型。基本過程是兩兩合并，直到所有的局部E-R模型被合并到一個完整的全局E-R模型。（3）全局E-R模型的優(yōu)化。通過消除冗余實體、冗余聯(lián)系和冗余屬性以達到優(yōu)化的要求。5、 E-R模型的操作（1）實體的分裂與合并

6、實體的分裂：將一個實體分裂成多個實體。 實體的合并：將多個實體合并成一個實體。（2）實體的增加與刪除向上轉位向下轉位（3）實體的增加與刪除 在建模過程中，由于對同一客體理解上的差異，同一客體模型可能被化為不同的結果。6、空間數(shù)據(jù)分層 數(shù)據(jù)分層的依據(jù)是專題內容、幾何表達形式和拓撲特征的差別，將真實世界模型概念化為若干個專題層疊置而成的圖層模型。具體地說，數(shù)據(jù)分層主要考慮兩個因素：（1）不同專題內容的數(shù)據(jù)分別建立相應的層，同一層內的數(shù)據(jù)有相同的屬性信息。（2）幾何表達形式不同的數(shù)據(jù)分別單列成層。（3）使用目的不同的數(shù)據(jù)應單獨存放。（4）不同部門的數(shù)據(jù)通常應該放入不同的層，這樣便于維護。（5）不同安

7、全級別的數(shù)據(jù)也應該單獨存儲。三、關系型數(shù)據(jù)庫設計 數(shù)據(jù)的邏輯結構歸結為滿足一定條件的二維表中的元素，這種表就稱為關系。關系的集合就構成為關系模型。1、關系模型的基本概念（1）關系 規(guī)范化的二維表。表的每行對應一個元組；表的每列對應一個域，稱為屬性。（2）主鍵 被用戶選中的候選鍵。（3）外鍵（4）關系模式對關系的描述（5）關系模型2、關系數(shù)據(jù)庫設計理論 數(shù)據(jù)依賴理論和規(guī)范化理論（1）數(shù)據(jù)依賴 它是施加于關系上的一種限制。這類限制不取決于某一元組的某些屬性取什么值，而是取決于兩個元組的某些屬性的值是否相等。 函數(shù)依賴和多值依賴。3、關系數(shù)據(jù)庫設計步驟與方法 在關系數(shù)據(jù)庫的邏輯設計階段，其主要任務是

8、以概念設計形成的信息結構為基礎，將其轉換成用戶選用的DBMS所支持的一組關系模式，并進行規(guī)范化處理和優(yōu)化設計，得到滿足要求的關系數(shù)據(jù)模型。其設計步驟是：（1）E-R模型向關系模型的轉換 M:N時，每一個實體轉換為一個單獨的關系模式，該關系模式的屬性包含相應實體的所有屬性。（2）關系數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化設計 依據(jù)函數(shù)依賴和范式理論，對關系模式進行規(guī)范化處理。（3）關系模型的優(yōu)化主要目標： 關系中的數(shù)據(jù)冗余度小，以減少空間浪費，保證數(shù)據(jù)完整性。 快速地從關系中存取數(shù)據(jù)。 認真分析用戶需求，以便從最常用地查詢要求中找到使用最頻繁地連接運算及相關地關系模式，并以此為依據(jù)，對有關關系模式進行必要的合并。四、

9、面向對象的數(shù)據(jù)庫設計 系統(tǒng)被看作是一些對象的集合，這些對象封裝了描述該對象的數(shù)據(jù)和操作該對象的方法，對象之間通過消息來協(xié)作和交互。1、面向對象數(shù)據(jù)庫的基本特征（1）對象 面向對象的數(shù)據(jù)模型將客觀世界模型化一些相互作用的集合。對象之間的相互作用通過消息機制來實現(xiàn)。（2）對象類 是對多個對象共同特性的抽象概括。（3）繼承 在已有類的基礎上定義新的對象類，以便包含自己的屬性和方法。（4）持久性、對象標識（5）并發(fā)控制（6）阻抗失配 以面向對象的程序設計語言為基礎，擴充形成面向對象數(shù)據(jù)庫查詢語言，將從根本上解決阻抗失配問題。2、面向對象的分析和設計（1）問題定義 提出一些全局性的問題，查明開發(fā)意圖和開

10、發(fā)目標。（2）系統(tǒng)分析 理解應用領域的問題，建立它的三種模型：對象模型、動態(tài)模型和功能模型。（3）系統(tǒng)設計 系統(tǒng)設計階段的工作內容： 設計系統(tǒng)的體系結構 選擇一個外部控制的實現(xiàn)方法 選擇數(shù)據(jù)管理方法和數(shù)據(jù)庫管理模式 確定重用范圍 選擇一種對象標識方法 選擇數(shù)據(jù)交互的策略 處理臨時數(shù)據(jù) 處理輔助數(shù)據(jù)（4）詳細設計 使用變換來簡化和優(yōu)化分析階段的對象模型 補充漏掉的細節(jié)，進一步完善對象模型 詳細設計模型質量的評估 五、地理信息元數(shù)據(jù)的設計 地理信息元數(shù)據(jù)通過對地理空間數(shù)據(jù)的內容、質量、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)采集時間和其他特征進行描述與說明，幫助人們有效地定位、評價、獲取和使用地理相關數(shù)據(jù)。1、元數(shù)據(jù)確定的

11、原則（1）完整性 （2）準確性 （3）結構性（4）與其他標準的一致性2、元數(shù)據(jù)的主要內容（1）標識信息 （2）數(shù)據(jù)質量信息 （3）空間參照系統(tǒng)信息 對數(shù)據(jù)集使用的空間參照系統(tǒng)的說明。（4）內容信息 （5）分發(fā)信息（6）核心元數(shù)據(jù)參考信息 發(fā)布與更新的日期，建立核心元數(shù)據(jù)單位的聯(lián)系信息。3、地理信息元數(shù)據(jù)的組織（1）按照元素性質來組織 （2）按照功能來組織（3）按照使用范圍來組織（4）按照重要程度來組織六、空間數(shù)據(jù)庫設計考慮因素1、設計數(shù)據(jù)庫之前需求分析階段（1）理解客戶需求（2）了解企業(yè)業(yè)務可以在以后的開發(fā)階段節(jié)約大量的時間。 （3）重視輸入輸出（4）創(chuàng)建數(shù)據(jù)字典和E-R圖表（5）定義標準的對

12、象命名規(guī)范2、表和字段的設計數(shù)據(jù)庫邏輯設計 （1）標準化和規(guī)范化 （2）數(shù)據(jù)驅動 （3）考慮各種變化 （4）選擇數(shù)字類型和文本類型盡量充足 （5）增加刪除標記字段3、索引數(shù)據(jù)庫邏輯設計 索引是從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)的最高效方式之一。95的數(shù)據(jù)庫性能問題都可以采用索引技術得到解決。4、數(shù)據(jù)完整性設計數(shù)據(jù)庫邏輯設計（1）完整性實現(xiàn)機制（2）用約束而非商務規(guī)則強制數(shù)據(jù)完整性（3）強制指示完整性（4）使用查找控制數(shù)據(jù)完整性（5）采用視圖5、其他設計考慮因素（1）避免使用觸發(fā)器（2）使用常用英語（或者其他任何語言）而不要使用編碼（3）保存常用信息（4）包含版本機制（5）編制文檔（6）反復測試（7）檢查設計思考題v1、空間數(shù)據(jù)庫設計主要有幾個階段，各階段的任務是什么？、空間數(shù)據(jù)庫設計主要有幾個階段，各階段的任務是什么？ v2、面向對象數(shù)據(jù)庫有哪些主要特征？、面向對象數(shù)據(jù)庫有哪些主要特征？v3、空間數(shù)據(jù)庫設計的基本目標是什么？、空間數(shù)據(jù)庫設計的基本目標是什么？ v4、概念設計包