空間數(shù)據(jù)庫復(fù)習(xí)

1、空間數(shù)據(jù)庫復(fù)習(xí)DB:DataBase 數(shù)據(jù)庫DBS：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Data Base System）是指擁有數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持的計算機系統(tǒng)，一般由數(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)路管理員和用戶構(gòu)成。DBMS：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management System)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫，簡稱DBMSDBS、DBMS、DB的關(guān)系DBS包含DBMS、DB和及其開發(fā)工具、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。SDBMS:空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(spatial database management system, SDBMS)：對各類空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處

2、理、存儲、維護和管理的軟件系統(tǒng)。DBMS的組成和功能有哪些？組成：DBMS是由兩大部分組成：查詢處理器和存儲管理器。（1） 查詢處理器有四個主要成分：DDL編譯器、DML編譯器、嵌入型DML的預(yù)編譯器、查詢運行核心程序。（2） 存儲管理器有四個主要成分：授權(quán)和完整性管理器、事務(wù)管理器、文件管理器、緩沖區(qū)管理器。功能：數(shù)據(jù)庫定義功能、數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)庫運行管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能OR-DBMS:(Object Relational DBMS)對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫 集成了ADT和其他面向?qū)ο笤O(shè)計原則的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。OO-DBMS:（Object Oriented DBMS）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫 以面向?qū)ο?/p>

3、數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)而建立起來的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。OR-DBMS與OO-DBMS的相同點和不同點; 相同點：數(shù)據(jù)庫不同點：對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫 OO-DBMS至今仍未取代OR-DBMS的原因有：OR-DBMS包含OO-DBMS和ADT分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是一個集中式的應(yīng)用程序，用來管理分布式的數(shù)據(jù)庫，就像這個數(shù)據(jù)庫式存儲在同一臺電腦上一樣集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲在一臺計算機上，數(shù)據(jù)的處理集中在一臺計算機上完成。分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的區(qū)別：ADT:抽象數(shù)據(jù)類型(Abstract Data Type 簡稱ADT):是指一個數(shù)學(xué)模型以及定義在模型上的一組操作空間

4、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(SDBMS)的定義:(1) 一個SDBMS是一個軟件模塊,它利用低層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(ORDBMS、OODBMS);(2) SDBMS支持多種空間數(shù)據(jù)模型、相應(yīng)的空間抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）以及一種能夠調(diào)用這些ADT的查詢語言；(3) SDBMS支持空間索引、高效的空間操作算法以及用于查詢優(yōu)化的特定領(lǐng)域規(guī)則。 (1)空間連接:兩個表中空間類型字段的操作；包括空間比較、空間操作等；(2)非空間連接:兩個表中非空間類型字段的操作空間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)庫的主要特征；空間數(shù)據(jù)庫有什么作用？空間數(shù)據(jù)特征：時空特征 多維特征 多尺度特征 海量數(shù)據(jù)特征空間數(shù)據(jù)庫特征：綜合抽象特征 非結(jié)構(gòu)換特征 分類

5、編碼特征 復(fù)雜性與多樣性空間數(shù)據(jù)庫的作用： 空間數(shù)據(jù)處理與更新 海量數(shù)據(jù)存儲與管理 空間分析與決策 空間信息交換與共享空間數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫差異 信息描述差異 數(shù)據(jù)管理差異 數(shù)據(jù)操作差異 數(shù)據(jù)更新差異 服務(wù)應(yīng)用差異目前空間數(shù)據(jù)庫還存在哪些主要問題？ 數(shù)據(jù)共享問題 1數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一 2地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化 3數(shù)據(jù)共享的政策 數(shù)據(jù)瓶頸問題 數(shù)據(jù)安全問題什么是模型？模型： 對現(xiàn)實世界中的實體或?qū)ο蟮某橄蠡蚝喕?，是對實體或現(xiàn)象中的重要構(gòu)成及其相互關(guān)系的表達(dá)，能反映事物固有的特征或運動變化規(guī)律。.場模型用連續(xù)變量分布表達(dá)空間現(xiàn)象。對象模型:用連續(xù)變量分布表達(dá)空間現(xiàn)象場模型:用離散類別分布表達(dá)空間現(xiàn)象對象模型

6、用離散類別分布表達(dá)空間現(xiàn)象。森林的場模型觀點從函數(shù)的角度看，森林可建模成一個函數(shù)。定義域是森林占據(jù)的地理空間。值域是樹種的集合；空間二維坐標(biāo)連續(xù)取值，空間（X,Y）上任何一點都對應(yīng)一個函數(shù)值f(x,y)?？紤]森林分布，按林分對空間區(qū)域作窮盡劃分。場模型適合表達(dá)的空間現(xiàn)象物理參數(shù)溫度、氣壓、濕度、電磁場、流體環(huán)境參數(shù)化學(xué)污染分布、地表化學(xué)元素分布森林的對象模型考慮f值發(fā)生變化的地方，在明確規(guī)定樹種之間界限的情況下，可以得到多邊形的邊界。每個多邊形都有一個唯一的標(biāo)識和樹種名稱。得到二維空間中的離散對象及其坐標(biāo)。對象模型適合表達(dá)的空間現(xiàn)象人工建筑物 城市基礎(chǔ)設(shè)施，道路、房屋、公園自然對象河流、湖泊、

7、熱帶氣旋、危險區(qū)域其他類別變量對象模型將空間信息抽象成明確的可標(biāo)識的類別實體或事物，稱之為對象，并加以命名（名稱變量）。與場函數(shù)不同（數(shù)值變量）?？臻g對象的主要特點是它的屬性集，包括空間屬性和非空間屬性。場模型與對象模型的關(guān)系空間域上對象集合的某些屬性可以形成數(shù)據(jù)場；對場模型數(shù)據(jù)按照區(qū)間值分割或劃分可以形成空間對象。平面上二元拓?fù)潢P(guān)系基于以下的相交情況：A 的內(nèi)部A°，邊界A以及外部AB 的內(nèi)部B，邊界B以及外部B九交矩陣交為空集：用0表示交為非空集：1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三個步驟概念模型設(shè)計 （E-R）邏輯模型設(shè)計：與概念數(shù)據(jù)模型在商用DBMS上的具體設(shè)計實現(xiàn)（關(guān)系模型、層次模型、網(wǎng)狀模型

8、）有關(guān)。關(guān)系模型設(shè)計：關(guān)系表，屬性，關(guān)系模式，邏輯一致性。關(guān)系查詢語言SQL與 關(guān)系代數(shù)（詳細(xì)在第三章講）。關(guān)系數(shù)據(jù)模型（關(guān)系代數(shù)）并不能滿足空間數(shù)據(jù)的建模要求 ；GIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間還存在相當(dāng)大的語義鴻溝。目前還沒有廣為接受的地理信息數(shù)學(xué)模型，地圖代數(shù)并不成熟。ArcGIS的Geodatabase提供了空間實體及其關(guān)系的要素-對象-關(guān)系模型，但不支持SQL查詢操作。 物理模型設(shè)計：空間存儲、索引 (第4章) 。E-R模型（概念模型）實體和屬性現(xiàn)實世界被劃分為 一個個實體（Entity），或?qū)ο?；例如州立公園中的：河流、森林、設(shè)施實體由屬性（Attributes）來描述其性質(zhì)，唯一標(biāo)識實體的

9、屬性或?qū)傩约Q為碼（Key）。屬性包括名稱和類型：類別、比例、數(shù)值（場）。屬性的單值和多值：例如森林的空間多值屬性（包括多個多邊形）聯(lián)系實體間關(guān)系通過聯(lián)系來關(guān)聯(lián)表達(dá)；二元聯(lián)系一對一聯(lián)系（1: 1） 管理者與森林多對一聯(lián)系（M:1） 設(shè)施與森林多對多聯(lián)系（M:N ） 河流與設(shè)施反映現(xiàn)實世界中實體及實體間聯(lián)系的信息模式是 實體聯(lián)系（E-R）模型將ER模型映射到關(guān)系模型將每個實體映射成一個獨立的關(guān)系；1：1的聯(lián)系，將任一實體的碼屬性作為其他關(guān)系的外碼；M: 1的聯(lián)系，“1”側(cè)關(guān)系的主碼作為“M”側(cè)關(guān)系的外碼。M: N的聯(lián)系，每個M: N聯(lián)系被映射成一個新的關(guān)系，關(guān)系的名稱就是聯(lián)系的名稱，關(guān)系的主碼由

10、參與實體的主碼對組成。對于多值屬性，創(chuàng)建一個有兩列的新關(guān)系：一列為擁有該多值屬性的實體的碼，另一列為該多值屬性。SQL語言組成DDL用于創(chuàng)建、刪除和修改數(shù)據(jù)庫中表的定義。DML對已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、插入、刪除、修改等操作，可以分成數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)更新兩大類。DCL:用來授予或收回訪問數(shù)據(jù)庫的某種特權(quán)，控制數(shù)據(jù)操作事務(wù)的發(fā)生時間及效果，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行監(jiān)視 包括對表和視圖的授權(quán)，完整性規(guī)則的描述，并發(fā)控制，事務(wù)控制等。關(guān)系代數(shù)的運算對象和運算符連接運算連接：用于多個關(guān)系表之間的查詢。在笛卡兒積的基礎(chǔ)上的選擇運算。兩個關(guān)系 R和S之間通用的條件連接 c:R cS= c (RXS)條件C通常是指R和

11、S共有的屬性，例如：用連接操作查詢?nèi)丝谛∮贛exico的國家自然連接在自然連接中，兩個關(guān)系的公共屬性中只用到相等性選擇條件；而結(jié)果中，只有一列來表示公共的等值連接屬性。C C.name=R.originR空間索引的定義：指依據(jù)空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對象的概要信息，如對象的標(biāo)識、外接矩形及指向空間對象實體的指針。R樹定義 ：是一個高度平衡樹，它是B樹在k維上的擴展。聚類：將物理或抽象對象的集合分成由類似的對象組成的多個類的過程索引：是對數(shù)據(jù)庫表中一列或多列的值進(jìn)行排序的一種結(jié)構(gòu)Hilbert曲線:讀入x和y坐標(biāo)的n比特二進(jìn)制表

12、示 隔行掃面二進(jìn)制數(shù)字的比特到一個字符串 將字符串自左至右分成2比特長的串Si 其中i=1，···n 規(guī)定每個2比特的串的十進(jìn)制值Di 如00等于0，01等于1 10等于3 11等于2 對于數(shù)組中每個數(shù)字J,如果j=0把后面數(shù)組中出現(xiàn)的所有1變成3，并把所有出現(xiàn)的 3 變成1，j=3把后面數(shù)組中出現(xiàn)的所有0變成2，并把所有出現(xiàn)的3變成0， 將數(shù)組中每個值按上個步驟轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制表示（2比特長的串），自左至右連接所有的串，并計算其十進(jìn)制Z序曲線：讀入x和y坐標(biāo)的二進(jìn)制表示 隔行掃面二進(jìn)制數(shù)字的比特到一個字符串 計算出結(jié)果為二進(jìn)制串的十進(jìn)制值關(guān)系模式:對關(guān)系結(jié)構(gòu)的描述。

13、關(guān)系：關(guān)系是一種規(guī)范了的二維表中行的集合 關(guān)系數(shù)據(jù)庫：是建立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，借助于集合代數(shù)等概念和方法來處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，同時也是一個被組織成一組擁有正式描述性的表格，該形式的表格作用的實質(zhì)是裝載著數(shù)據(jù)項的特殊收集體，這些表格中的數(shù)據(jù)能以許多不同的方式被存取或重新召集而不需要重新組織數(shù)據(jù)庫表格。基本表：獨立存在的表，SQL中一個關(guān)系對應(yīng)一個基本表。視圖：從一個或幾個基本表導(dǎo)出的表?；颈砗鸵晥D的區(qū)別和聯(lián)系： 視圖中看到的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中并不存儲，基本表中的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫中只存儲視圖的定義，當(dāng)用戶請求從視圖中查詢數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)將從相應(yīng)的基本表中檢索出來。數(shù)據(jù)庫設(shè)計內(nèi)容和

14、特點：內(nèi)容：結(jié)構(gòu)特性設(shè)計 行為特性設(shè)計特點:數(shù)據(jù)庫設(shè)計具有硬件、軟件、和管理界面相結(jié)合、結(jié)構(gòu)設(shè)計、和行為設(shè)計相結(jié)合的特點數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本過程分哪幾個階段需求分析 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行與維護 某一灌區(qū)包括一個水資源管理中心(Center) ，6條水渠(Channel) 以及多片耕地(Parcel)，其空間ER圖如下：o 對于下圖中的一組葉結(jié)點和中間結(jié)點，畫出相應(yīng)的R樹結(jié)構(gòu)。并列出用虛線表示的查詢矩形所要搜索的結(jié)點，第一層結(jié)點是1和2。第二層結(jié)點是A、B、C、D和E，葉結(jié)點包括a、b、k論述空間數(shù)據(jù)庫和非空間數(shù)據(jù)庫的區(qū)別。空間數(shù)據(jù)庫有哪些應(yīng)用?World

15、 數(shù)據(jù)庫中的表1、 位于南美洲國家的名字 SELECT Co.Name FORM Country Co WHERE Co.Cont.=”NAM”2、列出CITY表中首都的所有城市所在國家的名稱 SELECT Co.Name FORM City. Ci Country CoWHERE Ci.Country=Co.Name AND Ci.Capital=“Y” 3、列出GDP超過1萬億美元的國家的首都和人口數(shù)SELECT Ci.Name, Co.PopFROM City Ci, Country CoWHERE Ci.Country=Co.Name AND Co.GDP>1000.0 AND

16、Ci.Capital=“Y”表示連接的運算Ci ci.Country=Co.NameCo= c( Ci.Country=Co.Name) (RXS)4:、圣勞倫斯河發(fā)源地國家的首都的名字是什么，該城市的人口是多少。SELECT Ci.Name, Ci.PopFROM City Ci, Country Co, River RWHERE R.Origin=Co.Name AND Co.Name=Ci=Country AND R.Name=“St.Lawrence” AND Ci.Capital=“Y”5、 找出各大洲的平均GDP.SELECT Co.Cont, AVG(Co.GDP) AS Con

17、tinent-GDPFROM Country CoGROUP BY Co.Cont設(shè)計一個空間擴展的ER模型來表示國家（Country）和河流(River) ，包括他們之間的聯(lián)系(Cross相交) ，并將此ER模型中的實體、空間和非空間屬性和聯(lián)系映射為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式。國家屬性包括：名字（Name）, 所屬大洲（Continent），人口（Population）,國民生產(chǎn)總值（GDP）, 空間幾何形狀（Polygon）. 河流的屬性：名字（Name）, 起源國（Country）, 流量（Discharge）, 幾何形狀（Line）.一個空間數(shù)據(jù)庫包括以下三個表實體：省份Province， 屬性包

18、括：省名Name: varchar (35)，人口Pop: integer,生產(chǎn)總值Products: Integer,形狀Shape: polygon）。(2) 公路Road,屬性包括：公路名稱Name: varchar (35),公路端1所在的省份Origin-province varchar (35),公路端2所在的省份（dest-province），公路長度Length: Integer,幾何形狀Shape: Linestring 。(3) 城市City ，屬性包括：城市名稱Name: varchar (35),所在的省份Province: varchar (35),人口Pop: integer,是否為省會Capital: char(1),幾何形狀Shape point )。應(yīng)用SQL語句以及擴展的空間操作函數(shù)（拓?fù)洳僮鱁qual，Disjoint，Intersect，Touch，Cross，Within，Contains，Overlap）（空間分析操作：Distance，Area, Buffer, Length）寫出如下的查詢：(1) 列出省Province表中與名稱為HuBei省相鄰的所有省份的名稱;SELECT Pname AS “Neighbors of HuiBei”FROM Province P1 Provine P2WH