空間數(shù)據(jù)庫-newPPT課件

1、2021/3/91空間數(shù)據(jù)庫2021/3/92 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫模型 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)展歷史 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 概念模型設(shè)計(jì) 空間數(shù)據(jù)組織 空間索引 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能組成2021/3/931.數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)組織層次：邏輯單位分級(jí)和物理單位分級(jí) 邏輯單位分級(jí)：指數(shù)據(jù)在人們概念上的計(jì)算單位，層次有數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫 物理單位分級(jí)：指數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的存儲(chǔ)單位，層次有比特、字節(jié)、字、塊、桶和卷（B、KB、MB、GB、TB） 主要敘述數(shù)據(jù)的邏輯單位分級(jí)2021/3/94數(shù)據(jù)組織分級(jí)數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)組織分級(jí)數(shù)據(jù)項(xiàng) 數(shù)據(jù)項(xiàng)是可以定義數(shù)據(jù)的最小

2、單位，也叫元素、基本項(xiàng)、字段等 數(shù)據(jù)項(xiàng)與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體的屬性相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)項(xiàng)有一定的取值范圍，稱為域，域以外的任何值對(duì)該數(shù)據(jù)項(xiàng)都是無意義的 數(shù)據(jù)項(xiàng)的值可以是數(shù)值的、字母的、字母數(shù)字的、漢字的等形式 數(shù)據(jù)項(xiàng)的物理特點(diǎn)在于它具有確定的物理長(zhǎng)度，可以作為整體看待 2021/3/95數(shù)據(jù)組織分級(jí)記錄數(shù)據(jù)組織分級(jí)記錄 記錄是由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，是處理和存儲(chǔ)信息的基本單位，是關(guān)于一個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)總和 構(gòu)成該記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)表示實(shí)體的若干屬性 為了唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)記錄，就必須有記錄標(biāo)識(shí)符，也叫關(guān)鍵字 記錄是文件中按信息在邏輯上的獨(dú)立意義來劃分的數(shù)據(jù)單位2021/3/96數(shù)據(jù)組織分級(jí)文件數(shù)據(jù)組織分級(jí)文件 文件是一給定

3、類型的（邏輯）記錄的全部具體值的集合 文件用文件名稱標(biāo)識(shí) 文件根據(jù)記錄的組織方式和存取方法可以分為：順序文件、索引文件、直接文件和倒排文件等 2021/3/97數(shù)據(jù)組織分級(jí)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織分級(jí)數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是比文件更大的數(shù)據(jù)組織 數(shù)據(jù)庫是具有特定聯(lián)系的數(shù)據(jù)的集合，也可以看成是具有特定聯(lián)系的多種類型的記錄的集合 數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在 2021/3/98數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系 數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要體現(xiàn)在記錄與記錄之間的聯(lián)系 數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要有三種：一對(duì)一的聯(lián)系、一對(duì)多的聯(lián)系、多對(duì)多的聯(lián)系 2021/3/99地理名稱空間位置1：1省市1：N

4、市縣1：N縣鄉(xiāng)1：N老師班級(jí)M：N2021/3/910常用數(shù)據(jù)文件常用數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)組織既指數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的組織，又指數(shù)據(jù)在外存中的組織，文件組織是數(shù)據(jù)組織的一部分 文件組織則主要指數(shù)據(jù)記錄在外存設(shè)備上的組織，它由操作系統(tǒng)進(jìn)行管理 具體講在外存設(shè)備上如何安排數(shù)據(jù)和組織數(shù)據(jù)，以及實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)的訪問方式等問題 操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的文件組織方式，可以分為順序文件、索引文件、直接文件和倒排文件 2021/3/911常用數(shù)據(jù)文件順序文件常用數(shù)據(jù)文件順序文件 順序文件是最簡(jiǎn)單的文件組織形式，對(duì)記錄按照主關(guān)鍵字的順序進(jìn)行組織 當(dāng)主關(guān)鍵字是數(shù)字型時(shí)，以其數(shù)值的大小為序；若主關(guān)鍵字是文字型的，則以字母的排列為序 順序文件

5、的記錄，邏輯上是按主關(guān)鍵字排序的，而在物理存儲(chǔ)上可以有不同的方式，包括向量方式、鏈方式、塊鏈方式 順序查找、分塊查找、折半查找2021/3/912常用數(shù)據(jù)文件索引文件常用數(shù)據(jù)文件索引文件 索引文件除了存儲(chǔ)記錄本身（主文件）以外，還建立了若干索引表，這種帶有索引表的文件叫索引文件 索引表中列出記錄關(guān)鍵字和記錄在文件中的位置（地址）。讀取記錄時(shí)，只要提供記錄的關(guān)鍵字值，系統(tǒng)通過查找索引表獲得記錄的位置，然后取出該記錄 索引表一般都是經(jīng)過排序的，既可以是有順序的，也可以是非順序的，可以是單級(jí)索引，也可以是多級(jí)索引 2021/3/913常用數(shù)據(jù)文件倒排文件常用數(shù)據(jù)文件倒排文件 倒排文件是帶有輔索引的文

6、件，其中輔索引是按照一些輔關(guān)鍵字來組織索引的 倒排文件是一種多關(guān)鍵字的索引文件，其中的索引不能唯一標(biāo)識(shí)記錄，往往同一索引指向若干記錄 索引往往帶有一個(gè)指針表，指向所有該索引標(biāo)識(shí)的記錄，通過輔索引和主關(guān)鍵字才能查到記錄的位置2021/3/914常用數(shù)據(jù)文件直接文件常用數(shù)據(jù)文件直接文件 直接文件又稱隨機(jī)文件 其存儲(chǔ)是根據(jù)記錄關(guān)鍵字或多關(guān)鍵字的值，通過某種轉(zhuǎn)換方法得到一個(gè)物理存儲(chǔ)位置，然后把記錄存儲(chǔ)在該位置上 轉(zhuǎn)換方法是依靠某種算法進(jìn)行記錄關(guān)鍵字或多關(guān)鍵字到記錄存儲(chǔ)位置的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換方法通常使用哈希算法2021/3/9152.數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫的概念 數(shù)據(jù)庫的主要特征

7、 數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2021/3/916數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)庫的概念 數(shù)據(jù)庫是存儲(chǔ)在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄集合 數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)記錄間建立了1：1、1：N、M：N的聯(lián)系，使數(shù)據(jù)庫能反映現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體信息的聯(lián)系 數(shù)據(jù)庫直接表現(xiàn)形式是相關(guān)文件集合2021/3/917數(shù)據(jù)庫的主要特征數(shù)據(jù)庫的主要特征 數(shù)據(jù)集中控制：數(shù)據(jù)集中管理和數(shù)據(jù)間建立聯(lián)系 數(shù)據(jù)冗余度?。簻p少數(shù)據(jù)冗余和避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致 數(shù)據(jù)模型：高度概括 數(shù)據(jù)獨(dú)立：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序獨(dú)立 數(shù)據(jù)保護(hù)：安全性控制、完整性控制、并發(fā)控制、故障發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)2021/3/918數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分成三個(gè)層次：物理級(jí)、概念級(jí)和用戶級(jí) 物

8、理級(jí)：數(shù)據(jù)庫的物理表示，是物理設(shè)備上實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集合 概念級(jí)：數(shù)據(jù)庫的概念模型表示，是數(shù)據(jù)的邏輯定義和數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系 用戶級(jí)：數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用表示，是概念模型的子集集合2021/3/919數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS是操作數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng) DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的中心樞紐 DBMS功能：數(shù)據(jù)完整性控制、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組織、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)安全控制、數(shù)據(jù)故障與恢復(fù) DBMS組成：物理級(jí)描述程序、概念級(jí)描述程序和用戶級(jí)描述程序2021/3/9203.數(shù)據(jù)庫模型數(shù)據(jù)庫模型 數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)記錄之間聯(lián)系的工具，是衡量數(shù)據(jù)庫能力的主要標(biāo)志 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心問題是設(shè)計(jì)一個(gè)好

9、的數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型：層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系、面向?qū)ο?021/3/921數(shù)據(jù)模型示例圖數(shù)據(jù)模型示例圖 2 b 3 e M a c 5 f 1 d 42021/3/922層次模型層次模型 是以記錄類型為結(jié)點(diǎn)的有向樹 表示1：1和1：N的數(shù)據(jù)關(guān)系 難以顧及數(shù)據(jù)共享和實(shí)體間拓?fù)潢P(guān)系 數(shù)據(jù)冗余度增加2021/3/9232021/3/924網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型 是以記錄類型為結(jié)點(diǎn)的有向網(wǎng)絡(luò) 一個(gè)子結(jié)點(diǎn)可以有兩個(gè)或多個(gè)父結(jié)點(diǎn) 兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)間可以有多種聯(lián)系 表示1：1、1：N、M：N的數(shù)據(jù)關(guān)系 顧及數(shù)據(jù)共享和實(shí)體間拓?fù)潢P(guān)系 數(shù)據(jù)冗余度大大減少 數(shù)據(jù)間聯(lián)系難連接和維護(hù)2021/3/9252021/3/926關(guān)系模型關(guān)系

10、模型 關(guān)系模型是一種結(jié)構(gòu)化的數(shù)學(xué)模型 表示1：1、1：N、M：N的數(shù)據(jù)關(guān)系 它將數(shù)據(jù)間關(guān)系歸結(jié)為滿足一定條件的二維表 數(shù)據(jù)間關(guān)系不是用指針表示，而是由公共值表達(dá)，并且通過關(guān)系代數(shù)和關(guān)系運(yùn)算來操作 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易理解、容易維護(hù)2021/3/9272021/3/9282021/3/9294.空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)展歷史空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)展歷史 從技術(shù)層次上可把它劃分為四代，第一代數(shù)據(jù)庫就是所謂的文件系統(tǒng)；第二代就是基于層次、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫；第三代數(shù)據(jù)庫就是關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫；第四代數(shù)據(jù)庫就是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫 從體系結(jié)構(gòu)上可把它劃分為五種，第一種是非PC機(jī)多用戶數(shù)據(jù)庫；第二種是PC機(jī)數(shù)據(jù)庫；第三種是C

11、S數(shù)據(jù)庫；第四種是BS 或Web數(shù)據(jù)庫；第五種是網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫2021/3/9305.空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 空間數(shù)據(jù)庫特征 二元化空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 對(duì)象關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2021/3/931空間數(shù)據(jù)庫特征空間數(shù)據(jù)庫特征 多種數(shù)據(jù)類型特征（5D產(chǎn)品，矢量或柵格） 空間特征（空間位置、空間屬性、空間關(guān)系） 非結(jié)構(gòu)化特征（屬性定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、空間坐標(biāo)和空間關(guān)系變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)） 圖形圖像特征（結(jié)果可視化） 數(shù)據(jù)編碼特征（數(shù)據(jù)分類分級(jí)編碼） 海量數(shù)據(jù)特征2021/3/932二元化空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)二元化空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 定義：屬性數(shù)據(jù)用關(guān)系

12、數(shù)據(jù)庫管理，坐標(biāo)數(shù)據(jù)用文件管理，兩者間建立聯(lián)系 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理、速度較快 缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制性、數(shù)據(jù)恢復(fù)較差，沒有解決空間對(duì)象反向檢索問題2021/3/933全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 定義：屬性數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理 關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供了Binay（二進(jìn)制）字段，變長(zhǎng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用該字段管理 優(yōu)點(diǎn)：一體化管理，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制性、數(shù)據(jù)恢復(fù)較好 缺點(diǎn)：速度慢，沒有解決空間對(duì)象反向檢索問題2021/3/934對(duì)象關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對(duì)象關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 定義：關(guān)系數(shù)據(jù)庫推出了空間數(shù)據(jù)管理的模塊，定義

13、了操縱空間對(duì)象的API函數(shù)，屬性數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理 優(yōu)點(diǎn)：一體化管理，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制性、數(shù)據(jù)恢復(fù)較好，速度較快 缺點(diǎn)：部分解決空間對(duì)象反向檢索問題2021/3/935GIS廠商開發(fā)的空間數(shù)據(jù)管理模塊 ESRI : ARCSDE MapInfo: Spatialware關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)廠商直接開發(fā)的空間數(shù)據(jù)管理模塊 Oracle Spatial Informix Ingres DB22021/3/936面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 定義：能滿足上述所有需求 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型不成熟 沒有面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2021/3/93

14、76.數(shù)字地圖數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)數(shù)字地圖數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)2021/3/9382021/3/9392021/3/9402021/3/9417.空間數(shù)據(jù)組織空間數(shù)據(jù)組織 空間數(shù)據(jù)組織方式非常重要 圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)組織 圖庫管理2021/3/942圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)組織圖幅內(nèi)空間數(shù)據(jù)組織 工作區(qū)：通常將一幅圖或幾幅圖的范圍當(dāng)作一個(gè)工作區(qū) 工作層： 在工作區(qū)內(nèi)包含了各層地理空間數(shù)據(jù)，就是地理要素層 幾何層：將地理要素層劃分成點(diǎn)、線、面幾何類型 邏輯工作層：根據(jù)需要由工作層中不同的地理要素層臨時(shí)組成 邏輯幾何層：將幾何類型相同的地物組合在一起2021/3/943工作區(qū)水系交通居民地地貌植被.國道省道縣道鄉(xiāng)道村道點(diǎn)線面2

15、021/3/944圖庫管理圖庫管理 每個(gè)工作區(qū)形成一個(gè)獨(dú)立工作單元，多個(gè)工作區(qū)形成圖庫 圖庫管理就是建立圖幅索引，通過工作區(qū)的范圍建立二維空間索引 記錄每個(gè)工作區(qū)在圖庫中的空間索引，就可建立工作區(qū)與圖庫的關(guān)系2021/3/945W41W42W43W44W45W31W32W33W34W35W21W22W23W24W25W11W12W13W14W1510020030040050001002003004002021/3/946空間索引空間索引 為了加快數(shù)據(jù)庫查詢速度即矩形、橢圓、多邊形開窗，需要建立空間索引 建立空間索引方法：對(duì)象范圍索引、格網(wǎng)索引2021/3/947對(duì)象范圍索引對(duì)象范圍索引 記錄每

16、個(gè)空間對(duì)象最大最小坐標(biāo) 根據(jù)檢索窗口的最大最小坐標(biāo)，預(yù)先排除那些沒有落入檢索窗口的空間對(duì)象 對(duì)落入檢索窗口的空間對(duì)象進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算判斷 優(yōu)點(diǎn)：處理過程簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：需對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行判斷一次2021/3/948格網(wǎng)索引格網(wǎng)索引 將工作區(qū)按照一定規(guī)則劃分格網(wǎng) 對(duì)格網(wǎng)進(jìn)行一定規(guī)則編號(hào) 記錄每個(gè)格網(wǎng)所包含的空間目標(biāo) 計(jì)算檢索窗口覆蓋的格網(wǎng)號(hào)，就可將檢索窗口覆蓋的空間目標(biāo)檢索出來 優(yōu)點(diǎn)：按需檢索空間對(duì)象2021/3/9498.空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成 空間數(shù)據(jù)庫組成 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)組成 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成 系統(tǒng)功能組成2021/3/950數(shù)字可數(shù)字可量測(cè)影量測(cè)影像庫像庫數(shù)字地?cái)?shù)字地面高程面

17、高程模型庫模型庫數(shù)字矢數(shù)字矢量地圖量地圖庫庫數(shù)字柵數(shù)字柵格地圖格地圖庫庫數(shù)字正數(shù)字正射影像射影像庫庫空間數(shù)據(jù)庫組成空間數(shù)據(jù)庫組成空間數(shù)據(jù)庫組成2021/3/951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)庫管空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)理系統(tǒng)數(shù)字矢量地圖數(shù)字矢量地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)字可量測(cè)影數(shù)字可量測(cè)影像數(shù)據(jù)庫像數(shù)據(jù)庫數(shù)字正射影像數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)字地面高程數(shù)字地面高程模型數(shù)據(jù)庫模型數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)庫數(shù)字柵格地圖數(shù)字柵格地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫2021/3/952PC機(jī)服機(jī)服務(wù)器務(wù)器1PC機(jī)服機(jī)服務(wù)器務(wù)器2PC機(jī)服機(jī)服務(wù)器務(wù)器n工作站服工作站服務(wù)器務(wù)器小型機(jī)服小型機(jī)服務(wù)器務(wù)器客戶機(jī)客戶機(jī)1 客戶機(jī)客戶機(jī)nWeb服務(wù)服務(wù)器器瀏覽器瀏覽器1瀏覽器瀏覽器n n數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)2021/3/953量測(cè)影像庫量測(cè)影像庫地面高程庫地面高程庫矢量地圖庫矢量地圖庫柵格地圖庫柵格地圖庫正射影像庫正射影像庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫Web服務(wù)器服務(wù)器客戶端客戶端瀏覽器端瀏覽器端310310網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)防火墻防火墻路由器路由器企業(yè)級(jí)第三層高性能交換機(jī)企業(yè)級(jí)第三層高性能交換機(jī)部門級(jí)第三層交換機(jī)部門級(jí)第三層交換機(jī)部門級(jí)第三層交換機(jī)部門級(jí)第三層交換機(jī)網(wǎng)管工作站網(wǎng)管工作站部門級(jí)第三層交換機(jī)部門級(jí)第三層交換機(jī)部