大3下遙感第4講空間數(shù)據(jù)庫

第四講空間數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)庫不僅僅是為了保存數(shù)據(jù)，擴展人的記憶，而主要是為了幫助人們?nèi)ス芾砗涂刂婆c這些數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的事物。地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫就是一種專門化的數(shù)據(jù)庫，由于這類數(shù)據(jù)庫具有明顯的空間特征，所以有人把它稱為空間數(shù)據(jù)庫。定義：數(shù)據(jù)庫就是為了一定的目的，在計算機系統(tǒng)中以特定的結(jié)構(gòu)組織、存儲、管理和應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。計算機對數(shù)據(jù)的管理經(jīng)過了三個階段：程序管理階段、文件管理階段、數(shù)據(jù)庫管理階段§1空間數(shù)據(jù)庫的概念一、數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織方式★數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織一般可以分為四級：數(shù)據(jù)項、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)項：是可以定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、基本項、字段等。記錄：由若干相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項組成。文件：文件是一給定類型的(邏輯)記錄的全部具體值的集合。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。二、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)進行語義和邏輯上的定義；提供必須的空間數(shù)據(jù)查詢、檢索和存取功能；能夠空間數(shù)據(jù)進行有效的維護和更新的一套軟件系統(tǒng)。一般由專業(yè)GIS軟件提供三、空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)提供給用戶訪問和操作空間數(shù)據(jù)庫的用戶界面，是應(yīng)用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立的具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)用軟件。一般需要進行二次開發(fā)。§2

空間數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指數(shù)據(jù)的組織形式，在計算機存儲、管理和處理的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)模型：是描述實體及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，是空間數(shù)據(jù)庫建立的邏輯模型。兩者之間的關(guān)系：混合的交叉關(guān)系，并不一一對應(yīng)，世界多樣性，確定數(shù)據(jù)模型，確保實用性，（便于模型化、存儲、檢查和分析），它并不基于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型用三種模型（層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系）組織圖：數(shù)據(jù)模型★數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中關(guān)于數(shù)據(jù)和聯(lián)系的邏輯組織的形式表示。每一種數(shù)據(jù)模型都以不同的數(shù)據(jù)抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數(shù)據(jù)聯(lián)系的方式。數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域采用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，其中應(yīng)用最廣泛的是關(guān)系模型。數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。1、一對一的聯(lián)系(1：1)2、一對多的聯(lián)系(1：N)3、多對多的聯(lián)系(M：N)ABABABABAB層次數(shù)據(jù)庫模型ⅠⅡ123456abcdefgMMⅠⅡabcdefg12

23

34

4134

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56

64c它的特點是將數(shù)據(jù)組織成一對多關(guān)系的結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)采用關(guān)鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適

用于文獻目錄、土壤分類、部門機構(gòu)等分級數(shù)據(jù)的組

織。層次數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：

存取方便且速度快

結(jié)構(gòu)清晰，容易理解

數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴展容易實現(xiàn)

檢索關(guān)鍵屬性十分方便缺陷：

結(jié)構(gòu)呆板，缺乏靈活性

同一屬性數(shù)據(jù)要存儲多次，數(shù)據(jù)冗余大（如公共邊）

不適合于拓撲空間數(shù)據(jù)的組織網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型★網(wǎng)絡(luò)模型用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。系名化學(xué)系教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系系名地質(zhì)教師49數(shù) 學(xué)生257生數(shù) 研究71學(xué)校名稱水產(chǎn)大學(xué)海洋學(xué)院52300系名 教師數(shù) 學(xué)生數(shù) 研究生70系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù) 學(xué)生數(shù)學(xué)號姓名002312

張三年級3籍貫廣東系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù) 學(xué)生數(shù)教師號66姓名謝元禮年齡30職稱教授系名教師數(shù)學(xué)生數(shù)研究生系名教師數(shù) 學(xué)生數(shù)A01GIS4課程號 課程名 周學(xué)時 學(xué)分5系名教師數(shù)系名學(xué)號 課程號002312

A01abcd12345efⅠⅡM網(wǎng)狀模型結(jié)構(gòu)feba12Ⅰd3c

Ⅱ45M優(yōu)點：能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系數(shù)據(jù)冗余小缺陷：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲數(shù)據(jù)間聯(lián)系的指針，使得數(shù)據(jù)量增大數(shù)據(jù)的修改不方便（指針必須修改）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模型ⅠabcdⅡcefg地圖MⅠⅡ多邊形線Ⅰa12Ⅰb23Ⅰc34Ⅰd41Ⅱe35Ⅱf56Ⅱg641x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6點ⅠⅡ123456abcdefgM關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便于利用各種地理實體與屬性之間的關(guān)系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型優(yōu)點：結(jié)構(gòu)特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數(shù)學(xué)運算規(guī)則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便缺陷：數(shù)據(jù)庫大時，查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)費時對空間關(guān)系無法滿足關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型空間數(shù)據(jù)記錄是變長的（如點數(shù)的可變性），而一般的數(shù)據(jù)庫都只允許把記錄的長度設(shè)定為固定在存儲和維護空間數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系方面存在著嚴重缺陷一般都難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作不能支持復(fù)雜的圖形功能單個地理實體的表達需要多個文件、多條記錄，一般的DBMS也難以支持難以保證具有高度內(nèi)部聯(lián)系的GIS數(shù)據(jù)記錄需要的復(fù)雜的安全維護標準DBMS存儲空間數(shù)據(jù)的局限性不同的層以及同一層中不同圖形要素類型（點、線、面）,將產(chǎn)生不同的Shape文件，同時對每一個要素自動產(chǎn)生一個特征碼（FeatureID）。圖層i圖層j點文件i線文件i面文件i點文件j線文件j面文件jShape

文件二、傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據(jù)的局限：1、層次模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性層次模型反映了實體之間的層次關(guān)系，簡單、直觀，易于理解，并在一定程度上支持數(shù)據(jù)的重構(gòu)。用于GIS地理數(shù)據(jù)庫存在的主要問題是：很難描述復(fù)雜的地理實體之間的聯(lián)系，描述多對多的關(guān)系時導(dǎo)致物理存儲上的冗余；對任何對象的查詢都必須從層次結(jié)構(gòu)的根結(jié)點開始，低層次對象的查詢效率很低，很難進行反向查詢；數(shù)據(jù)獨立性較差，數(shù)據(jù)更新涉及許多指針，插入和刪除操作比較復(fù)雜，父結(jié)點的刪除意味著其下層所有子結(jié)點均被刪除；層次命令具有過程式性質(zhì)，要求用戶了解數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)操縱命令中顯式地給出數(shù)據(jù)的存取路徑；基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。2、網(wǎng)狀模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性網(wǎng)狀模型反映地理世界中常見的多對多關(guān)系，支持數(shù)據(jù)重構(gòu)，具有一定的數(shù)據(jù)獨立和數(shù)據(jù)共享特性，且運行效率較高。用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的主要問題如下：由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加了用戶查詢的定位困難，要求用戶熟悉數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，知道自己所處的位置；網(wǎng)狀數(shù)據(jù)操作命令具有過程式性質(zhì)，存在與層次模型相同的問題；不直接支持對于層次結(jié)構(gòu)的表達；基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎(chǔ)。3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性在GIS分析中，常常需要綜合運用實體之間的空間關(guān)系和屬性數(shù)據(jù)，要求GIS數(shù)據(jù)庫能對實體的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行綜合管理。找離火車站最近的汽車站？空間數(shù)據(jù)庫屬性為火車站的點空間計算距離最近的汽車站檢索所有屬性為

檢索汽車站的點GIS分析對屬性數(shù)據(jù)用通用RDBMS可以很好管理，但對于空間數(shù)據(jù)一般DBMS卻有局限，表現(xiàn)為：無法用遞歸和嵌套的方式來描述復(fù)雜關(guān)系的層次和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，模擬和操作復(fù)雜地理對象的能力較弱；用關(guān)系模型描述本身具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和涵義的地理對象時，需對地理實體進行不自然的分解，導(dǎo)致存儲模式、查詢途徑及操作等方面均顯得語義不甚合理；由于概念模式和存儲模式的相互獨立性，及實現(xiàn)關(guān)系之間的聯(lián)系需要執(zhí)行系統(tǒng)開銷較大的聯(lián)接操作，運行效率不夠高。3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性(續(xù)1)空間數(shù)據(jù)通常是變長的，而一般RDBMS只允許記錄的長度設(shè)定為固定長度，此外，通用DBMS難于存儲和維護空間數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系。一般RDBMS都難以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作。一般DBMS不能支持GIS需要的一些復(fù)雜圖形功能。一般RDBMS難以支持復(fù)雜的地理信息，因為單個地理實體的表達需要多個文件、多條記錄，包括大地網(wǎng)、特征坐標、拓撲關(guān)系、屬性數(shù)據(jù)和非空間專題屬性等方面信息。3、關(guān)系模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的局限性(續(xù)2)8）GIS管理的是具有高度內(nèi)部聯(lián)系的數(shù)據(jù)，為了保證地理數(shù)據(jù)庫的完整性，需要復(fù)雜的安全維護系統(tǒng)，而這些完整性約束條件必須與空間數(shù)據(jù)一起存儲，由地理數(shù)據(jù)庫來維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。否則，一條記錄的改變會導(dǎo)致錯誤、相互矛盾的數(shù)據(jù)存在，而一般RDBMS難以實現(xiàn)這一功能。三、面向?qū)ο竽Ｐ停ㄒ唬┗靖拍?/p>

1、對象：含有數(shù)據(jù)和操作方法的獨立模塊，可以認為是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。如一個城市、一棵樹均可作為地理對象?！ぞ哂幸粋€唯一的標識，以表明其存在的獨立性；·具有一組描述特征的屬性，以表明其在某一時刻的狀態(tài)——靜態(tài)屬性—數(shù)據(jù)；·具有一組表示行為的操作方法，用以改變對象的狀態(tài)。--作用、功能—函數(shù)、方法。對象的劃分：根據(jù)對象的共性，及對它的研究目的來劃分，與具體的目的、性質(zhì)相聯(lián)系，不同的目的就會有不同劃分。劃分原則：找共同點，所有具有共性的系統(tǒng)成份就可為一種對象。地理對象屬性—數(shù)據(jù)行為—方法2、類：共享同一屬性和方法集的所有對象的集合構(gòu)成類。如河流均具有共性，如名稱、長度、流域面積等，以及相同的操作方法，如查詢、計算長度、求流域面積等，因而可抽象為河流類。3、實例被抽象的對象，類的一個具體對象，稱為，如長江、黃河等。真正抽象的河流不存在，只存在河流的例子。類是抽象的對象，是實例的組合，類、實例是相對的，類和實例的關(guān)系為上下層關(guān)系。類---申請實例---成為具體對象。4、消息：對象之間的請求和協(xié)作。（并不獨立存在）對象之間的關(guān)系，如鼠標點，就是消息，點某按紐，就是對按紐提出請求。類實例1實例2對象1對象2請求和協(xié)作消息(二)面向?qū)ο蟮奶匦?、抽象：是對現(xiàn)實世界的簡明表示。形成對象的關(guān)鍵是抽象，對象是抽象思維的結(jié)果。2、封裝：一般講，包起來，將方法與數(shù)據(jù)放于一對象中，以使對數(shù)據(jù)的操作只可通過該對象本身的方法來進行。在這，指把對象的狀態(tài)及其操作集成化，使之不受外界影響。3、多態(tài)：是指同一消息被不同對象接收時，可解釋為不同的含義。同一消息，對不同對象，功能不同。功能重載->多態(tài)，簡化消息，但功能不減?，F(xiàn)實世界抽象對象1對象n對象2圖元類CLineCCircledraw()draw(p1,r)draw(p1,p2)LineCircle（三）四種核心技術(shù)1、分類分類是把一組具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的對象歸納或映射為一個公共類的過程。如城鎮(zhèn)建筑可分為行政區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、文化區(qū)等若干個類。2、概括將相同特征和操作的類再抽象為一個更高層次、更具一般性的超類的過程。子類是超類的一個特例。一個類可能是超類的子類，也可是幾個子類的超類。所以，概括可能有任意多層次。概括技術(shù)避免了說明和存儲上的大量冗余。這需要一種能自動地從超類的屬性和操作中獲取子類對象的屬性和操作的機制，即繼承機制。3、聚集聚集是把幾個不同性質(zhì)類的對象組合成一個更高級的復(fù)合對象的過程。4、聯(lián)合相似對象抽象組合為集合對象。其操作是成員對象的操作集合。（四）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的核心工具1、繼承：一類對象可繼承另一類對象的特性和能力，子類繼承父類的共性，繼承不僅可以把父類的特征傳給中間子類，還可以向下傳給中間子類的子類。它服務(wù)于概括。繼承機制減少代碼冗余，減少相互間的接口和界面。1）單重繼承、多重繼承；全部繼承、部分繼承；取代繼承、包含繼承2）狀態(tài)繼承（數(shù)據(jù)）子類繼承父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，子類還可定義自己新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。子類任意使用父類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有可能破壞封裝，若只能通過發(fā)送消息來使用父類的域，又可能失去有效性，具體辦法：公有域：類可操作，實例也可操作。私有域：只有類本身使用，用戶不得訪問。保護域：子類可使用，繼承使用，實例不能使用。父類子類數(shù)據(jù)函數(shù)實例公有域私有域保護域：3）功能的繼承：子類繼承父類的功能，但子類的功能要發(fā)生一些變化，功能函數(shù)重新定義，為使消息名簡化，可讓功能函數(shù)同名，但參數(shù)不一樣，用子類功能取代父類功能函數(shù)。功能重載，功能函數(shù)名相同，但參數(shù)不一樣。調(diào)用功能時，函數(shù)名及其參數(shù)共同決定，具體的功能，有了功能重載，對象就體現(xiàn)出多態(tài)性。多態(tài)：同一個消息可根據(jù)發(fā)送消息對象的不同采用多種不同的行為方式，同一個消息對不同對象，功能不一。如鼠標，在不同按鈕按，其功能不一樣。4)

繼承與封裝關(guān)系繼承：父類特性子類繼承，不可封裝，封裝，與外界隔離，表面是矛盾，實際上沒有沖突，這正是OOP的優(yōu)越。繼承：一段代碼使用，封裝的代碼重用，靜態(tài)共享代碼。封裝：一段代碼的集成、重用的組織方式，動態(tài)共享代碼父類子類1子類2類1類2消息實例創(chuàng)建方法2、傳播傳播與繼承是一對。復(fù)雜對象的某些屬性值不單獨存于數(shù)據(jù)庫中，而由子對象派生或提取，將子（成員）對象的屬性信息強制地傳播給綜合復(fù)雜對象。成員對象的屬性只存儲一次，保證數(shù)據(jù)一致性和減少冗余。如武漢市總?cè)丝?，由存儲在各成員對象中的各區(qū)人口總和。3、繼承與傳播（區(qū)別）繼承服務(wù)于概括，傳播作用于聯(lián)合和聚集；繼承是從上層到下層，應(yīng)用于類，而傳播是自下而上，直接作用于對象；繼承包括屬性和操作，而傳播一般僅涉及屬性；繼承是一種信息隱含機制，只要說明子類與父類的關(guān)系，則父類的特征一般能自動傳給它的子類，而傳播是一種強制性工具，需要在復(fù)合對象中顯式定義它的每個成員對象，并說明它需要傳播哪些屬性值。四、GIS空間數(shù)據(jù)庫類型缺點：程序依賴于數(shù)據(jù)文件的存儲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)文件修改時，應(yīng)用程序也隨之改變。以文件形式共享，當多個程序共享一數(shù)據(jù)文件時，文件的修改，需得到所有應(yīng)用的許可。不能達到真正的共享，即數(shù)據(jù)項、記錄項的共享。GIS應(yīng)用1空間、屬性數(shù)據(jù)文件1GIS應(yīng)用2空間、屬性數(shù)據(jù)文件2空間、屬性數(shù)據(jù)文件31、基于文件管理的方式2、文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理系統(tǒng)—雙元模型GIS應(yīng)用軟件Arc/Info圖形用戶界面ArcEdit屬性用戶界面Tables圖形數(shù)據(jù)文件庫屬性數(shù)據(jù)庫圖形處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)oid除oid作為連接關(guān)鍵字以外，幾乎是兩者獨立地組織、管理和檢索。屬性數(shù)據(jù)oid圖形數(shù)據(jù)1)

圖形與屬性結(jié)合的各自分開處理模式--------早期系統(tǒng):圖形處理的用戶界面和屬性的用戶界面是分開的，它們只是通過一個內(nèi)部碼連接。通常要同時啟動兩個系統(tǒng)，甚至兩個系統(tǒng)來回切換，不方便。幾何圖形:圖形用戶界面與圖形文件處理是一體的，中間沒有裂縫。屬性數(shù)據(jù)，則因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異。2)圖形與屬性結(jié)合的混合處理模式用戶界面C語言C或ODBC圖形處理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)文件庫屬性數(shù)據(jù)庫GIS通過DBMS提供的高級編程語言C或Fortran等接口，在C語言的環(huán)境下，直接操縱屬性數(shù)據(jù)，查詢屬性數(shù)據(jù)庫，并在

GIS的用戶界面下，顯示查詢結(jié)果。在ODBC(OpenDataBaseConnectivity,開放式數(shù)據(jù)庫互連)推出后，GIS軟件商只需開發(fā)GIS與ODBC的接口軟件，就可將屬

性數(shù)據(jù)與任何一個支持ODBC的RDBMS連接。這樣用戶可在一個界面下處理圖形和屬性數(shù)據(jù)。采用文件與RDBMS的混合管理模式中文件管理系統(tǒng)的功能較弱，特別是在數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能。因而GIS軟件商需要尋找能同時管理圖形和屬性數(shù)據(jù)的商用DBMS。3、全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)—分層模型GIS軟件商在標準DBMS頂層開發(fā)一個能容納、管理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)功能。GIS應(yīng)用擴展DBMS以容納空間數(shù)據(jù)商用DBMS空間和屬性數(shù)據(jù)庫代表軟件System

9,GeoView等用RDBMS管理圖形數(shù)據(jù)有兩種模式：a、基于關(guān)系模型的方式，圖形數(shù)據(jù)按關(guān)系數(shù)據(jù)模型組織。由于涉及一系列關(guān)系連接運算，費時。

例如b、將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成Binary

Block字段（多媒體或變長文本）。省去大量關(guān)系連接操作，但BinaryBlock的讀寫效率比定長的屬性字段慢得多，特別涉及對象的嵌套時，更慢。4、對象--關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系模型組織圖形數(shù)據(jù)要找出組成多邊形的采樣點坐標，涉及多個關(guān)系表，作多次連接投影運算。多邊形編號邊號邊長P1aP1bP1cP1dP1P2邊號起結(jié)點號終結(jié)點號a17b21…結(jié)點號xy1..…2………CNE4、對象--關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS軟件商在RDBMS中進行擴展，使之能直接存儲和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)，如Informix和Oracle等都推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了操縱點、線、面、圓等空間對象的ＡＰＩ函數(shù)。主要解決空間數(shù)據(jù)的變長記錄的管理，效率

比二進制塊的管理高得多，但仍沒有解決對象的

嵌套問題，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能由用戶定義，用戶

不能根據(jù)ＧＩＳ要求再定義，使用上受一定限制。GIS應(yīng)用空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊商用DBMS空間和屬性數(shù)據(jù)庫5、面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)5、面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的含義為了有效地描述復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，需要在更高層次上綜合利用和管理多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，并用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM行統(tǒng)一的抽象。這就是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的含義，其具體實現(xiàn)就是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m合于空間數(shù)據(jù)的表達和管理，它不僅支持變長記錄，且支持對象的嵌套，信息的繼承和聚集。允許用戶定義對象和對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及它的操作?？梢詫⒖臻g對象根據(jù)

ＧＩＳ需要，定義合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一組操作。這種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以帶和不帶拓撲，當帶拓撲時，涉及對象的嵌套、對象的連接和對象與信息聚集。面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的核心是對復(fù)雜對象的模擬和操縱。2）復(fù)雜對象及特點指具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和操作的對象。復(fù)雜對象可以由多種關(guān)系聚合抽象而成，或由不同類型的對象構(gòu)成，或具有復(fù)雜的嵌套關(guān)系等。復(fù)雜對象的特點可歸結(jié)為：一個復(fù)雜對象由多個成員對象構(gòu)成，每個成員對象又可參與其它對象的構(gòu)成；具有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如矢量、柵格、關(guān)系表等；c）一個復(fù)雜對象的不同部分可由不同的數(shù)據(jù)模型所支持，也就是說，可以分布于不同的數(shù)據(jù)庫中。3）面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型從幾何方面劃分，GIS的各種地物對象為點、線、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物。每一種幾何地物又可能由一些更簡單的幾何圖形元素構(gòu)成?？臻g地物復(fù)雜地物簡單地物面域弧段節(jié)點面狀地物線狀地物點狀地物一個面狀地物是由邊界弧段和中間面域組成，弧段又涉及到節(jié)點和中間點坐標?；蛘哒f，節(jié)點的坐標傳播給弧段，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物聚集或聯(lián)合組成復(fù)雜地物。4）拓撲關(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ蛯⒚織l弧段的兩個端點（通過它們與另外的弧段公用）抽象出來，建立單獨的節(jié)點對象類型，而在弧段的數(shù)據(jù)文件中，設(shè)立兩個節(jié)點子對象標識號，即用“傳播”的工具提取節(jié)點文件的信息。面標識弧段標識……弧段標識起節(jié)點終節(jié)點中間點串…………節(jié)點標識XYZ…………面域文件弧段文件節(jié)點文件拓撲關(guān)系與數(shù)據(jù)共享這一模型既解決了數(shù)據(jù)共享問題，又建立了弧段與節(jié)點的拓撲關(guān)系。同樣，面狀地物對弧段的聚集方式與數(shù)據(jù)共享和幾何拓撲關(guān)系的建立也達到一致。5）面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含RDBMS的功能基礎(chǔ)上，增加面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的封裝、繼承和信息傳播等功能。耕地園地林地居民地牧草地未用地交通用地水域GIS城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點工礦地控制點電力設(shè)施公園街道建筑物操作：查詢刪除 插入屬性：標識碼區(qū)號街道號建筑日期房主等：職員庫操作屬性職員編號姓名工資飯店設(shè)施庫操作屬性房間床位工廠醫(yī)院學(xué)校居民住宅飯店商店郵局銀行6)

面向?qū)ο蟮乩頂?shù)據(jù)模型的特點a)

可充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點。b)具有可擴充性。由于對象是相對獨立的，因此可以很自然和容易地增加新的對象，并且對不同類型的對象具有統(tǒng)一的管理機制。c)可以模擬和操縱復(fù)雜對象。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型是面向簡單對象的，無法直接模擬和操縱復(fù)雜實體，而面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型具備對復(fù)雜對象進行模擬和操縱的能力。在GIS中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型時，對象的確定還沒有統(tǒng)一的標準，但是，對象的建立應(yīng)符合人們對客觀世界的理解，并且要完整地表達各種地理對象，及它們之間的相互關(guān)系。7）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)永久性、外存管理、數(shù)據(jù)共享（并發(fā)）、數(shù)據(jù)可靠性（事務(wù)管理和恢復(fù)）、即席查詢工具和模式修改類/類型、封裝性/數(shù)據(jù)抽象、繼承性、多態(tài)性/滯后聯(lián)編、計算完備性、對象標識、復(fù)雜對象和可擴充性動態(tài)聯(lián)編:為了實現(xiàn)多態(tài)，系統(tǒng)不能在編譯時就把操作名聯(lián)編到程序上，而要等到運行時才進行解釋。8）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢縮小了語義差距減輕了“阻抗失配”問題傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用往往表現(xiàn)為把數(shù)據(jù)庫語句嵌入某種具有計算完備性的程序設(shè)計語言中，由于數(shù)據(jù)庫語言和程序設(shè)計語言的類型系統(tǒng)和計算模型往往不同，所以這種結(jié)合是不自然的，這個現(xiàn)象被稱為“阻抗失配”。在OODB中，把需要程序設(shè)計語言編寫的操作都封裝在對象的內(nèi)部，從本質(zhì)上講，OODB的問題求解過程只需要表現(xiàn)為一個消息表達式的集合。適應(yīng)非傳統(tǒng)應(yīng)用的需要這種適應(yīng)性主要表現(xiàn)在能夠定義和操縱復(fù)雜對象，具備引用共享和并發(fā)共享機制以及靈活的事務(wù)模型，支持大量對象的存儲和獲取等等。B2B1AAB1B2B1B2A當前已推出了若干OODBMS如O2等，也出現(xiàn)一個基于OODBMS的ＧＩＳ，但由于OODBMS價格昂貴且技術(shù)還不成熟，目前在ＧＩＳ領(lǐng)域不太通用?；趯ο蟆P(guān)系的SDBMS將可能成為GIS空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展的主流。§3空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是指在現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立空間數(shù)據(jù)庫的整個過程?，F(xiàn)實世界地理實體數(shù)據(jù)層設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計需求分析數(shù)據(jù)字典設(shè)計一、需求分析需求分析是整個空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立的基礎(chǔ)，主要進行以下工作：1、調(diào)查用戶需求：了解用戶特點和要求，取得設(shè)計者與用戶對需求的一致看法。2、需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求(信息內(nèi)容、特征、需要存儲的數(shù)據(jù))、信息加工處理要求(如響應(yīng)時間)、完整性與安全性要求等。3、編制用戶需求說明書：包括需求分析的目標、任務(wù)、具體需求說明、系統(tǒng)功能與性能、運行環(huán)境等，是需求分析的最終成果。在需求分析階段完成：數(shù)據(jù)源的選擇和對各種數(shù)據(jù)集的評價（一般、空間、屬性評價）。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)實世界地理實體邏輯模型物理模型概念模型需求分析指空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)果是得到一個合理的空間數(shù)據(jù)模型，是空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的實質(zhì)是將地理空間實體以一定的組織形式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達的過程，也就是地理信息系統(tǒng)中空間實體的模型化問題。三、數(shù)據(jù)層設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計1、概念模型市區(qū)要素空間實體空間實體屬性空間實體關(guān)系邊線是通過對錯綜復(fù)雜的現(xiàn)實世界的認識與抽象，最終形成空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用系統(tǒng)所需的模型。表示概念模型最有力的工具是E—R模型，即實體—聯(lián)系模型，包括實體、聯(lián)系和屬性三個基本成分。用它來描述現(xiàn)實地理世界，不必考慮信息的存儲結(jié)構(gòu)、存取路徑及存取效率等與計算機有關(guān)的問題，比一般的數(shù)據(jù)模型更接近于現(xiàn)實地理世界，具有直觀、自然、語義較豐富等特點，在地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。走向街道路面質(zhì)量所屬路段所屬街道長度等1組成mE_R模型2、邏輯模型邏輯模型的設(shè)計是將概念模型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為具體DBMS可處理的地理數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)(或外模式)，包括確定數(shù)據(jù)項、記錄及記錄間的聯(lián)系、安全性、完整性和一致性約束等。從E—R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的主要過程為：①確定各實體的主關(guān)鍵字；②確定并寫出實體內(nèi)部屬性之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表達式（函數(shù)依賴關(guān)系），即某一數(shù)據(jù)項決定另外的數(shù)據(jù)項；③把經(jīng)過消冗處理（規(guī)范化處理）的數(shù)據(jù)關(guān)系表達式中的實體作為相應(yīng)的主關(guān)鍵字；④根據(jù)②、③形成新的關(guān)系。⑤完成轉(zhuǎn)換后，進行分析、評價和優(yōu)化。3、物理設(shè)計是指有效地將空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)在物理存儲器上實現(xiàn)，確定數(shù)據(jù)在介質(zhì)上的物理存儲結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是導(dǎo)出地理數(shù)據(jù)庫的存儲模式(內(nèi)模式)。主要內(nèi)容包括確定記錄存儲格式，選擇文件存儲結(jié)構(gòu)，決定存取路徑，分配存儲空間。物理設(shè)計的好壞將對地理數(shù)據(jù)庫的性能影響很大，一個好的物理存儲結(jié)構(gòu)必須滿足兩個條件：一是地理數(shù)據(jù)占有較小的存儲空間；二是對數(shù)據(jù)庫的操作具有盡可能高的處理速度。在完成物理設(shè)計后，要進行性能分析和測試。物理設(shè)計在很大程度上與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有關(guān)。設(shè)計中應(yīng)根據(jù)需要，選用系統(tǒng)所提供的功能。三、數(shù)據(jù)層設(shè)計GIS的數(shù)據(jù)可以按照空間數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系或?qū)I(yè)屬性分為各種邏輯數(shù)據(jù)層或?qū)I(yè)數(shù)據(jù)層，原理上類似于圖片的疊置。例如，地形圖數(shù)據(jù)可分為地貌、水系、道路、植被、控制點、居民地等諸層分別存貯。將各層疊加起來就合成了地形圖的數(shù)據(jù)。在進行空間分析、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示時，往往只需要若干相應(yīng)圖層的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層的設(shè)計一般是按照數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容和類型進行的。數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容的類型通常是數(shù)據(jù)分層的主要依