GIS課程(第三章空間數(shù)據庫).ppt

,第三章空間數(shù)據庫,3-3空間數(shù)據庫的設計,3-1空間數(shù)據庫的概念,第三章空間數(shù)據庫,一、空間數(shù)據庫,1、定義：是地理信息系統(tǒng)在計算機物理存儲介質上存儲和應用的相關的地理空間數(shù)據的總合。,空間數(shù)據庫是空間數(shù)據庫系統(tǒng)的簡稱。,3、空間數(shù)據庫的特點,3-1空間數(shù)據庫的概念,第三章空間數(shù)據庫,1）數(shù)據量特別大；2）數(shù)據種類多，復雜；3）數(shù)據應用面相當廣。,在建立地理空間數(shù)據庫時，一方面應遵循和應用通用的數(shù)據庫的原理和方法；另一方面又必須采取一些特殊的技術和方法來解決其他數(shù)據庫所沒有的問題。,2、空間數(shù)據特征:1）空間特征：一般需要建立空間索引。2）非結構化特征：結構化的，即滿足第一范式:每條記錄定長，且數(shù)據項是原子數(shù)據.而空間數(shù)據數(shù)據項變長，對象包含一個或多個對象，需要嵌套記錄。3）空間關系特征：拓撲數(shù)據給空間數(shù)據的一致性和完整性維護增加了復雜性。4）分類編碼特征：一種地物類型對應一個屬性數(shù)據表文件。多種地物類型共用一個屬性數(shù)據表文件。5）海量數(shù)據特征。,二、空間數(shù)據庫管理系統(tǒng),3-1空間數(shù)據庫的概念,第三章空間數(shù)據庫,是指能夠對物理介質上存儲的地理空間數(shù)據進行語義和邏輯上的定義；提供必須的空間數(shù)據查詢、檢索和存取功能；能夠空間數(shù)據進行有效的維護和更新的一套軟件系統(tǒng)。,三、空間數(shù)據庫應用系統(tǒng),提供給用戶訪問和操作空間數(shù)據庫的用戶界面，是應用戶數(shù)據處理需求而建立的具有數(shù)據庫訪問功能的應用軟件。一般需要進行二次開發(fā)。,一般由專業(yè)GIS軟件提供,返回,一、傳統(tǒng)數(shù)據模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,數(shù)據結構：是指數(shù)據的組織形式，在計算機存儲、管理和處理的數(shù)據邏輯結構。數(shù)據模型：是描述實體及其相互關系的數(shù)學描述，是空間數(shù)據庫建立的邏輯模型。兩者之間的關系：混合的交叉關系，并不一一對應，世界多樣性，確定數(shù)據模型，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)據結構。,自學：用三種模型（層次、網絡、關系）組織圖：,返回,p1,p2,二、傳統(tǒng)模型存儲空間數(shù)據的局限：,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,1、層次模型用于GIS地理數(shù)據庫的局限性層次模型反映了實體之間的層次關系，簡單、直觀，易于理解，并在一定程度上支持數(shù)據的重構。用于GIS地理數(shù)據庫存在的主要問題是：1）很難描述復雜的地理實體之間的聯(lián)系，描述多對多的關系時導致物理存儲上的冗余；2）對任何對象的查詢都必須從層次結構的根結點開始，低層次對象的查詢效率很低，很難進行反向查詢；3）數(shù)據獨立性較差，數(shù)據更新涉及許多指針，插入和刪除操作比較復雜，父結點的刪除意味著其下層所有子結點均被刪除；4）層次命令具有過程式性質，要求用戶了解數(shù)據的物理結構，并在數(shù)據操縱命令中顯式地給出數(shù)據的存取路徑；5）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎。,2、網狀模型用于GIS地理數(shù)據庫的局限性,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,網狀模型反映地理世界中常見的多對多關系，支持數(shù)據重構，具有一定的數(shù)據獨立和數(shù)據共享特性，且運行效率較高。用于GIS地理數(shù)據庫的主要問題如下：1）由于網狀結構的復雜性，增加了用戶查詢的定位困難，要求用戶熟悉數(shù)據的邏輯結構，知道自己所處的位置；2）網狀數(shù)據操作命令具有過程式性質，存在與層次模型相同的問題；3）不直接支持對于層次結構的表達；4）基本不具備演繹功能和操作代數(shù)基礎。,3、關系模型用于GIS地理數(shù)據庫的局限性,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,在GIS分析中，常常需要綜合運用實體之間的空間關系和屬性數(shù)據，要求GIS數(shù)據庫能對實體的屬性數(shù)據和空間數(shù)據進行綜合管理。,找離火車站最近的汽車站？,空間數(shù)據庫,空間計算,距離最近的汽車站,檢索,檢索,GIS分析,對屬性數(shù)據用通用RDBMS可以很好管理，但對于空間數(shù)據一般DBMS卻有局限，表現(xiàn)為：1）無法用遞歸和嵌套的方式來描述復雜關系的層次和網狀結構，模擬和操作復雜地理對象的能力較弱；2）用關系模型描述本身具有復雜結構和涵義的地理對象時，需對地理實體進行不自然的分解，導致存儲模式、查詢途徑及操作等方面均顯得語義不甚合理；3）由于概念模式和存儲模式的相互獨立性，及實現(xiàn)關系之間的聯(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、關系模型用于GIS地理數(shù)據庫的局限性(續(xù)1),3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,4）空間數(shù)據通常是變長的，而一般RDBMS只允許記錄的長度設定為固定長度，此外，通用DBMS難于存儲和維護空間數(shù)據的拓撲關系。5）一般RDBMS都難以實現(xiàn)對空間數(shù)據的關聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作。6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些復雜圖形功能。7）一般RDBMS難以支持復雜的地理信息，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、特征坐標、拓撲關系、屬性數(shù)據和非空間專題屬性等方面信息。,3、關系模型用于GIS地理數(shù)據庫的局限性(續(xù)2),3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,8）GIS管理的是具有高度內部聯(lián)系的數(shù)據，為了保證地理數(shù)據庫的完整性，需要復雜的安全維護系統(tǒng)，而這些完整性約束條件必須與空間數(shù)據一起存儲，由地理數(shù)據庫來維護系統(tǒng)數(shù)據的完整性。否則，一條記錄的改變會導致錯誤、相互矛盾的數(shù)據存在，而一般RDBMS難以實現(xiàn)這一功能。,返回,三、面向對象模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,（一）基本概念1、對象：含有數(shù)據和操作方法的獨立模塊，可以認為是數(shù)據和行為的統(tǒng)一體。如一個城市、一棵樹均可作為地理對象。具有一個唯一的標識，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；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：根據對象的共性，及對它的研究目的來劃分，與具體的目的、性質相聯(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。,2、類：,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,共享同一屬性和方法集的所有對象的集合構成類。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，類和實例的關系為上下層關系。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)面向對象的特性,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,1、抽象：是對現(xiàn)實世界的簡明表示。形成對象的關鍵是抽象，對象是抽象思維的結果。2、封裝：一般講，包起來，將方法與數(shù)據放于一對象中，以使對數(shù)據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。,現(xiàn)實世界,抽象,對象1,對象n,對象2,圖元類,CLine,CCircle,draw(),draw(p1,r),draw(p1,p2),Line,Circle,（三）四種核心技術,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,1、分類分類是把一組具有相同屬性結構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類的對象組合成一個更高級的復合對象的過程。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）面向對象數(shù)據模型的核心工具,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,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）,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,子類繼承父類的數(shù)據結構，子類還可定義自己新的數(shù)據結構。子類任意使用父類的數(shù)據結構，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,函數(shù),實例,公有域,私有域,保護域：,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,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,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,傳播與繼承是一對。復雜對象的某些屬性值不單獨存于數(shù)據庫中，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雜對象。成員對象的屬性只存儲一次，保證數(shù)據一致性和減少冗余。如武漢市總人口，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）1）繼承服務于概括，傳播作用于聯(lián)合和聚集；2）繼承是從上層到下層，應用于類，而傳播是自下而上，直接作用于對象；3）繼承包括屬性和操作，而傳播一般僅涉及屬性；4）繼承是一種信息隱含機制，只要說明子類與父類的關系，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)據庫類型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,缺點：1）程序依賴于數(shù)據文件的存儲結構，數(shù)據文件修改時，應用程序也隨之改變。2）以文件形式共享，當多個程序共享一數(shù)據文件時，文件的修改，需得到所有應用的許可。不能達到真正的共享，即數(shù)據項、記錄項的共享。,GIS應用1,空間、屬性數(shù)據文件1,GIS應用2,空間、屬性數(shù)據文件2,空間、屬性數(shù)據文件3,1、基于文件管理的方式,2、文件與關系數(shù)據庫混合管理系統(tǒng)雙元模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,除oid作為連接關鍵字以外，幾乎是兩者獨立地組織、管理和檢索。,1)圖形與屬性結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，則因系統(tǒng)和歷史發(fā)展而異。,2)圖形與屬性結合的混合處理模式,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,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，查詢屬性數(shù)據庫，并在GIS的用戶界面下，顯示查詢結果。在ODBC(OpenDataBaseConnectivity,開放式數(shù)據庫互連)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。,用戶界面,C語言,C或ODBC,圖形處理,數(shù)據庫管理系統(tǒng),圖形數(shù)據文件庫,屬性數(shù)據庫,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)據的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據損壞后的恢復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)據的商用DBMS。,3、全關系型空間數(shù)據庫管理系統(tǒng)分層模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,GIS軟件商在標準DBMS頂層開發(fā)一個能容納、管理空間數(shù)據的系統(tǒng)功能。,代表軟件System9,GeoView等,用RDBMS管理圖形數(shù)據有兩種模式：a、基于關系模型的方式，圖形數(shù)據按關系數(shù)據模型組織。由于涉及一系列關系連接運算，費時。例如b、將圖形數(shù)據的變長部分處理成BinaryBlock字段（多媒體或變長文本）。省去大量關系連接操作，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-關系數(shù)據庫管理系統(tǒng),關系模型組織圖形數(shù)據,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,要找出組成多邊形的采樣點坐標，涉及多個關系表，作多次連接投影運算。,P1,P2,C,N,E,返回,4、對象-關系數(shù)據庫管理系統(tǒng),3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,DBMS軟件商在RDBMS中進行擴展，使之能直接存儲和管理非結構化的空間數(shù)據，如Informix和Oracle等都推出了空間數(shù)據管理的專用模塊，定義了操縱點、線、面、圓等空間對象的函數(shù)。主要解決空間數(shù)據的變長記錄的管理，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)據結構不能由用戶定義，用戶不能根據要求再定義，使用上受一定限制。,GIS應用,空間數(shù)據管理的專用模塊,商用DBMS,空間和屬性數(shù)據庫,5、面向對象空間數(shù)據庫管理系統(tǒng),5、面向對象空間數(shù)據庫管理系統(tǒng),3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,1）面向對象數(shù)據模型的含義為了有效地描述復雜的事物或現(xiàn)象，需要在更高層次上綜合利用和管理多種數(shù)據結構和數(shù)據模型，并用面向對象的方法進行統(tǒng)一的抽象。這就是面向對象數(shù)據模型的含義，其具體實現(xiàn)就是面向對象的數(shù)據結構。,面向對象模型最適合于空間數(shù)據的表達和管理，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)據結構及它的操作。可以將空間對象根據需要，定義合適的數(shù)據結構和一組操作。這種空間數(shù)據結構可以帶和不帶拓撲，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。面向對象的地理數(shù)據模型的核心是對復雜對象的模擬和操縱。,2）復雜對象及特點,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,指具有復雜結構和操作的對象。復雜對象可以由多種關系聚合抽象而成，或由不同類型的對象構成，或具有復雜的嵌套關系等。復雜對象的特點可歸結為：a)一個復雜對象由多個成員對象構成，每個成員對象又可參與其它對象的構成；b)具有多種數(shù)據結構，如矢量、柵格、關系表等；c）一個復雜對象的不同部分可由不同的數(shù)據模型所支持，也就是說，可以分布于不同的數(shù)據庫中。,返回,3）面向對象的幾何數(shù)據模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,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成。,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)合組成復雜地物。,4）拓撲關系與面向對象模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,將每條弧段的兩個端點（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)據文件中，設立兩個節(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。,面域文件,弧段文件,節(jié)點文件,拓撲關系與數(shù)據共享,這一模型既解決了數(shù)據共享問題，又建立了弧段與節(jié)點的拓撲關系。同樣，面狀地物對弧段的聚集方式與數(shù)據共享和幾何拓撲關系的建立也達到一致。,5）面向對象的屬性數(shù)據模型,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,面向對象數(shù)據模型是在包含RDBMS的功能基礎上，增加面向對象數(shù)據模型的封裝、繼承和信息傳播等功能。,6)面向對象地理數(shù)據模型的特點,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,可充分利用現(xiàn)有數(shù)據模型的優(yōu)點。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)可以模擬和操縱復雜對象。傳統(tǒng)的數(shù)據模型是面向簡單對象的，無法直接模擬和操縱復雜實體，而面向對象的數(shù)據模型具備對復雜對象進行模擬和操縱的能力。,在GIS中建立面向對象的數(shù)據模型時，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系。,7）面向對象數(shù)據庫系統(tǒng)的基本概念,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,數(shù)據庫管理系統(tǒng),面向對象的系統(tǒng),永久性、外存管理、數(shù)據共享（并發(fā)）、數(shù)據可靠性（事務管理和恢復）、即席查詢工具和模式修改,類/類型、封裝性/數(shù)據抽象、繼承性、多態(tài)性/滯后聯(lián)編、計算完備性、對象標識、復雜對象和可擴充性,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）面向對象數(shù)據庫系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢,3-2空間數(shù)據模型,第三章空間數(shù)據庫,（1）縮小了語義差距（2）減輕了“阻抗失配”問題傳統(tǒng)數(shù)據庫應用往往表現(xiàn)為把數(shù)據庫語句嵌入某種具有計算完備性的程序設計語言中，由于數(shù)據庫語言和程序設計語言的類型系統(tǒng)和計算模型往往不同，所以這種結合是不自然的，這個現(xiàn)象被稱為“阻抗失配”。在OODB中，把需要程序設計語言編寫的操作都封裝在對象的內部，從本質上講，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。（3）適應非傳統(tǒng)應用的需要這種適應性主要表現(xiàn)在能夠定義和操縱復雜對象，具備引用共享和并發(fā)共享機制以及靈活的事務模型，支持大量對象的存儲和獲取等等。,B2,B1,A,當前已推出了若干OODBMS如O2等，也出現(xiàn)一個基于OODBMS的，但由于OODBMS價格昂貴且技術還不成熟，目前在領域不太通用?；趯ο箨P系的SDBMS將可能成為GIS空間數(shù)據庫發(fā)展的主流。,返回,3-3空間數(shù)據庫的設計,第三章空間數(shù)據庫,空間數(shù)據庫的設計是指在現(xiàn)在數(shù)據庫管理系統(tǒng)的基礎上建立空間數(shù)據庫的整個過程。,現(xiàn)實世界地理實體,需求分析,返回,一、需求分析,3-3空間數(shù)據庫的設計,第三章空間數(shù)據庫,需求分析是整個空間數(shù)據庫設計與建立的基礎，主要進行以下工作：1、調查用戶需求：了解用戶特點和要求，取得設計者與用戶對需求的一致看法。2、需求數(shù)據的收集和分析：包括信息需求(信息內容、特征、需要存儲的數(shù)據)、信息加工處理要求(如響應時間)、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、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)據源的選擇和對各種數(shù)據集的評價（一般、空間、屬性評價）。,二、結構設計,第三章空間數(shù)據庫,3-3空間數(shù)據庫的設計,指空間數(shù)據結構設計，結果是得到一個合理的空間數(shù)據模型，是空間數(shù)據庫設計的關鍵?？臻g數(shù)據庫設計的實質是將地理空間實體以一定的組織形式在數(shù)據庫系統(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)據層設計,結構設計,返回,1、概念模型,是通過對錯綜復雜的現(xiàn)實世界的認識與抽象，最終形成空間數(shù)據庫系統(tǒng)及其應用系統(tǒng)所需的模型。,第三章空間數(shù)據庫,3-3空間數(shù)據庫的設計,表示概念模型最有力的工具是ER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構、存取路徑及存取效率等與計算機有關的問題，比一般的數(shù)據模型更接近于現(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)據庫設計中得到了廣泛應用。,返回,2、邏輯模型,邏輯模型的設計是將概念模型結構轉換轉換為具體DBMS可處理的地理數(shù)據庫的邏輯結構(或外模式)，包括確定數(shù)據項、記錄及記錄間的聯(lián)系、安全性、完整性和一致性約束等。從ER模型向關系模型轉換的主要過程為：確定各實體的主關鍵字；確定并寫出實體內部屬性之間的數(shù)據關系表達式（函數(shù)依賴關系），即某一數(shù)據項決定另外的數(shù)據項；把經過消冗處理（規(guī)范化處理）的數(shù)據關系表達式中的實體作為相應的主關鍵字；根據、形成新的關系。完成轉換后，進行分析、評價和優(yōu)化。,第三章空間數(shù)據庫,3-3空間數(shù)據庫的設計,返回,3、物理設計,主要內容包括確定記錄存儲格式，選擇文件存儲結構，決定存取路徑，分配存儲空間。物理設計的好壞將對地理數(shù)據庫的性能影響很大，一個好的物理存儲結構必須滿足兩個條件：一是地理數(shù)據占有較小的存儲空間；二是對數(shù)據庫的操作具有盡可能高的處理速度。在完成物理設計后，要進行性能分析和測試。,第三章空間數(shù)據庫,3-3空間數(shù)據庫的設計,是指有效地將空間數(shù)據庫的邏輯結構在物理存儲器上實現(xiàn)，確定數(shù)據在介質上的物理存儲結構，其結果是導出地理數(shù)據庫的存儲模式(內模式)。,物理設計在很大程度上與選用的數(shù)據庫管理系統(tǒng)有關。設計中應根據需要，選用系統(tǒng)所提供的功能。,返回,三、數(shù)據層設計,GIS的數(shù)據可以按照空間數(shù)據的邏輯關系或專業(yè)屬性分為各種邏輯數(shù)據層或專業(yè)數(shù)據層，原理上類似于圖片的疊置。例如，地形圖數(shù)據可分為地貌、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。在進行空間分析、數(shù)據處理、圖形顯示時，往往只需要若干相應圖層的數(shù)據。數(shù)據層的設計一般是按照數(shù)據的專業(yè)內容和類型進行的。數(shù)據的專業(yè)內容的類型通常是數(shù)據分層的主要依據，同時也要考慮數(shù)據之間的