空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)地理信息元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)考慮因素*第九章第九章 空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換，將現(xiàn)實(shí)世界描述為計(jì)算機(jī)世界中的空間數(shù)據(jù)模型，也就是將現(xiàn)實(shí)世界中一定范圍內(nèi)存在的應(yīng)用數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的具體結(jié)構(gòu)的過(guò)程。 空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的生存期。一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）靜態(tài)設(shè)計(jì) 即結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)。包括概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì) 確定數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)的行為和動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)的行為特性設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)、事務(wù)處理和報(bào)表處理等。（3）物理設(shè)計(jì) 根據(jù)動(dòng)態(tài)特

2、性，把靜態(tài)特性設(shè)計(jì)中得到的數(shù)據(jù)庫(kù)模式加以物理實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)模式和存取方法。2、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)（1）滿(mǎn)足用戶(hù)要求（2）準(zhǔn)確模擬現(xiàn)實(shí)世界 數(shù)據(jù)模型的性質(zhì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。（3）良好的數(shù)據(jù)庫(kù)性能 減少冗余數(shù)據(jù)、有利于快速訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。（4）能夠被某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)接受概念模型是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和用戶(hù)之間對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)進(jìn)行溝通的有效手段。它可以表達(dá)建模對(duì)象的信息結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特征。 概念設(shè)計(jì)是邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)1、概念設(shè)計(jì)的步驟（1）確定應(yīng)用領(lǐng)域 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)必須有明確的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域越明確、越狹窄，相應(yīng)的模型就越簡(jiǎn)單。（2）確定用戶(hù)需求 宗地圖、土地利用規(guī)劃圖等。（3）

3、選擇對(duì)象類(lèi)型（4）對(duì)象類(lèi)型定義和屬性描述例如，對(duì)象類(lèi)型：道路 定義：所有汽車(chē)可以通行的道路，但不包括長(zhǎng)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(duì)象類(lèi)型的調(diào)整（6）幾何表示（7）關(guān)系 繼承關(guān)系（8）質(zhì)量要求 包括位置精度、屬性精度、現(xiàn)勢(shì)性等。（9）編碼 標(biāo)識(shí)符2、實(shí)體-聯(lián)系模型（E-R） 包含三個(gè)基本成分：實(shí)體、聯(lián)系和屬性。概念設(shè)計(jì)的結(jié)果可以用E-R進(jìn)行直觀(guān)地描述和表達(dá)。 建立E-R模型的起點(diǎn)是識(shí)別實(shí)體類(lèi)型。實(shí)體類(lèi)型是實(shí)體的抽象，而不是具體的某個(gè)實(shí)體。 聯(lián)系類(lèi)型、屬性類(lèi)型。簡(jiǎn)化的E-R模型 一個(gè)實(shí)體類(lèi)型必須有至少一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符。通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)分實(shí)例

4、。唯一標(biāo)識(shí)符的選擇通常取決于建模過(guò)程中實(shí)施層次的一些因素。 E-R模型允許建模者表達(dá)實(shí)體進(jìn)入聯(lián)系的方式。此外，聯(lián)系不僅能連接兩個(gè)實(shí)體類(lèi)型，也可以連接多個(gè)實(shí)體類(lèi)型，甚至可以連接一個(gè)實(shí)體及其自身。 依賴(lài)性實(shí)體：有的實(shí)體本身不能依據(jù)其屬性值唯一地被識(shí)別，而必須依賴(lài)于它所聯(lián)系地其他實(shí)體才能被識(shí)別。例如，我們說(shuō)216國(guó)道江蘇段。包含依賴(lài)性實(shí)體的E-R模型E-R模型優(yōu)點(diǎn)：（1）基于實(shí)體、聯(lián)系、屬性等簡(jiǎn)單有力的概念，便于非專(zhuān)家理解。（2）容易轉(zhuǎn)換成邏輯模型，方便映射到關(guān)系模式。缺點(diǎn)：（1）缺少足夠強(qiáng)有力的建模構(gòu)造。3、實(shí)體聯(lián)系擴(kuò)展模型（EER） 與泛化、特化及屬性繼承機(jī)制密切相關(guān)。允許在數(shù)據(jù)庫(kù)描述中表達(dá)更豐

5、富的語(yǔ)義，并可采用面向?qū)ο蟮姆椒ń！?特化能夠從已有的實(shí)體類(lèi)型中創(chuàng)建新的實(shí)體類(lèi)型，允許從一個(gè)實(shí)例中區(qū)分出的某些實(shí)例有特定的屬性，或者與其他實(shí)體間有特定的聯(lián)系。 泛化是在一組已經(jīng)存在的類(lèi)中識(shí)別它們共同的性質(zhì)，抽取這些共同性質(zhì)建立一個(gè)新類(lèi)。EER模型中的特化關(guān)系4、 E-R模型設(shè)計(jì)步驟（1）設(shè)計(jì)局部的E-R模型。首先確定實(shí)體，然后確定聯(lián)系，最后確定實(shí)體與聯(lián)系的屬性。（2）設(shè)計(jì)全局的E-R模型?；具^(guò)程是兩兩合并，直到所有的局部E-R模型被合并到一個(gè)完整的全局E-R模型。（3）全局E-R模型的優(yōu)化。通過(guò)消除冗余實(shí)體、冗余聯(lián)系和冗余屬性以達(dá)到優(yōu)化的要求。5、 E-R模型的操作（1）實(shí)體的分裂與合并

6、實(shí)體的分裂：將一個(gè)實(shí)體分裂成多個(gè)實(shí)體。 實(shí)體的合并：將多個(gè)實(shí)體合并成一個(gè)實(shí)體。（2）實(shí)體的增加與刪除向上轉(zhuǎn)位向下轉(zhuǎn)位（3）實(shí)體的增加與刪除 在建模過(guò)程中，由于對(duì)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(jié)果。6、空間數(shù)據(jù)分層 數(shù)據(jù)分層的依據(jù)是專(zhuān)題內(nèi)容、幾何表達(dá)形式和拓?fù)涮卣鞯牟顒e，將真實(shí)世界模型概念化為若干個(gè)專(zhuān)題層疊置而成的圖層模型。具體地說(shuō)，數(shù)據(jù)分層主要考慮兩個(gè)因素：（1）不同專(zhuān)題內(nèi)容的數(shù)據(jù)分別建立相應(yīng)的層，同一層內(nèi)的數(shù)據(jù)有相同的屬性信息。（2）幾何表達(dá)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(yīng)單獨(dú)存放。（4）不同部門(mén)的數(shù)據(jù)通常應(yīng)該放入不同的層，這樣便于維護(hù)。（5）不同安

7、全級(jí)別的數(shù)據(jù)也應(yīng)該單獨(dú)存儲(chǔ)。三、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿(mǎn)足一定條件的二維表中的元素，這種表就稱(chēng)為關(guān)系。關(guān)系的集合就構(gòu)成為關(guān)系模型。1、關(guān)系模型的基本概念（1）關(guān)系 規(guī)范化的二維表。表的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組；表的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域，稱(chēng)為屬性。（2）主鍵 被用戶(hù)選中的候選鍵。（3）外鍵（4）關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述（5）關(guān)系模型2、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論 數(shù)據(jù)依賴(lài)?yán)碚摵鸵?guī)范化理論（1）數(shù)據(jù)依賴(lài) 它是施加于關(guān)系上的一種限制。這類(lèi)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(gè)元組的某些屬性的值是否相等。 函數(shù)依賴(lài)和多值依賴(lài)。3、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟與方法 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)階段，其主要任務(wù)是

8、以概念設(shè)計(jì)形成的信息結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將其轉(zhuǎn)換成用戶(hù)選用的DBMS所支持的一組關(guān)系模式，并進(jìn)行規(guī)范化處理和優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到滿(mǎn)足要求的關(guān)系數(shù)據(jù)模型。其設(shè)計(jì)步驟是：（1）E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 M:N時(shí)，每一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)單獨(dú)的關(guān)系模式，該關(guān)系模式的屬性包含相應(yīng)實(shí)體的所有屬性。（2）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化設(shè)計(jì) 依據(jù)函數(shù)依賴(lài)和范式理論，對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化處理。（3）關(guān)系模型的優(yōu)化主要目標(biāo)： 關(guān)系中的數(shù)據(jù)冗余度小，以減少空間浪費(fèi)，保證數(shù)據(jù)完整性。 快速地從關(guān)系中存取數(shù)據(jù)。 認(rèn)真分析用戶(hù)需求，以便從最常用地查詢(xún)要求中找到使用最頻繁地連接運(yùn)算及相關(guān)地關(guān)系模式，并以此為依據(jù)，對(duì)有關(guān)關(guān)系模式進(jìn)行必要的合并。四、

9、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)被看作是一些對(duì)象的集合，這些對(duì)象封裝了描述該對(duì)象的數(shù)據(jù)和操作該對(duì)象的方法，對(duì)象之間通過(guò)消息來(lái)協(xié)作和交互。1、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的基本特征（1）對(duì)象 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型將客觀(guān)世界模型化一些相互作用的集合。對(duì)象之間的相互作用通過(guò)消息機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）對(duì)象類(lèi) 是對(duì)多個(gè)對(duì)象共同特性的抽象概括。（3）繼承 在已有類(lèi)的基礎(chǔ)上定義新的對(duì)象類(lèi)，以便包含自己的屬性和方法。（4）持久性、對(duì)象標(biāo)識(shí)（5）并發(fā)控制（6）阻抗失配 以面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言為基礎(chǔ)，擴(kuò)充形成面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)語(yǔ)言，將從根本上解決阻抗失配問(wèn)題。2、面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)（1）問(wèn)題定義 提出一些全局性的問(wèn)題，查明開(kāi)發(fā)意圖和開(kāi)

10、發(fā)目標(biāo)。（2）系統(tǒng)分析 理解應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題，建立它的三種模型：對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型和功能模型。（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的工作內(nèi)容： 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 選擇一個(gè)外部控制的實(shí)現(xiàn)方法 選擇數(shù)據(jù)管理方法和數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式 確定重用范圍 選擇一種對(duì)象標(biāo)識(shí)方法 選擇數(shù)據(jù)交互的策略 處理臨時(shí)數(shù)據(jù) 處理輔助數(shù)據(jù)（4）詳細(xì)設(shè)計(jì) 使用變換來(lái)簡(jiǎn)化和優(yōu)化分析階段的對(duì)象模型 補(bǔ)充漏掉的細(xì)節(jié)，進(jìn)一步完善對(duì)象模型 詳細(xì)設(shè)計(jì)模型質(zhì)量的評(píng)估 五、地理信息元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì) 地理信息元數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)采集時(shí)間和其他特征進(jìn)行描述與說(shuō)明，幫助人們有效地定位、評(píng)價(jià)、獲取和使用地理相關(guān)數(shù)據(jù)。1、元數(shù)據(jù)確定的

11、原則（1）完整性 （2）準(zhǔn)確性 （3）結(jié)構(gòu)性（4）與其他標(biāo)準(zhǔn)的一致性2、元數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容（1）標(biāo)識(shí)信息 （2）數(shù)據(jù)質(zhì)量信息 （3）空間參照系統(tǒng)信息 對(duì)數(shù)據(jù)集使用的空間參照系統(tǒng)的說(shuō)明。（4）內(nèi)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(zhì)來(lái)組織 （2）按照功能來(lái)組織（3）按照使用范圍來(lái)組織（4）按照重要程度來(lái)組織六、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)考慮因素1、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)之前需求分析階段（1）理解客戶(hù)需求（2）了解企業(yè)業(yè)務(wù)可以在以后的開(kāi)發(fā)階段節(jié)約大量的時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的對(duì)

12、象命名規(guī)范2、表和字段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì) （1）標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化 （2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) （3）考慮各種變化 （4）選擇數(shù)字類(lèi)型和文本類(lèi)型盡量充足 （5）增加刪除標(biāo)記字段3、索引數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì) 索引是從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)的最高效方式之一。95的數(shù)據(jù)庫(kù)性能問(wèn)題都可以采用索引技術(shù)得到解決。4、數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)（1）完整性實(shí)現(xiàn)機(jī)制（2）用約束而非商務(wù)規(guī)則強(qiáng)制數(shù)據(jù)完整性（3）強(qiáng)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(shè)計(jì)考慮因素（1）避免使用觸發(fā)器（2）使用常用英語(yǔ)（或者其他任何語(yǔ)言）而不要使用編碼（3）保存常用信息（4）包含版本機(jī)制（5）編制文檔（6）反復(fù)測(cè)試（7）檢查設(shè)計(jì)思考題v1、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要有幾個(gè)階段，各階段的任務(wù)是什么？、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要有幾個(gè)階段，各階段的任務(wù)是什么？ v2、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)有哪些主要特征？、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)有哪些主要特征？v3、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是什么？、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是什么？ v4、概念設(shè)計(jì)包