GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)課件

本章主要知識(shí)點(diǎn)GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)組織與管理柵格數(shù)據(jù)組織與管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)本章主要知識(shí)點(diǎn)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)組成?？臻g數(shù)據(jù)庫指的是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)上的?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)則是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)?？臻g數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)由空間分析模型和應(yīng)用模型組成，在空間分析模型和應(yīng)用模型的支持下，利用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)5.1GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述5.1.1概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)就是把現(xiàn)實(shí)世界中一定范圍內(nèi)存在著的應(yīng)用處理和數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)庫的具體結(jié)構(gòu)的過程。具體地講，就是對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，提供一個(gè)確定最優(yōu)數(shù)據(jù)模型與處理模式的邏輯設(shè)計(jì)，以及一個(gè)確定數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法的物理設(shè)計(jì)，建立能反映現(xiàn)實(shí)世界信息和信息聯(lián)系，滿足用戶要求，能被某個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所接受，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)并有效存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、繁瑣的過程，它通常要求包括制定整個(gè)數(shù)據(jù)庫的使用目的和目標(biāo)，分析和評(píng)價(jià)各種設(shè)計(jì)方案和雛形試驗(yàn)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)(1)滿足用戶要求。設(shè)計(jì)者必須充分理解用戶各方面的要求與約束條件，盡可能精確地定義系統(tǒng)的需求。(2)良好的數(shù)據(jù)庫性能。應(yīng)用型GIS數(shù)據(jù)庫件能包括多方面的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面既要考慮數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率又要顧及其存取效率；在應(yīng)用方面，不僅要滿足當(dāng)前應(yīng)用之需要，又要能滿足一個(gè)時(shí)期內(nèi)的需求可能；在系統(tǒng)方面，當(dāng)軟件環(huán)境改變時(shí)，容易修改和移植。另外，還要有較強(qiáng)的安全保護(hù)功能。(3)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界模擬的精確程度。模擬現(xiàn)實(shí)世界的精確程度取決于兩方剛的因素：一是所用數(shù)據(jù)模型的特性、二是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)質(zhì)量。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(4)能被某個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)了解數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能和組成。盡管數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能因不同的系統(tǒng)而有所差異，但一般都應(yīng)具有以下主要功能。數(shù)據(jù)庫定義功能：提供定義概念模型、外部模型和內(nèi)部模型的能力，勾畫出數(shù)據(jù)庫的框架。數(shù)據(jù)庫管理功能：包括對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)存取、更新管理、數(shù)據(jù)完整性及有效性控制和數(shù)據(jù)共享時(shí)的并發(fā)控制等。數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能；包括數(shù)據(jù)庫重新定義、數(shù)據(jù)重新組織、性能監(jiān)督和分析以及發(fā)生故障時(shí)恢復(fù)運(yùn)行等。數(shù)據(jù)庫通信功能：包括與操作系統(tǒng)的接口處理，與各種語言的接口以及與遠(yuǎn)程操作的接口處理等。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(4)能被某個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)了解數(shù)據(jù)庫管理5.1.3設(shè)計(jì)原則（1）組織有序、層次分明系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的存取訪問以及空間分析模型的建立，要求對(duì)涉及的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)制定合理的組織、管理方法、組織有序、層次分明。（2）最小冗余度原則數(shù)據(jù)盡可能不重復(fù)，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余量，節(jié)約存儲(chǔ)空間。（3）具有足夠的數(shù)據(jù)吞吐量要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)者有效掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)存的使用技術(shù)，節(jié)約使用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，同時(shí)掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)存的交換技術(shù)。以使最大限度的擴(kuò)大計(jì)算機(jī)內(nèi)存的使用空間。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1.3設(shè)計(jì)原則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（4）數(shù)據(jù)獨(dú)立性原則分為數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立與數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立。數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)。邏輯獨(dú)立性是指用戶數(shù)據(jù)獨(dú)立于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。（5）標(biāo)準(zhǔn)化、獨(dú)立化原則要合理規(guī)定數(shù)據(jù)庫的名稱，提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)涉及的專題數(shù)據(jù)全面分析和統(tǒng)一規(guī)劃，進(jìn)行正確的分類和編碼，使空間數(shù)據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。（6）可擴(kuò)展原則設(shè)計(jì)時(shí)要考慮與未來應(yīng)用接口的問題。使各功能模塊在相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上盡可能獨(dú)立的操作運(yùn)行。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（4）數(shù)據(jù)獨(dú)立性原則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（7）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則可靠性體現(xiàn)在軟硬件故障率小，發(fā)生故障時(shí)能迅速恢復(fù)；安全性是系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)能力；完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性、相容性。5.1.4設(shè)計(jì)過程一般分為需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施五個(gè)階段。（1）需求分析主要收集數(shù)據(jù)庫所有用戶的信息內(nèi)容和處理要求，并加以規(guī)格化和分析。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（7）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）概念設(shè)計(jì)以用戶需求為依據(jù)，以需求分析為基礎(chǔ)，把用戶的需求加以解釋，將需求分析中收集的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和抽象，并用概念模型表達(dá)出來的過程。（3）邏輯設(shè)計(jì)把信息世界中的概念模型利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的工具映射為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，概念模型被匹配到特定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)描述語言描述出來。（4）物理設(shè)計(jì)根據(jù)概念設(shè)計(jì)的結(jié)果以及計(jì)算機(jī)提供的手段，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的文件結(jié)構(gòu)、存取路徑等。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）概念設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（5）數(shù)據(jù)庫實(shí)施是裝入數(shù)據(jù)、完成編碼、投入使用，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的問題以及用戶的新需求不斷完善的過程。5.2GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.2.1概念模型設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的結(jié)果是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或地理實(shí)體的信息化概念模型。它是由構(gòu)造實(shí)體的基本元素以及反映這些基本元素之間聯(lián)系的信息所組成。概念模型獨(dú)立于數(shù)據(jù)序邏輯結(jié)構(gòu)，也獨(dú)立于支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的DBMS。它是現(xiàn)實(shí)世界與機(jī)器世界的中介，一方向能夠充分反映現(xiàn)實(shí)世界，包括實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系，同時(shí)又易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（5）數(shù)據(jù)庫實(shí)施第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)１、方法與步驟設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)通常有4類方法自頂向下。即首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化。自底向下。即首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu)。逐步擴(kuò)張。首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至生成總體概念結(jié)構(gòu)?；旌喜呗?。即將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計(jì)—個(gè)全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計(jì)的各局部概念結(jié)構(gòu)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)１、方法與步驟第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)最經(jīng)常采用的策略是自底向上方法。即自頂向下地進(jìn)行需求分析，然后再自底向上地設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)。但無論采用哪種設(shè)計(jì)方法，一般都以E—R模型為工具來描述概念結(jié)構(gòu)。2、E—R模型設(shè)計(jì)英文為“Entity-RelationModel”，是用實(shí)體和關(guān)系來表示數(shù)據(jù)的模型，它的一個(gè)主要用途便是可以潔楚地表達(dá)實(shí)體間的關(guān)系。尤其在實(shí)體很多、關(guān)系很復(fù)雜的情況下，E—R模型會(huì)幫你清楚地理出其中的關(guān)系。（１）實(shí)體是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用來描述實(shí)際事物的計(jì)算機(jī)語義對(duì)象，是客觀存在并區(qū)別于其他事物的對(duì)象，可以是具體的對(duì)象也可以是抽象的事件。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)最經(jīng)常采用的策略是自底向上方法。即自頂向下地進(jìn)行需求分析，然（２）屬性是實(shí)體所具有的特性。是實(shí)體所具有的特性。屬性是實(shí)體所具有的特性。每個(gè)實(shí)體都具有一定的屬性，如一塊林地的屬性包括組成樹種、優(yōu)勢(shì)樹種、樹齡、木材產(chǎn)量等。實(shí)際上實(shí)體與屬性是相對(duì)而言的，很難有截然劃分的界限。同一事物，在一種應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”，在另一種應(yīng)用環(huán)境中可能作為“實(shí)體”。地學(xué)實(shí)體屬性信息包括：幾何類型信息點(diǎn)狀物體、線狀物體、面狀物體、復(fù)雜物體、三維物體等。分類分級(jí)信息說明物體的類屬，用特征碼或地理標(biāo)識(shí)碼表示。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（２）屬性第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖形信息描述物體的位置與形狀的信息。數(shù)量特征信息描述物體的大小或其他可以度量的性能指標(biāo)。質(zhì)量描述信息說明物體的質(zhì)量構(gòu)成名稱信息物體或地質(zhì)體的專有名稱。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖形信息第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（３）聯(lián)系實(shí)體之間通過聯(lián)系相互作用和關(guān)聯(lián)。聯(lián)系分為一對(duì)一、一對(duì)多和多對(duì)多。一對(duì)一聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合K1中的每個(gè)實(shí)體，在另一類型實(shí)體集合K2中僅有一個(gè)實(shí)體與之相聯(lián)系，反之亦然。那么這兩類實(shí)體之間的聯(lián)系為一對(duì)一聯(lián)系。一對(duì)多聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合E1中的每個(gè)實(shí)體，在另一類型實(shí)體集合E2中有多于兩個(gè)的實(shí)體與之相關(guān)聯(lián)，但是在E1中僅有一個(gè)實(shí)體與E2中的每個(gè)實(shí)體相關(guān)聯(lián)那么這種聯(lián)系為一對(duì)多聯(lián)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（３）聯(lián)系第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)多對(duì)多聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合E1中的每個(gè)實(shí)體，在另一類型實(shí)體集合E2中有多于兩個(gè)的實(shí)體與之相關(guān)聯(lián)，反之亦然，那么這種聯(lián)系為多對(duì)多聯(lián)系。（４）E-R圖它為E-R模型提供了圖形化的表示方法；可以有效的描述實(shí)體之間的關(guān)系，一般采用名詞表示實(shí)體，采用動(dòng)詞表示實(shí)體之間的關(guān)系。在E-R圖中，實(shí)體用矩形表示，屬性用橢圓表示，多值屬性用雙橢圓表示，并用直線與表示實(shí)體的矩形相連，聯(lián)系用菱形表示。聯(lián)系的基數(shù)標(biāo)注在菱形的旁邊。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)多對(duì)多聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合E1中的每個(gè)實(shí)體，在另（５）E-R模型中空間概念擴(kuò)充對(duì)任何空間實(shí)體的空間關(guān)系，E-R圖都不能很好的描述這些空間語義，為明確刻畫所有的空間關(guān)系，可能產(chǎn)生混亂的E-R圖，在關(guān)系結(jié)構(gòu)中增加額外的表格，丟失空間關(guān)系的固有限制，因此引入增加空間特征的E-R圖，根據(jù)空間數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)空間實(shí)體，允許空間關(guān)系和限制推理，降低E-R圖和關(guān)系結(jié)構(gòu)中的混亂程度。增加空間特征圖元，擴(kuò)充了E-R模型中的空間概念，空間特征圖元的類型：實(shí)體圖元，基本圖形是點(diǎn)、線、面以及它們的集合；關(guān)系圖元，如分割關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（５）E-R模型中空間概念擴(kuò)充第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.2.2邏輯模型設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于DBMS的使用需求，必須將概念模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)模型。這就是數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)。主要目的是根據(jù)E-R模型和所選擇的DBMS和GIS軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。１、邏輯模型設(shè)計(jì)的要求邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是運(yùn)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的工具和環(huán)境，將對(duì)現(xiàn)實(shí)世界抽象得到的概念模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，用邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)概念模型中所提出的各種信息結(jié)構(gòu)問題，并用數(shù)據(jù)描述語言描述出來。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.2.2邏輯模型設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到如下幾點(diǎn)要求：①在共字?jǐn)?shù)據(jù)資源方面，在降低數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和使用成本方面以及在數(shù)據(jù)維護(hù)的事務(wù)處理方面都應(yīng)達(dá)到最大的效率。通常主要考慮的問題是；處理速度、吞吐量、響應(yīng)時(shí)間、可維護(hù)性和存儲(chǔ)需求。②在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面要達(dá)到防止(盡量減少)數(shù)據(jù)冗余，保持?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容與格式的一致。③要能最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的性能?？紤]應(yīng)能達(dá)到支持多種用戶視圖，有利于擴(kuò)展用戶應(yīng)用開發(fā)的領(lǐng)域以及保持?jǐn)?shù)據(jù)檢索、分析和生成的靈活性。④維護(hù)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到如下幾點(diǎn)要求：第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)２、關(guān)系表設(shè)計(jì)（１）關(guān)系表確定關(guān)系表是一個(gè)二維數(shù)據(jù)表，由行和列構(gòu)成。表的首行為記錄型，一般稱為表頭，數(shù)據(jù)庫中稱為字段或數(shù)據(jù)項(xiàng)，其他行為記錄值，表示實(shí)體目標(biāo)。列表示屬性值，每一列中，首行為數(shù)據(jù)項(xiàng)的型，其他行為數(shù)據(jù)項(xiàng)的值。記錄型為關(guān)系框架，每一個(gè)記錄值對(duì)應(yīng)一個(gè)字段和一行，關(guān)系本身相當(dāng)于一個(gè)文件。表與表之間則維持著某種關(guān)系，即以相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)表中均存在的某一項(xiàng)來維持，這種項(xiàng)稱為關(guān)鍵項(xiàng)（PrimaryKey）。（２）范式化關(guān)系表的規(guī)范化即保證數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)以程序處理避免矛盾和錯(cuò)誤，同時(shí)使表數(shù)據(jù)符合關(guān)系代數(shù)運(yùn)算要求這一過程為范式化。有第一范式、第二范式和第三范式。關(guān)系表中的范式用于減少冗余和方便查詢。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)２、關(guān)系表設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要建立一個(gè)具體的GIS數(shù)據(jù)庫，首先應(yīng)該確定需要建立哪些關(guān)系表，雖然關(guān)系表依賴于圖形，但對(duì)于應(yīng)用而言，作為基礎(chǔ)地理信息并不需要復(fù)雜的屬性體系。（２）范式化為了保證數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和程序處理避免矛盾和錯(cuò)誤，同時(shí)使表數(shù)據(jù)符合關(guān)系代數(shù)運(yùn)算要求，關(guān)系表應(yīng)規(guī)范，這一過程稱為范式化（Normalize）。范式化有第一范式、第二范式和第三范式三種類型。各范式有不同的要求，通過三個(gè)范式分析可構(gòu)建符合規(guī)范的關(guān)系表。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要建立一個(gè)具體的GIS數(shù)據(jù)庫，首先應(yīng)該確定需要建立哪些關(guān)系表（３）表分割與關(guān)聯(lián)范式化后，按照字段記錄特征，進(jìn)行字段調(diào)整，將一個(gè)表分割為多個(gè)表。列出各表應(yīng)有的字段，確定表體系結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)表達(dá)得以協(xié)調(diào)。然后根據(jù)表間關(guān)系，通過關(guān)聯(lián)字段建立表間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成表體系，即關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)體系。（４）表結(jié)構(gòu)定義當(dāng)表確定后，可進(jìn)行表字段定義，如字段名稱、字段類型、長度、精度等。３、E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合,而E-R圖則是由實(shí)體、實(shí)體屬性以及實(shí)體之間的關(guān)系組成。所以將E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型就是把實(shí)體、實(shí)體屬性以及實(shí)體之間的關(guān)系第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（３）表分割與關(guān)聯(lián)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。一般遵循以下原則：E-R模型中每一類實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性構(gòu)成關(guān)系模式的屬性，實(shí)體的關(guān)鍵字用作關(guān)系模式的主關(guān)鍵字。E-R模型中的N:M聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，該關(guān)系模式的屬性由與該聯(lián)系連接的各實(shí)體類的關(guān)鍵字和聯(lián)系屬性組成，關(guān)鍵字由與該聯(lián)系連接的各類實(shí)體的關(guān)鍵字組合而成。一個(gè)1:M聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與M端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。一個(gè)1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，與之相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系屬性組成該關(guān)系模式的屬性，而關(guān)系的碼為各實(shí)體碼的組合。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。一般遵循以下原則：第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)同一實(shí)體集各實(shí)體間的聯(lián)系，也稱自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:M和N:M三種情況分別處理。具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。E-R模型中的多屬性值轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，該關(guān)系模式的屬性由相應(yīng)實(shí)體的關(guān)鍵字和多值屬性組成。4、地理數(shù)據(jù)模型選擇表示地理實(shí)體的定位數(shù)據(jù)模型，取決于計(jì)劃使用的GIS軟件的特點(diǎn)和應(yīng)用目的。如果只支持柵格數(shù)據(jù)，那么定位數(shù)據(jù)模型應(yīng)以柵格模型表示，如果只支持矢量數(shù)據(jù)，那么定位數(shù)據(jù)模型應(yīng)以矢量模型表示。對(duì)于那些要求精確定位和測量或涉及拓?fù)涮匦苑治龅膽?yīng)用，最好使用矢量模型，那那些涉及大量要素的分析或連續(xù)型面狀實(shí)體的分析且精度要求不很嚴(yán)格的應(yīng)用，則應(yīng)使用柵格模型。此外，在邏輯設(shè)計(jì)階段，還應(yīng)該定義定位數(shù)據(jù)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)同一實(shí)體集各實(shí)體間的聯(lián)系，也稱自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:GIS中邏輯空間結(jié)構(gòu)有：柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)。柵格結(jié)構(gòu)以規(guī)則的陣列表示地理空間現(xiàn)象的分布，地理實(shí)體的空間位置隱含其中，每個(gè)象元的相對(duì)行列位置表示其在地理坐標(biāo)系中的相對(duì)值。而數(shù)值則表示空間位置的地理屬性，易于存儲(chǔ)、操作和表示。柵格的缺點(diǎn)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似數(shù)據(jù)。由于柵格結(jié)構(gòu)對(duì)地表的量化采樣，在柵格較大時(shí)誤差也較大。柵格過密又將增加存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)。矢量結(jié)構(gòu)通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能精確的表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體，空間坐標(biāo)設(shè)為連續(xù)的，可允許任意設(shè)置位置，長度和面積的精確定義，其精度僅受數(shù)字化設(shè)備的精度和數(shù)值記錄長度的限制，因此精度高而數(shù)據(jù)冗余小。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)GIS中邏輯空間結(jié)構(gòu)有：柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)。柵格結(jié)構(gòu)以規(guī)則的矢量和柵格的對(duì)比柵格數(shù)據(jù)冗余大、精度低、操作容易實(shí)現(xiàn)、便于屏幕顯示和打印機(jī)制圖；矢量可直接由跟蹤是數(shù)字化專題地圖得到、數(shù)據(jù)冗余低、量算與制圖精度高。5.2.3物理模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理模型是使用計(jì)算機(jī)軟硬件，以有效的和容錯(cuò)的方式，完成邏輯模型數(shù)據(jù)庫概念。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的任務(wù)是位數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)能在實(shí)際的物理存儲(chǔ)設(shè)備上得以實(shí)現(xiàn)，建立一個(gè)具有較好性能的物理數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)主要解決以下6個(gè)問題；恰當(dāng)?shù)胤峙浯鎯?chǔ)空間；決定數(shù)據(jù)的物理表示；確定存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；確定存放位置；解決系統(tǒng)的配置。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)矢量和柵格的對(duì)比第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)人員首先必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法；要充分了解應(yīng)用環(huán)境，特別是應(yīng)用的處理頻率和響應(yīng)時(shí)間要求；還要充分了解外存設(shè)備的特性。數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)依賴于所選用的DBMS，依賴于計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要需要考慮以下幾個(gè)方面。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（1）確定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)空間的分配應(yīng)遵循兩個(gè)原則：①存取頻度高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在快速、隨機(jī)設(shè)備上，存取頻度低的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在慢速設(shè)備上；②相互依賴性強(qiáng)的數(shù)據(jù)應(yīng)盡量存儲(chǔ)在相鄰的空間上。（2）決定數(shù)據(jù)的物理顯示數(shù)據(jù)的物理表示可分為兩類：數(shù)值數(shù)據(jù)和字符數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)可以用十進(jìn)制形式或二進(jìn)制形式表示。通常，二進(jìn)制形式占用較少的存儲(chǔ)空間。字符數(shù)據(jù)可以用字符串的方式表示，有時(shí)也可以利用代碼值的存儲(chǔ)代替字符串的存儲(chǔ)。為了節(jié)約存儲(chǔ)空間，常常采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，這在設(shè)計(jì)地理數(shù)據(jù)庫時(shí)尤為重要。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（1）確定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（3）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存取路徑在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，選擇存取路徑主要是指確定如何建立索引，確定為哪些關(guān)系模式建立索引，定義索引關(guān)鍵字等。（4）確定數(shù)據(jù)的存放位置確定數(shù)據(jù)應(yīng)該存放在一個(gè)磁盤上還是多個(gè)磁盤上，哪些數(shù)據(jù)應(yīng)存儲(chǔ)在高速存儲(chǔ)器上，哪些數(shù)據(jù)該存儲(chǔ)在低速存儲(chǔ)器上。(5)選擇數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇與應(yīng)用要求和數(shù)據(jù)模型有密切聯(lián)系，對(duì)批處理應(yīng)用的數(shù)據(jù)，一般以順序方式組織數(shù)據(jù)為好。對(duì)于隨機(jī)應(yīng)用的數(shù)據(jù)，則以直接方式或索引方式為好，同時(shí)以指針連接法建立數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（3）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存取路徑第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（6）確定系統(tǒng)配置DBMS產(chǎn)品一般都提供丁一些存儲(chǔ)分配參數(shù)，供設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物理優(yōu)化。初始情況下，系統(tǒng)都為這些變量賦予了合理的默認(rèn)值。但是這些值不一定適合每一種應(yīng)用環(huán)境，在進(jìn)行物理設(shè)計(jì)時(shí)，需要重新對(duì)這些變量賦值以改善系統(tǒng)的性能。2、矢量和柵格數(shù)據(jù)文件（1）矢量數(shù)據(jù)文件矢量空間數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。用數(shù)據(jù)庫管理空間矢量數(shù)據(jù)，首先要解決矢量數(shù)據(jù)模型的組織規(guī)范化問題，只能對(duì)其復(fù)雜的組織層次進(jìn)行規(guī)范化處理，建立邏輯清晰、層次分明的結(jié)構(gòu)，之后才能用關(guān)系數(shù)據(jù)庫對(duì)之進(jìn)行有效管理，同時(shí)，又不存在數(shù)據(jù)冗余。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（6）確定系統(tǒng)配置第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）柵格數(shù)據(jù)文件對(duì)于一個(gè)簡單的柵格GIS，每個(gè)圖層有一個(gè)網(wǎng)格矩陣組成，每個(gè)網(wǎng)格值為位于該網(wǎng)格內(nèi)的地理實(shí)體的屬性值。原始的柵格格式數(shù)據(jù)文件為簡單的逐行、逐列、逐點(diǎn)記錄多柵格象元的值，每個(gè)像元值方2字節(jié)，為0—32767的整數(shù)，采用這種簡單的結(jié)構(gòu)便于與用戶程序和遙感系統(tǒng)共享，又可以用多種高級(jí)語言處理，所有數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制記錄方式。由于柵格數(shù)據(jù)需占用大量的存儲(chǔ)空間，為減少冗余，采用一種無誤差壓縮編碼——游程長度編碼，記錄特征游碼和游程長度。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）柵格數(shù)據(jù)文件第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、屬性關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫是最常用的屬件數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，如：dBASE、FoxBAsE、Oracle、Access等。關(guān)系的概念從嚴(yán)格意義上講是集合論中的一個(gè)數(shù)學(xué)名詞，關(guān)系模型是一種數(shù)學(xué)化的模型，是將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表。一個(gè)實(shí)體由若干關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。關(guān)系表可表示為：R(A1．A2，A3，…，An)其中，R為關(guān)系名或稱關(guān)系框架，Ai(i＝l，2，2…，n)是關(guān)系R所包含的屬性名，表的行在關(guān)系中叫做元組，相當(dāng)于一個(gè)記錄，它的列叫做屬性。所有的元組都是同質(zhì)的，即有相同屬性項(xiàng)。一個(gè)關(guān)系作為一個(gè)同質(zhì)文件存儲(chǔ)，一個(gè)有幾個(gè)關(guān)系表的實(shí)例需建立幾個(gè)文件。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、屬性關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.3空間數(shù)據(jù)組織和管理5.3.1空間數(shù)據(jù)組織地理信息系統(tǒng)具有處理數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，為了便于管理和應(yīng)用開發(fā)，經(jīng)常在設(shè)計(jì)時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)劃分為一些子系統(tǒng)，與此相適應(yīng)，數(shù)據(jù)庫也被劃分為若干個(gè)子庫；此外，對(duì)于一些比較大的或比較復(fù)雜的子數(shù)據(jù)庫還要進(jìn)一步劃分。邏輯設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)空間數(shù)據(jù)分析階段所得到的地理數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分類、組織，從用戶觀點(diǎn)描述空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。（a）原始地圖

（b）圖塊

（c）層第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.3空間數(shù)據(jù)組織和管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)過程分兩步進(jìn)行：一是圖塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即按數(shù)據(jù)的空間分布將數(shù)據(jù)劃分為規(guī)則的或不規(guī)則的塊；二是圖層信息的組織，即按照數(shù)據(jù)的性質(zhì)分類，將性質(zhì)相同或相近的歸為一類，形成不同的圖層。圖塊結(jié)構(gòu)和層結(jié)構(gòu)是空間數(shù)據(jù)庫從縱、橫兩個(gè)方向的延伸，同時(shí)空間數(shù)據(jù)庫是兩者的邏輯再集成。1、縱向分層組織為了提高地圖中各個(gè)要素的檢索速度，便于數(shù)據(jù)的靈活調(diào)用、更新及管理，將系統(tǒng)所涉及的各種基礎(chǔ)信息和專題信息進(jìn)行分類管理，將不同類不同級(jí)的圖元要素進(jìn)行分層存放，每一層存放一種專題或一類信息，在同一層信息中，數(shù)據(jù)都具有相同的幾何特征和相同的屬性特征，表示地理特征以及描述這些特征的屬性的邏輯意義上的集合。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)過程分兩步進(jìn)行：一是圖塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即按數(shù)據(jù)的空間分?jǐn)?shù)據(jù)分層可以按專題、時(shí)間、垂直高度等方式來劃分。按專題分層就是每層對(duì)應(yīng)一個(gè)專題，包含一種或幾種不同的信息。專題分層就是根據(jù)一定的目的和分類指標(biāo)對(duì)底圖上的專題要素進(jìn)行分類，按類設(shè)層，每類作為一個(gè)圖層，對(duì)每一個(gè)圖層賦予一個(gè)圖層名。分類可以從性質(zhì)、用途、形狀、尺度、色彩等5個(gè)方面的因素考慮。數(shù)據(jù)分層時(shí)要考慮以下一些問題：（1）數(shù)據(jù)具有同樣的特性，即數(shù)據(jù)有相同的屬性信息。（2）按要素類型分層，性質(zhì)相同或相近的要素應(yīng)放在同一層。（3）即使是同一類型的數(shù)據(jù)，有時(shí)其屬性特征也不相同，所以也應(yīng)該分層存儲(chǔ)。（4）分層時(shí)要考慮數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分層可以按專題、時(shí)間、垂直高度等方式來劃分。按專題分層就（5）分層時(shí)要考慮數(shù)據(jù)與功能的關(guān)系。（6）分層時(shí)應(yīng)考慮更新的問題，（7）比例尺的一致性。（8）同一層數(shù)據(jù)會(huì)有同樣的使用目的和方式。（9）不同部門的數(shù)據(jù)通常應(yīng)該放入不同的層，以便于維護(hù)。（10）數(shù)據(jù)庫中需要不同級(jí)別安全處理的數(shù)據(jù)也應(yīng)該單獨(dú)存儲(chǔ)。（11）分層時(shí)應(yīng)顧及數(shù)據(jù)量的大小，各層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量最好比較均衡。（12）盡量減少冗余數(shù)據(jù)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（5）分層時(shí)要考慮數(shù)據(jù)與功能的關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)通過圖層管理地理數(shù)據(jù)，存在如下好處。①相同數(shù)據(jù)層中的地理對(duì)象，都是從無窮地理事物之中抽象出來的同一類別。②同一空間定位基礎(chǔ)、一致數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)、相同地域范圍中的各數(shù)據(jù)層在GIS中是可以任意疊合的。③多層地理數(shù)據(jù)的疊合分析，是GIS重要的空間分析方法之一。④通過不同的數(shù)據(jù)層疊加顯示，是計(jì)算機(jī)地理制圖的常用方法。2、橫向分塊組織在空間數(shù)據(jù)庫中，地圖以文件進(jìn)行存放，然而集中存放地圖卻受如下諸多因素的限制。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)通過圖層管理地理數(shù)據(jù)，存在如下好處。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)①磁盤容量。②查詢分析效率。③數(shù)據(jù)庫維護(hù)。圖塊劃分尺寸需根據(jù)實(shí)際需要而定。一般來說，圖塊劃分的原則如下。（1）按存取頻率較高的空間分布單元?jiǎng)澐謭D塊，以提高數(shù)據(jù)庫的存取效率。（2）圖塊的劃分應(yīng)使基本存儲(chǔ)單元具有較為合理的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)量過大，會(huì)造成查詢分析效率低下；數(shù)據(jù)量過小，不便于數(shù)據(jù)管理。（3）在定義圖塊分區(qū)時(shí)，應(yīng)充分考慮未來地圖數(shù)據(jù)更新的圖形屬性信息源及空間分布，以利于更新和維護(hù)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)①磁盤容量。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、分層分塊索引空間數(shù)據(jù)庫采用層次模型組織方式，如下圖所示。具體來說，建庫的一般過程為：①建立圖塊工作區(qū)；②建立空間數(shù)據(jù)庫的庫體框架；③建立層框架；④數(shù)據(jù)采集、入庫。圖中地圖作為樹的根，表示一個(gè)完整的地理數(shù)據(jù)庫，地圖中的地物要保持存儲(chǔ)、表達(dá)的完整性和一致性。根據(jù)圖塊的劃分原則，將空間數(shù)據(jù)分為若干個(gè)圖幅，圖幅構(gòu)成樹的節(jié)點(diǎn)。該層次模型是以記錄類型為節(jié)點(diǎn)的有向樹，節(jié)點(diǎn)記錄之間具有一定的從屬關(guān)系。如果把層次模型中的記錄按照從上到下、從左到右的順序排列，就得到一個(gè)記錄序列。因此物理上可以通過層次順序和路徑查找記錄實(shí)現(xiàn)該層次模型。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、分層分塊索引圖中地圖作為樹的根，表示一個(gè)完整的地理數(shù)據(jù)庫5.3.2空間數(shù)據(jù)管理1、文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理系統(tǒng)大部分GIS軟件采用混合管理的模式，即用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，用商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理屬性數(shù)據(jù)，它們之間的聯(lián)系通過目標(biāo)標(biāo)識(shí)或者內(nèi)部連接碼進(jìn)行連接。2、關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是指將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的軟件廠商不做任何擴(kuò)展，由GIS軟件商在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，使之不僅能管理結(jié)構(gòu)化的屬性數(shù)據(jù)，而且能管理非結(jié)構(gòu)化的圖形數(shù)據(jù)。3、對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行的面向?qū)ο蟮臄U(kuò)展。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.3.2空間數(shù)據(jù)管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫支持核心的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型（對(duì)象模型），并借助于對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫語義的擴(kuò)充和修改，使之與對(duì)象模型的語義一致，以支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫特征，其基本特性包括基本數(shù)據(jù)類型的擴(kuò)充、復(fù)雜對(duì)象、繼承性等。4、面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)隨著面向?qū)ο螅∣bjectOriented）思想的出現(xiàn)和面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的應(yīng)用，面向?qū)ο蟮乃枷胍矐?yīng)用到空間數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)中。為了克服關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)的局限性，提出了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，并依此建立了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m應(yīng)于空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和管理，它不僅支持變長記錄，而且支持對(duì)象的嵌套、信息的繼承與聚集。面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)允許用戶定義對(duì)象和對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它的操作。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫支持核心的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型（對(duì)象模型），并5、面向?qū)ο蟮娜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不同，面向?qū)ο蟮娜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫并沒有簡單采用在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)展的方法，其推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了點(diǎn)、線、面、圓、長方形等空間對(duì)象類。這些類將各種空間對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)先的定義，用戶使用時(shí)可以直接取用。對(duì)沒有預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)GIS的要求自行定義。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5、面向?qū)ο蟮娜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.4柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理柵格數(shù)據(jù)管理的目的是將區(qū)域內(nèi)相關(guān)的柵格數(shù)據(jù)有效地組織起來，并根據(jù)其地理分布建立統(tǒng)一的空間索引，快速調(diào)度數(shù)據(jù)庫中任意范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)整個(gè)柵格數(shù)據(jù)庫的無縫漫游和處理；同時(shí)，柵格數(shù)據(jù)庫與矢量數(shù)據(jù)庫可以聯(lián)合使用，并可以復(fù)合顯示各種專題信息，如各種矢量圖元的地理分布等。5.4.1管理方案柵格、影像數(shù)據(jù)庫采用金字塔結(jié)構(gòu)存放多種空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)，同一分辨率的柵格數(shù)據(jù)被組織在一個(gè)層面（Layer）內(nèi)，而不同分辨率的柵格數(shù)據(jù)具有上下的垂直組織關(guān)系：越靠近頂層，數(shù)據(jù)的分辨率越小，數(shù)據(jù)量也越小，只能反映原始數(shù)據(jù)的概貌；越靠近底層，數(shù)據(jù)的分辨率越大，數(shù)據(jù)量也越大，更能反映原始詳情。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.4柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.4.1組織形式在地理數(shù)據(jù)庫中，提供柵格目錄與柵格數(shù)據(jù)集兩種柵格影像數(shù)據(jù)組織形式供選擇。1、柵格目錄柵格目錄用于管理有相同空間參照系的多幅柵格數(shù)據(jù)，各柵格數(shù)據(jù)在物理上獨(dú)立存儲(chǔ)，易于更新，常用于管理更新周期快、數(shù)據(jù)量較大的影像數(shù)據(jù)；同時(shí)，柵格目錄也可實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)集的混合管理，其中目錄項(xiàng)既可以是單幅柵格數(shù)據(jù)，也可以是地理數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的柵格數(shù)據(jù)集，具有數(shù)據(jù)組織靈活、層次清晰的特點(diǎn)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.4.1組織形式第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)2、柵格數(shù)據(jù)集柵格數(shù)據(jù)集用于管理具有相同空間參考的一幅或多幅鑲嵌而成的柵格影像數(shù)據(jù)，物理上真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫存儲(chǔ)，適合管理DEM等空間連續(xù)分布、頻繁用于分析的柵格數(shù)據(jù)類型。由于物理上的無縫拼接，因此，以柵格數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)的各種柵格數(shù)據(jù)空間分析具有速度快、精度高的特點(diǎn)。5.4.3存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)柵格影像數(shù)據(jù)庫的邏輯組織如下圖所示。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)2、柵格數(shù)據(jù)集第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)在柵格數(shù)據(jù)庫中，可同時(shí)包含多個(gè)柵格數(shù)據(jù)集和柵格目錄，而柵格數(shù)據(jù)集既可由柵格數(shù)據(jù)庫直接管理，也可由柵格目錄組織管理，可根據(jù)用戶需求靈活定制。柵格數(shù)據(jù)集的物理存儲(chǔ)采用“金字塔層-波段-數(shù)據(jù)分塊”的多級(jí)索引機(jī)制進(jìn)行組織：金字塔層-波段索引表現(xiàn)為柵格數(shù)據(jù)在垂直方向上多尺度、多波段的組織形式，金字塔層-數(shù)據(jù)分塊索引表現(xiàn)為柵格數(shù)據(jù)在水平方向上多分辨率、分塊存儲(chǔ)的組織形式。（1）金字塔層：管理具有相同空間分辨率的一層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)。（2）波段：管理相同金字塔層內(nèi)不同波段的相關(guān)統(tǒng)計(jì)和注釋信息。（3）數(shù)據(jù)分塊：對(duì)相同金字塔層、相同波段內(nèi)的數(shù)據(jù)按照一定分塊大小進(jìn)行分塊存儲(chǔ)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)在柵格數(shù)據(jù)庫中，可同時(shí)包含多個(gè)柵格數(shù)據(jù)集和柵格目錄，而柵格數(shù)5.5MapGIS地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)MapGIS平臺(tái)首先強(qiáng)調(diào)人對(duì)地理世界的理解，其次才是如何將人對(duì)地理世界的理解圖示化。該模型將地理世界分解為實(shí)體，通過描述實(shí)體的特性和實(shí)體間的關(guān)系，建立觀察范圍內(nèi)的地理世界的視圖，通過定義與實(shí)體特性、實(shí)體關(guān)系相關(guān)的操作，模擬人類理解地理世界的語義環(huán)境。面向地理實(shí)體的空間數(shù)據(jù)模型的概念分下面幾個(gè)層次：地理數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)集、類、要素等。該模型將現(xiàn)實(shí)世界中的各種現(xiàn)象抽象為對(duì)象、關(guān)系和規(guī)則，各種行為（操作）基于對(duì)象、關(guān)系和規(guī)則，模型更接近人類面向?qū)嶓w的思維方式。該模型還綜合了面向圖形的空間數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)，使得模型表達(dá)能力強(qiáng)，廣泛適應(yīng)GIS的各種應(yīng)用。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.5MapGIS地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)MapGIS空間數(shù)據(jù)模型概念層次如下圖所示。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)MapGIS空間數(shù)據(jù)模型概念層次如下圖所示。第五章GIS數(shù)5.5.2關(guān)系定義根據(jù)空間相關(guān)性，可將關(guān)系劃分為空間關(guān)系和非空間關(guān)系。關(guān)系可以僅僅表示對(duì)象之間的聯(lián)系，除此之外，沒有其它含義，即關(guān)系沒有屬性；關(guān)系也可以有特定的含義，有屬性的，如合同關(guān)系中每一條關(guān)系都與一份合同對(duì)應(yīng)。MapGIS提供了完整的關(guān)系支持，包括齊全的空間關(guān)系和非空間關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.5.2關(guān)系定義第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.5.3有效性規(guī)則對(duì)象特性的一個(gè)特殊表現(xiàn)是某些屬性的取值往往存在邊界條件，對(duì)象之間的關(guān)系（包括空間關(guān)系）甚至關(guān)系本身存在某種約束條件。所有這些限制條件統(tǒng)稱為有效性規(guī)則。有效性規(guī)則可以作用在類上，也可以作用在子類型上。MapGIS中，有效性規(guī)則分為4種類型：屬性規(guī)則、空間規(guī)則、連接規(guī)則和關(guān)系規(guī)則。1、屬性規(guī)則屬性規(guī)則用于約定某個(gè)字段的缺省值，限定取值范圍，設(shè)置合并和拆分策略。屬性規(guī)則通過“定義域”來表達(dá)，取值范圍分連續(xù)型和離散型，相應(yīng)地把定義域分為范圍域和編碼域。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.5.3有效性規(guī)則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)2、空間規(guī)則空間規(guī)則作用于要素類或要素類之間，用于限定要素在某個(gè)空間參照系中的相互關(guān)系。3、拓?fù)湟?guī)則拓?fù)湟?guī)則用來限制要素類中要素的空間位置，要素的空間鄰接關(guān)聯(lián)關(guān)系必須要符合特定拓?fù)湟?guī)則的約束。拓?fù)湟?guī)則的對(duì)象類型是要素類，這是專門針對(duì)要素類的規(guī)則。拓?fù)湟?guī)則包括三種：點(diǎn)拓?fù)湟?guī)則、線拓?fù)湟?guī)則和多邊形拓?fù)湟?guī)則。4、關(guān)系規(guī)則關(guān)系規(guī)則隨著關(guān)系的產(chǎn)生而產(chǎn)生，用于限定對(duì)象之間關(guān)系映射的數(shù)目。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)2、空間規(guī)則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5、連接規(guī)則連接規(guī)則主要使用在幾何網(wǎng)絡(luò)中，用以約束可能和其它要素相連的網(wǎng)絡(luò)要素的類型，以及可能和其他任何特殊類型相連的要素的數(shù)量。連接規(guī)則有兩種類型：邊對(duì)邊連接規(guī)則、點(diǎn)對(duì)邊連接規(guī)則。邊對(duì)邊規(guī)則約束了哪一種類型的邊通過一組結(jié)點(diǎn)可以與另一種類型的邊相連。點(diǎn)對(duì)邊規(guī)則約束了哪一種邊類型可以和哪一種結(jié)點(diǎn)類型相連。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5、連接規(guī)則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.5.4MapGIS空間數(shù)據(jù)組織MapGIS按照“地理數(shù)據(jù)庫-數(shù)據(jù)集-類”這幾個(gè)層次來組織數(shù)據(jù)，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ煌瑢ｎ}數(shù)據(jù)的組織和管理需要，如下圖所示。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.5.4MapGIS空間數(shù)據(jù)組織第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、地理數(shù)據(jù)庫地理數(shù)據(jù)庫是面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型的全局視圖，完整地、一致地表達(dá)了被描述區(qū)域的地理模型。一個(gè)地理數(shù)據(jù)庫包括1個(gè)全局的空間參照系、1個(gè)域集、1個(gè)規(guī)則集、多個(gè)數(shù)據(jù)集、多數(shù)據(jù)包和各種對(duì)象類。2、數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集是地理數(shù)據(jù)庫中若干不同對(duì)象類的集合，通過命名數(shù)據(jù)集提供了一種數(shù)據(jù)分類視圖，便于數(shù)據(jù)組織、管理和授權(quán)。根據(jù)不同的用途，數(shù)據(jù)集分為：要素?cái)?shù)據(jù)集、柵格目錄、柵格數(shù)據(jù)集、TIN數(shù)據(jù)集。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、地理數(shù)據(jù)庫第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3．類地理數(shù)據(jù)庫中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)組織形式是類，包括要素類、對(duì)象類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動(dòng)態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)和視圖。從用戶的觀點(diǎn)看，類是可命名的對(duì)象集合，具有內(nèi)在的完整性和一致性，以目錄項(xiàng)為表現(xiàn)形式。4、存儲(chǔ)策略MapGIS地理數(shù)據(jù)庫采取基于文件和基于商業(yè)數(shù)據(jù)庫兩種存儲(chǔ)策略。由于這兩種存儲(chǔ)策略支持相同的空間數(shù)據(jù)模型，因此在文件和數(shù)據(jù)庫之間能夠?qū)崿F(xiàn)無損的平滑的數(shù)據(jù)遷移；同時(shí)，兩種策略具有共同的平臺(tái)，這使得上層軟件不需要因?yàn)閿?shù)據(jù)遷移而改變。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3．類第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)習(xí)題：1．試述GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的目標(biāo)、原則和過程。2．何為GIS數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)？概念設(shè)計(jì)的基本方法和步驟是什么？3．何為實(shí)體、屬性、關(guān)系和E-R模型？關(guān)系有哪些主要類型？4．舉例說明如何進(jìn)行E-R模型設(shè)計(jì)。E-R模型中空間概念如何擴(kuò)展？5．舉例說明GIS空間數(shù)據(jù)庫關(guān)系表的設(shè)計(jì)。6．E-R模型如何向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換？7．如何對(duì)GIS空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理？8．柵格數(shù)據(jù)如何進(jìn)行存儲(chǔ)和管理？9．MapGIS面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)是什么？第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)習(xí)題：第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)謝謝!謝謝!本章主要知識(shí)點(diǎn)GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)組織與管理柵格數(shù)據(jù)組織與管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)本章主要知識(shí)點(diǎn)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)組成?？臻g數(shù)據(jù)庫指的是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)上的?？臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)則是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的空間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)?？臻g數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)由空間分析模型和應(yīng)用模型組成，在空間分析模型和應(yīng)用模型的支持下，利用空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)5.1GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述5.1.1概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)就是把現(xiàn)實(shí)世界中一定范圍內(nèi)存在著的應(yīng)用處理和數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)庫的具體結(jié)構(gòu)的過程。具體地講，就是對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，提供一個(gè)確定最優(yōu)數(shù)據(jù)模型與處理模式的邏輯設(shè)計(jì)，以及一個(gè)確定數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法的物理設(shè)計(jì)，建立能反映現(xiàn)實(shí)世界信息和信息聯(lián)系，滿足用戶要求，能被某個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所接受，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)并有效存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、繁瑣的過程，它通常要求包括制定整個(gè)數(shù)據(jù)庫的使用目的和目標(biāo)，分析和評(píng)價(jià)各種設(shè)計(jì)方案和雛形試驗(yàn)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)(1)滿足用戶要求。設(shè)計(jì)者必須充分理解用戶各方面的要求與約束條件，盡可能精確地定義系統(tǒng)的需求。(2)良好的數(shù)據(jù)庫性能。應(yīng)用型GIS數(shù)據(jù)庫件能包括多方面的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面既要考慮數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率又要顧及其存取效率；在應(yīng)用方面，不僅要滿足當(dāng)前應(yīng)用之需要，又要能滿足一個(gè)時(shí)期內(nèi)的需求可能；在系統(tǒng)方面，當(dāng)軟件環(huán)境改變時(shí)，容易修改和移植。另外，還要有較強(qiáng)的安全保護(hù)功能。(3)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界模擬的精確程度。模擬現(xiàn)實(shí)世界的精確程度取決于兩方剛的因素：一是所用數(shù)據(jù)模型的特性、二是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)質(zhì)量。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1.2設(shè)計(jì)目標(biāo)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(4)能被某個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)了解數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能和組成。盡管數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能因不同的系統(tǒng)而有所差異，但一般都應(yīng)具有以下主要功能。數(shù)據(jù)庫定義功能：提供定義概念模型、外部模型和內(nèi)部模型的能力，勾畫出數(shù)據(jù)庫的框架。數(shù)據(jù)庫管理功能：包括對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)存取、更新管理、數(shù)據(jù)完整性及有效性控制和數(shù)據(jù)共享時(shí)的并發(fā)控制等。數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能；包括數(shù)據(jù)庫重新定義、數(shù)據(jù)重新組織、性能監(jiān)督和分析以及發(fā)生故障時(shí)恢復(fù)運(yùn)行等。數(shù)據(jù)庫通信功能：包括與操作系統(tǒng)的接口處理，與各種語言的接口以及與遠(yuǎn)程操作的接口處理等。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(4)能被某個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)了解數(shù)據(jù)庫管理5.1.3設(shè)計(jì)原則（1）組織有序、層次分明系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的存取訪問以及空間分析模型的建立，要求對(duì)涉及的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)制定合理的組織、管理方法、組織有序、層次分明。（2）最小冗余度原則數(shù)據(jù)盡可能不重復(fù)，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余量，節(jié)約存儲(chǔ)空間。（3）具有足夠的數(shù)據(jù)吞吐量要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)者有效掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)存的使用技術(shù)，節(jié)約使用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，同時(shí)掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)存的交換技術(shù)。以使最大限度的擴(kuò)大計(jì)算機(jī)內(nèi)存的使用空間。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.1.3設(shè)計(jì)原則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（4）數(shù)據(jù)獨(dú)立性原則分為數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立與數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立。數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)。邏輯獨(dú)立性是指用戶數(shù)據(jù)獨(dú)立于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。（5）標(biāo)準(zhǔn)化、獨(dú)立化原則要合理規(guī)定數(shù)據(jù)庫的名稱，提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)涉及的專題數(shù)據(jù)全面分析和統(tǒng)一規(guī)劃，進(jìn)行正確的分類和編碼，使空間數(shù)據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。（6）可擴(kuò)展原則設(shè)計(jì)時(shí)要考慮與未來應(yīng)用接口的問題。使各功能模塊在相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上盡可能獨(dú)立的操作運(yùn)行。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（4）數(shù)據(jù)獨(dú)立性原則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（7）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則可靠性體現(xiàn)在軟硬件故障率小，發(fā)生故障時(shí)能迅速恢復(fù)；安全性是系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)能力；完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性、相容性。5.1.4設(shè)計(jì)過程一般分為需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施五個(gè)階段。（1）需求分析主要收集數(shù)據(jù)庫所有用戶的信息內(nèi)容和處理要求，并加以規(guī)格化和分析。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（7）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）概念設(shè)計(jì)以用戶需求為依據(jù)，以需求分析為基礎(chǔ)，把用戶的需求加以解釋，將需求分析中收集的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和抽象，并用概念模型表達(dá)出來的過程。（3）邏輯設(shè)計(jì)把信息世界中的概念模型利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的工具映射為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，概念模型被匹配到特定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)描述語言描述出來。（4）物理設(shè)計(jì)根據(jù)概念設(shè)計(jì)的結(jié)果以及計(jì)算機(jī)提供的手段，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的文件結(jié)構(gòu)、存取路徑等。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）概念設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（5）數(shù)據(jù)庫實(shí)施是裝入數(shù)據(jù)、完成編碼、投入使用，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的問題以及用戶的新需求不斷完善的過程。5.2GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.2.1概念模型設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的結(jié)果是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或地理實(shí)體的信息化概念模型。它是由構(gòu)造實(shí)體的基本元素以及反映這些基本元素之間聯(lián)系的信息所組成。概念模型獨(dú)立于數(shù)據(jù)序邏輯結(jié)構(gòu)，也獨(dú)立于支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的DBMS。它是現(xiàn)實(shí)世界與機(jī)器世界的中介，一方向能夠充分反映現(xiàn)實(shí)世界，包括實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系，同時(shí)又易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（5）數(shù)據(jù)庫實(shí)施第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)１、方法與步驟設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)通常有4類方法自頂向下。即首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化。自底向下。即首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu)。逐步擴(kuò)張。首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至生成總體概念結(jié)構(gòu)。混合策略。即將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計(jì)—個(gè)全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計(jì)的各局部概念結(jié)構(gòu)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)１、方法與步驟第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)最經(jīng)常采用的策略是自底向上方法。即自頂向下地進(jìn)行需求分析，然后再自底向上地設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)。但無論采用哪種設(shè)計(jì)方法，一般都以E—R模型為工具來描述概念結(jié)構(gòu)。2、E—R模型設(shè)計(jì)英文為“Entity-RelationModel”，是用實(shí)體和關(guān)系來表示數(shù)據(jù)的模型，它的一個(gè)主要用途便是可以潔楚地表達(dá)實(shí)體間的關(guān)系。尤其在實(shí)體很多、關(guān)系很復(fù)雜的情況下，E—R模型會(huì)幫你清楚地理出其中的關(guān)系。（１）實(shí)體是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用來描述實(shí)際事物的計(jì)算機(jī)語義對(duì)象，是客觀存在并區(qū)別于其他事物的對(duì)象，可以是具體的對(duì)象也可以是抽象的事件。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)最經(jīng)常采用的策略是自底向上方法。即自頂向下地進(jìn)行需求分析，然（２）屬性是實(shí)體所具有的特性。是實(shí)體所具有的特性。屬性是實(shí)體所具有的特性。每個(gè)實(shí)體都具有一定的屬性，如一塊林地的屬性包括組成樹種、優(yōu)勢(shì)樹種、樹齡、木材產(chǎn)量等。實(shí)際上實(shí)體與屬性是相對(duì)而言的，很難有截然劃分的界限。同一事物，在一種應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”，在另一種應(yīng)用環(huán)境中可能作為“實(shí)體”。地學(xué)實(shí)體屬性信息包括：幾何類型信息點(diǎn)狀物體、線狀物體、面狀物體、復(fù)雜物體、三維物體等。分類分級(jí)信息說明物體的類屬，用特征碼或地理標(biāo)識(shí)碼表示。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（２）屬性第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖形信息描述物體的位置與形狀的信息。數(shù)量特征信息描述物體的大小或其他可以度量的性能指標(biāo)。質(zhì)量描述信息說明物體的質(zhì)量構(gòu)成名稱信息物體或地質(zhì)體的專有名稱。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖形信息第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（３）聯(lián)系實(shí)體之間通過聯(lián)系相互作用和關(guān)聯(lián)。聯(lián)系分為一對(duì)一、一對(duì)多和多對(duì)多。一對(duì)一聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合K1中的每個(gè)實(shí)體，在另一類型實(shí)體集合K2中僅有一個(gè)實(shí)體與之相聯(lián)系，反之亦然。那么這兩類實(shí)體之間的聯(lián)系為一對(duì)一聯(lián)系。一對(duì)多聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合E1中的每個(gè)實(shí)體，在另一類型實(shí)體集合E2中有多于兩個(gè)的實(shí)體與之相關(guān)聯(lián)，但是在E1中僅有一個(gè)實(shí)體與E2中的每個(gè)實(shí)體相關(guān)聯(lián)那么這種聯(lián)系為一對(duì)多聯(lián)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（３）聯(lián)系第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)多對(duì)多聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合E1中的每個(gè)實(shí)體，在另一類型實(shí)體集合E2中有多于兩個(gè)的實(shí)體與之相關(guān)聯(lián)，反之亦然，那么這種聯(lián)系為多對(duì)多聯(lián)系。（４）E-R圖它為E-R模型提供了圖形化的表示方法；可以有效的描述實(shí)體之間的關(guān)系，一般采用名詞表示實(shí)體，采用動(dòng)詞表示實(shí)體之間的關(guān)系。在E-R圖中，實(shí)體用矩形表示，屬性用橢圓表示，多值屬性用雙橢圓表示，并用直線與表示實(shí)體的矩形相連，聯(lián)系用菱形表示。聯(lián)系的基數(shù)標(biāo)注在菱形的旁邊。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)多對(duì)多聯(lián)系：如果對(duì)于某一類型的實(shí)體集合E1中的每個(gè)實(shí)體，在另（５）E-R模型中空間概念擴(kuò)充對(duì)任何空間實(shí)體的空間關(guān)系，E-R圖都不能很好的描述這些空間語義，為明確刻畫所有的空間關(guān)系，可能產(chǎn)生混亂的E-R圖，在關(guān)系結(jié)構(gòu)中增加額外的表格，丟失空間關(guān)系的固有限制，因此引入增加空間特征的E-R圖，根據(jù)空間數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)空間實(shí)體，允許空間關(guān)系和限制推理，降低E-R圖和關(guān)系結(jié)構(gòu)中的混亂程度。增加空間特征圖元，擴(kuò)充了E-R模型中的空間概念，空間特征圖元的類型：實(shí)體圖元，基本圖形是點(diǎn)、線、面以及它們的集合；關(guān)系圖元，如分割關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（５）E-R模型中空間概念擴(kuò)充第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.2.2邏輯模型設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于DBMS的使用需求，必須將概念模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)模型。這就是數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)。主要目的是根據(jù)E-R模型和所選擇的DBMS和GIS軟件系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。１、邏輯模型設(shè)計(jì)的要求邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是運(yùn)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的工具和環(huán)境，將對(duì)現(xiàn)實(shí)世界抽象得到的概念模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，用邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)概念模型中所提出的各種信息結(jié)構(gòu)問題，并用數(shù)據(jù)描述語言描述出來。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.2.2邏輯模型設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到如下幾點(diǎn)要求：①在共字?jǐn)?shù)據(jù)資源方面，在降低數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和使用成本方面以及在數(shù)據(jù)維護(hù)的事務(wù)處理方面都應(yīng)達(dá)到最大的效率。通常主要考慮的問題是；處理速度、吞吐量、響應(yīng)時(shí)間、可維護(hù)性和存儲(chǔ)需求。②在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面要達(dá)到防止(盡量減少)數(shù)據(jù)冗余，保持?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容與格式的一致。③要能最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的性能?？紤]應(yīng)能達(dá)到支持多種用戶視圖，有利于擴(kuò)展用戶應(yīng)用開發(fā)的領(lǐng)域以及保持?jǐn)?shù)據(jù)檢索、分析和生成的靈活性。④維護(hù)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到如下幾點(diǎn)要求：第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)２、關(guān)系表設(shè)計(jì)（１）關(guān)系表確定關(guān)系表是一個(gè)二維數(shù)據(jù)表，由行和列構(gòu)成。表的首行為記錄型，一般稱為表頭，數(shù)據(jù)庫中稱為字段或數(shù)據(jù)項(xiàng)，其他行為記錄值，表示實(shí)體目標(biāo)。列表示屬性值，每一列中，首行為數(shù)據(jù)項(xiàng)的型，其他行為數(shù)據(jù)項(xiàng)的值。記錄型為關(guān)系框架，每一個(gè)記錄值對(duì)應(yīng)一個(gè)字段和一行，關(guān)系本身相當(dāng)于一個(gè)文件。表與表之間則維持著某種關(guān)系，即以相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)表中均存在的某一項(xiàng)來維持，這種項(xiàng)稱為關(guān)鍵項(xiàng)（PrimaryKey）。（２）范式化關(guān)系表的規(guī)范化即保證數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)以程序處理避免矛盾和錯(cuò)誤，同時(shí)使表數(shù)據(jù)符合關(guān)系代數(shù)運(yùn)算要求這一過程為范式化。有第一范式、第二范式和第三范式。關(guān)系表中的范式用于減少冗余和方便查詢。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)２、關(guān)系表設(shè)計(jì)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要建立一個(gè)具體的GIS數(shù)據(jù)庫，首先應(yīng)該確定需要建立哪些關(guān)系表，雖然關(guān)系表依賴于圖形，但對(duì)于應(yīng)用而言，作為基礎(chǔ)地理信息并不需要復(fù)雜的屬性體系。（２）范式化為了保證數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和程序處理避免矛盾和錯(cuò)誤，同時(shí)使表數(shù)據(jù)符合關(guān)系代數(shù)運(yùn)算要求，關(guān)系表應(yīng)規(guī)范，這一過程稱為范式化（Normalize）。范式化有第一范式、第二范式和第三范式三種類型。各范式有不同的要求，通過三個(gè)范式分析可構(gòu)建符合規(guī)范的關(guān)系表。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要建立一個(gè)具體的GIS數(shù)據(jù)庫，首先應(yīng)該確定需要建立哪些關(guān)系表（３）表分割與關(guān)聯(lián)范式化后，按照字段記錄特征，進(jìn)行字段調(diào)整，將一個(gè)表分割為多個(gè)表。列出各表應(yīng)有的字段，確定表體系結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)表達(dá)得以協(xié)調(diào)。然后根據(jù)表間關(guān)系，通過關(guān)聯(lián)字段建立表間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成表體系，即關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)體系。（４）表結(jié)構(gòu)定義當(dāng)表確定后，可進(jìn)行表字段定義，如字段名稱、字段類型、長度、精度等。３、E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合,而E-R圖則是由實(shí)體、實(shí)體屬性以及實(shí)體之間的關(guān)系組成。所以將E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型就是把實(shí)體、實(shí)體屬性以及實(shí)體之間的關(guān)系第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（３）表分割與關(guān)聯(lián)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。一般遵循以下原則：E-R模型中每一類實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性構(gòu)成關(guān)系模式的屬性，實(shí)體的關(guān)鍵字用作關(guān)系模式的主關(guān)鍵字。E-R模型中的N:M聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，該關(guān)系模式的屬性由與該聯(lián)系連接的各實(shí)體類的關(guān)鍵字和聯(lián)系屬性組成，關(guān)鍵字由與該聯(lián)系連接的各類實(shí)體的關(guān)鍵字組合而成。一個(gè)1:M聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與M端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。一個(gè)1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，與之相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系屬性組成該關(guān)系模式的屬性，而關(guān)系的碼為各實(shí)體碼的組合。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。一般遵循以下原則：第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)同一實(shí)體集各實(shí)體間的聯(lián)系，也稱自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:M和N:M三種情況分別處理。具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。E-R模型中的多屬性值轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，該關(guān)系模式的屬性由相應(yīng)實(shí)體的關(guān)鍵字和多值屬性組成。4、地理數(shù)據(jù)模型選擇表示地理實(shí)體的定位數(shù)據(jù)模型，取決于計(jì)劃使用的GIS軟件的特點(diǎn)和應(yīng)用目的。如果只支持柵格數(shù)據(jù)，那么定位數(shù)據(jù)模型應(yīng)以柵格模型表示，如果只支持矢量數(shù)據(jù)，那么定位數(shù)據(jù)模型應(yīng)以矢量模型表示。對(duì)于那些要求精確定位和測量或涉及拓?fù)涮匦苑治龅膽?yīng)用，最好使用矢量模型，那那些涉及大量要素的分析或連續(xù)型面狀實(shí)體的分析且精度要求不很嚴(yán)格的應(yīng)用，則應(yīng)使用柵格模型。此外，在邏輯設(shè)計(jì)階段，還應(yīng)該定義定位數(shù)據(jù)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)同一實(shí)體集各實(shí)體間的聯(lián)系，也稱自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:GIS中邏輯空間結(jié)構(gòu)有：柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)。柵格結(jié)構(gòu)以規(guī)則的陣列表示地理空間現(xiàn)象的分布，地理實(shí)體的空間位置隱含其中，每個(gè)象元的相對(duì)行列位置表示其在地理坐標(biāo)系中的相對(duì)值。而數(shù)值則表示空間位置的地理屬性，易于存儲(chǔ)、操作和表示。柵格的缺點(diǎn)表示的地表是不連續(xù)的，是量化和近似數(shù)據(jù)。由于柵格結(jié)構(gòu)對(duì)地表的量化采樣，在柵格較大時(shí)誤差也較大。柵格過密又將增加存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)。矢量結(jié)構(gòu)通過記錄坐標(biāo)的方式，盡可能精確的表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體，空間坐標(biāo)設(shè)為連續(xù)的，可允許任意設(shè)置位置，長度和面積的精確定義，其精度僅受數(shù)字化設(shè)備的精度和數(shù)值記錄長度的限制，因此精度高而數(shù)據(jù)冗余小。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)GIS中邏輯空間結(jié)構(gòu)有：柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)。柵格結(jié)構(gòu)以規(guī)則的矢量和柵格的對(duì)比柵格數(shù)據(jù)冗余大、精度低、操作容易實(shí)現(xiàn)、便于屏幕顯示和打印機(jī)制圖；矢量可直接由跟蹤是數(shù)字化專題地圖得到、數(shù)據(jù)冗余低、量算與制圖精度高。5.2.3物理模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理模型是使用計(jì)算機(jī)軟硬件，以有效的和容錯(cuò)的方式，完成邏輯模型數(shù)據(jù)庫概念。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的任務(wù)是位數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)能在實(shí)際的物理存儲(chǔ)設(shè)備上得以實(shí)現(xiàn)，建立一個(gè)具有較好性能的物理數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)主要解決以下6個(gè)問題；恰當(dāng)?shù)胤峙浯鎯?chǔ)空間；決定數(shù)據(jù)的物理表示；確定存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；確定存放位置；解決系統(tǒng)的配置。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)矢量和柵格的對(duì)比第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)人員首先必須充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法；要充分了解應(yīng)用環(huán)境，特別是應(yīng)用的處理頻率和響應(yīng)時(shí)間要求；還要充分了解外存設(shè)備的特性。數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)依賴于所選用的DBMS，依賴于計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要需要考慮以下幾個(gè)方面。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（1）確定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)空間的分配應(yīng)遵循兩個(gè)原則：①存取頻度高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在快速、隨機(jī)設(shè)備上，存取頻度低的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在慢速設(shè)備上；②相互依賴性強(qiáng)的數(shù)據(jù)應(yīng)盡量存儲(chǔ)在相鄰的空間上。（2）決定數(shù)據(jù)的物理顯示數(shù)據(jù)的物理表示可分為兩類：數(shù)值數(shù)據(jù)和字符數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)可以用十進(jìn)制形式或二進(jìn)制形式表示。通常，二進(jìn)制形式占用較少的存儲(chǔ)空間。字符數(shù)據(jù)可以用字符串的方式表示，有時(shí)也可以利用代碼值的存儲(chǔ)代替字符串的存儲(chǔ)。為了節(jié)約存儲(chǔ)空間，常常采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，這在設(shè)計(jì)地理數(shù)據(jù)庫時(shí)尤為重要。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（1）確定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（3）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存取路徑在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，選擇存取路徑主要是指確定如何建立索引，確定為哪些關(guān)系模式建立索引，定義索引關(guān)鍵字等。（4）確定數(shù)據(jù)的存放位置確定數(shù)據(jù)應(yīng)該存放在一個(gè)磁盤上還是多個(gè)磁盤上，哪些數(shù)據(jù)應(yīng)存儲(chǔ)在高速存儲(chǔ)器上，哪些數(shù)據(jù)該存儲(chǔ)在低速存儲(chǔ)器上。(5)選擇數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇與應(yīng)用要求和數(shù)據(jù)模型有密切聯(lián)系，對(duì)批處理應(yīng)用的數(shù)據(jù)，一般以順序方式組織數(shù)據(jù)為好。對(duì)于隨機(jī)應(yīng)用的數(shù)據(jù)，則以直接方式或索引方式為好，同時(shí)以指針連接法建立數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（3）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存取路徑第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（6）確定系統(tǒng)配置DBMS產(chǎn)品一般都提供丁一些存儲(chǔ)分配參數(shù)，供設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物理優(yōu)化。初始情況下，系統(tǒng)都為這些變量賦予了合理的默認(rèn)值。但是這些值不一定適合每一種應(yīng)用環(huán)境，在進(jìn)行物理設(shè)計(jì)時(shí)，需要重新對(duì)這些變量賦值以改善系統(tǒng)的性能。2、矢量和柵格數(shù)據(jù)文件（1）矢量數(shù)據(jù)文件矢量空間數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。用數(shù)據(jù)庫管理空間矢量數(shù)據(jù)，首先要解決矢量數(shù)據(jù)模型的組織規(guī)范化問題，只能對(duì)其復(fù)雜的組織層次進(jìn)行規(guī)范化處理，建立邏輯清晰、層次分明的結(jié)構(gòu)，之后才能用關(guān)系數(shù)據(jù)庫對(duì)之進(jìn)行有效管理，同時(shí)，又不存在數(shù)據(jù)冗余。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（6）確定系統(tǒng)配置第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）柵格數(shù)據(jù)文件對(duì)于一個(gè)簡單的柵格GIS，每個(gè)圖層有一個(gè)網(wǎng)格矩陣組成，每個(gè)網(wǎng)格值為位于該網(wǎng)格內(nèi)的地理實(shí)體的屬性值。原始的柵格格式數(shù)據(jù)文件為簡單的逐行、逐列、逐點(diǎn)記錄多柵格象元的值，每個(gè)像元值方2字節(jié)，為0—32767的整數(shù)，采用這種簡單的結(jié)構(gòu)便于與用戶程序和遙感系統(tǒng)共享，又可以用多種高級(jí)語言處理，所有數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制記錄方式。由于柵格數(shù)據(jù)需占用大量的存儲(chǔ)空間，為減少冗余，采用一種無誤差壓縮編碼——游程長度編碼，記錄特征游碼和游程長度。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（2）柵格數(shù)據(jù)文件第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、屬性關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫是最常用的屬件數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，如：dBASE、FoxBAsE、Oracle、Access等。關(guān)系的概念從嚴(yán)格意義上講是集合論中的一個(gè)數(shù)學(xué)名詞，關(guān)系模型是一種數(shù)學(xué)化的模型，是將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表。一個(gè)實(shí)體由若干關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。關(guān)系表可表示為：R(A1．A2，A3，…，An)其中，R為關(guān)系名或稱關(guān)系框架，Ai(i＝l，2，2…，n)是關(guān)系R所包含的屬性名，表的行在關(guān)系中叫做元組，相當(dāng)于一個(gè)記錄，它的列叫做屬性。所有的元組都是同質(zhì)的，即有相同屬性項(xiàng)。一個(gè)關(guān)系作為一個(gè)同質(zhì)文件存儲(chǔ)，一個(gè)有幾個(gè)關(guān)系表的實(shí)例需建立幾個(gè)文件。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、屬性關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.3空間數(shù)據(jù)組織和管理5.3.1空間數(shù)據(jù)組織地理信息系統(tǒng)具有處理數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，為了便于管理和應(yīng)用開發(fā)，經(jīng)常在設(shè)計(jì)時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)劃分為一些子系統(tǒng)，與此相適應(yīng)，數(shù)據(jù)庫也被劃分為若干個(gè)子庫；此外，對(duì)于一些比較大的或比較復(fù)雜的子數(shù)據(jù)庫還要進(jìn)一步劃分。邏輯設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)空間數(shù)據(jù)分析階段所得到的地理數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分類、組織，從用戶觀點(diǎn)描述空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。（a）原始地圖

（b）圖塊

（c）層第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.3空間數(shù)據(jù)組織和管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)過程分兩步進(jìn)行：一是圖塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即按數(shù)據(jù)的空間分布將數(shù)據(jù)劃分為規(guī)則的或不規(guī)則的塊；二是圖層信息的組織，即按照數(shù)據(jù)的性質(zhì)分類，將性質(zhì)相同或相近的歸為一類，形成不同的圖層。圖塊結(jié)構(gòu)和層結(jié)構(gòu)是空間數(shù)據(jù)庫從縱、橫兩個(gè)方向的延伸，同時(shí)空間數(shù)據(jù)庫是兩者的邏輯再集成。1、縱向分層組織為了提高地圖中各個(gè)要素的檢索速度，便于數(shù)據(jù)的靈活調(diào)用、更新及管理，將系統(tǒng)所涉及的各種基礎(chǔ)信息和專題信息進(jìn)行分類管理，將不同類不同級(jí)的圖元要素進(jìn)行分層存放，每一層存放一種專題或一類信息，在同一層信息中，數(shù)據(jù)都具有相同的幾何特征和相同的屬性特征，表示地理特征以及描述這些特征的屬性的邏輯意義上的集合。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)過程分兩步進(jìn)行：一是圖塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即按數(shù)據(jù)的空間分?jǐn)?shù)據(jù)分層可以按專題、時(shí)間、垂直高度等方式來劃分。按專題分層就是每層對(duì)應(yīng)一個(gè)專題，包含一種或幾種不同的信息。專題分層就是根據(jù)一定的目的和分類指標(biāo)對(duì)底圖上的專題要素進(jìn)行分類，按類設(shè)層，每類作為一個(gè)圖層，對(duì)每一個(gè)圖層賦予一個(gè)圖層名。分類可以從性質(zhì)、用途、形狀、尺度、色彩等5個(gè)方面的因素考慮。數(shù)據(jù)分層時(shí)要考慮以下一些問題：（1）數(shù)據(jù)具有同樣的特性，即數(shù)據(jù)有相同的屬性信息。（2）按要素類型分層，性質(zhì)相同或相近的要素應(yīng)放在同一層。（3）即使是同一類型的數(shù)據(jù)，有時(shí)其屬性特征也不相同，所以也應(yīng)該分層存儲(chǔ)。（4）分層時(shí)要考慮數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分層可以按專題、時(shí)間、垂直高度等方式來劃分。按專題分層就（5）分層時(shí)要考慮數(shù)據(jù)與功能的關(guān)系。（6）分層時(shí)應(yīng)考慮更新的問題，（7）比例尺的一致性。（8）同一層數(shù)據(jù)會(huì)有同樣的使用目的和方式。（9）不同部門的數(shù)據(jù)通常應(yīng)該放入不同的層，以便于維護(hù)。（10）數(shù)據(jù)庫中需要不同級(jí)別安全處理的數(shù)據(jù)也應(yīng)該單獨(dú)存儲(chǔ)。（11）分層時(shí)應(yīng)顧及數(shù)據(jù)量的大小，各層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量最好比較均衡。（12）盡量減少冗余數(shù)據(jù)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（5）分層時(shí)要考慮數(shù)據(jù)與功能的關(guān)系。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)通過圖層管理地理數(shù)據(jù)，存在如下好處。①相同數(shù)據(jù)層中的地理對(duì)象，都是從無窮地理事物之中抽象出來的同一類別。②同一空間定位基礎(chǔ)、一致數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)、相同地域范圍中的各數(shù)據(jù)層在GIS中是可以任意疊合的。③多層地理數(shù)據(jù)的疊合分析，是GIS重要的空間分析方法之一。④通過不同的數(shù)據(jù)層疊加顯示，是計(jì)算機(jī)地理制圖的常用方法。2、橫向分塊組織在空間數(shù)據(jù)庫中，地圖以文件進(jìn)行存放，然而集中存放地圖卻受如下諸多因素的限制。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)通過圖層管理地理數(shù)據(jù)，存在如下好處。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)①磁盤容量。②查詢分析效率。③數(shù)據(jù)庫維護(hù)。圖塊劃分尺寸需根據(jù)實(shí)際需要而定。一般來說，圖塊劃分的原則如下。（1）按存取頻率較高的空間分布單元?jiǎng)澐謭D塊，以提高數(shù)據(jù)庫的存取效率。（2）圖塊的劃分應(yīng)使基本存儲(chǔ)單元具有較為合理的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)量過大，會(huì)造成查詢分析效率低下；數(shù)據(jù)量過小，不便于數(shù)據(jù)管理。（3）在定義圖塊分區(qū)時(shí)，應(yīng)充分考慮未來地圖數(shù)據(jù)更新的圖形屬性信息源及空間分布，以利于更新和維護(hù)。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)①磁盤容量。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、分層分塊索引空間數(shù)據(jù)庫采用層次模型組織方式，如下圖所示。具體來說，建庫的一般過程為：①建立圖塊工作區(qū)；②建立空間數(shù)據(jù)庫的庫體框架；③建立層框架；④數(shù)據(jù)采集、入庫。圖中地圖作為樹的根，表示一個(gè)完整的地理數(shù)據(jù)庫，地圖中的地物要保持存儲(chǔ)、表達(dá)的完整性和一致性。根據(jù)圖塊的劃分原則，將空間數(shù)據(jù)分為若干個(gè)圖幅，圖幅構(gòu)成樹的節(jié)點(diǎn)。該層次模型是以記錄類型為節(jié)點(diǎn)的有向樹，節(jié)點(diǎn)記錄之間具有一定的從屬關(guān)系。如果把層次模型中的記錄按照從上到下、從左到右的順序排列，就得到一個(gè)記錄序列。因此物理上可以通過層次順序和路徑查找記錄實(shí)現(xiàn)該層次模型。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)3、分層分塊索引圖中地圖作為樹的根，表示一個(gè)完整的地理數(shù)據(jù)庫5.3.2空間數(shù)據(jù)管理1、文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理系統(tǒng)大部分GIS軟件采用混合管理的模式，即用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，用商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理屬性數(shù)據(jù)，它們之間的聯(lián)系通過目標(biāo)標(biāo)識(shí)或者內(nèi)部連接碼進(jìn)行連接。2、關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是指將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的軟件廠商不做任何擴(kuò)展，由GIS軟件商在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，使之不僅能管理結(jié)構(gòu)化的屬性數(shù)據(jù)，而且能管理非結(jié)構(gòu)化的圖形數(shù)據(jù)。3、對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行的面向?qū)ο蟮臄U(kuò)展。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.3.2空間數(shù)據(jù)管理第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫支持核心的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型（對(duì)象模型），并借助于對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫語義的擴(kuò)充和修改，使之與對(duì)象模型的語義一致，以支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫特征，其基本特性包括基本數(shù)據(jù)類型的擴(kuò)充、復(fù)雜對(duì)象、繼承性等。4、面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)隨著面向?qū)ο螅∣bjectOriented）思想的出現(xiàn)和面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的應(yīng)用，面向?qū)ο蟮乃枷胍矐?yīng)用到空間數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)中。為了克服關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)的局限性，提出了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，并依此建立了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。面向?qū)ο竽Ｐ妥钸m應(yīng)于空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和管理，它不僅支持變長記錄，而且支持對(duì)象的嵌套、信息的繼承與聚集。面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)允許用戶定義對(duì)象和對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它的操作。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫支持核心的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模型（對(duì)象模型），并5、面向?qū)ο蟮娜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不同，面向?qū)ο蟮娜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫并沒有簡單采用在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)展的方法，其推出了空間數(shù)據(jù)管理的專用模塊，定義了點(diǎn)、線、面、圓、長方形等空間對(duì)象類。這些類將各種空間對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)先的定義，用戶使用時(shí)可以直接取用。對(duì)沒有預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)GIS的要求自行定義。第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5、面向?qū)ο蟮娜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)5.4柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理柵格數(shù)據(jù)管理的目的是將區(qū)域內(nèi)相關(guān)的柵格數(shù)據(jù)有效地組織起來，并根據(jù)其地理分布建立統(tǒng)一的空間索引，快速調(diào)度數(shù)據(jù)庫中任意范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)整個(gè)柵格數(shù)據(jù)庫的無縫漫游和處理；同時(shí)，柵格數(shù)據(jù)庫與矢量數(shù)據(jù)庫可以聯(lián)合使用，并可以復(fù)合顯示各種專題