經管營銷空間數據庫及其管理

內容簡介§

5.1概述§

5.2空間數據庫模型§

5.3空間數據庫設計§

5.4空間數據庫建立與維護§5.1

概述5.1.1數據庫在GIS中的地位與作用

地理信息數據花費的時間要占整個管理系統(tǒng)建設所花時間的85%以上。貯存于數據庫中的空間數據和屬性數據是GIS的基礎。

地理信息數據庫是數據庫在資源環(huán)境管理方面的應用。文件記錄數據項數據項組邏輯數據單位之間的關系物理單位:

位(比特)、字節(jié)、字、塊(物理記錄)、桶和卷邏輯單位:

數據項、數據項組、記錄、文件和數據庫5.1.2數據的層次單位數據項數據項組記錄文件數據庫最基本的不可分割的數據單位,具有獨立的邏輯意義邏輯上具有某種共同標志的若干數據項組成的數據項或數據項組集合,對文件進行存取操作的基本單位給定類型邏輯記錄的全部具體值的集合文件的集合，文件之間存在某種聯系，不能孤立存在

空間數據庫與一般數據庫相比，具有以下特點：數據量特別大。不僅有地理要素的屬性數據，還有大量的空間數據。

數據應用廣泛。例如地理研究、環(huán)境保護、土地利用與規(guī)劃、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境、市政管理、道路建設等。①空間數據庫：是某區(qū)域內關于一定地理要素特征的數據集合。5.1.3數據庫及其相關概念（續(xù)）地理空間數據庫的內容以地形內容為代表的地理基礎數據庫以統(tǒng)計數據為代表的專題數據庫以遙感圖像數據為代表的柵格數據庫以DTM、環(huán)境監(jiān)測數據為代表的網格數據庫5.1.3數據庫及其相關概念（續(xù)）②數據庫管理系統(tǒng)

是提供數據庫建立、使用和管理工具的軟件系統(tǒng)。③空間數據庫管理系統(tǒng)

是指能夠對存儲的地理空間數據進行語義和邏輯的定義，提供必需的空間數據查詢檢索和存取功能，以及能夠對空間數據進行有效的維護和更新的一套軟件系統(tǒng)。④空間數據庫應用系統(tǒng)是由空間信息系統(tǒng)的空間分析模型和應用模型所組成的軟件?？臻g數據庫應用系統(tǒng)空間數據庫系統(tǒng)空間數據庫空間數據庫管理系統(tǒng)……

……

具有查詢、檢索、存取等功能GIS空間分析模型GIS空間應用模型……

GIS空間數據庫系統(tǒng)組成和功能空間數據庫空間數據庫管理系統(tǒng)空間數據庫應用系統(tǒng)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據的總合。是指能夠對物理介質上存儲的地理空間數據進行語義和邏輯上的定義；

提供必須的空間數據查詢、檢索和存取功能；

能夠對空間數據進行有效的維護和更新的一套軟件系統(tǒng)。提供給用戶訪問和操作空間數據庫的用戶界面，是應用戶數據處理需求而建立的具有數據庫訪問功能的應用軟件?？臻g數據庫系統(tǒng)支持下建庫一般由專業(yè)GIS軟件提供一般需要進行二次開發(fā)。空間數據模型有四種：層次模型、網絡模型、關系模型和面向對象模型?！?.2空間數據庫模型P100-106

根據使用的模型，可以把數據庫分成：層次型數據庫、網絡型數據庫、關系型數據庫和面向對象數據庫。5.2.1層次模型

是按層次結構來組織數據的。因此，層次結構也叫樹形結構，樹中的每個結點代表一種實體類型。這些結點應滿足：①有且僅有一個結點無雙親，這個結點稱為根結點；②其它結點有且僅有一個雙親結點。林地有林地灌木林地疏林地未成林地苗圃……經濟林……竹林人工林天然林特用林用材林

圖4.2層次型數據模型層次數據庫模型優(yōu)點：存取方便且速度快結構清晰，容易理解數據修改和數據庫擴展容易實現檢索關鍵屬性十分方便缺陷：結構呆板，缺乏靈活性同一屬性數據要存儲多次，數據冗余大（如公共邊）不適合于拓撲空間數據的組織5.2.2網絡模型

在網狀模型中，允許：

①一個坐標結點可以有多個雙親結點，因為一個結點可能屬于多條弧段，而一個雙親結點有兩個子女結點，即一條弧段總有兩個結點；

②一個圖斑雙親結點有多個弧段子女結點，而一個弧段子女結點同時又屬于兩個圖斑雙親結點。網絡模型用連接指令或指針來確定數據間的顯式連接關系，是具有多對多類型的數據組織方式。abcd12345efⅠⅡM網狀模型結構adcfeb1243ⅠⅡ5M網絡數據庫模型優(yōu)點：能明確而方便地表示數據間的復雜關系數據冗余小缺陷：網狀結構的復雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲數據間聯系的指針，使得數據量增大數據的修改不方便（指針必須修改）5.2.3

關系模型關系數據庫模型是以記錄組或數據表的形式組織數據，以便于利用各種地理實體與屬性之間的關系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數據和屬性數據之間關系的一種非常有效的數據組織方法。1x1y12x2y23x3y34x4y45x5y56x6y6點關系數據庫模型優(yōu)點：結構特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數學運算規(guī)則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數據增加和刪除數據非常方便缺陷：數據庫大時，查找滿足特定關系的數據費時對空間關系無法滿足問題：空間數據記錄是變長的（如點數的可變性），而一般的數據庫都只允許把記錄的長度設定為固定在存儲和維護空間數據拓撲關系方面存在著嚴重缺陷一般都難以實現對空間數據的關聯、連通、包含、疊加等基本操作不能支持復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部聯系的GIS數據記錄需要的復雜的安全維護5.2.4面向對象模型對象是客觀事物實體的部分或整體的數字表達。每個對象都有自己的特征和行為，對象的特征用數據來表示，稱作對象的屬性；對象的行為用對象中的代碼來實現，稱作對象的方法。面向對象是指無論怎樣復雜的事物都可以準確地由一個對象表示，這個對象是一個包含了數據集和操作集的實體。除數據與操作的封裝性以外，面向對象的數據模型還涉及到分類、概括、聚集和聯合四個概念以及繼承和傳播兩個語義模型工具。面向對象的幾何抽象類型

GIS中的各種地物，在幾何性質方面不外乎表現為四種類型，即點狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。吉奧之星中的空間對象模型

§5.3空間數據庫設計5.3.1空間數據庫設計的目標最大限度的滿足用戶要求數據庫總體性能良好對現實世界模擬盡量精確能被某個DBMS系統(tǒng)接受空間數據庫設計過程及其文檔空間數據庫設計過程:系統(tǒng)需求分析概念設計實現設計物理設計需求說明書E—R模型邏輯數據庫結構物理數據庫結構規(guī)劃數據字典設計5.3.2空間數據庫設計(1)規(guī)劃

進行建立空間數據庫的必要性和可行性分析,確定空間數據庫之間的關系

在空間數據庫規(guī)劃工作完成后,應編制詳盡的可行性分析報告及空間數據庫規(guī)劃綱要。內容包括空間數據范圍、空間數據來源、人力資源、設備資源、軟件及支持工開發(fā)成本及進度安排等。(2)需求分析需求分析是整個空間數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：數據源的選擇和對各種數據集的評價（空間、屬性評價）。（3）概念設計將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結構即概念模型的過程就是概念設計。概念設計是整個數據庫設計的關鍵。而描述概念模型的有力工具是E-R模型。下面以建立城市地下管線信息系統(tǒng)為例介紹。E—R模型，即實體—聯系模型，包括實體、聯系和屬性三個基本成分。ER模型實體即現實世界中存在的“人”或“物”。城市地下管線雖然種類較多，但其空間結構基本一致。一般都由管線點、管線段及其附屬設施構成。①Ｅ－Ｒ圖的基本成分聯系

表示實體之間存在的關系。例如：管線點組成管線段。聯系可分為一對一（１：１）、一對多（１：Ｍ）、多對多（Ｍ：Ｎ）等類型。①Ｅ－Ｒ圖的基本成分用E—R法表示實體的屬性和聯系管線點點號X坐標Y坐標地面高（a）實體的屬性（b）聯系組成管線段管線點屬性

表示實體或聯系的某種特征。例如，管線點有點號、X坐標、Y坐標和地面高等。①Ｅ－Ｒ圖的基本成份(續(xù))②用Ｅ－Ｒ圖描述概念模型下面以城市地下管線管理信息系統(tǒng)為例，說明用Ｅ－Ｒ方法來建立概念模型的具體步驟。第一步：確定Ｅ－Ｒ模型應含的實體。如前面所指出的，每一實體可用來代表一類數據的集合。所以在本例中，實體應包括管線點、管線段、道路和附屬物。這一步的目標是在實體之間建立所需的聯系。通常的作法是，根據對系統(tǒng)的功能分析首先選出一至數項有代表性的單項應用，建立起相應的局部Ｅ－Ｒ模型。然后在此基礎上逐漸擴充，所有實體之間均建立起應有的聯系。②用Ｅ－Ｒ圖描述概念模型（續(xù)）第二步：建立系統(tǒng)單項應用的局部Ｅ－Ｒ模型②用Ｅ－Ｒ圖描述概念模型(續(xù))第三步：將局部Ｅ－Ｒ模型綜合為系統(tǒng)的總體Ｅ－Ｒ模型。第四步：改進總體Ｅ－Ｒ模型。通過綜合得到的初始模型常常存在不完善的地方，需要進行改進。一個完善模型應該具有最小的數據冗余。所以這一步的主要目的就是減少冗余，盡可能避免數據的重復存貯。地下管線的實體－關系模型

在關系型數據庫中,每一數據庫文件表示為一個關系。從E-R模型轉換為關系模式,就是將E-R模型中的所有實體和聯系都改用關系來表示。③E-R模型向關系模式的轉換從E—R模型向關系模型轉換的主要過程為：A.確定各實體的主關鍵字；B.確定并寫出實體內部屬性之間的數據關系表達式（函數依賴關系），即某一數據項決定另外的數據項；C.把經過消冗處理（規(guī)范化處理）的數據關系表達式中的實體作為相應的主關鍵字；D.根據B、C形成新的關系。E.完成轉換后，進行分析、評價和優(yōu)化。

①把每一實體轉換為一個關系

首先分析實體的屬性集，從中找出關系的主鍵(主鍵是關系數據庫中可用于唯一地識別任何記錄的字段)，然后用關系式來表示實體。下面例中的實體，可分別轉換為下列關系。主鍵將決定其它屬性的值，或者說其它屬性對主鍵存在依賴的關系。E-R模型向關系模式的轉換(續(xù))例：實體轉換為關系實體名:管線點對應的關系:管線點表（點號、X坐標、Y坐標、地面高）。②轉換結果的改進主鍵(4)邏輯設計地理信息具有數據量大、結構復雜等特點，為了便于管理和應用開發(fā)，經常在設計時將整個系統(tǒng)劃分為一些子系統(tǒng)，與此相適應，數據庫也被劃分為若干子庫。邏輯設計的主要任務是將空間數據分析階段所得到的地理數據重新進行分類、組織。邏輯設計過程主要包括兩個步驟：圖塊結構設計（分塊）。按數據的空間分布將數據劃分為規(guī)則的或不規(guī)則的塊（。如按行政單元進行劃分存儲）。圖層信息組織（分層）。按照數據的性質分類，將性質相同或相近的歸為一類，形成不同的圖層。地下管線數據庫層次結構圖其目的在于確定數據庫的存儲結構。主要內容(5)物理設計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空間數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：一是數據占有較小的存儲空間；二是對數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。(5)物理設計（續(xù)）第一步：確定所有字段的名稱、類型與寬度設計時請注意：（1）去掉在不同關系中重復出現的屬性；（2）字段名既要便于識別，又要盡量簡化。(5)物理設計（續(xù)）第二步：確定數據庫文件的名稱及其組成(5)物理設計（續(xù)）第三步：確定索引文件與索引碼。個別庫不能建立固定的索引，必要時可按應用的需要臨時建立，其余數據庫文件應各建立一個索引文件與索引碼。第四步：按選定的語言建立上述的數據庫文件及其索引文件。城市地下管線管理系統(tǒng)包括的字段道路中心線：道路編號、道路名稱、路寬、道路長度、單行；道路邊線：道路編號、道路名稱；管線點：管點編號、x坐標、y坐標、管點特征、管點地面高程、埋設時間；管線段：管段編號、管線種類、管徑、材質、起點管頂高、起點地面高、終點管頂高、終點地面高、埋設時間、管理單位、地區(qū)，流向；附屬設施：附屬物編號、管段號、地面高程、埋深。(6)數據字典設計

數據字典用于描述數據庫的整體結構、數據內容和定義等。一個好的數據字典可以說是一個數據的標準規(guī)范，它可使數據庫的開發(fā)者依此來實施數據庫的建立、維護和更新。數據項（數據項名、含義、類型、長度、取值等）數據結構（數據結構名、組成成分等）數據流（數據流名、流入流出過程名、組成等）數據存儲（存儲名、數據量、存取方式、操作方式）加工過程（加工過程名、加工的簡要說明）數據字典的內容包括：§5.4空間數據庫的建立與維護①建立空間數據庫結構

利用DBMS提供的數據描述語言描述邏輯設計和物理設計的結果，得到概念模式和外模式，編寫功能軟件，經編譯、運行后形成目標模式，建立起實際的空間數據庫結構。5.4.1空間數據庫的建立②數據裝入

一般由編寫的數據裝入程序或DBMS提供的應用程序來完成。在裝入數據之前要做許多準備工作，如對數據進行整理、分類、編碼及格式轉換。裝入的數據要確保其準確性和一致性。③調試運行

裝入數據后，要對地理數據庫的實際應用程序進行運行，執(zhí)行各功能模塊的操作，對地理數據庫系統(tǒng)