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地理信息系统(第二版)-第四章


3、多对多的联系(M:N)
这是现实中最复杂的联系,即对于集合A中的一个 元素ai。在集合B就存在一个子集B′=(bj1, bj2…bjn) 与之相联系。反过来,对于B集合中的一个元素Bj在集 合A中就有一个集合A′=(ai1,ai2 …ain)与之相联系。
A
B
A
一对多的联系(1:N)
B
A
B
A
多对多的联系(M:N)
如图所示的城市的交通联系,不仅是双向的而 且是多对多的。如图所示,学生甲、乙、丙、丁、 选修课程,其中的联系也属于网络模型。
北京 西安 广州

学生甲 学生乙
上海

学生丙 学生丁
课程 1
课程 2
课程 3
课程 4
网络数据模型
网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显 示连接关系,是具有多对多类型的数据组织方式。
在生活中表示实体间联系的最自然的途径就是 二维表格。表格是同类实体的各种属性的集合,在 数学上把这种二维表格叫做关系。二维表的表头, 即表格的格式是关系内容的框架,这种框架叫做模 式,关系由许多同类的实体所组成,每个实体对应 于表中的一行,叫做一个元组。表中的每一列表示 同一属性,叫做域。
2 a 1 d
数据库常用的数据模型有三种:层次模型, 网络模型和关系模型。
5、数据保护特征
数据保护对数据库来说是至关重要的,一旦数 据库中的数据遭到破坏,就会影响数据库的功能, 甚至使整个数据库失去作用、数据保护主要包括 四个方面的内容:安全性控制、完整性控制、并 发控制、故障的发现和恢复。
3、数据库的系统结构
数据独立是数据库的关键性要求。数据独立 是指数据库中的数据与应用程序相互独立,即应 用程序不因数据性质的改变而改变;数据的性质 也不因应用程序的改变而改变。
4、复杂的数据模型
数据模型能够表示现实世界中各种各样的数 据组织以及数据间的 联系。复杂的数据模型是 实现数据集中控制、减少数据冗余的前提和保 证。采用数据模型是数据库方法与文件方式的 一个本质差别。
b Ⅰ c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
地图 M Ⅰ Ⅱ
多边形
Ⅰ Ⅱ
a c
b e
c f
d g
6
1
2 3 4 5
x1
x2 x3 x4 x5
y1
y2 y3 y4 t5 线
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
a b c d e f
1 2 3 4 3 5
2 3 4 1 5 6
g
6
4
6
x6
y6
关系数据库模型的特点
优点:
1、结构特别灵活,满足所有布尔逻辑运算和数学 运算规则形成的查询要求; 2、能搜索、组合和比较不同类型的数据; 3、增加和删除数据非常方便。
(3)传统数据库系统存贮的数据通常为等长记
录的数据;而地理空间数据通常由于不同空间目标 的坐标串长度不定,具有变长记录,并且数据项也 可能很大,很复杂。 (4)传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信 息;而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和 查询,如相邻、连通、包含、叠加等。
GIS中空间数据库的组织方式
关系模型是根据数学概念建立的,它把数据的逻 辑结构归结为满足一定条件的二维表形式。此处, 实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维 表,这种表就称为关系。一个实体由若干个关系组 成,而关系表的集合就构成为关系模型。 关系模型不是人为地设置指针,而是由数据本身 自然地建立它们之间的联系,并且用关系代数和关 系运算来操纵数据,这就是关系模型的本质。
1、数据库的定义
数据库(database,DB)的定义:
数据库就是为了一定的目的,在计算机系统中
以特定的结构组织、存储、管理和应用的相互关联 的数据集合。
计算机对数据的管理经过了三个阶段 : 程序管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段
数据库是数据管理的高级阶段,它与传统的数 据管理相比有许多明显的差别,其中主要的有两点: 一是数据独立于应用程序而集中管理,实现了 数据共享,减少了数据冗余,提高了数据的效益; 二是在数据间建立了联系,从而使数据库能反 映出现实世界中信息的联系。
层次数据库模型的特点
优点:
1、存取方便且速度快; 2、结构清晰,容易理解; 3、数据修改和数据库扩展容易实现; 4、检索关键属性十分方便。
缺点:
1、结构呆板,缺乏灵活性; 2、同一属性数据要存储多次,数据冗余大(如公 共边); 3、不适合于拓扑空间数据的组织。
层次结构模型应用时存在的问题
1、由于层次结构的严格限制,对任何对象的查询必须 始于其所在层次结构的根,低层次对象的处理效率 较低,并难以进行反向查询;
这些特点决定了利用目前流行的数据库系统直接管理地 理空间数据,存在着明显的不足,GIS必须发展自己的 数据库,即空间数据库。
以地理空间数据存储和操作为对象的空间数据库, 把被管理的数据从一维推向了二维、三维甚至更高维。 由于传统数据库系统(如关系数据库系统)的数据模拟 主要针对简单对象,因而无法有效地支持以复杂对象 (如图形、影像等)为主体的工程应用。
第四章
空间数据库
桂林理工大学博文管理学院建工系
第一节 数据库概述
数据库技术是20世纪60年代初开始发展起来的 一门数据管理自动化的综合性新技术。
建立数据库不仅仅是为了保存数据,扩展人的 记忆,而主要是为了帮助人们去管理和控制与这些 数据相关联的事物。地理信息系统中的数据库就是 一种专门化的数据库,由于这类数据库具有明显的 空间特征,所以有人把它称为空间数据库。
数据库是一个复杂的系统。数据库的基本结构 可以分成三个层次:物理级、概念级和用户级。
1、物理级(也称内模式或存储模式) :数据库 最内的一层。它是物理设备上实际存储的数据集 合(物理数据库),是数据物理结构和存储结构的 描述。
2、概念级(也称模式或逻辑模式) :是数据库 中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用 户的公共数据视图。 3、用户级(也称子模式、外模式或用户视图) : 是数据库用户看见和使用的局部数据的逻辑结构 和特征的描述,是数据库用户的数据视图,是与 某一应用有关的数据的逻辑表示。
2、层次命令具有过程式性质,要求用户了解数据的物 理结构,并在数据纵命令中显示地给出存取途径 ; 3、模拟多对多联系时导致物理存储上的冗余;
4、数据独立性较差。
2、网络模型
网络数据模型是数据模型的另一种重要结构, 它反映着现实世界中实体间更为复杂的联系。
网络数据模型的基本特征是,结点数据间没有 明确的从属关系,一个结点可与其它多个结点建 立联系。
目前,大多数商品化的GIS软件都不是采取传统 的某一种单一的数据模型,也不是抛弃传统的数据 模型,而是采用建立在关系数据库管理系统(RDBMS) 基础上的综合的数据模型,归纳起来,主要有以下 三种: 一、混合结构模型 二、扩展结构模型
三、统一数据模型
1、混合结构模型(Hybrid Model)
它的基本思想是用两个子系统分别存储和检 索空间数据与属性数据,其中属性数据存储在常 规的RDBMS中,几何数据存储在空间数据管理系统 中,两个子系统之间使用一种标识符联系起来。 在检索目标时必须同时询问两个子系统,然后将 它们的回答结合起来。
4、数据库中数据组织方式
数据是现实世界的载体,是信息的具体表达形式。 数据库中的数据组织一般可以分为四级:数据项、 记录、文件和数据库。
1、数据项:是可以定义数据的最小单位,也叫 元素、基本项、字段等。
2、记录:由若干相关联的数据项组成。对大多 数据库系统,记录是处理和存储信息的基本单位。
3、文件:文件是一给定类型的(逻辑)记录的全 部具体值的集合。 4、数据库:是比文件更大的数据组织。数据库 是具有特定联系的数据的集合,也可以看成是具有 特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部 构造是文件的集合,这些文件之间存在某种联系, 不能孤立存在。
B
第二节 传统数据库系统的数据模型
数据模型的主要任务就是研究记录类型 之间的联系。 目前,数据库领域采用的数据模型有层 次模型、网状模型和关系模型,其中应用最 广泛的是关系模型。
1、层次模型
层次模型是数据处理中发展较早、技术上也比较 成熟的一种数据模型。它的特点是将数据组织成有向 有序的树结构(即一对多的关系)。 层次模型由处于不同层次的各个结点组成。除根 结点外,其余各结点有且仅有一个上一层结点作为其 “双亲”,而位于其下的较低一层的若干个结点作为 其“子女”。结构中结点代表数据记录,连线描述位 于不同结点数据间的从属关系(限定为一对多的关系)。
2、数据库的主要特征
数据库方法与文件管理方法相比,具有更强的 数据管理能力。数据库具有以下主要特征: 1、数据集中控制特征 数据库集中控制和管理有关数据,以保证不同 用户和应用可以共享数据。 2、数据冗余度小的特征 冗余是指数据的重复存储。在数据库中应该严格 控制数据的冗余度。
3、数据独立性特征
(2) 不仅有地理要素的属性数据,还有大量的空间 数据,并且这两种数据之间具有不可分割的联系;
(3) 数据应用范围相当广泛。
传统数据库系统管理地理空间数据有以下几 个方面的局限性: (1)传统数据库系统管理的是不连续的、相关性 较小的数字和字符;而地理信息数据是连续的,并 且具有很强的空间相关性。 (2)传统数据库系统管理的实体类型较少,并且 实体类型之间通常只有简单、固定的空间关系;而 地理空间数据的实体类型繁多,实体类型之间存在 着复杂的空间关系,并且还能产生新的关系(如拓扑 关系)。
GIS
RDBMS
几何空间数据存储子 系统
混合结构模型原理框图
由于这种混合结构模型的一部分是建立在标准 RDBMS之上,故存储和检索数据比较有效、可靠。但因 为使用两个存储子系统,它们有各自的规则,查询操 作难以优化,存储在RDBMS外面的数据有时会丢失数据 项的语义;此外,数据完整性的约束条件有可能遭破 坏,例如在几何空间数据存储子系统中目标实体仍然 存在,但在RDBMS中却已被删除。
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