点状地物
线状地物
面状地物
复杂地物
电 视 塔
桥 梁
车 站
道 路
水 管
电 力 线
建 筑 物
公 湖 园
Hale Waihona Puke 矿 山大 学 县5.1.2 空间数据库
数据 存储
数 据 库
数据 管理
原始信息 数据库
• • •
程序库 (数据库软件)
主要表现在：用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完 成后再将决策结果存储在空间数据库中。 概念 ：某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合 。 特点 ： – 数据量特别大 ; – 既有属性数据，又有空间数据 ; – 数据应用广泛 。
查询与操作
文字、数字
5.2 空间数据管理
GIS数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别 于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：
海 量 数 据 特 征
分 类 编 码 特 征
非 结 构 化 特 征
多 尺 度 与 多 态 性
空 间 关 系 特 征
抽 象 特 征
空 间 特 征
文件/关系数据库混合管理
2 a 1 d
b Ⅰ c 4
3
e Ⅱ g
5 f
M
6
M
Ⅰ
Ⅱ
a 1 2 2
b 3 3
c 4 4
d 1 3
c 4 3
e 5 5
f 6 6
g 4
1 层次数据模型 1 层次数据模型
• 缺陷： • 结构呆板，缺乏灵活 性 • 同一属性数据要存储 多次，数据冗余大 （如公共边） • 不适合于拓扑空间数 据的组织
数字形式
文字
图形
图像
声音
语言
数据
计算机
数据库技术
保存和管理大量复杂的数据
图 数据库大致组成的结构图
数据库中数据组织层次
•
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。 – 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。
地理空间数据库 制作与使用
5.1 空间数据库概述
5.1.1 数据库基础
数据库概述
• 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。 • 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 关联的数据集合。
根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一 定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高 空间操作的效率
GIS中引入空间索引的必要性
工作区建立 查询、显示 数据提取
常见空间索引方法
对象范围索引 格网索引 四叉树索引 R树和R+树索引
空间索引：对象范围索引
空间对象集合
4
面向对象模型
• 面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录， 而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。 • GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状 地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这 四种类型可以作为GIS中各种地物类型的超类。
空间地物
观察的现象、 文件与地图
存储于检索
数据库
存储于检索
原始数据 数据预处理
展示与交互
制图
结构化数据
查询与分析
图 数据库功能
数据库的应用领域
随着信息时代的发展，数据库也相应产生了一些新的应用领域。主要表现在下面 6个方面。
多媒体数据库
信息检索系统
移动数据库
生活 工作 学习
分布式信息检索
空间数据库
专家决策系统
空间数据的组成：从类型上分有栅格数据库和矢量数据库两类，其中栅 格数据包括航空遥感影像数据和DEM数据；矢量数据则包括各种空间实 体数据（图形和属性数据）
空间数据库
空间对象 影 像
数 字 高 程 模 型
空间对象
空间对象
图 空间数据库组成
举例
传统数据库与空间数据库的比较
传统数据库 数据连续性/相关性 实体类型/空间关系 记录长度 不连续 相关性小 少 简单固定 结构化 等长 空间数据库 连续 较强空间相关性 多 复杂且不固定 非结构化 不等长 文字数字 空间图形
GIS用户界面
高级语言
数据库开发语言
ID 几 何 数 据 属 性 数 据
图形用户界面 属性用户界面
图形处理 图形 文件库
DBMS 属性 数据库
早 期
图形处理
DBMS
GIS用户界面
高级语言
ODBC协议
数 数 据 据 文 库 件
图形 文件库
属性 数据库
图形处理 图形 文件库
DBMS 属性 数据库
栅格数据的管理
GIS数据管理方法的4种主要类型 ：
GIS应用 软件
GIS应用软 件
GIS应用软件
GIS应用软 件
管理空间 数据的软件
管理属性 数据的DBMS
扩展DBMS 以容纳空间数据
用户设计 的数据库
商业数据库
空间及 属性数 据文件
空间数据库
属性数据库
空间及属性 数据库
空间及属性 数据库
空间数据索引
空间索引概念
学号 姓名 年级 籍贯 系名 教师数 学生数 002312 系名 张三 教师数 3学生数广东 研究生
学号 课程号 系名 002312 系名 A01 教师数
课程号 课程名 周学时 学分 系名 教师数 学生数 A01系名 GIS 教师数 4学生数 5研究生
2
网络数据模型
优点： •能明确而方便地表示数据间的复杂关系 •数据冗余小
数据模型
数据模型是数据库系统中实体与实体之 间的联系方式，是衡量数据库能力强弱的主 要形式之一。
每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能 力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方 式。 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，面向对象模型。
1
层次数据模型
• 它的特点是将数 据组织成一对多 关系的结构。 • 层次结构采用关 键字来访问其中 每一层次的每一 部分。 • 层次数据库结构 特别适用于文献 目录、土壤分类、 部门机构等分级 数据的组织。
– – – – – 所有数据集中存储，数据安全，易于共享 较方便管理多数据源和多时态的数据 支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享 影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询 对C/S的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很 大提高 – 影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致 性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除 – 支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不 同操作系统平台下运行
地理信息系统教程
——第5章 空间数据组织与管理
衡阳师范学院资源环境与旅游管理系 10级 地理科学专业1-2班
主讲人：胡最 2012/10/8
本讲的教学重点与目标
数据库的基本概念 和特点
数据库的功能 和应用领域
地理空间数据库 的原理与方法
我们为什么要学 空间数据库？到 底怎么去学呢？ 这就是本节的重 点内容！
点 1 x1 y1
2
3 4 5 6
x2
x3 x4 x5 x6
y2
y3 y4 t5 y6
3
关系数据模型
• 优点： • 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 • 能搜索、组合和比较不同类型的数据 • 增加和删除数据非常方便 • 缺陷： • 数据库大时，查找满足特定关系的数 据费时 • 对空间关系无法满足
属性数据 （定长记录）
GIS界面
空间数据 （变长记录）
关系表
二进制块
DBMS
空间 数据库
对象/关系数据库管理
• 这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的管 理，由于由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块 的管理高得多。 • 许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩 展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据，如Oracle 和 Informix等都推出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、 面、圆、长方形等空间对象的API函数。用户不能根据GIS要求对其 进行再定义，一般不带拓扑关系。 • 但是它仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也不能由用户 任意定义，使用上仍然受到一定限制。 • GIS软件：TIGER，Geo++、Geo Tropics等
缺陷： •网状结构的复杂，增加了用户查询和定 位的困难。 •需要存储数据间联系的指针，使得数据 量增大 •数据的修改不方便（指针必须修改）
3
关系数据模型
关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各 种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建 立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
• • • •
优点： 存取方便且速度快 结构清晰，容易理解 数据修改和数据库扩 展容易实现 • 检索关键属性十分方 便
2
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式连 接关系，是具有多对多类型的数据组织方式 。