②将概念模型转换为计算机能
够接受的形式，即数据模 型。
第一节 空间数据库概述
地理空间的认知
① 地理空间实体（客体）
地理空间是一个三维空间，有四个基本实体 点实体 线实体 面实体 体实体
第一节 空间数据库概述
② 地理空间实体间的联系
空间位置，空间分布，空间形态、空间相关等 空间信息反映了空间分析所能揭示的信息，彼 此互有联系
帮助用户查询、检索、增加删除和修改数据
保障空间数据的独立性、完整性、和安全性
第一节 空间数据库概述
（1）概念模型
实际上是现实世界到机器世界的一个中间层。概念模型用于信息世界的 建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是设计人员的有力工具。
概念结构 设计过程
需求分析
用户需求
抽象
特点
概念结构
信息结构
模型的一个特例
第二节
网状模型示例 右图（a）中， R3有两个双亲记 录R1和R2 把R1和R2之间的 联系命名为L1，
传统的数据模型
R1 L1
R2 L2 L1
R1 L1
R1 L2
R2 L3
L2
R3
L4 R5
R3 (a)
R2 (b) 网状模型的例子
R4
L5 (c)
把R2与R3的联系
命名为L2
第二节
第一节 空间数据库概述
设计步骤
第一步 需求分析
第二步 概念设计 第三步 逻辑设计
第四步 物理设计
第五步 数据库的实施和维护
第一节 空间数据库概述
第一步 用户需求分析
GIS数据库开发应该主要了解下面的内容 明白即将开发的GIS所支持的各种功能；
了解系统要求的数据内容和行为；
了解数据之间的关系和优先次序，这些信息有利于制定数 据库的开发实施计划。
①将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型
②将转化来的关系、网状、层次模型向特定空间数据库系统支持下的数 据模型转换。
③对数据模型进行优化。
第一节 空间数据库概述
第四步 物理设计
数据库最终是要存储在物理设备上的。为一个给定的逻辑数据模型选
取一个最适合应用环境的物理结构（存储结构与存取方法）的过程，
第一节 空间数据库概述
两个实体之间的联系可分为以下三类
① 一对一联系(1:1) ② 一对多联系(1:n)。 ③ 多对多联系(m : n)
注意： E-R图仅仅是对现实世界描述的一种工具，仅能建立概念模型 (信息模型)，不能在计算机上直接实现。
第一节 空间数据库概述
（2）数据模型 常用数据模型种类
层次模型
第一节 空间数据库概述
3、空间数据库管理系统的实现方法 空间数据库管理系统是建立在常规数据库管理系统的基础上，实现对空 间数据的管理功能。 常规数据库管理系统扩展：直接对常规数据库管理系统进行扩展，
加入一定数量的空间数据存储与管理功能。
例如：Oracle 空间数据库引擎（SDE: Spatial Database Engine）：在常规数据 库管理系统上加一层空间数据库引擎，实现空间数据的存储与管理。 例如：ESRI的SDE
第一节 空间数据库概述
4）数据库总体设计的评定 根据数据库的应用目的和数据内容及使用方式来评价前面三步的设计结 果。
5）数据库概念模型的起草
将GIS数据库的概念设计起草成正式的文件，作为后面详细设计时参考。
第一节 空间数据库概述
第三步 逻辑设计
逻辑设计应该选择最适于描述与表达相应概念结构的数据模型，然后 选择最合适的空间数据库管理系统。设计逻辑结构时一般要分三步进行：
兄弟结点
R5 叶结点
一个层次模型的示例
第二节
多边形层次数据结构
传统的数据模型
Coverage记录
polygons记录
arcs记录 nodes记录
coordinates记录
第二节
(2)层次模型的数据存储
传统的数据模型
层次数据库中不仅要存储数据本身，还要存储数据之间的层次关
系，应将两者的存储结合在一起。
一、 层次数据模型
传统的数据模型
层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，层次数据库系统
采用层次模型作为数据的组织方式，用树形结构来表示各类实体以 及实体间的联系。如行政机构，家族关系等。 (1)层次模型的数据结构特点 由且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点
根以外的其它结点有且只有一个双亲结点
第二节
点称为叶结点。 在右图的例子中，
传统的数据模型
在层次模型中，同一双亲的子女结点称为兄弟结点，没有子女结点的结
R1根结点，
R2和R3为兄弟结点，是 R1的子女结点；
R2
R1
根结点
兄弟结点
R3 叶结点
R4和R5为兄弟结点，是 R2的子女结点；
R3 ， R4 ， R4 ，是叶结 点。
R4 叶பைடு நூலகம்点
第四章 地理信息系统空间数据库
主要内容
第1节 空间数据库概述 第2节 传统的数据模型
第3节 语义和面向对象数据模型
第4节 空间数据库逻辑模型设计和物理设计 第5节 GIS空间时态数据库
第一节 空间数据库概述
一、空间数据库的概念
1. 数据库的相关概念 ①数据库：是指长期储存在计算机内有结构的、大量的、可共享的数据 集合。 ②数据库管理系统：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件； 他的功能包括：数据定义，数据操作，数据库的运行管理，数据库的建 立和维护。 ③数据库系统：指在计算机系统中引入数据库后的系统，它由数据库、 数据库管理系统及其开发工具、应用系统、数据库管理员和用户构成。 ④数据库系统管理员： 负责数据库的建立、使用和维护的专门人员。
第二节
二、网络数据模型
传统的数据模型
在现实世界中客体的联系更多的是非层次关系的，用层次模型表示 非树形结构是很不直接的，网络模型可以克服这一弊病。 在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模
型：
允许一个以上的结点无双亲： 一个结点可以有多于一个的双亲。
网状模型可以更直接地去描述现实世界，而层次模型实际上是网状
网状模型的数据结构
传统的数据模型
网状数据库的存储结构中关键是如何实现记录之间的联系。常用的方法
是链接法，包括单向链接、双向链接、向首链接等，此外还有其它实现方 法，如引元阵列法、二进制阵列法、索引法等依据具体系统不同而不同。
网状数据库实例
第二节
三、关系数据模型
传统的数据模型
1、关系模型的基本概念
(1)关系 关系是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一 个域。
第一节 空间数据库概述
二、 空间数据库的设计
1. 空间数据库的设计过程 就是将地理空间客体按一定的组织形式，在数据库系统中加以表达的
过程。
这一过程一般需要两步 ①人类对客体的认识、抽象， 建立概念模型。
现实世界 人类的认识、抽象 信息世界的 概念模型 转换 机器世界 DBMS支持的数据模型 现实世界中客观实体的抽象过程
空间联系
时间联系
通过实体变化过程来反映。
属性联系
实体间的属性主要体现为属性多级分类体系中 的从属关系、聚类关系和相关关系
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的数据模型设计
数据模型建立的目的 揭示空间实体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为计算机能 够接受和处理的数据形式。
能够对空间数据进行统一管理
了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。
用户需求分析方法： 现状调查 调查内容的组织的分析
第一节 空间数据库概述
用户需求分析过程 现状调查：通过实际调查了解用户的现状及要求
调查内容的组织的分析：对调查的结果进行整理、分析和组织，并提交
报告及图件。包括： 现有机构的组织结构图
软件、硬件资源表
（1）空间数据库再组织：调整或者改变空间数据库的概念、逻辑和物理
结构的。 （2）安全性考虑：规定相应的数据库使用权限，保证数据库的安全运
行。主要方法是授权。
（3）故障恢复处理：数据库恢复就是把数据库从错误状态恢复到某一 已知的正确状态（亦称为一致状态或完整状态）的功能。
（4）事务控制：事务控制的目的就是保证多用户环境下的数据库的完
库系统，装入空间数据，并调试和运行。 建立实际的空间数据库结构
装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认其功能和性能
是否满足设计要求 装入实际的空间数据，即数据库加载，建立起实际运行的数据库。
数据库试运行
第一节 空间数据库概述
2、相关的其它设计 在数据库试运行期间，应进一步完善数据库的功能和性能。
第一节 空间数据库概述
2. 空间数据库的相关概念 空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地 理空间数据的总合，以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介质上。 空间数据库（系统）组成：包括3部分 空间数据库：是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的 地理空间数据的总合，一般是以一系列特定结构的文件形式组织后存储在介 质上。 空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语 义和逻辑上的定义，提供必需的空间数据查询检索和存取功能，以及能够对 空间数据进行有效的维护和更新的一套软件。 数据库应用系统：应用模块。
元组
表的每行对 应一个元组 属性：每列起一个名字，如XTIC
域
域是一组具有相同数 据类型的值的集合
第二节
2、关系的类型
基本关系
传统的数据模型
通常可称为基本表或基表，它是实际存储数据的逻辑表示。
专业人员清单 部门功能清单 数据来源清单