第八章空间数据库设计详解
空间数据库设计
空间数据库设计随着现代科技的不断进步，空间数据库设计已成为地理信息系统（GIS）和相关领域中一个至关重要的环节。
空间数据库主要负责存储和管理地理空间数据，包括但不限于地形、地貌、建筑物、道路等地理信息。
本文将探讨空间数据库设计的重要性及其在实现数据高效存储和管理方面的关键作用。
一、空间数据库设计概述空间数据库设计是针对空间数据的存储和管理进行规划和构建的过程。
它需要对空间数据的特性和关系进行深入理解，并运用相关的数据库技术来实现数据的有效组织和存储。
空间数据库设计需要考虑数据模型的建立、数据结构的优化、数据存储的方式以及数据访问的控制等问题。
二、空间数据库设计的重要性1、提高数据存储效率空间数据库设计通过对数据模型的优化和数据结构的调整，可以提高数据的存储效率。
这不仅可以减少存储空间的需求，还可以降低数据的维护成本。
2、增强数据管理能力通过合理的空间数据库设计，可以实现对空间数据的有效管理，包括数据的查询、更新、删除等操作。
这有助于提高数据处理效率，并保证数据的一致性和完整性。
3、促进数据共享与应用良好的空间数据库设计可以促进数据的共享与应用。
通过数据模型和数据结构的规范化，可以实现不同系统之间的数据共享和交互，从而扩大数据的应用范围。
三、空间数据库设计的关键环节1、数据模型的选择与优化在空间数据库设计中，选择适合的数据模型是至关重要的。
常见的空间数据模型有层次模型、网络模型、关系模型等，选择哪种模型取决于具体的应用需求和数据特点。
还需要根据实际需求对数据模型进行优化，以提高数据处理效率。
2、数据结构的规划与调整数据结构是空间数据库设计的核心部分，它决定了数据的组织方式和访问方式。
在规划数据结构时，需要考虑数据的完整性、一致性、并发控制等因素，以确保数据的安全性和可靠性。
同时，还需要根据实际应用需求对数据结构进行调整和优化，以满足不同场景下的数据处理需求。
3、数据存储策略的制定与实施制定合理的数据存储策略可以有效提高空间数据库的性能。
空间数据库设计步骤与内容
空间数据库设计步骤与内容
空间数据库是指在地理信息系统(GIS)中应用的一种数据库，它存储和管理与空间相关的数据和信息。
为了设计一个高效的空间数据库，必须遵循以下步骤和内容：
1.需求分析：首先需要明确用户的需求，包括数据类型、数据量、数据更新频率等。
2.数据采集：采集空间数据，可以通过卫星图像、数字地图、GPS 数据等方式获取。
3.数据处理：对采集到的数据进行处理，包括数据格式转换、数据清洗、数据拓扑检查等。
4.空间数据模型设计：根据需求和采集的数据，设计空间数据模型，包括数据表结构、空间索引等。
5.数据库系统设计：选择适合的数据库系统，如Oracle、MySQL、PostgreSQL等，设计数据库系统结构。
6.数据导入：将处理好的空间数据导入到数据库中，建立空间数据表和索引。
7.数据库应用程序设计：根据需求和数据库系统，设计应用程序，如GIS应用程序、Web应用程序等。
8.数据管理：管理空间数据，包括数据备份、数据维护、数据更新等。
9.性能优化：调整数据库系统参数，优化数据库查询效率，提高系统性能。
以上是设计空间数据库的步骤和内容，需要充分考虑用户需求和数据特点，以提高空间数据管理和应用的效率和质量。
空间数据库PPT课件
• 数据抽象和数据建模 • 空间信息模型
– 概念模型 – 基于场的模型 – 基于对象的模型
• 空间数据类型、空间对象关系 • 两种拓扑关系代数：9IM，RCC
2021
1
数据库设计的三个步骤
• 概念模型
– 按用户的观点从现实应用中抽象出事物以及 事物之间的联系
• 逻辑建模
– 建立概念和联系的逻辑结构
– 联系：表达实体间的关联
• 一对一、一对多、多对多
2021
7
E-R图
姓名 学号 系别 课程名 先修课 主讲老师
学生 选修
实体
联系 成绩
2021
课程
属性
8
面向对象模型
• 现实世界被看作若干对象类（class），由属性 （attribute）来描述性质，方法（method）来 描述行为，通过关系（relationship）互相关联
2021
37
度量空间
• 设X是一个非空集合，如果已知X中任何一对元 素x,y，均给定一个实数d(x,y)与之对应，而且 满足下列条件
– d(x,y)>=0（非负）； – d(x,y)=0x=y（到自身距离为0）； – d(x,y)=d(y,x)（对称）； – d(x,y)<=d(x,z)+d(z,y)（三角不等式）
– 类：现实中具有相同性质的对象的封装
– 属性：描述对象的性质
– 方法：修改对象的状态，体现对象的功能
– 关系：类之间的关联
• 聚合aggregation：整体-部分关系 • 泛化generalization：一般-特殊关系 • 关联association：其它关系
2021
9
category name
空间数据库设计概述
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
空间 数据库
地理现象 和过程
数据库的 概念模型
数据库的 逻辑模型
数据库的 存储模型
现实世界
信息世界
计算机世界
4
3.1.1 空间数据库设计的内容
需求分析
概念设计
数据库 运行与维护
数据库实现
逻辑设计 物理设计
5
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
6
3.1.2 空间数据库设计的目标
满足用户 需求
良好的数 据库性能
准确模拟 现实世界
能够被某 个数据库 管理系统
接受
7
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
8
3.1.2 空间数据库设计原则
1. 空间数据库设计与应用系统设计相结合的原则； 2. 数据独立性原则； 3. 共享度高、冗余度低的原则； 4. 用户与系统的接口简单性原则； 5. 系统可靠性、安全性与完整性原则； 6. 系统具有重新组织、可修改与可扩充用性原则。
3.1 空间数据库设计概述
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
2
内容提纲
3.1.1 空间数据库设计的内容 3.1.2 空间数据库设计的目标 3.1.3 空间数据库设计的原则
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3.1.1 空间数据库设计的内容
• 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建 立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应 用需求。
空间数据库设计的步骤
空间数据库设计的步骤一、概述空间数据库设计是指将地理信息数据存储在数据库中，以便于管理、查询和分析。
空间数据库设计的步骤包括需求分析、数据建模、数据设计和实现等。
二、需求分析1.收集用户需求：了解用户对地理信息的需求，包括需要存储哪些类型的数据，需要进行哪些类型的查询和分析等。
2.确定数据来源：确定数据来源，包括采集现有数据或自行采集。
3.确定数据规模：根据用户需求和数据来源确定数据规模，包括要存储多少个地理信息对象，每个对象需要多少属性等。
三、数据建模1.确定实体关系：根据用户需求和数据来源确定实体关系。
例如，一个城市可以被看作是一个实体，它包含许多街道、建筑物等子实体。
2.绘制ER图：使用ER图表示实体之间的关系。
ER图应该清晰明了，并且易于理解。
3.确定属性：为每个实体和子实体确定属性，并将其添加到ER图中。
四、数据设计1.选择数据库管理系统（DBMS）：选择适合项目的DBMS。
常见的DBMS包括Oracle Spatial、PostGIS等。
2.选择适当的空间索引：选择适合项目的空间索引方式。
常见的空间索引方式包括R树、Quadtree等。
3.设计表结构：根据ER图设计表结构。
每个实体和子实体都应该对应一个表，每个属性都应该对应一个列。
五、实现1.创建数据库：在DBMS中创建数据库。
2.创建表：根据数据设计中的表结构创建表。
3.导入数据：将采集到的数据导入到数据库中。
4.创建索引：根据数据设计中选择的空间索引方式创建索引。
六、总结以上是空间数据库设计的步骤，其中需求分析和数据建模是关键步骤，需要仔细考虑。
在实现过程中，需要注意性能和安全性等问题。
空间数据库系统设计共40页文档
特化能够从已有的实体类型中创建新的实体类型， 允许从一个实例中区分出的某些实例有特定的属性，或 者与其他实体间有特定的联系。
泛化是在一组已经存在的类中识别它们共同的性 质，抽取这些共同性质建立一个新类。
图斑
土地利用
d
线状地物
零星地物
建筑物 o
其设计步骤是： （1）E-R模型向关系模型的转换
M:N时，每一个实体转换为一个单独的关系模式， 该关系模式的属性包含相应实体的所有属性。 （2）关系数据模型的规范化设计
编号
道路中心线 …
路段
组成
编号 名称
类型 长度
道路 起点
…
终点
包含依赖性实体的E-R模型
E-R模型优点： （1）基于实体、联系、属性等简单有力的概念，便于非
专家理解。 （2）容易转换成逻辑模型，方便映射到关系模式。 缺点： （1）缺少足够强有力的建模构造。
3、实体－联系扩展模型（EER） 与泛化、特化及属性继承机制密切相关。允许在数
二、空间数据库概念设计
概念模型是系统设计者和用户之间对系统的认识进 行沟通的有效手段。它可以表达建模对象的信息结构和 动态特征。
概念设计是逻辑设计和物理设计的基础。
1、概念设计的步骤 （1）确定应用领域
数据库设计必须有明确的应用领域。应用领域越 明确、越狭窄，相应的模型就越简单。 （2）确定用户需求
道路
终点
起点
道路中心线
简化的E-R模型
一个实体类型必须有至少一个唯一标识符。通过它 来实现区分实例。唯一标识符的选择通常取决于建模过 程中实施层次的一些因素。
E-R模型允许建模者表达实体进入联系的方式。此 外，联系不仅能连接两个实体类型，也可以连接多个实 体类型，甚至可以连接一个实体及其自身。
空间数据库的设计
§2.7 空间数据库的设计、建立和维护一、空间数据库的设计数据库因不同的应用要求会有各种各样的组织形式。
数据库的设计就是根据不同的应用目的和用户要求，在一个给定的应用环境中，确定最优的数据模型、处理模式、存贮结构、存取方法，建立能反映现实世界的地理实体间信息之间的联系，满足用户要求，又能被一定的DBMS接受，同时能实现系统目标并有效地存取、管理数据的数据库。
简言之，数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在着的应用数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。
空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统的基础上建立空间数据库的整个过程。
主要包括需求分析、结构设计、和数据层设计三部分。
1、需求分析需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：1）调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。
2）需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、特征、需要存储的数据)、信息加工处理要求(如响应时间)、完整性与安全性要求等。
3）编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。
需求分析是一项技术性很强的工作，应该由有经验的专业技术人员完成，同时用户的积极参与也是十分重要的。
在需求分析阶段完成数据源的选择和对各种数据集的评价2、结构设计指空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。
空间数据模型越能反映现实世界，在此基础上生成的应用系统就越能较好地满足用户对数据处理的要求。
空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是地理信息系统中空间实体的模型化问题。
主要过程是见图2-7-1。
1）概念设计概念设计是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，最终形成空间数据库系统及其应用系统所需的模型。
具体是对需求分析阶段所收集的信息和数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及它们之间的联系，将各用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式。
空间数据库的设计与管理
空间数据库的设计与管理1. 引言空间数据库是指在计算机系统中用于存储和管理地理数据的数据库系统。
随着地理信息系统（GIS）的发展和应用日益广泛，空间数据库的设计与管理变得尤为重要。
本文将探讨空间数据库的设计原则、数据模型和管理方法。
2. 空间数据库的设计原则（1）空间一体性：空间数据具有一定的一体性，即地理对象的各个组成部分之间具有一定的内在关联。
在设计空间数据库时，必须考虑地理对象的组成关系和拓扑关系，确保数据元素的一致性和正确性。
（2）空间关联性：地理对象之间存在着空间关联关系，如邻近关系、包含关系等。
在数据库设计中，需要考虑地理对象之间的关联关系，并为其建立相应的索引和查询机制。
（3）数据完整性：地理数据的完整性是空间数据库设计的核心要求之一。
设计者需要定义具体的数据模型，并设置相应的完整性约束，以保证地理数据的准确性和可靠性。
3. 空间数据库的数据模型（1）层次模型：层次模型是最早被应用于空间数据库的数据模型之一。
该模型可以有效地描述地理对象之间的层次关系，但对于描述非树形结构的数据非常复杂，不适用于较复杂的地理数据。
（2）对象模型：对象模型是基于面向对象的思想，将地理对象视为实体，具有属性和行为。
该模型能够灵活地描述地理对象之间的继承和关联关系，适用于复杂的地理数据。
（3）拓扑模型：拓扑模型基于图论的思想，以节点和边表示地理对象之间的拓扑关系。
该模型适用于描述复杂的拓扑结构，如网络、流域等。
4. 空间数据库的管理方法（1）数据采集与预处理：在建立空间数据库之前，需要通过各种采集手段（如遥感技术、GPS等）获取地理数据。
同时，还需要对采集到的数据进行预处理和清洗，以保证数据的质量和准确性。
（2）数据存储与索引：地理数据一般以向量数据或栅格数据的形式存储。
对于大规模的地理数据，需要采用合适的存储结构，并设置相应的索引机制，以提高数据的存取效率。
（3）数据查询与分析：空间数据库的主要功能是支持数据的查询和分析。