空间数据库原理
武汉大学空间数据库复习资料整理

《空间数据库原理》第一章数据库1、空间数据库:①提供结构用于存储和分析空间数据②空间数据由多维空间的对象组成③在标准数据库中存储空间数据需要大量的空间,从一个标准数据库中检索查询空间数据需要很多时间并且很累赘,通常导致很多错误。
2、DBMS:(数据的操作系统)一种操纵和管理数据库的大型软件,用于建立、使用和维护数据库。
SDBMS:增加了处理空间数据功能的DBMS。
①在它的数据模型中提供空间数据类型和查询语言②至少在执行时支持提供空间数据类型:空间索引;空间链接有效的算法。
在地理信息系统中为什么要研究专门的空间数据库系统?1.空间数据库能提供结构存储和空间数据分析2.空间数据库包含多面空间的对象3.在标准数据库中存储空间数据会需要过多的空间4.标准数据库的查询反馈和空间数据分析会消耗过多时减并且留下大量错误空间5.空间数据库能提供更多有效率的存储和空间数据分析3、哈希(Hash)函数:一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。
质数除余法(直接取余法):f(x):=x mod maxM ;maxM一般是不太接近2^t的一个质数。
乘法取整法:f(x):=trunc((x/maxX)*maxlongit) mod maxM,主要用于实数。
平方取中法:f(x):=(x*x div 1000 ) mod 1000000);平方后取中间的,每位包含信息比较多。
第二章数据库基本原理1、数据模型Data Model:关于数据基础或对象以及他们之间的关系的抽象描述被表示在一个数据库中。
3、概念数据模型:也称语义模型,关于实体和实体间联系的抽象概念集,用统一的语言描述、综合、集成的用户视图。
2、数据字典:是指对数据库的内容包括数据项和属性码定义,是元数据的重要组成部分。
(是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述,其目的是对数据流程图中的各个元素做出详细的说明。
)Metadata:是描述数据的数据,主要是描述数据属性的信息,用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能。
空间数据库

1. 空间数据库定义:空间数据库是存放空间数据的数据库,更确切的说,空间数据库是描述空间物体的位置数据元素(点、线、面、体)之间的拓扑关系及描述这些物体的属性数据的数据库。
2. 空间数据库的特点:1.空间数据库管理的是现实世界中相关性大的连续数据,要求进行综合管理。
2.空间数据库中描述的实体类型多,关系复杂,使数据模型复杂。
3.空间数据库存储的空间数据具有非结构化特征,不满足关系数据模型的范式要求。
3. 基于OR-DBMS、OODBMS的SDBMS1.一个SDBMS是一个软件模块,它利用一个底层数据库管理系统(如OR-DBMS/ OODBMS)。
2.SDBMS支持多种空间数据模型,相应的空间抽象数据类型(ADT)以及一种能够调用这些ADT的查询语言。
3.SDBMS支持空间索引,高效的空间操作算法以及用于查询优化的特定领域规则。
4. 矢量数据交换格式(NSDTF-VCT)《矢量数据交换格式》的组成:《文件头》《要素类型参数》《属性数据结构》《几何图形数据》《注记》《属性数据》5. ArcView的Shapefile文件格式shapefile是ArcView的原生数据格式属于简单要素,用点、线、多边形存储要素的形状却不能存储拓扑关系,具有简单快捷显示的优点。
在shapefile中的信息可分成两种类型,一种与数据有关,如,主文件的记录信息。
主文件文件头有关数据描述的字段(特征类型、围矩等),另一种与数据的组织管理有关,如文件盒记录的长度,记录的偏移等。
这些信息是以文件的方式进行存储的,每个shapefile至少由固定的3个文件组成:主文件(.shp文件)、索引文件(.shx文件)、dbase表文件(.dhp),其中主文件和索引文件为二进制文件,dbase为数据库文件。
6. 空间数据库引擎(SDE)的特点:1.空间数据库引擎采用RDBMS高级组织和管理海量空间数据,具有大型RDBMS管理数据的许多优点,通过空间数据引擎,能访问RDBMS中的空间数据和GIS软件的传统数据格式文件,还能实现传统格式文件盒RDBMS中空间数据的相互转换,并能很好的平衡服务器和客户端的网络负担。
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。
地理空间数据库原理课件要点.docx

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。
空间数据库是存取、管理空间信息的数据库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。
空间数据库的内容:矢量地形要素数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库、数字栅格地图数据库、元数据库、专题数据库空间数据管理演变过程:人工管理阶段(50年代中期以前)、文件系统阶段(50年代后期一60 年代中期)、文件与数据库管理阶段(20世纪70年代初)、全关系型空间数据库管理系统(20 世纪70年代后期)、对象关系数据库管理系统、面向对象的数据库管理系统地理空间数据库主要研究内容:空间数据模型、地理空间数据的获取与处理、地理空间数据组织、空间数据库管理系统、地理空间数据共享研究空间实体一一指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间物体。
(河流、道路、城市、航线等)空间实体:地理信息系统中不可再分的最小单元现象称为空间实体•属性是空间实体已定义的特征(如人口数量、林地上林木名称等)空间实体:是指现实世界中地理实体的最小抽象单位,主要包括点、线和面三种类型•空间检索的目的是对给定的空间坐标,能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象,进而对空间对象进行拓扑关系的分析处理空间对象模型特征:1 •图斑模型将一个地理空间划分成一些简单的连通域,每个区域用一个简单的数学函数表示一种主要属性的变化。
根据表示地理现象的不同,可以对应不同类型的属性函数。
2、等值线模型等值线的特点:(1)用一组等值线将地理空间划分成一些区域,每个区域中的属性值的变化是相邻的两条等值线的连续插值;(2)每条线唯一值;(3)两条等值线不相交;3、选样模型地理空间上的属性值是通过釆集有限个点的属性值来确定的。
场的特征⑴空间结构特征和属性域2)连续的、可微的、离散的3)与方向无关的和与方向有关的(各向同性和各向异性)4)空间自相关矢量数据结构的几何数据表达优点:结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。
空间数据库引擎概述

2、 Or a c l e S p a t i a l 一三、 工 作 原 理
客 户 端 发 出请 求 由 客 户 端 A P I函数 进 行 处 理 , 通过 应用服务 器将请求转换 为标 准 S Q L语句 , 间接 使用 S Q L引擎 执行搜 索 , 最 后通过服务器端的 A P I 建立 与 R D B MS的通 信 , 将 满足要 求 的结 果 由S D E返 回给 客 户 端 。或 者 不 通 过 A r c S D E应 用 服 务 器 直 接 访 问空间数 据库 。由 客户 端 直接 把 请 求转 换 成 S QL命 令 发 送 给 R DB MS , 然后将数据返回客户端 。
空 问数 据 库 引擎概 述
路 军
( 天津师范大学城 市与环境科 学学院
【 摘 要】 由于空 间数 据 管理 的复 杂, 通 过 空 间数据 库 引 擎 实现 海量 多 源数据 的共 享和 互操 作 。本 文介 绍 了引擎 的 功能 、 体 系以及 典 型空 间 数 据库 引 擎如 何进 行选取 。 【 关键词 】 空间数据 库 引擎 ; 三层 结构 ; A r c S D E ; S p a t i a l
四、 基 本 功 能
S p a t i a l 提供了基于 S QL语句及包 、 函数 、 过程 等函数与过 程 , 存储管理和高效访问空间数据 。1 0 g提 供 矢 量 数 据 、 栅格数据 、 拓 扑数据和网络数据多种模 型。包括几方面 : ( 1 ) 用来 描述 空间数据 存储 、 语法 、 语义的模式 , 即 MD S Y S 。( 2 ) 空间索引机制 , 包括 R树 索 引及其 函数 。( 3 ) 提供管 理工 具 , 将 空 间和属 性数据 一体 化存 储, 降低 了系统管理 的复杂度 。可 以在 D B MS中存储矢 量数据与 栅格数据 , 为用户提供空问支持 。( 4 ) 提供 空间分析操作 符和 函数 集 。E 2 3 S p a t i a l 矢量数据通过 元数 据表 、 S D O G E OME T R Y和 空 间 索 引管理 , 提供 空间查 询和分析 函数, 让用户深 层应 用开发 。[ 2 ] 栅 格 数 据 模 型 逻 辑 分 图层 或 物 理 分 波 段 , 用 栅 格 表 和 栅 格 数 据 表 组 织 。栅格表 S D O G E O R A S T E R存 储影像 属性 和元数据 信息 。栅 格数据表 的 S D O R AS T E R利用 B L OB类 型来 存储影像 的像 素数 据。
空间数据库

全 关 系 式 数 据 库 管 理 方 案
属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理 空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接,数据存取较快 属间接存取,效率比DBMS的直接存取慢,特别是涉及空间查询、对象 嵌套等复杂的空间操作 GIS软件:System9,Small World、Geovision等
)
空间数据库的优势
统一的数据格式标准 查询功能和效率强大 海量空间数据存储 并发控制机制 安全机制 空间操作
空间数据管理是以给定的内部数据结构或空间图形实 体的数据结构为基础,通过合理的组织管理,力求有 效地实现系统的应用需求。假如说内部数据结构是寻 求一种 描述地理实体的有效的数据表示方法,那么空 间数据管理就是根据应用要求建立实体的数据结构和 实体之间的关系,并把它们合理的组织起来,以便于 应用。显然, 数据库管理系统(Database Management System,简称DBMS)应该是解决这 一问题的主要途径。但是,由于地理信息系统具有空 间信息的特性,而目前通用的DBMS系统(如 FoxPro,MS SQL Server,ORACLE等)并不支持空间 信息的管理,所以,DBMS系统在GIS中并未得到全 面的采用。
空间数据库:
地理空间数据库原理复习

地理空间数据库基础复习题为方便复习先整理标注的题目,有误请指出整理者超哥第一章2.地图数据的获取手段有哪些?a)地图的数字化b)传感器技术c)航空和航天平台技术d)现代遥感技术e)全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)3.地图数据使用的坐标体系有哪几种?我国常用:a)北京1954坐标系b)西安1980坐标系c)WGS84坐标系GIS软件环境中关于GIS数据的坐标是如何实现的?GIS利用关系型数据库管理系统的功能把图形的坐标数据当作一个二进制块,交由关系数据库管理系统存储和管理。
4.根据地理实体数字描述方式,空间数据可分为哪两种形式?a)空间对象数据具有几何特征和离散特点的地理要素,如点对象、线对象、面对象、体对象b)场对象数据在一定范围内连续变化的地理对象,如覆盖某一地理空间的格网数字高程模型,不规则三角网,栅格影像数据等。
5.什么是空间数据非结构化特征?空间数据不像一般事务数据一样每一个记录都有相同的结构与长度,因为空间数据包含了拓扑信息,在方便空间数据分析与查询的同时增大了信息管理的难度。
6.空间数据管理演变有哪些过程,说明各过程的特点a)人工管理阶段(20世纪50年代中期)特点:数据不保存;没有数据管理软件;数据冗余b)文件系统阶段(20世纪60年代中期)特点:数据文件是大量数据集合形式;面向用户;数据文件与对应程序有一定独立性;数据文件由顺序文件发展为索引文件、链接文件、直接文件等。
c)文件与数据库系统混合管理阶段(20世纪70年代中期)特点:对用户观点的数据进行更严格描述;允许用户以记录或数据项作单位进行访问;数据的物理存储可以很复杂。
d)全关系型空间数据库管理系统(20世纪70年代后期)特点:不仅可以读写定长的属性数据,而且可以读写非结构化的图形数据,但由于二进制文件的读写效率低,速度慢,效率低。
e)对象关系数据库管理系统特点:能直接管理和存储非结构化的空间数据,效率有所提升,但仍有很大限制。
空间数据库

空间数据库模型
•基于纯关系数据库的管理方式
•第一种方式:
•关系数据模型组织
•GIS软件商在标准DBMS顶层开发一 个能容纳、管理空间数据的系统功 能
GIS应用 开发与维护 扩展DBMS以容纳 空间数据
GIS开发人员
空间数据库模型
•基于纯关系数据库的管理方式
•第一种方式:
E
多边形编号 P1 P1 P1 P1 边号 a b c d 边长
返回
空间数据库的概念
•空间数据库系统 空间数据库、空间数据库管 理系统以及其它们的软、硬件 系统的总称。
空间数据库模型
•传统数据库模型 数据结构:是指数据的组织形式,在计算机存储、管理和处理的 数据逻辑结构 数据模型:是描述实体及其相互关系的数学描述,是空间数据库 建立的逻辑模型 层次模型 网络模型
N
边号 起结点号 1 2 终结点号 7 1
P1
P2
a b …
C
结点号 1 2 … x .. … y … …
空间数据库模型
•基于纯关系数据库的管理方式
•第二种方式:
•将图形数据的变长部分处理成 Binary Block字段 •由GIS开发人员完成
GIS应用 开发与维护 关系数据库
GIS开发人员
空间数据库模型
•对象数据模型的含义
•
地理信息系统原理
聂俊堂 昆明冶金高等专科学校测绘学院
第四讲 空间数据库模型
1. 空间数据库的概念 2. 空间数据库模型
空间数据库的概念
•空间数据库 是地理信息系统在计算机物理存储 介质上存储和应用的相关地理空间数 据的总合 空间数据、属性数据以及时间数据 •空间数据库系统 空间数据库、空间数据库管理系统 以及其它们的软、硬件系统的总称。
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2、层次模型
空 间 数 据 库 原 理 》
层次模型是一种树结构模型,它把数据接自然的 层次关系组织起来,以反映数据之间隶属关系。 层次模型是数据库技术中发展最早、技术上比较 成熟的一种数据模型。 特点是地理数据组织成有向有序的树结构,也叫 树形结构。结构中的结点代表数据记录,连线描 述位于不同结点数据间的从属关系(一对多的关 系)。 由树的定义知,一棵树有且仅有一个无双亲结点 的称为根结点;其余结点有且仅有一个双亲结点。
用数据库的数据描述语言DDL来定义概念模式、外模 式和内模式; 具体为:数据库逻辑结构、数据项、记录类型、记录 之间关系、安全控制等。
数据库管理功能
对数据的更新、存取功能
数据库维护功能
改善系统性能 受损后的复原 用户管理 拓宽数据库的用户要求
通讯功能(接口)
武汉大学资源与环境科学学院地理信息科学系 蔡忠亮
第四章 空间数据库
空 间 数 据 库 原 理 建立数据库不仅仅是为了保存数据,扩展 人们的记忆,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。 空间数据库是一种专门化的数据库,因为 这类数据库具有明显的空间特征。 空间数据库的理论与方法是地理信息系统 的核心问题。
武汉大学资源与环境科学学院地理信息科学系 蔡忠亮
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(5)数据模型
空 间 数 据 库 原 理 》 相关概念
实体(Entity) 属性(Attribute) 码(Key) 域(Domain) 实体型(Entity Type) 实体集(Entity set) 联系(Relation)
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4、关系模型
空 间 数 据 库 原 理 》 优点
结构简单灵活; 容易维护和理解;
数据修改方便 数据更新方便
有些系统甚至采用关系数据库系统管理几何图 形数据。
缺点
效率不高; 难以表达目标,尤其是复杂目标。
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传统模型的比较实例
空 间 数 据 库 原 理 》
(6)数据库管理系统
空 间 数 据 库 原 理 》 数据库管理系统(DBMS)是处理数据库数据 存取和各种管理控制的软件。它是数据库 的核心,应用程序对数据库的操作全部通 过DBMS进行。
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数据库管理系统的功能
空 间 数 据 库 原 理 》
数据库定义功能
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空间数据特征—空间性
空 间 数 据 库 原 理 》 空间数据最主要的特性。 最主要 空间数据描述了空间物体的位置、形态, 甚至需要描述物体的空间拓扑关系。
例如:描述一条河流,一般数据侧重于河流的 流域面积,水流量,枯水期等。而空间数据则 侧重于河流的位置、长度、发源地等和空间位 置有关的信息。复杂一点的还要处理河流与流 域内城市间的距离、方位等空间关系。
空间性是空间数据区别于其他数据的标志 特征。 特征
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空间数据特征—抽象性
空 间 数 据 库 原 理 》 空间数据描述的是现实世界中的地物和地 貌特征,非常的复杂,必须经过抽象处理。 抽象处理 不同主题的空间数据库,人们所关心的内 容也有差别。 空间数据的抽象性包括人为地取舍数据。 人为地取舍数据 抽象性使数据产生多语义问题。 多语义问题
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层次模型实例
空 间 数 据 库 原 理 》
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2、层次模型
空 间 数 据 库 原 理 》 优点
是将数据组织成有向有序的树结构; 反映了现实世界中实体之间的层次关系。
缺点
不能表示多对多的关系; 难以顾及实体之间的拓扑关系; 导致数据冗余。
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(4)数据库的系统结构
空 间 数 据 库 原 理 》 概念模式
也称模式,是数据库的总框架,是数据库中 关于目标存储的逻辑结构和特性、基本 操作和目 标与目标及目标与操作的关系和依赖性的描述, 以及对数据的安全性、完整性等方面的定义。
内模式
也称存储模式,是对数据库的物理存储器上 具体实现的描述。它规定在存储介质上的物理组 织方式、记录寻址技术,定义物理存储块的大小、 溢出处理方法等。
(4)数据库的系统结构
空 间 数 据 库 原 理 》
局部 逻辑 结构 应用程序1 应用程序2 应用程序3 应用程序n
外模式1
外模式2
外模式n 全局 逻辑 结构
外模式与概念模式的映射
概念模式
逻辑独立性 物理 结构
内模式
概念模式与内模式的映射
数据库
物理独立性
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最典型的例子有:就形态而言,任何城市在地 理空间中都占据一定范围的区域,因此可以认 为其是面状地物,但在比例尺比较小的空间数 据库中,城市是作为点状地物来处理的。
Multi-Scale、Multiple Representation
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空间数据特征—多时空性
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二、空间数据库模型
空 间 数 据 库 原 理 》
1、空间数据特征 2、空间数据库模型
混合数据库模型(Hybrid Model) 扩展结构模型(Extent Model) 统一数据模型(Integrated Model) 面向对象模型(Object-Oriented Model) 时空数据模型(Spatial-Temporal Model)
完备性
数据的不完备往往导致分析结果的不完善,甚至会造成决策失 误。
详细性 综合性
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1、空间数据特征
空 间 数 据 库 原 理 》 空间数据除了具有一般数据的特征之外, 还具有一些区别于其他数据的特性。构成 空间数据的特征主要有:
空间性 抽象性 多尺度与多态性 多时空性
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1、空间数据特征
一般数据的特征
空 间 数 据 库 原 理 》
选择性
数据从某一(些)侧面描述事物本身。
可靠性
有很多原因影响数据的可靠性,比如数据在获取,存储,管 理,传播过程中会出现差错,导致数据的失真。必须保证数据 的可靠性。
时间性
事物是动态的,发展的,数据只能反映事物在某个时间态下的 状态。
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(5)数据模型
空 间 数 据 库 原 理 》 数据库的核心问题是模型问题。 数据模型是数据库中对数据逻辑组织形式 的描述。 数据模型是对现实世界部分现象的抽象, 描述了数据的基本结构及其相互之间的关 系和在数据上的各种操作。 数据模型的三要素:数据结构、数据操作、 数据约束条件。
物理存储介质
指计算机制存储器和内存储器。前者存储数据,后者 存储操作系统和数据库管理系统,并有一定数量的缓冲 区,用于数据处理,以减少内外存交换次数,提高数据存取 效率。
数据库软件
其核心是数据库管理系统(DBMS)。主要任务是对 数据库进行管理和维护。具有对数据进行定义、描述、操 作和维护等功能,接受并完成用户程序和终端命令对数据 库的请求,负责数据库的安全。
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关系模型实例
空 间 数 据 库 原 理 》
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关系模型实例
空 间 数 据 库 原 理 》
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关系模型实例
空 间 数 据 库 原 理 》
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人工管理阶段 文件系统阶段 数据库阶段
数据库发展原因:由于文件系统存在着文件之间 无联系、数据不完全独立于程序、只在文件级共 享数据等缺陷。
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(定义: 数据库可以看做是与现实世界有一定相 似性的模型,是认识世界的基础,是集中、 统一存储和管理某个领域信息的系统,它 根据数据间的自然联系而构成,数据较少 冗余,且具有较高的数据独立性,能为多 种应用服务。
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3、网络模型
空 间 数 据 库 原 理 》 将数据组织成有向图结构,图中的结点代 表数据纪录,连线表示不同结点之间的关 系。 其特征是:结点之间没有明确的从属关 系,一个结点可与其他多个结点建立联系 (可以是多对多的关系)。
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网络模型实例
空 间 数 据 库 原 理 》
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3、网络模型
空 间 数 据 库 原 理 》 优点
可以描述现实世界中极为常见的多对多关系;
缺点
结构的复杂性限制了它在空间数据库的使用;
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4、关系模型
空 间 数 据 库 原 理 》 在关系模型中,数据的逻辑结构为满足一 定条件的二维表,表具有固定的列数和任 意行数,在数学上称为“关系”。二维表是同 关系 类实体的各种属性的集合,每个实体对应 于表中的一行,在关系中称为元组,相当 元组 于通常的一个记录;表中的列表示属性, 称为域,相当于通常记录中的数据项(字 段)。满足一定条件的规范化关系的集 合,就构成了关系模型。 使用SQL语言对其进行操作。