空间数据库系统设计共40页文档
空间数据组织与管理
2) Shape
• Shape文 件 保 存 数 据 中 的 空 间 特 征 信 息 ， 包 括
不具有拓扑关系的几何信息和属性信息
特征的几何信息存贮为一个由一组矢量坐标组成
的Shape。
属性由dBASE（dBASE是一种通用的关系数据库）
格式文件管理，每个属性记录与相关的Shape记录
一一对应。
地层等。
2）时间序列分层
把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。
3）地面垂直高度分层
把不同垂直高度的数据作为一个数据层。
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Z
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2、空间数据分层的目的
便于空间数据的管理、查询、显示、分析等。
1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理
就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往
本字符。
FID
Date
Entity
.......
Numofpts
Envelope
x1,y1,x2,y2, ...
...xn,yn
B
A
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BLOB
4.对象—关系的空间数据管理系统
在关系数据库中，除了使
用二进制字段存储非结构
化数据外，还可以对关系
数据库进行扩展，即将复
杂的数据类型作为对象放
依次通过采样算法得到低一层的影像数据。
• 分块是对分层之后的影像数据按照设定好的影像块进行分割存储。分块之后只需要
将需要显示和处理的若干个影像块数据读入内存，而并非未分块前的一整幅影像。
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影像金字塔构建过程
先将原始影像进行分块，然后对数据块进行重采样生成较低分辨率的影像，依次进行，直到完成预定的分
系统数据库设计文档实用模板.docx
μ内部文件，注意保管μ文档编号版本XXXXXX项目系统数据库设计文档编写校对审核会签批准中心2017 年 4 月版本信息记录日期版本说明作者审核批准目录1引言 (3)1.1编写目的 (3)1.2背景 (3)1.3定义 (3)1.4参考资料 (3)2概述 (4)2.1数据库环境 (4)2.2命名规则 (4)2.3使用它的程序 (4)3物理设计 (4)3.1标识符 (4)3.2物理文件 (5)3.3表空间设计 (5)3.3.1表空间 1 . (5)3.3.2表空间 2 . (5)4结构设计 (5)4.1实体关系 (5)4.2实体说明 (6)4.3实体设计 (6)4.3.1数据表 1 . (6)4.3.2数据表 2 . (7)4.4序列实体 (7)4.4.1序列 1 (8)4.4.2序列 2 (8)4.5视图实体 (8)4.5.1视图 1 (8)4.5.2视图 2 (8)4.6存储过程实体 (8)4.6.1存储过程 1 (8)4.6.2存储过程 2 (8)5安全设计 (9)6备注 (9)1引言1.1 编写目的[ 说明编写这份系统数据库设计文档的目的，指出预期的读者。
]注 : 正文字体为宋体小四号，全文统一。
1.2 背景a.[ 待开发数据库的名称和使用此数据库的软件系统的名称；]b.[ 列出本项目的任务提出者、开发者、用户。
]1.3 定义[ 列出本文件中用到的专门术语的定义和外文首字母组词的原词组。
]表 1.1 术语定义表术语缩略表示英文全称解释说明1.4 参考资料[ 列出有关的参考资料。
]A.本项目经核准的计划任务书或合同或相关批文；B.属于本项目的其他已发表的文件；C.本文件中各处引用的文件资料，包括所要用到的软件开发标准；列出这些文件的标题、文件编号、发表日期和出版单位，说明能够取得这些文件的来源。
表 1.2 参考资料表标题文件号发布日期出版单位来源（存放地）2概述2.1 数据库环境描述数据库运行的硬件环境和软件环境，例如：1．数据库系统 :2．主机环境：3．操作系统：2.2 命名规则参见公司相关《代码编写规范》的“命名规范”部分。
GIS空间数据库
2）特点：数据结构单一，是一种二维表格结构。
2
b3 e
aⅠ
c
Ⅱ
1
d4
g
MAP
5 f 6
地图MAP及多边形实体I和II
地图M
I II
Iabcd
多边形
II c e f g
线Ⅰ a 1 2 Ⅰb 2 3 Ⅰc 3 4 Ⅰd 4 1 Ⅱe 3 5 Ⅱf 5 6 Ⅱc 3 4 Ⅱg 6 4
第29页，共46页。
优点：
•能明确而方便地表示数据间的复杂关系 •数据冗余小
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）
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3. 关系数据模型 1）概念：用表格数据表示实体和实体之间关系的数据模型，表为二维表，
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4. 空间数据库的设计内容 三个方面：数据结构、数据操作和完整性约
束，具体为： 1）静态特性设计－结构特性 2）动态. 空间数据库的设计步骤
需求分析
概念设计
逻辑设计
物理设计
数据库
现实世界
数据库的 概念模型
概念世界
数据库的 逻辑模型
型和时空数据模型
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数据间的逻辑联系
数据间的逻辑联系主要是 指记录与记录之间的联 系。
1、一对一的联系(1：1)
2、一对多的联系(1：N)
3、多对多的联系(M：N)
A A
B B
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数据模型
数据模型是数据库系统中关于数据和联系 的逻辑组织的形式表示。
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。
GIS6空间数据管理
栅格数据的形状、尺寸及相关问题
• 由于栅格结构对地表的离散，在计算面积、长 度、距离、形状等空间指标时，若栅格尺寸较 大，则造成较大的误差 。
• 由于栅格单元中存在多种地物，而数据中常常 只记录一个属性值，这会导致属性误差。比如， 遥感数据中的“混合像元”问题。
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II 栅格数据结构的特点
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III 决定栅格单元代码的方 式
4.百分比法 • 处理方法：根据栅格区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅 格单元的代码 • 适用于地物面积具有重要意义的分类体系
例如：可记面积最大的两 类BA，也可以根据B类和 A类所占面积百分比数在 代码中加入数字
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III 决定栅格单元代码的方 式
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1.3 数据与文件组织
一、数据的层次单位
物理单位: 位(比特)、字节、字、块(物理记录)、桶和卷
逻辑单位: 数据项、数据项组、记录、文件和数据库
文件
逻辑数据单位之间的关系
记录
数据项 数据项组
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1.3 数据与文件组织
最基本的不可分割的数据单位,具有
数据项 独立的逻辑意义
在地理信息系统中的压缩编码多采用信 息无损编码，而对原始遥感影像进行压 缩时也可以采取有损压缩编码方法。
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压缩编码方式
1 链码（Chain Codes） 链式编码又称为弗里曼链码（Freeman，
1961）或边界链码。该编码方法将数据 表示为由某一原点开始并按某些基本方 向确定的单位矢量链。 基本方向可定义为：东＝0，东南＝1， 南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北 ＝6，东北＝7 等八个基本方向。
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。
数据库设计文档模版
数据库设计文档模版一般来说，数据库设计文档包含以下几个方面的内容：1.引言：介绍数据库设计的目的和背景，以及文档的范围和目标读者。
3.概念设计：描述数据库的概念模型。
通常使用实体关系图（ER图）来表示数据库中的实体、属性和关系。
4.逻辑设计：描述数据库的逻辑模型。
通常使用关系模型（如关系模式图）来表示表、字段和关系。
5.物理设计：描述数据库的物理结构。
包括表的存储和索引方式、存储空间的分配和配置等。
6.数据库管理：描述数据库的管理和维护方面的内容。
包括备份和恢复、性能调优、安全性管理等。
7.数据库应用程序：描述数据库和应用程序之间的交互方式和接口。
包括数据的输入、处理和输出等。
8.数据流图和流程图：用于描述数据库系统的数据流和流程。
9.数据字典：列出数据库中的所有表和字段的定义和说明。
10.数据库测试和验证：描述数据库的测试和验证过程。
包括单元测试、集成测试、性能测试等。
11.数据库文档更新记录：记录数据库设计文档的更新和修改历史。
通常，数据库设计文档是由数据库设计人员或者开发人员编写的。
在编写过程中，应该注意以下几点：1.简洁明了：使用清晰、简洁和易于理解的语言和格式。
2.完整准确：描述数据库结构和应用程序之间的交互关系时，要确保信息准确完整。
3.规范一致：使用统一的命名规范和标准化的文档模版，以便于开发人员的理解和沟通。
4.可扩展性和可维护性：在设计数据库时，考虑到未来的需求和变化，并将其记录在文档中。
5.图表辅助：使用图表和图形来辅助描述数据库结构和流程。
总结来说，数据库设计文档是一个非常重要的文档，它记录了数据库设计的所有细节和需求，对于数据库设计人员和开发人员来说，是一个重要的参考和指导。
一个好的数据库设计文档应该简洁明了、完整准确，并且符合规范和标准化要求。
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：
04 空间数据库
空间数据库的设计，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GIS中的空间实体建 立数据模型的过程。 数据库的数据模型：包括数据库的数据结构、操作集合和完整 性约束规则集合等。
1.2 空间数据库的设计
GIS空间数据库的设计经历： 现实世界 信息世界 计算机世界
类：河流 实例：岷江
2.2 面向对象的数据模型
继承及类之间的层次关系
继承：是现实世界中对象之间的一种独特关系，它使得某类 对象可以自然地拥有另外一类对象的某些特征和功能。 类的继承性，可以对象之间某些相同或相似的特征和功能不 需重复实现，通过继承而实现相互借用和共享。
继承可分类为：单继承和多继承
曲线对象类 曲面对象类 基类（超类）
04 空间数据库
—— 空间数据的存储和管理方法
04 GIS空间数据库
1 空间数据库概述 2 空间数据库概念模型设计 3 空间数据库逻辑模型设计 4 空间数据库物理设计 5 空间数据查询 6 空间数据库索引
7 空间元数据
8 空间数据库引擎 9 空间时态数据库
04 GIS空间数据库
1 空间数据库概述 2 空间数据库概念模型设计 3 空间数据库逻辑模型设计 4 空间数据库物理设计 5 空间数据查询 6 空间数据库索引 7 空间元数据 8 空间数据库引擎 9 空间时态数据库
自定义完整性：某一具体约束条件
3.1 关系型数据模型
空间数据库关系数据模型的逻辑设计
空间数据库关系模式的构造：就是点、线、面等空间实体特征以关系 模式加以表达和组织。关系数据库的规范化理论是设计的有力工具。
数据依赖：依赖于值域元素语义的限制、依赖于值的相等与否的限制 函数依赖：属性(集合)X的值对属性(集合)Y的值的依赖性，关键字决定依 赖、完全函数依赖、传递函数依赖、多值依赖 范 式：关系满足某种规范化的形式，以对关系属性之间存在的多种多 样函数依赖性的描述和约束。目前，关系模型以后6种关系范式。 其思想是：逐步消除数据依赖中的不合理部分，使模式中的各 个关系达到某种类型的分离，使得一个关系描述一个概念。
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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。
依赖性实体：有的实体本身不能依据其属性值唯一 地被识别，而必须依赖于它所联系地其他实体才能被识 别。例如，我们说216国道江苏段。
（2）动态特性设计
确定数据库用户的行为和动作－数据库的行为特 性设计，包括设计数据库查询、事务处理和报表处理 等。
（3）物理设计
根据动态特性，把静态特性设计中得到的数据库 模式加以物理实现－设计数据库的存储模式和存取方 法。
需求分析
设计局部视图 集成视图
概念结构设计
设计逻辑结构 优化逻辑结构
逻辑结构设计
5、 E-R模型的操作 （1）实体的分裂与合并
实体的分裂：将一个实体分裂成多个实体。 实体的合并：将多个实体合并成一个实体。
空间几何
线要素
面要素
n
n
n
1
表示 河流
分裂 合并
表示 1
1
表示 河流
（2）实体的增加与删除
编号
员工数 名称
公路局
管理
向上 转位
向下 转位
编号 名称
类型 长度
道路
终点
起点
道路中心线
数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表中的 元素，这种表就称为关系。关系的集合就构成为关系模 型。 1、关系模型的基本概念 （1）关系
规范化的二维表。表的每行对应一个元组；表的 每列对应一个域，称为属性。 （2）主键
被用户选中的候选键。
（3）外键 （4）关系模式－对关系的描述 （5）关系模型
2、关系数据库设计理论 数据依赖理论和规范化理论
住宅Байду номын сангаас
农庄
EER模型中的特化关系
4、 E-R模型设计步骤
（1）设计局部的E-R模型。首先确定实体，然后确定联 系，最后确定实体与联系的属性。
（2）设计全局的E-R模型。基本过程是两两合并，直到 所有的局部E-R模型被合并到一个完整的全局E-R模 型。
（3）全局E-R模型的优化。通过消除冗余实体、冗余联 系和冗余属性以达到优化的要求。
一、空间数据库设计概述
空间数据库设计的任务，就是经过一系列的转换， 将现实世界描述为计算机世界中的空间数据模型，也就 是将现实世界中一定范围内存在的应用数据抽象成一个 数据库的具体结构的过程。
空间数据库系统的生存期。
1、空间数据库的设计内容
（1）静态设计
即结构特性设计。包括概念结构设计和逻辑结构 设计。
编号
名称
公路局
管理
员工数
编号 名称
类型 长度
道路
表示
起点
终点
道路中心线 坐标串
（3）实体的增加与删除 在建模过程中，由于对同一客体理解上的差异，同
一客体模型可能被化为不同的结果。
6、空间数据分层 数据分层的依据是专题内容、几何表达形式和拓扑
特征的差别，将真实世界模型概念化为若干个专题层叠 置而成的图层模型。
宗地图、土地利用规划图等。 （3）选择对象类型
（4）对象类型定义和属性描述 例如，对象类型：道路
定义：所有汽车可以通行的道路，但不包括长度 小于100m的道路。
属性：道路承载量 允许的取值范围：最小为0t,最大为30t. （5）对象类型的调整 （6）几何表示
（7）关系 继承关系
（8）质量要求 包括位置精度、属性精度、现势性等。
设计物理结构 评价物理结构
物理结构设计
数据库系统实现 试验性运行
数据库实施
否 满意 是
空 间 数 据 库 设 计 过 程
加载数据库 投入运行维护
2、空间数据库的设计目标 （1）满足用户要求 （2）准确模拟现实世界
数据模型的性质和数据库设计的质量。 （3）良好的数据库性能
减少冗余数据、有利于快速访问数据。 （4）能够被某个数据库管理系统接受
（1）数据依赖 它是施加于关系上的一种限制。这类限制不取决
于某一元组的某些属性取什么值，而是取决于两个元 组的某些属性的值是否相等。
函数依赖和多值依赖。
3、关系数据库设计步骤与方法
在关系数据库的逻辑设计阶段，其主要任务是以 概念设计形成的信息结构为基础，将其转换成用户选 用的DBMS所支持的一组关系模式，并进行规范化处 理和优化设计，得到满足要求的关系数据模型。
具体地说，数据分层主要考虑两个因素： （1）不同专题内容的数据分别建立相应的层，同一层内
的数据有相同的属性信息。 （2）几何表达形式不同的数据分别单列成层。 （3）使用目的不同的数据应单独存放。 （4）不同部门的数据通常应该放入不同的层，这样便于
维护。 （5）不同安全级别的数据也应该单独存储。
三、关系型数据库设计
（9）编码 标识符
2、实体-联系模型（E-R） 包含三个基本成分：实体、联系和属性。概念设
计的结果可以用E-R进行直观地描述和表达。 建立E-R模型的起点是识别实体类型。实体类型是
实体的抽象，而不是具体的某个实体。 联系类型、属性类型。
编号 名称
几何中心 人口数
城镇
长度 位于
空间属性
编号 名称
类型 长度