地理信息系统第五章

1、概念设计
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 机的反馈用户观点的概念模式。 表示概念模型最有力的工具是E-R模型。
2、逻辑设计
在概念设计的基础上，按照不同的转换规则将概念模 型转换为具体DBMS支持的数据模型的过程。包括 确定数据项、记录及记录间的联系、安全性、完整 性和一致性约束等。
空间数据库 1、概念 以地理空间数据为对象的数据库，是某区域 内关于一定地理要素特征的数据集合。 2、特征 数据量大、结构复杂（空间+属性）、应用广 泛
5.2 数据模型
２.2.1 概述 ２.2.2 传统数据模型
5.2.1 概述

数据模型是数据库中对数据的逻辑组织形式的描述。 数据模型分级
1 概念模型
Geodatabase是按照层次型的数据对象来组织地理数据,这 些数据对象包括对象类(Object Classes)、要素类 （Feature Classes）和要素数据集(Feature dataset)。 对象类是指存储非空间数据的表格（Table）。
要素类是具有相同几何类型和属性的要素的集合，即同类 空间要素的集合，如河流、道路、植被、用地、电缆等。 要素类之间可以独立存在，也可具有某种关系。当不同的 要素类之间存在关系时，应考虑将它们组织到一个要素数 据集（Feature dataset）中。 要素数据集是共享空间参考系统并具有某种关系的多 个要素类的集合。
3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示 的图层，因而增加了图形显示的灵活性；
4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间 分析。
（四）数据字典设计
数据字典用于描述数据库的整体结构、数据内 容和定义等。
内容包括： 数据库的总体组织结构 数据库总体设计的框架 各数据层详细内容的定义及结构 数据命名的定义 元数据（有关数据的数据，是对一个数据集的内容、 质量条件及操作过程等的描述）等内容。
数据模型常用概念
1）实体(Entity)：实体是指现实世界中客观存在的， 并可相互区别的事物。实体可以指个体，也可以指 总体，即个体的集合。 2）属性(Attribute)：实体所具有的某一特性。 3）码(Key)：唯一标识实体的属性集. 4）域(Domain)：属性的取值范围. 5）实体型(Entity Type)：具有相同属性的实体具有 共同的特征和性质，用实体名和属性名集合表示. 6）实体集(Entity Set):同型实体的集 合. 7）联系：一是实体内部的联系；二是实体型之间的 联系(1:1 、1:n、 m:n)。
1、空间数据的分层
(1)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 据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理起来 就相对简单； 2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有 空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查 询即可，因而可加快查询速度；
3、关系数据模型
二、传统数据模型存在的问题
1、层次模型用于GIS地理数据库的局限性 1）很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对 多的关系时导致物理存储上的冗余；
2）对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始， 低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；
1、层次模型用于GIS地理数据库的局限性
2 逻辑模型
3 物理模型
数据模型分级
1 概念模型：以尽可能接近人类自然语言的方式来描 述数据的模型，面向用户，与DBMS和硬件无关。最 具代表性的是E-R模型。 2 逻辑模型：反映数据逻辑结构（文件、记录、数据 项等方面）的数据模型，既面向用户，又面向计算 机，与DBMS有关，与硬件无关。传统的逻辑模型有 层次模型、网状模型和关系模型。 3 物理模型：反映数据存储结构（物理块、指针、索 引等方面）的数据模型，面向计算机，与DBMS有关， 且与具体的硬件和操作系统有关。
2、网状数据模型
网状模型将数据组织成有向图结构，图中的结点
代表数据记录，连线描述不同结点数据间的联系。
3、关系数据模型
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的行数，在数学上 称为“关系”。二维表是同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一个数据项。若二维 表中有n个域，则每一行叫做一个n元组，这样的关 系称为n度(元)关系。表的行对应于对象的实例， 各个表的行列交点就用来存贮简单值。满足一定条 件的规范化关系的集合，就构成了关系模型。
例如，地形图数据可分为地貌、水系、道路、植被、 控制点、居民地等诸层分别存贮。将各层叠加起来就 合成了地形图的数据。
1、空间数据的分层
空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称 为图层. 按专题分层 每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。 如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。 按时间序列分层 把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。
5.3
空间数据库的设计
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。
（一）需求分析 主要进行以下工作： （1）调查用户需求； （2）需求数据的收集和分析； （3）编制用户需求说明书。
（二）结构设计
空间数据库设计的实质：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。
三、面向对象模型
1 、面向对象的基本概念
1 、面向对象的基本概念

对象
含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是 数据和行为的统一体。如一个城市、一棵树均可作 为地理对象。
1、面向对象的基本概念
类 共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。

1、面向对象的基本概念
消息 对对象进行操作的请求，是连接对象与外部世 界的唯一通道。 方法 对对象的所有操作，如对对象的数据进行操作的 函数、指令、例程等。

2、面向对象的特性

抽象性对现实世界的简明表示。 Nhomakorabea
封装性
将方法与数据放于一对象中，以使对数据的操作只可 通过该对象本身的方法来进行。

多态性
同一消息被不同对象接收时，可解释为不同的含义。
四、面向对象的地理数据模型
（一）基本含义 为了有效地描述复杂的事物或现象，需要在 更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模 型，并用面向对象的方法进行统一的抽象。 面向对象模型最适合于空间数据的表达和管理， 它不仅支持变长记录，且支持对象的嵌套，信息的继 承和聚集。允许用户定义对象和对象的数据结构及它 的操作。
第五章 空间数据库
5.1 5.2 5.3 空间数据库概述 数据模型 空间数据库的设计
5.１ 空间数据库概述
1、数据库相关概念
数据库（DB）：在计算机中以特定的结构组织、存 储和应用的相关联的数据集合。 数据库管理系统（DBMS）：提供数据库建立、使用 和管理工具的软件系统。 数据库管理员（DBA）：对数据库进行规划、设计、 协调、维护和管理的人员。 数据库应用：以数据库为基础的各种应用程序。 数据库系统（DBS）= DB+DBMS+DBA+应用。 2、特征： 相对于程序管理和文件管理，数据集成、数据共享、 数据冗余小、数据独立于应用程序、数据模型复杂、 数据保护（安全性、完整性、并发控制、故障的发现 和恢复）。 3、数据组织方式： 数据项——>记录——>文件——>数据库
3）数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，插入 和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层 所有子结点均被删除； 4）层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的 物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出数据的 存取路径；
2、网状模型用于GIS地理数据库的局限性
1）增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据 的逻辑结构，知道自己所处的位置； 2）网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次 模型相同的问题； 3）不直接支持对于层次结构的表达；
E-R模型
E-R模型即实体联系数据模型，建立在实体、属性、 联系三个基本概念之上，既能表示各种数据类型及 其相互联系和语义，实现三种逻辑模型的统一和转 换，又能模拟现实世界，为非专业人员所理解。
5.2.2 传统数据模型


层次模型 网状模型 关系模型
1、层次模型
层次模型是一种树结构模型，它把数据按自然的层次 关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系。
面向对象的地理数据模型的核心：对复杂对象的模拟 和操纵。 复杂对象：具有复杂结构和操作的对象。
从几何方面划分，GIS的各种地物对象为点、线、 面状地物以及由它们混合组成的复杂地物。每一种 几何地物又可能由一些更简单的几何图形元素构成。
一个面状地物是由边界弧段和中间面域组成，弧段 又涉及到结点和中间点坐标。或者说，结点的坐标 传播给弧段，弧段聚集成线状地物或面状地物，简 单地物聚集或联合组成复杂地物。
二、空间数据库的建立与维护
1、空间数据库的建立
建立空间数据库结构 装入数据 调试运行

三、属性数据采集
属性数据的录入主要采用键盘输入的方法，有时也可 以辅助于字符识别软件。 为了把空间实体的几何数据与属性数据联系起来，必 须在几何数据与属性数据之间有一公共标识符。
Geodatabase建立的一般过程
3、物理设计
有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现， 确定数据在介质上的物理存储结构，其结果是导出 地理数据库的存储模式(内模式)。 主要内容包括： 确定记录存储格式 选择文件存储结构 决定存取路径 分配存储空间。