地理信息系统原理-孔金玲-第六章空间数据管理.pptx

1、第六章 空间数据管理主要内容：6.1 数据库概述6.2 数据模型6.3 空间数据管理模式6.4 空间数据的组织第六章 空间数据管理6.1 数据库概述6.1.1 数据组织的逻辑层次数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库。(1)数据项：是可以定义数据的最小单位，也叫元素、基本项、字段等。(2)记录：由若干相关联的数据项组成。(3)文件：文件是一给定类型的(逻辑)记录的全部具体值的集合。(4)数据库：是比文件更大的数据组织。数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能 孤立存在。

2、6.1.2 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:(M:N)N)第六章 空间数据管理空间数据管理B第六章 空间数据管理6.1 数据库概述6.1.3 地理数据库地理数据库就是为一定目的服务，以特定的结构存储的相关联的地理数据集合。地理数据库与一般数据库相比具有以下特点：(1)数据量特别大；(2)不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据；(3)数据应用的面相当广。第六章 空间数据管理6.2 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，每一个具体的数据库都是由一个相应的

3、数据模型来定义。数据模型是 对客观事物及其联系的描述，它是数据库设计的基础和核心，是衡量 数据库能力强弱的主要标志之一。数据模型不同，数据库中数据的组 织形式就不同。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。传统的数据模型有三种：层次模型、网络模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。6.2 数据模型6.2.1 传统数据模型(1)层次模型以记录类型为结点的有向树。将数据组织成一对多的关系，如同一个有向树结构。M第六章 空间数据管理空间数据管理a bg3第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.1 传统数据模型(1)层次模型优点：层次清楚、结构简

4、单、数据存取查询方便。缺点：结构缺乏灵活性，公共点线不能数据共享，不能顾及拓扑关 系，冗余数据多。适用范围：文献目录，土地利用类型划分，动植物分类，部门机构等分级数据的组织。第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.1 传统数据模型(2)网络模型网络模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连接关系，是具有多对多类型的数据组织方式。Ma b C e g2 3 5 6第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.1 传统数据模型 (2)网 络 模 型优点：可以表达数据间较复杂的关系；减少了数据的冗余。缺点：数据间的联系通过指针表示，指针数据项要占用存储空间，当数据间关系复杂时，指针会消耗大量的存储

5、空间。修改数据库数据时，指针也随着变化，因此指针的建立与维护成了数据库相当大的额外负担。关系数据模型就是以关系表(数据表)的形式组织数据。把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表，这种表就称为 关系。关系表的集合就构成关系模型。关系模型不分层也无指针，是建立数据之间联系的一种非常有效的数据组织方法。第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.1 传统数据模型(3)关系模型优点：结构简单灵活，数据操作方便。缺点：数据的检索是顺序查找，当数据库涉及目标很多、很复杂时，将花费很多时间，影响效率。6.2 数据模型6.2.1 传统数据模型(3)关系模型第六章 空间数据管理空间数据管理MbC d C f

6、 g1x1y12x2y23x3y4x4y45x5t56x6y6II 23156234356多边形地图点线第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.2 面向对象的数据模型面向对象(object-oriented)的概念起源于程序设计语言面向对象的编程语言(简称OOPL),强 调对象概念的统一，引入对象、对象类、方法、实 例等概念和术语，是指无论怎样复杂的事例都可以 准确地由一个目标表示，这个且标是一个包含了数 据集和操作集的实体。基本出发点就是以对象作为最基本的元素，尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解 决问题。第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.2 面向对象的数据模型基本

7、概念：对象：是对客观世界实体的抽象描述，由描述该对象状态的一组数据和表达它的行为的一组操作(方法)组成。Object=(ID,S,M)ID为目标标识；S 为数据集；M 为方法集。类类：是关于同类目标的集合，具有相同属性和操作的目标组合在一起形成类。Class=(CID,CS,CM)CID 为类型标识；CS 对类的状态描述；CM 为该类的操作。属于同一类的所有目标共享相同的属性项和方法，每个目标都是这个类的一个实例。第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.2 面向对象的数据模型基本概念：超类：将几种类型中某些具有公共特征的属性和操作抽象出来，形成一种更一般的超类(Superclass)。设有

8、：Classi=(CIDi,CSA,CSB,CMA,CMa)Class 2=(CID2,CSA,CSc,CMA,CMc)形成超类 Superclass =(SID,CSA,CMA,)重新定义类：Classi=(CIDi,CSB,CMB)Class 2=(CID2,CSc,CMc)其中，Classi和 Class 称为Superclass的子类(Subclass)。子类可以自动继承超类的属性和操作；超类可以将其属性和操作遗传给子类及子类的子类。第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.2 面向对象的数据模型基本概念：联合：联合：将同一类目标中的几个具有部分相同属性值的目标组合起来，为了避免重复

9、，设立一个更高水平的目标表示这些相同 的属性值。假 设 Objecti=(IDi,SA,SB,M)Object 2=(ID2,SA,Sc,M)设立新目标 Object=(IDs,SA,Objecti,Object 2,M)此时 Object=(IDi,SB,M)Object 2 =(ID 2,Sc,M)其中，Objects 为组合目标，Objecti和Object2 为Object s的分子目标。第六章 空间数据管理6.2 数据模型6.2.2 面向对象的数据模型基本概念：聚集：聚集：将几个不同特征的目标组合成一个更高水平的目标。假设 Objecti=(IDi,Si,M)Object 2=(ID

10、,S2,M)组成新目标 Object=(ID3,S3,Object(Su),Object(Sv),M)其中，Su 包含于Si,Sy 包含于S2。传播：传播：是作用与联合和聚集的工具，它通过一种强制性的手段将子目标的属性信息传播给复杂目标。继承与传播的不同：见P211.第六章 空间数据管理6.3 空间数据管理模式空间数据的特征：(1)空间特征(2)非结构化特征(3)空间关系特征(4)分类编码特征(5)海量数据特征6.3.26.3.2 全关系数据库全关系数据库管理模式管理模式 属性数据、几何数据同时采用关系数据库进行管理 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DBM

11、S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：软件：System9,Small World等等空间 数据库空间数据 (变长记录)属性数据 (定长记录)二进制块GIS界面关系表DBMS6.3.3 对象一关系对象一关系数据库管理模式数据库管理模式(扩 展 关 系 数 据 库 管 理 模 式扩 展 关 系 数 据 库 管 理 模 式)在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将地理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL 查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。解决了空间数据变长记录的存储问题，由数据库软件商开发，效率较高。用户不能根据GIS要求进行

12、空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑结构进行 存储。GIS软件：TIGER 等。GIS 界面空间数据处理RDBMS空间数据库扩充实体类型(点、线、面、圆等)6.3.46.3.4 面向对象空间数据管理模式面向对象空间数据管理模式GIS中的各种地物，在几何性质方面不外乎表现为四种类型，即点状地物、线状处物、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物，因而这四种类型可以作为GIS 中各种地物类型的超类。空间地物电力线水 管道路公园湖建筑物车站桥梁电视塔大学矿 山面状地物线状地物点状地物复杂地物县第六章第六章 空间数据空间数据管理6.3 空间数据管理模式6.3.4.3.4 面向对象空间数据管理面向对象空间

13、数据管理模式模式面向对象的数据模型最适用于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长纪录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。是空间数据管理的发展方向。其中图层个数nl、n2ns可以相等也可以不等。工作区是数据组织的单元，以范围定义的。通常一幅图定义为一个工作区，也可以几幅图拼接后定义为一个工作区。一个工作区在垂向可分解为若干个工作层(图层，数据存储的物理层)。一个工作层可包含若干个逻辑层(逻辑层是按地物类进行划分的)。如道路工作层在逻辑上可分为高 等级公路、一般公路等。第六章 空间数据管理空间数据管理6.46.4 空间数据

14、的组织空间数据的组织6.4.16.4.1 图形数据的组织图形数据的组织工作区2工作区1工作区s工程图层1图层图层1图层1图层m图层n2ns第六章 空间数据管理6.4 空间数据的组织6.4.16.4.1 图形数据的组织图形数据的组织一般，工作层 数据文件，是数据处理的单元，但是不同的GIS系统，对工作层的定义有所不同。如ARC/INFO:Coverage 工作目录控制信息文件(边界文件、Tic点文件)弧段文件标识点文件多边形文件在MGE (美国Intergraph公司生产的GIS软件，Modular GIS Environment)和Geostar中，一个工作层就对应着一个数据文件，第六章 空间

15、数据管理6.4 空间数据的组织6.4.16.4.1 图形数据的组织图形数据的组织MAPGIS的数据组织(6.0以上版本)采用工程管理模式，其工程的含义相当于工作区的概念。它是以项目的方式添加若干点、线、面、图层。每一图层可包含若干逻辑层，对于逻辑层系统有专门的图层管 理功能。如：开、关所有层；图 层开关设置；设计当前图层；存 当前图层；修改层名等。工程图层1图层2图层n6.4 空间数据的组织6.4.26.4.2 图库管理图库管理将整个工程所有的图幅集合到一起，形成图库，即相互联系的图幅的集合，称为图库。图库管理需要按图幅的范围建立图幅索引。工作区XminYminXmaxYmaxW11W4510

16、00014000100001300011000150001100014000W41W42W43W44W45W31W32W33W34W35W21W22W23W24W25W11W12W13W14W15第六章 空间数据管理空间数据管理工作区索引文件14000130001200011000工作区索引11000 12000 13000 14000 1500010000第六章 空间数据管理6.4 空间数据的组织6.4.36.4.3 属性数据的属性数据的组织组织混合数据管理模式中，属性数据由关系数据库来管理，但不同的系统，数据的组织方式也不同。(1)ARC/INFO的属性数据组织方式：CoverageAAT

17、(ARC Attribute Table)PAT(Point or Polygon Attribute Table)仅有一个AAT 表和一个PAT表，因此，限定点与多边形不能在同一 个Coverage第六章 空间数据管理6.4 空间数据的组织6.4.36.4.3 属性数据的组属性数据的组织织(2)MGE 的属性数据组织方式：属性文件与工作区平行，同一类型的地物在工程目录下共享一个属性文件，在工程下查找某一属性的地物非常方便。工程工作区1工作区2属性表1属性表2GeoStar的属性数据组织方式与MGE 类似，但是可使 多个地物类型共享同一个属 性表。第 六 章 空 间 数 据 管 理6.5 空间索引(自学)6.5.1 对象范围索引6.5.2 格网索引6.5.3 四叉树空间索引