1、数据库的基本概念和特点数据库的功能和应用领域地理空间数据库的原理与方法地理空间数据库制作与使用本讲的教学重点与目标本讲的教学重点与目标我们为什么要学空间数据库？到底怎么去学呢？这就是本节的重点内容！5.1.1 数据库基础5.1 空间数据库概述 建立数据库不仅仅是为了保存数据，扩展人的记忆，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。 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。 定义：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。数据库概述数据库概述数字形式数字形式文字文
2、字图形图形图像图像声音声音语言语言数据数据计算机计算机数据库技术数据库技术保存和管理大量复杂的数据保存和管理大量复杂的数据图图 数据库大致组成的结构图数据库大致组成的结构图 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。 数据
3、库中数据组织层次数据库中数据组织层次图 数据库功能数据库存储于检索观察的现象、文件与地图存储于检索 原始数据数据预处理 结构化数据查询与分析展示与交互 制图数据库的应用领域 随着信息时代的发展，数据库也相应产生了一些新的应用领域。主要表现在下面6个方面。 多媒体数据库多媒体数据库 移动数据库移动数据库 空间数据库空间数据库 信息检索系统信息检索系统 分布式信息检索分布式信息检索 专家决策系统专家决策系统 生活工作学习数据模型数据模型 数据模型数据模型是数据库系统中实体与实体之是数据库系统中实体与实体之间的联系方式，是衡量数据库能力强弱的主间的联系方式，是衡量数据库能力强弱的主要形式之一。要形式
4、之一。 每一种数据模型都以不同的数据抽象与表示能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力来反映客观事物，有其不同的处理数据联系的方式。式。 数据库领域采用的数据模型数据库领域采用的数据模型有层次模型、网状有层次模型、网状模型和关系模型，面向对象模型模型和关系模型，面向对象模型。 它的特点是将数它的特点是将数据组织成一对多据组织成一对多关系的结构。关系的结构。 层次结构采用关层次结构采用关键字来访问其中键字来访问其中每一层次的每一每一层次的每一部分。部分。 层次数据库结构层次数据库结构特别适用于文献特别适用于文献目录、土壤分类、目录、土壤分类、部门机
5、构等分级部门机构等分级数据的组织。数据的组织。 层次数据模型层次数据模型1123456abcdefgMMabcdefg1223344134355664c 优点：优点： 存取方便且速度快存取方便且速度快 结构清晰，容易理解结构清晰，容易理解 数据修改和数据库扩数据修改和数据库扩展容易实现展容易实现 检索关键属性十分方检索关键属性十分方便便1层次数据模型层次数据模型 层次数据模型层次数据模型1 缺陷：缺陷： 结构呆板，缺乏灵活结构呆板，缺乏灵活性性 同一属性数据要存储同一属性数据要存储多次，数据冗余大多次，数据冗余大（如公共边）（如公共边） 不适合于拓扑空间数不适合于拓扑空间数据的组织据的组织网络
6、模型用连接指令或指针来确定数据间的显式连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接关系，是具有多对多类型的数据组织方式 。系名化学系教师数学生数研究生系名数学系教师数49学生数257研究生71学校名称徐州师大系名资旅系教师数52学生数300研究生70系名教师数学生数研究生系名教师数学生数学号002312姓名张三年级3籍贯广东系名教师数学生数研究生系名教师数学生数教师号66姓名王一年龄30职称教授系名教师数学生数研究生系名教师数学生数课程号A01课程名GIS周学时4学分5系名教师数系名学号002312课程号A01 网络数据模型网络数据模型2优点：优点：能
7、明确而方便地表示数据间的复杂关系能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小数据冗余小缺陷：缺陷：网状结构的复杂，增加了用户查询和定网状结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。位的困难。 需要存储数据间联系的指针，使得数据需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大量增大数据的修改不方便（指针必须修改）数据的修改不方便（指针必须修改） 网络数据模型网络数据模型2M acbecfgda12gb25f463e356d41c34地图多边形线1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6点123456abcdefgM 关系数据库模型是以记录组或数据表的形式组织数据，以便于利用各种地理实体与属
8、性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。 关系数据模型关系数据模型3 优点： 结构特别灵活，满足所有布尔逻辑运算和数学运算规则形成的查询要求 能搜索、组合和比较不同类型的数据 增加和删除数据非常方便 缺陷： 数据库大时，查找满足特定关系的数据费时 对空间关系无法满足 关系数据模型关系数据模型3 面向对象模型面向对象模型4空间地物点状地物线状地物面状地物复杂地物电视塔桥 梁车 站道 路水 管电力线建筑物湖公 园矿 山大 学县面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。GIS中
9、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。5.1.2 空间数据库空间数据库主要表现在：主要表现在：用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完成后再将决策结果存储在空间数据库中。成后再将决策结果存储在空间数据库中。概念概念 ：某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合 。特点特点 ：数据量特别大数据量特别大 ;既有属性数据，又有空间数据既有属性数据，又有空间数据
10、;数据应用广泛数据应用广泛 。数据存储数据库数据管理程序库程序库( (数据库软件数据库软件) )原始信息原始信息数据库数据库空间数据的组成：空间数据的组成：从类型上分有栅格数据库和矢量数据库两类，其中栅从类型上分有栅格数据库和矢量数据库两类，其中栅格数据包括航空遥感影像数据和格数据包括航空遥感影像数据和DEM数据；矢量数据则包括各种空间实数据；矢量数据则包括各种空间实体数据（图形和属性数据）体数据（图形和属性数据） 影像 数字高程模型 空间数据库 空间对象 空间对象 空间对象图图 空间数据库组成空间数据库组成举例传统数据库与空间数据库的比较传统数据库传统数据库空间数据库空间数据库数据连续性数据
11、连续性/相关性相关性不连续不连续 相关性小相关性小连续连续 较强空间相关性较强空间相关性实体类型实体类型/空间关系空间关系少少 简单固定简单固定多多 复杂且不固定复杂且不固定记录长度记录长度结构化结构化 等长等长非结构化非结构化 不等长不等长查询与操作查询与操作文字、数字文字、数字文字数字文字数字 空间图形空间图形5.2 空间数据管理GISGIS数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别数据库除了一般数据特征外，还具有一些区别于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：于其他一般数据库的特征，表现在以下七个方面：空间特征空间特征抽象特征抽象特征空间关系特征空间关系特征多尺度与多态性多尺度与多态性
12、非结构化特征非结构化特征分类编码特征分类编码特征海量数据特征海量数据特征文件文件/关系数据库混合管理关系数据库混合管理 OID（目标ID或内部连接码）图形数据属于数据 在GIS工作工程中，通常需要同时启动图形文件系统和关系数据系统，甚至两个系统来回切换，使用起来很不方便。图形用户界面图形用户界面图形处理图形处理图形文件库图形文件库图形用户界面图形用户界面DBMS属性数据库属性数据库全关系数据库管理全关系数据库管理 GIS界面属性数据（定长记录）空间数据（变长记录）DBMS空间数据库关系表二进制块 属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理，在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层
13、将GeoSQL转化为标准SQL查询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。 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 对象对象/关系数据库管理关系数据库管理 这种扩展的空间对象管理模块主要解决了空间数据的变长记录的管理，由于由数据库软件商进行扩展，效率要比前面所述的二进制块的管理高得多。许多数据库管理系统的软件商纷纷在关系数据库管理系统中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据，如Oracle 和Informix等都
14、推出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、面、圆、长方形等空间对象的API函数。用户不能根据GIS要求对其进行再定义，一般不带拓扑关系。但是它仍然没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构也不能由用户任意定义，使用上仍然受到一定限制。 GIS软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics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）文件文件 关系数据库混合管理关系数据库混合管理 两个子系统分别存储和检索空间数据和属性数据，使用一种标识符将两者联系起来 属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 几何数据存储在空间数据关系系统中，采用图形文件管理
15、，功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多。 空间数据分开存储，数据的完整性有可能遭到破坏。 GIS软件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。几何数据属性数据ID数据文件数据库早期图形用户界面图形处理DBMS属性用户界面图形文件库属性数据库GIS用户界面图形处理DBMS图形文件库属性数据库高级语言ODBC协议GIS用户界面图形处理DBMS图形文件库属性数据库高级语言数据库开发语言数据库开发数据库开发栅格数据的管理0基于文件的影像数据库管理 0文件结合数据库影像管理0基于关系数据库管理 目前大部分GIS软件和遥感图像处理软件都是采
16、用文件管理方式来管理遥感影像数据 缺点：无法应付数据的安全性、并发控制和数据共享文件管理形式文件管理形式的影像数据的影像数据影像数据影像数据001影像数据影像数据002影像数据影像数据003影像数据影像数据004影像数据影像数据005文件管理方式 影像数据按照文件方式组织管理 在关系数据库中，每个文件都有唯一的标识号对应影像信息文件-数据库管理方式文件管理形式的影像数据影像数据001影像数据002影像数据003影像数据004影像数据005011002Image 005011001Image 004011003Image 003011002Image 002011001Image 001块号影像
17、名称影像信息数据库表影像数据的文件管理影像数据的文件管理关系数据库管理基于扩展关系数据库的影像数据管理是将影像数据存储在二进制变长字段中，然后应用程序通过数据访问接口来访问数据库中的影像数据，同时影像数据的元数据信息存放在关系数据库的表中，二者可以进行无缝管理。特点：特点： 所有数据集中存储，数据安全，易于共享所有数据集中存储，数据安全，易于共享 较方便管理多数据源和多时态的数据较方便管理多数据源和多时态的数据 支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享支持事务处理和并发控制，有利于多用户的访问与共享 影像数据和元数据集成到一起，能方便的进行交互式查询影像数据和元数据集成到一起，能方便的
18、进行交互式查询 对对C/S的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很的分布式应用支持较好，网络性能和数据传输速度都有很大提高大提高 影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致影像数据访问只能通过数据库驱动接口访问，有利于数据的一致性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除性和完整性控制，数据不会被随意移动、修改和删除 支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不支持异构的网络模式，即应用程序和后台数据库服务器可以在不同操作系统平台下运行同操作系统平台下运行GIS应用软件空间及属性数据文件GIS应用软件空间及属性数据库扩展DBMS以容纳空间数据商业数据库GI
19、S应用软件空间及属性数据库用户设计的数据库GIS应用软件空间数据库属性数据库管理空间数据的软件管理属性数据的DBMSGIS数据管理方法的数据管理方法的4种主要类型种主要类型 ：空间数据索引q 空间索引概念空间索引概念 根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一根据空间对象位置和形状或空间对象的某种空间关系，按一定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高定顺序排列的数据结构，包含空间对象的概要信息，以提高空间操作的效率空间操作的效率 q GIS中引入空间索引的必要性中引入空间索引的必要性 l工作区建立工作区建立 l查询、显示查询、显示 l数据提取数据提取 q 常见空间索引方法
20、常见空间索引方法 l对象范围索引对象范围索引 l格网索引格网索引 l四叉树索引四叉树索引 lR树和树和R+树索引树索引空间索引：对象范围索引IDXmaxXminYmaxYmin1234YmaxYminXminXmax空间对象集合123456检索窗口XNYWYEXSXmaxXN OR XminXS OR YmaxYE OR YminYW 空间对象不被检索XEXmax，XminXN AND YWYmax，YminYE 空间对象被检索XNYWYEXS236空间索引：格网索引P(3,3)=6P(3,1)=4 P(3,2)=103412P(2,3=1P(2,1)=7 P(2,2)=83142头指针IDP
21、10 20304052607334123142375210489168590109链指针实例展示实例展示 AccessAccess中的数据库建库及连接使用说明中的数据库建库及连接使用说明 以以09地信电话本管理系统为例地信电话本管理系统为例 本项目旨在让同学们熟悉简单的数据库建库及数据库的使用过程本项目旨在让同学们熟悉简单的数据库建库及数据库的使用过程1 1、1 在在 microsoft access 中通过新建文件中通过新建文件新建空数据库新建空数据库通过输入数据创建表：通过输入数据创建表：09GIS，在表中输入相关信息，保存为在表中输入相关信息，保存为09地信电话本地信电话本.mdb,一个
22、小型数据库即创建成功。如下图一个小型数据库即创建成功。如下图所示：所示：2.2.在开发成功的在开发成功的“09电话本管理系统电话本管理系统”中连接数据库：点击系统管理中连接数据库：点击系统管理连接数据连接数据库库09地信电话本，下面即可对数据库进行操作了：地信电话本，下面即可对数据库进行操作了： 3.3.、对系统进行数据库的操作、对系统进行数据库的操作 3 3。1添加联系人：添加联系人： 3.23.2查询联系人：查询联系人：3.3 3.3 删除联系人：删除联系人：GIS 空间数据库中的电话本的创建空间数据库中的电话本的创建1、启动arcmap，在你电脑里新建一个文件夹，比如说我把这个新文件夹建
23、在我的桌面上，命名为“电话本”然后打开arccatalog，在arccatalog里找到刚新建的文件夹里新建一个personal Geodatabase文件，并命名为“电话本”，如下图。2、在双击刚新建的geodatabase“电话本”文件10地科班通讯录，鼠标点击预览栏，如图标号1，然后点击标号2的Options，添加字段。3、以图三所示，同样的方法添加电话本所需要的字段，如下图。4 在用arcmap中打开刚创建的电话本如图，并输入通讯录信息。5 在茫茫人海的通讯录中，怎么样才帮助我们找到方锦煌同志的通讯录呢，在option选项中，选择Select by Atttibutes这个计算器，然后选择“姓名=方锦煌”，然后点击应用，通讯录的属性表关于方锦煌的通讯信息高亮显示，如图。
