1、第四章 地理信息系统空间数据库 空间数据库概述 空间数据库概念模型设计 空间数据库逻辑设计与物理设计 空间时态数据库4.1 空间数据库概述一、空间数据库概念 是GIS中存储的与应用相关的地理空间数据的总和。（各种来源和形式）数据库数据库系统数据库系统 空间数据库管理系统的实现（1）常规DBMS进行扩展，使有空间数据存储、管理功能；（Oracle）（2）常规DBMS基础上加一层空间数据库引擎。（ESRI的SDE（Spatial Database Engine）二、空间数据库设计实质：如何将地理实体以一定组织形式在数据库中表达。即空间实体数据的模型化问题。1.空间数据库设计过程客观世界（认识、抽象
2、）概念模型概念模型（选定数据模型、DBMS）逻辑模型逻辑模型（确定数据组织方式）存储模型2.概念模型（空间特征，关系描述）（1）空间特征：点、线、面、体四种基本类型；（2）实体在空间、时间、属性三方面存在联系：空间联系：空间位置、分布、关系、运动等；时间联系：客体随时间变化，可构成时态数据库；属性关系：属性多级分类中的从属关系、聚类关系、相关关系。3.空间数据库的数据模型设计空间数据模型：对空间客体进行描述和表达的数学手段，使之能反应客观实体及其关系。常用的：层次模型；网状模型；关系模型；语义模型；面向对象模型。3.空间数据库设计的原则、步骤*原则 尽量减小存储冗余 可变的数据结构 对数据及时
3、访问,高效查询 能维持空间数据的复杂联系 支持多种决策的需要，适应性强*步骤（1）需求分析（2）概念设计 建立数据库的概念模型；（3）逻辑设计 把概念模型映射为数据库管理系统所支持的数据模型。（4）物理设计 将数据库的逻辑模型在存储设备上实现。三、空间数据库的实现与维护1.空间数据库的实现（1）建立实际的空间数据库结构；（2）装入试验性数据测试应用程序；（3）装入实际空间数据，运行。2.空间数据库的运行与维护（1）维护安全性与完整性；（2）监测并改善数据库性能；（3）增加新的功能；（4）修改错误。4.2 空间数据库概念设计传统数据模型数据模型是表达现实世界的规格化说明，在数据库中用形式化的方法
4、描述数据的逻辑结构和操作。传统数据模型有：层次、网状、关系模型。文件系统的继承和延伸。正逐渐被复杂的数据库所取代。一、层次模型用树状结构描述实体之间联系的模型。二、网状模型用网络结构来表示实体间的联系。三、关系模型用二维表来表达实体和实体之间的联系。使得设计、操纵较为容易。四、三种传统数据模型的比较4.3 空间数据库概念模型设计语义模型和面向对象模型 传统数据模型的弱点：（1）以记录为基础的结构不能很好面向用户传统模型记录；现实世界事务、实体。有时不对应。（2）不能以自然的方式表示实体间的联系 层次、网状显式地描述关系，但不自然；关系模型联系隐含，必须检索全部记录才能确定。（3）语义贫乏 用单
5、一结构描述描述“交互”、“从属”、“构成”等众多联系，语义上无法区别。（4）数据类型太少 只提供常用的简单数据类型，不能自定义新的数据类型。一、语义数据模型 实体联系模型（E R模型）提供三种语义概念：（1）实体：客观存在的起独立作用的客体。（2）联系：实体间的相互作用或对应关系:1:1,1:N,M:N,（3）属性：对实体和联系特征的描述。用E-R模型进行概念设计：（1）局部E-R模型（2）全局E-R模型（3）优化 ER模型的特点及作用（1）接近人的思维，易于理解，与计算机的具体实现无关；（2）现有DBMS不能直接支持ER模型（3）只用于概念模型设计。在逻辑设计时再转化为计算机能接受的数据模型
6、。二、面向对象模型1、基本思想 按人们通常的思维方式，将各种实体抽象为各类“对象”，并将数据和操作（方法）封装在一起。整个系统只由对象组成，对象之间通过“消息”进行联系。使系统很容易重组和扩充。2、相关概念对象（Object)：实体的抽象（基本元素），封装了数据和操作集的实体。消息（Message）：请求对象执行某一操作或回答某些信息的要求。类：描述一组对象的共同特征。类和实体是抽象与具体的关系。3.对象的性质 封装：继承：某类对象可以自然地拥有另一类对象的某些特征和功能。不必重复实现，减少代码。4.4 空间数据库逻辑设计与物理设计一、逻辑设计从概念模型导出特定的DBMS所支持的数据库的逻辑结
7、构。二、物理设计从逻辑模型出发，研制出一个有效的可实现的物理结构。步骤：（1）存储记录的格式设计（2）存储方法设计（3）访问方法设计（4）完整性、安全性考虑（5）应用设计（6）形成物理设计说明书4.5 GIS空间时态数据库一、概述时间、空间的不可分割性：环境监测、地籍管理.办法：加入时间维四维数据（时空一体）二、时空一体化数据模型1.时间片快照模型用一系列瞬时的地理数据来反应地理现象的时空演化过程（矢量快照，栅格快照）。如遥感图像。缺点：数据完全存储，冗余度大。2.底图叠加模型类似于地图修订方式。思路：先确定空间数据初始状态（底图），再按适当的时间间隔记录数据变化；通过叠加操作，以变化数据恢复各个时间片的状态数据。每次叠加表示状态的一次变化。3.时空合成模型思路：将每次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。变化的累积形成最小变化单元，记录其图形和属性。4.全信息对象模型全信息对象：包含空间、时态和属性信息的地理对象。全信息对象模型：运用面向对象设计技术，将对象的空间、属性随时间变化的信息封装。每个全信息对象有多个时态版本。The End
