第三章 GIS数据管理,学习目标： 掌握数据的层次单位 了解数据间的逻辑关系 了解常用的数据文件 了解数据库的基本概念 了解数据库的特点和结构 理解数据库管理系统、数据安全和数据更新 理解传统数据库模型 重点：数据库模型的分类和特点 难点：面向对象的数据库模型,第三章 GIS数据管理,数据层次与文件组织 空间数据库 传统数据库模型 面向对象数据库系统 数据管理设计,第一节 数据层次与文件组织,数据层次（数据项、记录、文件、数据库） 数据间的逻辑联系（一对一、一对多、多对多） 用数据文件（顺序、直接、索引、到排文件）,典型GIS空间数据文件存储形式： (1)MapInfo 数据文件 *.tab：头文件，软件版本号、存储坐标投影、地图 边界、属性项名等，是ASCII码文件。 *.map：图形文件，存储所有GIS图形。 *.id ：索引文件，存储图形与属性的关联关系。 *.dat：属性文件，存储所有属性项值。 （2）ArcView shape数据文件 *.shp: 图形文件 *.dbf：属性文件 *.shx：索引文件,数据项组,逻辑数据单位之间的关系,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,一、数据的层次单位,数据项 数据项组 记录 文件 数据库,最基本的不可分割的数据单位,具有独立的逻辑意义,逻辑上具有某种共同标志的若干数据项组成的,数据项或数据项组集合,对文件进行存取操作的基本单位,给定类型逻辑记录的全部具体值的集合,文件的集合，文件之间存在某种联系，不能孤立存在,二、常用数据文件,它是物理顺序与逻辑顺序一致的文件,文件中的贮存是根据记录关键字的值，通过某种转换方法得到一个物理存贮位置，然后把记录存贮在该位置上。,二、常用数据文件,即带有索引的文件，它只能建立在随机存取介质上。,二、常用数据文件,按照一些辅关键字来组织索引称为辅索引，带有这种辅索引的文件称为倒排文件。,二、常用数据文件,第二节 空间数据库,数据 存储,数 据 库,数据 管理,程序库 (数据库软件),原始信息 数据库,数据库结构形式,1） 数据库的概念 数据库 ( Data Base )所有相关文件的总和构成数据库。它是最高一层的数据组织，是信息系统的信息资源，是信息系统的一个重要组成部分 。 2） 数据库管理系统 数据库管理系统 ( DBMS ) 是处理数据存储、进行各种管理的软件系统。应用程序对数据库的操作全部通过 DBMS 进行。 目前常用的数据库管理系统主要有：Access、SQL Server、Oracle数据库等。, 数据组织：数据单位按照某种形式结合起来，构成 更高层次结构的机制。 数据组织的基本单位-数据项 数据项-由数据项名和数据项值构成 记 录-若干个数据项构成一条记录，用以表示事 物的一组属性 文 件-同类记录的集合构成文件，文件用文件名 来标识 数据库-所有相关文件的总和构成数据库。它是最 高一层的数据组织，是信息系统的信息资 源，是信息系统的一个重要组成部分 。, 数据库介绍,地理信息系统概论,数据组织的层次关系图,数据库,文 件,文 件,文 件,。,记 录,记 录,记 录,记 录,。,。,数据项,数据项,数据项,数据项,数据项,地理信息系统概论,地理信息系统概论,数据库与数据库管理系统 数据库系统的特点： 数据的独立性 数据最小冗余度 最多的共享性 统一管理与控制 数据库系统的主要组成部分： 数据 计算机系统 数据库管理系统,用户,用户界面,应用程序,应用程序,应用程序,DBMS,DB,。 。,二、数据库分类,数据模型:是对事物及其联系的数据描述，是实体模型的数据化。 数据库系统中常用的数据模型： 层次模型 ：是树型数据结构，是一棵以记录型为结点的有向树。 网状模型：是以记录类型为结点的网络结构。 关系模型：把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表的模型。 数据库管理系统（DBMS) DBMS的功能： 描述数据库：定义数据库功能或数据字典（元数据） 管理数据库 维护数据库 数据通信,数据库分类,概念/内部映射,数据库的系统结构,地理信息系统概论,地理信息系统概论,3） 数据库中的数据模型（逻辑结构模型）,(1) 层次模型: 用树状结构 ( 层次结构 ) 来表示实体之间联系的模型称之为层次模型。 典型的层次模型的例: 家谱、行政管理系统等。,国务院,山东省,北京市,河北省,青岛市,济南市,潍坊市,历下区,市中区,地理信息系统概论,层次模型的基本特征: * 有且仅有一个结 ( 节 ) 点无父结点,将其称为根结点. * 除根结点外,所有结点有且仅有一个父结点. (2) 网状模型: 以有向图表示的网络结构,每个结点依然表示数 据库中的一个记录类型 ( 实体 ). 典型的网状模型的例: 交通网络、水系结构 网状模型的基本特征： * 可以有零个或多个结点无父结点. * 至少有一个结点有多于一个父结点. * 允许两个结点之间有两种或多种联系.,(3) 关系模型: 用表格数据表示实体与实体之间联系的模型。,关系模型的基本特征: * 表中每一列属性都是不能再分的基本字段. * 各列被指定一个相异的名字. * 各行 ( 记录 ) 相异,不允许重复. * 行列次序无关. 关系模型举例: MapInfo 中的图形Map表与属性数据Dat表,（1）用户级 用户使用的数据库对应于外部模式，它是用户与数据库的接口，也就是用户能够看到的那部分数据库，它是数据库的一个子集。 （2）概念级 概念数据库对应于概念模式，简称模式，是对整个数据库的逻辑描述，也就是数据库管理员看到的数据库。 （3）物理级 物理数据库对应于内模式，又称为存贮模式，内模式描述的是数据在存贮介质上的物理配置与组织，是存放数据的实体，也是系统程序员才能看到的数据库。,数据库管理系统是处理数据库存取和各种管理控制的软件，应用程序对数据库的操作全部通过DBMS进行。,数据库管理系统,提供书写各种模式的语言及其支撑软件，并把各种定义信息也存贮于系统之中。它勾画出数据库的框架。,应用数据装入数据库 a)键盘输入； b)接受另一个系 统 的数据文件,运行控制 数据存取、更新 数据完整性、有效性 数据公享,重新定义 数据重新组织 性能监督与分析 数据库整理 故障恢复,操作系统接口处理 各种语言接口 远程操做接口处理,DBMS组成,语言处理程序,运行控制程序,建立与维护程序,数据描述语言（DDL） 数据操作语言（DML） 终端命令解译,系统控制 数据存取 数据更新 并发控制 数据完整性,数据装入 性能监控 工作日志 重新组织 数据转储 系统恢复,SQL语言： 数据查询 Data Query 数据定义 Data Definition 数据操纵 Data Manipulation 数据控制 Data Control,应用程序对数据库的访问,数据库管理员,决定数据库的信息内容 数据库系统的联络员 决定存储结构和访问策略 决定系统的保护策略 监督系统工作,第二节 传统数据库模型,1. 关系模型 2. 层次模型 3. 网状模型,关系模型是一种数学化的模型，它是将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表。实体本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表，在数学上把这种二维表叫做“关系”。这些关系表的集合就构成了关系模型。 关系模型主要优点是：数据结构灵活、清晰，可以通过数学运算进行各种查询、计算和修改；数据描述具有较强的一致性和独立性。缺点时当关系很复杂时，计算机需要执行一系列的数据操作，比较费时。,关系模型,层次模型结构,层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关系，它把数据按其自然的层次关系组织起来，以反应数据之间的隶属关系。 层次模型的优点是模型层次分明、结构清晰，较容易实现。尽管每个记录只有一个双亲，当从子女查找双亲，只有唯一的结果，但查找比较麻烦，需要大量的索引文件，而且某种属性值可能要重复多次，导致数据冗余度增加，当对层次模型进行修改时，只有当新记录有上属记录时才能插入。删除一个记录其所有下属记录也同时被删除。,层 次 模 型,网状模型结构,网状模型基本特征是在记录之间没有明确的主从关系，任何一个记录可与任意其他多个记录建立联系，与层次模型相比较，大大压缩了数据的存贮量。可以表示实体的多种，关系更为灵活，对确定的数据表示效率高，冗余小，表示关系复杂的地理数据和具有网络特征的地理实体效果较好。但网状结构数据指针比较复杂，数据更新较为繁琐。,网状模型,1. 地理空间数据 2. 地理空间数据库的数据结构 3. 地理空间数据库的内容 4.地理数据库的设计过程,第三节 地理空间数据库,第四节 面向对象数据库系统,传统数据库管理地理空间数据的局限性 向对象方法中的基本概念 向对象方法的数据抽象技术和数据抽象工具 面向对象的集合抽象类型 面向对象的属性数据模型 面向对象数据库系统的实现,传统数据库管理地理空间数据的局限性,传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符 传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的空 间关系 传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的原子数据 传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息,面向对象方法中的基本概念,(1)对象与封装性 (2)分类 (3)概括 (4)联合 (5)聚集,面向对象方法的集合抽象类型,1空间地物的几何数据模型,面向对象方法的集合抽象类型,2拓扑关系与面向对象模型 这一模型既解决了数据共享问题，又建立了弧段与节点的拓扑关系。同样，面状地物对弧段的聚集方式与数据共享和几何拓扑关系的建立也达到一致。,数据管理设计,文件管理 系数据库管理 文件结合关系数据库管理 面向对象数据库管理,附加： 地理空间数据,与空间位置有关的各种地理信息，或者是可以用地图来描述的各种地理信息。,1. 位置信息 2. 资源与环境信息 3. 社会经济信息,地理空间数据库的内容,地理数据库的设计过程,了解用户需求,