空间数据库原理复习课,计算机学院 靳华中2013.12.2,内容提纲：,一、空间数据库概述二、空间数据模型三、空间数据库的设计四、空间数据库的建库五、空间数据库系统的应用,空间数据库能做什么？,传统数据库例如：在植物数据库中 查询“八仙花”空间数据库例如：1、列出bulding1附近2k范围内的所有超市 2、武昌火车站湖北工业大学的公交线路,特点：空间分析,4,传统数据库与空间数据库的比较,一、 空间数据库概述,1、空间数据库定义 指以特定的信息结构（如国土、规划、环境、交通等）和数据模型（如关系模型、面向对象模型等）表达、存储和管理从地理空间中获取的某类空间信息，以满足不同用户对空间信息需求的数据库。 地理空间数据：GIS中的地理空间数据是对地理实体的空间特征和属性特征的数字描述。,空间数据特征,空间数据具有三大基本特征：空间、时间和专题属性。空间特征 空间特征是指空间地物的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地物的空间关系。时间特征 空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算得到的,空间数据特征（Cont.）,专题特征 专题特征亦指空间现象或空间目标的属性特征，它是指除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征，如地形的坡度、波向、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等。 此外，空间数据还具有多维、多尺度和海量等非空间数据所不具备的特征。,二、空间数据模型,空间数据模型：就是对空间实体及其联系进行描述和表达的数学手段，使之能反映实体的某些结构特性和行为功能。,2.1 栅格数据模型,栅格数据模型是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。,它通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体 。,2.3 拓扑模型,其目的研究保持拓扑属性关系,在一个平面R2上，两个对象A和B之间的二元拓扑关系要基于以下的相交情况：即A的内部（A）、边界（ ）和外部（A-）与B的内部（B）、边界（ ）和外部（B-）之间的交。,2.4 TIN数据模型,2.5 其他空间数据模型,网络数据模型时空数据模型三维数据模型等等,三、空间数据库的设计,空间数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在着的空间数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。 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。,客观世界,逻辑模型,存储模型,认识、抽象,选定数据模型,确定数据组织方式,（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。,1、概念模型,ER图为概念模型提供了图形化的表示方法。 在ER图中，实体用矩形表示；属性表示为椭圆，并用直线与表示实体的矩形相连；联系则表示为菱形。联系的基数（cardinality）（包括11、M1或MN）标注在菱形的旁边。码的属性加下划线，而多值属性用双椭圆表示。,森林例子的ER图,2、逻辑模型,该阶段的任务是将数据类型、联系和约束进行建模，主要有层次模型、网状模型和关系模型三种形式。,2.1 层次模型,2.2 网状模型,2.3 关系模型,关系1：边界关系 关系2：边界结点关系 关系：结点坐标关系,关系表,3、 存储模型,本步骤是物理设计的建模，它解决数据库应用在计算机中具体实现时方方面面细节。有关存储、索引和内存管理等问题都在这一阶段考虑和解决。,4. 空间数据库的设计原则尽量减小存储冗余可变的数据结构对数据及时访问,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,四、空间数据库的建库,基于文件与关系型数据库的空间数据混合管理方案 全关系型数据库的空间数据管理方案 基于对象关系式数据库的空间数据管理方案。,1、现行空间数据库管理方案,文件与 关系数据库混合管理方案,属性数据建立在RDBMS上，数据存储和检索比较可靠、有效； 几何数据采用图形文件管理，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，GeoMap等,全关系式数据库管理方案,属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理 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,对象关系数据库管理方案,对现有的关系数据库进行扩展，增加空间数据类型 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要求进行空间对象的再定义，因而不能将设计的拓扑结构进行存储，没有解决数据的嵌套纪录问题 GIS软件：TIGER，Geo+、Geo Tropics等,2、现有空间数据库简介,ESRI (美国环境系统研究所公司 ,是世界最大的地理信息系统技术提供商 ) Personal database(mdb) SDE(sde for oracle | mysql | sqlserver)(空间数据库引擎)Oracle spatialMysql spatialPostgreSQL+PostGIS,28,3、空间数据库的建库,（1）建库软件 数据库软件：Oracle 数据库引擎：ArcSDE for Oracle GIS开发软件： ArcGIS 、MapInfo,（2）数据库建库方案,ArcSDE ：空间数据引擎,左图是两层结构的示意图，gsrvr进程在客户端，提供动态链接库的形式。 一旦连接上了，客户端将直接连接到DBMS，而不需要经过中间的应用服务处理。,（3）具体实施步骤,3.1 Oracle数据库的安装与连接,3.2 创建ArcSDE geodatabases数据库,1）在ArcCatalog中，双击“Database Connections”，然后双击“Add Spatial Database Connection”，所后弹出“Spatial Database Connection”对话框。2）填写服务器、服务、端口号以及账号信息，点击“确定”按钮以后创建了一个新的ArcSDE geodatabases，如下图所示。,3.3 装载空间数据,可以分别将shapefile、coverage、CAD三种类型的空间数据导入到空间数据库中,其中shapefile数据又分为定制值导入和直接导入两种。,3.4 表的创建,举例：标准表的创建过程,3.5 创建空间图层,（1）创建存储简单对象的表,（2）创建存储定制对象的表 （3）创建具有预定义的坐标系统的特征数据集（4）在特征数据集中创建一个特征数据集类,3.5 建立空间数据索引,举例：创建属性索引,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）,五、空间数据库系统的应用,1、空间数据库系统功能框图,2、具体应用实例,