空间数据库计算机学院 王媛妮Email: ynwang2005163.com教 材q教材：空间数据库.吴信才.科学出版社.2009参考书教学参考资料： q1崔铁军，地理空间数据库原理，科学出版社，2007q2Shashi Shekhar, Sanjay Chawla著. 谢昆青，马修军，杨冬青等译. 空间数据库. 机械工业出版社，2004q3 王家耀. 空间数据库信息系统原理.科学出版社.2001q4 吴立新. 地理信息系统原理与算法.科学出版社，2003q5 李建松. 地理信息系统原理，武汉大学出版社，2006q6 刘贵明. 地理信息系统原理及应用.科学出版社.2008q7 吴信才. 地理信息系统原理、方法及应用.中国地质大学（武汉） .2000q8 樊红. Arc/Info应用于开发技术.武汉大学出版社.2002 q9 普赖斯著.李玉龙等译. ArcGIS地理信息系统教程（第4版）.电子 工业出版社.2009q10 吴秀芹. ArcGIS9地理信息系统应用与实践.清华大学出版社.2007第一章 数据库及空间数据库概论基本内容：q1、数据管理技术的发展q2、数据模型与数据库系统q3、关系数据库（关系模型、关系代数、关 系演算）q4、空间数据库及其与关系数据库的比较q5、新型数据库系统教学要求q了解数据管理技术的发展阶段，数据描述的术语，数据模型的概念 ，数据库的体系结构，数据库管理系统的功能及组成，数据库系统 的组成及全局结构；新型数据库系统的基本发展状况；q掌握数据模型与数据库系统结构。q了解关系数据库的发展历程、关系数据结构、规范化理论、关系数 据库标准语言SQL、E-R模型。q了解空间数据的基本概念、特征，空间数据的发展历程；了解掌握 空间数据库与传统关系数据库的主要差异。q了解目前主要的新型数据库系统（含时态空间数据库）。 一、 数据管理技术的发展1、数据库的四个基本概念q数据(Data)q数据库(Database)q数据库管理系统(DBMS)q数据库系统(DBS)一、 数据管理技术的发展（续）数据(Data)是数据库中存储的基本对象q数据的定义描述事物的符号记录q数据的种类文字、图形、图象、声音q数据的特点数据与其语义是不可分的一、 数据管理技术的发展（续）数据举例q学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）q数据的形式不能完全表达其内容q数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在 系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人， 1990年考入计算机系q请给出另一个解释和语义一、 数据管理技术的发展（续）q人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数 据之后，应将其保存起来以供进一步加工处 理，进一步抽取有用信息。q数据库的定义数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大 量数据集合一、 数据管理技术的发展（续）q数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享冗余度较小数据独立性较高易扩展一、 数据管理技术的发展（续）数据库管理系统q什么是DBMS数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。qDBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维 护数据一、 数据管理技术的发展（续）DBMS的主要功能数据定义功能提供数据定义语言(DDL)定义数据库中的数据对象数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML)操纵数据实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)一、 数据管理技术的发展（续）数据库的运行管理保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库数据批量装载数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视等一、 数据管理技术的发展（续）数据库系统q什么是数据库系统数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据 库。q数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。名词术语数据库系统数据库最终用户应用系统应用开发工具DBMS操作系统 数据库管理员 DBA应用程序员数据库系统的构成数据库在计算机系统中的地位注 意q分清日常所说的“数据库”到底是指哪个概念数据库是oracle数据库管理系统数据库是xjgl.db数据库我们在开发数据库数据库应用系统一、 数据管理技术的发展（续）空间数据库基本概念q空间：事物之间的距离或间隔。（日常语义）q不同的学科有不同的解释。q数学领域中一般指某种对象（现象、状况、图形、函数 等）的任意集合。GIS领域的空间是指地理环境或地球表 层空间，是地理信息系统表达和研究的对象。为了在GIS 中对地理空间进行描述，常需要借助于抽象的数学空间 表达方法。q地理空间：空间参考信息的地理实体或地理现象发生的 时空位置集。一、 数据管理技术的发展（续）q空间数据：以地球表面空间的位置为参照，用来描述空 间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息 的数据。q空间数据是一种带有空间坐标的数据，包括文字、数字 、图形、影像、声音等多种方式。用来记录地理空间对 象的位置、拓扑关系、几何特征和时间特征。q空间数据库：描述与特定空间位置有关的真实世界对象 的数据集合。q任何真实世界的对象可能表示成数据库中的对象，但并 不是任何对象都和地理位置相关，取决于所要表达的信 息模型及应用。一、 数据管理技术的发展（续）2、数据管理技术的产生和发展q什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题q数据管理技术的发展过程人工管理阶段(40年代中-50年代中)文件系统阶段(50年代末-60年代中)数据库系统阶段(60年代末-现在)一、 数据管理技术的发展（续）q数据管理技术的发展动力应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展人工管理阶段文件系统阶 段数据库系统阶 段 背 景特点数据的结构化无结构数据管理技术三个发展阶段的详细比较 应用背景 科学计算 科学计算、管理 大规模管理硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁盘软件背景没有操作系统 有文件系统有DBMS处理方式批处理 实时处理、批处理数据的管理者 用户（程序员） 文件系统 数据库管理系统数据面向的对象 某一应用程序 某一应用 现实世界数据的共享程度无共享，冗余度很大 共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小独立性差实时处理、分布处 理、批处理具有高度的物理独 立性和一定的逻辑 独立性数据的独立性不独立，完全依靠 于程序记录内有结构 、整体无结构整体结构化，用 数据模型描述数据控制能力应用程序自己控制文件系统数据库管理系统二、数据模型与数据库系统1、数据模型q在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟q数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现二、数据模型与数据库系统（续）q数据模型分成两个不同的层次(1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 (2) 数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。二、数据模型与数据库系统（续）q客观对象的抽象过程-两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。二、数据模型与数据库系统（续）概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次 。现实世界信息世界、概念模型机器世界、DBMS支持的 数据模型认识和抽象二、数据模型与数据库系统（续）数据模型的组成要素概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型二、数据模型与数据库系统（续）数据模型的组成要素q数据结构 q数据操作 q数据的约束条件 二、数据模型与数据库系统（续）q什么是数据结构对象类型的集合q两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象q数据结构是对系统静态特性的描述二、数据模型与数据库系统（续）q数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则q数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）二、数据模型与数据库系统（续）q数据模型对操作的定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言q数据操作是对系统动态特性的描述。二、数据模型与数据库系统（续）q数据的约束条件一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。二、数据模型与数据库系统（续）概念模型1. 概念模型2. 信息世界中的基本概念3. 概念模型的表示方法二、数据模型与数据库系统（续）q概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是现实世界到机器世界的一个中间层次是数据库设计的有力工具数据库设计人员和用户之间进行交流的语言q对概念模型的基本要求较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解。二、数据模型与数据库系统（续）信息世界中的基本概念 (1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。 二、数据模型与数据库系统（续）(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型(6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集二、数据模型与数据库系统（续）(7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系 两个实体型 一对一联系（1:1） 三个实体型 一对多联系（1:n） 一个实体型 多对多联系（m:n） 两个实体型间的联系实体型1联系名实体型2111:1联系实体型1联系名实体型2mnm:n联系实体型1联系名实体型21n1:n联系两个实体型间的联系 q一对一联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。 实例班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职两个实体型间的联系 (续)q一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n 个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一 个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实 体集A与实体集B有一对多联系。记为1:n实例 班级与学生之间的联系： 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习两个实体型间的联系 (续)q多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n 个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一 个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则 称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n