空间数据库学习.pptx
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1、名称:名称:空间数据库空间数据库编著:编著:吴信才吴信才 出版:出版:科学出版社科学出版社教材信息第1页/共104页地理空间数据库原理地理空间数据库原理 崔铁军编著崔铁军编著 科学出科学出版社版社空间数据库空间数据库 (美美)Shashi Shekhar)Shashi Shekhar等等 机机械工业出版社械工业出版社SPATIAL DATABASES Philippe Rigaux 等 Morgan Kaufmann Publishers 其他有关其他有关地理信息系统地理信息系统和和数据库数据库的的著作著作参考资料参考资料第2页/共104页地理信息系统数据库空间数据库与其他课程的关系与其他课程
2、的关系第3页/共104页课程大纲数据库及空间数据库空间实体的抽象与表达空间数据模型空间数据的组织与索引空间数据查询与访问商用空间数据库系统第4页/共104页Ch1 数据库及空间数据库数据库系统回顾空间数据库新型数据库空间数据库举例第5页/共104页1 数据库管理系统回顾第6页/共104页数据库基础知识F什么是数据库?数据库系统的构成数据库系统的发展数据库中的数据模型第7页/共104页什么是数据库?存储在计算机环境中的相互关连的数据集在这样的环境中,数据是永久的,也就是说它可以幸免于软件和硬件的问题(除非是磁盘崩溃)。大数据卷和持久性是数据库最大的两个特点。数据库的英文是数据库的英文是DATA
3、BASEDATA BASE,其意义为数据基地,即统一存贮和,其意义为数据基地,即统一存贮和集中管理数据的基地。集中管理数据的基地。第8页/共104页Application programs/queriesSoftware to process queriesSoftware to access stored dataStored databaseStored database definition metadata一个简单的数据库系统环境DBMS第9页/共104页数据库基础知识什么是数据库?F数据库系统的构成数据库系统的发展数据库中的数据模型第10页/共104页数据库系统的构成数据库是存贮在计
4、算机内的有结构的数据集合;数据库管理系统是一个软件,用以维护数据库、接受并完成用户对数据库的一切操作;数据库系统指由硬件设备、软件系统、专业领域的数据体和管理人员构成的一个运行系统。操作系统数据库管理系统应用软件、管理人员硬件第11页/共104页数据库基础知识什么是数据库?数据库系统的构成F数据库系统的发展数据库中的数据模型新型数据库系统第12页/共104页数据库系统的发展层次数据库系统层次数据库系统网状数据库系统网状数据库系统层次数据模型层次数据模型网状数据模型网状数据模型关系数据库系统关系数据库系统关系数据模型关系数据模型面向对象数据库面向对象数据库系统系统面向对象数据模面向对象数据模型型
5、第13页/共104页数据库基础知识什么是数据库?数据库系统的构成数据库系统的发展F数据库中的数据模型新型数据库系统第14页/共104页数据库中的数据模型数据模型是客观事物及其联系的数据描述 主要的数据模型层次网状关系面向对象的数据模型约束数据模型第15页/共104页数据模型实例以地图M为例:地图M中有两个面实体 多边形由a,b,e组成 M多边形由b,c,d组成 1 a a边的两个端点是1,2 e 2 b边的两个端点是2,4 4 b cc边的两个端点是2,3 d d边的两个端点是3,4 3e边的两个端点是1,4第16页/共104页层次模型例第17页/共104页网络模型例第18页/共104页关系模
6、型例第19页/共104页面向对象的几何数据模型Class Mtuple(name:string,geometry:Region,polygons:set(Ploygon)Class Ploygontuple(name:string,boundary:list(line)Class Linetuple(name:string,geometry:line,points:set(Point)Class Pointtuple(x:real,y:real)第20页/共104页约束空间数据模型P1=VP2=a,b,c,d,e分别可用直线公式表示第21页/共104页2 空间数据库第22页/共104页内 容S
7、patial DataWhy?What?第23页/共104页空间数据数据 是指客观事务的属性、数量、位置及其相互关系等的符号描述。空间数据 是对现实世界中空间对象(事物)的描述,其实质是指以地球表面空间位置为参照,用来描述空间实体的是指以地球表面空间位置为参照,用来描述空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据。位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据。第24页/共104页空间数据特征 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
8、到或计算得到的第25页/共104页空间数据特征(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。征。第26页/共104页内 容Spatial DataWhy?What?第27页/共104页Why?传统形式Paper mapJournalExplanation空间信息的新特点要求新的数字信息表达形式数据量大(
9、如,每天采集的卫星影像在Tbyte范围)内在结构的复杂性特点第28页/共104页Why?地理信息根据不同的应用和获取方式表现出多样性主要数据集GPSRSAerial photographs现存地图,综合已经存在的多种数字数据源而产生第29页/共104页Why?与一般统计数据相比空间数据更复杂,表现在:数据类型多(几何数据、关系数据、辅助数据)数据操纵复杂一般数据检索、增加、删除等定位检索、拓扑关系检索等数据输出多样(数据、报表、图形)数据量大,空间数据种类多测量、统计数据、文字地图、影像等第30页/共104页空间数据的非结构化特征事务数据库:数据记录一般是结构化的每一个记录有相同的结构和固定的
10、长度,记录中每个字段表达的只能是原子数据,内部无结构,不允许嵌套记录空间数据:这种结构化不能满足要求地理实体的空间坐标:实体位置、大小形状拓扑关系空间数据的组织和管理不同于一般的事务性数据第31页/共104页内 容Spatial DataWhy?What?第32页/共104页What?A空间数据库的定义空间数据管理的发展过程空间数据库的内容空间数据库的研究内容第33页/共104页什么是空间数据库 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。空间数据库定义第34页/共
11、104页地理空间数据与地理空间数据库地理空间数据指带有地理坐标的空间数据,包括资源、环境、经济和社会等领域的一切带有地理坐标的数据。是空间数据的一种特殊类型;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注:本课程中我们不加区别的使用空间数据和地理空间数据第35页/共104页What?空间数据库的定义A空间数据库的内容空间数据库的研究内容空间数据管理的发展过程第36页/共104页空间数据库系统地形要素数据库专题数据库数字正射影像图数据库数字高程模型数据库元数据库数字栅格地图数据库空间数据库的内容第37页/共104页 数字栅格地图数据库(DRG)数字高程模型数据库(DEM)数字
12、正射影像数据库(DOM)矢量地形要素数据库(DLG)专题数据库(TD)元数据库(MD)等高线道路水系境界居民地其它要素空间数据库系统 空间数据库概念模型示意图第38页/共104页矢量地形图数据库 以矢量数据结构描述的水系、等高线、境界、交通、居民地等地形要素构成的数据库数字高程模型库 是定义在平面X,Y上规则格网点上高程数据集构成的数据库影像数据库 由各种航空航天遥感数据或经过扫描处理的影像数据构成的数字正射影像数据库第39页/共104页数字栅格地形图 纸质地形图扫描后经几何纠正,并进行内容更新和数据压缩处理得到数字数字栅格地图专题地图土地利用数据地籍数据规划管理数据道路数据文物保护数据等第4
13、0页/共104页元数据 描述数据库/子库和库中个数字产品的元数据构成的数据库第41页/共104页空间空间数据数据库系库系统统历史数据库历史数据库在线运行数据库在线运行数据库成果数据在线数据DRGDEMDOMDLGTDMD成果管理数据库成果管理数据库历史数据空间数据库的内容(Cont.)第42页/共104页What?空间数据库的定义空间数据库的内容A空间数据库的研究内容空间数据管理的发展过程第43页/共104页空间数据库的研究内容空间数据库的主要任务是研究地理空间物体的空间数据表达模型空间数据组织模型空间数据存储结构空间索引技术目的:以最小的代价高效地存储和处理空间数据;维护空间数据的现实性,一
14、致性和完整性;为用户提供现实性好,准确性高,完备,开放和易用的地理空间数据空间数据查询访问技术第44页/共104页What?空间数据库的定义空间数据库的内容空间数据库的研究内容A空间数据管理的发展过程第45页/共104页空间数据管理的发展过程A人工管理阶段文件管理阶段文件与数据库系统混合管理阶段全关系型空间数据库管理系统对象关系数据库管理系统面向对象的数据库系统约束数据库系统第46页/共104页人工管理阶段20世纪50年代中期数据不保存:计算机主要用于科技计算,不需要将数据长期保存,需要时输入数据;没有数据管理软件数据冗余:一组数据对应于一个程序;第47页/共104页空间数据管理的发展过程人工
15、管理阶段A文件管理阶段文件与数据库系统混合管理阶段全关系型空间数据库管理系统对象关系数据库管理系统面向对象的数据库系统第48页/共104页20世纪60年代中期把数据的存取抽象为一种模型,使用时给出文件名称、格式和存取方式等,其余的由文件管理系统完成文件系统阶段文件系统阶段第49页/共104页特点:数据冗余较大每个文件都是为特定的用途设计的 同样数据在多个文件中重复存储程序和数据之间的独立性较差,应用程序依赖于文件的存储结构,修改文件存储结构就要修改程序。对数据的表示和处理能力较差,文件的结构和操作比较单一,不够丰富。数据不一致,更新时会造成同一数据在不同文件中的不一致。数据联系弱,文件与文件之
16、间是独立的,文件之间的联系必须通过程序来构造。文件系统阶段文件系统阶段(Cont.)第50页/共104页空间数据管理的发展过程人工管理阶段文件管理阶段A文件与数据库系统混合管理阶段全关系型空间数据库管理系统对象关系数据库管理系统面向对象的数据库系统约束数据库系统第51页/共104页20世纪70年代初期1981年ESRI推出第一个商用地理信息产品。真正有效地将地理空间技术和数据库集成于一个系统文件与数据库系统混合管理阶段文件与数据库系统混合管理阶段OIDOIDOIDOID图形数据图形数据图形数据图形数据属性数据属性数据属性数据属性数据图形数据OID属性数据第52页/共104页文件与数据库系统混合
17、管理阶段(Cont.)用两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据:属性数据存储在常规的RDBMS中;几何数据存储在空间数据文件系统中;两个子系统间用标识符联系起来(即通过关键字联系)。第53页/共104页 图形用户界面 图形处理 图形数据文件库 属性用户界面 数据库管理系统 属性数据库第54页/共104页用 户 界 面 C语言 C或ODBC 图形处理数据库管理系统图形数据文件库 属性数据库第55页/共104页图幅内空间数据的组织图幅内空间数据的组织工 作 区行政边界道 路水 系居 民地土 地 覆盖土 壤第56页/共104页第57页/共104页混合结构管理模式的特点优点:由于一部分建立在标准的
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