地理空間數據庫第1頁，課件共43頁，創作于2023年2月數據庫的基本概念和特點數據庫的功能和應用領域地理空間數據庫的原理與方法地理空間數據庫制作與使用本講的教學重點與目標我們為什么要學空間數據庫？到底怎么去學呢？這就是本節的重點內容！第2頁，課件共43頁，創作于2023年2月5.1.1數據庫基礎5.1空間數據庫概述建立數據庫不僅僅是為了保存數據，擴展人的記憶，而主要是為了幫助人們去管理和控制與這些數據相關聯的事物。地理信息系統中的數據庫就是一種專門化的數據庫，由于這類數據庫具有明顯的空間特征，所以有人把它稱為空間數據庫。定義：數據庫就是為了一定的目的，在計算機系統中以特定的結構組織、存儲、管理和應用的相關聯的數據集合。數據庫概述第3頁，課件共43頁，創作于2023年2月數字形式文字圖形圖像聲音語言數據計算機數據庫技術保存和管理大量復雜的數據圖數據庫大致組成的結構圖第4頁，課件共43頁，創作于2023年2月數據庫中的數據組織一般可以分為四級：數據項、記錄、文件和數據庫。

1、數據項：是可以定義數據的最小單位，也叫元素、基本項、字段等。

2、記錄：由若干相關聯的數據項組成。

3、文件：文件是一給定類型的(邏輯)記錄的全部具體值的集合。

4、數據庫：是比文件更大的數據組織。數據庫是具有特定聯系的數據的集合，也可以看成是具有特定聯系的多種類型的記錄的集合。數據庫的內部構造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯系，不能孤立存在。

數據庫中數據組織層次第5頁，課件共43頁，創作于2023年2月圖數據庫功能數據庫存儲于檢索觀察的現象、文件與地圖存儲于檢索原始數據數據預處理

結構化數據查詢與分析展示與交互制圖第6頁，課件共43頁，創作于2023年2月數據庫的應用領域隨著信息時代的發展，數據庫也相應產生了一些新的應用領域。主要表現在下面6個方面。多媒體數據庫

移動數據庫

空間數據庫

信息檢索系統分布式信息檢索專家決策系統

生活工作學習第7頁，課件共43頁，創作于2023年2月第8頁，課件共43頁，創作于2023年2月數據模型數據模型是數據庫系統中實體與實體之間的聯系方式，是衡量數據庫能力強弱的主要形式之一。每一種數據模型都以不同的數據抽象與表示能力來反映客觀事物，有其不同的處理數據聯系的方式。數據庫領域采用的數據模型有層次模型、網狀模型和關系模型，面向對象模型。第9頁，課件共43頁，創作于2023年2月它的特點是將數據組織成一對多關系的結構。層次結構采用關鍵字來訪問其中每一層次的每一部分。層次數據庫結構特別適用于文獻目錄、土壤分類、部門機構等分級數據的組織。

層次數據模型1第10頁，課件共43頁，創作于2023年2月優點：存取方便且速度快結構清晰，容易理解數據修改和數據庫擴展容易實現檢索關鍵屬性十分方便1層次數據模型層次數據模型1缺陷：結構呆板，缺乏靈活性同一屬性數據要存儲多次，數據冗余大（如公共邊）不適合于拓撲空間數據的組織第11頁，課件共43頁，創作于2023年2月網絡模型用連接指令或指針來確定數據間的顯式連接關系，是具有多對多類型的數據組織方式。系名化學系教師數學生數研究生系名數學系教師數49學生數257研究生71學校名稱徐州師大系名資旅系教師數52學生數300研究生70系名教師數學生數研究生系名教師數學生數學號002312姓名張三年級3籍貫廣東系名教師數學生數研究生系名教師數學生數教師號66姓名王一年齡30職稱教授系名教師數學生數研究生系名教師數學生數課程號A01課程名GIS周學時4學分5系名教師數系名學號002312課程號A01網絡數據模型2第12頁，課件共43頁，創作于2023年2月優點：能明確而方便地表示數據間的復雜關系數據冗余小缺陷：網狀結構的復雜，增加了用戶查詢和定位的困難。需要存儲數據間聯系的指針，使得數據量增大數據的修改不方便（指針必須修改）網絡數據模型2第13頁，課件共43頁，創作于2023年2月1x1y12x2y23x3y34x4y45x5t56x6y6點關系數據庫模型是以記錄組或數據表的形式組織數據，以便于利用各種地理實體與屬性之間的關系進行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數據和屬性數據之間關系的一種非常有效的數據組織方法。關系數據模型3第14頁，課件共43頁，創作于2023年2月優點：結構特別靈活，滿足所有布爾邏輯運算和數學運算規則形成的查詢要求能搜索、組合和比較不同類型的數據增加和刪除數據非常方便缺陷：數據庫大時，查找滿足特定關系的數據費時對空間關系無法滿足關系數據模型3第15頁，課件共43頁，創作于2023年2月面向對象模型4面向對象模型最適應于空間數據的表達和管理，它不僅支持變長記錄，而且支持對象的嵌套、信息的繼承與聚集。GIS中的各種地物，在幾何性質方面不外乎表現為四種類型，即點狀地物、線狀處物、面狀地物以及由它們混合組成的復雜地物，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。第16頁，課件共43頁，創作于2023年2月5.1.2空間數據庫主要表現在：用戶在決策過程中，通過訪問空間數據庫獲得空間數據，在決策過程完成后再將決策結果存儲在空間數據庫中。概念：某一區域內關于一定地理要素特征的數據集合。特點：數據量特別大;既有屬性數據，又有空間數據;數據應用廣泛。數據存儲數據庫數據管理程序庫(數據庫軟件)原始信息數據庫第17頁，課件共43頁，創作于2023年2月空間數據的組成：從類型上分有柵格數據庫和矢量數據庫兩類，其中柵格數據包括航空遙感影像數據和DEM數據；矢量數據則包括各種空間實體數據（圖形和屬性數據）影像數字高程模型空間數據庫空間對象空間對象空間對象圖空間數據庫組成第18頁，課件共43頁，創作于2023年2月舉例第19頁，課件共43頁，創作于2023年2月傳統數據庫與空間數據庫的比較傳統數據庫空間數據庫數據連續性/相關性不連續相關性小連續較強空間相關性實體類型/空間關系少簡單固定多復雜且不固定記錄長度結構化等長非結構化不等長查詢與操作文字、數字文字數字空間圖形第20頁，課件共43頁，創作于2023年2月5.2空間數據管理

GIS數據庫除了一般數據特征外，還具有一些區別于其他一般數據庫的特征，表現在以下七個方面：空間特征抽象特征空間關系特征多尺度與多態性非結構化特征分類編碼特征海量數據特征第21頁，課件共43頁，創作于2023年2月文件/關系數據庫混合管理OID（目標ID或內部連接碼）圖形數據屬于數據在GIS工作工程中，通常需要同時啟動圖形文件系統和關系數據系統，甚至兩個系統來回切換，使用起來很不方便。圖形用戶界面圖形處理圖形文件庫圖形用戶界面DBMS屬性數據庫第22頁，課件共43頁，創作于2023年2月全關系數據庫管理GIS界面屬性數據（定長記錄）空間數據（變長記錄）DBMS空間數據庫關系表二進制塊屬性數據、幾何數據同時采用關系式數據庫進行管理，在標準的關系數據庫上增加空間數據管理層，即利用該層將GeoSQL轉化為標準SQL查詢，借助索引數據的輔助關系實施空間索引操作。空間數據和屬性數據不必進行煩瑣的連接，數據存取較快屬間接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特別是涉及空間查詢、對象嵌套等復雜的空間操作GIS軟件：System9，SmallWorld、Geovision等第23頁，課件共43頁，創作于2023年2月對象/關系數據庫管理這種擴展的空間對象管理模塊主要解決了空間數據的變長記錄的管理，由于由數據庫軟件商進行擴展，效率要比前面所述的二進制塊的管理高得多。許多數據庫管理系統的軟件商紛紛在關系數據庫管理系統中進行擴展，使之能直接存儲和管理非結構化的空間數據，如Oracle和Informix等都推出了空間數據管理的專用模塊，定義了操縱點、線、面、圓、長方形等空間對象的API函數。用戶不能根據GIS要求對其進行再定義，一般不帶拓撲關系。但是它仍然沒有解決對象的嵌套問題，空間數據結構也不能由用戶任意定義，使用上仍然受到一定限制。GIS軟件：TIGER，Geo++、GeoTropics等GIS界面空間數據處理RDBMS空間數據庫擴充實體類型（點、線、面、圓等）第24頁，課件共43頁，創作于2023年2月文件關系數據庫混合管理兩個子系統分別存儲和檢索空間數據和屬性數據，使用一種標識符將兩者聯系起來屬性數據建立在RDBMS上，數據存儲和檢索比較可靠、有效；幾何數據存儲在空間數據關系系統中，采用圖形文件管理，功能較弱，特別是在數據的安全性、一致性、完整性、并發控制方面，比商用數據庫要遜色得多。空間數據分開存儲，數據的完整性有可能遭到破壞。GIS軟件：Arc/Info，MGE，SICARD、GENEMAP等。第25頁，課件共43頁，創作于2023年2月幾何數據屬性數據ID數據文件數據庫早期圖形用戶界面圖形處理DBMS屬性用戶界面圖形文件庫屬性數據庫GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數據庫高級語言ODBC協議GIS用戶界面圖形處理DBMS圖形文件庫屬性數據庫高級語言數據庫開發語言數據庫開發數據庫開發第26頁，課件共43頁，創作于2023年2月柵格數據的管理基于文件的影像數據庫管理文件結合數據庫影像管理基于關系數據庫管理第27頁，課件共43頁，創作于2023年2月目前大部分GIS軟件和遙感圖像處理軟件都是采用文件管理方式來管理遙感影像數據缺點：無法應付數據的安全性、并發控制和數據共享文件管理形式的影像數據影像數據001影像數據002影像數據003影像數據004影像數據005文件管理方式第28頁，課件共43頁，創作于2023年2月影像數據按照文件方式組織管理在關系數據庫中，每個文件都有唯一的標識號對應影像信息文件-數據庫管理方式文件管理形式的影像數據影像數據001影像數據002影像數據003影像數據004影像數據005011002Image005011001Image004011003Image003…………011002Image002011001Image001塊號影像名稱影像信息數據庫表影像數據的文件管理第29頁，課件共43頁，創作于2023年2月關系數據庫管理基于擴展關系數據庫的影像數據管理是將影像數據存儲在二進制變長字段中，然后應用程序通過數據訪問接口來訪問數據庫中的影像數據，同時影像數據的元數據信息存放在關系數據庫的表中，二者可以進行無縫管理。特點：所有數據集中存儲，數據安全，易于共享較方便管理多數據源和多時態的數據支持事務處理和并發控制，有利于多用戶的訪問與共享影像數據和元數據集成到一起，能方便的進行交互式查詢對C/S的分布式應用支持較好，網絡性能和數據傳輸速度都有很大提高影像數據訪問只能通過數據庫驅動接口訪問，有利于數據的一致性和完整性控制，數據不會被隨意移動、修改和刪除支持異構的網絡模式，即應用程序和后臺數據庫服務器可以在不同操作系統平臺下運行第30頁，課件共43頁，創作于2023年2月GIS應用軟件空間及屬性數據文件GIS應用軟件空間及屬性數據庫擴展DBMS以容納空間數據商業數據庫GIS應用軟件空間及屬性數據庫用戶設計的數據庫GIS應用軟件空間數據庫屬性數據庫管理空間數據的軟件管理屬性數據的DBMSGIS數據管理方法的4種主要類型：第31頁，課件共43頁，創作于2023年2月空間數據索引空間索引概念

根據空間對象位置和形狀或空間對象的某種空間關系，按一定順序排列的數據結構，包含空間對象的概要信息，以提高空間操作的效率GIS中引入空間索引的必要性工作區建立查詢、顯示數據提取常見空間索引方法對象范圍索引格網索引四叉樹索引R樹和R+樹索引第32頁，課件共43頁，創作于2023年2月空間索引：對象范圍索引IDXmaxXminYmaxYmin1…………2…………3………………………4YmaxYminXminXmax空間對象集合123456檢索窗口XNYWYEXSXmax≥XNORXmin≤XSORYmax≥YEORYmin≤YW空間對象不被檢索XE≤Xmax，Xmin≤XNANDYW≤Ymax，Ymin≤YE空間對象被檢索XNYWYEXS236第33頁，課件共43頁，創作于2023年2月空間索引：格網索引P(3,3)=6P(3,1)=4P(3,2)=103412P(2,3=1P(2,1)=7P(2,2)=83142頭指針IDP10

20304052607334123142375210489168590109鏈指針第34頁，課件共43頁，創作于2023年2月實例展示Access中的數據庫建庫及連接使用說明

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以09地信電話本管理系統為例本項目旨在讓同學們熟悉簡單的數據庫建庫及數據庫的使用過程1、1在microsoftaccess中通過新建文件——新建空數據庫——通過輸入數據創建表：09GIS，在表中輸入相關信息，保存為09地信電話本.mdb,一個小型數據庫即創建成功。如下圖所示：第35頁，課件共43頁，創作于2023年2月2.在開發成功的“09電話本管理系統”中連接數據庫：點擊系統管理—連接數據庫—09地信電話本，下面即可對數據庫進行操作了：

第36頁，課件共43頁，創作于2023年2月3.、對系統進行數據庫的操作3。1添加聯系人：

第37頁，課件共43頁，創作于2