《GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計》PPT課件.ppt

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1、,第5章 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.1 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 5.2 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 5.3 空間數(shù)據(jù)組織和管理 5.4 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理 5.5 MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,,第1節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,5.1.1 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概念 5.1.2 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計目標(biāo) 5.1.3 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則 5.1.4 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程,,第1節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,5.1.1 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概念 數(shù)據(jù)的定義 是GIS的“血液”。 數(shù)據(jù)的存儲模式、管理方式直接影響GIS系統(tǒng)執(zhí)行效率和系統(tǒng)安全等方面。 GIS的空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計是GIS軟件設(shè)計的核心內(nèi)容。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是把現(xiàn)實世界中

2、一定范圍內(nèi)存在的應(yīng)用處理和數(shù)據(jù)抽象成一個數(shù)據(jù)庫的具體結(jié)構(gòu)的過程。,,第1節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,5.1.2 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計目標(biāo) 主要目標(biāo) 設(shè)計具有安全性、可靠性、正確性、完整性、獨立性、共享性、低冗余度、可擴(kuò)展的空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)高效存儲管理，支撐GIS軟件的設(shè)計與應(yīng)用。 滿足用戶要求 良好的數(shù)據(jù)庫性能 對現(xiàn)實世界模擬的精確程度 能被某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受 主要任務(wù) 確定空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 提出空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)功能的實現(xiàn)方案。 將設(shè)計的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行編碼實現(xiàn)。 將收集來的空間數(shù)據(jù)入庫，建立空間數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)。,,第1節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,5.1.3

3、 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的核心，是GIS系統(tǒng)實現(xiàn)的前提，也是衡量GIS系統(tǒng)品質(zhì)的一個重要因素。設(shè)計數(shù)據(jù)庫時應(yīng)遵循以下原則： 組織有序、層次分明 最小冗余度原則 具有足夠的數(shù)據(jù)吞吐量 數(shù)據(jù)獨立性原則 標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化原則 可擴(kuò)展原則 系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則,,第1節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,5.1.4 GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程 以用戶的需求為先，兼顧數(shù)據(jù)的特點，才會設(shè)計出成功的數(shù)據(jù)庫。 設(shè)計過程 需求分析 概念設(shè)計 邏輯設(shè)計 物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施,,第1節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述,空間數(shù)據(jù)庫需求分析包括三個步驟： 用戶需求調(diào)查 分析空間數(shù)據(jù)現(xiàn)狀 系統(tǒng)分析,,第2節(jié) GIS

4、數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.2.1 概念模型設(shè)計 5.2.2 邏輯模型設(shè)計 5.2.3 物理模型設(shè)計,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計數(shù)據(jù)庫概念化設(shè)計|,5.2.1 概念模型設(shè)計 數(shù)據(jù)庫概念化設(shè)計是從抽象的角度來設(shè)計數(shù)據(jù)庫，這種信息結(jié)構(gòu)設(shè)計是從用戶的角度對現(xiàn)實世界的一種信息描述，它獨立于任何DBMS軟件和硬件。概念設(shè)計的結(jié)果是對現(xiàn)實世界或地理實體的信息化概念模型，它由構(gòu)造實體的基本元素以及反映這些基本元素之間聯(lián)系的信息所組成。 數(shù)據(jù)庫概念化設(shè)計主要任務(wù) 概念數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計和事務(wù)設(shè)計。 模式設(shè)計 以需求分析階段所提出的數(shù)據(jù)要求為基礎(chǔ)，對用戶需求描述的現(xiàn)實世界通過對其中信息的分類、聚集和概括，建

5、立抽象的高級數(shù)據(jù)模型(如E-R模型)，形成概念數(shù)據(jù)庫模式。 事務(wù)設(shè)計 考察需求分析階段提出的數(shù)據(jù)庫操作任務(wù)，形成數(shù)據(jù)庫事務(wù)的高級說明。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計方法和步驟|,設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的方法： 自頂向下 自底向上 逐步擴(kuò)張 混合策略 其中最常采用的策略是自底向上方法。即自底向上地進(jìn)行需求分析，然后再自底向上地設(shè)計概念結(jié)構(gòu)。但無論采用哪種設(shè)計方法，一般都以E-R模型為工具來描述概念結(jié)構(gòu)。 自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)步驟： 抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 集成局部視圖,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計方法和步驟|,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計

6、|,E-R模型設(shè)計定義： 構(gòu)建信息系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫概念模型的一種有效工具或有效方法（也稱為E-R方法）。 由Peter Chen于1976年提出，強(qiáng)調(diào)實體間的關(guān)系，而非實體的屬性。 該方法用實體、屬性、關(guān)系/聯(lián)系來描述現(xiàn)實世界，并在此基礎(chǔ)之上轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)模型。 E-R模型組成 實體、關(guān)系和屬性。 E-R模型設(shè)計目的 試圖建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，以概括層次、網(wǎng)狀和關(guān)系三個傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型。 作為三種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型相互轉(zhuǎn)換的中間數(shù)據(jù)模型。 以比較自然的方式描述現(xiàn)實世界。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計|,實體（Entity） 客觀事物的抽象，可以被唯一地標(biāo)識。 這些客觀事物可以是任何

7、一類的人、物或概念，是信息系統(tǒng)管理、操作的對象。 屬性（Attributes） 實體的特征。 一個實體總是通過其屬性來描述的，對實體的管理和分析的操作是通過對屬性的操作來實現(xiàn)的。 識別實體與屬性的原則： 如果數(shù)據(jù)類相對獨立，并可唯一標(biāo)識，且具有自己的屬性，則該數(shù)據(jù)類可能是一類實體。 如果它僅是某類實體的特征，則它是一類屬性。 如果數(shù)據(jù)類與已識別的實體間存在關(guān)系/聯(lián)系，則該數(shù)據(jù)類（已是一類實體的屬性除外）可能是一類實體。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計|,關(guān)系/聯(lián)系（Relationship） 實體之間的聯(lián)結(jié)稱之為關(guān)系或聯(lián)系。 實體和屬性是數(shù)據(jù)庫的存儲對象。 關(guān)系是

8、數(shù)據(jù)庫所要進(jìn)行的查詢操作。 因為現(xiàn)實世界中的客體是彼此聯(lián)系的，因此信息世界中的實體間也是有聯(lián)系的。例如，職工和單位之間是存在聯(lián)系的，職工在單位中工作，屬于該單位，而單位又必須有職工。 關(guān)系的種類 擁有/屬于關(guān)系、集/子集關(guān)系、父/子關(guān)系、實體的組成關(guān)系。 一對一、一對多、多對一、多對多等關(guān)系類型。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計|,基于空間E-R模型設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫步驟 確定一般實體和地理實體 通過用戶需求調(diào)查與分析，提取和抽象出空間數(shù)據(jù)庫中所有的實體，包括一般實體和空間實體。 確定實體屬性 對提取和抽象出來的實體通過定制其屬性來進(jìn)行界定，即確定各個實體的屬性。要求

9、盡可能減少數(shù)據(jù)冗余，方便數(shù)據(jù)存取和操作，并能實現(xiàn)正確無歧義地表達(dá)實體。 確定實體間所有聯(lián)系 根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖及實體的特征正確定義實體間的關(guān)系，這一步驟是保證空間數(shù)據(jù)正確處理和操作的關(guān)鍵，因此，在定義過程中要仔細(xì)求證，確保無誤。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計|,繪制空間E-R圖 根據(jù)提取、抽象和概括出的系統(tǒng)實體、實體屬性及實體關(guān)系繪制空間E-R圖。 空間E-R圖優(yōu)化 因為空間E-R圖涉及的實體、屬性及關(guān)系復(fù)雜，在實際應(yīng)用中，往往需要根據(jù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)程度將它們劃分成許多小的單元，分別繪制E-R圖。因此，最后需要根據(jù)劃分的標(biāo)準(zhǔn)和原則對這些單元的E-R圖進(jìn)行綜合，并對其進(jìn)

10、行調(diào)整和優(yōu)化，使其能夠無縫地形成為一個整體。 E-R模型轉(zhuǎn)換為具體數(shù)據(jù)模型 將空間E-R圖轉(zhuǎn)化為適合GIS軟件和數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系模型、網(wǎng)絡(luò)模型、層次模型或特殊的空間數(shù)據(jù)模型等。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計|,利用E-R方法建立GIS空間數(shù)據(jù)庫概念模型步驟,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |1.概念模型設(shè)計E-R模型設(shè)計|,E-R圖：實體用矩形表示，屬性用橢圓表示，聯(lián)系用菱形表示,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計目的和任務(wù)|,5.2.2 邏輯模型設(shè)計 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的目的 根據(jù)E-R模型以及所選擇的DBMS和GIS軟件系統(tǒng)的特點，設(shè)

11、計整個數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的任務(wù) 把數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計階段產(chǎn)生的概念數(shù)據(jù)庫模式變換成為邏輯數(shù)據(jù)庫模式，即適應(yīng)于某種特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的邏輯模型。 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計依賴于邏輯數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，依賴于軟件、獨立于硬件。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計關(guān)系模型|,關(guān)系模型 將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表，亦稱為關(guān)系，一個實體由若干關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。 關(guān)系表示例 用地項目信息表和地塊信息表,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計關(guān)系表范式化|,關(guān)系表的范式化 為了保證數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和程序處理避免矛盾和錯誤，同時使表數(shù)據(jù)符合關(guān)系

12、代數(shù)運算要求，關(guān)系表應(yīng)規(guī)范，這一過程稱為范式化。 范式化的三種類型 第一范式：不能表中套表，即不能有次級字段，若存在該情形，則需要進(jìn)行字段分解。,,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計關(guān)系表范式化|,第二范式：所有字段僅與主字段相關(guān)。 假定選課關(guān)系表為選課(學(xué)號, 姓名, 年齡, 課程名稱, 成績, 學(xué)分)，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字(學(xué)號, 課程名稱)，存在如下決定關(guān)系： (學(xué)號, 課程名稱) (姓名, 年齡, 成績, 學(xué)分) 這個數(shù)據(jù)庫表不滿足第二范式，因為存在如下決定關(guān)系： （課程名稱) (學(xué)分) (學(xué)號) (姓名, 年齡) 即存在組合關(guān)鍵字中的字段決定非關(guān)鍵字的情況。 把選課關(guān)系表選

13、課改為如下三個表： 學(xué)生：(學(xué)號, 姓名, 年齡) 課程：(課程名稱, 學(xué)分) 選課：(學(xué)號, 課程名稱, 成績),,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計關(guān)系表范式化|,第三范式：不能有傳遞相關(guān)性 假定學(xué)生關(guān)系表為Student(學(xué)號, 姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點, 學(xué)院電話)，關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字學(xué)號，因為存在如下決定關(guān)系： (學(xué)號) (姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點, 學(xué)院電話) 這個數(shù)據(jù)庫是符合第二范式的，但是不符合第三范式，因為存在如 下決定關(guān)系： (學(xué)號) (所在學(xué)院) (學(xué)院地點, 學(xué)院電話) 即存在非關(guān)鍵字段學(xué)院地點、學(xué)院電話對關(guān)鍵字段學(xué)號的傳遞函數(shù)依賴。

14、 把學(xué)生關(guān)系表分為如下兩個表： 學(xué)生：(學(xué)號, 姓名, 年齡, 所在學(xué)院) 學(xué)院：(學(xué)院, 地點, 電話),,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計表分割與關(guān)聯(lián)|,范式化后，按照字段記錄特性，可進(jìn)行字段調(diào)整，把一個表分割成多個表，列出各表應(yīng)具有的字段，確定表體系結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)表達(dá)得以協(xié)調(diào)。,空間表,地塊表,戶主表,土地狀況主表,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換|,E-R模型轉(zhuǎn)化為邏輯模型的過程 E-R模型可以按規(guī)則轉(zhuǎn)換為多種類型的邏輯數(shù)據(jù)模型。關(guān)系模型是當(dāng)前使用最為廣泛的邏輯模型，大多的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都是關(guān)系型的。 在基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程

15、中需要將需求分析產(chǎn)生的E-R模型按照關(guān)系模型的要求進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，包括實體、實體關(guān)系以及關(guān)鍵字的設(shè)計等。 關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合，而E-R圖則是由實體、實體屬性和實體之間的聯(lián)系三個要素組成的，所以將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型實際上就是要將實體、實體屬性和實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換|,E-R模型到關(guān)系模型的映射步驟： 將每類實體映射成一個單獨的關(guān)系。實體屬性映射成關(guān)系的屬性。 對于基數(shù)為1 : 1的聯(lián)系，將任一實體碼屬性作為其他關(guān)系的主碼。 聯(lián)系的基數(shù)是M : 1，把“1”側(cè)關(guān)系主碼作為“M”側(cè)關(guān)系的

16、外碼。 基數(shù)為M : N的聯(lián)系，每個M : N聯(lián)系被映射成一個新的關(guān)系。 關(guān)系的名稱就是聯(lián)系的名稱，而關(guān)系的主碼由參與實體的主碼對組成。 如果聯(lián)系有屬性的話，則成為新關(guān)系的屬性。 對于多值屬性，創(chuàng)建一個具有兩個列的新的關(guān)系，一列對應(yīng)多值屬性，另一列對應(yīng)擁有多值屬性的實體的碼。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換|,示例轉(zhuǎn)行過程： 當(dāng)用戶和用戶詳情之間是1對1的關(guān)系 在建立用戶關(guān)系表和用戶詳情關(guān)系表時，分別將詳情編號和用戶編號作為它們的一個外鍵。 當(dāng)用戶和申請用地項目流轉(zhuǎn)之間是1對M的關(guān)系 將關(guān)系中“1”側(cè)關(guān)系表“用戶”的主鍵“用戶編號”作為“M”側(cè)“申請用地

17、項目流轉(zhuǎn)” 關(guān)系表的外鍵。 當(dāng)用戶和角色之間是多對多的關(guān)系 需建立一個獨立的關(guān)系表。 關(guān)系表名稱就是聯(lián)系的名稱“用戶-角色”，關(guān)系表中包括了“用戶”關(guān)系表的主鍵“用戶編號”和“角色”關(guān)系表的主鍵“角色編號”兩個屬性。,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |2.邏輯模型設(shè)計E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換|,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.2.3 物理模型設(shè)計 數(shù)據(jù)庫物理模型：使用計算機(jī)軟件和硬件，以有效的和容錯的方式，完成邏輯數(shù)據(jù)庫模型概念。 數(shù)據(jù)庫物理模型設(shè)計的一般任務(wù) 使數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)能在實際的物理存儲設(shè)備上得以實現(xiàn)，建立一個具有較好性能的物理數(shù)據(jù)庫。 設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計時需要考慮： 如何分配存儲空間 決

18、定數(shù)據(jù)物理表示 設(shè)計存取路徑 確定存放位置 選擇存儲結(jié)構(gòu) 解決系統(tǒng)的配置,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |3.物理模型設(shè)計矢量柵格屬性關(guān)系數(shù)據(jù)文件|,GIS空間數(shù)據(jù)庫涉及圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)存儲，一般來講： 屬性數(shù)據(jù)有RDBMS來存儲、管理、操作和查詢； 圖形數(shù)據(jù)以表達(dá)矢量、柵格結(jié)構(gòu)的特殊格式的數(shù)據(jù)文件表示和存儲；由GIS軟件直接管理、查詢和讀取； 圖形---屬性的聯(lián)系由GIS軟件建立和維護(hù)；,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |3.物理模型設(shè)計矢量柵格屬性關(guān)系數(shù)據(jù)文件|,矢量數(shù)據(jù)文件（非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)） 在正常情況下，不同的線裝實體和面狀實體由不同數(shù)量的點組成，它們具有不同長度的坐標(biāo)序列。 柵格數(shù)

19、據(jù)文件 對于一個簡單的柵格GIS，每個圖層由一個網(wǎng)格矩陣構(gòu)成，每個網(wǎng)格值為位于該網(wǎng)格內(nèi)的地理實體的屬性值。在一個柵格關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，組成一個圖層的網(wǎng)格值通常為地理實體的標(biāo)識碼，這些網(wǎng)格值以游程編碼或四叉樹結(jié)構(gòu)存儲為一個數(shù)據(jù)文件。 由于柵格數(shù)據(jù)需占用大量的存儲空間，為減少冗余，采用一種無誤差壓縮編碼游程長度編碼來記錄特征游碼和游碼長度。 屬性關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件 定長數(shù)據(jù)，即可直接涉及關(guān)系表,,第2節(jié) GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計 |3.物理模型設(shè)計矢量柵格屬性關(guān)系數(shù)據(jù)文件|,矢量數(shù)據(jù)的幾何信息,矢量數(shù)據(jù)的屬性信息,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理,5.3.1 空間數(shù)據(jù)組織 5.3.2 空間數(shù)據(jù)管理,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)

20、組織和管理,5.3.1 空間數(shù)據(jù)組織 邏輯設(shè)計的主要任務(wù)是對空間數(shù)據(jù)分析階段所得到的地理數(shù)據(jù)重新進(jìn)行分類、組織。 邏輯設(shè)計過程： 圖塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計，即按數(shù)據(jù)的空間分布將數(shù)據(jù)劃分為規(guī)則的或不規(guī)則的塊。 圖層信息的組織，即按照數(shù)據(jù)的性質(zhì)分類，將性質(zhì)相同或相近的歸為一類，形成不同的圖層。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)組織縱向分層組織|,分層的定義 分層是在分幅的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，它按地圖內(nèi)容進(jìn)行劃分，不同的內(nèi)容屬于不同的層。 分層的目的 更有效地組織和管理空間數(shù)據(jù) 。 通過圖層管理地理數(shù)據(jù)的好處 相同數(shù)據(jù)層中的地理對象，都是從無窮地理事物之中抽象出來的同一類別。

21、 同一空間定位基礎(chǔ)、一致數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)、相同地域范圍中的各數(shù)據(jù)層在GIS中是可以任意疊合的。 多層地理數(shù)據(jù)的疊合分析，是GIS重要的空間分析方法之一。 通過不同的數(shù)據(jù)層疊加顯示，是計算機(jī)地理制圖的常用方法。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)組織縱向分層組織|,分層需要注意的問題 按要素類型分層，性質(zhì)相同或相近的要素放在同一層。 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。如數(shù)據(jù)的公共邊之間的隸屬關(guān)系等。 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的分層較細(xì)，各種專題信息數(shù)據(jù)一般放在單獨的一層或較少的幾層中。 考慮用戶視圖的多樣性。 分層時應(yīng)考慮數(shù)據(jù)與功能的關(guān)系，如數(shù)據(jù)使用頻率，起主導(dǎo)作用的功能等。 分層時應(yīng)考慮更新的問題，應(yīng)考慮將變更頻繁

22、的數(shù)據(jù)分離出來。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)組織縱向分層組織|,江蘇省土地利用規(guī)劃管理系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)分層方式（部分）,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)組織橫向分塊組織|,分塊的定義 即按數(shù)據(jù)的空間分布將數(shù)據(jù)劃分為規(guī)則的或不規(guī)則的塊。 分塊的目的 對大容量的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織。 圖塊劃分的原則 按存取頻率較高的空間分布單元劃分圖塊，以提高數(shù)據(jù)庫的存取效率。 圖塊的劃分應(yīng)使基本存儲單元具有較為合理的數(shù)據(jù)量。 在定義圖塊分區(qū)時，應(yīng)充分考慮未來地圖數(shù)據(jù)更新的圖形屬性信息源及空間分布，以利于更新和維護(hù)。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)組織分層分塊索引|,地圖3,圖層3,

23、分層分塊索引,圖中地圖表示一個完整的地理數(shù)據(jù)庫，地圖中的地物要保持存儲、表達(dá)的完整性和一致性。 根據(jù)圖塊的劃分原則，將空間數(shù)據(jù)分為若干個圖幅，即圖中的地圖1，地圖2... 為了在地圖中有效地組織和表達(dá)空間地理實體，按照地物的大小對其分級抽取，對不同大小的地理幾何對象表示進(jìn)行整理分層，即圖中的圖層1，圖層2...,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理,5.3.2 空間數(shù)據(jù)管理 空間數(shù)據(jù)管理方式與數(shù)據(jù)庫發(fā)展是密不可分的，按照發(fā)展的過程，對矢量數(shù)據(jù)的管理分為四種管理方式： 文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理 全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理 對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理 對于矢量數(shù)據(jù)，其位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通常是分開組織的。這一特點使得在

24、管理時需要同時顧及空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，其中屬性數(shù)據(jù)很適合用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來管理，空間位置數(shù)據(jù)則不太適合用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)管理文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理|,文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理 由于空間數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化持征，早期關(guān)系型數(shù)據(jù)庫難以滿足空間數(shù)據(jù)管理的要求。因此，傳統(tǒng)GIS軟件采用文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合方式管理空間數(shù)據(jù)，比較典型的是ArcInfo，有的系統(tǒng)也采用純文件方式管理空間數(shù)據(jù)，如MapInfo；即用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，用商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)，兩者之間通過目標(biāo)標(biāo)識或內(nèi)部連接碼進(jìn)行連接。 文件關(guān)系型數(shù)據(jù)連接,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間

25、數(shù)據(jù)管理文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理|,這種管理方式的不足之處在于： 屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過ID聯(lián)系起來，使查詢運算，模型操作運算速度慢。 數(shù)據(jù)分布和共享困難。 屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)分開存儲，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面缺少基本的功能。 缺乏表示空間對象及其關(guān)系的能力。因此，目前空間數(shù)據(jù)管理正在逐步走出文件管理模式。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)管理關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理|,全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理 這種管理方式下，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)都采用現(xiàn)有的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲，使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)連接機(jī)制來進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接。 全關(guān)系管理空間數(shù)據(jù),,第3節(jié) 空間數(shù)

26、據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)管理關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫管理|,一個關(guān)系表示一個圖層，關(guān)系中的每一行表示一個地理實體，每一列表示地理實體的一個屬性，其中一列為幾何形狀列，通常稱為形狀。 用全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理圖形數(shù)據(jù)有常規(guī)表方式和 大對象方式兩種模式。 用常規(guī)表方式進(jìn)行組織，要涉及多個關(guān)系表，做多次連接投影運算。 用大對象方式進(jìn)行組織，采用數(shù)據(jù)庫提供的二進(jìn)制大對象變長字段存儲空間數(shù)據(jù)，將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成二進(jìn)制塊字段。,,第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)組織和管理 |空間數(shù)據(jù)管理對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理|,對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理 由于直接采用通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的效率不高，而非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)又十分重要，所以許多數(shù)

27、據(jù)庫管理系統(tǒng)的軟件商在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)展，使之能直接存儲和管理非結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)。 對象關(guān)系管理空間數(shù)據(jù),,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,5.4.1 管理方案 5.4.2 組織形式 5.4.3 存儲結(jié)構(gòu),,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,5.4.1 管理方案 柵格、影像數(shù)據(jù)庫采用金字塔結(jié)構(gòu)存放多種空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)，同一分辨率的柵格數(shù)據(jù)被組織在一個層面內(nèi)（Layer），而不同分辨率的柵格數(shù)據(jù)具有上下的垂直組織關(guān)系：越靠近頂層，數(shù)據(jù)的分辨率越小，數(shù)據(jù)量也越小，只能反映原始數(shù)據(jù)的概貌；越靠近底層，數(shù)據(jù)的分辨率越大，數(shù)據(jù)量也越大，更能反映原始詳情。,,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,5.4.2 組

28、織形式 柵格目錄 用于管理有相同空間參照系的多幅柵格數(shù)據(jù)。其目錄項既可以是單幅柵格數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)據(jù)庫中已存在的柵格數(shù)據(jù)集，具有數(shù)據(jù)組織靈活，層次清晰，易于更新等特點。 柵格數(shù)據(jù)集 用于管理具有相同空間參考的一幅或多幅鑲嵌而成（物理上真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫存儲）的柵格影像數(shù)據(jù)，如DEM數(shù)據(jù)等。由于物理上的無縫拼接，以柵格數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)的各種柵格數(shù)據(jù)空間分析具有速度快、精度高的特點。,,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,柵格目錄與柵格數(shù)據(jù)集的異同點,,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,5.4.3 存儲結(jié)構(gòu) 在柵格數(shù)據(jù)庫中，可同時包含多個柵格數(shù)據(jù)集和柵格目錄，而柵格數(shù)據(jù)集既可由柵格數(shù)據(jù)庫直接管理，也可由柵格目錄組織

29、管理，可根據(jù)用戶需求靈活定制。 柵格數(shù)據(jù)庫邏輯組織圖示,柵格數(shù)據(jù)庫,金字塔層1,,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,柵格數(shù)據(jù)集的物理存儲： 金字塔層-波段-數(shù)據(jù)分塊的多級索引機(jī)制進(jìn)行組織，基于這種多級索引結(jié)構(gòu)，在使用柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時可快速定位到數(shù)據(jù)分塊級，有效地提高柵格數(shù)據(jù)存取速度。 金字塔層-波段索引表現(xiàn)為柵格數(shù)據(jù)在垂直方向上多尺度、多波段的組織形式。 金字塔層-數(shù)據(jù)分塊索引表現(xiàn)為柵格數(shù)據(jù)在水平方向上多分辨率、分塊存儲的組織形式。 金字塔層管理具有相同空間分辨率的一層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)。 波段管理相同金字塔層內(nèi)不同波段的相關(guān)統(tǒng)計和注釋信息。 數(shù)據(jù)分塊對相同金字塔層、相同波段內(nèi)的數(shù)據(jù)按照一定分塊大小進(jìn)行分塊

30、存儲，可減少數(shù)據(jù)的讀盤時間。,,第4節(jié) 柵格數(shù)據(jù)存儲和管理,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.5.1 面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型 5.5.2 空間關(guān)系定義 5.5.3 有效性規(guī)則 5.5.4 MapGIS 空間數(shù)據(jù)組織 5.5.5 MapGIS 空間數(shù)據(jù)存儲策略,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.5.1 面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型 面向地理實體的空間數(shù)據(jù)模型的概念劃分層次： 地理數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)集 類 要素 該空間數(shù)據(jù)模型將非空間實體抽象為對象，將空間實體抽象為要素；相同類型的要素構(gòu)成要素類；相同類型的對象構(gòu)成對象類；若干對象類或要素類組成要素集；若干要素集構(gòu)成地理數(shù)據(jù)庫。

31、 要素數(shù)據(jù)集中可容納的類型： 對象是現(xiàn)實世界中實體的表示，對象有屬性、行為和一定得規(guī)則。 對象類型，指沒有空間特征的同類對象集。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,要素類，是具有幾何特征的對象，包括屬性、幾何元素和圖示化信息。 關(guān)系類，分為空間關(guān)系和非空間關(guān)系。 注記類，是一種標(biāo)識要素的描述性文本，分為靜態(tài)注記、屬性注記和維注記。 修飾類，用于存儲修飾地圖或者輔助制圖的要素，包括幾何圖形、接圖表、圖例、指北針、圖框、比例尺、貼片和塊。 動態(tài)類，一種特殊的對象類，是空間位置隨時間變化的動態(tài)對象的集合。 幾何網(wǎng)絡(luò)，是邊要素和點要素組成的集合。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)

32、庫設(shè)計,5.5.2 空間關(guān)系定義 空間關(guān)系 距離關(guān)系，最常見的空關(guān)系之一，一般采用歐氏距離。 拓?fù)潢P(guān)系，不隨距離、角度的變化而變化。 MapGIS 7.0 按照9種模型定義拓?fù)潢P(guān)系，其中有現(xiàn)實意義的拓?fù)潢P(guān)系包括相交、相接、相等、分離、包含、包含于、覆蓋、被覆蓋、交疊等。 非空間關(guān)系（對象屬性之間存在的關(guān)系） 關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)系兩端的對象相互獨立，不存在依賴。 繼承關(guān)系，包括完全繼承和部分繼承，完全繼承指子類繼承父類的所有屬性。 組合關(guān)系，是部分與整體的關(guān)系，分為聚集和組成，聚集是指組合體與各部分具有不同的生命期，組成指組合體與各部分具有相同的生命期。 依賴關(guān)系，由對象語義引起，如某行政邊界以河流中

33、心線為準(zhǔn)。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.5.3 有效性規(guī)則 定義 對象特性的一個特殊表現(xiàn)是某些屬性的取值往往存在邊界條件，對象之間的關(guān)系甚至關(guān)系本身存在某種約束條件，所有這些限制條件統(tǒng)稱為有效性規(guī)則。 面向?qū)嶓w的空間數(shù)據(jù)模型將規(guī)則抽象為5種： 屬性規(guī)則，對屬性表中屬性值的一種約束，用于約定某個字段的默認(rèn)值，限定取值范圍，設(shè)置合并和拆分策略。 關(guān)系規(guī)則，用于限定對象之間關(guān)系映射的數(shù)目。 拓?fù)湟?guī)則，對地理實體拓?fù)潢P(guān)系的一種約束，主要作用于要素類。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,連接規(guī)則，約束可能和其他要素相連的網(wǎng)絡(luò)要素的類型，以及可能和其他任何特殊類型相連

34、的要素的數(shù)量。 空間規(guī)則，限定要素在某個空間參照系中的相互關(guān)系。 要素類中每條弧段只能作為兩個多邊形的邊界。 要素類中多邊形之間不能重疊。 要素類中多邊形之間不能有縫隙。 “城鎮(zhèn)”要素必須落在“行政區(qū)”要素內(nèi)部。 不能有懸掛線。 線不能自相交。 “閥門”必須與“水管”的端點重合。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.5.4 MapGIS 空間數(shù)據(jù)組織 MapGIS 7.0 按照“地理數(shù)據(jù)庫-數(shù)據(jù)集-類”這幾個層次來組織數(shù)據(jù)。 地理數(shù)據(jù)庫，是面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型的全局視圖，它完整地、一致地表達(dá)了被描述區(qū)域的地理模型。 數(shù)據(jù)集，是地理數(shù)據(jù)庫中若干不同對象類的集合，數(shù)據(jù)集分為： 要素

35、數(shù)據(jù)集，是地理數(shù)據(jù)庫中具有相同空間參照系的要素類、對象類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)的集合。 柵格目錄，用于管理有相同空間參照系的多幅柵格數(shù)據(jù)，各柵格數(shù)據(jù)在物理上獨立存儲，易于更新，常用于管理更新周期快，數(shù)據(jù)量較大的影像數(shù)據(jù)，也可實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)集的混合管理。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,柵格數(shù)據(jù)集，用于管理具有相同空間參照系的一幅或多幅鑲嵌而成的柵格影像數(shù)據(jù)，物理上真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫存儲，適合管理DEM等空間連續(xù)分布、頻繁用于分析的柵格數(shù)據(jù)類型。 TIN數(shù)據(jù)集，包含一系列含有x，y和z坐標(biāo)的點集和由它們構(gòu)建的三角網(wǎng)集。 類，是地理數(shù)據(jù)庫中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)組織形式，包括要素類、對象類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)和視圖。,,第5節(jié) MapGIS 7.0 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計,5.5.5 MapGIS 空間數(shù)據(jù)存儲策略 MapGIS 7.0數(shù)據(jù)存儲策略概念圖,