空間數據庫體系結構.ppt

《空間數據庫體系結構.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《空間數據庫體系結構.ppt（37頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

第六章 空間數據庫體系結構,一、空間數據庫系統(tǒng) 二、數據庫系統(tǒng)的體系結構 三、空間數據庫系統(tǒng)的體系結構 四、分布式空間數據庫系統(tǒng),,空間數據存儲器,,操作系統(tǒng),,數據庫管理系統(tǒng),,空間數據庫管理系統(tǒng),,系統(tǒng)操作員,空間數據庫系統(tǒng)組成,1、空間數據庫 空間數據庫中的數據按一定的數據模型組織、描述 和存儲，具有較小的冗余度，較高的數據獨立性和易擴 展性，并可為各種用戶共享。 從應用性質上空間數據庫可分為基礎地理空間數據 庫和專題數據庫。,一、空間數據庫系統(tǒng),基礎地理空間數據庫包括： DLG、DEM、DOM、DRG和元數據（MD） 專題數據庫（TD）包括： 土地利用數據、地藉數據、規(guī)劃管理數據、道路數據等。,（1）基礎地形要素矢量數據庫 基礎地形要素矢量數據庫含有政區(qū)、居民地、交通與管網、水系及附屬設施、地貌、地名、測量控制點等內容。既包括以矢量結構描述的帶有拓撲關系的空間信息，又包括以關系結構描述的屬性信息。 （2）數字高程模型數據庫 數字高程模型數據庫是定義在X、Y域離散點（規(guī)則或不規(guī)則）的以高程表達地面起伏形態(tài)的數據集合。,（3）數字正射影像庫 具有正射投影的數字影像的數據及其管理軟件的集合。它既可直接應用于國民經濟各行業(yè)，又可作為背景從中提取自然地理和社會經濟信息，還可用于評價其他測繪數據的精度、現(xiàn)勢性和完整性。 （4）數字柵格地圖庫 數字柵格地圖數據庫的直接產品是數字柵格地圖，增加簡單現(xiàn)勢信息可用其制作有關數字或模擬事態(tài)圖。,（5）專題數據 土地利用數據、地藉數據、規(guī)劃管理數據、農業(yè)數據、水利數據、道路數據等。 （6）元數據庫 它是描述數據庫/子庫和庫中各數字產品的元數據構成的數據庫。,2、空間數據庫硬件系統(tǒng) （1）空間數據輸入輸出設備 設備配置要求能滿足空間數據獲取和成果輸出的各種需要。 主要的輸入設備有大幅面掃描儀、小幅面掃描儀、高精度航攝像片掃描儀、數字像機、GPS接收機等。 輸出設備包括：圖形顯示終端、噴墨繪圖儀、投影儀、激光照排機、打印機、數據交換設備等。,（2）空間數據處理設備 設備要求有足夠大的內存、磁盤、光盤等作數據備份；系統(tǒng)有較高的通道能力，以提高數據傳送率。它分為服務器、圖形工作站和微機等。 （3）存儲及其他設備 存儲設備：冗余磁盤陣列、雙機熱備份、CD-ROM光盤機、磁帶機和CD-R刻盤機等。 電源設備：在線式不間斷電源、隔離變壓器 機房其他設備：空氣調節(jié)系統(tǒng),3、操作系統(tǒng) （1）硬件管理 （2）進程管理 （3）內存管理 （4）文件管理 （5）保護 （6）外設管理 （7）網絡控制軟件,4、數據字典 數據字典也叫數據目錄，它是數據庫設計與管理的有利工具。對于數據資源多，關系復雜和多用戶共享的數據庫來說，數據字典起著重要的作用。 它的主要內容是關于數據類型的登記表，給出數據的名字、定義、組成和屬性。,5、空間數據庫管理系統(tǒng) 包括八個基本功能。 （1）空間數據定義功能 （2）空間數據獲取與處理 （3）空間數據的運行管理 （4）空間數據操縱功能 （5）數據處理和空間關系建立,（6）空間數據的檢索 （7）數據輸出與符號化 （8）數據維護功能,6、空間數據庫管理員 負責全面地管理和控制空間數據庫系統(tǒng)。 （1）決定數據庫中的信息內容和結構 （2）決定數據庫的存儲結構和存取策略 （3）定義數據的安全性要求和完整性約束條件,6、空間數據庫管理員 （4）監(jiān)控數據庫的使用和運行 （5）數據庫的改進和重組 （6）數據訪問授權 （7）數據庫的日常維護 定期備份,二、數據庫系統(tǒng)的體系結構,1、數據庫的抽象層次 （1）模型與模式 模型是客觀事物的抽象化形式描述，它是獨立于具體實現(xiàn)方式的。同一個模型可用不同的方式來實現(xiàn)，因此，可把關于模型的具體實現(xiàn)的描述稱為模式，它與所采用的數據庫管理系統(tǒng)有關。 在數據庫系統(tǒng)中用數據描述語言精確地定義數據模型稱為模式，它能為計算機所接受。,（2）子模式 它是用戶與數據庫的接口，是用戶看到的并獲準使用的那部分數據的邏輯結構，借此來操作數據庫中的數據。 它接口簡單，使用方便；提供數據共享性；孤立數據，安全保密。 （3）模式 它是對整個數據庫的全局邏輯描述，是對數據模型的一種等價處理或具體實現(xiàn)。模式的主體是數據模型，模式只能描述數據庫的邏輯結構，而不涉及具體存取細節(jié)。,（4）模式與子模式之間的關系 所有用戶子模式的最小并集是模式，從模式中可以導出各種子模式。 （5）存儲模式 用來描述數據在存儲裝置上的物理配置和組織問題。又稱為內模式。,2、映射與數據獨立 映射實質上是兩個事物之間的對應關系，它包括兩種不同的映射。 子模式/模式映射：定義概念記錄與用戶邏輯記錄之間的對應關系。邏輯獨立性 模式/存儲模式映射：定義概念數據庫與物理數據庫之間的對應關系。物理數據獨立性 用戶數據庫是概念數據庫的部分抽??；概念數據庫是物理數據庫的抽象表示；物理數據庫是概念數據庫的具體實現(xiàn)。,3、數據語言 （1）數據定義語言 ①模式DDL ②子模式DDL ③物理DDL ④數據描述的獨立性問題 （2）數據操縱語言 用戶對數據提出的各種操作要求，實現(xiàn)與數據庫的信息交換。,4、應用程序對數據庫的訪問 應用程序對數據庫的訪問是根據數據的三級模式由數據庫管理系統(tǒng)（DBMS）來執(zhí)行的。,三、空間數據庫系統(tǒng)的體系結構,1、基于文件系統(tǒng)的體系結構,數據庫管理系 統(tǒng)集成環(huán)境,應用程序API,功能模塊參數,運行狀態(tài) 控制信息,數據庫運 行日志,緩沖公用區(qū),通信區(qū),空間數據庫引擎,,操作系統(tǒng),,數據文件,,,,,,（1）文件組織 當數據量大時，內存無法存儲所有的數據。這時，需要基于磁盤的文件系統(tǒng)來實現(xiàn)數據的存儲和管理。 定長記錄：分配一定數量的字節(jié)作為文件頭 變長記錄：在每個記錄的末尾附加一個特殊的記錄終止符號，或者在每個記錄的開始處存儲記錄的長度。,聚簇文件組織：在每個文件中存儲兩個或者更多個不同類型的記錄的文件結構。允許使用一次塊的讀操作來讀取一個實體數據，以便提高數據查詢效率。 （2）空間數據引擎 基于特定的空間數據模型，在特定的數據存儲、管理系統(tǒng)的基礎上，提供對空間數據的存儲、檢索等操作，以提供在此基礎上的二次開發(fā)。 （3）緩沖區(qū)管理 目標是減少磁盤和存儲器之間傳輸的塊的數目。負責緩沖區(qū)空間分配的子系統(tǒng)稱為緩沖區(qū)管理器。,2、基于文件系統(tǒng)與數據庫的混合體系結構,數據庫管理系 統(tǒng)集成環(huán)境,應用程序API,通用數據庫管理系統(tǒng),空間數據庫引擎,,操作系統(tǒng),,幾何數 據文件,,,,,,,操作系統(tǒng),,屬性數 據庫,,,3、基于數據庫管理系統(tǒng)的體系結構,數據庫管理系 統(tǒng)集成環(huán)境,應用程序API,空間數據訪問對象,空間數據庫引擎,,,,,操作系統(tǒng),,空間數據庫,,,4、空間數據庫系統(tǒng)的集中式體系結構,,空間數據庫,磁盤控制器,外設控制器,存儲控制器,存儲器,CPU,,,,,,,,,,,系統(tǒng)總線,5、數據庫系統(tǒng)的客戶/服務器體系結構,（1）主機－終端式網絡 使用大型主機作為服務器，通過終端來訪問數據。,（2）工作組網絡 組網容易、維護簡單、使用方便。,（3）客戶/服務器網絡,服務器可以集中管理核心資源，同時客戶機也具有充分的自主控制的能力。,兩層Client/Server體系結構: 用戶界面層和業(yè)務邏輯層不分開,而數據服務層位于服務器端. 三層Client/Server模型: 構建了一種分割式的應用程序,系統(tǒng)對應用程序進行分割后,劃分成不同的邏輯組件,即用戶服務層、業(yè)務處理層、數據服務層。,四、分布式空間數據庫系統(tǒng),空間數據一個主要的特征是分布而不是集中，因此分布式的計算機網絡系統(tǒng)最適合于處理空間數據。空間數據庫的網絡化有利于充分利用計算機資源，增強協(xié)同處理業(yè)務的能力。 分布數據的獨立性、分布式事務的原子性,1、空間數據的分布 分布式空間數據庫中的數據并不是存儲在一個場地的計算機存儲設備上，而是按照某種邏輯劃分分散地存儲在各個相關的場地上。 （1）空間數據的分片 根據地理信息的區(qū)域性和專題性的特征： 區(qū)域分片、專題分片 根據GIS系統(tǒng)的異構性： 同構分片和異構分片,（2）空間數據的分片沖突 在同構的條件下，出現(xiàn)的水平分片和垂直分片的沖突問題；它表現(xiàn)在空間數據的不一致上，稱之為分片沖突。 不同的分片存儲場地、GIS平臺、數據模型、地理表達方式、投影方式和數據質量，都會導致數據分片存在差異和沖突。 （3）空間數據的分片異構性 ① 數據模型和數據結構 ② 訪問方式 ③ 數據格式,2、分布式空間數據庫系統(tǒng)的模式結構 分布式空間數據庫系統(tǒng)的模式結構總體上可以分為兩部分，如圖所示。,分布式空間數據 管理系統(tǒng),全局視圖,全局視圖,全局視圖,全局概念模式,分片模式,局部概念模式,局部概念模式,局部概念模式,局部內模式,局部內模式,局部內模式,空間數據庫,空間數據庫,空間數據庫,空間數據庫管理系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、分布式空間數據庫系統(tǒng)的體系結構 采用了Client/server結構。,分布式多空間數據庫的關鍵技術： ① 集成技術 ② 全局空間索引 ③ 事務管理 ④ 并發(fā)控制,思考題,1、什么是數據字典？什么是聚類？ 2、空間數據庫系統(tǒng)由哪幾部分組成？ 3、空間數據庫系統(tǒng)的體系結構主要有哪些？,