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第三章 空间数据库第三章 空间数据库 §3-1 空间数据库的概念 一、空间数据库 1、定义：是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储和应用的相关的地理空间数据的总合。 空间数据库是空间数据库系统的简称。 2、空间数据特征:1）空间特征：一般需要建立空间索引。2）非结构化特征： 结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，且数据项是原子数据.而空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。3）空间关系特征： 拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。?4）分类编码特征：一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。5）海量数据特征。3、空间数据库的特点1）数据量特别大；2）数据种类多，复杂；3）数据应用面相当广。 在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应用通用的数据库的原理和方法；另一方面又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。二、空间数据库管理系统 是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义； 提供必须的空间数据查询、检索和存取功能；能够空间数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。 三、空间数据库应用系统 提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面，是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的应用软件。 一般需要进行二次开发。 §3-2 空间数据模型 数据结构：是指数据的组织形式，在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。 数据模型：是描述实体及其相互关系的数学描述，是空间数据库建立的逻辑模型。 两者之间的关系：混合的交叉关系，并不一一对应，世界多样性，确定数据模型，确保实用性，（便于模型化、存储、检查和分析），它并不基于空间数据结构。 一、传统数据模型 三种模型（层次、网络、关系）： 二、传统模型存储空间数据的局限： 1、层次模型用于GIS地理数据库的局限性 层次模型反映了实体之间的层次关系，简单、直观，易于理解，并在一定程度上支持数据的重构。 用于GIS地理数据库存在的主要问题是：1）很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余2）对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询；3）数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，插入和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除；4）层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出数据的存取路径； 5）基本不具备演绎功能和操作代数基础。 2、网状模型用于GIS地理数据库的局限性 网状模型反映地理世界中常见的多对多关系，支持数据重构，具有一定的数据独立和数据共享特性，且运行效率较高。 用于GIS地理数据库的主要问题如下： 1）由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置； 2）网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次模型相同的问题； 3）不直接支持对于层次结构的表达； 4）基本不具备演绎功能和操作代数基础。 3、关系模型用于GIS地理数据库的局限性 在GIS分析中，常常需要综合运用实体之间的空间关系和属性数据，要求GIS数据库能对实体的属性数据和空间数据进行综合管理。 对属性数据用通用RDBMS可以很好管理，但对于空间数据一般DBMS却有局限，表现为：1）无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱； 2）用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理； 3）由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高。4）空间数据通常是变长的，而一般RDBMS只允许记录的长度设定为固定长度，此外，通用DBMS难于存储和维护空间数据的拓扑关系。 5）一般RDBMS都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作。 6）一般DBMS不能支持GIS需要的一些复杂图形功能。 7）一般RDBMS难以支持复杂的地理信息，因为单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，包括大地网、特征坐标、拓扑关系、属性数据和非空间专题属性等方面信息。 8）GIS管理的是具有高度内部联系的数据，为了保证地理数据库的完整性，需要复杂的安全维护系统，而这些完整性约束条件必须与空间数据一起存储，由地理数据库来维护系统数据的完整性。否则，一条记录的改变会导致错误、相互矛盾的数据存在，而一般RDBMS难以实现这一功能。 三、面向对象模型 （一）基本概念 1、对象：含有数据和操作方法的独立模块，可以认为是数据和行为的统一体。如一个城市、一棵树均可作为地