空间数据库复习重点答案完整.docx

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空间数据库复习重点答案完整

1、举例说明什么是空间数据、非空间数据？

如何理解空间查询和非空间查询的区别？

常用的空间数据库管理方式有哪几种及其各自特点。

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位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据。

河流的泛洪区，卫星影像数据、气象气候数据等都可以是空间数据书店名称店员人数，去年的销售量，电话号码等是非空间数据

空间查询是对空间数据的查询或命令

人工管理阶段

文件管理阶段缺点：

1）程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应用程序也随之改变。

2）以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件的修改，需得到所有应用的许可。

不能达到真正的共享，即数据项、记录项的共享。

常用：

文件与数据库系统混合管理阶段优点：

由于一部分建立在标准的RDBMS上，存储和检索数据比较有效、可靠。

缺点：

1）由于使用了两个子系统，它们各自有自己的规则，查询操作难以优化，存储在RDBMS外的数据有时会丢失数据项的语义。

2）数据完整性的约束条件可能遭破坏，如在几何空间数据系统中目标实体仍存在，但在RDBMS中却已删除。

3）几何数据采用图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用数据库要逊色得多

全关系型空间数据库管理系统

◆属性数据、几何数据同时采用关系式数据库进行管理

◆空间数据和属性数据不必进行烦琐的连接，数据存取较快

◆属性间接存取，效率比DBMS的直接存取慢，特别是涉及空间查询、对象嵌套等复杂的空间操作

◆GIS软件：

System9，SmallWorld、GeoView等

本质：

GIS软件商在标准DBMS顶层开发一个能容纳、管理空间数据的系统功能。

对象关系数据库管理系统

优点：

在核心DBMS中进行数据类型的直接操作很方便、有效，并且用户还可以开发自己的空间存取算法。

缺点：

用户须在DBMS环境中实施自己的数据类型，对有些应用相当困难。

面向对象的数据库系统。

采用面向对象方法建立的数据库系统；

对问题领域进行自然的分割，以更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型。

目前面向对象数据库管理系统还不够成熟，价格昂贵，在空间数据管理领域还不太适用；

基于对象关系的空间数据库管理系统可能成为空间数据管理的主流

2、什么是GIS，什么是SDBMS？

请阐述二者的区别和联系。

GIS是一个利用空间分析功能进行可视化和空间数据分析的软件。

它的主要功能有：

搜索、定位分析、地形分析、流分析、分布、空间分析/统计、度量GIS可以利用SDBMS来存储、搜索、查询、分享大量的空间数据集

改：

地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。

简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。

2、SDBMS是一个软件模块。

它可以①、利用一个底层的数据库管理系统②、支持多种空间数据模型、相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言③、支持空间索引、高效的空间操作算法以及用于查询优化的特定领域规则3、区别与联系：

①、利用GIS可以对某些对象和图层进行操作，而利用SDBMS则可以对更多的对象集和图层进行更加简单的操作②、SDBMS可以在GIS不能使用的某些领域进行使用，例如基因组学、天文学、多媒体信息系统等③、GIS可以作为SDBMS的前端，利用一个高效的SDBMS可以大大提高GIS的效率和生产率。

改：

联系：

GIS可作为SDBMS的前端工具，一个高效的空间数据库系统是实现GIS高效查询和分析的前提条件。

区别：

GIS和SDBMS的主要不同侧重点：

GIS是一个侧重于空间数据可视化和分析的软件，GIS常用分析功能：

GIS使用SDBMS存储、检索、查询、共享大型空间数据集

SDBMS重点关注：

高效存储、查询和共享大型空间数据集

提供尽量简单的查询方法

通过空间索引和查询优化方法加快大型空间数据集的查询反应时间

SDBMS有可能用于非GIS领域的其它方面：

如天文、气象、生物等

3、用传统数据库系统管理空间数据，存在哪些局限？

只支持简单的数据类型，如：

数字、字符串、日期。

实现上述的多段线表达非常复杂

答：

（1）传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小的数字和字符；而地理信息数据是连续的，并且具有很强的空间相关性。

（2）传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体类型之间通常只有简单、固定的空间关系；而地理空间数据的实体类型繁多，实体类型之间存在着复杂的空间关系，并且还能产生新的关系（如拓扑关系）。

（3）传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的数据；而地理空间数据通常由于不同空间目标的坐标串长度不定，具有变长记录，并且数据项也可能很大，很复杂。

（4）传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息；而空间数据库中需要有大量的空间数据操作和查询，如相邻、连通、包含、叠加等。

或者：

总结标准DBMS存储空间数据的局限性

空间数据记录是变长的（如点数的可变性），而一般的数据库都只允许把记录的长度设定为固定；

在存储和维护空间数据拓扑关系方面存在着严重缺陷；

一般都难以实现对空间数据的关联、连通、包含、叠加等基本操作；

不能支持复杂的图形功能；

单个地理实体的表达需要多个文件、多条记录，一般的DBMS也难以支持；

难以保证具有高度内部联系的GIS数据记录需要的复杂的安全维护。

4、什么是SDBMS？

SDBMS的三层体系结构是什么？

一个SDBMS（空间数据库管理系统）是一个软件模块，它利用一个底层数据库管理系统（如ORDBMS、OODBMS）；

SDBMS支持多种空间数据类型、相应的空间抽象数据类型（ADT）以及一种能够调用这些ADT的查询语言

SDBMS支持空间索引、高效的空间操作算法以及

用于查询优化的特定领域规则

SDBMS包括：

空间数据模型、查询语言、文件组织、查询优化等。

下图表示了基于对象关系模型上的一个空间数据库应用的三层体系结构。

SDBMS三层体系结构

顶层为空间应用，如GIS、MMIS（多媒体信息系统），或者CAD。

该层不直接与OR-DBMS打交道，需要一个中间层与OR-DBMS交互。

中间层：

空间数据库（SDB）,中间层是封装大多数空间领域知识的地方，不“插”入到OR-DBMS中。

又称空间数据刀片、空间数据暗盒、空间数据引擎。

最后一层;DBMS

5、数据库模式有哪些？

物理模式（物理层设计）内模式、逻辑模式（通常简称为“模式”）子模式（外模式）通常，数据库管理系统支持一个物理模式、一个逻辑模式和多个子模式。

6、什么是数据模型？

概念模型有哪些？

逻辑模型有哪些？

每一种模式的原理是什么？

数据模型是数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组织的形式表示。

每一个具体的数据库都由一个相应的数据模型来定义。

（数据库的概念描述，是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架。

）

概念模型：

按用户的观点从现实应用中抽象出事物以及事物之间的联系

结构数据模型：

从计算机实现的观点来对数据建模

概念模型：

实体-联系模型（ER）

⏹现实世界被划分为若干实体（entity），由属性（attribute）来描述性质，通过联系（relationship）互相关联

面向对象模型

逻辑数据模型：

层次模型

⏹用树结构表示实体之间联系的模型叫层次模型

⏹树由节点和连线组成

⏹节点代表实体型

⏹连线表示两实体型间的一对多联系

网状模型

网状数据模型是一个满足下列条件的有向图：

1、可以有一个以上的节点无父节点。

2、至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构）。

关系模型

⏹用二维表来表示实体及其相互联系

面向对象模型

为了有效地描述复杂的事物或现象，需要在更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模型，并用面向对象的方法进行统一的抽象。

7、数据库设计的三个步骤有哪些？

每一步有些什么内容？

答、首先，采用高层次的概念数据模型来组织所有与应用相关的可用信息；

然后，逻辑建模阶段，与概念数据模型在商用DBMS上的具体实现有关

最后，数据库设计的第三个步骤是物理设计的建模，它解决数据库营养在计算机中具体实现是方方面面的细节。

改：

概念模型

⏹按用户的观点从现实应用中抽象出事物以及事物之间的联系

逻辑建模

⏹建立概念和联系的逻辑结构

逻辑结构设计的步骤：

1）将概念结构转化为一般的关系、网状、层次模型、面向对象模型

2）对数据模型进行优化

3）设计用户子模式

物理设计建模

⏹对逻辑结构进行具体实现方面的安排和考虑

⏹存储组织、索引、内存管理……

8、ER模型的作用，ER图包括哪些要素，如何表达多值属性？

答：

ER图可以以一种避开计算机隐喻的方式来表达这个微型世界，从而把应用中的概念与实现细节分离开来。

ER图包括实体（物理上或概念上独立存在的事物或对象）、属性和联系。

实体用属性来刻画性质，实体之间通过练习相互作用和关联。

属性可以是单值或多值。

ER图中实体用矩形表示，属性表示为椭圆，联系为菱形。

码属性加下划线，多值属性用双椭圆。

9、对于空间数据，ER模型方法的不足之处？

为表达空间概念，扩展ER模型主要增加了哪些要素？

举例说明用象形符号扩展ER图，对于空间数据建模有何好处？

.ER图在空间建模中的不足：

场模型无法用ER模型进行自然映射——因为：

ER模型的最初设计隐含了基于对象模型的假设。

传统ER模型中，实体之间的关系由应用来导出；而空间建模中，空间对象之间总会有内在联系。

建模空间对象所使用的实体类型与“地图”比例尺有关。

有时是点、线，有时是多边形。

扩展E-R模型：

1）、实体象形图：

象形图：

象形图是一种将对象插在方框内的微缩图表示，这些微缩图用来扩展ER图，并插到实体矩形框中的适当位置。

形状：

形状是象形图中的基本图形元素，它代表着空间数据模型中的元素。

一个模型元素可以是基本形状、复合形状、导出形状或备选形状。

基本形状

复合形状：

为了处理那些不能用某个基本形状表示的对象，我们定义了一组聚合的形状，并用基数来量化这些复合形状

导出形状：

如果一个对象的形状是由其他对象的形状导出的，那么就用斜体形式来表示这个象形图。

备选形状：

备选形状可以用于表示某种条件下的同一个对象。

例如，根据比例尺，一条河流可以表示成一个多边形或一条线。

任意形状：

对于形状的组合，我们用通配符（*）表示，它表示各种形状。

例如，一个灌溉网是由泵站（点）、水渠（线）以及水库（多边形）所组成的。

用户自定义形状

2）、联系象形图。

联系象形图用来构建实体间联系的模型。

例如，part-of用于构建道路与路网之间联系的模型，或是用于把森林划分成林分的建模。

好处：

用象形符号扩展ER图，以便专门处理空间数据类型。

这将减少ER图以及所产生的关系模式的复杂度，同时改进空间建模的质量。

空间联系（例如Road-Crosses-River）就可以从ER图中省略，用隐式的方式表示。

关系模式中的表达多值空间属性的关系和M：

N空间联系也就不需要了

10、举例说明如何将ER图映射成关系模型？

1.实体映射成单独关系

2.对于基数为1∶1的联系转换为一个独立的关系模式，也可与任一端对应的关系模式合并。

将任一实体的码属性作为其他关系的一个外码。

如Manager-Forest

3.对于基数为M∶1的联系，可以转换为一个独立的关系模式，也可以与M端对应的关系模式合并。

将“1”侧关系的主码作为“M”侧关系的外