土地信息系统数据库数据模型课件.ppt
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土地数据库第第3讲讲2022/11/51曲阜师范大学王萍内容提纲数据库的一般概念数据库的一般概念土地数据模型土地数据模型2022/11/52曲阜师范大学王萍3.1数据库的一般概念1.1.数据库数据库数据库是按照一定结构组织的相关数据的集合，是在计算机存储设备上合理存放的相互关联的数据集。
土地数据库？
土地数据库？
土地数据库是土地信息系统在计算机物理存储介质上存储的、与应用相关的土地空间数据的集合。
2022/11/53曲阜师范大学王萍数据库的主要特征数据库的主要特征能够减少减少空间数据存储的冗余冗余量提供稳定的稳定的空间数据结构数据结构满足用户对空间数据及时访问及时访问的需求，并能高效地提供用户所需的空间数据查询结果在数据元素间维持复杂的联系复杂的联系，以反映空间数据的复杂性支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适应性应用适应性应用程序对数据资源的共享共享数据独立性独立性统一管理统一管理，能够用一个软件统计管理这些数据2022/11/54曲阜师范大学王萍2022/11/5曲阜师范大学王萍52.2.数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。
数据库系统的结构数据库系统的结构2022/11/56曲阜师范大学王萍应用程序1应用程序2应用程序3应用程序n外模式1外模式2外模式n概念模式内模式数据库三级模式三级模式两级变换机制两级变换机制
（1）外模式。
亦称子模式）外模式。
亦称子模式，是数据库用户的数据视图数据视图。
它属于概念模式的一部分，描述用户数据的结构、类型和长度。
（2）概念模式）概念模式。
是数据库的总框架总框架，是对数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性、基本操作、目标以及目标与操作的关系和依赖的描述，以及对数据的安全性、完整性等方面的定义。
（3）内模式。
亦称存储模式。
）内模式。
亦称存储模式。
它是对数据库在物理存储器物理存储器上具体实现上具体实现的描述，规定数据在存储介质上的物理组织形式、记录寻址技术、定义物理存储块的大小、溢出处理方法等。
由数据存储描述语言进行描述。
2022/11/57曲阜师范大学王萍3.3.空间数据库的数据模型空间数据库的数据模型2022/11/5曲阜师范大学王萍8数据模型数据模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示，以抽象的形式描述和反映一个部门和系统的业务活动和信息流程。
选择和建立数据模型的目的目的是用最佳的方式反映本部门的业务对象及信息流程和以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口。
2022/11/59曲阜师范大学王萍数据模型的三要素数据模型的三要素数据结构：
数据结构：
用于描述系统的静态属性，研究与数据类型、内容、性质有关的对象。
数据操作：
数据操作：
数据库主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。
数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（如优先级）以及实现操作的语言。
数据的约束条件：
数据的约束条件：
是一组完整性规则的集合。
完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。
此外，数据模型还应提供定义完整性约束条件的机制。
2022/11/5曲阜师范大学王萍10数据模型应满足三个条件：
（1）能真实地模拟现实世界；
（2）人们容易理解；（3）便于在计算机上实现。
2022/11/5曲阜师范大学王萍113.2土地数据模型土地信息系统的开发和应用需要经历一个由现实世界到概念世界，再到计算机信息世界的转化过程。
目前，数据库领域中最常用的数据模型有五种：
层层次模型次模型、网络模型网络模型、关系模型关系模型、面向对象模型面向对象模型和时时空数据模型空数据模型。
2022/11/512曲阜师范大学王萍1.1.层次模型层次模型用树状结构来表示实体之间联系的模型称为层次模型。
它是以结点来表示数据库中的记录类型的有向树。
一对多的联系。
2022/11/513曲阜师范大学王萍特点特点：
强调父子关系有且仅有一个节点无父节点，即根节点；除根节点外，所有节点有且仅有一个父节点。
优点优点是容易理解，单码查找速度快，易于更新和扩充；缺点缺点是多码查找比较困难，一般需要较大的索引文件，所以产生数据冗余；不能直接表示实体之间多对多的联系。
2022/11/514曲阜师范大学王萍2.2.网络模型网络模型用网络结构来表示实体之间的联系。
2022/11/515曲阜师范大学王萍2022/11/516曲阜师范大学王萍地貌地质土壤水文植被人口产值自然要素数据库社会经济要素数据库自然景观单元行政单元居民地交通网络地形现状地理位置数据库特点特点：
可以有零个或多个节点无父节点至少有一个节点有多于一个父节点允许两个节点之间有两种或多种联系优点优点：
网状模型较层次模型扩充了实体之间联系的限制，可以较灵活地表示实体之间的多种关系，对确定的数据表示效率较高，数据冗余也较小，适合表示关系较复杂的地理数据和具有网络状特征的地理实体缺点缺点：
网状模型的数据指针比较复杂，数据更新也较为繁琐2022/11/517曲阜师范大学王萍3.3.关系模型关系模型关系数据模型是一种数字化的模型，它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表二维表中的元素，这种表就称为关系关系。
关系的集合就构成为关系模型。
关系是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每关系是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。
列对应一个域。
在关系模型中，文件中存放两类数据：
一是实体本身在关系模型中，文件中存放两类数据：
一是实体本身的数据，二是的数据，二是实体之间的联系实体之间的联系。
这里的联系是通过。
这里的联系是通过连连接字段接字段实现的。
实现的。
2022/11/518曲阜师范大学王萍关系中的某一属性组，若它的值唯一的标识了一个元组，则称该属性组为候选关键字。
若一个关系中有多个候选关键字，则选定一个为主关键字主关键字。
该关键字的诸属性称为主属性，其余的属性叫做非主属性。
2022/11/5曲阜师范大学王萍192022/11/5曲阜师范大学王萍20优点优点：
关系模型中的最大特色是对实体描述的一致性，通过公共值隐含地表达它们之间的联系，并且通过关系之间的连接运算还可建立新的关系；关系模型还具有结构简单、数据修改灵活和更新方便、容易维护等特点，所以它是当前数据库中常用的数据模型。
目前，很多LIS中的属性数据都是采用关系数据模型的，甚至某些系统还采用关系数据库管理系统来管理空间数据。
2022/11/5曲阜师范大学王萍21缺点缺点：
LIS中的关系模型在效率、数据语义、模型扩充和目标标识等方面还存在一些问题，特别是处理空间数据库涉及的复杂目标方面，传统的关系模型显得难以适应。
关系数据库系统的管理也较为复杂，查找速度与网状和层次模型相比也要慢一些。
2022/11/5曲阜师范大学王萍224.4.面向对象数据模型面向对象数据模型
（1）传统数据模型的弱点）传统数据模型的弱点以记录为基础，不能很好的面向用户和应用不能以自然的方式表示实体之间的联系语义贫乏数据类型太少，难以满足应用需要2022/11/5曲阜师范大学王萍23
（2）面向对象数据模型）面向对象数据模型吸取了传统数据模型以及其他几种非传统数据模型（如E-R模型、语义模型）的优点，利用几种数据抽象技术：
分类、概括、联合、聚集和数据抽象工具继承和传播，采用对象联系图对象联系图描述其模型的实现方法，使得复杂的客观事物变得清楚易懂，所以它能有效地既表达几何数据，又表达属性数据。
2022/11/5曲阜师范大学王萍242022/11/5曲阜师范大学王萍252022/11/5曲阜师范大学王萍26分层结构表达分层结构表达类类是具有相同属性结构和操作方法的对象的集合。
是对一组对象的抽象描述，它将该组对象所具有的共同特征集中起来，以说明该组对象的能力和性质。
对象对象与实体一样是客观世界中客体的一种抽象的描述，它由课题的数据和对数据的操作组合而成。
消息消息是对象之间相互请求或相互协作的唯一途径。
消息有公有和私有之分。
如果一些消息都属于同一个对象，其中有些是可由其它对象向它发送的，叫公有消息公有消息。
另外一些则由它自己向自身发送的，叫私有消息私有消息。
方法方法是对象的所有操作，如对对象的数据进行操作的函数，指令等。
2022/11/5曲阜师范大学王萍27（3）特点）特点抽象性抽象性抽象是对现实世界的简明表示封装性封装性将方法和数据放于一个对象中，以使对数据的操作只能通过该对象本身的方法来进行多态性多态性同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用多种不同的行为方式重载性重载性意味着实现特定功能的方法不仅以名称来区分，而且还可以用它所带的参数来区别继承性继承性是现实世界中对象之间的一种独特关系，它使得某类对象可以自然地拥有另外一类对象的某些特征和功能概括性概括性是把一组具有相同特征和操作的对象类归纳在一个更一般的超类中聚集性聚集性反映了嵌套对象的概念，嵌套对象是由一些其他对象组成的，它是用来描述更高层次对象的一种形式2022/11/5曲阜师范大学王萍285.5.时空模型时空模型时空土地信息系统是一种四维（X,Y,Z,T）或（S,T）的信息系统，其中（X,Y,Z）或（S）表示空间系统，（T）表示时间，这是一种具有时空复合分析功能和多维信息可视化的系统。
主要有四种基本的时空数据模型：
时间快照模型时间快照模型、叠加模型叠加模型、时空复合模型时空复合模型和全信息对象模型全信息对象模型。
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（1）时间快照模型）时间快照模型它是将一系列时间片断的快照保存起来，各个切片分别对应不同时刻的状态图层，以此来反映地理现象的时空演化过程，根据需要对指定时间片断进行播放。
优点：
优点：
可以直接在当前的地理信息系统软件中实现；当前的数据库总是处于有效状态。
缺点：
缺点：
将未发生变化的所有特征进行存储，会产生大量的数据冗余，当应用模型变化频繁且数据量较大时，系统效率急剧下降，较难处理时空对象间的时空关系。
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（2）叠加模型（基态修正模型）叠加模型（基态修正模型）首先确定空间数据的初始状态，即底图数据。
然后按照适宜的时间间隔记录数据随时间发生的变化。
再通过空间叠加操作，利用记录的变化数据来恢复各个时间片的状态数据，每一次叠加则表示状态的一次变化。
“每变化一次，只有很小的数据需要记录，只将那些发生变化的部分存入系统中”2022/11/5曲阜师范大学王萍31（3）时空复合模型）时空复合模型叠加模型的基础上提出的，其设计思想是将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。
这样，变化的累积即形成最小变化单元，由这些最小变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可以较完整地表达数据的时空特征。
是时间快照模型和基态修正模型的折衷模型，其最大的缺点缺点是在于多边形碎化和对关系数据库的过分依赖。
2022/11/5曲阜师范大学王萍32（4）全信息对象模型）全信息对象模型是运用面向对象的设计方法，将土地现象和过程的空间与属性信息随时间的变化封装成由时态版本组成的对象，即全信息对象。
时间、空间及属性在每个时空对象中具有同等重要的地位，不同的应用中可根据具体重点关心的方面，分别采用基于时间（事件）、基于对象（基于矢量）或基于位置（基于栅格）的系统构建方式。
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