第5章空间数据库系统与空间数据库管理系统课件.ppt
第五章 空间数据库体系结构,空间数据库系统数据库系统体系结构空间数据库系统体系结构空间数据库管理系统,5.1 空间数据库系统,1、空间数据库,基础地理空间数据库基础地形要素矢量数据（DLG）数字高程模型（DEM）数字正射影象（DOG）数字栅格地图（DRG）元数据库（MD）,专题数据库土地利用地籍数据规划管理道路数据,2、空间数据库硬件系统,空间数据输入输出设备空间数据处理设备存储及其它设备,空间数据输入输出设备,扫描仪数字像机GPS接收机全站仪测距仪解析立体测图仪数字摄影测量工作站,图形显示终端喷墨绘图仪笔式绘图仪胶片记录仪刻图机投影仪激光照排机立体观测系统数据交换设备等,空间数据处理设备,足够大的内寻存放操作系统足够大的磁盘等直接存取设备存放数据足够的磁带（软盘、光盘、U盘）作数据备份服务器图形工作站微机,服务器：网络管理、数据库服务、文件服务和输入输出服务等高档微机专门的图形工作站专用服务器,图形工作站：图形显示器高速CPU硬件图形加速器快速存储系统UNIX的SGI、SUN、IBM、HP等,微机：,存储及其它设备,存储设备CD-ROM光盘库磁带机CD-R刻录机等电源设备不间断电源和隔离变压器联合供电机房其它设备空气调节系统等,3、操作系统,在底层与计算机硬件交互的软件，管理各种应用软件间计算机资源的共享，操作系统提供的功能：硬件管理进程管理内存管理文件管理保护外设管理网络控制软件,4、数据字典,数据字典也叫数据目录，是数据库设计和管理的有利工具；内容：关于数据类型的工具表，给出数据的名字、定义、组成和属性,5、空间数据库管理系统,空间数据库管理系统是空间数据库的核心，是用户与操作系统之间的一层数据管理软件,数据融合与集成,数据分发与服务,数据定义功能定义数据空间数据获取与处理空间数据运行管理空间数据操纵功能数据处理与空间关系建立空间数据的检索数据输出与符号化数据维护功能,6、空间数据库管理员,负责全面地管理和控制空间数据库系统决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件监控数据库的使用和运行数据库的改进和重组数据访问授权数据库的日常维护,7、空间数据库用户,空间数据采集人员测绘专业人员应用程序语言计算机或地理信息系统专业人员专业用户不同专业的用户,5.2 数据库系统的体系结构,P191-198,5.3 空间数据库系统的体系结构,基于文件系统的体系结构基于文件系统和数据库的混合体系结构基于数据库管理系统的体系结构空间数据库系统的集中式体系结构数据库系统的客户/服务器体系结构,1、基于文件系统的体系结构,1、基于文件系统的体系结构,文件组织小型数据库：多个文件存储和管理空间数据，采用基于内存管理，把数据全部从磁盘读到内存，处理完成后，再全部存入磁盘文件MapInfo；系统结构简单，便于操作，适合小型数据库基于磁盘文件系统：数据量大，内存无法存储所有数据,基于磁盘文件系统定长记录：在文件的开始处，分配一定数量的字节作为文件头变长记录：在每个记录的末尾附加一个特殊的记录终止符号，或在每个记录开始处存储记录的长度；聚簇文件组织：在每个文件中存储两个或者更多个不同类型记录的文件结构；一次读一个块读取一个实体数据,空间数据引擎面向对象思想：将复杂的空间实体操作封装成类，简化一般人员对空间实体的操作难度在空间数据库中对空间操作的类称为空间数据库引擎（SDE，Spatial Database Engine）,空间数据库引擎：基于特定的空间数据模型，在特定的数据存储、管理系统的基础上，提供对空间数据的存储、检索等操作，以提供在此基础上的而次开发,缓冲区管理用来存储磁盘块的副本的主存的一部分程序需要磁盘上的块，向缓冲区管理器发出请求；若块已在缓冲区中，直接传给请求者若块不在，缓冲区管理器先分配空间，再读入缓冲区，并把地址传给请求者溢出的块只有被修改过才被写回磁盘；,2、基于文件系统和数据库的混合体系结构,早期GIS系统，ArcInfo，MapInfo,3、基于数据库管理系统的体系结构,空间数据和属性数据都采用关系数据库管理在关系数据库之上建立一层空间数据库功能扩展模块（SDE）实现对空间数据的组织管理,空间数据库扩展插件（SDEC）：在通用数据库管理系统之上，针对空间数据所做的一种扩展，使之能存储和管理空间数据，并对空间数据的查询和分析提供支持。空间数据访问对象（GDAO）：由一组能够完成数据库访问功能的C+对象组成，封装空间数据库的访问。,4、空间数据库系统的集中式体系结构,运行在一台计算机上，不与其他计算机系统交互的数据库系统；,5、数据库系统的客户/服务器体系结构,主机-终端式网络以大型主机做服务器，通过终端访问数据电话线、局域网络、专用线路速度慢、成本高、字符终端、开发难度大、难以扩展,工作组网络每台计算机既是客户机也可作为服务器组网容易，维护简单，使用方便缺少集中控制，安全性不够,客户/服务器网络服务器：集中管理核心资源客户机：具有充分自主控制能力最流行，最有效，增长最快；应用系统两层Client/Server三层（多层） Client/Server体系结构,两层Client/Server用户界面和业务逻辑层都位于客户端，数据服务层位于服务器端每个客户端都要安装配置多客户同时使用相同资源时，产生网络堵塞,三层 Client/Server体系结构GIS应用发展主流模式应用程序分割为用户服务层，业务处理层，数据服务层一个完整的Client/Server的空间数据库运行环境包括：空间数据库服务器客户机网络,空间数据库服务器：处理用户来自客户机SQL请求，将结果返回客户机客户机发送用户的SQL请求至服务器，并对结果进行加工和表示网络：服务器和服务器之间，服务器和客户机之间；,分布式空间数据库系统的体系结构,第六章 空间数据库管理系统,空间数据库管理系统功能空间数据库定义空间数据库操作空间数据操作功能,数据库管理系统（DBMS）：对数据资源进行管理，使之能为多个用户共享保证数据的安全性/可靠性/完整性/一致性/独立性,DBMS功能：数据库定义数据库操纵数据库查询数据库控制数据库通信,空间数据库管理系统管理空间数据在操作系统和数据库管理系统之上面向空间数据管理解决与地球空间信息有关的数据获取、存储、传输、管理、分析和应用等问题,6.1 空间数据库管理系统功能,空间数据库管理系统的功能基于地理空间数据模型实现 层次空间数据模型,空间数据库分为：数据库工作区数据块要素层复合要素基本地理要素几何对象等,6.2 空间数据库定义,对空间数据库中对象结构的定义空间数据库定义数据库名称数据库元数据数据库中包含工作区数和工作区名称,工作区定义：工作区名称工作区元数据工作区中包含数据块数、数据块大小和数据块名称,数据块定义数据块名称数据块元数据数据块中包含要素层数、要素层类型和要素层名称,空间数据要素层定义要素层名称要素层元数据要素层中包含要素个数,基本地理要素对象定义对点、线、面状基本要素属性结构定义，包括点要素属性表线要素属性表面要素属性表复合要素属性表,6.3 空间数据库操作,用户对数据库的各种操作要求，与数据库的信息交换空间数据库操作（打开）登陆数据库输入数据库名、用户名、口令、主机名称装载数据库数据库备份、数据库数据交换关闭数据库删除数据库,工作区 操作新建“工作空间”：输入工作空间图幅行列数、分层数、层名、层中要素和输入图层名打开“工作空间”：数据从硬盘调入内存关闭“工作空间”：数据写入硬盘删除“工作空间”：释放空间修改工作空间理论范围：修改要素属性结构：修改数据项数及类型输出数据库结构：输出到文件压缩数据,数据块操作新建数据块：输入块名、大小打开数据块：硬盘到内存关闭数据块：内存到硬盘删除数据块：释放空间数据块合并：产生新数据块接边处理：物理独立，逻辑一致；四个邻接方向依次处理,空间要素层操作新建要素层打开要素层关闭要素层删除要素层修改层名要素层合并,要素层分离图层重组图层顺序调整建立要素层空间关系属性数据输入,空间数据维护操作数据库转储数据库恢复数据库重组织性能监视分析,空间数据备份操作脱机备份：关闭数据库，操作系统备份逻辑备份将数据库内容导出以二进制文件方式存储，需要时将文件重新装载以恢复数据库联机热备份,空间数据交换操作数据库、工作区、数据块、要素层等不同层次的数据可以出库；文件格式可以是标准的外部空间数据文件格式ArcInfo数据交换格式MapInfo数据交换格式 AutoCAD DXF等,6.4 空间数据操作功能,空间数据获取空间关系建立空间数据检索与查询空间数据编辑空间数据可视化,1.空间数据获取,矢量数据（空间位置数据和属性数据）获取利用扫描数字化地图进行空间数据自动或半自动采集；利用遥感影像提取空间数据建立数据库；利用卫星定位系统和测量仪器外业数据采集；利用空间数据编辑处理功能以人机交互方式采集空间数据，同时录入属性数据；,2.空间关系建立,利用原始地理空间数据正确、自动、快速地建立地理实体之间拓扑关系点、线、面的空间关系手工编辑自动生成,二维空间点、线、面拓扑关系自动生成,图形数据预处理：拓扑关系建立基本要求：线状地理实体在二维平面上不自相交对线目标自相交断链线线相交断链断链后ID号改变,点-线拓扑关系生成结点匹配算法根据空间数据精度选择合适匹配限差把满足匹配限差的线段首末点归结为一点建立点与线段拓扑关系,线-多边形拓扑关系生成（1）从点-线拓扑关系中第一个结点的第一个线段开始，逆时针搜索它对应的多边形（2）对该线段下一结点所对应的其它线段计算方位角的判断，确定该多边形的下一后续线段；（3）重复（2），直到回到起始结点；（4）转到第一个结点的第二个线段，重复（2）（3），直到第一个结点对应的线段搜索完毕（5）转到点-线拓扑关系中的下一个结点，重新开始生成完整而不重复的线-多边形拓扑关系,拓扑关系检查可视化检查连通性搜索：拓扑关系初步检查显示结点的度：拓扑关系精确检查指定点、搜索最短路径：计算最短路径，对照图形进行检查,3.空间数据检索与查询,空间数据查询语言是对标准SQL的扩展对SQL加入空间关系查询增加空间数据类型（点、线、面）增加空间操作算子（求长度、面积、叠加）,4.空间数据编辑功能,加入线段删除线段加入点删除点边的内点操作加入内点边的内点操作删除内点,边的内点操作移动内点接链断链拓扑编辑,SDBMS提供图形编辑界面，实现对数据库的基本操作,5.空间数据可视化,可视化编辑图形输出,地图符号库存储地图符号的颜色码和图形信息，每个符号组成一个信息块；符号信息块的构成方法：直接信息法：信息块中存储符号图形的矢量数据或栅格数据，直接表示符号图形的每个局部；间接信息法：只存储符号图形的几何参数，其余数据由计算机绘图程序算法求解；,符号库的组织：点状符号信息块线状符号信息块：某一图案沿线状要素的中轴线传接而成；面状符号信息块：由填充符号在面域内按一定方式配置组合而成；栅格符号：矢量转换；扫描,
