空间数据库原理

《空间数据库原理》第一章数据库1、空间数据库：①提供结构用于存储和分析空间数据②空间数据由多维空间的对象组成③在标准数据库中存储空间数据需要大量的空间，从一个标准数据库中检索查询空间数据需要很多时间并且很累赘，通常导致很多错误。

2、DBMS:（数据的操作系统）一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。

SDBMS：增加了处理空间数据功能的DBMS。

①在它的数据模型中提供空间数据类型和查询语言②至少在执行时支持提供空间数据类型：空间索引；空间链接有效的算法。

在地理信息系统中为什么要研究专门的空间数据库系统？1.空间数据库能提供结构存储和空间数据分析2.空间数据库包含多面空间的对象3.在标准数据库中存储空间数据会需要过多的空间4.标准数据库的查询反馈和空间数据分析会消耗过多时减并且留下大量错误空间5.空间数据库能提供更多有效率的存储和空间数据分析3、哈希（Hash）函数：一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。

质数除余法（直接取余法）：f(x):=x mod maxM ;maxM一般是不太接近2^t的一个质数。

乘法取整法：f(x):=trunc((x/maxX)*maxlongit) mod maxM，主要用于实数。

平方取中法：f(x):=(x*x div 1000 ) mod 1000000);平方后取中间的，每位包含信息比较多。

第二章数据库基本原理1、数据模型Data Model：关于数据基础或对象以及他们之间的关系的抽象描述被表示在一个数据库中。

3、概念数据模型：也称语义模型，关于实体和实体间联系的抽象概念集，用统一的语言描述、综合、集成的用户视图。

2、数据字典：是指对数据库的内容包括数据项和属性码定义，是元数据的重要组成部分。

（是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述，其目的是对数据流程图中的各个元素做出详细的说明。

）Metadata：是描述数据的数据，主要是描述数据属性的信息，用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能。

1. 空间数据库定义：空间数据库是存放空间数据的数据库，更确切的说，空间数据库是描述空间物体的位置数据元素（点、线、面、体）之间的拓扑关系及描述这些物体的属性数据的数据库。

2. 空间数据库的特点：1.空间数据库管理的是现实世界中相关性大的连续数据，要求进行综合管理。

2.空间数据库中描述的实体类型多，关系复杂，使数据模型复杂。

3.空间数据库存储的空间数据具有非结构化特征，不满足关系数据模型的范式要求。

3. 基于OR-DBMS、OODBMS的SDBMS1.一个SDBMS是一个软件模块，它利用一个底层数据库管理系统（如OR-DBMS/ OODBMS）。

2.SDBMS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.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。

4. 矢量数据交换格式（NSDTF-VCT）《矢量数据交换格式》的组成：《文件头》《要素类型参数》《属性数据结构》《几何图形数据》《注记》《属性数据》5. ArcView的Shapefile文件格式shapefile是ArcView的原生数据格式属于简单要素，用点、线、多边形存储要素的形状却不能存储拓扑关系，具有简单快捷显示的优点。

在shapefile中的信息可分成两种类型，一种与数据有关，如，主文件的记录信息。

主文件文件头有关数据描述的字段（特征类型、围矩等），另一种与数据的组织管理有关，如文件盒记录的长度，记录的偏移等。

这些信息是以文件的方式进行存储的，每个shapefile至少由固定的3个文件组成：主文件（.shp文件）、索引文件（.shx文件)、dbase表文件（.dhp)，其中主文件和索引文件为二进制文件，dbase为数据库文件。

6. 空间数据库引擎（SDE）的特点：1.空间数据库引擎采用RDBMS高级组织和管理海量空间数据，具有大型RDBMS管理数据的许多优点，通过空间数据引擎，能访问RDBMS中的空间数据和GIS软件的传统数据格式文件，还能实现传统格式文件盒RDBMS中空间数据的相互转换，并能很好的平衡服务器和客户端的网络负担。

空间数据库设计随着现代科技的不断进步，空间数据库设计已成为地理信息系统（GIS）和相关领域中一个至关重要的环节。

空间数据库主要负责存储和管理地理空间数据，包括但不限于地形、地貌、建筑物、道路等地理信息。

本文将探讨空间数据库设计的重要性及其在实现数据高效存储和管理方面的关键作用。

一、空间数据库设计概述空间数据库设计是针对空间数据的存储和管理进行规划和构建的过程。

它需要对空间数据的特性和关系进行深入理解，并运用相关的数据库技术来实现数据的有效组织和存储。

空间数据库设计需要考虑数据模型的建立、数据结构的优化、数据存储的方式以及数据访问的控制等问题。

二、空间数据库设计的重要性1、提高数据存储效率空间数据库设计通过对数据模型的优化和数据结构的调整，可以提高数据的存储效率。

这不仅可以减少存储空间的需求，还可以降低数据的维护成本。

2、增强数据管理能力通过合理的空间数据库设计，可以实现对空间数据的有效管理，包括数据的查询、更新、删除等操作。

这有助于提高数据处理效率，并保证数据的一致性和完整性。

3、促进数据共享与应用良好的空间数据库设计可以促进数据的共享与应用。

通过数据模型和数据结构的规范化，可以实现不同系统之间的数据共享和交互，从而扩大数据的应用范围。

三、空间数据库设计的关键环节1、数据模型的选择与优化在空间数据库设计中，选择适合的数据模型是至关重要的。

常见的空间数据模型有层次模型、网络模型、关系模型等，选择哪种模型取决于具体的应用需求和数据特点。

还需要根据实际需求对数据模型进行优化，以提高数据处理效率。

2、数据结构的规划与调整数据结构是空间数据库设计的核心部分，它决定了数据的组织方式和访问方式。

在规划数据结构时，需要考虑数据的完整性、一致性、并发控制等因素，以确保数据的安全性和可靠性。

同时，还需要根据实际应用需求对数据结构进行调整和优化，以满足不同场景下的数据处理需求。

3、数据存储策略的制定与实施制定合理的数据存储策略可以有效提高空间数据库的性能。

数据库：就是为了一定的目的，在计算机系统中以特定的结构组织、存储、管理和应用的相关联的数据集合。

空间数据库是存取、管理空间信息的数据库地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库。

空间数据库的内容:矢量地形要素数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库、数字栅格地图数据库、元数据库、专题数据库空间数据管理演变过程：人工管理阶段（50年代中期以前）、文件系统阶段（50年代后期一60 年代中期）、文件与数据库管理阶段（20世纪70年代初）、全关系型空间数据库管理系统（20 世纪70年代后期）、对象关系数据库管理系统、面向对象的数据库管理系统地理空间数据库主要研究内容：空间数据模型、地理空间数据的获取与处理、地理空间数据组织、空间数据库管理系统、地理空间数据共享研究空间实体一一指具有确定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间物体。

（河流、道路、城市、航线等）空间实体：地理信息系统中不可再分的最小单元现象称为空间实体•属性是空间实体已定义的特征（如人口数量、林地上林木名称等）空间实体：是指现实世界中地理实体的最小抽象单位，主要包括点、线和面三种类型•空间检索的目的是对给定的空间坐标,能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象，进而对空间对象进行拓扑关系的分析处理空间对象模型特征：1 •图斑模型将一个地理空间划分成一些简单的连通域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种主要属性的变化。

根据表示地理现象的不同，可以对应不同类型的属性函数。

2、等值线模型等值线的特点：（1）用一组等值线将地理空间划分成一些区域，每个区域中的属性值的变化是相邻的两条等值线的连续插值；（2）每条线唯一值；（3）两条等值线不相交；3、选样模型地理空间上的属性值是通过釆集有限个点的属性值来确定的。

场的特征⑴空间结构特征和属性域2）连续的、可微的、离散的3）与方向无关的和与方向有关的（各向同性和各向异性）4）空间自相关矢量数据结构的几何数据表达优点：结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。

地理空间数据库基础复习题为方便复习先整理标注的题目，有误请指出整理者超哥第一章2.地图数据的获取手段有哪些？a)地图的数字化b)传感器技术c)航空和航天平台技术d)现代遥感技术e)全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）3.地图数据使用的坐标体系有哪几种？我国常用：a)北京1954坐标系b)西安1980坐标系c)WGS84坐标系GIS软件环境中关于GIS数据的坐标是如何实现的？GIS利用关系型数据库管理系统的功能把图形的坐标数据当作一个二进制块，交由关系数据库管理系统存储和管理。

4.根据地理实体数字描述方式，空间数据可分为哪两种形式？a)空间对象数据具有几何特征和离散特点的地理要素，如点对象、线对象、面对象、体对象b)场对象数据在一定范围内连续变化的地理对象，如覆盖某一地理空间的格网数字高程模型，不规则三角网，栅格影像数据等。

5.什么是空间数据非结构化特征？空间数据不像一般事务数据一样每一个记录都有相同的结构与长度，因为空间数据包含了拓扑信息，在方便空间数据分析与查询的同时增大了信息管理的难度。

6.空间数据管理演变有哪些过程，说明各过程的特点a)人工管理阶段（20世纪50年代中期）特点：数据不保存；没有数据管理软件；数据冗余b)文件系统阶段（20世纪60年代中期）特点：数据文件是大量数据集合形式；面向用户；数据文件与对应程序有一定独立性；数据文件由顺序文件发展为索引文件、链接文件、直接文件等。

c)文件与数据库系统混合管理阶段（20世纪70年代中期）特点：对用户观点的数据进行更严格描述；允许用户以记录或数据项作单位进行访问；数据的物理存储可以很复杂。

d)全关系型空间数据库管理系统（20世纪70年代后期）特点：不仅可以读写定长的属性数据，而且可以读写非结构化的图形数据，但由于二进制文件的读写效率低，速度慢，效率低。

e)对象关系数据库管理系统特点：能直接管理和存储非结构化的空间数据，效率有所提升，但仍有很大限制。

数据库原理及应用教程（MySQL版）- 实验素材及答案第一章数据库的基本概念实验素材•数据库系统是由数据库和数据库管理系统（DBMS）组成的，数据库是用于存储和管理数据的集合，而DBMS是用于管理数据库的软件。

•数据是描述事物的符号记录，可以是数字、文字、图像等形式。

•数据库的特点包括永久存储、面向用户的数据抽象、数据的共享与并发控制等。

•数据库的应用领域非常广泛，包括企业管理、电子商务、金融服务等。

实验答案1.数据库系统是由数据库和数据库管理系统组成的。

数据库是用于存储和管理数据的集合，而数据库管理系统是用于管理数据库的软件。

2.数据是描述事物的符号记录，可以是数字、文字、图像等形式。

3.数据库的特点包括永久存储、面向用户的数据抽象、数据的共享与并发控制等。

4.数据库的应用领域非常广泛，包括企业管理、电子商务、金融服务等。

第二章数据库的逻辑结构实验素材•数据库的逻辑结构包括三层模式，分别是外模式、概念模式和内模式。

•外模式是用户对数据库的视图，它描述了用户所需要的数据的逻辑结构。

•概念模式是全局的逻辑结构描述，它描述了整个数据库的逻辑结构，是数据库设计的产物。

•内模式是数据库在存储介质上的存储结构，它是数据库管理系统的内部表示，对用户不可见。

实验答案5.数据库的逻辑结构包括三层模式，分别是外模式、概念模式和内模式。

6.外模式是用户对数据库的视图，它描述了用户所需要的数据的逻辑结构。

7.概念模式是全局的逻辑结构描述，它描述了整个数据库的逻辑结构，是数据库设计的产物。

8.内模式是数据库在存储介质上的存储结构，它是数据库管理系统的内部表示，对用户不可见。

第三章数据库的物理结构实验素材•数据库的物理结构指的是数据在存储介质上的存储方式，包括存储单位、磁盘存储和索引结构等。

•存储单位是数据库管理系统分配存储空间的最小单元，通常是一个数据块。

•数据库的物理结构设计是为了提高数据库的访问效率，如磁盘存储可以减少磁盘I/O操作，索引结构可以加快数据的查找速度。