第五章 空间数据库及其管理

空间数据库的设计与管理1. 引言空间数据库是指在计算机系统中用于存储和管理地理数据的数据库系统。

随着地理信息系统（GIS）的发展和应用日益广泛，空间数据库的设计与管理变得尤为重要。

本文将探讨空间数据库的设计原则、数据模型和管理方法。

2. 空间数据库的设计原则（1）空间一体性：空间数据具有一定的一体性，即地理对象的各个组成部分之间具有一定的内在关联。

在设计空间数据库时，必须考虑地理对象的组成关系和拓扑关系，确保数据元素的一致性和正确性。

（2）空间关联性：地理对象之间存在着空间关联关系，如邻近关系、包含关系等。

在数据库设计中，需要考虑地理对象之间的关联关系，并为其建立相应的索引和查询机制。

（3）数据完整性：地理数据的完整性是空间数据库设计的核心要求之一。

设计者需要定义具体的数据模型，并设置相应的完整性约束，以保证地理数据的准确性和可靠性。

3. 空间数据库的数据模型（1）层次模型：层次模型是最早被应用于空间数据库的数据模型之一。

该模型可以有效地描述地理对象之间的层次关系，但对于描述非树形结构的数据非常复杂，不适用于较复杂的地理数据。

（2）对象模型：对象模型是基于面向对象的思想，将地理对象视为实体，具有属性和行为。

该模型能够灵活地描述地理对象之间的继承和关联关系，适用于复杂的地理数据。

（3）拓扑模型：拓扑模型基于图论的思想，以节点和边表示地理对象之间的拓扑关系。

该模型适用于描述复杂的拓扑结构，如网络、流域等。

4. 空间数据库的管理方法（1）数据采集与预处理：在建立空间数据库之前，需要通过各种采集手段（如遥感技术、GPS等）获取地理数据。

同时，还需要对采集到的数据进行预处理和清洗，以保证数据的质量和准确性。

（2）数据存储与索引：地理数据一般以向量数据或栅格数据的形式存储。

对于大规模的地理数据，需要采用合适的存储结构，并设置相应的索引机制，以提高数据的存取效率。

（3）数据查询与分析：空间数据库的主要功能是支持数据的查询和分析。

第五章：空间数据Geodatabase数据库创建⼀、关于Geodatabase 1.Geodatabase在⼀个公共模型框架下，对GIS通常所处理和表达的地理空间特征如⽮量、栅格、TIN、⽹络和地址进⾏同⼀描述。

2.Geodatabase是⾯向对象的地理数据模型。

3.ArcGIS的地理数据库（Geodatabase）是为更好地管理和使⽤地理要素数据，⽽按照⼀定的模型和规则组合起来的地理要素数据集（Feature Datasets）。

Geodatabase是按照成层次型的数据对象来组织地理数据的。

这些数据对象包括对象类（Objects）、要素类（FeatureClass）和要素数据集。

4.Geodatabase对地理要素类和要素类之间的相互关系、地理要素类⼏何⽹络和要素属性表对象等进⾏有效管理，并⽀持对要素数据集、关系及⼏何⽹络进⾏建⽴、删除和修改更新操作。

5.Geodatabase数据模型的结构、功能和特点。

⼆、空间数据库的设计 1.空间数据库的设计是指在现在的数据库管理系统的基础上，建⽴空间数据库的整个过程。

⼀般包括需求分析、结构设计和数据层设计等内容。

2.空间数据库的建⽴，有3种⽅法：1.建⽴⼀个新的地理数据库。

2.移植已经存在的数据到地理数据库。

3.⽤CASE⼯具创建地理数据库。

三、创建⼀个新的Geodatabase 1.进⾏设计，计划要包含哪些地理数据类、地理数据集、对象表、⼏何⽹络主关系类等。

2.利⽤ArcCatalog开始建库，步骤包括：建⽴新的空间数据库、建⽴其组成项、向数据库各项加载数据以及建⽴关系添加索引等。

①新建⼀个空的个⼈Geodatabase ②创建要素数据集：要素数据集是储存要素类的集合。

建⽴⼀个新的要素数据集，必须定义其空间参考，包括坐标系统（地理数据、投影坐标）和坐标域（X,Y,Z和M的范围及精度），数据集中所有的要素类必须使⽤相同的空间参考，且要素坐标要求在坐标域内。

第一章空间数据库概述1、空间数据库系统由空间数据库、空间数据库管理系统与空间数据库应用系统三部分构成。

2、空间数据的特征：空间特征、非结构化特征、空间关系特征、分类编码特征、数据种类多、抽象性特征、海量数据特征3、数据库的发展阶段⏹人工管理阶段⏹文件系统阶段：数据文件是大量文件的集合形式，每个文件包含大量记录面向用户的数据文件，用户可以通过它进行查询、修改、删除等操作；数据文件与对应的程序有一定的独立性，程序员可以不关心数据的物理存储，只考虑逻辑存储结构；由初期的顺利文件发展为索引文件、直接文件等，数据可随机存取。

数据文件只能对应一个或几个程序，仍依赖程序。

数据文件之间不能建立关系，数据冗余。

⏹文件-关系数据库管理系统：用文件系统管理几何图形数据，用商用RDBMS管理属性数据，几何图形数据和属性数据之间通过对象标识或内部连接码（OID）进行连接。

两者独立地组织、管理和检索。

缺点：该模式中，文件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的数据恢复方面缺少基本的功能。

⏹全关系型数据库管理系统：图形和属性数据都用RDBMS来管理模式1：图形数据按关系模型组织。

涉及一系列关系连接运算，相当费时。

模式2：将图形数据的变长部分处理成二进制块（Block）字段。

但Block的读写效率比定长的属性字段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。

⏹对象-关系数据库管理系统：DBMS软件商或GIS软件商基于面向对象技术在RDBMS中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据。

主要解决空间数据的变长记录的管理，效率比全关系型二进制Block的管理高得多。

缺点：但仍没有解决对象的嵌套问题，空间数据结构不能由用户定义，用户不能根据GIS要求再定义，使用上受一定限制。

⏹面向对象数据库管理系统：适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。

面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据结构以及它的操作。