数据库系统设计ppt课件目录contents•引言•需求分析•概念结构设计•逻辑结构设计•物理结构设计•数据库实施与维护•
总结与展望
引言01背景随着信息技术的快速发展，数据库系统已成为各行各业不可或缺的基础设施。掌握数据库系统设计的原理和方法对于培养高素质的信息技术人才具有重要意义。目标本课程旨在使学生掌握数据库系统设计的基本概念、原理和方法，培养学生具
备独立设计数据库系统的能力，为今后从事相关领域的工作和研究奠定基础。课程背景与目标数据库系统是一种用于存储、管理和检索数据的软件系统，由数据库、数据库管理系统、应用程
序和数据库管理员等组成。定义数据结构化、数据共享性高、数据独立性高、数据由DBMS统一管理和控制等。特点
根据数据模型的不同，数据库系统可分为关系数据库系统、层次数据库系统、网状数据库系统等。
分类数据库系统概述用户需求至上、结构清晰合理、数据完整性保障、安全性控制等。设计原则
良好的数据库系统设计可以提高数据处理的效率和质量，降低系统开发和维护的成本，增强系统的稳定性和可靠性。同时，合理的数据库结构设计也有利于实现数据的共享和重用，避免数据冗余和不一致性问题的发生。
重要性设计原则与重要性
需求分析02需求收集方法访谈与问卷调查与项目干系人进行面对面或在线访谈，了解他们的具体需求和期望；通过问卷调查收集更广泛的需求信息。原型评估法快速构建系统原型，让用户提前体验并提出反馈意见，从而不断完善需求。观察法与文档分析法直接观察用户操作流程，分析现有文档资料，挖掘潜在需求。用图形化方式描述系统中数据的流动和处理过程，帮助分析人员更好地理解业务需求。数据流程图
对数据流程图中涉及的所有数据元素进行详细定义和描述，包括数据名称、类型、长度、取值范围等。
数据字典数据流程图与数据字典性能需求明确系统的响应时间、吞吐量、并发用户数等性能指标，确保系统能够满足用户的使用要求。安全性考虑采取访问控制、数据加密、备份恢复等措施，确保系统数据的安全性和完整性。同
空间数据:用来描述空间实体的位置，形状，大小及分布特征诸多方面信息的数据，以及表示地丢表层一定范围的地理事物及其关系。
特点:A空间性 表现力空间实体位置或所处地理位置。空间实体几何特征及实体间的拓扑关系，从而形成了空间物体的位置形态，大小以及由此产生的一系列特征。B专题性 在一个坐标位置上地理信息具有专题属性数据，质量描述数据等。如在一个地面店上，可取得高程，污染交通等专题属性C时间性 指空间数据的空间特征和属性特征随时间的变化的动态变化特征，即时序特性。
空间数据库:是存放空间数据的数据库,更确切的说,是用来描述空间物体的位置数据,位置数据元素(点线面体)之间的拓扑关系以及描述这些物体的属性数据的数据库.
典型应用:GIS. 摄影测量学,计算机图形学,遥感等学科.
空间数据库的特点:A空间数据库用来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,通常在GIS分析中,需要综合运用实体之间的空间关系和属性数据.B 空间数据库描述的空间实体类型多,关系复杂,使数据模型复杂.C 空间数据库存储的空间数据具有非结构化特征,不满足关系型数据库的范式要求.
空间数据库管理系统(SDBMS):主要功能是提供对空间数据和空间关系的定义和描述,提供对空间数据查询语言,实现对空间数据的高效查询和操作,提供对空间数据的存储和组织,提供对空间数据的直观显示等.
基于对象-关系数据库管理系统(ORDBMS),OODBMS的SDBMS: A一个DBMS是一个软件模块,它利用一个底层数据库管理系统(如OODBMS,ORDBMS);B SDBMS支持各种空间数据模型,相应的空间数据类型(ADT)以及一种能够调用该种ADT的查询语言; C 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.
在ORDBMS上搭建SDBMS的体系结构是一个三层体系结构,由左到右,顶层为空间应用,如GIS,MMIS,CID,该应用层并不直接与OR-DBMS打交道,而需要经过一个中间层与ORDBMS交互,我们将这个中间层称为空间数据库(SDB),中间层是封装大多数只是的地方,并被插入到OR-DBMS中,如此对于称为空间数据库刀片,空间数据库暗箱,空间数据库引擎的商业OR-DBMS的产品也就不足为奇了.
空间数据库设计
在当今数字化的时代，空间数据的重要性日益凸显。从地理信息系统到智能交通，从城市规划到环境监测，空间数据在各个领域都发挥着关键作用。而空间数据库的设计，则是有效管理和利用这些数据的基础。
空间数据库，简单来说，就是专门用于存储和管理空间数据的数据库。与传统的关系型数据库不同，空间数据库需要处理具有空间属性的数据，例如点、线、面等几何对象，以及它们之间的空间关系。
在设计空间数据库之前，首先要明确需求。这包括确定要存储的数据类型、数据量、数据的更新频率、数据的使用方式以及对数据的精度和准确性要求等。例如，在城市规划中，可能需要存储建筑物的位置、形状和面积等信息，并且需要能够快速查询特定区域内的建筑物分布情况。
数据模型的选择是空间数据库设计的关键步骤之一。常见的空间数据模型有矢量数据模型和栅格数据模型。矢量数据模型适用于精确表示地理实体的形状和边界，如道路、河流等；而栅格数据模型则适用于表示连续的地理现象，如地形、温度等。在实际应用中，往往会根据具体的需求和数据特点选择合适的数据模型，或者结合使用两种模型。 空间索引的设计对于提高空间数据库的查询性能至关重要。常见的空间索引技术包括 R 树、四叉树和网格索引等。这些索引技术能够快速定位与查询条件相关的数据，大大减少了查询时间。例如，在查找距离某个点一定范围内的所有对象时，空间索引可以快速筛选出可能符合条件的对象，而无需遍历整个数据库。
数据的存储结构也需要精心设计。合理的存储结构可以提高数据的存储效率和访问速度。对于空间数据，通常会采用分层存储、分区存储等方式。分层存储可以将不同精度或不同类型的数据分别存储在不同的层次中，便于管理和查询；分区存储则可以将数据按照地理位置或其他规则划分成不同的区域进行存储，提高数据的并行处理能力。
在进行空间数据库设计时，还需要考虑数据的完整性和一致性。这包括定义数据的约束条件，如主键、外键、唯一性约束等，以确保数据的准确性和可靠性。同时，要制定数据的备份和恢复策略，以防止数据丢失或损坏。
第一章 GIS概述
地理信息系统的基本概念：信息、数据、地理数据与地理信息
地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。
地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。
地理信息具有区域性、多维结构特性和动态变化的特性：
1）区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识；
2）多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构；
3）地理信息的时序特征十分明显，可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。
地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。
地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统是一个基于计算机软件、硬件和数据的集成系统，该系统主要通过空间及非空间数据的操作，实现空间检索、编辑及分析功能。
地理信息系统具有以下三个方面的特征：
第一、具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；
