空间数据库技术应用电子教材-空间数据库设计的内容.docx

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1、空间数据库设计的内容数据库设计，是把现实世界中一定范围内存在着的应用抽象成数据库的过程。即，对于 一个给定的应用环境，提供一个确定最优数据模型与处理模式的逻辑设计，以及一个确定数 据库存储结构与存取方法的物理设计，建立能反映现实世界信息和信息联系，满足用户要求， 能被某个DBMS所接受，同时能实现系统目标并有效存取数据的数据库。空间数据库是GIS 系统的重要组成局部，存储着大量的空间数据。空间数据库设计的任务，就是经过一系列的 转换，将现实世界描述为计算机世界中的空间数据模型，也即是将地理现象表示为空间数据 模型和数据结构。1 .空间数据库设计的必要性空间数据库设计类似于传统关系数据库的设计，

2、也必须经过调研、用户需求分析、概念 模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计等5个阶段。由于设计过程比拟费时，并且无法产 生面向终端用户的应用，因此在很多情况下设计过程往往被忽视。然而，如果逾越设计过程， 那么常常会给数据库带来很大的风险，有可能建成一个粗制滥造的数据库。这种数据库无法满 足当前和未来应用的需要，并有可能导致一系列问题，如数据的重复、缺失、冗余、表达不 当及缺乏适当的数据管理技术等。2 .空间数据库设计的目的空间数据库设计为数据库提供了一个总体结构，用户可以查看整个数据库并且对数据库 的各个方面作出评价。通常，前期花费一些时间和资金来解决设计问题可以防止以后可能会 出现的棘手问题，

3、而这些棘手问题将会耗费更多的资源。良好的设计是建立一个功能和操作高效的空间数据库的保证，经过精心设计的空间数据 库可以到达以下应用目的：（1）满足用户的需求；（2）包含所有必要的数据，但没有冗余数据（明确要求存档的数据除外）；（3）增加了数据查询和分析的灵活性；（4）方便和维护数据以支持不同的使用；（5）对地理要素进行适当地表达、编码和组织。3 .空间数据库设计的内容空间数据库设计主要包括需求分析、结构设计、数据层设计3局部。（1）需求分析需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作：1）调查用户需求了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。2）数据的收集和分析包括信

4、息需求（信息内容、特征、需要存储的数据）、信息加工处理要求（如响应时间）、 完整性与平安性要求等。3）编制用户需求说明书包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分 析的最终成果。需求分析是一项技术性很强的工作，应该由有经验的专业技术人员完成，同时用户的积 极参与也是十分重要的。在需求分析阶段完成数据源的选择和对各种数据集的评价。（2）结构设计指空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。空 间数据模型越能反映现实世界，在此基础上生成的应用系统就越能较好地满足用户对数据处 理的要求。空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织

5、形式在数据库系统中加以表达的 过程，也即是GIS中空间实体的模型化问题。主要过程如图1所示。图1空间数据库设计过程1）概念设计概念设计是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，最终形成空间数据库系统及其应 用系统所需的模型。具体是对需求分析阶段所提供的信息和数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及它 们之间的联系，将各用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用 户观点的概念模式。概念模式与具体的DBMS无关，结构稳定，能较好地反映用户的信息需 求。表示概念模型最有力的工具是E-R模型，即实体-联系模型，包括实体、联系和属性二个 基本要素，如图2所示。用E-R模型来描述现实地理

6、世界，不必考虑信息的存储结构、存取 路径及存取效率等与计算机有关的问题，比一般的数据模型更接近于现实地理世界，具有直 观、自然、语义较丰富等特点，在地理数据库设计中得到了广泛应用。图2 E-R模型2）逻辑设计在概念设计的基础上，按照不同的转换规那么将概念模型转换为具体DBMS支持的数据模 型的过程，即导出具体DBMS可处理的地理数据库的逻辑结构，包括确定数据项、记录及记 录间的联系、平安性、完整性和一致性约束等。导出的逻辑结构是否与概念模式一致，能否 满足用户要求，还要对其功能和性能进行评价，并予以优化。从E-R模型向关系模型转换的主要过程为：确定各实体的主关键字；确定并写出实体内部属性之间的

7、数据关系表达式，即某一数据项决定另外的数据项；把经过消冗处理的数据关系表达式中的实体作为相应的主关键字；根据、形成新的关系；完成转换后，进行分析、评价和优化。3）物理设计物理设计是指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现，确定数据在介质上 的物理存储结构，其结果是导出地理数据库的存储模式。主要内容包括确定记录存储格式， 选择文件存储结构，决定存取路径，分配存储空间。物理设计的好坏对地理数据库的性能影响很大，一个好的物理存储结构必须满足两个条 件：一是地理数据占有较小的存储空间；二是对数据库的操作具有高效的处理速度。在完成 物理设计后，要进行性能分析和测试。数据的物理表示分两类：数值数据

8、和字符数据。数值数据可用十进制或二进制形式表示， 通常二进制形式占用的存储空间较少。字符数据可以用字符串的形式表示，有时也可利用代 码值的存储代替字符串的存储。为了节约存储空间，常常采用数据压缩技术。物理设计在很大程度上与选用的数据库管理系统有关。设计中应根据需要，选用系统所 提供的功能。4）数据层设计大多数GIS都将数据按逻辑类型分成不同的数据层进行组织。数据层是GIS中的一个重要概念。GIS的数据可以按照空间数据的逻辑关系或专业属性分为各种逻辑数据层或专业数 据层，原理上类似于图片的叠置。例如，地形图数据可分为地貌、水系、道路、植被、控制 点、居民地等诸层分别存贮。将各层叠加起来就合成了地

9、形图的数据。在进行空间分析、数 据处理、图形显示时，往往只需要假设干相应图层的数据。数据层的设计一般是按照数据的专业内容和类型进行的。数据的专业内容和类型通常是 数据分层的主要依据，当然，同时也应考虑数据之间的关系。如考虑两类物体共享边界（道 路与行政边界重合、河流与地块边界的重合）等，这些数据间的关系在数据分层设计时应体 现出来。不同类型的数据由于其应用功能相同，在分析和应用时往往会同时用到，因此在设计时 应反映出这样的需求，即可将这些数据作为一层。例如，多边形的湖泊、水库，线状的河流、 沟渠，点状的井、泉等，在GIS的运用中往往同时用到，因此，可作为一个数据层。5）数据字典设计数据字典用于描述数据库的整体结构、数据内容和定义等。数据字典的内容包括：数据库的总体组织结构、数据库的总体设计框架。各数据层详细内容的定义及结构、数据命名的定义。元数据（有关数据的数据，是对一个数据集的内容、质量条件及操作过程等的描述）。