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类型第九章 空间数据库设计.ppt

  • 上传人:weiwoduzun
  • 文档编号:5165127
  • 上传时间:2019-02-11
  • 格式:PPT
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    第九章 空间数据库设计.ppt
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    1、9.空间数据库设计,9.1 空间数据库设计概述 9.2 需求分析 9.3 概念结构设计 9.4 逻辑结构设计 9.5 空间数据库物理设计 9.6 空间数据库的实施和维护 9.7 空间数据库建库,9.1 空间数据库设计概述,9.1.1 空间数据库设计原则9.1.2 空间数据库设计过程,9.1.1 空间数据库设计原则,1)空间数据库设计与应用系统设计相结合的原则 2)数据独立性原则 3)共享度高、冗余度低原则 4)用户与系统的接口简单性原则 5)系统可靠性、安全性与完整性原则 6)系统具有重新组织、可修改与可扩充性原则,9.1.2 空间数据库设计过程,9.2 需求分析,9.2.1 需求分析的任务与

    2、方法9.2.2 数据流图与数据字典,9.2.1 需求分析的任务与方法,9.2.2 数据流图与数据字典,1数据流图的基本成分,2数据流图分层,3数据字典 1)数据项 数据项的描述通常包括以下内容: 数据项名,数据项含义说明,别名,数据类型,长度,取值范围,取值含义,与其他数据项的逻辑关系,数据项之间的联系“取值范围”,“与其他数据项的逻辑关系”。 2)数据结构 数据结构反映了数据之间的组合关系。一个数据结构可以由若干个数据项组成,也可以由若干个数据结构组成,或由若干个数据项和数据结构混合组成。对数据结构的描述通常包括以下内容:数据结构名,含义说明,组成:数据项或数据结构。,3)数据流 是数据结构

    3、在系统内传播的路径。对数据流的描述通常包括以下内容:数据流名,说明,数据流来源,数据流去向,组成:数据结构,平均流量,高峰期流量。 4)数据存储 数据存储是数据结构停留或保存的地方,也是数据流的来源和去向之一。它可以是手工文档或手工凭单,也可以是计算机文档。对数据存储的描述通常包括以下内容:数据存储名,说明,编号,输入的数据流,输出的数据流数据结构,数据量,存取频度,存取方式。 5)处理过程 处理过程的具体处理逻辑一般用判定表或判定树来描述。数据字典中只需要描述处理过程的说明性信息,通常包括以下内容:处理过程名,说明,输入:数据流,输出:数据流,处理:简要说明。,9.3 概念结构设计,9.3.

    4、1 利用E-R模型设计9.3.2 利用UML模型设计,9.3.1 利用E-R模型设计,ER模型是最为流行的建模工具之一。 实体和属性 实体是物理上或者概念上独立存在的事物或对象。 实体由属性来刻画性质,属性可以是单值或多值的。 联系 一对一(11) 在一对一的联系中,一个实体中每个实例只能与其他参与实体的一个实例相联系。 例如,实体MANAGER和FOREST之间的联系manages就是一个一对一的联系。,多对一(M1) 多对一联系可将一个实体的多个实例与另一个参与该联系的实体的一个实例相连接。 Belongs_to是实体FACILITY与FOREST之间的一个多对一联系,这里假定每个设施仅仅

    5、属于一个森林,但每个森林可以有多个设施。 多对多(MN) 一个实体的多个实例会与另一个参与该联系的实体的多个实例相联系。 实体RIVER和FACILITY之间的联系supplies_water_to正是这样的一个联系。,ER图,用象形图扩展ER模型,实体象形图 (1)象形图 象形图是一种将对象插在方框内的微缩图表示,这些微缩图用来扩展ER图,并插到实体矩形框中的适当位置。 (2)形状 形状是象形图中的基本图形元素,它代表着空间数据模型中的元素。 一个模型元素可以是基本形状、复合形状、导出形状或备选形状。 (3)基本形状,/,基本形状的语法,点,/,线,面,基本形状的象形图,(4)复合形状 为了

    6、处理那些不能用某个基本形状表示的对象,我们定义了一组聚合的形状,并用基数来量化这些复合形状。 (5)导出形状 如果一个对象的形状是由其他对象的形状导出的,那么就用斜体形式来表示这个象形图。,(6)备选形状 备选形状可以用于表示某种条件下的同一个对象。 例如,根据比例尺,一条河流可以表示成一个多边形或一条线。 备选形状的语法 备选形状的象形图 (7)任意形状 对于形状的组合,我们用通配符(*)表示,它表示各种形状。 例如,一个灌溉网是由泵站(点)、水渠(线)以及水库(多边形)所组成的。,(8)用户自定义形状 除了点、线和多边形这些基本形状外,用户还可以定义自己的形状。 例如,为了表达更多的信息,

    7、用户可能更愿意使用感叹号之类的象形图来表示灌溉网。 联系象形图 联系象形图用来构建实体间联系的模型。 例如,part-of用于构建道路与路网之间联系的模型,或是用于把森林划分成林分的建模。 Part_of(网络) Part_of(分区)联系的象形图,带象形符号的ER图,利用ER模型设计的步骤,9.3.2 利用UML模型设计,UML模型是另一个流行的概念建模工具。是用于面向对象软件设计的概念层建模的新兴标准之一。它是一种综合型语言,用于在概念层对结构化模式和动态行为进行建模。 UML是一种通用的可视化建模语言,用于对软件进行描述、可视化处理理解、构造和建立软件制品的文档。,作为一种建模语言,UM

    8、L的定义包括UML语义和UML表示法两个部分: (1)UML语义,描述基于UML的精确元模型定义。元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明,使开发者能在语义上取得一致,消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。 (2)UML表示法,定义UML符号的表示法,为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型,在语义上它是UML元模型的实例。UML包含五类图,用例图、静态图、对象图、行为图、交互图和实现图。这里我们采用静态图当中的类图。,表9-1 UML类图表示法,9.4 逻辑结构设计,9.4.1 关系数据模型

    9、 9.4.2 E-R模型向关系模型转换 9.4.3 面向实体的逻辑模型设计,9.4.1 关系数据模型,关系模型的基本思想是用二维表形式表示实体及其联系(见示例)。二维表中的每一列对应实体的一个属性,其中给出相应的属性值;每一行形成一个,由多种属性组成的多元组,或称元组,与一特定实体相对应。实体间联系和各二维表间联系采用关系描述或通过关系直接运算建立。,关系模型中应遵循以下条件: (1)二维表中同一列的属性是相同的; (2)赋予表中各列不同名字(属性名); (3)二维表中各列的次序是无关紧要的; (4)没有相同内容的元组,即无重复元组; (5)元组在二维表中的次序是无关紧要的。 关系模型的优点:

    10、(1)结构灵活,可满足所有用布尔逻辑运算和数字运算规则形成的询问要求;(2)能搜索、组合和比较不同类型的数据;(3)加入和删除数据方便;(4)适宜地理属性数据的模型。关系模型的缺点:许多操作都要求在文件中顺序查找满足特定关系的数据,若数据库很大的话,这一查找过程要花很多时间。,以地图M为例: 地图M中有两个面实体 多边形由a,b,e组成 M 多边形由b,c,d组成 1 a a边的两个端点是1,2 e 2 b边的两个端点是2,4 4 b c c边的两个端点是2,3 d d边的两个端点是3,4 3 e边的两个端点是1,4,关系模型例,9.4.2 E-R模型向关系模型转换,将E-R图转换为关系模型实

    11、际上就是要将实体、实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式,这种转换一般遵循如下原则: (1)一个实体型转换为一个关系模式。实体的属性就是关系的属性,实体的码就是关系的码。 (2)一个M:N联系转换为一个关系模式。与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性。而关系的码为各实体码的组合。 (3)一个1:N联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与n端对应的关系模式合并。如果转换为一个独立的关系模式,则与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性,而关系的码为n端实体的码。,(4)一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与任意一端对应的关系模式合并。 (

    12、5)三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式。与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性。而关系的码为各实体码的组合。 (6)同一实体集的实体间的联系,即自联系,也可按上述1:1、1:N和M:N三种情况分别处理。 (7)具有相同码的关系模式可合并。,E-R图向关系模型的转换(续),转换原则 一个实体型转换为一个关系模式。 关系的属性:实体型的属性 关系的码:实体型的码 例,学生实体可以转换为如下关系模式:学生(学号,姓名,出生日期,所在系,年级,平均成绩)性别、宿舍、班级、档案材料、教师、课程、教室、教科书都分别转换为一个关系模式。,E-R图向关系模型的转换(

    13、续), 一个m:n联系转换为一个关系模式。 关系的属性:与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码:各实体码的组合例,“选修”联系是一个m:n联系,可以将它转换为如下关系模式,其中学号与课程号为关系的组合码:选修(学号,课程号,成绩),E-R图向关系模型的转换(续), 一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与n端对应的关系模式合并。 1) 转换为一个独立的关系模式 关系的属性:与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码:n端实体的码,E-R图向关系模型的转换(续), 一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与n端对应的关系模式合并。 2) 与n端对应的

    14、关系模式合并 合并后关系的属性:在n端关系中加入1端关系的码和联系本身的属性 合并后关系的码:不变 可以减少系统中的关系个数,一般情况下更倾向于采用这种方法,E-R图向关系模型的转换(续),例,“组成”联系为1:n联系。将其转换为关系模式的两种方法:1)使其成为一个独立的关系模式:组成(学号,班级号)2)将其学生关系模式合并:学生(学号,姓名,出生日期,所在系,年级,班级号,平均成绩),E-R图向关系模型的转换(续), 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与任意一端对应的关系模式合并。 1) 转换为一个独立的关系模式 关系的属性:与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的

    15、候选码:每个实体的码均是该关系的候选码,E-R图向关系模型的转换(续), 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与任意一端对应的关系模式合并。 2) 与某一端对应的关系模式合并 合并后关系的属性:加入对应关系的码和联系本身的属性 合并后关系的码:不变,E-R图向关系模型的转换(续),例,“管理”联系为1:1联系,可以有三种转换方法: (1)转换为一个独立的关系模式:管理(职工号,班级号)或 管理(职工号,班级号) (2)“管理”联系与班级关系模式合并,则只需在班级关系中加入教师关系的码,即职工号:班级:(班级号,学生人数,职工号) (3)“管理”联系与教师关系模式合并,则只需在教师

    16、关系中加入班级关系的码,即班级号:教师:(职工号,姓名,性别,职称,班级号,是否为优秀班主任),E-R图向关系模型的转换(续),注意: 从理论上讲,1:1联系可以与任意一端对应的关系模式合并。 但在一些情况下,与不同的关系模式合并效率会大不一样。因此究竟应该与哪端的关系模式合并需要依应用的具体情况而定。 由于连接操作是最费时的操作,所以一般应以尽量减少连接操作为目标。例如,如果经常要查询某个班级的班主任姓名,则将管理联系与教师关系合并更好些。,E-R图向关系模型的转换(续), 三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式。 关系的属性:与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关

    17、系的码:各实体码的组合例,“讲授”联系是一个三元联系,可以将它转换为如下关系模式,其中课程号、职工号和书号为关系的组合码:讲授(课程号,职工号,书号),E-R图向关系模型的转换(续), 同一实体集的实体间的联系,即自联系,也可按上述1:1、1:n和m:n三种情况分别处理。例,如果教师实体集内部存在领导与被领导的1:n自联系,我们可以将该联系与教师实体合并,这时主码职工号将多次出现,但作用不同,可用不同的属性名加以区分: 教师:职工号,姓名,性别,职称,系主任,E-R图向关系模型的转换(续), 具有相同码的关系模式可合并。 目的:减少系统中的关系个数。 合并方法:将其中一个关系模式的全部属性加入

    18、到另一个关系模式中,然后去掉其中的同义属性(可能同名也可能不同名),并适当调整属性的次序。,E-R图向关系模型的转换(续),例,“拥有”关系模式:拥有(学号,性别) 与学生关系模式:学生(学号,姓名,出生日期,所在系,年级,班级号,平均成绩) 都以学号为码,可以将它们合并为一个关系模式:学生(学号,姓名,性别,出生日期,所在系,年级,班级号,平均成绩),应 用,例: 在著书工作中,一位作者可以编写多本图书,一本书可以由多位作者编写。 设作者的属性有:作者号,姓名,单位,电话;书的属性有:书号,书名,出版社, 日期。试完成如下问题: (1)设计该系统的E-R图; (2)将该E-R图转换为关系模型

    19、结构; (3)指出转换结果中每一个关系模式的候选码。,(1)E-R图(2)将该E-R图转换为关系模型结构如下: 作者(作者号,姓名,单位,电话) 图书(书号,书名,出版社,日期) 编写(作者号,书号) (3)以上关系模式中带下划线的为该关系模式的候选码,9.4.3 面向实体的逻辑模型设计,地理实体在模型中表示为要素。要素是由几何实体和属性组成的。它包括简单类型,例如,一个界址点、一个行政界线、一块土地;它们的几何形态分别为简单点,简单线和简单区。还有一些复杂类型的实体,例如,一个河流的流域。它的几何特性对应的是多种形态的几何实体,所以它的几何特性是一个复合类型。换句话说,通过原子几何实体(点、

    20、线、区)的任意组合可表达和描述任意几何复杂度的实体。 什么是几何实体?它是地理对象的外观特征或可视化形状。地理实体可以用三种几何实体表示在地图上:点、线、多边形。继续细分下去,几何形态包括单点、多点、单弧段、多弧段、多边形等。,1要素类的建模与表达,2注记类的建模与表达,3关系类的建模与表达,4规则的建模与表达,9.5 空间数据库物理设计,9.5.1 空间数据库存储策略9.5.2 空间数据库关系模式设计,9.5.1 空间数据库存储策略,对象-关系数据库管理,基于商业数据库进行存储,其存储策略如下:,9.5.2 空间数据库关系模式设计,空间数据库主要包含空间数据和元数据信息两个部分。 空间数据以

    21、“地理数据库要素数据集类”的层次进行组织。例如,类层次的对象有要素类、注记类、对象类、关系类和规则等,每一种对象在空间数据库当中需要用一个表集来描述其信息和内部关系。 元数据信息则描述前面所有空间数据的元数据信息,使用数据字典进行表达。,1地理数据库数据字典表关系 2要素类的关系模式 表 9-3 要素类信息关系表说明 表 9-4 几何实体信息关系表说明 表 9-5 点信息关系表说明 表 9-6 弧段信息关系表说明 表 9-7 弧段拓扑信息关系表说明 表 9-8 点图形参数关系表说明 表 9-9 线图形参数关系表说明 表 9-10 区图形参数关系表说明,3注记类的关系模式 表 9-11 注记信息

    22、关系表说明 4关系类的关系模式 表 9-12 关系类信息关系表说明 5规则的关系模式 表 9-13 有效规则关系表说明 表 9-14 属性规则关系表说明 表 9-15 关系规则关系表说明 表 9-16 拓扑规则关系表说明 表 9-17 空间规则关系表说明,9.6 空间数据库的实施和维护,9.6.1 空间数据库系统实施9.6.2 空间数据库系统维护,9.6.1 空间数据库系统实施,空间数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计修改以后,便可以开始正式的进行数据库实施了。实施的过程,应当以实施计划为指南,尽量按照计划进行实施。但是再好的计划也是不可能完全准确的,在实施过程中常常需要对实施计划做或多或少的

    23、改动。任何方面的改动都应当以书面形式备案,做到有案可查(吴信才等,2002)。空间数据库的实施一般过程如下: (1)数据录入:数据录入的数据源应包括系统设计的各类源数据,以检测各输出软件的可行性和数据转换格式的正确性。,(2)数据编辑:对录入的数据在进入数据库以前的编辑和预处理要尽可能测试各种编辑功能和操作,检测其安全性和可操作性。 (3)数据库建立:应保证所选择的试验小区的数据足以建立一个完整的空间数据库和属性数据库,以检测其结构的合理性和拓扑关系的正确性以及数据连接的正确性等,同时对数据库管理系统的功能也应进行全面测试。 (4)数据分析与处理:利用所建立的数据库的数据对应用型GIS的基本分

    24、析功能,特别是对应用模型进行测试,检查模型的正确性和可靠性。 (5)数据输出:输出结果能否满足所设计的要求和用户的需要。,9.6.2 空间数据库系统维护,1维护的内容 1)程序的维护 在系统维护阶段,会有一部分程序需要改动。根据运行记录,发现程序的错误,这时需要改正;或者随着用户对系统的熟悉,用户有更高的要求,部分程序需要改进;或者环境发生变化,部分程序需要修改。 2)数据文件的维护 业务发生了变化,从而需要建立新文件,或者对现有文件的结构进行修改。,3)代码的维护 随着环境的变化,旧的代码不能适应新的要求,必须进行改造,制定新的代码或修改旧的代码体系。代码维护的困难主要是新代码的贯彻,因此各

    25、个部门要有专人负责代码管理。 4)机器、设备的维护 包括机器、设备的日常维护与管理。一旦发生小故障,要有专人进行修理,保证系统的正常运行。,2维护的类型 1)更正性维护 这是指由于发现系统中的错误而引起的维护。工作内容包括诊断问题与修正错误。 2)适应性维护 这是指为了适应外界环境的变化而增加或修改系统部分功能的维护工作。例如,新的硬件系统问世,操作系统版本更新,应用范围扩大。为适应这些变化,应有型地理信息系统需要进行维护。,3)完善性维护 这是指为了改善系统功能或应用户的需要而增加新的功能的维护工作。系统经过一个时期的运行之后,某些地方效率需要提高,或者使用的方便性还可以提高,或者需要增加某些安全措施等等。这类维护工作占维护工作的绝大部分。 4)预防性维护 这是主动性的预防措施。对一些使用寿命较长,目前尚能正常运行,但可能要发生变化的部分进行维护,以适应将来的修改或调整。例如,将专用报表功能改成通用报表生成功能,以适应将来报表格式的变化。,9.7 空间数据库建库,End!,

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