第三章 GIS数据管理
? 学习目标：
? 掌握数据的层次单位
? 了解数据间的逻辑关系
? 了解常用的数据文件
? 了解数据库的基本概念
? 了解数据库的特点和结构
? 理解数据库管理系统、数据安全和数据更新
? 理解传统数据库模型
重点,数据库模型的分类和特点
难点,面向对象的数据库模型
第三章 GIS数据管理
? 数据层次与文件组织
? 空间数据库
? 传统数据库模型
? 面向对象数据库系统
? 数据管理设计
第一节 数据层次与文件组织
? 数据层次（数据项、记录、文件、数据库）
? 数据间的逻辑联系（一对一、一对多、多对多）
? 用数据文件（顺序、直接、索引、到排文件）
文件
记录
数据项
数据项组逻辑数据单位之间的关系
物理单位,
位 (比特 )、字节、字、块 (物理记录 )、桶和卷
逻辑单位,
数据项、数据项组、记录、文件和数据库
一、数据的层次单位
数据项
数据项组
记录
文件
数据库
最基本的不可分割的数据单
位,具有独立的逻辑意义
逻辑上具有某种共同标志
的若干数据项组成的
数据项或数据项组集合,对文件
进行存取操作的基本单位
给定类型逻辑记录的全部具
体值的集合
文件的集合，文件之间存在某种联系，
不能孤立存在
二、常用数据文件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
它是物
理顺序
与逻辑
顺序一
致的文
件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
文件中的贮存是根
据记录关键字的值，
通过某种转换方法
得到一个物理存贮
位置，然后把记录
存贮在该位置上。
二、常用数据文件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
即带有索
引的文件，
它只能建
立在随机
存取介质
上。
二、常用数据文件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
按照一些辅关键
字来组织索引称
为辅索引，带有
这种辅索引的文
件称为倒排文件。
二、常用数据文件
第二节 空间数据库
数据
存储
数
据
库
数据
管理
程序库
(数据库软件 )
原始信息
数据库
二、数据库分类
事物管理数据库
地理信息数据库
存
储
信
息
特
征
概念模型
物理数据库
外部模型 A 外部模型 B
用户 A1 用户 A1 用户 B1 用户 B1
数据库
管理系统
外部 /概念映射 A 外部 /概念映射 B
概念 /内部映射
数
据
库
的
系
统
结
构
外部模式 外部模式
概念模式
内模式
（ 1） 用户级 用户使用的数据库对应于外部模
式, 它是用户与数据库的接口, 也就是用户能够
看到的那部分数据库, 它是数据库的一个子集 。
（ 2） 概念级 概念数据库对应于概念模式, 简
称模式, 是对整个数据库的逻辑描述, 也就是数
据库管理员看到的数据库 。
（ 3） 物理级 物理数据库对应于内模式, 又称
为存贮模式, 内模式描述的是数据在存贮介质上
的物理配置与组织, 是存放数据的实体, 也是系
统程序员才能看到的数据库 。
数据库管理系统是处理数据
库存取和各种管理控制的软件，
应用程序对数据库的操作全部通
过 DBMS进行。
数据库管理系统
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
提供书写各种模式的语
言及其支撑软件，并把
各种定义信息也存贮于
系统之中。它勾画出数
据库的框架。
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
应用数据装入数据库
a)键盘输入；
b)接受另一个系 统
的数据文件
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
运行控制
数据存取、更新
数据完整性、有效性
数据公享
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
重新定义
数据重新组织
性能监督与分析
数据库整理
故障恢复
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
操作系统接口处理
各种语言接口
远程操做接口处理
DBMS组成
语言处理程序
运行控制程序
建立与维护程序
数据描述语言（ DDL）
数据操作语言（ DML）
终端命令解译
系统控制
数据存取
数据更新
并发控制
数据完整性
数据装入
性能监控
工作日志
重新组织
数据转储
系统恢复
SQL语言：
数据查询
Data Query
数据定义
Data Definition
数据操纵
Data Manipulation
数据控制
Data Control
OS
DBMS
应用程序
工作区
系统缓冲区
数据库
应用程序的
外部模型
模式
存储模式
(6)
(3)
应用程序对数据库的访问
数据库管理员
1,决定数据库的信息内容
2,数据库系统的联络员
3,决定存储结构和访问策略
4,决定系统的保护策略
5,监督系统工作
第二节 传统数据库模型
1,关系模型
2,层次模型
3,网状模型
属性
实体 A1 A2 A3 … An
E1 V11 V21 V31 … Vn1
E2 V12 V22 V32 … Vn2
E3 V13 V23 V33 … Vn3
Em V1m V2m V3m … Vnm
…… … … ……
关系模型是一种数学化的模型, 它是将数据
的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表 。 实体
本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表,
在数学上把这种二维表叫做, 关系, 。 这些关系
表的集合就构成了关系模型 。
关系模型主要优点是：数据结构灵活, 清晰,
可以通过数学运算进行各种查询, 计算和修改；
数据描述具有较强的一致性和独立性 。 缺点时当
关系很复杂时, 计算机需要执行一系列的数据操
作, 比较费时 。
关系模型
1 2 2 3 3 4 4 1
a b c d
3 4 3 5 5 4
c e f
Ⅰ Ⅱ
M
层
次
模
型
结
构
a
d
c
f
e
b
1
2
4
3
Ⅰ Ⅱ 5
M
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关系,
它把数据按其自然的层次关系组织起来, 以反应数据
之间的隶属关系 。
层次模型的优点是模型层次分明, 结构清晰, 较
容易实现 。 尽管每个记录只有一个双亲, 当从子女查
找双亲, 只有唯一的结果, 但查找比较麻烦, 需要大
量的索引文件, 而且某种属性值可能要重复多次, 导
致数据冗余度增加, 当对层次模型进行修改时, 只有
当新记录有上属记录时才能插入 。 删除一个记录其所
有下属记录也同时被删除 。
层 次 模 型
a b c d
1 2 3 4 5
e f
Ⅰ Ⅱ
M
网状模型结构
a
d
c
f
e
b
1
2
4
3
Ⅰ Ⅱ 5
M
网状模型基本特征是在记录之间没有明确
的主从关系, 任何一个记录可与任意其他多个记
录建立联系, 与层次模型相比较, 大大压缩了数
据的存贮量 。 可以表示实体的多种, 关系更为灵
活, 对确定的数据表示效率高, 冗余小, 表示关
系复杂的地理数据和具有网络特征的地理实体效
果较好 。 但网状结构数据指针比较复杂, 数据更
新较为繁琐 。
网状模型
1,地理空间数据
2,地理空间数据库的数据结构
3,地理空间数据库的内容
4.地理数据库的设计过程
第三节 地理空间数据库
第四节 面向对象数据库系统
? 传统数据库管理地理空间数据的局限性
? 向对象方法中的基本概念
? 向对象方法的数据抽象技术和数据抽象工具
? 面向对象的集合抽象类型
? 面向对象的属性数据模型
? 面向对象数据库系统的实现
传统数据库管理
地理空间数据的局限性
? 传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小
的数字和字符
? 传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体
类型之间通常只有简单、固定的空 间关系
? 传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的原
子数据
? 传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息
面向对象方法中的基本概念
(1)对象与封装性
(2)分类
(3)概括
(4)联合
(5)聚集
面向对象方法的集合抽象类型
空间地物
复杂地物
点状地物 面状地物
节 点
线状地物
弧 段 面 域
简单
地物
1．空间地物的几何数据模型
面向对象方法的集合抽象类型
2．拓扑关系与面向对象模型
这一模型既解决了数据共享问题，又建立了
弧段与节点的拓扑关系。同样，面状地物对
弧段的聚集方式与数据共享和几何拓扑关系
的建立也达到一致。
数据管理设计
? 文件管理
? 系数据库管理
? 文件结合关系数据库管理
? 面向对象数据库管理
附加,地理空间数据
与空间位置有关的各种地理信息，或者是可以用
地图来描述的各种地理信息。
1,位置信息
2,资源与环境信息
3,社会经济信息
地理空间数据库的数据结构
点
记
录
文
件
结
构
格
网
结
构
多
边
形
结
构
拓
扑
结
构
由于地理空间数据的多源性，就决定了地理空间数据库
的多样性。地理信息数据来自完全不同的领域和部门，数据
的形式有图形、图像、文字、统计等多种类别。目前地理空
间数据库包括如下几种“分立”的子数据库。
以 DTM、环境监测数据为代表的网格数据库。
以地形内容为代表的地理基础数据库。
以统计数据为代表的专题数据库。
以遥感图像数据为代表的栅格数据库。
地理空间数据库的内容
地理数据库的设计过程
定义数据库结构
了解用户需求
确定研究区域范围
组织和描述数据
分区
数据输入
1,定义：描述数据库中各种数据属性与组成的数据
集合, 它是数据库设计与管理的有力工具 。
简言之,关于数据的数据
2,数据字典的主要内容：
数据项 （ 数据项名, 含义, 类型, 长度, 取值等 ）
数据结构 （ 数据结构名, 组成成分, 等 ）
数据流 （ 数据流名, 流入流出过程名, 组成等 ）
数据存储 （ 存储名, 数据量, 存取方式, 操作方式 ）
加工过程 （ 加工过程名, 加工的简要说明 ）
数据字典 (数据目录、元数据 )（ MetaData ）
? 学习目标：
? 掌握数据的层次单位
? 了解数据间的逻辑关系
? 了解常用的数据文件
? 了解数据库的基本概念
? 了解数据库的特点和结构
? 理解数据库管理系统、数据安全和数据更新
? 理解传统数据库模型
重点,数据库模型的分类和特点
难点,面向对象的数据库模型
第三章 GIS数据管理
? 数据层次与文件组织
? 空间数据库
? 传统数据库模型
? 面向对象数据库系统
? 数据管理设计
第一节 数据层次与文件组织
? 数据层次（数据项、记录、文件、数据库）
? 数据间的逻辑联系（一对一、一对多、多对多）
? 用数据文件（顺序、直接、索引、到排文件）
文件
记录
数据项
数据项组逻辑数据单位之间的关系
物理单位,
位 (比特 )、字节、字、块 (物理记录 )、桶和卷
逻辑单位,
数据项、数据项组、记录、文件和数据库
一、数据的层次单位
数据项
数据项组
记录
文件
数据库
最基本的不可分割的数据单
位,具有独立的逻辑意义
逻辑上具有某种共同标志
的若干数据项组成的
数据项或数据项组集合,对文件
进行存取操作的基本单位
给定类型逻辑记录的全部具
体值的集合
文件的集合，文件之间存在某种联系，
不能孤立存在
二、常用数据文件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
它是物
理顺序
与逻辑
顺序一
致的文
件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
文件中的贮存是根
据记录关键字的值，
通过某种转换方法
得到一个物理存贮
位置，然后把记录
存贮在该位置上。
二、常用数据文件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
即带有索
引的文件，
它只能建
立在随机
存取介质
上。
二、常用数据文件
顺
序
文
件
随
机
文
件
索
引
文
件
倒
排
文
件
按照一些辅关键
字来组织索引称
为辅索引，带有
这种辅索引的文
件称为倒排文件。
二、常用数据文件
第二节 空间数据库
数据
存储
数
据
库
数据
管理
程序库
(数据库软件 )
原始信息
数据库
二、数据库分类
事物管理数据库
地理信息数据库
存
储
信
息
特
征
概念模型
物理数据库
外部模型 A 外部模型 B
用户 A1 用户 A1 用户 B1 用户 B1
数据库
管理系统
外部 /概念映射 A 外部 /概念映射 B
概念 /内部映射
数
据
库
的
系
统
结
构
外部模式 外部模式
概念模式
内模式
（ 1） 用户级 用户使用的数据库对应于外部模
式, 它是用户与数据库的接口, 也就是用户能够
看到的那部分数据库, 它是数据库的一个子集 。
（ 2） 概念级 概念数据库对应于概念模式, 简
称模式, 是对整个数据库的逻辑描述, 也就是数
据库管理员看到的数据库 。
（ 3） 物理级 物理数据库对应于内模式, 又称
为存贮模式, 内模式描述的是数据在存贮介质上
的物理配置与组织, 是存放数据的实体, 也是系
统程序员才能看到的数据库 。
数据库管理系统是处理数据
库存取和各种管理控制的软件，
应用程序对数据库的操作全部通
过 DBMS进行。
数据库管理系统
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
提供书写各种模式的语
言及其支撑软件，并把
各种定义信息也存贮于
系统之中。它勾画出数
据库的框架。
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
应用数据装入数据库
a)键盘输入；
b)接受另一个系 统
的数据文件
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
运行控制
数据存取、更新
数据完整性、有效性
数据公享
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
重新定义
数据重新组织
性能监督与分析
数据库整理
故障恢复
数据库管理系统
数
据
库
定
义
数
据
库
的
装
入
数
据
管
理
数
据
库
维
护
数
据
库
通
讯
操作系统接口处理
各种语言接口
远程操做接口处理
DBMS组成
语言处理程序
运行控制程序
建立与维护程序
数据描述语言（ DDL）
数据操作语言（ DML）
终端命令解译
系统控制
数据存取
数据更新
并发控制
数据完整性
数据装入
性能监控
工作日志
重新组织
数据转储
系统恢复
SQL语言：
数据查询
Data Query
数据定义
Data Definition
数据操纵
Data Manipulation
数据控制
Data Control
OS
DBMS
应用程序
工作区
系统缓冲区
数据库
应用程序的
外部模型
模式
存储模式
(6)
(3)
应用程序对数据库的访问
数据库管理员
1,决定数据库的信息内容
2,数据库系统的联络员
3,决定存储结构和访问策略
4,决定系统的保护策略
5,监督系统工作
第二节 传统数据库模型
1,关系模型
2,层次模型
3,网状模型
属性
实体 A1 A2 A3 … An
E1 V11 V21 V31 … Vn1
E2 V12 V22 V32 … Vn2
E3 V13 V23 V33 … Vn3
Em V1m V2m V3m … Vnm
…… … … ……
关系模型是一种数学化的模型, 它是将数据
的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表 。 实体
本身的信息以及实体之间的联系均表现为二维表,
在数学上把这种二维表叫做, 关系, 。 这些关系
表的集合就构成了关系模型 。
关系模型主要优点是：数据结构灵活, 清晰,
可以通过数学运算进行各种查询, 计算和修改；
数据描述具有较强的一致性和独立性 。 缺点时当
关系很复杂时, 计算机需要执行一系列的数据操
作, 比较费时 。
关系模型
1 2 2 3 3 4 4 1
a b c d
3 4 3 5 5 4
c e f
Ⅰ Ⅱ
M
层
次
模
型
结
构
a
d
c
f
e
b
1
2
4
3
Ⅰ Ⅱ 5
M
层次层次模型所表达的基本联系是一对多的关系,
它把数据按其自然的层次关系组织起来, 以反应数据
之间的隶属关系 。
层次模型的优点是模型层次分明, 结构清晰, 较
容易实现 。 尽管每个记录只有一个双亲, 当从子女查
找双亲, 只有唯一的结果, 但查找比较麻烦, 需要大
量的索引文件, 而且某种属性值可能要重复多次, 导
致数据冗余度增加, 当对层次模型进行修改时, 只有
当新记录有上属记录时才能插入 。 删除一个记录其所
有下属记录也同时被删除 。
层 次 模 型
a b c d
1 2 3 4 5
e f
Ⅰ Ⅱ
M
网状模型结构
a
d
c
f
e
b
1
2
4
3
Ⅰ Ⅱ 5
M
网状模型基本特征是在记录之间没有明确
的主从关系, 任何一个记录可与任意其他多个记
录建立联系, 与层次模型相比较, 大大压缩了数
据的存贮量 。 可以表示实体的多种, 关系更为灵
活, 对确定的数据表示效率高, 冗余小, 表示关
系复杂的地理数据和具有网络特征的地理实体效
果较好 。 但网状结构数据指针比较复杂, 数据更
新较为繁琐 。
网状模型
1,地理空间数据
2,地理空间数据库的数据结构
3,地理空间数据库的内容
4.地理数据库的设计过程
第三节 地理空间数据库
第四节 面向对象数据库系统
? 传统数据库管理地理空间数据的局限性
? 向对象方法中的基本概念
? 向对象方法的数据抽象技术和数据抽象工具
? 面向对象的集合抽象类型
? 面向对象的属性数据模型
? 面向对象数据库系统的实现
传统数据库管理
地理空间数据的局限性
? 传统数据库系统管理的是不连续的、相关性较小
的数字和字符
? 传统数据库系统管理的实体类型较少，并且实体
类型之间通常只有简单、固定的空 间关系
? 传统数据库系统存贮的数据通常为等长记录的原
子数据
? 传统数据库系统只操纵和查询文字和数字信息
面向对象方法中的基本概念
(1)对象与封装性
(2)分类
(3)概括
(4)联合
(5)聚集
面向对象方法的集合抽象类型
空间地物
复杂地物
点状地物 面状地物
节 点
线状地物
弧 段 面 域
简单
地物
1．空间地物的几何数据模型
面向对象方法的集合抽象类型
2．拓扑关系与面向对象模型
这一模型既解决了数据共享问题，又建立了
弧段与节点的拓扑关系。同样，面状地物对
弧段的聚集方式与数据共享和几何拓扑关系
的建立也达到一致。
数据管理设计
? 文件管理
? 系数据库管理
? 文件结合关系数据库管理
? 面向对象数据库管理
附加,地理空间数据
与空间位置有关的各种地理信息，或者是可以用
地图来描述的各种地理信息。
1,位置信息
2,资源与环境信息
3,社会经济信息
地理空间数据库的数据结构
点
记
录
文
件
结
构
格
网
结
构
多
边
形
结
构
拓
扑
结
构
由于地理空间数据的多源性，就决定了地理空间数据库
的多样性。地理信息数据来自完全不同的领域和部门，数据
的形式有图形、图像、文字、统计等多种类别。目前地理空
间数据库包括如下几种“分立”的子数据库。
以 DTM、环境监测数据为代表的网格数据库。
以地形内容为代表的地理基础数据库。
以统计数据为代表的专题数据库。
以遥感图像数据为代表的栅格数据库。
地理空间数据库的内容
地理数据库的设计过程
定义数据库结构
了解用户需求
确定研究区域范围
组织和描述数据
分区
数据输入
1,定义：描述数据库中各种数据属性与组成的数据
集合, 它是数据库设计与管理的有力工具 。
简言之,关于数据的数据
2,数据字典的主要内容：
数据项 （ 数据项名, 含义, 类型, 长度, 取值等 ）
数据结构 （ 数据结构名, 组成成分, 等 ）
数据流 （ 数据流名, 流入流出过程名, 组成等 ）
数据存储 （ 存储名, 数据量, 存取方式, 操作方式 ）
加工过程 （ 加工过程名, 加工的简要说明 ）
数据字典 (数据目录、元数据 )（ MetaData ）
