第6章数据库管理系统.ppt
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1、地图数据库原理与技术,2,第六章,地图数据库管理系统及其设计,3,几个相关概念,数据库:数据的集合。由DBMS统一管理,多用户共享。数据库管理系统DBMS:系统软件,对数据库进行统一管理和控制。数据库系统:带有数据库的整个计算机系统,包括硬件、软件、数据、人员。,4,地图数据库管理系统是用户与操作系统之间的一层数据管理软件。因为地图数据作为空间数据,比一般信息处理中的统计数据更复杂,如:数据类型繁多、数据操纵复杂、数据输出形式的多样性、数据量大等,因此就导致了地图数据库系统的复杂性。而且地图数据库作为一种图形数据库,它的管理比通常的非图形数据库要困难得多,人们在利用通用数据库管理系统管理地图数
2、据的过程中也遇到和发现了许多问题。因此,对地图数据库管理系统的研究,具有某种程度的重要意义。,地图数据库管理系统的作用,5,主要内容:,GDBMS软件功能GDBMS软件体系结构 基于文件系统的GDBMS设计与实现基于通用DBMS的GDBMS设计与实现GDBMS在关系数据库中的实现,6,6.1 GDBMS的软件功能,一、地图数据定义二、地图数据采集与数据装载三、地图数据编辑与处理四、数据处理与空间关系建立五、地图数据检索与查询,7,6.1 GDBMS的软件功能,六、地图数据操纵七、地图数据输出与符号化八、数据维护九、数据的运行管理,8,6.1 GDBMS的软件功能,地图数据库,地图数据采集,地图
3、数据编辑与处理,数据处理与空间关系建立,数据检索查询,数据库操纵,数据输出与符号化,外部数据文件装载,地图数据定义,数据维护,数据运行管理,数据库管理系统(GDBMS),9,一、地图数据定义功能 地图数据库管理系统提供数据定义语言,用户通过它可以方便地定义数据。二、地图数据采集和数据装载 采用不同设备和技术,对各种来源的地图数据进行采集,并对数据实施编辑检查,获取原始的地图数据。,6.1 GDBMS的软件功能,10,利用扫描数字化地图进行空间数据自动或半自动采集;利用遥感影象提取空间数据来更新数据库;在显示扫描数字化地图和遥感影象的条件下利用地理数据编辑与处理功能以人机交互方式采集空间数据,同
4、时录入必要的属性数据;装载其它外部数据交换格式文件的地图数据。,地图数据装载的功能:,6.1 GDBMS的软件功能,11,扫描地图,遥感影象,拓扑建立,图象配准,地图数据库,矢量数据自动提取,属性数据输入,有关控制点数据,外部数据文件,数据装载,以图象为背景手工采集,中心投影改正,地图数据输入与装载流程,6.1 GDBMS的软件功能,12,通常,一个大型的和长期使用的系统,其地图数据采集和数据装载功能应该能够接收和装载其它常用系统和标准的外部地图数据文件,如地理数据交换格式文件、军事测绘数据库数据交换标准格式文件、AutoCAD DXF和MapInfo数据交换格式等地图数据文件。,6.1 GD
5、BMS的软件功能,13,在地图数据可视化(符号化或非符号化)条件下,以人机交互方式对地图数据(包括空间数据、属性数据和注记)进行编辑和处理,复合要素和简单要素之间的空间关系建立,对输入和装载的数据进行错误检查和处理,确定各种类型目标的符号属性。,三、地图数据编辑与处理,6.1 GDBMS的软件功能,14,地理数据库,数据块选择,图象数据,可编辑地理要素层,几何数据增加、移动、删除和修改,地理属性连接,简单要属建立,语义关系建立,图象配准,控制点,拓扑维护,复合要素,数据块之间拓扑建立,Leve 0,Leve 1,Leve 2,地理数据编辑与处理流程图,6.1 GDBMS的软件功能,15,地图数
6、据显示控制空间数据编辑 属性数据编辑 对输入和装载的数据进行错误检查和处理 确定点、线、面目标的拓扑关系 复合要素 确定数据块之间的拓扑关系,空间数据编辑的内容:,6.1 GDBMS的软件功能,16,四、数据处理和空间关系建立 这是一系列工具软件的集合,包括地图投影变换、几何量算、数据裁剪和拼接、空间关系建立等,按用户要求重新组织数据,便于应用。对输入和编辑后的点、线、面空间数据进行拓扑关系处理和生成,自动或半自动构面。建立数据块与数据块之间邻接相关关系。,6.1 GDBMS的软件功能,17,地理数据库,待拓扑地理要素层,提取待拓扑的链,建立链号与地址的索引文件,结点和链拓扑自动构建,点、链、
7、面目标自动匹配,拓扑关系处理流程图,6.1 GDBMS的软件功能,18,五、地图数据的检索和数据查询 通过地图数据查询功能实现对空间和属性数据的空间查询。检索,就是从地图数据库的全体数据集合中按照检索条件迅速查找出用户所需要的部分内容。地图数据库适用性的好坏,在很大程度上与检索手段的多样性、适应性及检索速度的快慢有关。,6.1 GDBMS的软件功能,19,数据查询与检索流程图,6.1 GDBMS的软件功能,20,定性检索:也称标题检索。它是按地物的属性代码从数据库中提取数据。定位检索:也称开窗检索。它是按指定的矩形范围提取范围内全部目标的数据。识别号检索:当物体的识别号为已知时,使用物体的识别
8、号检索十分方便,且检索效率提高。,地图数据库一般应具有如下检索功能:,6.1 GDBMS的软件功能,21,拓扑检索:它是将目标划分为弧段和节点,给定弧段或节点检索出一批与给定元素相关联或者相邻接的元素。组合检索:将地图数据库中空间数据按其属性、位置和空间关系的进行单项查询或多项组合查询。组合检索的应用,使用户从数据库中提取数据的灵活性得到大大提高。分析检索:用于实现对地理网络的基于网络拓扑关系的空间分析,最优路径分析。,6.1 GDBMS的软件功能,22,六、地图数据操纵功能 地图数据库管理系统提供图形编辑界面,用户通过该界面可以实现对数据库的基本操作,包括:查询、插入、删除和修改等。图形编辑
9、是适合空间数据特点的数据编辑方式,不仅要编辑地图要素的几何位置,而且还要编辑要素的描述信息以及要素之间的空间关系。,6.1 GDBMS的软件功能,23,地图数据库数据操纵流程,6.1 GDBMS的软件功能,24,数据区管理,6.1 GDBMS的软件功能,包括新建数据区(对数据区进行定义,一个数据区对应一个数据库文件)打开数据区、要素层定义、要素层控制(包括层删除、层排序、设置层图形缩放时视野范围、设置可视和可编辑标志等)要素层维护(对一要素层的点、线、面数据结构进行增、删、改),25,数据选择与查询,6.1 GDBMS的软件功能,通过可视化的空间数据和属性数据选择地理目标。其选择方式有:不同要
10、素层中单目标选择、同一要素层中多目标选择(包括单选、圆形选择、矩形选择和多边形选择)。通过给定的条件进行选择和查询(SQL查询),选择和查询结果形成一个新的要素层,它可以是被选择要素层的一个映射,并非物理存在的要素层,提供给某些分析功能使用。也可以存储为一个物理要素层。,26,数据库安全与维护,6.1 GDBMS的软件功能,包括数据安全访问控制、数据库备份、恢复与容错处理。,27,提供按规范规定的数据交换标准格式;按用户要求符号化处理输出到图形输出设备上。可进行电子地图全符号化显示。提供对点符、线符、面符进行设计的软件工具。按照某种地图投影和地图数学基础屏幕地图显示或输出到绘图机、胶片输出机上
11、等。,6.1 GDBMS的软件功能,七、数据输出与符号化,28,地图数据库,地图投影与变换,地图符号库,地图显示,数据块,6.1 GDBMS的软件功能,地图输出生成流程图,29,包括地图数据库的转储、恢复功能,数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能通常是由一些使用程序完成的。空间数据库的重组织、重构造和系统的安全性与完整性控制等,是重要的维护方法。,6.1 GDBMS的软件功能,八、数据维护功能,30,地图数据库在长期的运行过程中,经常需要对数据记录进行插入、修改和删除操作,这就会降低存储效率,浪费存储空间,从而影响地图数据库系统的性能。重组指在不改变地图数据库原来的逻辑结构和物理
12、结构的前提下,改变数据的存储位置,将数据予以重新组织和存放。DBMS一般都提供数据库重组的应用程序。因地图数据库重组要占用系统资源,故重组工作不能频繁进行。,6.1 GDBMS的软件功能,地图数据库的重组织,31,应用环境和用户需求改变时,需要对原来的系统进行修正和扩充,因此需要部分地改变原来地图数据库的逻辑结构和物理结构。重构指局部改变地图数据库的逻辑结构和物理结构。通过改写其概念模式的存储模式进行。地图数据库的重构,对延长应用系统的使用寿命非常重要,但只能对其逻辑结构和物理结构进行局部修改和扩充,如果修改和扩充的内容太多,就要考虑开发新的应用系统。,6.1 GDBMS的软件功能,地图数据库
13、的重构造,32,地图数据库的完整性,指数据的正确性、有效性和一致性,主要由后映象日志来完成,它是一个备份程序,当发生系统或介质故障时,利用它对数据库进行恢复。安全性指对数据的保护,主要通过权限授予、审计跟踪,以及数据的卸出和装入来实现。,6.1 GDBMS的软件功能,地图数据库的完整性、安全性控制,33,是地图数据库管理系统的核心技术模块,即按地图数据模型,设计数据结构,在结构化数据基础上对地图数据进行存储和检索,包括并发控制,安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库内部维护(如索引、数据字典的自动维护)等。所有对地图数据库的操作都要在这些控制程序的统一管理下进行,以保证数据的安全性、完
14、整性以及多用户对数据库的并发使用。,6.1 GDBMS的软件功能,九、地图数据的运行管理,34,6.2 GDBMS软件体系结构,一、单机二、客户/服务器体系结构 三、多服务器/客户机结构,35,6.2 GDBMS软件体系结构,单机,其用户GUI(graphical user interface)、事务处理、地理数据存储都在同一台机器上完成,用户界面层、GDB服务层(服务器)、地理数据存储层(数据库)3层融合在一起。,一、单机,36,二、客户/服务器体系结构,一部分是一个基于客户机(Client)的单机平台,提供单数据区管理,所有的管理和查询分析等应用都在此基础上进行。另一部分作为地图数据库服务
15、器(Server)提供对多数据区管理,并作为客户机平台的数据源。客户机平台利用GDAO(地图数据库存储对象)与地图数据库服务器联接,查询获得的地理数据可作为客户机平台当前数据区中一个或若干要素层直接进行空间分析。客户机平台也可利用ODBC与大型商业数据库服务器进行数据连接。,6.2 GDBMS软件体系结构,37,数据采集,数据编辑处理,查询检索,地图数据库管理系统,平台地图数据库,ODBC,GDAO,Oracle,SQL Server,地图数据库服务器,图形显示,拓扑关系处理,客户机(Client),服务器(Server),GDBMS软件体系结构,6.2 GDBMS软件体系结构,38,地图数据
16、库服务器的地图数据模型与客户机平台基本相同,所不同之处是客户机平台是单数据区管理,而地图数据库服务器对多数据区地理数据进行管理。,6.2 GDBMS软件体系结构,39,这种结构分为三层:第一层为用户界面层(GUI:GDB User InterFace);第二层为GDB服务层(服务器);第三层为地图数据存储层(数据库)。上面3层完全分离。,三、多服务器/客户机体系结构,6.2 GDBMS软件体系结构,40,6.2 GDBMS软件体系结构,41,地理数据库系统体系结构类型,6.2 GDBMS软件体系结构,42,6.3 基于文件系统的GDBMS设计与实现,一、开发步骤二、实现模型三、系统特点,43,
17、6.3基于文件系统的GDBMS设计与实现,制图数据,地图数据库管理系统体系结构,地理数据库,遥感影象,2地理数据输入,外部数据,扫描地图,3数据编辑处理,地理目标数据(关系表),地理目标数据(对象),5数据检索查询,7地图符号显示,地理数据库管理系统,ODBC或DAO数据源,地理数据交换文件,4数据处理关系建立,6数据操纵,外部数据文件,数据装载,8数据维护,9数据运行管理,1地理数据定义,44,计算机提供了操作系统支持下的文件系统,为用户提供了简便统一的存取和管理数据的方法,用户可以在此基础上建立自己的逻辑文件。地图数据量大,一般按内容分为多个文件,每个文件都可以用相同的或不同的逻辑文件形式
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