PAGE27PAGE86第四章空間數(shù)據(jù)管理學(xué)習(xí)目標(biāo) ·了解數(shù)據(jù)的層次單位、常用的數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系·掌握數(shù)據(jù)庫的基本概念、特點(diǎn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)·了解數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本功能·了解數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)安全的含義·理解傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型，說明它們之間的關(guān)系·說明傳統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)庫的局限性，掌握面向?qū)ο蠓椒ㄖ械幕靖拍睢ふ莆彰嫦驅(qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋秃蛯傩詳?shù)據(jù)模型·了解數(shù)據(jù)管理的方法和類型第一節(jié)數(shù)據(jù)的層次與文件組織數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的具體表達(dá)形式。為了表達(dá)有意義的信息內(nèi)容，數(shù)據(jù)必須按照一定的方式進(jìn)行組織和存貯。一、數(shù)據(jù)的層次單位數(shù)據(jù)的層次單位有兩類：邏輯單位和物理單位。邏輯單位是從應(yīng)用的角度來觀察數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)與其所描述的對(duì)象之間的關(guān)系來劃分?jǐn)?shù)據(jù)層次。邏輯數(shù)據(jù)單位的層次有：數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)項(xiàng)組、記錄、文件和數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)的物理單位是指數(shù)據(jù)在存貯介質(zhì)上的存貯單位。屬于物理數(shù)據(jù)單位的層次是：位（比特）、字節(jié)、字、塊（物理結(jié)構(gòu)）、桶和卷。這里主要說明數(shù)據(jù)的邏輯層次單位的含義及使用問題。1.數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)是定義數(shù)據(jù)的最小單位，也叫元素、字段等。是用來表示物體的屬性的，是最基本的不可分割的數(shù)據(jù)單位，它具有獨(dú)立的邏輯意義，因而是一種能被系統(tǒng)存貯、檢索和處理的最小數(shù)據(jù)單位，如一個(gè)代碼、一對(duì)坐標(biāo)等。每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都有一個(gè)名稱，叫做數(shù)據(jù)項(xiàng)名，用以說明該數(shù)據(jù)的含義。數(shù)據(jù)項(xiàng)的值可以是數(shù)值的、字母的、字母數(shù)字的以及漢字形式的等。數(shù)據(jù)項(xiàng)的物理特點(diǎn)在于它具有確定的物理長度，一般用字節(jié)數(shù)目來表示。字節(jié)是存貯器可定位（或地址）的最小單位。若干個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，字是計(jì)算機(jī)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的基本單位。幾個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)可以組合構(gòu)成數(shù)據(jù)項(xiàng)組，例如日期的數(shù)據(jù)項(xiàng)組可由數(shù)據(jù)項(xiàng)“年”、“月”、“日”組成。數(shù)據(jù)項(xiàng)組也可有自己的名字，可以作為一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)看待。2.記錄記錄是數(shù)據(jù)項(xiàng)的被命名的集合。它是關(guān)于一個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)的總和，是一個(gè)有意義的信息集合，并作為對(duì)文件進(jìn)行存取操作的基本單位。為了惟一標(biāo)識(shí)每一個(gè)記錄，就必須有記錄標(biāo)識(shí)，也叫關(guān)鍵字。記錄標(biāo)識(shí)符一般由記錄中的第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)擔(dān)任，惟一標(biāo)識(shí)記錄的關(guān)鍵字稱主關(guān)鍵字，其標(biāo)識(shí)記錄的關(guān)鍵字稱為輔關(guān)鍵字。3.文件文件是一個(gè)給定類型邏輯記錄的全部具體值的集合。文件用文件名稱標(biāo)識(shí)。在簡單文件中，每個(gè)邏輯記錄包含相同數(shù)目的數(shù)據(jù)項(xiàng)；在復(fù)雜文件中，由于重復(fù)組的存在，每個(gè)記錄包含不同數(shù)目的數(shù)據(jù)項(xiàng)。如圖4-1所示，表示了數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)項(xiàng)組、記錄和文件之間的相互關(guān)系。數(shù)據(jù)項(xiàng)組記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)文件數(shù)據(jù)項(xiàng)組記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)圖4-1邏輯數(shù)據(jù)單位之間的關(guān)系4.數(shù)據(jù)庫它是比文件更大的數(shù)據(jù)組織，是具有特定聯(lián)系的多種類型記錄的集合。數(shù)據(jù)庫內(nèi)部構(gòu)造是文件的集合，這些文件之間存在某種聯(lián)系，不能孤立存在。二、數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系主要是指記錄與記錄之間的聯(lián)系。記錄是表示現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體的。實(shí)體之間存在著一種或多種聯(lián)系，這樣的聯(lián)系必然要反映到記錄之間的聯(lián)系上來。數(shù)據(jù)之間的邏輯聯(lián)系主要有三種：1.一對(duì)一的聯(lián)系（1：1）一對(duì)一的聯(lián)系簡記為1：1，如圖4-2所示，這是比較簡單的一種聯(lián)系方式，是指在集合A中存在一個(gè)元素αi，則在集合B中就有一個(gè)且僅有一個(gè)bj與之聯(lián)系。在1:1的聯(lián)系中，一個(gè)集合中的元素可以標(biāo)識(shí)另一個(gè)集合中的元素。例如，地理名稱與對(duì)應(yīng)的空間位置之間的關(guān)系就是一種一對(duì)一的聯(lián)系。BBAABBABA4-2一對(duì)一的聯(lián)系圖2.一對(duì)多的聯(lián)系（1：N）現(xiàn)實(shí)生活中以一對(duì)多的聯(lián)系較多常見。如圖4-3所示，這種聯(lián)系可以表達(dá)為：在集合A中存在一個(gè)αi，則在集合B中存在一個(gè)子集B’＝（bj1,bj2,...,bjn）與之聯(lián)系。通常，B’是B的一個(gè)子集。行政區(qū)劃就具有一對(duì)多的聯(lián)系，一個(gè)省對(duì)應(yīng)多個(gè)市，一個(gè)市對(duì)應(yīng)多個(gè)縣，一個(gè)縣又有多個(gè)鄉(xiāng)。ABABBBA圖4-3一對(duì)多的聯(lián)系3.多對(duì)多的聯(lián)系（M:N）這是現(xiàn)實(shí)中最復(fù)雜的聯(lián)系（如圖3－4所示），即對(duì)于集合A中的一個(gè)元素αi，在集合B中就存在一個(gè)子集B’＝（bj1,bj2,...,bjn）與之相聯(lián)系。反過來，對(duì)于B集合中的一個(gè)元素Bj在集合A中就有一個(gè)集合A’=(αi1,αi2,αi3,...αim)與之相聯(lián)系。M：N的聯(lián)系，在數(shù)據(jù)庫中往往不能直接表示出來，而必須經(jīng)過某種變換，使其分解成兩個(gè)1：N的聯(lián)系來處理。地理實(shí)體中的多對(duì)多聯(lián)系是很多的，例如土壤類型與種植的作物之間有多對(duì)多聯(lián)系，同一種土壤類型可以種不同的作物，同一種作物又可種植在不同的土壤類型上。ABABAAB圖4-4多對(duì)多的聯(lián)系圖4-4多對(duì)多的聯(lián)系三、常用數(shù)據(jù)文件地理信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用與文件關(guān)系十分密切，文件系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部構(gòu)造看，還是文件的集合。對(duì)數(shù)據(jù)庫的各種操作最終是對(duì)文件執(zhí)行相應(yīng)的操作。文件是地理信息系統(tǒng)物理存在的基本單位，所有系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫包括文件目錄都是以文件方式存貯和管理的，對(duì)地理信息系統(tǒng)功能的調(diào)用，對(duì)空間數(shù)據(jù)的檢索、插入、刪除、修改、訪問，最終都是轉(zhuǎn)換為對(duì)于物理文件的相應(yīng)操作，由訪問程序付諸實(shí)現(xiàn)，文件組織是地理信息系統(tǒng)的物理形式。文件組織主要指數(shù)據(jù)記錄在外存設(shè)備上的組織，由操作系統(tǒng)進(jìn)行管理，具體解決在外存設(shè)備上如何安排數(shù)據(jù)和組織數(shù)據(jù)，以及實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)的訪問方式等問題。下面僅把常用的數(shù)據(jù)文件組織形式作簡單的介紹。1.順序文件順序文件是最簡單的文件組織形式。它是物理順序與邏輯順序一致的文件。順序文件的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，連續(xù)存取速度快。缺點(diǎn)是不便于插入、刪除和修改，不便于查找某一特定記錄。為了防止從頭到尾查找記錄，提高查找效率通常用分塊查找和折半查找。2.隨機(jī)文件隨機(jī)文件也稱直接文件或散列文件。隨機(jī)文件中的存貯是根據(jù)記錄關(guān)鍵字的值，通過某種轉(zhuǎn)換方法得到一個(gè)物理存貯位置，然后把記錄存貯在該位置上。查找時(shí)，通過同樣的轉(zhuǎn)換方法，可直接得到所需要的記錄。隨機(jī)文件的優(yōu)點(diǎn)是存取速度快并能節(jié)省存貯空間，檢索、修改、插入方便，檢索時(shí)間與文件大小無關(guān)；缺點(diǎn)是溢出處理技術(shù)比較復(fù)雜，要求等長記錄，只能通過記錄的關(guān)鍵字尋址。3.索引文件帶有索引表的文件稱為索引文件。索引文件的特點(diǎn)是，除了存貯記錄本身（主文件）外，還建立了索引表，索引表中列出記錄關(guān)鍵字和記錄在文件中的位置（地址）。讀取記錄時(shí)，只要提供記錄的關(guān)鍵字值，系統(tǒng)通過查找索引表獲得記錄的位置，然后取出該記錄。索引表通常按主關(guān)鍵字排序。索引文件在存儲(chǔ)器上分為兩個(gè)區(qū)，即索引區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。索引區(qū)存放索引表；數(shù)據(jù)區(qū)存放主文件。建立索引表的目的是提高查詢速度。索引文件只能建在隨機(jī)存取介質(zhì)上，如磁盤等。索引文件既可以是有序的，也可以是非順序的，可以是單級(jí)索引，也可以是多級(jí)索引。多級(jí)索引可以提高查找速度，但占用的存貯空間較大。4.倒排文件在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢中，常常要利用主關(guān)鍵字以外的屬性（輔關(guān)鍵字）進(jìn)行檢索，而索引文件是按照記錄的主關(guān)鍵字來構(gòu)造索引的，所以叫主索引。若按照一些輔關(guān)鍵字來組織索引，則稱為輔索引，帶有這種輔索引的文件稱為倒排文件。它是索引文件的延伸，之所以叫倒排文件，主要是因?yàn)樵诮⑦@種輔索引表時(shí)依據(jù)的是輔關(guān)鍵字，而被標(biāo)識(shí)的卻是一系列主關(guān)鍵字。倒排文件是一種多關(guān)鍵字的索引文件，索引不能惟一標(biāo)識(shí)記錄，往往同一索引指向若干記錄。因而，索引往往帶有一個(gè)指針表，指向所有該索引標(biāo)識(shí)的記錄，通過主關(guān)鍵字才能查到記錄的位置。第二節(jié)空間數(shù)據(jù)庫一、數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)庫是隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展而興起的一門新學(xué)科。通俗的講，數(shù)據(jù)庫是以一定的組織形式存貯在一起的互相有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合。但這種數(shù)據(jù)集合不是數(shù)據(jù)的簡單相加，而是對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新組織，最大限度的減少數(shù)據(jù)冗余，增強(qiáng)數(shù)據(jù)間關(guān)系的描述，使數(shù)據(jù)資源能以多種方式為盡可能多的用戶提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源共享。隨著數(shù)據(jù)信息資源的多用戶服務(wù)，以及用戶對(duì)信息數(shù)據(jù)多種方式（如檢索、分類、排序等）訪問的需求，人們又研制了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（管理和控制程序軟件）。由上述可知，數(shù)據(jù)庫是由兩個(gè)最基本的部分所組成：一是原始信息數(shù)據(jù)庫，即描述全部原始要素信息的原始數(shù)據(jù)，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)加工處理的對(duì)象；二是程序庫，即數(shù)據(jù)庫軟件，它存放著管理和控制數(shù)據(jù)的各種程序，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)加工處理的手段。當(dāng)然，除了上述兩個(gè)基本組成部分以外，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還需要配備相應(yīng)的硬設(shè)備，如有很強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器、大容量的內(nèi)存和外存以及根據(jù)不同用途配置的其他外部設(shè)備等。二、數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)與文件管理相比，空間數(shù)據(jù)庫有如下特點(diǎn)：1.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理和共享數(shù)據(jù)庫是以一定的組織形式集中控制和管理有關(guān)數(shù)據(jù)。它增強(qiáng)了數(shù)據(jù)間關(guān)系的描述，克服了文件管理中數(shù)據(jù)分散的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享，提高了數(shù)據(jù)的使用效率。2.減小了數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)庫按照一定的方式對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行重新組織，最大限度地減少了數(shù)據(jù)的冗余，節(jié)省了存儲(chǔ)空間，保證了數(shù)據(jù)的一致性，這是文件管理所無法實(shí)現(xiàn)的。3.數(shù)據(jù)的獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般分為三級(jí)，即用戶級(jí)、概念級(jí)和物理級(jí)。實(shí)現(xiàn)三級(jí)之間的邏輯獨(dú)立和物理獨(dú)立是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求。邏輯獨(dú)立是指當(dāng)概念級(jí)數(shù)據(jù)庫中改變邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)，4.復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型能夠表示現(xiàn)實(shí)世界中各種各樣的數(shù)據(jù)組織以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中控制、減少數(shù)據(jù)冗余的前提和保證。采用數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫方式與文件方式的一個(gè)本質(zhì)差別。數(shù)據(jù)庫常用的數(shù)據(jù)模型有三種：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型和關(guān)系模型。因此，根據(jù)使用的模型，可以把數(shù)據(jù)庫分成：層次型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。5.數(shù)據(jù)保護(hù)特性數(shù)據(jù)保護(hù)對(duì)數(shù)據(jù)庫來說是至關(guān)重要的，一旦數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)遭到破壞就會(huì)影響數(shù)據(jù)庫的功能，甚至使整個(gè)數(shù)據(jù)庫失去作用。數(shù)據(jù)保護(hù)主要包括四個(gè)方面的內(nèi)容：安全性控制、完整性控制、并發(fā)控制、故障的發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)。三、兩種不同類型的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫按照存貯信息的特征可劃分為兩大類：一類是事務(wù)管理數(shù)據(jù)庫，另一類是空間數(shù)據(jù)庫。1.事務(wù)管理數(shù)據(jù)庫每個(gè)企業(yè)和部門都保管著本單位一些有用的數(shù)據(jù)和資料。如商業(yè)營銷、生產(chǎn)計(jì)劃、圖書情報(bào)和各種事物的管理等。這類數(shù)據(jù)描述的是人、事、物一類的社會(huì)信息。由此類數(shù)據(jù)建成的數(shù)據(jù)庫反映的是事物屬性之間的抽象邏輯關(guān)系，它們的記錄方式主要是文本和數(shù)表文件，在內(nèi)容和形式上有較強(qiáng)的通用性，所以也把這種側(cè)重于事務(wù)管理的數(shù)據(jù)庫稱為通用數(shù)據(jù)庫。2.空間數(shù)據(jù)庫它描述的是地理要素的屬性關(guān)系和空間位置關(guān)系。在空間數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)之間除了抽象的邏輯關(guān)系外，還建立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目臻g幾何關(guān)系。地理數(shù)據(jù)不但表達(dá)了地理要素的名稱、特征、分類和數(shù)量等屬性特征，而且還反映了地理要素的位置、形狀、大小和分布等方面的特征。這些表征地理要素空間幾何關(guān)系的數(shù)據(jù)也叫圖形數(shù)據(jù)，這也是地理信息數(shù)據(jù)庫與其它數(shù)據(jù)庫的根本差別。總之，事務(wù)管理數(shù)據(jù)庫是通用性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫，對(duì)于地學(xué)工作者來說，可以把它看作數(shù)據(jù)庫技術(shù)入門的基礎(chǔ)；空間數(shù)據(jù)庫是具有空間定位特點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，也是我們研究的主要對(duì)象。四、數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)分用戶級(jí)、概念級(jí)和物理級(jí)三個(gè)層次，反映了觀察數(shù)據(jù)庫的三種不同角度。每一級(jí)數(shù)據(jù)庫都有自身對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯描述的模式，分別稱為外模式、概念模式和內(nèi)模式。模式之間通過映射關(guān)系進(jìn)行聯(lián)系和轉(zhuǎn)換。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶看到的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)中存放的數(shù)據(jù)是兩回事，這中間有著若干層的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，這樣做的目的是：a)方便用戶，用戶只管發(fā)出各種數(shù)據(jù)操作指令而不管這些操作如何實(shí)現(xiàn)；b)便于數(shù)據(jù)庫的全局邏輯管理，可以獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)與修改；c)為數(shù)據(jù)在物理存貯器上的組織提供方便。這樣，不管是數(shù)據(jù)的物理存貯方法還是數(shù)據(jù)庫的全局組織發(fā)生變化，都盡可能不影響用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的存取。1.用戶級(jí)用戶使用的數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)于外部模式，它是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口，也就是用戶能夠看到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)庫，它是數(shù)據(jù)庫的一個(gè)子集。子模式就是用戶看到的并獲準(zhǔn)使用的那部分?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，借此來操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。采用子模式有如下好處：a).接口簡單，使用方便。用戶只要依照子模式編寫應(yīng)用程序或在終端輸入操作命令，無需了解數(shù)據(jù)的存貯結(jié)構(gòu)；b).提供數(shù)據(jù)共享性。用統(tǒng)一模式產(chǎn)生不同的子模式，減少了數(shù)據(jù)的冗余；c).孤立數(shù)據(jù)，安全保密。用戶只能操作其子模式范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，可保證其他數(shù)據(jù)的安全。2.概念級(jí)概念數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)于概念模式，簡稱模式，是對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的邏輯描述，也就是數(shù)據(jù)庫管理員看到的數(shù)據(jù)庫。模式的主體是數(shù)據(jù)模型，模式只能描述數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，而不涉及具體存取細(xì)節(jié)。模式通常是所有用戶子模式的最小并集，即把所有用戶的數(shù)據(jù)觀點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合成一個(gè)邏輯整體，統(tǒng)一地考慮所有用戶的要求。在模式中有對(duì)數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)項(xiàng)類型、記錄類型和它們之間的聯(lián)系及對(duì)數(shù)據(jù)的存取方法的總體描述。在模式下所看到的數(shù)據(jù)庫叫概念數(shù)據(jù)庫，因?yàn)閷?shí)際數(shù)據(jù)庫并沒有存貯在這一層，這里僅提供了關(guān)于整體數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。概念模式與子模式的共同之處在于它們都是數(shù)據(jù)庫的定義信息。從模式中可以導(dǎo)出各種子模式，如在關(guān)系模型中通過關(guān)系運(yùn)算就可以從模式導(dǎo)出子模式。模式與子模式都不反映數(shù)據(jù)的物理存貯，是為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所使用，其主要功能是供應(yīng)用程序執(zhí)行數(shù)據(jù)操作。3.物理級(jí)物理數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)于內(nèi)模式，又稱為存儲(chǔ)模式，內(nèi)模式描述的是數(shù)據(jù)在存貯介質(zhì)上的物理配置與組織，是存放數(shù)據(jù)的實(shí)體，也是系統(tǒng)程序員才能看到的數(shù)據(jù)庫。對(duì)機(jī)器來說，它是由0和1（代表兩種物理狀態(tài)）組織起來的位串，其含義是字符或數(shù)字；對(duì)于程序員來說，它是一系列按一定存貯結(jié)構(gòu)組織起來的物理文件。在計(jì)算中，實(shí)際存在的只是物理數(shù)據(jù)庫。概念庫只是物理庫的一種抽象描述，而用戶庫只是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口。用戶根據(jù)子模式進(jìn)行操作，通過子模式到概念模式的映射與概念庫聯(lián)系起來，在通過概念模式到存貯模式的映射與物理庫聯(lián)系起來。完成三者聯(lián)系的就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。它的主要任務(wù)就是把用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作轉(zhuǎn)化到物理級(jí)去執(zhí)行?，F(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫要求盡可能使三級(jí)結(jié)構(gòu)之間保持邏輯獨(dú)立與物理獨(dú)立。邏輯獨(dú)立是指當(dāng)概念級(jí)數(shù)據(jù)庫中改變邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)不改變用戶子模式，即不影響用戶應(yīng)用；物理獨(dú)立是指當(dāng)改變數(shù)據(jù)的物理組織時(shí)不影響邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序。五、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是處理數(shù)據(jù)庫存取和各種管理控制的軟件。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的中心樞紐，與系統(tǒng)的各部分有密切的聯(lián)系，應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的操作全部通過DBMS進(jìn)行。1.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能其功能因不同的系統(tǒng)而有所差異，但一般都具有以下主要功能：⑴數(shù)據(jù)庫定義功能：⑵數(shù)據(jù)庫的裝入功能：⑶數(shù)據(jù)管理功能：⑷數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能：⑸數(shù)據(jù)庫通信功能：2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成⑴語言處理程序：⑵系統(tǒng)運(yùn)行控制程序：⑶建立和維護(hù)程序：3.應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問過程一般要經(jīng)過以下主要步驟：⑴應(yīng)用程序向DBMS發(fā)出調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的命令，命令中給出記錄的類型與關(guān)鍵字值，先查找后讀取。⑵DBMS分析命令，取出應(yīng)用程序的子模式，從中找出有關(guān)記錄的描述。⑶DBMS取出模式，決定為了讀取紀(jì)錄需要哪些數(shù)據(jù)類型，以及有關(guān)數(shù)據(jù)存放信息。⑷DBMS查閱存貯模式，確定記錄位置。⑸DBMS向操作系統(tǒng)（OS）發(fā)出讀取記錄的命令。⑹操作系統(tǒng)應(yīng)用I/O程序，把記錄送入系統(tǒng)緩沖區(qū)。⑺DBMS從系統(tǒng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)中導(dǎo)出應(yīng)用程序所要讀取的邏輯記錄，并送入應(yīng)用程序工作區(qū)。⑻DBMS向應(yīng)用程序報(bào)告操作狀態(tài)信息，如“執(zhí)行成功”、“數(shù)據(jù)未找到”等。⑼用戶根據(jù)狀態(tài)信息決定下一步工作。六、數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典是描述數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)屬性與組成的數(shù)據(jù)集合，它是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和管理的有力工具。數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容包括：①.數(shù)據(jù)庫的總體組織結(jié)構(gòu)；②.數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)的框架（如數(shù)據(jù)來源、地圖投影、圖幅匹配、拓?fù)潢P(guān)系等）；③.個(gè)數(shù)據(jù)層的詳細(xì)內(nèi)容定以及結(jié)構(gòu)（名稱、類型、數(shù)據(jù)質(zhì)量、文件、表、各表項(xiàng)的定義、各層編號(hào)系統(tǒng)、各層數(shù)據(jù)的使用等）；④.數(shù)據(jù)命名的定義；⑤.元數(shù)據(jù)內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典的用途是多方面的，它在數(shù)據(jù)庫的整個(gè)生命周期里都起著重要的作用。在系統(tǒng)分析階段，數(shù)據(jù)字典用來定義數(shù)據(jù)流程圖中各個(gè)構(gòu)成元素的屬性和含義；在設(shè)計(jì)階段提供一套工具，幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)要求；在調(diào)試階段輔助產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)檢查的能力；在運(yùn)行和維護(hù)階段，幫助數(shù)據(jù)庫的重新組織和構(gòu)造；在使用階段，可以作為用戶手冊(cè)，并可實(shí)現(xiàn)快速查找對(duì)象。七、數(shù)據(jù)安全經(jīng)驗(yàn)表明，建立數(shù)據(jù)庫的基本費(fèi)用通常是GIS硬件和軟件的5～10倍。因此，保護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全就顯得尤為重要。保護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全應(yīng)以法律、行政和技術(shù)三方面采取綜合措施。前三者需要通過立法和制訂行政管理措施來實(shí)現(xiàn)，這里不再詳述。下面就技術(shù)層面的數(shù)據(jù)安全作一簡要介紹。1.數(shù)據(jù)存貯安全空間數(shù)據(jù)在信息系統(tǒng)內(nèi)以文件或數(shù)據(jù)庫方式存貯，為了防止信息被泄漏或信息丟失，必須采取有效措施對(duì)存貯數(shù)據(jù)加以保護(hù)。（1）文件加密（2）數(shù)據(jù)庫加密2.數(shù)據(jù)存取控制3.數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c保密4.計(jì)算機(jī)病毒的預(yù)防與清除5.數(shù)據(jù)備份第三節(jié)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，主要是通過數(shù)據(jù)模型來實(shí)現(xiàn)的。所謂數(shù)據(jù)模型就是表達(dá)實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系方式，它是衡量數(shù)據(jù)庫能力強(qiáng)弱的主要標(biāo)志之一。在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中，人們把關(guān)系模型、層次模型和網(wǎng)絡(luò)模型稱為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，把關(guān)系數(shù)據(jù)庫、層次數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫稱之為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)稱為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)。一、關(guān)系模型從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度看，關(guān)系模型采用線性表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型是一種數(shù)學(xué)化的模型，它是將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸結(jié)為滿足一定條件的二維表，這種表稱為關(guān)系。一個(gè)實(shí)體由若干個(gè)關(guān)系組成，而關(guān)系表的集合就構(gòu)成了關(guān)系模型。關(guān)系模型中的關(guān)系不用指針表示，而由數(shù)據(jù)本身自然的建立起它們之間的聯(lián)系，并且是用關(guān)系代數(shù)和關(guān)系運(yùn)算來操作數(shù)據(jù)。關(guān)系模型主要優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、靈活、清晰，可以通過數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行各種查詢、計(jì)算和修改，數(shù)據(jù)描述具有較強(qiáng)的一致性和獨(dú)立性，便于數(shù)據(jù)集成，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，所以是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中最常用的數(shù)據(jù)模型。缺點(diǎn)是當(dāng)涉及的目標(biāo)多關(guān)系很復(fù)雜時(shí)，操作時(shí)間長，效率低。二、層次模型從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)看，層次模型采用的是樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。層次模型所表達(dá)的基本聯(lián)系是一對(duì)多的關(guān)系，或者當(dāng)實(shí)體具有父子關(guān)系時(shí)，它把數(shù)據(jù)按其自然的層次關(guān)系組織起來，以反映數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。層次模型中的記錄都處于一定的層次上。如果把層次模型中的記錄按照先上后下、先左后右的次序排列，就得到一個(gè)記錄序列，稱為層次序列碼。層次序列碼指出層次路徑，按照層次路徑存貯和查找紀(jì)錄，是層次模型實(shí)現(xiàn)的方法之一。層次模型的優(yōu)點(diǎn)是模型層次分明、結(jié)構(gòu)清晰，較容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的冗余度大，不適于表示數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。例如圖4-8中點(diǎn)號(hào)3和點(diǎn)號(hào)4重復(fù)存貯4次，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度增加。當(dāng)對(duì)層次模型進(jìn)行修改時(shí)，只有當(dāng)新記錄有上屬記錄時(shí)才能插入。刪除一個(gè)記錄其所有下屬記錄也同時(shí)被刪除。三、網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)狀模型是數(shù)據(jù)模型的另一種重要結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)模型的基本特征是在記錄之間沒有明確的主從關(guān)系，任何一個(gè)記錄可與任意其他多個(gè)記錄建立聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)模型與層次模型相比其優(yōu)點(diǎn)是消除了冗余數(shù)據(jù)，便于表達(dá)復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系；其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系要通過指針表示，指針數(shù)據(jù)項(xiàng)的存在，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大大增加。在修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)時(shí)，指針也必須隨著變化，因此，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中指針的建立和維護(hù)十分重要。關(guān)系模型、層次模型和網(wǎng)絡(luò)模型是表示實(shí)體之間聯(lián)系的不同方法，不同模型不是完全獨(dú)立的，而是具有某種聯(lián)系，因而它們之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。第四節(jié)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)一、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理地理空間數(shù)據(jù)的局限性地理空間數(shù)據(jù)庫是作為一種應(yīng)用技術(shù)而誕生和發(fā)展起來的，其目的是為了使用戶能夠方便靈活地查詢出所需的地理空間數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠進(jìn)行有關(guān)地理空間數(shù)據(jù)的插入、刪除、更新等操作，為此建立了如實(shí)體、關(guān)系、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、完整性、數(shù)據(jù)操縱、資源共享等一系列基本概念。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)語言、軟件工程和人工智能等技術(shù)相互融合、共同發(fā)展的結(jié)果，使其應(yīng)用領(lǐng)域從統(tǒng)計(jì)、管理迅速擴(kuò)大到實(shí)際工程應(yīng)用。以地理空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作為對(duì)象的地理空間數(shù)據(jù)庫，把被管理的數(shù)據(jù)從一維推向了二維、三維甚至更高維。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))的數(shù)據(jù)模擬主要針對(duì)簡單對(duì)象，因而無法有效地支持以復(fù)雜對(duì)象(如圖形、影像等)為主體的工程應(yīng)用。地理空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須具備對(duì)地理對(duì)象(大多為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵的復(fù)雜對(duì)象)進(jìn)行模擬和推理的功能。一方面可將地理空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)視為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的擴(kuò)充；另一方面，地理空間數(shù)據(jù)庫突破了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫理論(如將規(guī)范關(guān)系推向非規(guī)范關(guān)系)，其實(shí)質(zhì)性發(fā)展必然導(dǎo)致理論上的創(chuàng)新。地理空間數(shù)據(jù)庫是一種應(yīng)用于地理空間數(shù)據(jù)處理與信息分析領(lǐng)域的具有工程性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫，它所管理的對(duì)象主要是地理空間數(shù)據(jù)(包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù))。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理地理空間數(shù)據(jù)有以下幾個(gè)方面的局限性：(1)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的是不連續(xù)的、相關(guān)性較小的數(shù)字和字符；而地理信息數(shù)據(jù)是連續(xù)的，并且具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性。(2)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的實(shí)體類型較少，并且實(shí)體類型之間通常只有簡單、固定的空間關(guān)系；而地理空問數(shù)據(jù)的實(shí)體類型繁多，實(shí)體類型之間存在著復(fù)雜的空間關(guān)系，并且還能產(chǎn)生新的關(guān)系(如拓?fù)潢P(guān)系)。(3)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存貯的數(shù)據(jù)通常為等長記錄的原子數(shù)據(jù)；而地理空間數(shù)據(jù)通常是結(jié)構(gòu)化的，其數(shù)據(jù)項(xiàng)可能很大，很復(fù)雜，并且變長記錄。(4)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只操縱和查詢文字和數(shù)字信息；而地理空間數(shù)據(jù)庫中需要有大量的空間數(shù)據(jù)操作和查詢，如特征提取、影像分割、影像代數(shù)運(yùn)算、拓?fù)浜拖嗨菩圆樵兊?。二、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型同傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型比較，其主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）具有表示和構(gòu)造復(fù)雜對(duì)象的能力。它可以模擬復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界，即無論怎樣復(fù)雜的事例都可模型化為一個(gè)對(duì)象，對(duì)象的取值可以是另一個(gè)對(duì)象，實(shí)體存儲(chǔ)的是該對(duì)象的標(biāo)識(shí)。這樣表示不僅自然，易理解，也可使查詢速度大大加快。（2）封裝性和信息隱蔽技術(shù)提供了模塊化機(jī)制。每個(gè)對(duì)象包含數(shù)據(jù)集和操作集，用對(duì)象封裝技術(shù)將它們封裝起來，其外部只提供一個(gè)抽象接口，看不到實(shí)際的細(xì)節(jié)，從而使對(duì)象內(nèi)部的修改并不影響用戶對(duì)對(duì)象的使用。封裝性是一種信息隱藏技術(shù)。利用封裝性大系統(tǒng)可以分解為各個(gè)封閉再對(duì)象內(nèi)部的小系統(tǒng)。（3）繼承和類層次技術(shù)提供了重用機(jī)制。類是相同對(duì)象的集合，具有相同屬性和相同操作方法的一些對(duì)象類又可以組成一個(gè)集合，該集合稱為“超類”。反之，一個(gè)類是其他類的特例時(shí)，該類稱為“子類”。一個(gè)類的上層可以是“超類”，下層可以是“子類”，從而組成了層次結(jié)構(gòu)。在這種層次結(jié)構(gòu)中，下層元素可以繼承上層元素的全部屬性和操作方法。繼承性提供了代碼共享手段，有助于軟件重用的實(shí)現(xiàn)。（4）滯后束定等技術(shù)為系統(tǒng)提供了擴(kuò)充能力。在面向?qū)ο蟮哪Ｐ椭?，根?jù)繼承性，子類對(duì)象可以使用超類的屬性和操作。在實(shí)際應(yīng)用中超類和子類常不一起編輯。如超類是系統(tǒng)程序的一個(gè)組成部分，而子類只定義那些不同于超類的屬性和操作，且放在應(yīng)用程序中。因此，在編輯超類時(shí)，編譯系統(tǒng)無法解釋操作名，只能把此項(xiàng)工作延遲到應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)。這種延續(xù)稱為“滯后束定”，他使面向?qū)ο蟮哪Ｐ透屿`活，并提供了系統(tǒng)擴(kuò)充能力，消除了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)定義的一致性限制，從而提供了更為豐富的語義。三、面向?qū)ο蠓椒ㄖ械幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮亩x是指無論怎樣復(fù)雜的事物都可以準(zhǔn)確地由一個(gè)對(duì)象表示。每個(gè)對(duì)象都是包含了數(shù)據(jù)集和操作集的實(shí)體，就是說，面向?qū)ο蟮哪Ｐ途哂蟹庋b性的特點(diǎn)。(1)對(duì)象與封裝性在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，每個(gè)概念實(shí)體都可以模型化為對(duì)象。多邊形地圖上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)、一條弧段、一條河流、一個(gè)行政縣或一個(gè)省都可看成對(duì)象。一個(gè)對(duì)象是由描述該對(duì)象狀態(tài)的一組數(shù)據(jù)和表達(dá)它的行為的一組操作(方法)組成的。例如，河流的坐標(biāo)數(shù)據(jù)描述了它的位置和形狀，而河流的變遷則表達(dá)了它的行為。由此可見，對(duì)象是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。一個(gè)對(duì)象可定義成一個(gè)三元組：Object＝(1D，S，M)其中，ID為對(duì)象標(biāo)識(shí)，M為方法集，S為對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，它可以直接是一屬性值，也可以是另外一組對(duì)象的集合，因而它明顯地表現(xiàn)出對(duì)象的遞歸。封裝的最基本單位是對(duì)象。封裝技術(shù)提高了面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件的可重用性，從而大大提高了復(fù)雜軟件的開發(fā)效率、質(zhì)量和可靠性，更加易于維護(hù)。(2)分類類是關(guān)于同類對(duì)象的集合，具有相同屬性和操作的對(duì)象組合在一起稱為類。屬于同一類的所有對(duì)象共享相同的屬性項(xiàng)和操作方法，每個(gè)對(duì)象都是這個(gè)類的一個(gè)實(shí)例，即每個(gè)對(duì)象可能有不同的屬性值?？梢杂靡粋€(gè)三元組來建立一個(gè)類型：Class＝(CID，CS，CM)其中，CID為類標(biāo)識(shí)或類型名，CS為狀態(tài)描述部分，CM為應(yīng)用于該類的操作。顯然有：S∈CS和M∈CM(當(dāng)Object∈Class時(shí))因此，在實(shí)際的系統(tǒng)中，僅需對(duì)每個(gè)類型定義一組操作，供該類中的每個(gè)對(duì)象應(yīng)用。由于每個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)不完全相同，所以要分別存儲(chǔ)每個(gè)對(duì)象的屬性值。例如，一個(gè)城市的GIS中，包括了建筑物、街道、公園、電力設(shè)施等類型。而裕華東路則是街道類中的一個(gè)實(shí)例，即對(duì)象。街道類中可能有街道的名稱、位置、長度、寬度、路面性質(zhì)等屬性，并可能需要顯示街道、更新屬性數(shù)據(jù)等操作。每個(gè)街道都使用街道類中操作過程的程序代碼，代入各自的屬性值操作該對(duì)象。(3)概括在定義類型時(shí)，將幾種類型中某些具有公共特征的屬性和操作抽象出來，形成一種更一般的超類。例如，將GIS中的地物抽象為點(diǎn)狀對(duì)象、線狀對(duì)象、面狀對(duì)象以及由這三種對(duì)象組成的復(fù)雜對(duì)象，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。比如，設(shè)有兩種類型C1assl=(CID1，CSA，CSB，CMA，CMB)C1ass2=(CID2，CSA，CSC，CMA，CMC)C1ass1和C1ass2中都帶有相同的屬性子集CSA和操作子集CMA，并且CSA∈CS1，和CSA∈CS2及CMA∈CM1，和CMA∈CM2因而將它們抽象出來，形成一種超類SuperClass＝(SID，CSA，CMA)這里的SID為超類的標(biāo)識(shí)號(hào)。在定義了超類以后，C1assl和C1ass2可表示為C1assl=(CID1，CSB，CMB)Class2=(CID2，CSC，CMC)此時(shí)，C1ass1，和C1ass2稱為超類的子類。例如，建筑物是飯店的超類，因?yàn)轱埖暌彩墙ㄖ铩Ｗ宇愡€可以進(jìn)一步分類，如飯店類可以進(jìn)一步分為小餐館、普通旅社、賓館、招待所等類型。所以，一個(gè)類可能是某個(gè)或某幾個(gè)超類的子類，同時(shí)又可能是幾個(gè)子類的超類。建立超類實(shí)際上是一種概括，避免了說明和存儲(chǔ)上的大量冗余。由于超類和子類的分開表示，所以就需要一種機(jī)制，在獲取子類對(duì)象的狀態(tài)和操作時(shí)，能自動(dòng)得到它的超類的狀態(tài)和操作。這就是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械哪Ｐ凸ぞ摺^承，它提供了對(duì)世界簡明而精確的描述，以利于共享說明和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。(4)聯(lián)合在定義對(duì)象時(shí)，將同一類對(duì)象中的幾個(gè)具有相同屬性值的對(duì)象組合起來，為了避免重復(fù)，設(shè)立一個(gè)更高水平的對(duì)象表示那些相同的屬性值。假設(shè)有兩個(gè)對(duì)象Objectl=(IDl，SA，SB，M)Object2=(ID2，SA，SC，M)其中，這兩個(gè)對(duì)象具有一部分相同的屬性值，可設(shè)立新對(duì)象Object3包含Objectl和Object2，Object3＝(ID3，SA，Object1，Object2，M)此時(shí)，Object1和Object2可變?yōu)镺bjectl＝(ID1，SB，M)Object2＝(ID2，SC，M)Objectl和Object2稱為“分子對(duì)象”，它們的聯(lián)合所得到的對(duì)象稱為“組合對(duì)象”。聯(lián)合的一個(gè)特征是它的分子對(duì)象應(yīng)屬于一個(gè)類型。(5)聚集聚集是將幾個(gè)不同特征的對(duì)象組合成一個(gè)更高水平的復(fù)合對(duì)象。每個(gè)不同特征的對(duì)象是該復(fù)合對(duì)象的一部分，它們有自己的屬性描述數(shù)據(jù)和操作，這些是不能為復(fù)合對(duì)象所公用的，但復(fù)合對(duì)象可以從它們那里派生得到一些信息。例如，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物組成復(fù)雜地物。例如，設(shè)有兩種不同特征的分子對(duì)象Object1＝(ID1，S1，M1)Object2＝(ID2，S2，M2)用它們組成一個(gè)新的復(fù)合對(duì)象Object3＝(1D3，S3，Object1(Su)，Object2(Sv)，M3)其中Su∈Sl，Sv∈S2，從上式中可見，復(fù)合對(duì)象Object3擁有自己的屬性值和操作。它僅是從分子對(duì)象中提取部分屬性值，且一般不繼承子對(duì)象的操作，在聯(lián)合和聚集這兩種對(duì)象中，是用“傳播”作為傳遞子對(duì)象的屬性到復(fù)雜對(duì)象的工具。即是說，復(fù)雜對(duì)象的某些屬性值不單獨(dú)存于數(shù)據(jù)庫中，而是從它的子對(duì)象中提取或派生。例如，一個(gè)多邊形的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并不直接存于多邊形文件中，而是存于弧段和節(jié)點(diǎn)文件中，多邊形文件僅提供一種組合對(duì)象的功能和機(jī)制，通過建立聚集對(duì)象，借助于傳播的工具可以得到多邊形的位置信息。四、面向?qū)ο蟮膸缀纬橄箢愋?．空間地物的幾何數(shù)據(jù)模型GIS中面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型如圖4-10所示。從幾何方面劃分，GIS的各種地物可抽象為點(diǎn)狀地物、線狀地物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物。每一種幾何地物又可能由一些更簡單的幾何圖形元素構(gòu)成。例如，一個(gè)面狀地物是由周邊弧段和中間面域組成，弧段又涉及到節(jié)點(diǎn)和中間點(diǎn)坐標(biāo)?；蛘哒f，節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)傳播給弧段，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物組成復(fù)雜地物?？臻g地物空間地物復(fù)雜地物點(diǎn)狀地物面狀地物節(jié)點(diǎn)線狀地物弧段面域簡單地物圖4-10面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型2．拓?fù)潢P(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ屯ǔ５匚镏g的相鄰和關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過公共節(jié)點(diǎn)、公共弧段的數(shù)據(jù)共享來隱含表達(dá)。在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)共享是其重要的特征。將每條弧段的兩個(gè)端點(diǎn)(通常它們與另外的弧段公用)抽象出來，建立應(yīng)該單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)對(duì)象類型，而在弧段的數(shù)據(jù)文件中，設(shè)立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)子對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)，即用“傳播”的工具提取節(jié)點(diǎn)文件的信息。這一模型既解決了數(shù)據(jù)共享問題，又建立了弧段與節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系。同樣，面狀地物對(duì)弧段的聚集方式與數(shù)據(jù)共享和幾何拓?fù)潢P(guān)系的建立也達(dá)到一致。五、面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基本上適應(yīng)于GIS中屬性數(shù)據(jù)的表達(dá)與管理。若采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，語義將更加豐富，層次關(guān)系也更明了?？梢哉f，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能基礎(chǔ)上，增加面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的封裝、繼承和信息傳播等功能。屬性數(shù)據(jù)管理中也需用到聚集的概念和傳播的工具。例如，在飯店類中，可能不直接存儲(chǔ)職工總?cè)藬?shù)、房間總數(shù)和床位總數(shù)等信息，它可能從該飯店的子對(duì)象職員和房間床位等數(shù)據(jù)庫中派生得到，六、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，其實(shí)現(xiàn)方式主要有以下三種：1．?dāng)U充面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言(OOPL)，在OOPL中增加DBMS的特性面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一種開發(fā)途徑便是擴(kuò)充OOPL使其處理永久性數(shù)據(jù)。典型的OOPL有Smalltalk和C++。GmStone就是通過擴(kuò)充Smalltalk而形成的一種OODBMS。ONTOS則是通過擴(kuò)充C++而形成的一種OODBMS：它用標(biāo)準(zhǔn)C++代碼定義類和函數(shù)，并提供主動(dòng)數(shù)據(jù)字典的概念，使數(shù)據(jù)能動(dòng)態(tài)定義。在OODBMS中增加處理和管理地理信息數(shù)據(jù)的功能，則可形成地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，對(duì)象標(biāo)識(shí)符為指向各種對(duì)象的指針；地理信息對(duì)象的查詢通過指針依次進(jìn)行(巡航查詢)；這類系統(tǒng)具有計(jì)算完整性。這種實(shí)現(xiàn)途徑的優(yōu)點(diǎn)是：①.能充分利用OOPL強(qiáng)大的功能，相對(duì)地減少開發(fā)工作量；②.容易結(jié)合現(xiàn)有的C++(或C)語言應(yīng)用軟件，使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。這種途徑的缺點(diǎn)是沒有充分利用現(xiàn)有的DBMS所具有的功能。2．?dāng)U充RDBMS，在RDBMS中增加面向?qū)ο蟮奶匦訰DBMS是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。既可用常規(guī)程序設(shè)計(jì)語言(如C、FORTRAN等)擴(kuò)充RDBMS，也可用OOPL，(如C++)擴(kuò)充RDBMS。IRIS就是用C語言和LISP語言擴(kuò)展RDBMS所形成的一種OODBMS。這種實(shí)現(xiàn)途徑的優(yōu)點(diǎn)是：①.能充分利用RDBMS的功能，可使用或擴(kuò)展SQL，查詢語言；②.采用OOPL擴(kuò)展RDBMS時(shí)，能結(jié)合二者的特性，大大減少開發(fā)的工作量。這種途徑的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫I／O檢查比較費(fèi)時(shí)，需要完成一些附加操作，所以查詢效率比純OODBMS低。3．建立全新的支持面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的OODBMS這種實(shí)現(xiàn)途徑從重視計(jì)算完整性的立場出發(fā)，以記述消息的語言作為基礎(chǔ)，備有全新的數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計(jì)語言(DBPL)或永久性程序設(shè)計(jì)語言(PPL)。此外，它還提供非過程型的查詢語言。它并不以O(shè)OPL作為基礎(chǔ)，而是創(chuàng)建獨(dú)自的面向?qū)ο驞BPL。O2就是用這種途徑實(shí)現(xiàn)的。O2系統(tǒng)由三個(gè)層次組成，它們是模式管理(SM)、對(duì)象管理(OM)和Wisconsin存貯系統(tǒng)(WISS)，SM負(fù)責(zé)類別、消息和公共區(qū)名字的生成、查詢、更新和刪除。OM負(fù)責(zé)復(fù)合對(duì)象及復(fù)合值與消息的交換。WISS則提供構(gòu)造記錄的各種文檔的存貯方法。這種實(shí)現(xiàn)途徑的優(yōu)點(diǎn)是：①.用常規(guī)語言開發(fā)的純OODBMS全面支持面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，可擴(kuò)充性較強(qiáng)，操作效率較高；②.重視計(jì)算完整性和非過程查詢。這種途徑的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且開發(fā)工作量很大。上述三種開發(fā)途徑各有利弊，側(cè)重面也各有不同。第一種途徑強(qiáng)調(diào)OOPL中的數(shù)據(jù)永久化；第二種途徑強(qiáng)調(diào)RDBMS的擴(kuò)展；第三種途徑強(qiáng)調(diào)計(jì)算完整性和純面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)。這三種途徑也可以結(jié)合起來，充分利用各自的特點(diǎn)，既重視OOPL和RDBMS的擴(kuò)展，也強(qiáng)調(diào)計(jì)算完整性。第五節(jié)數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)就功能而言，GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)同通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)一樣，在數(shù)據(jù)庫中對(duì)GIS數(shù)據(jù)的輸入、存貯、維護(hù)、操作等進(jìn)行管理。但是GIS數(shù)據(jù)庫作為一種用于專門領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，其管理系統(tǒng)仍具有一定的特殊性。數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)的目的是確定在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)，其原則是要隔離數(shù)據(jù)管理方案的影響，不管該方案是普通文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫或者是其他方式的。目前，主要有三種的數(shù)據(jù)管理方法，即文件、關(guān)系和面向?qū)ο?。?）普通文件管理：普通文件管理提供基本的文件處理和分類能力。（2）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立在關(guān)系理論的基礎(chǔ)上，采用多個(gè)表來管理數(shù)據(jù)，每個(gè)表的結(jié)構(gòu)遵循一系列“范式”進(jìn)行規(guī)范化，以減少數(shù)據(jù)冗余。（3）面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫是一種正在成熟的技術(shù)，它通過增加對(duì)象數(shù)據(jù)類型和繼承特性以及一些用來創(chuàng)建和操作類和對(duì)象的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的持續(xù)存儲(chǔ)。不論在分析階段采用何種方法，都可以選擇上述任意的一種方案實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理。在地理信息系統(tǒng)軟件中，需要管理的數(shù)據(jù)主要包括：空間幾何體數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化的非空間屬性數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化的描述數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的管理，通常的方案包括如下方面。一、文件管理文件管理是將所有的數(shù)據(jù)都存放于一個(gè)或者多個(gè)文件中，包括結(jié)構(gòu)化的屬性數(shù)據(jù)。采用文件管理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是靈活，即每個(gè)軟件廠商可以任意定義自己的文件格式，管理各種數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在存儲(chǔ)需要加密的數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化的、不定長的幾何體坐標(biāo)記錄時(shí)是有幫助的。文件管理的缺點(diǎn)也是顯而易見的，就是需要由開發(fā)者實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的更新、查詢、檢索等操作，利用文件管理增加了屬性數(shù)據(jù)管理的開發(fā)量，并且也不利于數(shù)據(jù)共享。目前，許多GIS軟件采用文本格式文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其目的是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出，與其他應(yīng)用系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。二、關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理在這種管理方式中，不定長的空間幾何體坐標(biāo)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊的形式被關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理，換言之，