空间数据库系统设计教学课件

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，也就是将现实世界中一定范围内存在的应用数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。空间数据库系统的生存期。一、空间数据库设计概述1、空间数据库的设计内容（1）静态设计 即结构特性设计。包括概念结构设计和逻辑结构设计。（2）动态特性设计 确定数据库用户的行为和动作数据库的行为特性设计，包括设计数据库查询、事务处理和报表处理等。（3）物理设计 根据动态特性，把静态特性设计中得到的数据库模式加以物理实现设计数据库的存储模式和存取方法。2、空间数据库的设计目标（1）满足用户要求（2）准确模拟现实世界 数据模型的性质和数据库设计的质量。（3）良好的数据库性能 减少冗余数据、有利于快速访问数据。（4）能够被某个数据库管理系统接受概念模型是系统设计者和用户之间对系统的认识进行沟通的有效手段。它可以表达建模对象的信息结构和动态特征。概念设计是逻辑设计和物理设计的基础。二、空间数据库概念设计1、概念设计的步骤（1）确定应用领域 数据库设计必须有明确的应用领域。应用领域越明确、越狭窄，相应的模型就越简单。（2）确定用户需求 宗地图、土地利用规划图等。（3）选择对象类型（4）对象类型定义和属性描述例如，对象类型：道路 定义：所有汽车可以通行的道路，但不包括长度小于100m的道路。属性：道路承载量允许的取值范围：最小为0t,最大为30t.（5）对象类型的调整（6）几何表示（7）关系 继承关系（8）质量要求 包括位置精度、属性精度、现势性等。（9）编码 标识符2、实体-联系模型（E-R）包含三个基本成分：实体、联系和属性。概念设计的结果可以用E-R进行直观地描述和表达。建立E-R模型的起点是识别实体类型。实体类型是实体的抽象，而不是具体的某个实体。联系类型、属性类型。简化的E-R模型 一个实体类型必须有至少一个唯一标识符。通过它来实现区分实例。唯一标识符的选择通常取决于建模过程中实施层次的一些因素。E-R模型允许建模者表达实体进入联系的方式。此外，联系不仅能连接两个实体类型，也可以连接多个实体类型，甚至可以连接一个实体及其自身。依赖性实体：有的实体本身不能依据其属性值唯一地被识别，而必须依赖于它所联系地其他实体才能被识别。例如，我们说216国道江苏段。包含依赖性实体的E-R模型E-R模型优点：（1）基于实体、联系、属性等简单有力的概念，便于非专家理解。（2）容易转换成逻辑模型，方便映射到关系模式。缺点：（1）缺少足够强有力的建模构造。3、实体联系扩展模型（EER）与泛化、特化及属性继承机制密切相关。允许在数据库描述中表达更丰富的语义，并可采用面向对象的方法建模。特化能够从已有的实体类型中创建新的实体类型，允许从一个实例中区分出的某些实例有特定的属性，或者与其他实体间有特定的联系。泛化是在一组已经存在的类中识别它们共同的性质，抽取这些共同性质建立一个新类。EER模型中的特化关系4、E-R模型设计步骤（1）设计局部的E-R模型。首先确定实体，然后确定联系，最后确定实体与联系的属性。（2）设计全局的E-R模型。基本过程是两两合并，直到所有的局部E-R模型被合并到一个完整的全局E-R模型。（3）全局E-R模型的优化。通过消除冗余实体、冗余联系和冗余属性以达到优化的要求。5、E-R模型的操作（1）实体的分裂与合并 实体的分裂：将一个实体分裂成多个实体。实体的合并：将多个实体合并成一个实体。（2）实体的增加与删除向上转位向下转位（3）实体的增加与删除 在建模过程中，由于对同一客体理解上的差异，同一客体模型可能被化为不同的结果。6、空间数据分层 数据分层的依据是专题内容、几何表达形式和拓扑特征的差别，将真实世界模型概念化为若干个专题层叠置而成的图层模型。具体地说，数据分层主要考虑两个因素：（1）不同专题内容的数据分别建立相应的层，同一层内的数据有相同的属性信息。（2）几何表达形式不同的数据分别单列成层。（3）使用目的不同的数据应单独存放。（4）不同部门的数据通常应该放入不同的层，这样便于维护。（5）不同安全级别的数据也应该单独存储。三、关系型数据库设计 数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表中的元素，这种表就称为关系。关系的集合就构成为关系模型。1、关系模型的基本概念（1）关系 规范化的二维表。表的每行对应一个元组；表的每列对应一个域，称为属性。（2）主键 被用户选中的候选键。（3）外键（4）关系模式对关系的描述（5）关系模型2、关系数据库设计理论 数据依赖理论和规范化理论（1）数据依赖 它是施加于关系上的一种限制。这类限制不取决于某一元组的某些属性取什么值，而是取决于两个元组的某些属性的值是否相等。函数依赖和多值依赖。3、关系数据库设计步骤与方法 在关系数据库的逻辑设计阶段，其主要任务是以概念设计形成的信息结构为基础，将其转换成用户选用的DBMS所支持的一组关系模式，并进行规范化处理和优化设计，得到满足要求的关系数据模型。其设计步骤是：（1）E-R模型向关系模型的转换 M:N时，每一个实体转换为一个单独的关系模式，该关系模式的属性包含相应实体的所有属性。（2）关系数据模型的规范化设计 依据函数依赖和范式理论，对关系模式进行规范化处理。（3）关系模型的优化主要目标：关系中的数据冗余度小，以减少空间浪费，保证数据完整性。快速地从关系中存取数据。认真分析用户需求，以便从最常用地查询要求中找到使用最频繁地连接运算及相关地关系模式，并以此为依据，对有关关系模式进行必要的合并。四、面向对象的数据库设计 系统被看作是一些对象的集合，这些对象封装了描述该对象的数据和操作该对象的方法，对象之间通过消息来协作和交互。1、面向对象数据库的基本特征（1）对象 面向对象的数据模型将客观世界模型化一些相互作用的集合。对象之间的相互作用通过消息机制来实现。（2）对象类 是对多个对象共同特性的抽象概括。（3）继承 在已有类的基础上定义新的对象类，以便包含自己的属性和方法。（4）持久性、对象标识（5）并发控制（6）阻抗失配 以面向对象的程序设计语言为基础，扩充形成面向对象数据库查询语言，将从根本上解决阻抗失配问题。2、面向对象的分析和设计（1）问题定义 提出一些全局性的问题，查明开发意图和开发目标。（2）系统分析 理解应用领域的问题，建立它的三种模型：对象模型、动态模型和功能模型。（3）系统设计 系统设计阶段的工作内容：设计系统的体系结构 选择一个外部控制的实现方法 选择数据管理方法和数据库管理模式 确定重用范围 选择一种对象标识方法 选择数据交互的策略 处理临时数据 处理辅助数据（4）详细设计 使用变换来简化和优化分析阶段的对象模型 补充漏掉的细节，进一步完善对象模型 详细设计模型质量的评估 五、地理信息元数据的设计 地理信息元数据通过对地理空间数据的内容、质量、数据格式、数据采集时间和其他特征进行描述与说明，帮助人们有效地定位、评价、获取和使用地理相关数据。1、元数据确定的原则（1）完整性 （2）准确性 （3）结构性（4）与其他标准的一致性2、元数据的主要内容（1）标识信息 （2）数据质量信息 （3）空间参照系统信息 对数据集使用的空间参照系统的说明。（4）内容信息 （5）分发信息（6）核心元数据参考信息 发布与更新的日期，建立核心元数据单位的联系信息。3、地理信息元数据的组织（1）按照元素性质来组织 （2）按照功能来组织（3）按照使用范围来组织（4）按照重要程度来组织六、空间数据库设计考虑因素1、设计数据库之前需求分析阶段（1）理解客户需求（2）了解企业业务可以在以后的开发阶段节约大量的时间。（3）重视输入输出（4）创建数据字典和E-R图表（5）定义标准的对象命名规范2、表和字段的设计数据库逻辑设计 （1）标准化和规范化 （2）数据驱动 （3）考虑各种变化 （4）选择数字类型和文本类型尽量充足 （5）增加删除标记字段3、索引数据库逻辑设计 索引是从数据库中获取数据的最高效方式之一。95的数据库性能问题都可以采用索引技术得到解决。4、数据完整性设计数据库逻辑设计（1）完整性实现机制（2）用约束而非商务规则强制数据完整性（3）强制指示完整性（4）使用查找控制数据完整性（5）采用视图5、其他设计考虑因素（1）避免使用触发器（2）使用常用英语（或者其他任何语言）而不要使用编码（3）保存常用信息（4）包含版本机制（5）编制文档（6）反复测试（7）检查设计思考题v1、空间数据库设计主要有几个阶段，各阶段的任务是什么、空间数据库设计主要有几个阶段，各阶段的任务是什么？v2、面向对象数据库有哪些主要特征？、面向对象数据库有哪些主要特征？v3、空间数据库设计的基本目标是什么？、空间数据库设计的基本目标是什么？v4、概念设计包括哪几个步骤？、概念设计包括哪几个步骤？v5、Geodatabase数据模型的主要技术优势在哪些方面？数据模型的主要技术优势在哪些方面？v6、地理信息元数据主要包括哪些内容？、地理信息元数据主要包括哪些内容？v7、空间数据库的设计内容是什么？、空间数据库的设计内容是什么？v8、简述面向对象数据库分析和设计的步骤及各阶段的工作、简述面向对象数据库分析和设计的步骤及各阶段的工作重点。重点。谢谢！