《数据库管理系统》PPT课件.ppt

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1、1第六章第六章地图数据库管理系地图数据库管理系统及其设计统及其设计2几个相关概念几个相关概念v 数据库数据库：数据的集合。由数据的集合。由DBMSDBMS统一管理，多用户共享。统一管理，多用户共享。v 数据库管理系统数据库管理系统DBMSDBMS：系统软件，对数据库进行统一管理和控制。系统软件，对数据库进行统一管理和控制。v 数据库系统：数据库系统：带有数据库的整个计算机系统，包括硬件、软件、带有数据库的整个计算机系统，包括硬件、软件、数据、人员。数据、人员。3 地地图图数数据据库库管管理理系系统统是是用用户户与与操操作作系系统统之之间间的的一一层层数数据据管管理理软软件件。因因为为地地图图数

2、数据据作作为为空空间间数数据据，比比一一般般信信息息处处理理中中的的统统计计数数据据更更复复杂杂，如如：数数据据类类型型繁繁多多、数数据据操操纵纵复复杂杂、数数据据输输出出形形式式的的多多样样性性、数数据据量量大大等等，因因此此就就导导致致了了地地图图数数据据库库系系统统的的复复杂杂性性。而而且且地地图图数数据据库库作作为为一一种种图图形形数数据据库库，它它的的管管理理比比通通常常的的非非图图形形数数据据库库要要困困难难得得多多，人人们们在在利利用用通通用用数数据据库库管管理理系系统统管管理理地地图图数数据据的的过过程程中中也也遇遇到到和和发发现现了了许许多多问问题题。因因此此，对对地地图图数

3、数据据库管理系统的研究，具有某种程度的重要意义。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地图数据库管理系统的作用4主要内容主要内容:GDBMSGDBMS软件功能软件功能GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构 基于文件系统的基于文件系统的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现基于通用基于通用DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现GDBMSGDBMS在关系数据库中的实现在关系数据库中的实现 56.1 GDBMS6.1 GDBMS的软件功能的软件功能一、地图数据定义一、地图数据定义二、地图数据采集与数据装载二、地图数据采集与数据装载三、地图数据

4、编辑与处理三、地图数据编辑与处理四、数据处理与空间关系建立四、数据处理与空间关系建立五、地图数据检索与查询五、地图数据检索与查询66.1 GDBMS6.1 GDBMS的软件功能的软件功能六、地图数据操纵六、地图数据操纵七、地图数据输出与符号化七、地图数据输出与符号化八、数据维护八、数据维护九、数据的运行管理九、数据的运行管理76.1 GDBMS6.1 GDBMS的软件功能的软件功能地图数据库地图数据库地图地图数据数据采集采集地图数地图数据编辑据编辑与处理与处理数据处理数据处理与空间关与空间关系建立系建立数据检数据检索查询索查询数据数据库操库操纵纵数据输数据输出与符出与符号化号化外部外部数据数据

5、文件文件装载装载地图地图数据数据定义定义数据数据维护维护数据数据运行运行管理管理数据库管理系统数据库管理系统（GDBMSGDBMS）8一、地图数据定义功能一、地图数据定义功能 地地图图数数据据库库管管理理系系统统提提供供数数据据定定义义语语言言，用用户户通通过它可以方便地定义数据。过它可以方便地定义数据。二、地图数据采集和数据装载二、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，获取原始的地图数行采集，并对数据实施编辑检查，获取原始的地图数据。据。6.1 GDBMS6.1 GDBMS的软件功能的软件功能

6、9利用扫描数字化地图进行空间数据自动或半自动采利用扫描数字化地图进行空间数据自动或半自动采集；集；利用遥感影象提取空间数据来更新数据库；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理数据编辑与处理功能以人机交互方式采集空间数据，同时录入必要的属性数据；据，同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。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地图数据装载的功能：6.1 GDBMS6.1 GDBMS的软件功能的软件功能10扫描扫描地图地图

7、遥感遥感影象影象拓扑拓扑建立建立图象配准图象配准地图数据地图数据库库矢量数矢量数据自动据自动提取提取属性数据属性数据输入输入有关有关控制点控制点数据数据外部外部数据数据文件文件数据数据装载装载以图象为以图象为背景手工背景手工采集采集中心投影中心投影改正改正地图数据输入与装载流程地图数据输入与装载流程6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能11 通常，一个大型的和长期使用的系统，其地图通常，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，如地理数据常用系统和标准的外部地图数

8、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交换格式文件、军事测绘数据库数据交换标准格式文件、文件、AutoCAD DXFAutoCAD DXF和和MapInfoMapInfo数据交换格式等数据交换格式等地图数据文件。地图数据文件。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能12 在地图数据可视化（符号化或非符号化）条在地图数据可视化（符号化或非符号化）条件下，以件下，以人机交互方式人机交互方式对地图数据（包括空间数对地图数据（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，对输入和装素

9、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。标的符号属性。三、地图数据编辑与处理三、地图数据编辑与处理 6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能13地理数据库地理数据库数据块选择数据块选择图象数据图象数据可编辑地理要素层可编辑地理要素层几何数据增加、移几何数据增加、移动、删除和修改动、删除和修改地理属性地理属性连接连接简单要属建立简单要属建立语义关系语义关系建立建立图象配图象配准准控制点控制点拓扑维护拓扑维护复合要素复合要素数据块之间数据块之间拓扑建立拓扑建立Leve 0Leve 0L

10、eve 1Leve 1Leve 2Leve 2地理数据编辑与地理数据编辑与处理流程图处理流程图6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能14地图数据显示控制地图数据显示控制空间数据编辑空间数据编辑 属性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、面目标的拓扑关系确定点、线、面目标的拓扑关系 复合要素复合要素 确定数据块之间的拓扑关系确定数据块之间的拓扑关系 v 空间数据编辑的内容：空间数据编辑的内容：6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能15 四、数据处理和空间关系建立四、数据处理和空间关系建立 这

11、是一系列工具软件的集合，包括地图投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。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。建立数据块与数据块之间邻接相关关系。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能16地理数据库地理数据库待拓扑地理要素层待拓扑地理要素层提取待提取待拓扑的拓扑的链

12、链建立链号建立链号与地址的与地址的索引文件索引文件结点和链结点和链拓扑自动拓扑自动构建构建点、链、点、链、面目标自面目标自动匹配动匹配拓扑关系处理流程图拓扑关系处理流程图6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能17五、地图数据的检索和数据查询五、地图数据的检索和数据查询 通通过过地地图图数数据据查查询询功功能能实实现现对对空空间间和和属属性性数数据的空间查询。据的空间查询。检索，就是从地图数据库的全体数据集合中检索，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。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地

13、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。手段的多样性、适应性及检索速度的快慢有关。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能18数据区数据区地图要素层地图要素层空间查询空间查询图形显示图形显示相关数据关联相关数据关联数据查询与检索流程图数据查询与检索流程图6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能19定定性性检检索索：也也称称标标题题检检索索。它它是是按按地地物物的的属属性代码从数据库中提取数据。性代码从数据库中提取数据。定定位位检检索索：也也称称开开窗窗检检索索。它它是是按按指指定定的的矩矩形范围提取范围内全部目标的数据。

14、形范围提取范围内全部目标的数据。识别号检索识别号检索：当物体的识别号为已知时，使：当物体的识别号为已知时，使用物体的识别号检索十分方便，且检索效率用物体的识别号检索十分方便，且检索效率提高。提高。v 地图数据库一般应具有如下检索功能：地图数据库一般应具有如下检索功能：6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能20拓拓扑扑检检索索：它它是是将将目目标标划划分分为为弧弧段段和和节节点点，给给定定弧弧段段或或节节点点检检索索出出一一批批与与给给定定元元素素相相关关联联或或者者相相邻接的元素。邻接的元素。组组合合检检索索：将将地地图图数数据据库库中中空空间间数数据据按按其其属属性性、位位

15、置置和和空空间间关关系系的的进进行行单单项项查查询询或或多多项项组组合合查查询询。组组合合检检索索的的应应用用，使使用用户户从从数数据据库库中中提提取取数数据据的的灵活性得到大大提高。灵活性得到大大提高。分分析析检检索索：用用于于实实现现对对地地理理网网络络的的基基于于网网络络拓拓扑扑关系的空间分析，最优路径分析。关系的空间分析，最优路径分析。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能21六、地图数据操纵功能六、地图数据操纵功能 地地图图数数据据库库管管理理系系统统提提供供图图形形编编辑辑界界面面，用用户户通通过过该该界界面面可可以以实实现现对对数数据据库库的的基基本本操操作作，

16、包包括括：查查询询、插插入入、删删除除和和修修改改等等。图图形形编编辑辑是是适适合合空空间间数数据据特特点点的的数数据据编编辑辑方方式式，不不仅仅要要编编辑辑地地图图要要素素的的几几何何位位置置，而而且且还还要要编编辑辑要要素素的的描描述述信信息息以以及及要要素素之之间间的的空空间间关关系。系。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能22地图数据库数据操纵流程地图数据库数据操纵流程6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能地理数据库地理数据库新建数据区新建数据区打开数据区打开数据区要素层定义要素层定义打开要素层打开要素层地理要素层管理地理要素层管理要素操作要素操作

17、要素选择查询要素选择查询数据库安全数据库安全与维护与维护新建数据块新建数据块打开数据块打开数据块关闭数据块关闭数据块关闭数据区关闭数据区数据块管理数据块管理关闭要素层关闭要素层要素修改删除要素修改删除复合要素建立复合要素建立DatasetDatasetSectionSectionLayerLayerFeatureFeature23v 数据区管理数据区管理 6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能包括新建数据区（对数据区进行定义，一个数包括新建数据区（对数据区进行定义，一个数据区对应一个数据库文件）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（包括打开数据区、要素层

18、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、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）设置可视和可编辑标志等）要素层维护（对一要素层的点、线、面数据结要素层维护（对一要素层的点、线、面数据结构进行增、删、改）构进行增、删、改）24v 数据选择与查询数据选择与查询6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能 通通过过可可视视化化的的空空间间数数据据和和属属性性数数据据选选择择地地理理目目标标。其其选择方式有：选择方式有：不不同同要要素素层层中中单单目目标标选选择择、同同一一要要素素层层中中多多目目标标选选择择（包括单选、圆形选择、矩形选择和

19、多边形选择）。（包括单选、圆形选择、矩形选择和多边形选择）。通通过过给给定定的的条条件件进进行行选选择择和和查查询询（SQLSQL查查询询），选选择择和和查查询询结结果果形形成成一一个个新新的的要要素素层层，它它可可以以是是被被选选择择要要素素层层的的一一个个映映射射，并并非非物物理理存存在在的的要要素素层层，提提供供给给某某些分析功能使用。些分析功能使用。也可以存储为一个物理要素层。也可以存储为一个物理要素层。25v 数据库安全与维护数据库安全与维护 6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能 包括数据安全访问控制、数据库备份、恢复与包括数据安全访问控制、数据库备份、恢复与容错

20、处理。容错处理。26提供按规范规定的数据交换标准格式；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。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。提供对点符、线符、面符进行设计的软件工具。按按照照某某种种地地图图投投影影和和地地图图数数学学基基础础屏屏幕幕地地图图显显示示或或输出到绘图机、胶片输出机上等。输出到绘图机、胶片输出机上等。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能七、数据输出与符号化七、数据输出与符号化27地图数据库地图数据库地理要素层地理要素层地

21、图投影与变换地图投影与变换地图符号库地图符号库地图显示地图显示数据块数据块6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能地地图图输输出出生生成成流流程程图图28包括地图数据库的转储、恢复功能，数据库的重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。常是由一些使用程序完成的。空空间间数数据据库库的的重重组组织织、重重构构造造和和系系统统的的安安全全性性与与完整性控制等，是重要的维护方法。完整性控制等，是重要的维护方法。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能八、数据

22、维护功能八、数据维护功能29地地图图数数据据库库在在长长期期的的运运行行过过程程中中，经经常常需需要要对对数数据据记记录录进进行行插插入入、修修改改和和删删除除操操作作，这这就就会会降降低低存存储储效效率率，浪费存储空间，从而影响地图数据库系统的性能。浪费存储空间，从而影响地图数据库系统的性能。重重组组指指在在不不改改变变地地图图数数据据库库原原来来的的逻逻辑辑结结构构和和物物理理结结构构的的前前提提下下，改改变变数数据据的的存存储储位位置置，将将数数据据予予以以重重新新组织和存放组织和存放。DBMSDBMS一一般般都都提提供供数数据据库库重重组组的的应应用用程程序序。因因地地图图数数据库重组

23、要占用系统资源，故重组工作不能频繁进行。据库重组要占用系统资源，故重组工作不能频繁进行。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能v地图数据库的重组织地图数据库的重组织30应应用用环环境境和和用用户户需需求求改改变变时时，需需要要对对原原来来的的系系统统进进行行修修正正和和扩扩充充，因因此此需需要要部部分分地地改改变变原原来来地地图图数数据据库的逻辑结构和物理结构。库的逻辑结构和物理结构。重重构构指指局局部部改改变变地地图图数数据据库库的的逻逻辑辑结结构构和和物物理理结结构构。通过改写其概念模式的存储模式进行。通过改写其概念模式的存储模式进行。地地图图数数据据库库的的重重构构，对

24、对延延长长应应用用系系统统的的使使用用寿寿命命非非常常重重要要，但但只只能能对对其其逻逻辑辑结结构构和和物物理理结结构构进进行行局局部部修修改改和和扩扩充充，如如果果修修改改和和扩扩充充的的内内容容太太多多，就就要要考考虑开发新的应用系统。虑开发新的应用系统。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能v地图数据库的重构造地图数据库的重构造31 地图数据库的地图数据库的完整性完整性，指数据的正确性、，指数据的正确性、有效性和一致性，主要有效性和一致性，主要由后映象日志来完成由后映象日志来完成，它，它是一个备份程序，当发生系统或介质故障时，利是一个备份程序，当发生系统或介质故障时，利

25、用它对数据库进行恢复。用它对数据库进行恢复。安全性安全性指对数据的保护，指对数据的保护，主要主要通过权限授予、审计跟踪，以及数据的卸出通过权限授予、审计跟踪，以及数据的卸出和装入来实现和装入来实现。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能v 地图数据库的完整性、安全性控制地图数据库的完整性、安全性控制32是是地地图图数数据据库库管管理理系系统统的的核核心心技技术术模模块块，即即按按地地图图数数据据模模型型，设设计计数数据据结结构构，在在结结构构化化数数据据基基础础上上对对地地图图数数据据进进行行存存储储和和检检索索，包包括括并并发发控控制制，安安全全性性检检查查、完完整整性性约

26、约束束条条件件的的检检查查和和执执行行、数数据据库库内内部部维护维护（如索引、数据字典的自动维护）等。（如索引、数据字典的自动维护）等。所所有有对对地地图图数数据据库库的的操操作作都都要要在在这这些些控控制制程程序序的的统统一一管管理理下下进进行行，以以保保证证数数据据的的安安全全性性、完完整整性性以以及及多用户对数据库的并发使用。多用户对数据库的并发使用。6.1 6.1 GDBMSGDBMS的软件功能的软件功能九、地图数据的运行管理九、地图数据的运行管理336.2 GDBMS6.2 GDBMS软件体系结构软件体系结构 一、单机一、单机二、客户二、客户/服务器体系结构服务器体系结构 三、多服务

27、器三、多服务器/客户机结构客户机结构 346.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构 单单 机机，其其 用用 户户 GUIGUI（graphical graphical user user interfaceinterface）、事事务务处处理理、地地理理数数据据存存储储都都在在同同一一台台机机器器上上完完成成，用用户户界界面面层层、GDBGDB服服务务层层（服服务务器器）、地地理理数数据据存存储储层层（数数据据库库）3 3层层融融合在一起。合在一起。一、单机一、单机35二、客户二、客户/服务器体系结构服务器体系结构 一部分是一个基于客户机（一部分是一个基于客户机（Clien

28、tClient）的单机平台，提供的单机平台，提供单数据区管理单数据区管理，所有的管理和查询分析等应用都在此，所有的管理和查询分析等应用都在此基础上进行。基础上进行。另一部分作为地图数据库服务器（另一部分作为地图数据库服务器（ServerServer）提供对提供对多多数据区管理数据区管理，并作为客户机平台的数据源。，并作为客户机平台的数据源。客户机平台利用客户机平台利用GDAOGDAO（地图数据库存储对象）与地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户机平台当前数据区中一个或

29、若干要素层直接进行空间分析。客户机平台也可利用间分析。客户机平台也可利用ODBCODBC与大型商业数据与大型商业数据库服务器进行数据连接。库服务器进行数据连接。6.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构36数据采集数据采集数据编数据编辑处理辑处理查询查询检索检索地图数据库管理地图数据库管理系统系统平台地图平台地图数据库数据库ODBCODBCGDAOGDAOOracleOracleSQL SQL ServerServer地图数据库地图数据库服务器服务器图形图形显示显示拓扑关拓扑关系处理系处理客户机客户机（ClientClient）服务器服务器（ServerServer）GDBM

30、SGDBMS软件体系结构软件体系结构6.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构37 地地图图数数据据库库服服务务器器的的地地图图数数据据模模型型与与客客户户机机平平台台基基本本相相同同，所所不不同同之之处处是是客客户户机机平平台台是是单单数数据据区区管管理理，而而地地图图数数据据库库服服务务器器对对多多数数据据区区地地理理数据进行管理。数据进行管理。6.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构38这种结构分为三层：这种结构分为三层：第一层为用户界面层第一层为用户界面层(GUIGUI：GDB User GDB User InterFaceInterFace)；第

31、二层为第二层为GDBGDB服务层服务层(服务器服务器)；第三层为地图数据存储层第三层为地图数据存储层(数据库数据库)。上面上面3 3层完全分离。层完全分离。三、多服务器三、多服务器/客户机体系结构客户机体系结构 6.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构396.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构40地理数据库系统体系结构类型地理数据库系统体系结构类型GUIGUIGDBMSGDBMS用户用户事务处理事务处理GDBGDB数据存储数据存储GUIGUIGDBMSGDBMS用户用户事务处理事务处理GDBGDB数据存储数据存储GUI GUIGUI GUIGDBMSG

32、DBMS用户用户 GDBMSGDBMS用户用户事务事务 事务事务处理处理 处理处理GDB GDB GDBGDB GDB GDB数据存储数据存储 数据存储数据存储 数据存储数据存储第一层第一层第二层第二层第三层第三层事务事务处理处理6.2 6.2 GDBMSGDBMS软件体系结构软件体系结构416.3 6.3 基于文件系统的基于文件系统的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现一、开发步骤一、开发步骤二、实现模型二、实现模型三、系统特点三、系统特点42GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现制图制图数据数据地图数据库管理系统体系结构地图数据库管理系统体系结构地理数据库地理数据库遥感遥感影象影象2

33、 2地理地理数据数据输入输入外部外部数据数据扫描扫描地图地图3 3数据数据编辑编辑处理处理地理目标数据地理目标数据（关系表）（关系表）地理目标数据地理目标数据（对象）（对象）5 5数据数据检索检索查询查询7 7地图地图符号符号显示显示地理数据库地理数据库管理系统管理系统ODBCODBC或或DAODAO数据源数据源地理数地理数据交换据交换文件文件4 4数据处数据处理关系理关系建立建立6 6数据数据操纵操纵外部外部数据数据文件文件数数据据装装载载8 8数据数据维护维护9 9数据运行数据运行管理管理1 1地理数地理数据定义据定义43 计计算算机机提提供供了了操操作作系系统统支支持持下下的的文文件件系

34、系统统，为为用用户户提提供供了了简简便便统统一一的的存存取取和和管管理理数数据据的的方方法法，用用户户可可以以在在此此基基础础上上建建立立自自己己的的逻逻辑辑文文件件。地地图图数数据据量量大大，一一般般按按内内容容分分为为多多个个文文件件，每每个个文文件件都都可可以以用用相相同同的的或或不不同同的的逻逻辑辑文文件件形形式式组组织织，借借助助于于文文件系统完成数据存贮、输入和输出处理。件系统完成数据存贮、输入和输出处理。GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现44GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现v第一步是逻辑设计第一步是逻辑设计 逻辑设计将组织模型转换为文件结构或数据模逻辑设计将组织模型

35、转换为文件结构或数据模型结构。为选择最适合表示组织模型的数据模型，型结构。为选择最适合表示组织模型的数据模型，逻辑设计中要用到实现模型结构的知识。逻辑设计中要用到实现模型结构的知识。v第二步是物理设计第二步是物理设计 通过物理设计以选择最适合于数据模型结构的通过物理设计以选择最适合于数据模型结构的物理结构，这些技术随采用的物理设备及存取方法物理结构，这些技术随采用的物理设备及存取方法而异。量化数据是数据库物理设计中要考虑的一个而异。量化数据是数据库物理设计中要考虑的一个重要因素。所选择数据库的逻辑结构和物理结构的重要因素。所选择数据库的逻辑结构和物理结构的定义由数据库定义语言完成。定义由数据库

36、定义语言完成。一、开发步骤一、开发步骤45v第三步是开发存取数据库的软件第三步是开发存取数据库的软件 一般系统中对数据库的存取是由数据库联一般系统中对数据库的存取是由数据库联机查询语言或嵌入在程序设计语言中的输入机查询语言或嵌入在程序设计语言中的输入/输输出命令完成的。出命令完成的。设计过程和实现模型的数据结构及支撑语设计过程和实现模型的数据结构及支撑语言密切相关。基本文件结构包括数据结构及其言密切相关。基本文件结构包括数据结构及其存取命令两方面。存取命令两方面。GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现46地地图图数数据据库库操作操作系统系统地地图图数数据据库库引引擎擎通通讯讯区区功能模块参数

37、功能模块参数缓缓冲冲公公用用区区运行状态控制运行状态控制信息信息数据库运行日数据库运行日志志数据库管数据库管理系统集理系统集成环境成环境应用程序应用程序APIAPI基于文件的基于文件的GDBMSGDBMS体系结构体系结构GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现47二、实现模型二、实现模型 实现模型由软件和硬件组成，软件和硬件又实现模型由软件和硬件组成，软件和硬件又可分成多个层次，这些层次之间通过界面沟通。可分成多个层次，这些层次之间通过界面沟通。用户命令通过这一系列层次转化为对所存贮数据用户命令通过这一系列层次转化为对所存贮数据的操作。的操作。在不同的实现模型中，分层数目及每个界面在不同的实现

38、模型中，分层数目及每个界面的命令是不同的。的命令是不同的。GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现48v用户界面（用户界面（user interfaceuser interface）通过通过GDBMSGDBMS提供的用户界面，用户使用文件提供的用户界面，用户使用文件或数据库定义语言定义数据库，调用存取命令完成或数据库定义语言定义数据库，调用存取命令完成对数据库的存取。对数据库的存取。v逻辑记录界面（逻辑记录界面（logical record interfacelogical record interface）通过逻辑记录界面，实现在存取方法和用户界通过逻辑记录界面，实现在存取方法和用户界面之间

39、逐个传送逻辑记录。面之间逐个传送逻辑记录。v物理记录界面（物理记录界面（physical record interfacephysical record interface）通过物理记录界面控制物理存贮设备，实现在通过物理记录界面控制物理存贮设备，实现在内存和物理存贮设备之间逐个传送物理记录。内存和物理存贮设备之间逐个传送物理记录。GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现49实现模型的层次实现模型的层次用户界面用户界面文件定义和存取命令文件定义和存取命令数据模型结构数据模型结构数据库存取命令数据库存取命令数据定义数据定义用户界面用户界面软件软件数据库管理系统数据库管理系统文件处理器文件处理器程

40、序设计语言中的文件处理命令程序设计语言中的文件处理命令存取方法存取方法操作系统的磁盘存取命令操作系统的磁盘存取命令支持数据库管理系统的专用程序支持数据库管理系统的专用程序逻辑记录界面逻辑记录界面物理记录界面物理记录界面数据库数据库物理存贮设备物理存贮设备GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现50 采用文件管理数据的采用文件管理数据的优点优点是灵活，即每个软件厂是灵活，即每个软件厂商可以任意定义自己的文件格式、管理各种数据，这商可以任意定义自己的文件格式、管理各种数据，这一特点在存储需要加密的数据以及非结构化的、不定一特点在存储需要加密的数据以及非结构化的、不定长的集合坐标记录时是有帮助的。长

41、的集合坐标记录时是有帮助的。文件方式管理地图数据的文件方式管理地图数据的缺点缺点也是显而易见的，也是显而易见的，需要有开发者实现属性数据的更新、查询、检索等操需要有开发者实现属性数据的更新、查询、检索等操作，这样会增加属性数据管理的开发量，并且不利于作，这样会增加属性数据管理的开发量，并且不利于数据的共享。数据的共享。GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现三、采用文件管理的特点三、采用文件管理的特点516.4 6.4 基于通用基于通用DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现一、基于通用一、基于通用DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS二、通用数据库管理系统二、通用数据库

42、管理系统 三、空间数据库扩展插件三、空间数据库扩展插件 四、地理数据库访问对象四、地理数据库访问对象 52DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现 为了克服文件系统管理地图数据的不足，在通为了克服文件系统管理地图数据的不足，在通用数据库管理系统出现以后，地图学专家开始了基用数据库管理系统出现以后，地图学专家开始了基于通用数据库管理系统的地图数据库管理系统的研于通用数据库管理系统的地图数据库管理系统的研究。究。基于通用数据库管理系统的地图数据库管理系基于通用数据库管理系统的地图数据库管理系统，能够充分利用通用数据库系统的事物处理、并统，能够充分利用通用数据库系统的事物处理、并

43、发机制、索引机制、并行处理、安全控制、容错与发机制、索引机制、并行处理、安全控制、容错与恢复等功能，同时针对地图数据的特点加以扩展，恢复等功能，同时针对地图数据的特点加以扩展，从而完成对地图数据的定义、操纵、查询和显示输从而完成对地图数据的定义、操纵、查询和显示输出等功能。出等功能。53 目前基于通用数据库管理系统的地图数据库管理目前基于通用数据库管理系统的地图数据库管理系统包括：系统包括：二元化管理二元化管理集成化管理集成化管理面向对象数据库面向对象数据库 DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现一、基于通用一、基于通用DBMS的的GDBMS54v二元化方案二元化方案 早

44、早 期期 的的 通通 用用 RDBMSRDBMS和和 现现 在在 的的 多多 数数 小小 型型 通通 用用RDBMSRDBMS一一样样，不不支支持持二二进进制制数数据据块块字字段段类类型型。考考虑虑到到空空间间数数据据是是非非结结构构化化的的、不不定定长长的的，而而且且通通用用RDBMSRDBMS不不能能实实现现对对空空间间数数据据的的操操作作，这这样样人人们们就就考考虑虑利利用用文文件件系系统统的的方方式式来来存存储储管管理理空空间间数数据据，而而用用通通用用关关系系数数据据库库管管理理系系统统管管理理属属性性数数据据。这这种种把把空空间间数数据据和和属属性性数数据据分分开开，分分别别采采用

45、用文文件件和和数数据据库库方方式式进进行行管理的方式管理的方式有人称之为有人称之为“二元化二元化”管理。管理。DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现55 具体地，采用这种方案的数据管理方式是：具体地，采用这种方案的数据管理方式是：空空间间数数据据：包包括括定定位位数数据据和和空空间间关关系系数数据据，是是不不定定长长数据，采用文件管理；数据，采用文件管理；时间数据：时间数据：结构化数据，采用通用关系数据库管理；结构化数据，采用通用关系数据库管理；非非空空间间属属性性数数据据：结结构构化化的的、定定长长数数据据，采采用用通通用用关关系数据库管理；系数据库管理；非结构化的描述

46、数据：非结构化的描述数据：包括文本、图象、音频、视频包括文本、图象、音频、视频等，一般都对应于一个文件，可简单地在关系数据库等，一般都对应于一个文件，可简单地在关系数据库中记录其文件路径和名称。优点是关系数据库的数据中记录其文件路径和名称。优点是关系数据库的数据量小，缺点是文件路径常因为文件的删除、移动操作量小，缺点是文件路径常因为文件的删除、移动操作而变得不可靠。而变得不可靠。DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现56空间几何数据与属性数据的分开存储管理，需要空间几何数据与属性数据的分开存储管理，需要定义它们之间的对应关系。定义它们之间的对应关系。通常的解决方法是在文件

47、中各个地物都有唯一的通常的解决方法是在文件中各个地物都有唯一的标识码（地物标识码（地物IDID），），而在关系数据库的数据表中，而在关系数据库的数据表中，也有一个标识码属性，这样每条记录可以通过该也有一个标识码属性，这样每条记录可以通过该标识码确定与之对应的地物的连接关系。标识码确定与之对应的地物的连接关系。缺点缺点是经常进行地物是经常进行地物IDID的查找（既包括给定地物的查找（既包括给定地物查找记录，也包括根据给定的记录查找相应的地查找记录，也包括根据给定的记录查找相应的地物），使查询和其它运算等一些操作速度变慢。物），使查询和其它运算等一些操作速度变慢。DBMSDBMS的的GDBMSGD

48、BMS设计与实现设计与实现 二元化管理的特点二元化管理的特点：57目目前前Oracle8iOracle8i、InformixInformix等等大大型型通通用用RDBMSRDBMS支支持持二二进进制制数数据据块块的的数数据据类类型型后后，不不定定长长的的空空间间几几何何数数据可以用二进制数据块的形式用关系数据库管理。据可以用二进制数据块的形式用关系数据库管理。所所有有地地理理数数据据全全部部被被集集成成到到RDBMSRDBMS中中，形形成成空空间间数据库。数据库。关关系系数数据据库库的的理理论论及及其其工工具具都都已已成成熟熟，能能提提供供一一致致的的访访问问接接口口（SQLSQL）来来操操作

49、作分分布布的的海海量量数数据据，并并且且支持用户的并发访问、安全性控制和一致性检查。支持用户的并发访问、安全性控制和一致性检查。通用的访问接口也便于实现数据的共享。通用的访问接口也便于实现数据的共享。DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现v 集成化方案集成化方案58空间数据库空间数据库数据库访问接口数据库访问接口空间数据访问接口空间数据访问接口空间模型服务空间模型服务应用程序应用程序APIAPI应用程序应用程序APIAPI应用程序应用程序APIAPI关系数据库管关系数据库管理系统理系统地理数据库及其地理数据库及其应用系统应用系统集成化的集成化的GDBMSGDBMS的体系结

50、构的体系结构DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现59几何数据不定长，会造成存储效率的低下；几何数据不定长，会造成存储效率的低下；现现有有的的SQLSQL并并不不支支持持空空间间数数据据的的检检索索，需需要要软软件件开开发者自己开发空间数据访问接口；发者自己开发空间数据访问接口；如果要支持空间数据共享，则要对如果要支持空间数据共享，则要对SQLSQL进行扩展。进行扩展。DBMSDBMS的的GDBMSGDBMS设计与实现设计与实现 集成化全关系数据库管理的特点集成化全关系数据库管理的特点：60v 面向对象数据库（面向对象数据库（OO_DBMSOO_DBMS）管理管理 如果应