《數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)》PPT課件

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1、地圖數(shù)據(jù)庫原理與技術(shù),2,第六章,地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其設(shè)計,3,幾個相關(guān)概念,數(shù)據(jù)庫： 數(shù)據(jù)的集合。由DBMS統(tǒng)一管理，多用戶共享。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS： 系統(tǒng)軟件，對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理和控制。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)： 帶有數(shù)據(jù)庫的整個計算機系統(tǒng)，包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員。,4,地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。因為地圖數(shù)據(jù)作為空間數(shù)據(jù)，比一般信息處理中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)更復(fù)雜，如：數(shù)據(jù)類型繁多、數(shù)據(jù)操縱復(fù)雜、數(shù)據(jù)輸出形式的多樣性、數(shù)據(jù)量大等，因此就導(dǎo)致了地圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的復(fù)雜性。而且地圖數(shù)據(jù)庫作為一種圖形數(shù)據(jù)庫，它的管理比通常的非圖形數(shù)據(jù)庫要困難得多，人們在利用通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2、管理地圖數(shù)據(jù)的過程中也遇到和發(fā)現(xiàn)了許多問題。因此，對地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的研究，具有某種程度的重要意義。,地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的作用,5,主要內(nèi)容:,GDBMS軟件功能 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu) 基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn) 基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn) GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),6,6.1 GDBMS的軟件功能,一、地圖數(shù)據(jù)定義 二、地圖數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)裝載 三、地圖數(shù)據(jù)編輯與處理 四、數(shù)據(jù)處理與空間關(guān)系建立 五、地圖數(shù)據(jù)檢索與查詢,7,6.1 GDBMS的軟件功能,六、地圖數(shù)據(jù)操縱 七、地圖數(shù)據(jù)輸出與符號化 八、數(shù)據(jù)維護 九、數(shù)據(jù)的運行管理,8,,,,,,,,,,,,6.1

3、GDBMS的軟件功能,地圖數(shù)據(jù)庫,地圖數(shù)據(jù)采集,地圖數(shù)據(jù)編輯與處理,數(shù)據(jù)處理與空間關(guān)系建立,數(shù)據(jù)檢索查詢,數(shù)據(jù)庫操縱,數(shù)據(jù)輸出與符號化,外部數(shù)據(jù)文件裝載,地圖數(shù)據(jù)定義,數(shù)據(jù)維護,數(shù)據(jù)運行管理,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) （GDBMS）,9,一、地圖數(shù)據(jù)定義功能 地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)定義語言，用戶通過它可以方便地定義數(shù)據(jù)。 二、地圖數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)裝載 采用不同設(shè)備和技術(shù)，對各種來源的地圖數(shù)據(jù)進行采集，并對數(shù)據(jù)實施編輯檢查，獲取原始的地圖數(shù)據(jù)。,6.1 GDBMS的軟件功能,10,利用掃描數(shù)字化地圖進行空間數(shù)據(jù)自動或半自動采集； 利用遙感影象提取空間數(shù)據(jù)來更新數(shù)據(jù)庫； 在顯示掃描數(shù)字化地圖和遙感影象

4、的條件下利用地理數(shù)據(jù)編輯與處理功能以人機交互方式采集空間數(shù)據(jù)，同時錄入必要的屬性數(shù)據(jù)； 裝載其它外部數(shù)據(jù)交換格式文件的地圖數(shù)據(jù)。,地圖數(shù)據(jù)裝載的功能：,6.1 GDBMS的軟件功能,11,,,,,,,,,,,,,,,掃描 地圖,遙感 影象,拓撲建立,圖象配準(zhǔn),地圖數(shù)據(jù)庫,矢量數(shù)據(jù)自動提取,屬性數(shù)據(jù)輸入,有關(guān) 控制點 數(shù)據(jù),外部數(shù)據(jù)文件,數(shù)據(jù) 裝載,以圖象為背景手工采集,中心投影改正,地圖數(shù)據(jù)輸入與裝載流程,6.1 GDBMS的軟件功能,12,通常，一個大型的和長期使用的系統(tǒng)，其地圖數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)裝載功能應(yīng)該能夠接收和裝載其它常用系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的外部地圖數(shù)據(jù)文件，如地理數(shù)據(jù)交換格式文件、軍事測繪數(shù)據(jù)

5、庫數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式文件、AutoCAD DXF和MapInfo數(shù)據(jù)交換格式等地圖數(shù)據(jù)文件。,6.1 GDBMS的軟件功能,13,在地圖數(shù)據(jù)可視化（符號化或非符號化）條件下，以人機交互方式對地圖數(shù)據(jù)（包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和注記）進行編輯和處理，復(fù)合要素和簡單要素之間的空間關(guān)系建立，對輸入和裝載的數(shù)據(jù)進行錯誤檢查和處理，確定各種類型目標(biāo)的符號屬性。,三、地圖數(shù)據(jù)編輯與處理,6.1 GDBMS的軟件功能,14,,,地理數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)塊選擇,圖象數(shù)據(jù),可編輯地理要素層,,,幾何數(shù)據(jù)增加、移動、刪除和修改,地理屬性連接,簡單要屬建立,,,語義關(guān)系建立,,圖象配準(zhǔn),,控制點,,,拓撲維護,,,復(fù)合要素,數(shù)

6、據(jù)塊之間拓撲建立,,,,,,Leve 0,Leve 1,Leve 2,,地理數(shù)據(jù)編輯與處理流程圖,6.1 GDBMS的軟件功能,,,15,地圖數(shù)據(jù)顯示控制 空間數(shù)據(jù)編輯 屬性數(shù)據(jù)編輯 對輸入和裝載的數(shù)據(jù)進行錯誤檢查和處理 確定點、線、面目標(biāo)的拓撲關(guān)系 復(fù)合要素 確定數(shù)據(jù)塊之間的拓撲關(guān)系,空間數(shù)據(jù)編輯的內(nèi)容：,6.1 GDBMS的軟件功能,16,四、數(shù)據(jù)處理和空間關(guān)系建立 這是一系列工具軟件的集合，包括地圖投影變換、幾何量算、數(shù)據(jù)裁剪和拼接、空間關(guān)系建立等，按用戶要求重新組織數(shù)據(jù)，便于應(yīng)用。對輸入和編輯后的點、線、面空間數(shù)據(jù)進行拓撲關(guān)系處理和生成，自動或半自動構(gòu)面。建立數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間鄰

7、接相關(guān)關(guān)系。,6.1 GDBMS的軟件功能,17,,地理數(shù)據(jù)庫,待拓撲地理要素層,提取待拓撲的鏈,建立鏈號與地址的索引文件,結(jié)點和鏈拓撲自動構(gòu)建,點、鏈、面目標(biāo)自動匹配,,,,,,,拓撲關(guān)系處理流程圖,6.1 GDBMS的軟件功能,,18,五、地圖數(shù)據(jù)的檢索和數(shù)據(jù)查詢 通過地圖數(shù)據(jù)查詢功能實現(xiàn)對空間和屬性數(shù)據(jù)的空間查詢。 檢索，就是從地圖數(shù)據(jù)庫的全體數(shù)據(jù)集合中按照檢索條件迅速查找出用戶所需要的部分內(nèi)容。地圖數(shù)據(jù)庫適用性的好壞，在很大程度上與檢索手段的多樣性、適應(yīng)性及檢索速度的快慢有關(guān)。,6.1 GDBMS的軟件功能,19,,數(shù)據(jù)查詢與檢索流程圖,6.1 GDBMS的軟件功能,20,定性

8、檢索：也稱標(biāo)題檢索。它是按地物的屬性代碼從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)。 定位檢索：也稱開窗檢索。它是按指定的矩形范圍提取范圍內(nèi)全部目標(biāo)的數(shù)據(jù)。 識別號檢索：當(dāng)物體的識別號為已知時，使用物體的識別號檢索十分方便，且檢索效率提高。,地圖數(shù)據(jù)庫一般應(yīng)具有如下檢索功能：,6.1 GDBMS的軟件功能,21,拓撲檢索：它是將目標(biāo)劃分為弧段和節(jié)點，給定弧段或節(jié)點檢索出一批與給定元素相關(guān)聯(lián)或者相鄰接的元素。 組合檢索：將地圖數(shù)據(jù)庫中空間數(shù)據(jù)按其屬性、位置和空間關(guān)系的進行單項查詢或多項組合查詢。組合檢索的應(yīng)用，使用戶從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)的靈活性得到大大提高。 分析檢索：用于實現(xiàn)對地理網(wǎng)絡(luò)的基于網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系的空間分析，最優(yōu)

9、路徑分析。,6.1 GDBMS的軟件功能,22,六、地圖數(shù)據(jù)操縱功能 地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供圖形編輯界面，用戶通過該界面可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作，包括：查詢、插入、刪除和修改等。圖形編輯是適合空間數(shù)據(jù)特點的數(shù)據(jù)編輯方式，不僅要編輯地圖要素的幾何位置，而且還要編輯要素的描述信息以及要素之間的空間關(guān)系。,6.1 GDBMS的軟件功能,23,地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操縱流程,6.1 GDBMS的軟件功能,24,數(shù)據(jù)區(qū)管理,6.1 GDBMS的軟件功能,包括新建數(shù)據(jù)區(qū)（對數(shù)據(jù)區(qū)進行定義，一個數(shù)據(jù)區(qū)對應(yīng)一個數(shù)據(jù)庫文件） 打開數(shù)據(jù)區(qū)、要素層定義、要素層控制（包括層刪除、層排序、設(shè)置層圖形縮放時視野范圍、設(shè)置可

10、視和可編輯標(biāo)志等） 要素層維護（對一要素層的點、線、面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行增、刪、改）,25,數(shù)據(jù)選擇與查詢,6.1 GDBMS的軟件功能,通過可視化的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)選擇地理目標(biāo)。其選擇方式有： 不同要素層中單目標(biāo)選擇、同一要素層中多目標(biāo)選擇（包括單選、圓形選擇、矩形選擇和多邊形選擇）。 通過給定的條件進行選擇和查詢（SQL查詢），選擇和查詢結(jié)果形成一個新的要素層，它可以是被選擇要素層的一個映射，并非物理存在的要素層，提供給某些分析功能使用。 也可以存儲為一個物理要素層。,26,數(shù)據(jù)庫安全與維護,6.1 GDBMS的軟件功能,包括數(shù)據(jù)安全訪問控制、數(shù)據(jù)庫備份、恢復(fù)與容錯處理。,27,提供按規(guī)范規(guī)定

11、的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式； 按用戶要求符號化處理輸出到圖形輸出設(shè)備上。 可進行電子地圖全符號化顯示。 提供對點符、線符、面符進行設(shè)計的軟件工具。 按照某種地圖投影和地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)屏幕地圖顯示或輸出到繪圖機、膠片輸出機上等。,6.1 GDBMS的軟件功能,七、數(shù)據(jù)輸出與符號化,28,,,,,,地圖數(shù)據(jù)庫,地圖投影與變換,地圖符號庫,地圖顯示,數(shù)據(jù)塊,6.1 GDBMS的軟件功能,地圖輸出生成流程圖,29,包括地圖數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。這些功能通常是由一些使用程序完成的。 空間數(shù)據(jù)庫的重組織、重構(gòu)造和系統(tǒng)的安全性與完整性控制等，是重要的維護方法。,6.1 GDB

12、MS的軟件功能,八、數(shù)據(jù)維護功能,30,地圖數(shù)據(jù)庫在長期的運行過程中，經(jīng)常需要對數(shù)據(jù)記錄進行插入、修改和刪除操作，這就會降低存儲效率，浪費存儲空間，從而影響地圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能。 重組指在不改變地圖數(shù)據(jù)庫原來的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的前提下，改變數(shù)據(jù)的存儲位置，將數(shù)據(jù)予以重新組織和存放。 DBMS一般都提供數(shù)據(jù)庫重組的應(yīng)用程序。因地圖數(shù)據(jù)庫重組要占用系統(tǒng)資源，故重組工作不能頻繁進行。,6.1 GDBMS的軟件功能,地圖數(shù)據(jù)庫的重組織,31,應(yīng)用環(huán)境和用戶需求改變時，需要對原來的系統(tǒng)進行修正和擴充，因此需要部分地改變原來地圖數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。 重構(gòu)指局部改變地圖數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。

13、通過改寫其概念模式的存儲模式進行。 地圖數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)，對延長應(yīng)用系統(tǒng)的使用壽命非常重要，但只能對其邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)進行局部修改和擴充，如果修改和擴充的內(nèi)容太多，就要考慮開發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)。,6.1 GDBMS的軟件功能,地圖數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造,32,地圖數(shù)據(jù)庫的完整性，指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和一致性，主要由后映象日志來完成，它是一個備份程序，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)或介質(zhì)故障時，利用它對數(shù)據(jù)庫進行恢復(fù)。安全性指對數(shù)據(jù)的保護，主要通過權(quán)限授予、審計跟蹤，以及數(shù)據(jù)的卸出和裝入來實現(xiàn)。,6.1 GDBMS的軟件功能,地圖數(shù)據(jù)庫的完整性、安全性控制,33,是地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心技術(shù)模塊，即按地圖數(shù)據(jù)模型，設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)

14、構(gòu)，在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對地圖數(shù)據(jù)進行存儲和檢索，包括并發(fā)控制，安全性檢查、完整性約束條件的檢查和執(zhí)行、數(shù)據(jù)庫內(nèi)部維護（如索引、數(shù)據(jù)字典的自動維護）等。 所有對地圖數(shù)據(jù)庫的操作都要在這些控制程序的統(tǒng)一管理下進行，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性以及多用戶對數(shù)據(jù)庫的并發(fā)使用。,6.1 GDBMS的軟件功能,九、地圖數(shù)據(jù)的運行管理,34,6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),一、單機 二、客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu) 三、多服務(wù)器/客戶機結(jié)構(gòu),35,6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),單機，其用戶GUI（graphical user interface）、事務(wù)處理、地理數(shù)據(jù)存儲都在同一臺機器上完成，用戶界面層、GDB服務(wù)層

15、（服務(wù)器）、地理數(shù)據(jù)存儲層（數(shù)據(jù)庫）3層融合在一起。,一、單機,,36,二、客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),一部分是一個基于客戶機（Client）的單機平臺，提供單數(shù)據(jù)區(qū)管理，所有的管理和查詢分析等應(yīng)用都在此基礎(chǔ)上進行。 另一部分作為地圖數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（Server）提供對多數(shù)據(jù)區(qū)管理，并作為客戶機平臺的數(shù)據(jù)源。 客戶機平臺利用GDAO（地圖數(shù)據(jù)庫存儲對象）與地圖數(shù)據(jù)庫服務(wù)器聯(lián)接，查詢獲得的地理數(shù)據(jù)可作為客戶機平臺當(dāng)前數(shù)據(jù)區(qū)中一個或若干要素層直接進行空間分析?？蛻魴C平臺也可利用ODBC與大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行數(shù)據(jù)連接。,6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),37,,數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)編輯處理,查詢檢索,地圖數(shù)據(jù)庫

16、管理系統(tǒng),平臺地圖 數(shù)據(jù)庫,ODBC,GDAO,Oracle,SQL Server,地圖數(shù)據(jù)庫 服務(wù)器,,,,,,,,,,圖形顯示,,,拓撲關(guān)系處理,,客戶機 （Client）,服務(wù)器 （Server）,GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),38,地圖數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的地圖數(shù)據(jù)模型與客戶機平臺基本相同，所不同之處是客戶機平臺是單數(shù)據(jù)區(qū)管理，而地圖數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對多數(shù)據(jù)區(qū)地理數(shù)據(jù)進行管理。,6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),39,這種結(jié)構(gòu)分為三層： 第一層為用戶界面層(GUI：GDB User InterFace)； 第二層為GDB服務(wù)層(服務(wù)器)； 第三層為地圖數(shù)據(jù)存儲層(數(shù)據(jù)庫)

17、。 上面3層完全分離。,三、多服務(wù)器/客戶機體系結(jié)構(gòu),6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),40,6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),41,地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)類型,6.2 GDBMS軟件體系結(jié)構(gòu),42,6.3 基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),一、開發(fā)步驟 二、實現(xiàn)模型 三、系統(tǒng)特點,43,,,,,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),制圖數(shù)據(jù),地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),地理數(shù)據(jù)庫,遙感影象,2地理數(shù)據(jù)輸入,外部數(shù)據(jù),掃描地圖,,,,3數(shù)據(jù)編輯處理,,地理目標(biāo)數(shù)據(jù)（關(guān)系表）,地理目標(biāo)數(shù)據(jù)（對象）,5數(shù)據(jù)檢索查詢,7地圖符號顯示,地理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),,,ODBC或DAO數(shù)據(jù)源,地理數(shù)據(jù)交換文件

18、,,4數(shù)據(jù)處理關(guān)系建立,6數(shù)據(jù)操縱,,,,,,外部數(shù)據(jù)文件,數(shù)據(jù)裝載,,,8數(shù)據(jù)維護,9數(shù)據(jù)運行管理,,,1地理數(shù)據(jù)定義,,44,計算機提供了操作系統(tǒng)支持下的文件系統(tǒng)，為用戶提供了簡便統(tǒng)一的存取和管理數(shù)據(jù)的方法，用戶可以在此基礎(chǔ)上建立自己的邏輯文件。地圖數(shù)據(jù)量大，一般按內(nèi)容分為多個文件，每個文件都可以用相同的或不同的邏輯文件形式組織，借助于文件系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)存貯、輸入和輸出處理。,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),45,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),第一步是邏輯設(shè)計 邏輯設(shè)計將組織模型轉(zhuǎn)換為文件結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)。為選擇最適合表示組織模型的數(shù)據(jù)模型，邏輯設(shè)計中要用到實現(xiàn)模

19、型結(jié)構(gòu)的知識。 第二步是物理設(shè)計 通過物理設(shè)計以選擇最適合于數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)，這些技術(shù)隨采用的物理設(shè)備及存取方法而異。量化數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計中要考慮的一個重要因素。所選擇數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的定義由數(shù)據(jù)庫定義語言完成。,一、開發(fā)步驟,46,第三步是開發(fā)存取數(shù)據(jù)庫的軟件 一般系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)庫的存取是由數(shù)據(jù)庫聯(lián)機查詢語言或嵌入在程序設(shè)計語言中的輸入/輸出命令完成的。 設(shè)計過程和實現(xiàn)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及支撐語言密切相關(guān)。基本文件結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其存取命令兩方面。,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),47,,地圖數(shù)據(jù)庫,,操作 系統(tǒng),地圖數(shù)據(jù)庫引擎,,,,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)集成

20、環(huán)境,應(yīng)用程序API,,,基于文件的GDBMS體系結(jié)構(gòu),6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),48,二、實現(xiàn)模型 實現(xiàn)模型由軟件和硬件組成，軟件和硬件又可分成多個層次，這些層次之間通過界面溝通。用戶命令通過這一系列層次轉(zhuǎn)化為對所存貯數(shù)據(jù)的操作。 在不同的實現(xiàn)模型中，分層數(shù)目及每個界面的命令是不同的。,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),49,用戶界面（user interface） 通過GDBMS提供的用戶界面，用戶使用文件或數(shù)據(jù)庫定義語言定義數(shù)據(jù)庫，調(diào)用存取命令完成對數(shù)據(jù)庫的存取。 邏輯記錄界面（logical record interface） 通過邏輯記錄界面，

21、實現(xiàn)在存取方法和用戶界面之間逐個傳送邏輯記錄。 物理記錄界面（physical record interface） 通過物理記錄界面控制物理存貯設(shè)備，實現(xiàn)在內(nèi)存和物理存貯設(shè)備之間逐個傳送物理記錄。,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),50,實現(xiàn)模型的層次,用戶界面,文件定義和存取命令 數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫存取命令 數(shù)據(jù)定義,,用戶界面 軟件,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 文件處理器 程序設(shè)計語言中的文件處理命令,,存取方法,操作系統(tǒng)的磁盤存取命令 支持數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的專用程序,,,,,邏輯記錄界面,物理記錄界面,數(shù)據(jù)庫,物理存貯設(shè)備,,,,,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),51,采用文件管

22、理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是靈活，即每個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)，這一特點在存儲需要加密的數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化的、不定長的集合坐標(biāo)記錄時是有幫助的。 文件方式管理地圖數(shù)據(jù)的缺點也是顯而易見的，需要有開發(fā)者實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的更新、查詢、檢索等操作，這樣會增加屬性數(shù)據(jù)管理的開發(fā)量，并且不利于數(shù)據(jù)的共享。,6.3基于文件系統(tǒng)的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),三、采用文件管理的特點,52,6.4 基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),一、基于通用DBMS的GDBMS 二、通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 三、空間數(shù)據(jù)庫擴展插件 四、地理數(shù)據(jù)庫訪問對象,53,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),為了克服文件系統(tǒng)

23、管理地圖數(shù)據(jù)的不足，在通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)出現(xiàn)以后，地圖學(xué)專家開始了基于通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的研究。 基于通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠充分利用通用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事物處理、并發(fā)機制、索引機制、并行處理、安全控制、容錯與恢復(fù)等功能，同時針對地圖數(shù)據(jù)的特點加以擴展，從而完成對地圖數(shù)據(jù)的定義、操縱、查詢和顯示輸出等功能。,54,目前基于通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括： 二元化管理 集成化管理 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),一、基于通用DBMS的GDBMS,55,二元化方案 早期的通用RDBMS和現(xiàn)在的多數(shù)小型通用RDBMS

24、一樣，不支持二進制數(shù)據(jù)塊字段類型。考慮到空間數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化的、不定長的，而且通用RDBMS不能實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的操作，這樣人們就考慮利用文件系統(tǒng)的方式來存儲管理空間數(shù)據(jù)，而用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理屬性數(shù)據(jù)。這種把空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開，分別采用文件和數(shù)據(jù)庫方式進行管理的方式有人稱之為“二元化”管理。,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),56,具體地，采用這種方案的數(shù)據(jù)管理方式是： 空間數(shù)據(jù)：包括定位數(shù)據(jù)和空間關(guān)系數(shù)據(jù)，是不定長數(shù)據(jù)，采用文件管理； 時間數(shù)據(jù)：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，采用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理； 非空間屬性數(shù)據(jù)：結(jié)構(gòu)化的、定長數(shù)據(jù)，采用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理； 非結(jié)構(gòu)化的描述數(shù)據(jù)：包括文

25、本、圖象、音頻、視頻等，一般都對應(yīng)于一個文件，可簡單地在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中記錄其文件路徑和名稱。優(yōu)點是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量小，缺點是文件路徑常因為文件的刪除、移動操作而變得不可靠。,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),57,空間幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的分開存儲管理，需要定義它們之間的對應(yīng)關(guān)系。 通常的解決方法是在文件中各個地物都有唯一的標(biāo)識碼（地物ID），而在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中，也有一個標(biāo)識碼屬性，這樣每條記錄可以通過該標(biāo)識碼確定與之對應(yīng)的地物的連接關(guān)系。 缺點是經(jīng)常進行地物ID的查找（既包括給定地物查找記錄，也包括根據(jù)給定的記錄查找相應(yīng)的地物），使查詢和其它運算等一些操作速度變慢。,6.4基

26、于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),二元化管理的特點：,58,目前Oracle8i、Informix等大型通用RDBMS支持二進制數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)類型后，不定長的空間幾何數(shù)據(jù)可以用二進制數(shù)據(jù)塊的形式用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理。 所有地理數(shù)據(jù)全部被集成到RDBMS中，形成空間數(shù)據(jù)庫。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論及其工具都已成熟，能提供一致的訪問接口（SQL）來操作分布的海量數(shù)據(jù)，并且支持用戶的并發(fā)訪問、安全性控制和一致性檢查。 通用的訪問接口也便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),集成化方案,59,,,,空間數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫訪問接口,空間數(shù)據(jù)訪問接口,空間模型服務(wù),應(yīng)用程序API,應(yīng)用程序

27、API,應(yīng)用程序API,,,,,,關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),地理數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng),集成化的GDBMS的體系結(jié)構(gòu),6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),60,幾何數(shù)據(jù)不定長，會造成存儲效率的低下； 現(xiàn)有的SQL并不支持空間數(shù)據(jù)的檢索，需要軟件開發(fā)者自己開發(fā)空間數(shù)據(jù)訪問接口； 如果要支持空間數(shù)據(jù)共享，則要對SQL進行擴展。,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),集成化全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理的特點：,61,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫（OO_DBMS）管理 如果應(yīng)用對象數(shù)據(jù)庫管理地理數(shù)據(jù)，則可以擴充對象數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)類型以支持空間數(shù)據(jù)，包括點、線、面等幾何體，并且允許定義對于這些幾何體的基本操作，包括計

28、算距離、檢索空間關(guān)系，甚至稍微復(fù)雜的運算，如緩沖區(qū)計算、疊加操作等也可以由對象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)“無縫”地支持。,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),62,通過對象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，提供了對各種數(shù)據(jù)的一致的訪問接口以及部分空間模型服務(wù)，不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，而且空間模型服務(wù)也可以共享，使地理數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用軟件可以將重點放在數(shù)據(jù)表現(xiàn)和復(fù)雜的專業(yè)模型上。 但目前對象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還未成熟，許多技術(shù)問題仍然需要進一步研究。例如，支持用戶自定義功能，可能會引發(fā)對系統(tǒng)的惡意入侵。查詢優(yōu)化也是對象數(shù)據(jù)庫面臨的一個難題，例如，要進行查詢所有有高速公路通過并且人均收入大于1萬元的縣。,6.4基于通用DBM

29、S的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),63,,,空間數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫訪問接口,空間模型服務(wù),,,,,面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),地理數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng),OO-DBMS的體系結(jié)構(gòu),專業(yè)空間模型服務(wù),6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),應(yīng)用程序API,應(yīng)用程序API,應(yīng)用程序API,64,二、通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成基本的數(shù)據(jù)庫管理功能。如關(guān)系數(shù)據(jù)庫 ORACLE8i、SQL Server、Infomix等大型商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)量小也可以選用小型桌面數(shù)據(jù)庫如Access等。 三、空間數(shù)據(jù)庫擴展插件SDEC Spatial Database Extension Cartrid

30、g是在通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle8.0之上，針對空間數(shù)據(jù)所做的一層擴展，使之能夠存儲和管理空間數(shù)據(jù)，并對空間數(shù)據(jù)的查詢和分析提供支持。其中主要包括空間數(shù)據(jù)庫定義、空間索引等部分。,6.4基于通用DBMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),65,四、地理數(shù)據(jù)庫訪問對象GDAO 空間數(shù)據(jù)庫訪問對象（Geo-Database Access Objects）由一組能夠完成數(shù)據(jù)庫訪問功能的對象組成，它能完全封裝空間數(shù)據(jù)庫的訪問，將復(fù)雜、繁瑣的數(shù)據(jù)庫訪問方法隱藏在部件內(nèi)部，并向用戶提供簡單、明晰的訪問接口，同時保證訪問方式的靈活性。另外，通過該組對象提供的緩存機制，能夠保證數(shù)據(jù)訪問的高效性。,6.4基于通用D

31、BMS的GDBMS設(shè)計與實現(xiàn),66,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),67,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),當(dāng)前的大部分地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它拋棄了一般的對數(shù)據(jù)庫的訪問方法，并且把不同的數(shù)據(jù)庫訪問機制有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成了以DAO為主，ODBC為輔的訪問方式，在最底層抽象出對地理信息進行操縱的類，在這個基礎(chǔ)上增加了一些地圖數(shù)據(jù)庫管理必須的基礎(chǔ)性功能。,,68,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),地圖數(shù)據(jù)庫管理基礎(chǔ)性功能,69,主要以DAO為主，VC++為DAO數(shù)據(jù)封裝了功能全面的類，大大地加快了應(yīng)用程序的開發(fā)。 ODBC雖然支持多數(shù)據(jù)源，

32、但它訪問速度太慢，不適合于做底層的接口；另外，作為一個獨立的應(yīng)用系統(tǒng)沒有必要在最底層上支持多數(shù)據(jù)源，只是在數(shù)據(jù)交換和共享時有這種需要。 目前許多應(yīng)用系統(tǒng)前臺采用一種高效的數(shù)據(jù)庫，后臺采用ODBC 連接多數(shù)據(jù)源。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),關(guān)系數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的特點：,70,DAO數(shù)據(jù)庫是 Microsoft 公司推出的基于Jet Engine的數(shù)據(jù)庫，主要適合于訪問由 Jet Engine創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫(.mdb)，同時也支持其它的數(shù)據(jù)源。 作為底層的數(shù)據(jù)庫來用，應(yīng)用系統(tǒng)必須可以獲得很高的，DAO對數(shù)據(jù)庫的控制權(quán)做得比較出色，可以控制從數(shù)據(jù)庫本身、到表、到字段、索引等任何一個級別的對象的

33、全面控制。而ODBC在這一方面還達不到要求。 DAO的缺點是把數(shù)據(jù)庫的全部細節(jié)完全暴露給了用戶，也就從根本上喪失了數(shù)據(jù)庫的安全性。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),DAO的特點：,71,傳統(tǒng)的基于文件的系統(tǒng)只是對二進制文件的操作，RIMS中幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一交給DAO數(shù)據(jù)庫管理，達到屬性與圖形真正意義上的一體化。 RIMS中抽象出了許多包括地理實體在內(nèi)的多種對象，每種對象對應(yīng)存儲到數(shù)據(jù)庫中的一種類型的表里，凡是不定長度的數(shù)據(jù)類型都存儲為數(shù)據(jù)庫中的一個大二進制字段。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn)主要解決的問題：,地理數(shù)據(jù)在DAO數(shù)據(jù)庫中的組織,72,一個

34、數(shù)據(jù)集對應(yīng)一個數(shù)據(jù)庫文件，按照空間范圍進行網(wǎng)格劃分，既達到存儲多個數(shù)據(jù)塊的目的，又巧妙的體現(xiàn)了空間索引的思想。 每一個表中都建有一個以ID號為主關(guān)鍵字的索引，除了對單個表的操作，相互關(guān)聯(lián)的不同表之間需要相互引用時，數(shù)據(jù)庫的索引機制提供了極大的便利。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),地理數(shù)據(jù)在DAO數(shù)據(jù)庫中的組織,73,DAO數(shù)據(jù)庫編程模式是一個應(yīng)用程序，一般只能對應(yīng)一種特定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，而且大多數(shù)時候這個數(shù)據(jù)庫必須已經(jīng)事先創(chuàng)建好了，在程序設(shè)計中或者程序運行中，往往可能涉及到令人不快的數(shù)據(jù)庫注冊要求，這些都不適用于地圖數(shù)據(jù)庫中。 在地圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中完全拋棄了Appwizard的協(xié)助，設(shè)計

35、了靈活的訪問方式。所有數(shù)據(jù)庫都是程序運行中動態(tài)創(chuàng)建的，完全脫離任何外部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，打開某個地圖數(shù)據(jù)庫時，不需要用戶其它注冊操作。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),數(shù)據(jù)庫的操作,74,對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操縱也不是用一般的DFX_數(shù)據(jù)交換方法，而是用GetFieldValue，SetFieldValue 方法實時動態(tài)地進行。這樣可以在運行中動態(tài)操縱一些事先不知道其結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，而且DFX_數(shù)據(jù)交換方法在任何數(shù)據(jù)庫表中的移動都會自動執(zhí)行，而不管是否有讀取或更新數(shù)據(jù)的需要。相對而言，GetFieldValue,SetFieldValue 方法在這方面就減少了不必要的操作，提高了速度。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),數(shù)據(jù)庫的操作,75,雖然數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)類型多種多樣，但對它們的操作都是相似的。在VC++以及包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、OLE等在內(nèi)的其它許多技術(shù)中，都廣泛使用了一種智能化的數(shù)據(jù)類型Colevariant 類型，無論是什么類型的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中讀取出來都是這樣一種類型的對象，而同樣無論什么數(shù)據(jù)要寫入數(shù)據(jù)庫，都可以通過構(gòu)造這樣一個對象進行存儲。這種智能化的數(shù)據(jù)類型為數(shù)據(jù)庫的操作提供了極大的便利。,6.5 GDBMS在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的實現(xiàn),數(shù)據(jù)庫的操作,