第五章空间数据的组织与管理

第五章空间数据的组织与管理内容摘要：

4 1 5 5 关系 4 ：结点坐标关系 边界 ID x Y 1 2 3 4 5 2 6 . 7 2 8 . 4 4 6 . 1 3 1 . 3 6 8 . 4 2 3 . 5 4 6 . 5 4 2 . 5 4 5 . 6 3 8 . 7 ( 4 ) 关系模型的进一步发展 R D B M S 在目前的现状是理论和技术都非常完善和成熟，商品化的产品大量涌向市场，基本上占据了目前的数据库市场中传统应用领域的全部和 90% 以上的非传统应用领域，典型的代表有： D B 2 、 IN GR E S 、 O r a c l e 、 S y B a s e 、 X b a se 、 F o x P r o 、R d b / V M S 、 In f o r m i x 等等。 R D B M S 的发展主要体现在以下方面： A 、非结构化大型对象（ L O B L a r g e O b j e c t ）的引进 在关系模型中附加非结构化内容，用于存贮大量变长字符串和二进制数据，是D EC 公司于 1 9 8 1 年就引进的概念，只是当时并未流行。 随着多媒体技术的推广和应用，需要对诸如文本数据、图象数据、静止的视频片断、全动感的视频信息、声音波形等等这类大量的非结构化数据进行存储和管理，于是在目前一些大型的 R D B M S（如 D B 2 、 Or a c l e 等）中，增加了大型对象这种数据类型。 B 、分布式数据库 70 年代中期以来，由于计算机网络通信的迅速发展以及在地理上分散的公司、团体和组织对于数据库更为广泛的应用需求，在集中式数据库系统成熟技术的基础 上产生和发展了分布式数据库系统，分布式数据库系统是数据库技术和网络技术两者相互渗透和有机结合的结果。 目前，在该领域里，一些工作已经取得了显著的成果；许多基本问题已得到解决；一批原型系统已经研究成功并获得了许多经验；一些商品化的产品正在研制或已经推出。 如 Or a c l e 、 In f o r m i x 、 S y b a se 等等。 C 、对象特性的融入 为了迎接面向对象数据库在非传统应用领域对关系数据库提出的挑战，确保关系数据库在数据库领域的霸主地位，关系数据库巨头 Or a c l e 、 S y b a se 、 D B 2 、 In f o r m i x都在积极努力，使自己的关系型产品增加一些面向对象的成分。 目前已经有推向市场的这类产品存在，如 O r a c l e 8 、 D B 2 等。 9 、传统数据模型存在的主要问题 已于前述，目前非空间数据最主要的数据模型是层次模型、网状模型和关系模型。 这里，我们分别介绍它们用于 G IS 地理数据库的局限性 (1 ) 层次模型用于 G IS 地理数据库的局限性 层次模型反映了地理世界中实体之间的层次关系，在描述地理世界中自然的层次结构关系时简单、直观，易于理解，并在一定程度上支持数据的重构。 它用于 G IS地理数据库存在的主要问题是： 1 176。 、很难描述复杂的地理实体之间的联系，描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余； 2 176。 、对任何对象的查询都必须从层次结构的根结点开始，低层次对象的查询效率很低，很难进行反向查询； 3 176。 、数据独立性较差，数据更新涉及许多指针，插入和删除操作比较复杂，父结点的删除意味着其下层所有子结点均被删除； 4 176。 、层次命令具有过程式性质，要求用户了解数据的物理结构，并在数据操纵命令中显式地给出数据的存取路径； 5 176。 、基本不具备演绎功能和操作代数基础。 ( 2) 网状模型用于 GIS 地理数据库的局限性 网状模型是层次模型的一般形式，反映了地理世界中常见的多对多关系，在一定程度上支持数据的重构，具有一定的数据独立和数据共享特性，且运行效率较高。 用于 G I S 地理数据库的主要问题如下： 1 176。 、由于网状结构的复杂性，增加了用户查询的定位困难，要求用户熟悉数据的逻辑结构，知道自己所处的位置； 2 176。 、网状数据操作命令具有过程式性质，存在与层次模型相同的问题； 3 176。 、不直接支持对于层次结构的表达； 4 176。 、基本不具备演绎功能和操作代数基础。 (3 ) 关系模型用于 G IS 地理数据库的局限性 关系模型表示各种地理实体及其间的关系，方式简单、灵活，支持数据重构；具有严格的数学基础，并与一阶逻辑理论密切相关，具有一定的演绎功能；关系操作和关系演算具有非过程式特点。 尽管如此，关系模型用于 G IS 地理数据库也还存在一些不足。 主要问题是： 1 176。 、无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱； 2 176。 、用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理； 3 176。 、由于概念模式和存储模式的相互独立性，及实现关系之间的联系需要执行系统开销较大的联接操作，运行效率不够高。 不难看出，关系模型的根本问题是不能有效地管理复杂地理对象。 面向对象的方法具有强大的数据抽象表达能力。 如：分类、概括、聚集、联合等抽象技术，以及继承、传播等抽象工具。 10 、面向对象的地理数据库模型 (1 ) 基本概念 对象 ： G IS 中定义为：描述一个地理实体的空间和属性数据以及定义一系列对实体有意义的操作函数的统一体。 应具有如下特征： 具有一个唯一的标识，以表明其存在的独立性； 具有一组描述特征的属性，以表明其在某一时刻的状态； 具有一组表示行为的操作方法，用以改变对象的状态。 10 、面向对象的地理数据库模型 (1 ) 基本概念 对象类： 同类对象的集合。 共享同一属性和方法集的所有对象的集合构成类。 从一组对象中抽象出公共的方法和属性，并将它们保存在一类中，是面向对象的核心内容。 如河流均具有共性，如名称、长度、流域面积等，以及相同的操作方法，如查询、计算长度、求流域面积等，因而可抽象为河流类。 被抽象的对象，称为实例，如长江、黄河等。 方法 ：对一个类定义的所有操作称为方法。 消息 ：对象间的相互联系和通信的唯一途径是通过“消息”传送实现的。 (2 ) 面向对象的特性 面向对象方法具有抽象性、封装性、多态性等特性。 抽象 是对现实世界的简明表示。 形成对象的关键是抽象，对象是抽象思维的结果。 抽象思维是通过概念、判断、推理来反映对象的本质，揭示对象内部联系的过程。 任何一个对象都是通过抽象和概括而形成的。 面向对象方法具有很强的抽象表达能力，正是因为这个缘故，可以将对象抽象成对象类，实现抽象的数据类型，允许用户定义数据类型。 封装 是指将方法与数据放于一对象中，以使对数据的操作只可通过该对象本身的方法来进行。 即一对象不能直接作用于另一对象的数据，对象间的通信只能通过消息来进行。 对象是一个封装好的独立模块。 封装是一种信息隐蔽技术，封装的目的在于将对象的使用者和对象的设计者分开，用户只能见到对象封装界面上的信息，对象内部对用户是隐蔽的。 也就是说，对用户而言，只需了解这个模块是干什么的即功能是什么，至于怎么干即如何实现这些功能则是隐蔽在对象内部的。 一个对象的内部状态不受外界的影响，其内部状态的改变也不影响其它对象的内部状态。 封装本身即模块性 ，把定义模块和实现模块分开，就使得用面向对象技术开发或设计的软件的可维护性、可修改性大为改善。 多态 是指同一消息被不同对象接收时，可解释为不同的含义。 因此，可以发送更一般的消息，把实现的细节都留给接收消息的对象。 即相同的操作可作用于多种类型的对象，并能获得不同的结果。 (3 ) 面向对象数据模型的四种核心技术 1 176。 、分类 类是具有相同属性结构和操作方法的对象的集合，属于同一类的对象具有相同的属性结构和操作方法。 分类 是把一组具有相同属性结构和操作方法的对象归纳或映射为一个公共类的过程。 对象和类的关系是“实例” (instance of) 的关系。 同一个类中的若干个对象，用于类中所有对象的操作都是相同的。 属性结构即属性的表现形式相同，但它们具有不同的属性值。 所以，在面向对象的数据库中，只需对每个类定义一组操作，供该类中的每个对象使用，而类中每一个对象的属性值要分别存储，因为每个对象的属性值是不完全相同的。 例如，在面向对象的地理数据模型中，城镇建筑可分为行政区、商业区、住宅区、文化区等若干个类。 以住宅区类而论，每栋住宅作为对象都有门牌号、地址、电话号码等相同的属性结构，但具体的门牌号、地址、电话号码等是各不相同的。 当然，对它们的操作方法如查询等都是相同 的。 2 176。 、概括 概括 是把几个类中某些具有部分公共特征的属性和操作方法抽象出来，形成一个更高层次、更具一般性的超类的过程。 子类和超类用来表示概括的特征，表明它们之间的关系是“即是” ( i s — a) 关系，子类是超类的一个特例。 作为构成超类的子类还可以进一步分类，一个类可能是超类的子类，同时也可能是几个子类的超类。 所以，概。