空間數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu).ppt
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第六章 空間數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu),一、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 三、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 四、分布式空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),,空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,,操作系統(tǒng),,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),,空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),,系統(tǒng)操作員,空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成,1、空間數(shù)據(jù)庫 空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述 和存儲(chǔ),具有較小的冗余度,較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò) 展性,并可為各種用戶共享。 從應(yīng)用性質(zhì)上空間數(shù)據(jù)庫可分為基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù) 庫和專題數(shù)據(jù)庫。,一、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫包括: DLG、DEM、DOM、DRG和元數(shù)據(jù)(MD) 專題數(shù)據(jù)庫(TD)包括: 土地利用數(shù)據(jù)、地藉數(shù)據(jù)、規(guī)劃管理數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)等。,(1)基礎(chǔ)地形要素矢量數(shù)據(jù)庫 基礎(chǔ)地形要素矢量數(shù)據(jù)庫含有政區(qū)、居民地、交通與管網(wǎng)、水系及附屬設(shè)施、地貌、地名、測(cè)量控制點(diǎn)等內(nèi)容。既包括以矢量結(jié)構(gòu)描述的帶有拓?fù)潢P(guān)系的空間信息,又包括以關(guān)系結(jié)構(gòu)描述的屬性信息。 (2)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫是定義在X、Y域離散點(diǎn)(規(guī)則或不規(guī)則)的以高程表達(dá)地面起伏形態(tài)的數(shù)據(jù)集合。,(3)數(shù)字正射影像庫 具有正射投影的數(shù)字影像的數(shù)據(jù)及其管理軟件的集合。它既可直接應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè),又可作為背景從中提取自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息,還可用于評(píng)價(jià)其他測(cè)繪數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)勢(shì)性和完整性。 (4)數(shù)字柵格地圖庫 數(shù)字柵格地圖數(shù)據(jù)庫的直接產(chǎn)品是數(shù)字柵格地圖,增加簡單現(xiàn)勢(shì)信息可用其制作有關(guān)數(shù)字或模擬事態(tài)圖。,(5)專題數(shù)據(jù) 土地利用數(shù)據(jù)、地藉數(shù)據(jù)、規(guī)劃管理數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、水利數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)等。 (6)元數(shù)據(jù)庫 它是描述數(shù)據(jù)庫/子庫和庫中各數(shù)字產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫。,2、空間數(shù)據(jù)庫硬件系統(tǒng) (1)空間數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備 設(shè)備配置要求能滿足空間數(shù)據(jù)獲取和成果輸出的各種需要。 主要的輸入設(shè)備有大幅面掃描儀、小幅面掃描儀、高精度航攝像片掃描儀、數(shù)字像機(jī)、GPS接收機(jī)等。 輸出設(shè)備包括:圖形顯示終端、噴墨繪圖儀、投影儀、激光照排機(jī)、打印機(jī)、數(shù)據(jù)交換設(shè)備等。,(2)空間數(shù)據(jù)處理設(shè)備 設(shè)備要求有足夠大的內(nèi)存、磁盤、光盤等作數(shù)據(jù)備份;系統(tǒng)有較高的通道能力,以提高數(shù)據(jù)傳送率。它分為服務(wù)器、圖形工作站和微機(jī)等。 (3)存儲(chǔ)及其他設(shè)備 存儲(chǔ)設(shè)備:冗余磁盤陣列、雙機(jī)熱備份、CD-ROM光盤機(jī)、磁帶機(jī)和CD-R刻盤機(jī)等。 電源設(shè)備:在線式不間斷電源、隔離變壓器 機(jī)房其他設(shè)備:空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),3、操作系統(tǒng) (1)硬件管理 (2)進(jìn)程管理 (3)內(nèi)存管理 (4)文件管理 (5)保護(hù) (6)外設(shè)管理 (7)網(wǎng)絡(luò)控制軟件,4、數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典也叫數(shù)據(jù)目錄,它是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與管理的有利工具。對(duì)于數(shù)據(jù)資源多,關(guān)系復(fù)雜和多用戶共享的數(shù)據(jù)庫來說,數(shù)據(jù)字典起著重要的作用。 它的主要內(nèi)容是關(guān)于數(shù)據(jù)類型的登記表,給出數(shù)據(jù)的名字、定義、組成和屬性。,5、空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 包括八個(gè)基本功能。 (1)空間數(shù)據(jù)定義功能 (2)空間數(shù)據(jù)獲取與處理 (3)空間數(shù)據(jù)的運(yùn)行管理 (4)空間數(shù)據(jù)操縱功能 (5)數(shù)據(jù)處理和空間關(guān)系建立,(6)空間數(shù)據(jù)的檢索 (7)數(shù)據(jù)輸出與符號(hào)化 (8)數(shù)據(jù)維護(hù)功能,6、空間數(shù)據(jù)庫管理員 負(fù)責(zé)全面地管理和控制空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 (1)決定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu) (2)決定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略 (3)定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件,6、空間數(shù)據(jù)庫管理員 (4)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的使用和運(yùn)行 (5)數(shù)據(jù)庫的改進(jìn)和重組 (6)數(shù)據(jù)訪問授權(quán) (7)數(shù)據(jù)庫的日常維護(hù) 定期備份,二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),1、數(shù)據(jù)庫的抽象層次 (1)模型與模式 模型是客觀事物的抽象化形式描述,它是獨(dú)立于具體實(shí)現(xiàn)方式的。同一個(gè)模型可用不同的方式來實(shí)現(xiàn),因此,可把關(guān)于模型的具體實(shí)現(xiàn)的描述稱為模式,它與所采用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有關(guān)。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用數(shù)據(jù)描述語言精確地定義數(shù)據(jù)模型稱為模式,它能為計(jì)算機(jī)所接受。,(2)子模式 它是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口,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)。 它接口簡單,使用方便;提供數(shù)據(jù)共享性;孤立數(shù)據(jù),安全保密。 (3)模式 它是對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫的全局邏輯描述,是對(duì)數(shù)據(jù)模型的一種等價(jià)處理或具體實(shí)現(xiàn)。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)。,(4)模式與子模式之間的關(guān)系 所有用戶子模式的最小并集是模式,從模式中可以導(dǎo)出各種子模式。 (5)存儲(chǔ)模式 用來描述數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)裝置上的物理配置和組織問題。又稱為內(nèi)模式。,2、映射與數(shù)據(jù)獨(dú)立 映射實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)事物之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,它包括兩種不同的映射。 子模式/模式映射:定義概念記錄與用戶邏輯記錄之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。邏輯獨(dú)立性 模式/存儲(chǔ)模式映射:定義概念數(shù)據(jù)庫與物理數(shù)據(jù)庫之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性 用戶數(shù)據(jù)庫是概念數(shù)據(jù)庫的部分抽??;概念數(shù)據(jù)庫是物理數(shù)據(jù)庫的抽象表示;物理數(shù)據(jù)庫是概念數(shù)據(jù)庫的具體實(shí)現(xiàn)。,3、數(shù)據(jù)語言 (1)數(shù)據(jù)定義語言 ①模式DDL ②子模式DDL ③物理DDL ④數(shù)據(jù)描述的獨(dú)立性問題 (2)數(shù)據(jù)操縱語言 用戶對(duì)數(shù)據(jù)提出的各種操作要求,實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的信息交換。,4、應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問 應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問是根據(jù)數(shù)據(jù)的三級(jí)模式由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)來執(zhí)行的。,三、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),1、基于文件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫管理系 統(tǒng)集成環(huán)境,應(yīng)用程序API,功能模塊參數(shù),運(yùn)行狀態(tài) 控制信息,數(shù)據(jù)庫運(yùn) 行日志,緩沖公用區(qū),通信區(qū),空間數(shù)據(jù)庫引擎,,操作系統(tǒng),,數(shù)據(jù)文件,,,,,,(1)文件組織 當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí),內(nèi)存無法存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)。這時(shí),需要基于磁盤的文件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。 定長記錄:分配一定數(shù)量的字節(jié)作為文件頭 變長記錄:在每個(gè)記錄的末尾附加一個(gè)特殊的記錄終止符號(hào),或者在每個(gè)記錄的開始處存儲(chǔ)記錄的長度。,聚簇文件組織:在每個(gè)文件中存儲(chǔ)兩個(gè)或者更多個(gè)不同類型的記錄的文件結(jié)構(gòu)。允許使用一次塊的讀操作來讀取一個(gè)實(shí)體數(shù)據(jù),以便提高數(shù)據(jù)查詢效率。 (2)空間數(shù)據(jù)引擎 基于特定的空間數(shù)據(jù)模型,在特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提供對(duì)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索等操作,以提供在此基礎(chǔ)上的二次開發(fā)。 (3)緩沖區(qū)管理 目標(biāo)是減少磁盤和存儲(chǔ)器之間傳輸?shù)膲K的數(shù)目。負(fù)責(zé)緩沖區(qū)空間分配的子系統(tǒng)稱為緩沖區(qū)管理器。,2、基于文件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的混合體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫管理系 統(tǒng)集成環(huán)境,應(yīng)用程序API,通用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),空間數(shù)據(jù)庫引擎,,操作系統(tǒng),,幾何數(shù) 據(jù)文件,,,,,,,操作系統(tǒng),,屬性數(shù) 據(jù)庫,,,3、基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫管理系 統(tǒng)集成環(huán)境,應(yīng)用程序API,空間數(shù)據(jù)訪問對(duì)象,空間數(shù)據(jù)庫引擎,,,,,操作系統(tǒng),,空間數(shù)據(jù)庫,,,4、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的集中式體系結(jié)構(gòu),,空間數(shù)據(jù)庫,磁盤控制器,外設(shè)控制器,存儲(chǔ)控制器,存儲(chǔ)器,CPU,,,,,,,,,,,系統(tǒng)總線,5、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),(1)主機(jī)-終端式網(wǎng)絡(luò) 使用大型主機(jī)作為服務(wù)器,通過終端來訪問數(shù)據(jù)。,(2)工作組網(wǎng)絡(luò) 組網(wǎng)容易、維護(hù)簡單、使用方便。,(3)客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò),服務(wù)器可以集中管理核心資源,同時(shí)客戶機(jī)也具有充分的自主控制的能力。,兩層Client/Server體系結(jié)構(gòu): 用戶界面層和業(yè)務(wù)邏輯層不分開,而數(shù)據(jù)服務(wù)層位于服務(wù)器端. 三層Client/Server模型: 構(gòu)建了一種分割式的應(yīng)用程序,系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行分割后,劃分成不同的邏輯組件,即用戶服務(wù)層、業(yè)務(wù)處理層、數(shù)據(jù)服務(wù)層。,四、分布式空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),空間數(shù)據(jù)一個(gè)主要的特征是分布而不是集中,因此分布式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最適合于處理空間數(shù)據(jù)??臻g數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)化有利于充分利用計(jì)算機(jī)資源,增強(qiáng)協(xié)同處理業(yè)務(wù)的能力。 分布數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、分布式事務(wù)的原子性,1、空間數(shù)據(jù)的分布 分布式空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并不是存儲(chǔ)在一個(gè)場(chǎng)地的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備上,而是按照某種邏輯劃分分散地存儲(chǔ)在各個(gè)相關(guān)的場(chǎng)地上。 (1)空間數(shù)據(jù)的分片 根據(jù)地理信息的區(qū)域性和專題性的特征: 區(qū)域分片、專題分片 根據(jù)GIS系統(tǒng)的異構(gòu)性: 同構(gòu)分片和異構(gòu)分片,(2)空間數(shù)據(jù)的分片沖突 在同構(gòu)的條件下,出現(xiàn)的水平分片和垂直分片的沖突問題;它表現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)的不一致上,稱之為分片沖突。 不同的分片存儲(chǔ)場(chǎng)地、GIS平臺(tái)、數(shù)據(jù)模型、地理表達(dá)方式、投影方式和數(shù)據(jù)質(zhì)量,都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)分片存在差異和沖突。 (3)空間數(shù)據(jù)的分片異構(gòu)性 ① 數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ② 訪問方式 ③ 數(shù)據(jù)格式,2、分布式空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu) 分布式空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)總體上可以分為兩部分,如圖所示。,分布式空間數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng),全局視圖,全局視圖,全局視圖,全局概念模式,分片模式,局部概念模式,局部概念模式,局部概念模式,局部內(nèi)模式,局部內(nèi)模式,局部內(nèi)模式,空間數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、分布式空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 采用了Client/server結(jié)構(gòu)。,分布式多空間數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù): ① 集成技術(shù) ② 全局空間索引 ③ 事務(wù)管理 ④ 并發(fā)控制,思考題,1、什么是數(shù)據(jù)字典?什么是聚類? 2、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由哪幾部分組成? 3、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要有哪些?,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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