空间数据库管理系统.doc

§2.6 空间数据模型 六、空间数据库管理系统 地理信息系统管理空间数据的方式与一般数据库技术的发展紧密联系，最初采用基 于文件管理的方式，目前有的系统采用文件与关系数据库混合管理模式，有的采用全关 系型空间数据库管理模式，随着面向对象技术与数据库技术的结合，面向对象空间数据 模型及实现系统已经提出，但由于面向对象数据库管理系统价格昂贵且技术还不成熟， 目前在ＧＩＳ领域不太通用。基于对象—关系的空间数据管理系统将可能成为GIS空间数 据库发展的主流。 1、基于文件管理的方式 各个地理信息系统应用程序对应各自的空间和属性数据文件，当两个GIS应用程序需 要的数据有相同部分时，可以提出来作为公共数据文件（图2-6-16）。 这种管理空间数据方式的缺点是： 1）程序依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时，应用程序也随之需要改变。 2）以文件形式共享，当多个程序共享一数据文件时，文件的修改，需得到所有应用的许 可。不能达到真正的共享，即数据项、记录项的共享。 2、文件与关系数据库混合管理系统(据龚建雅) 随着数据库技术的发展及商用DBMS的成熟，GIS也开始采用数据库技术来管理空间数 据，但由于一般DBMS不适于存储和管理空间数据，目前大部分GIS软件采用混合管理模式 ，即文件系统管理几何图形数据，商用DBMS管理属性数据，它们之间的联系通过目标标 识码进行连接（图2-6-17（a））。 在这种管理模式中，几何图形数据与属性数据除它们的oid作为连接关键字以外，几 乎是两者独立地组织、管理和检索。就几何图形而言，由于GIS系统采用高级语言编程， 可以直接操纵数据文件，所以图形用户界面与图形文件处理是一体的，中间没有裂缝。 但对属性数据来说，则因系统和历史发展而异，分为图形与属性结合的各自分开处理模 式图2-6-17（b）和图形与属性结合的混合处理模式,图2-6-17（c）。 3、全关系型空间数据库管理系统—分层模型 将空间数据与属性数据统一用现有的RDBMS管理，但标准RDBMS又不能直接处理空间 数据，GIS软件商在标准DBMS顶层开发一个能容纳、管理空间数据的功能，如图2-6- 18（a）所示。 用RDBMS管理图形数据有两种模式： 1）基于关系模型的方式，图形数据按关系数据模型组织。由于涉及一系列关系连接运算 ，费时。 2）将图形数据的变长部分处理成Binary Block字段，Binary Block即二进制块字段是为适用于多媒体或变长文本而开发的。这种方式省去大量关系连 接操作，但Binary Block的读写效率比定长的属性字段慢得多，特别涉及对象的嵌套时，更慢。 4、对象--关系数据库管理系统 由DBMS软件商在RDBMS中进行扩展，使之能直接存储和管理非结构化的空间数据(图 2-6-18（b）），如Informix 和Oracle等都推出了空间数据管理的专用模块，定义了操纵点、线、面、圆等空间对象 的ＡＰＩ函数。 这些函数将各种空间对象进行预先定义，用户使用时必须满足它的数据结构要求， 用户不能根据ＧＩＳ要求再定义。如，这种函数涉及的空间对象一般不带拓扑关系，多 边形的数据是直接跟随边界的空间坐标，用户不能将设计的拓扑数据结构采用这种模型 进行存储。 这种扩展的空间对象管理模块主要解决空间数据的变长记录的管理，由于是由数据 库软件商扩展的，效率比二进制块的管理高得多，但仍没有解决对象的嵌套问题，空间 数据结构不能由用户定义，使用上受一定限制。 5、面向对象空间数据库管理系统 ----------------------- 空间数据库管理系统全文共4页，当前为第1页。 空间数据库管理系统全文共4页，当前为第2页。 空间数据库管理系统全文共4页，当前为第3页。 完 空间数据库管理系统全文共4页，当前为第4页。 空间数据库管理系统是地理信息系统（GIS）的核心组成部分，用于有效地存储、管理和检索空间数据。随着信息技术的进步，空间数据的管理模式经历了从文件管理到多种数据库管理方式的演变。 早期的空间数据管理采用基于文件的方式，每个GIS应用程序都有独立的空间和属性数据文件。这种方式存在明显的缺陷，如程序对数据文件结构的依赖性，以及数据共享的局限性，当多个程序共享同一数据文件时，需要获得所有应用的许可，无法实现真正意义上的共享。 随着数据库技术的发展，出现了文件与关系数据库混合管理模式。在这种模式下，几何图形数据通常由文件系统管理，而属性数据则由商用关系数据库管理系统（RDBMS）管理，两者通过唯一标识符（OID）关联。这解决了部分数据共享的问题，但图形和属性数据在管理和检索上仍然是相对独立的。 全关系型空间数据库管理系统采用了分层模型，尝试将空间数据和属性数据统一在RDBMS内管理。为了处理空间数据，GIS软件商在标准RDBMS之上添加了一层功能。然而，纯关系模型处理空间数据效率较低，因为需要进行复杂的关系连接运算，或者将图形数据的变长部分存储为二进制块字段，虽然减少了连接操作，但读写效率降低，尤其是处理嵌套对象时。 面对这些挑战，对象-关系数据库管理系统应运而生，如Informix和Oracle提供了专门的空间数据管理模块。这些模块支持直接存储和管理非结构化的空间数据，并提供API函数操作点、线、面等空间对象。尽管提高了管理效率，但预定义的空间对象通常不包含拓扑信息，且用户不能自定义空间数据结构，因此在灵活性和拓扑处理上存在限制。 面向对象空间数据库管理系统进一步结合了面向对象技术和数据库技术，允许用户定义自己的空间数据结构，但当前这类系统价格较高，技术尚未完全成熟，所以并未广泛应用于GIS领域。面向对象模型在处理复杂数据结构和对象嵌套方面更具优势，但同时也限制了用户的自由度。 空间数据库管理系统的发展趋势是向更高效、灵活和全面的方向发展，以满足GIS对空间数据处理的多样化需求。未来，基于对象-关系模型的系统可能会成为主流，同时，随着技术的进步，可能会出现更多创新的解决方案来克服现有系统的局限性。