数据库管理系统和数据库系统

5.2.2　空间数据库

地理信息系统的空间数据结构是对地理空间客体所具有的特性的一些最基本的描述。地理空间是一个三维的空间，其空间特性表现为四个最基本的客体类型，即点、线、面和体等。这些客体类型的关系是十分复杂的。一方面，线可以视为由点组成，面可由作为边界的线所包围而形成，体又可以由面所包围而形成。可见四类空间客体之间存在着内在的联系，只是在构成上属于不同的层次。另一方面，随着观察这些客体的坐标系统的维数、视角及比例尺的变化，客体之间的关系和内容可能按照一定的规律相互转化。例如，由三维坐标系统变为二维坐标系统后，比如通过地图投影，空间体可变成面，面可以部分地变成线，线可以部分地变成点。视角变化之后，也将使某些客体发生变化。坐标系统的比例尺缩小时，部分的体、面、线客体均可能变为点客体。由此可见，空间点、线、面和体等客体及它们之间结构上的关系是地理信息系统空间数据结构的基础。

5.2.2.1　数据库的概念

数据库就是为一定目的服务，以特定的数据存储的相关联的数据集合，它是数据管理的高级阶段，是从文件管理系统发展而来的。地理信息系统的数据库(简称空间数据库或地理数据库)是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。

5.2.2.2　空间数据库特点

空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点:

(1)数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。

(2)不仅有地理要素的属性数据(与一般数据库中的数据性质相似)，还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。

(3)数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、生态环境、市政管理、道路建设等。

5.2.2.3　空间数据库的实现和维护

1.空间数据库的实现

根据空间数据库逻辑设计和物理设计的结果，就可以在计算机上创建起实际的空间数据库结构，装入空间数据，并测试和运行，这个过程就是空间数据库的实现过程，它包括如下程序:

(1)建立实际的空间数据库结构。

(2)装入试验性的空间数据对应用程序进行测试，以确认其功能和性能是否满足设计要求，并检查对数据库存储空间的占有情况。

(3)装入实际的空间数据，即数据库的加载，建立起实际运行的空间数据库。

2.相关的其他设计

其他设计的工作包括加强空间数据库的安全性、完整性控制，以及保证一致性、可恢复性等，总之是以牺牲数据库运行效率为代价的。设计人员的任务就是要在实现代价和尽可能多的功能之间进行合理的平衡。这一设计过程包括:

(1)空间数据库的再组织设计。对空间数据库的概念、逻辑和物理结构的改变称为再组织，其中改变概念或逻辑结构又称再构造，改变物理结构称为再格式化。再组织通常是由于环境需求的变化或性能原因而引起的。一般数据库管理系统，特别是关系型数据库管理系统都提供数据库再组织的实用程序。

(2)故障恢复方案设计。在空间数据库设计中考虑的故障恢复方案，一般是基于数据库管理系统提供的故障恢复手段，如果数据库管理系统已经提供了完善的软硬件故障恢复和存储介质的故障恢复手段，那么设计阶段的任务就简化为确定系统登录的物理参数，如缓冲区个数、大小，逻辑块的长度，物理设备等。否则就要制订人工备份方案。

(3)安全性考虑。许多数据库管理系统都有描述各种对象(记录、数据项)的存取权限的成分。在设计时根据用户需求分析，规定相应的存取权限。子模式是实现安全性要求的一个重要手段。也可在应用程序中设置密码，对不同的使用者给予一定的密码，以密码控制使用级别。

(4)事务控制。大多数数据库管理系统都支持事务概念，以保证多用户环境下的数据完整性和一致性。事务控制有人工和系统两种控制办法，系统控制以数据操作语句为单位，人工控制则以事务的开始和结束语句显示实现。大多数数据库管理系统也提供封锁粒度的选择，封锁粒度一般有库级、记录级和数据项级。粒度越大控制越简单，但并发性能差。这些在相关的设计中都要统筹考虑。

3.空间数据库的运行与维护

空间数据库投入正式运行，标志着数据库设计和应用开发工作的结束和运行维护阶段的开始。本阶段的主要工作是:

(1)维护空间数据库的安全性和完整性:需要及时调整授权和密码，转储及恢复数据库。

(2)监测并改善数据库性能:分析评估存储空间和响应时间，必要时进行数据库的再组织。

(3)增加新的功能:对现有功能按用户需要进行扩充。

(4)修改错误:包括程序和数据。

5.2.2.4　数据库管理系统

数据库是关于事物及其关系的信息组合，早期的数据库物体本身与其属性是分开存储的，只能满足简单的数据恢复和使用。数据定义使用特定的数据结构定义，利用文件形式存储，称之为文件处理系统。

文件处理系统是数据库管理最普遍的方法，但是有很多缺点:首先每个应用程序都必须直接访问所使用的数据文件，应用程序完全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修改;另外的问题是数据文件的共享。由于若干用户或应用程序共享一个数据文件，要修改数据文件必须征得所有用户的认可。缺乏集中控制也会带来一系列数据库的安全问题。数据库的完整性是严格的，否则，信息质量很差，比没有信息更糟。

数据库管理系统DBMS(database management system)是在文件处理系统的基础上进一步发展的系统。DBMS在用户应用程序和数据文件之间起到了桥梁作用。DBMS的最大优点是提供了两者之间的数据独立性，即应用程序访问数据文件时，不必知道数据文件的物理存储结构。当数据文件的存储结构改变时，不必改变应用程序。

5.2.2.5　GIS数据管理方法的类型

GIS数据管理方法主要有以下4种类型:

(1)对不同的应用模型开发独立的数据管理服务，这是一种基于文件管理的处理方法。

(2)在商业化的DBMS基础上开发附加系统。开发一个附加软件用于存储和管理空间数据和空间分析，使用DBMS管理属性数据。

(3)使用现有的DBMS，通常是以DBMS为核心，对系统的功能进行必要的扩充，空间数据和属性数据在同一个DBMS管理之下。需要增加足够数量的软件和功能来提供空间功能和图形显示功能。

(4)重新设计一个具有空间数据和属性数据管理和分析功能的数据库系统。