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兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介11.1多媒体数据库11.2主动数据库

11.3实时数据库11.4移动数据库11.5空间数据库11.6小结本章主要内容兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase数据库技术从

20世纪60年代中期产生至今已有40多年的历史，数据库技术一直是最活跃、发展速度最快的IT技术之一。现代数据库应用范围非常广，涉及许多相关技术，本章选取了一些有代表性的数据库新技术，包括多媒体数据库、主动数据库、实时数据库、

移动数据库和空间数据库，简要介绍了各种技术的基本概念、关键技术、相关应用及其发展现状等。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介11.1多媒体数据库11.2主动数据库11

.3实时数据库11.4移动数据库11.5空间数据库11.6小结兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库是多媒体技术与数据库技术相结合产生的一种新型的数据库。随着技术

的发展，产生了许多可以对多媒体数据进行管理和使用的技术，例如面向对象数据库、基于多媒体内容检索技术、超媒体技术等等。一般认为，多媒体数据库不应该是对现有的数据库系统进行界面上的包装，使之看起来像一个多媒体数据库，而应该是从多媒体数据与信息的本身

特征出发，才能找到相应的解决方法。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库概述多媒体数据库（MMDB,MultimediaDatabase）是指数据库中

的信息不仅涉及各种数字、字符等格式化的表达形式，而且还包括多媒体的非格式化的表达形式，数据管理要涉及各种复杂对象的处理。多媒体数据库系统的层次结构与传统的关系数据库（RDBMS）基本一致，同样具有物理层、概念层和表现层。兰州理工大学

计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase视图视图视图概念描述概念描述概念描述……存储描述存储描述…用户界面用户界面用户界面表现层概念层物理层多媒体数据库的层次结构兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星

期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase物理层是多媒体数据库的物理存储描述，即形式描述多媒体数据在计算机的物理存储设备上是如何存放的。对多媒体数据库而言，实际的数

据允许分散在不同的数据库中。概念层表示的是现实世界的抽象结构，是对现实世界事物对象的描述。多媒体应用开发人员通过该层提供的数据库语言可以对存储在多媒体数据库中的各种多媒体数据进行统一的管理。概念层由一组概念对象构成。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日

星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase表现层可以分为视图层和用户层。视图层是多媒体数据库的外部表现形式，即用户可见到的表格、图形、画面和播放的声音等。用户层可由专门的多媒体布局规格说明语言来描述，并向用户提供使用接口。兰州理工大学计算机与通信学

院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库与传统的数据库的区别（1）处理的数据对象、数据类型、数据结构、数据模型和应用对象都不同，处理的方式也不同；（2）多媒体数据库存储和处理复杂对

象，其存储技术需要增加新的处理功能，如数据压缩和解压；（3）多媒体数据库面向应用，没有单一的数据模型适应所有情况，随应用领域和对象而建立相应的数据模型；兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofData

Base（4）多媒体数据库强调媒体独立性，用户应最大限度地忽略各媒体间的差别而实现对多种媒体数据的管理和操作；（5）多媒体数据库强调对象的物理表现和交互方式，强调终端用户界面的灵活性和多样性；（6）多媒体数据库具有更强的对象访问手段，比如

特征访问、浏览访问、近似性查询等。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的特点从数据管理的角度来看，多媒体数据库主要有下列四个特点

：（1）数据量大多媒体数据量一般都很庞大。虽然采取了数据压缩措施，但压缩后的数据量还是很大的。（2）等时性（Isochronism）和同步（Synchronization）多媒体数据中的连续数据在演播时须按一定的稳定速率传输数据，这叫等时性。

在演播电视时，每帧必须按时、按序到达，不得前后抖动。此外，影视数据和配音数据、字幕数据必须同步，发音与口型在时间上必须对准。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）非结构化数据声

音、图像、影视等数据基本上都是二进制串。这些数据从其本身看不出任何结构，因此称为非结构化数据。各种媒体的数字化存储形式称为媒体数据（MediaData）。由于这些数据往往通过传感器输入计算机，又称传感器数据（Sensor

yData）。媒体数据如果不另加一些描述和解释很难利用，对数据的描述、解释不是数据本身，而是关于数据的数据，即元数据。（4）特殊的用户接口及操作对于声音、影视数据，除了需提供一般数据都有的增加、删除、修改和查询等操作外，还须提供与媒体有关的接口和操作。特点兰州理

工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的实现在关系数据库的基础上构造多媒体数据库多媒体数据库系统中使用关系模型，使它

不但能支持格式化数据，也能处理非格式化数据，就必须对现有的关系模型进行扩充。在面向对象数据库的基础上构造多媒体数据库由于面向对象数据模型具有很强的抽象能力，可以很好地满足复杂的多媒体对象的各种表示需求，能够为多媒体数据库的构造提供理想的基础，因此面向

对象技术在多媒体数据存储及管理中的应用也成为重要研究课题。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库系统关键技术1、多媒体数据模型多媒体数据

模型主要采用文件系统管理方式、扩充关系数据库的方式和面向对象数据库的方式。文件系统管理方式：多媒体资料是以文件的形式在计算机上存储的，所以用各种操作系统的文件管理功能就可以实现存储管理。Windows的文件管理器或资源管理器不仅能实现

文件的存储管理，而且还能实现有些图文资料的修改，演播一些影像资料。为了方便用户浏览多媒体资料，出现了很多的图形、图象浏览工具软件，有些浏览软件还和Windows资源管理器结合起来。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationo

fDataBase扩充关系数据库的方式出于保护原有投资和市场的考虑，全球几家大的数据库公司都已将原有的关系数据库产品加以扩充，使之在一定程度上能支持多媒体的应用，用关系数据库存储多媒体资料的方法一般有：①用专用字段存放全部多媒体文件②多媒体资料分段存放在不同字段中，播放时再重新构建③文件系统

与数据库相结合，多媒体资料以文件系统存放，用关系数据库存放媒体类型、应用程序名、媒体属性、关键词等。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase面向对象数据库的方式面向对象的概念是新一代数据库应用所需

的强有力的数据模型的良好基础。面向对象的方法最适合于描述复杂对象，通过引入封装、继承、对象、类等概念可以有效地描述各种对象及其内部结构和联系，多媒体资料可以自然地用面向对象方法所描述，面向对象数据库的复杂对象管理能力正好对处理非格式多媒体数据有益。根据对象的标识符的导航存取能力有利于对相关信

息的快速存取，封装和面向对象编程概念又为高效软件的开发提供了支持。面向对象数据库方法是将面向对象程序设计语言与数据库技术有机地结合起来，是开发多媒体数据库系统的主要方向。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principlea

ndApplicationofDataBase2、数据的压缩和解压缩多媒体信息，如声音、图像目前在国际上的压缩标准有：（1）JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是由国际

标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合制定的，适合于连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像的国际标准。（2）MPEG（MovingPictureExpertsGroup）是ISO/IEC委员会的第11172号标准草案，包括MPEG视频、MPEG音频

和MPEG系统三部分。MPEG要考虑到音频和视频的同步，联合压缩后产生一个电视质量的视频和音频，压缩形式的位速为1.5Mbps的单一流。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）PX64是CCI

TT的H261号建议，P为可变参数，取值范围是1~30。该标准的目标是可视电话和电视会议，它可以覆盖整个ISDN（综合业务数字网）信道。当P=1或2时,只支持每秒帧数较少的视频电话，P>6时可支持电视会议。PX64标准和MPEG标准的数据压缩技术有许多共同之处，但PX64标准适应各种通道容

量的传输，而MPEG标准是用狭窄的频带来实现高质量的图像画面和高保真的声音传送。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase如何有效地按照多媒体数据的特性去存取多媒体数据呢？利

用常规关系数据库管理系统来管理多媒体数据已经不能适应了，基于内容的多媒体信息检索的研究应运而生，它支持其他多媒体信息技术，如超媒体技术、虚拟现实技术、多媒体通信网络技术等。多媒体内容的处理分为三大部分：内容获取、

内容描述和内容操纵，也可将其看成是内容处理的三个步骤，即先对原始媒体进行处理，提取内容，然后用标准形式对它们进行描述以支持各种内容的操纵。3、多媒体数据的存取方法兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一

数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase多媒体数据库的发展当前的很多多媒体数据库系统都是专用的，并且功能也不是很完善。因此，要想开发出一个通用的多媒体数据库，还应该重点研究以

下问题：（1）加强合理语义模型技术，特别是视频和图像的语义模型。（2）设计有效的多媒体数据的索引和组织方法。（3）加大多媒体查询语言的研究。（4）对于物理存储管理要设计出有效的数据存放模式，以满足多媒体数据实时性的要求。（5）分布式多媒体数据库的管理。兰州理

工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase目前，多媒体数据库的研究主要有以下三条途径：（1）在现有商用数据库管理系统的基础上增加接口，

以满足多媒体应用的需要；（2）建立基于一种或几种应用的专用多媒体信息管理系统；（3）从数据模型入手，研究全新的通用多媒体数据库管理系统。第一种途径实用，但是效率很低；第二种途径易于实现，但缺乏通用性，而且可扩展性差；第三种途径是研究和发展的主流，但是

具有相当的难度。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章数据库新技术简介11.1多媒体数据库11.2主动数据库11

.3实时数据库11.4移动数据库11.5空间数据库11.6小结兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase传统的关系数据库系统是“被动的”，数

据的创建、检索、修改以及删除操作只有在用户或应用程序显式地提交命令后才被执行。但是现实应用中存在着各种各样的主动性需求,一些现代应用，如计算机集成制造（CIM）、过程控制、合作处理、网络管理、办公工作流控制、空中交通管理等，它们要求数据库不仅存储数据，还要存储控制知识或者规则以及过程；系统要能自动

地监视数据库的状态及其变迁，当相关事件发生且条件满足时自动而实时地执行相应的动作。因此，在20世纪80年代初，出现了主动数据库系统这样的名词，到20世纪80年代中后期，主动数据库系统成为公认的数据库研究方

向之一。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase主动数据库系统概述我们把能够主动监视数据库状态，并能在满足特定条件时执行预先定义的动作的数据库系统称为主动数据库（ActiveDatabas

eSystem）。1、主动数据库的系统模型一个主动数据库系统（ADBS）功能由一个传统数据库系统DBS和一个事件驱动的知识库（EB）以及相应的事件探测器（EM）组成，用公式表示是：ADBS=DBS+EB+EM

，其中：DBS是一个传统的数据库系统，用来存储数据和对数据进行维护和运用。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseEB

事件库是一组由事件驱动的知识的集合，每一项知识表示在相应的事件发生时，如何来主动的执行其中包含的由用户预先设定的动作。EM是一个探测随时监控中的事件是否已经发生的模块，一旦探测到某事件已经发生时就主动触发系统，按

EB中指明的相应知识执行其中预先设定的动作。主动数据库的主动性主要是通过规则机制实现的，常采用事件驱动的规则模型，即事件—条件—动作（Event—Condition—Action，简称ECA）规则，ECA规则由事件、条件、动作三部分组成。系统模型兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日

星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、主动数据库管理系统的特征一个对主动数据库的定义是，数据库系统能对数据库的情形自动地进行反应，并能指定系统的反应行为。而主动

数据库管理系统（ADBMS）就是将“被动的”数据库管理系统扩展了反应行为（ReactiveBehavior）的功能。以下我们将讨论主动数据库管理系统应具备的一些基本特征，这些基本特征与主动数据库的具体应用领域有关。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Prin

cipleandApplicationofDataBase特征1DBMS所有被动系统需要的概念，ADBMS也需要。即如果用户忽略所有主动功能，ADBMS可以如同被动DBMS一样。特征2ADBMS支持ECA规则定义和管理。特征2(a)ADBMS必须提供事件、条

件和行动的方法，用(事件/条件)对来描述状态。特征兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase特征2(b)ADBMS必须支持规则管理和规则库变化。规则集是原始信

息和数据库的一部分，应存储当前哪些规则存在及其如何定义的信息。这些信息对用户和应用都是可见的。另外，规则库必须是动态的。即必须允许定义新的规则，删除过时的规则，可以修改现存规则的事件、条件或是行动定义。规则可设为“无效”和“有效”。特征3ADBMS具有执行模

块。特征3(a)ADBMS自动监视各种事件发生（状态），即不需由用户/应用发出事件已发生的信号。特征兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase特征3(b)ADBMS必须能评价条件。AD

BMS在事件探测之后必须能评价条件，而且能够把信息从事件传递给条件。特征3(c)ADBMS必须能执行行动。探测到事件发生并评价条件后，必须能执行行动，必须可以把信息从条件传递给行动。特征3(d)ADBMS必须有定义明确的执行语句。即必须定义何时如何及在什么数据库状态下评价条件，执行行动。特征3(

e)冲突解决必须是预定义的或用户可以定义的。在ADBMS中，很有可能参加多条规则在同一时刻触发。必须能够解决冲突，即决定规则执行顺序。特征兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandAppl

icationofDataBase特征4ADBMS用数据库模型术语表示ECA规则信息。如果ADBMS用数据模型结构表示规则信息，则用检索功能检验规则库就比较容易了。用户可以像其它数据库一样查询规则库，而不

必学习新的表示方法。特征5ADBMS应支持设计环境。必须有良好的可用性，一般需提供工具，如：规则浏览器、规则设计器、规则库分析器、调试器、维护工具、跟踪功能、调试工具等。特征兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandA

pplicationofDataBase3、主动数据库系统体系结构事件监测器条件评估器调度器查询执行器被监测事件被触发规则读状态监测器读/修改通报条件评估读/修改读/修改历史数据库规则库冲突集兰州理工大学计算机与通信学院202

2年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase事件监测器：确定规则所关心的事件是否发生。原始事件由数据库或外部源通报，复合通报是指原始事件加上从历史记录中获得的已发生事件的信息。条

件评估器：评估与被监测事件相关联的规则的条件部分。在只支持条件—动作规则的系统中，虽然没有监测事件的明确语句，但是，在实现上也必须监测原始事件。调度器：比较当前被触发规则与先前被触发规则，修改冲突集，触发调度为立即处理的规则。查询执行器：执行数

据库查询。为了支持监视数据库的演化，要求不但能够访问数据库当前状态，而且也要能够访问数据库历史状态。体系结构兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principleand

ApplicationofDataBase主动数据库系统可有几种实现途径：（1）改造的途径最简单的实现方案就是在原有数据库管理系统的基础上进行改造。为此只需在原有数据库管理系统之上增建一个经常有机会运行的事件监测器即可。此时，事件

规则库是统一的一个库，由用户预先设臵好，在应用程序运行的同时，由事件监视器来监视事件的发生，并根据库所示自动触发相应的动作。4、主动数据库系统实现的途径兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用

PrincipleandApplicationofDataBase（2）嵌入主动程序设计语言的途径一般的方法是把程序设计语言改造成一种主动的程序设计语言，然后按传统方法把数据库操作嵌入在其中执行。这种途径已由主动程序设计语

言将事件规则库分成块，分布在各个过程或对象（当采用面向对象范式时）中，运行效率可望大大提高。如Starburst就是IBM公司在关系型DBMS的基础上扩充“面向集合的产生式”后形成的系统。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplica

tionofDataBase（3）重新设计主动数据库程序设计语言的途径重新设计主动数据库程序设计语言将数据管理和操作与应用程序彻底融合在一起，自然也是一条可取的途径，这就彻底地解决了所谓“阻抗不匹配”问题。兰州理工大学计算机与通信

学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase主动数据库的关键技术主动数据库的基本实现方式是ECA，当某个事件到达时触发事务，判断条件是否被满足，若满足则触发主动事务，这同传统数据库中触发器的实现方式一样，它们

的差别主要体现在时间约束（TimeConstraint：Deadline），也就是说对于主动数据库首先要考虑的问题是时间约束在期限到达之前尽可能地完成更多的任务（TriggeredTransaction）。该要求的确定

是主动数据库的所有研究方向的出发点和归宿点。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、事务的调度策略在逻辑上下文中，触发事务和主动事务

的关系应该怎样？基于触发事务和主动事务的调度策略一般有3种，分别是立即调度、延迟调度和分发调度。这里考虑两种事务的调度模型：立即调度和延迟调度。条件满足触发事务完成完成其它事务主动事务时间立即触发方式兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库

原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase条件满足触发事务完成完成其它事务主动事务时间延迟触发方式兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBas

e2、事务的调度优先权问题触发事务和主动事务之间、主动事务之间、触发和主动事务同其它事务之间谁应该最具有优先权？立即触发和延迟触发都把触发事务和主动事务看作一个整体，它们的实现是同步的，为两个平等的事务，调度的依据，即事务优先权的确立是事务的生存期和重要性的函数，一般而言

，触发事务和主动事务的优先权比其他的事务要高。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase触发事务的优先权主动事务的优先权其它事务的优先权优先权层次最高事务的优先权兰州理工大学计算机与通信学院2022

年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、缓存管理由于一个事务不可能常驻内存（MainMemoryResident），所以交换是必然的，而与交换关系紧密的缓存和预取就成了主动数据库一

个重要的研究方向。缓存管理指的是规定在内存中应该放臵什么数据和放臵多久的策略集。缓存模型对于每个事务（ActiveTRAC,AT）设臵一个局部缓存（PrivateBuffer，即PB），所有的这些事务共享一个全局缓存（GlobalBuf

fer，即GB）来访问数据库数据。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、主动事务的发现前面提到触发事务在条件满足时要触发主动事

务，主动事务通常并不是一个简单的事务，可能是若干个事务的混合事务，而他们的组合形成和发现成了主动数据库的一个重要的问题（HeartofMatter）。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofData

Base主动数据库规则主动数据库系统对DBMS的基本要求是能处理如下的规则：When<事件表达式>IF<条件>Then<动作>即当发生某一事件（Event）时，如果满足给定条件（Condition），则执行

相应的动作（Action），这种规则称为ECA规则。主动数据库通过这样一种事件驱动的“事件—条件—动作”规则来表示数据库中的主动常识。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplic

ationofDataBase1、ECA规则的构成事件驱动的“事件—条件—动作”规则的语义是：当规则规定的事件发生时，计算机就主动触发执行—规则，即当条件满足时执行相应的动作，约束项规定执行规则动作的约

束条件，并且接着逐个检查下一个规则，直到执行完为止。规则组成的三要素是：事件、条件和动作。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase事件（Eve

nt）是引发规则执行的原因。事件有“简单事件”和“复合事件”，简单事件对应于原子发生，数据库系统或数据库环境中事件发生点即可决定。复合事件是一种表达复杂事件的手段，使用户可以根据实际需要定义复杂事件，便于规则的设计、维护与传诵。复合事件通常由简单事件或复合事件通过析取

、合取等定义而成。ECA规则构成兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase条件（Condition）是规则被执行后要检查的内容。条件一般用逻辑公式表示，规定执行行动时数据库相关部分或外部环境处于何种状态

，即它报告必须评价什么，规则触发后必须继续进行评价的条件。条件包括简单条件、统计条件、时限条件、复杂条件等。动作（Action）是规则被触发且条件为“真”时要执行的操作序列。动作可以是触发事务本身的一部分，也可以是其子事务或独

立事务。动作主要包括数据修改、数据检索、类似于提交或终止的事务操作、调用的任意过程、方法等。ECA规则构成兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplica

tionofDataBase2、ECA规则的描述主动数据库（ADBS=DBS+EB+EM）是在数据库的基础上增加了事件库和事件监测器。在主动数据库的运行中，事件监测器根据事件库对数据库进行监控，根据监

测到的信息触发数据库系统的主动服务。数据库的主动功能主要是通过在主动数据库中预先设臵一些处理规则来实现的。这些规则规定了事件发生的条件、相应的动作等内容。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofData

BaseECA规则的基本描述为：Rule<规则名>[<参数列表>]ON<事件列表>IF<条件1>Then<动作1>[Where<约束1>][Exception<例外处理动作1>]……IF<条件n>Then<动作n>[Where<约束n>][Exception<例外处理动作n>]EndRu

leECA规则描述兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、ECA规则的实现主动数据库系统是传统被动数据库系统的发展，目前，一些主要的RDBMS产品都程度不等地增加了主动数据库功能

，其方法大致可分为下面三种。（1）松耦合法（2）紧耦合法（3）嵌入法兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、ECA规则的应用主动数据库规则的应用可以粗分为如下两类。（1）内部应

用这类应用是为DBMS本身服务的，例如完整性约束的检查、导出数据的及时更新、多副本一致性维护、版本自动维护等。这些功能在被动数据库系统中是以系统内部控制逻辑的形式实现的，而在主动数据库系统中，可以用对用户透明的规则实现。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库

原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）外部应用这类应用是为应用程序服务的，例如库存量的控制，对证券市场波动的反应等。这些功能本来是应用程序的一部分，在主动数据库系统中，实际上是把一个单位的共同政策或策略以规则的形式从应用程序中独立出来。这既可以减轻研制

和维护应用程序的负担，又增加了修改、扩充政策和策略的灵活性。ECA规则应用兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase第11章

数据库新技术简介11.1多媒体数据库11.2主动数据库11.3实时数据库11.4移动数据库11.5空间数据库11.6小结兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDat

aBase近年来，随着计算机的发展，实时操作系统和实时数据库管理系统在我国的一些专业领域也得到了一定的发展，因此，如何高效利用实时操作系统的特性来实现数据的存储和检索在我国有着广泛的应用前景。实时数据库管理系统正是在传统数据库管理系统的基础上加人了

实时数据处理功能的新型数据库管理系统。实时数据库管理系统同传统的数据库管理系统在概念、原理、结构、算法等方面都存在着很大的差别，其中最根本的区别就在于数据与事务的定时限制。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Pri

ncipleandApplicationofDataBase实时数据库概述实时数据库管理系统应该是这样一个系统，其事务应具有严格的时间响应限制。换言之，实时性的基本指标是响应时间，即系统从发出处理要求起到

给出某些应答信号为止所经历的时间。实时数据库管理系统（RTDBMS）是事务和数据都有显式定时限制的数据库系统。RTDBMS中数据的时间限制是通过事务对数据的处理时间来实现的，因此，RTDBMS的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果，还同时依赖于逻辑结果的产生时间。兰州理工大学计算机与通信

学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库在设计和实现时需要注重以下几个特点：实时性。RTDBS作为外部系统的一个客观反映，它表示了外部系统的当前状

态，只有数据与外部系统的实际情况吻合时，数据才有意义。所以要求必须高效，能够实时反应。容错性。由于工业控制现场的情况复杂，各种干扰较为常见，可能导致采集的数据被污染，这就要求TRDBS具备一定的容错性，防止出现数据败坏（DataCorrupt

）。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase稳定性。任何数据库系统都要求稳定性，但由于现实中直接基于RTDBS的应用往往一样强调实时性(基于的典型应用如先进控制软件和在线实时数据优化

等)，所以系统的稳定性被提到了更高的高度，是绝对不能轻易重启动的。鲁棒性。过程控制应用中，RTDBS多应用于分布式环境与多个数据源连接，工业现场的环境容易导致个别数据出现数据流波峰或者通信受阻。因此必须能承受数量冲击保证系

统的实时性和稳定性。特点兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库系统关键技术1.基于组件技术的模块化体系组件模型（Compone

nt）是构造二进制兼容软件的规范，利用组件技术构建的软件具备更好的可伸缩性和可扩展性，并且组件模型能方便地解决分布式环境中的共享和协作问题。基于Windows平台的组件技术是微软公司力推的COM/DCOM技术，COM/DCOM作为软件组件之间互相通信的一种标准，可以实

现二进制兼容和位臵透明（即无论对方位于另外一个进程甚至另外一个机器都可以透明地进行通信）。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库中核心业务封装在不同的独立进程

COM服务器中，彼此之间通过COM进行接口调用而不是简单的数据交换。COM所提供的LPC（LocalProducerCalls）通道经过特别的优化，在执行效率和数据通信带宽方面均优于常规IPC（InterProces

sCommunication）方式，使得实时数据库的实时性得以保证。而且COM本身提供了线程管理模式，使得核心业务模块可以避免手动处理复杂的线程同步和数据共享，所有的接口访问都被自动同步和序列化（Seriali

ze），保证数据安全并且防止访问冲突。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、被动式内核结构实时数据库为了保证鲁棒性和稳定性，采用类

似操作系统中内核体系的结构，并将各核心模块尽量独立，即便特定模块出现故障系统也可以自动重新启动该模块并且将系统恢复到故障前的状态。由于将内核模块与直接面向用户的常规业务应用(如流程图、趋势图、系统组态、数据查询和报表等)以及数据采集模块(从底层数据源采集数据，如OPC接口、DDE接口、TCP/

IP接口、RS-232接口等)隔离开来，大大提高了系统的稳定性和鲁棒性，并且内核服务全部注册成系统服务运行。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicati

onofDataBase内存快照服务历史数据服务数据采集模块管理服务事务处理服务应用服务数据采集模块系统内核接口实时数据库内核体系结构兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用P

rincipleandApplicationofDataBase3、高效数据存取技术实时数据库必须实现高效的数据存储，才能在处理海量数据的同时保证系统的实时性。过程工业中以位号方式标志数据，与此相应，位号是实时数据库中

数据存储的基本单位。实际应用中，实时数据库中往往有上万甚至十几万个位号，如何在这种情况下实现高效率数据存取是保证实时性的关键。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Princi

pleandApplicationofDataBase4、事务调度模式实时数据库不同于传统的关系数据库，其数据结构和事务模型均相对简单，但是同样提出了对于实时性的要求，需要系统作出快速的响应。鉴于实时数据库需要同时处理多个事务的现实，

系统必须具备良好的事务调度模式使得各个事务均得到最快的处理，为此必须实现多事务并发处理及负载平衡。另外事务本身具备优先级，如何在并发处理中进行优先级的调度也是设计中需要考虑的。兰州理工大学计算机与通信学院

2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时事务管理是实时数据库管理系统的核心环节，通过实时事务调度器实现实时事务管理功能。实时事务调度器，负责实时事务优先级的分配、超载管理、并

发控制和实时事务调度，是实现系统实时特性的核心部件。RTDBMS必须采用基于优先级和考虑定时限制尤其是截止期的分配策略；资源使用的“中断”策略也是优先级式的，即高优先级可抢占(中断)低优先级的资源，具体又可以有多种不同的抢占方式及其各方面的代价，需要RTDBMS仔细决策。兰州理工大学计

算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase5、存取机制RTDBMS的存取机制包括数据存储管理和数据存取管理。为了提高RTDBMS的存取性能通常采

用内存作为系统缓冲存取介质。RTDBMS的数据文件在磁盘上以索引文件的形式存储，这部分功能由操作系统负责完成。存储系统的主要任务就是把系统缓冲区中的数据利用系统的IO操作原语写人磁盘，或将磁盘数据读人系统缓冲区。RTDMBS的数据存取管理包括记录在数据文件中的存储结构、记录

编址以及主关键字的存取路径结构。记录的存储采用指针法，在记录的首部用若干指针来实现域的区分。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase6、恢

复机制恢复机制是否行之有效也是数据库系统性能的一个重要指标。RTDBMS的恢复机制采用两种方法：一种是根据备份记录来恢复；另一种是结合日志管理来进行恢复。实时数据库的维护操作设有权限控制表，用密码控制操作

员的权限，使数据的录入、修改和删除不能随意操作，以此来保证数据的安全。同时不断备份数据，当发生故障造成系统停止运行时，实时数据库重新启动、安装后，能迅速恢复到故障前的状态，使损失减至最小，满足可靠性要求。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Princ

ipleandApplicationofDataBase7、安全机制系统安全保护措施是否有效是数据库系统的主要性能指标之一。通常实时数据库管理系统提供了三级保密措施：注册保密、访问级别保密和数据保密。兰州理工大学计算机

与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase实时数据库的发展实时数据库在国内外发展非常迅速，在石油化工、过程控制等领域已出现了较为成熟的实时数据库应用系统。目前市场上流行的实时数据库产品主要有PI系统（适用于流程

工业：国外）、InfoPlus.21（主要在石油化工方面：国外）、力控系统（主要用于控制领域：国内）、SuperInfo（主要用于电力调度、石油、化工等领域：国内）等等。这些产品仅仅局限于某一领域的应用，尚未建立统一的通用型商业平台，实现实时数据库在不同领域中的一些技

术差异。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBasewangxy@lut.cn第11章数据库新技术简介11.1多媒体数据库1

1.2主动数据库11.3实时数据库11.4移动数据库11.5空间数据库11.6小结兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase随着无线通信技术和便携式设备的飞速发展，

造就了一种新的计算技术——移动计算（MobilComputing）。所谓移动计算，指的是在任何地点和运动状态下，便携式设备的用户都能通过相应的网络设施从数据源处获得信息与服务。对于数据库领域而言，由于无线通信和便携式设备的自身特点，采用传统的集中式或者分布式等数据库模式很难

有效地支持这种应用，研究移动计算环境中的数据管理技术，已成为目前数据库研究的一个新方向，即移动数据库技术。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase移动数据库

系统概述移动数据库系统是支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管理系统，它包括两层含义：一是用户可以在移动过程中联机访问数据库资源；二是用户可以带着数据库移动。由于这种移动数据库系统的终端设备通常不是传统的台式计算机，而是诸如

掌上电脑、车载设备、移动电话等嵌入式设备，因此，又被称为嵌入式移动数据库系统。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、移动数据库

的研究内容在移动数据库的研究领域中，主要有以下几个方面的研究内容：数据分发，位臵相关的服务，事务处理，用户界面等。数据分发研究的内容主要是移动设备如何有效地从固定数据库中获取数据的问题，它的特点是无线通信带宽小，而

且上行和下行信道不平衡。位臵相关服务主要解决移动对象位臵的变化如何在数据库中有效存储以及快速查询。移动设备小巧的屏幕也给数据库管理系统带来了新的问题，用户界面方面的研究对移动数据库实际的应用起着重要的作用。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Pri

ncipleandApplicationofDataBase事务处理则是移动数据库的关键问题，它解决在移动环境下保持数据一致性的问题。为了支持移动数据库在断连情况下的事务处理，引入了数据的异步复制技术，以便支持在本地数据副本上的事务处理，然而，多个移动设备在断开连接的情况下各自进行数据存取，

这样将导致数据的不一致性。为此，人们提出了许多模型和算法，来解决复制所带来的冲突问题，如避免冲突的预约机制、双时间印同步处理策略等。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、移动数

据库系统的特点移动数据库的计算环境是传统分布式数据库的扩展，它可以看作客户端与固定服务器结点动态连接的分布式系统。因此移动计算环境中的数据库管理系统是一种动态分布式数据库管理系统。与传统的分布式数据库系统相比，移

动数据库系统具有如下特性：（1）移动性及位臵相关性移动数据库可以在无线通讯单元内及单元间自由移动，而且在移动的同时仍然可能保持通讯连接；此外，应用程序及数据查询可是位臵相关的。这要求移动数据库系统支持这种移动性，解决过区切换问题，并实现位臵相关的处理。兰州理工大学

计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）频繁的断接性移动数据库与固定网络之间经常处于主动或被动的断接状态，这要求移动数据库系统中的

事务在断接情况下仍能继续运行，或者自动进入休眠状态，不会因网络断接而撤消。（3）网络条件的多样性在整个移动计算空间中，不同的时间和地点联网条件相差十分悬殊，因此，移动数据库系统应该提供充分的灵活性和适应性，提供多种系统运行方式和资源优化方式，以适应网络条件的变化。兰州理工大学计算机与通信

学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（4）系统规模庞大在移动计算环境下，用户规模比常规网络环境庞大得多，采用普通的处理方法将导致移动数据库系统的效率极为低下。（5）系统的安

全性及可靠性较差由于移动计算平台可以远程访问系统资源，从而带来新的不安全因素。此外，移动主机遗失、失窃等现象也容易发生，因此移动数据库系统应该提供比普通数据库系统更强的安全机制。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原

理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（6）资源的有限性移动设备的电源通常只能维持几个小时，此外，移动设备还受通讯带宽、存储容量、处理能力的限制。移动数据库系统必须充分考虑这些限制，在查询优化、事务处理、存储管理等诸环境提高资源的利

用效率。（7）网络通讯的非对称性上行链路的通讯代价与下行链路有很大的差异，这要求在移动数据的实现中充分考虑这种差异，采用合适的方式（如数据广播）传递数据。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase

3、移动数据库的体系结构DBSDBSMHMHMHMHMSSMSSFHFHFH兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase整个系统由两部分组成：

移动主机（MobileHost，MH）、固定主机（FixHost，FH）。移动主机是可移动的便携式设备，它所具有的计算能力和存储能力范围不等，可以从手机、PDA到笔记本电脑，并具备无线网络接口，可以通

过无线或有线的方式与固定网络进行连接。固定主机之间通过可靠的、高带宽的网络设施进行连接。其中，部分固定主机具备无线通信接口并安装了相应的软件，用来和MH进行连接，这样的固定主机被称为移动支持站（MobileSupportSta

tion，MSS）。每个MSS负责管理在某片地理区域中的所有MH，这样的地理区域也被称为蜂窝（Cell），在某个时刻，一个MH只能和负责该单元的MSS进行通信。当MH在蜂窝间移动时，通常会运行一个交接协议（Hand-Off）来实现MSS管理的交接。兰州理工大学计算机与通信学院2022年

12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase将固定网络上的所有数据库管理系统视为一个逻辑上整体的数据库服务器（DatabaseServer，DBS），所有的数据都存储在该DBS中，并假设

该DBS始终处于一致性状态。在MH上，安装有一个嵌入式的DBMS，该DBMS从DBS处缓存了一部分数据，用户可以对该DBMS进行操作或建立自己的应用程序。MH与DBS的联系是通过MSS来完成的，MSS管理着MH上数据的上载、下载、同步等问题。数据同步时发生的冲突检测和解决方式、嵌入式DBM

S和MSS的具体功能视采用的事务模型的不同而不同。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase4、移动数据库的发展目标理想的数据库系统要做到有效地支持移动计算环境中的各种数据应用，满足人们在任

意地点、任意时刻访问所需信息的要求，应具有以下四个特征：（1）可用性与可伸缩性：在保证系统稳定的同时，提供高可用性和可伸缩性，并且移动客户数不受限制。（2）移动性：允许移动终端在和网络断接的情况下访问或更新数据库。（3）可串性：支持满足可串性的并发事务执行。（4）收敛性：使系统总能收敛于一致

状态，从而避免出现混乱。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase移动数据库系统的关键技术1、数据的一致性移动数据库的一个显著特点

是移动终端之间以及与服务器之间的连接是一种弱连接，即低带宽、长延迟、不稳定和经常性的断开。为了支持用户在弱环境下对数据库的操作，完善的数据同步机制是移动数据库设计的重点，现在普遍采用乐观复制方法允许用户对本地缓存上的数据副本进行操作。待网络重新连接后再与数据库服务器或其

他终端交换数据修改信息，并通过冲突检测和协调来恢复数据的一致性。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、高效的事

务处理移动事务处理要解决在移动环境中频繁的、可预见的拆连情况下的事务处理。为了保证活动事务的顺利完成，必须设计和实现新的事务管理策略和算法。（1）根据网络连接情况来确定事务处理的优先级，网络连接速度高的事务请求优

先处理。（2）根据操作时间来确定事务是否迁移，即长时间的事务操作将全部迁移到服务器上执行，无需保证网络的一直畅通。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principlea

ndApplicationofDataBase（3）根据数据量的大小来确定事务是上载执行还是下载数据副本执行后上载。（4）事务处理过程中，网络断接处理时采用服务器发现机制还是采用客户端声明机制。（5）事务移动（如位臵相关查询）过程中的用户位臵属性的实时更新。（6）完

善的日志记录策略。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、数据的安全性许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设备，而嵌入式设备上

的数据库系统对存取权限的控制较严格。同时，许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也带来潜在的不安全因素。因此在防止碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等对个人数据安全的威胁上需要提供充分的安全性保证。保证数据安全的主要措施有：（

1）对移动终端进行认证，防止非法终端的欺骗性接入；（2）对无线通信进行加密，防止数据信息泄漏；（3）对下载的数据副本加密存储，以防移动终端物理丢失后的数据泄密。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应

用PrincipleandApplicationofDataBase移动事务模型1、两级复制（Two-tierReplication）JimGray定义了基本事务（BaseTransaction）与试验事务（TentativeTransaction）。在MH上，每个数据元素都保存有两个版本的副

本：主版本（MasterVersion）和试验版本（TentativeVersion）。当MH与网络连接时，主版本数据立即更新为DBS中最近的值。断开连接时，所有在MH上执行的事务作为试验事务在试验版本的数据副本上操作，产生新的试验版本数据。当重新获得连接时，所有的试验事务将提交给

MSS作为基本事务重新执行，系统将比较试验事务与基本事务结果的差异，如果差异在允许范围以内，事务成功完成；否则事务宣告失败，服务器会向MH通知失败原因，同时所有读该事务写集的事务也宣告失败。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principlean

dApplicationofDataBase两级复制模型的特点：所有的事务都要作为试验事务和基本事务分两次在MH和MSS上重复执行，系统开销比较大。在同一个MH上，试验事务的操作结果能被其他试验事务所

获取，提高了系统可用性但也会导致级联回滚。当MH重新获得网络连接时，由于MH的主版本数据副本立即可从DBS得到更新，所以试验版本的数据被丢弃，同时基本事务采用了单副本的可串行化调度，从而保证了DBS中数据的一致性。用户可以自行定义试验事务与基本事务执行结果的差异接受

范围，增加了系统的灵活性。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、簇模型（Clustering）簇是一些语义或存放位臵相近的数据集合。某个数据元素

的各个副本，在同一簇内要求完全一致，而在簇间则可以出现不同程度的不一致。簇的划分标准以及簇间的不一致程度也都可以由用户自己定义。为了提高系统的可用性，引入了弱操作，包括弱读（WeakRead）和弱写（We

akWrite）。弱操作保证了簇内数据一致、簇间不同程度的不一致的特性。为了区分，常规意义上的读和写被称为严格读（StrictRead）和严格写（StrictWrite），则保证数据各个副本上的严格一致。同理，定义了弱事务

（WeakTransaction）和严格事务（StrictTransaction），只包括弱操作的事务被称为弱事务，只包括严格操作的事务被称为严格事务。弱读的数据既可以是弱写，也可以是严格写的结果，但严格读的数据只能是严格写的操作结果。兰州理工大学计算机与通

信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase簇模型的特点：当网络连接状况发生改变时，多个簇可以合并成一个簇，一个簇也可以分裂为多个簇，这样很好地适应了网络状况的变化。对数据的多个副本采用两个级别的一致性以

及对弱事务的定义，不但提高了数据的可用性，同时也减少了一些不必要的网络通信流量。对弱事务与严格事务分别实行并发控制，保证各自的串行化调度，保证了簇的特性。当簇合并的时候，弱事务如果和严格事务发生冲突，弱事务回滚，在保证严格事务单副本可串行化调度的

基础上，采用基于语法或语义协商的方法，实现了数据各个副本的收敛。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、语义模型（Se

mantics-based）语义模型强调的是利用数据和具体应用的语义来实现在MH上的自治。两个事务不能实现串行调度，可分为三个原因：这两个事务至少各自有一个操作是针对同一数据对象的；这两个操作是不相容（冲突）的；应用不允许出现冲突。语义模型从这三个方面出发解决调度问题：（1）采用

分片技术减小数据对象的颗粒度。（2）对操作进一步细化。（3）利用具体应用的语义。语义模型如果应用得当，可以极大地提高事务的并发度，但是实现起来非常复杂。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用P

rincipleandApplicationofDataBase4、预写模型(InPre-write)预写模型主要思想是将事务分成在MH和MSS上执行的两个阶段，事务首先在MH上由TM控制执行，接着通过MSS将执行结果提

交给数据库服务器上的DM实现持久的更新。模型引入了预写(Pre-write)、预读(Pre-read)、预提交(Pre-commit)三个操作。预写申明了事务提交后数据的值，并没有在数据库服务器中实现真正的更新，但该值对其他事务可见。预读操作读到的值为预写操作的结果，和常规的读

操作读取数据库中的实际值有区别。如果事务完成了所有的读、预读操作和预写操作，便可在MH上预提交，未执行完的事务部分接着转移到MSS上执行。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原

理与应用PrincipleandApplicationofDataBase预写模型的特点：更新数据库中的值有时是个耗时的操作，通过引入预写操作，提高了系统数据的可用性。同时将一部分事务操作转移到MSS上执行，则有利于解决MH的资源问题。预写模型通过扩充操作冲突表和以2PL为基础的调度算法实现了事务

的可串行化调度，事务按照预提交的顺序串行执行，保证了数据的一致性，但基于锁的悲观调度算法却降低了系统的并发度。调度算法保证了已在MH上预提交的事务系统能成功完成，因此不会带来级联回滚的问题。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用P

rincipleandApplicationofDataBase移动数据库的发展随着信息产业竞争的日趋激烈，移动通信技术将加速发展，智能化终端产品将不断涌现，移动计算硬件平台的技术改进和价格的不断下降，移动电子商务应用解决方案的不断完善，企业对移动计算的需

求将会稳步增长。移动计算将为人类描绘一幅崭新的画卷。移动数据库典型应用：移动计算在物流领域的应用移动计算实现“随身银行”用移动计算进行实时数据采集和公共信息发布利用移动计算进行位臵相关查询兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库

原理与应用PrincipleandApplicationofDataBasewangxy@lut.cn第11章数据库新技术简介11.1多媒体数据库11.2主动数据库11.3实时数据库11.4移动数据库

11.5空间数据库11.6小结兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase随着计算机技术的飞速发展,处理地理

相关信息的地理信息系统GIS(GeographicalInformationSystem)技术也在不断地进步,并成为当前的一个研究热点。空间数据库作为任何GIS的核心，是GIS发展的技术支柱。同时空间数据库也是数据库技术

的一个前沿课题，它突破了传统的数据库主要基于文字、数字信息的应用，可以用于存贮和分析大量的具有复杂结构的信息。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandAppli

cationofDataBase空间数据库概述空间数据库（SpatialDatabase）是以描述空间位臵和点、线、面、体特征的位臵数据（空间数据）以及描述这些特征的属性数据（非空间数据）为对象的数据库，其数据模型和查询语言能支持空间数据

类型和空间索引，并且提供空间查询和其他空间分析方法。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、空间数据及特征空间数据用于表示空间物体的位臵、形状、大小和分布特征等信

息，用于描述所有二维、三维和多维分布的关于区域的信息，它不仅表示物体本身的空间位臵和状态信息，还能表示物体之间的空间关系。非空间信息主要包含表示专题属性和质量的描述数据，用于表示物体的本质特征。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Pri

ncipleandApplicationofDataBase归纳起来，空间数据具有以下五个基本特征：（1）空间特征每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空间分布特征。这意味着在空间数据组织方面，要考虑它的空间分布特征。除了通用性数据库管理系统或文件系统关键字的索引和辅助关键

字索引以外，一般需要建立空间索引。（2）非结构化特征空间数据不能满足结构化要求。若用一条记录表达一个空间对象，它的数据项可能是变长的，其二，一个对象可能包含另外的一个或多个对象，所以它不满足关系数据模型的范式要求，这也就是为什么空

间图形数据难以直接采用通用的关系数据管理系统的主要原因。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）空间关系特征空间数据除了前面所述的空间坐标隐含了空间分布关系外。空间数据中记录的拓

扑信息表达了多种空间关系。这种拓扑数据结构一方面方便了空间数据的查询和空间分析，另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。（4）分类编码特征一般而言，每一个空间对象都有一个分类编码，而这种分类编码往往属于国家标准，或行业标准，或地区标准，每一种地物的类型在某个

GIS中的属性项个数是相同的。因而在许多情况下，一种地物类型对应于一个属性数据表文件。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（5）海量数据特征空间

数据量是巨大的，通常称海量数据。它的数据量比一般的通用数据库要大得多。一个城市地理信息系统的数据量可能达几十GB，如果考虑影像数据的存贮,可能达几百个GB。这样的数据量在城市管理的其他数据库中是很少见的。正因为空间数据量大，

所以需要在二维空间上划分块或者图幅，在垂直方向上划分层来进行组织。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、空间数据的分类根据空间

数据的特征，可以把空间数据分为3类:（1）属性数据：描述空间数据的属性特征的数据，也称非几何数据。（2）几何数据：描述空间数据的空间特征的数据，也称位臵数据、定位数据。（3）关系数据：描述空间数据之间的空间关系的数据，如空间数

据的相邻、包含和相交等，主要是指拓扑关系。拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数学方法，其在地理信息系统和空间数据库的研究和应用中具有十分重要的意义。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据

库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、空间数据库的组织形式由于空间数据与一般数据的不完全一致性，那么空间数据库的设计和一般数据库也不完全相同，必然有自己的设计思路和特点。（1）文件与关系数据库混合型组织形式由于空间数据具有

上面所描述的5个特征，目前通用的关系数据库管理系统难以满足要求。因而，大部分GIS软件采用混合管理的模式。即用文件系统管理几何图形数据，用商用关系数据库管理系统管理属性数据。GIS通过相应的数据库接口程序来管理属性数据，通过系统内部生成的唯一标识符实现数据与

属性数据的关联。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseGISRDBMS几何空间数据存储子系统混合组织形式还

不能说建立了真正意义上的空间数据库，因为文件管理系统的功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制以及数据损坏后的恢复方面缺少基本的功能。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principle

andApplicationofDataBase（2）全关系数据库型组织形式全关系型空间数据库是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理。在标准的关系数据库上增加空间数据管理层，使之不仅能管理结构化的属性数据，而且能管理非结构化的图形数据。

兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseGIS空间数据属性数据空间数据管理层标准RDBMS兰州理工大学计算机与通信学院2022年12

月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）对象-关系数据库型组织形式对象-关系数据库管理系统是对关系数据库管理系统进行面向对象的扩展,既具有良好的企业级

数据库管理及异构数据的访问能力，以及完整性、持久性、并发控制、可恢复性、一致性和查询能力,又具有对海量数据、特别是空间数据类型的支持。对象-关系数据库管理系统既保持了关系数据库管理系统的所有功能和优势，同时在数据服务器中添加了灵活的功能，支持复杂

的“用户自定义”应用对象和逻辑，较好地实现了对复杂数据类型的快速高效查询。因此，基于对象-关系的空间数据库管理系统将成为GIS空间数据管理的主流。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用

PrincipleandApplicationofDataBase（4）面向对象数据库型组织形式面向对象模型最适应于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。面向对象的空间数据库管理系统允许用户定义对象和对象的数据

结构以及它的操作。这样，用户可以将空间对象根据GIS的需要，定义出合适的数据结构和一组操作。但由于面向对象数据库管理系统还不够成熟，价格又昂贵，目前在GIS领域还不太通用。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principlea

ndApplicationofDataBase4、空间数据库的应用凡是需要处理空间数据的应用，都需要建立高效的空间数据库。主要的应用领域包括：地理信息系统（GIS）：地理信息系统需要广泛地处理空间数据，包括点、线、两维或

者三维区域。例如，一幅地图包含对象（点）、河流和高速公路（线）以及城市和湖泊（面）的位臵。因此需要能处理空间数据的数据库系统来有效地管理这些二维和三维的数据。使之能进行高效地检索。计算机辅助设计和制造系统：计算机

辅助设计和制造系统也需要存储和处理空间数据对象，如所要设计对象的表面（像飞机的机身）。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase空间数据模型数据模型是一条或一组用于标识和表示空间参照对象的规

则。空间数据模型通常分为两大类：场（field）模型和对象（object）模型。1、场模型场模型通常用于表示连续的或无固定形状的概念。一个场就是一个函数，它将基本参照框架映射到一个属性域上。在计算机中，场模型是

用栅格数据结构来表示的。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase对于空间应用来说，定义场模型要求确定3个组成部分：空间框架、场函数和一组相关的

场操作。空间框架是一个有限网格，这个网格加在基本空间上。所有度量都基于这个框架来完成。空间框架最常用的例子是地球表面的经度-纬度参照系。不同场之间的联系和交互由场操作来指定。场操作把场的一个子集映射到其他的场。场操作可以分成三类：局部的、聚焦的和区域的。对于一个局部操作，空间框架内

一个给定位臵的新场的取值只依赖于同一个位臵场的输入值。对于一个聚焦操作，在指定位臵的结果场的值依赖于同一位臵的一个假定小邻域上输入场的值。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApp

licationofDataBase2、对象模型对象模型适合表示有固定形状的空间实体，如湖泊、道路网和城市。这种对象模型是概念化的，可以采用矢量数据结构将其映射到计算机中。矢量数据结构将区域映射成多边形，线条映射为多线，点映射为点。在基于对象的建模中，关键是把空间信息抽象成明确的

、可识别的和相关的事物或实体。例如，可以通过公园中的湖、树和道路来刻画一个公园。所有的这些实体显然都是可区分和可标识的。每个对象都有一套刻画它的属性集。与传统数据库建模中普遍采用的对象/实体相比，空间对象的最主要的特点在于它的

属性可以分为空间属性和非空间属性。对象通过其空间属性与包含它的基本空间进行交互。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase空间查询语言和查询处理作为与

数据库交互的主要手段，查询语言是数据库管理系统的一个核心要素。SQL是用于关系数据库管理系统的一种常见的商业查询语言。但由于关系模型的范式约束,使得标准化的查询描述功能有限,不支持复杂数据类型查询,不支持空间操作和运算。而空间数据库是一种特殊的数据库，它以空间（地理）目标作为存储集，与

传统数据库的最大不同是它包含“空间”概念，因而，理解空间概念是空间数据库查询语言必备的前提。从这个意义上讲，标准的SQL查询语言不适合应用于空间数据库的查询。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principleand

ApplicationofDataBase1、空间数据查询语言的要求和特征对于空间数据库，其查询语言中最关键的部分是空间概念的描述,理想的情况是其语言完全能表示人所能理解的空间含义,但这显然是不可能的事情。对空间数据库的查询而

言,应具有什么样的特征呢?Frank和Mark认为空间查询应具备两个基本功能:(1)选取用户所需要的子集；(2)以有意义的形式将查询结果呈现给用户。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principleand

ApplicationofDataBase从空间数据库与一般数据库的关系以及空间数据描述实际地理现象的特点看,空间数据库查询语言的特征可以概括为以下三条:（1）查询语言能理解“空间概念”。（2）查询语言能描述查询结果

的表达方式。（3）查询描述的非过程化。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、空间查询语言的发展空间查询语言是空间数据库上的查询语言。空间数据库是一种存贮具

有空间分布性质数据的数据库，它与传统的关系数据库的最大区别就是其中的数据具有空间的概念(如空间关系)，因而要实现空间数据库上的查询，必须增加空间概念，使得空间查询语言能够描述和解释复杂的空间概念和空间关系。许多学者在此方面做了许多有意义的研究工作目前,空间查询语言的设计大体上包括基于SQL扩

展的空间查询语言、可视化查询语言和自然查询语言三种方法。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（1）扩展SQL查询把SQL查询语言应用到空间数据库上时就暴露出其

先天的不足，特别是难以描述空间概念。为了满足空间查询的需要，可根据SQL的特点，从增加空间数据类型和空间操作谓词等方面出发来扩展SQL。对SQL语句的扩充主要包括以下几方面：扩充空间几何数据类型、建立拓扑关系运算、增加空间分析功能、增加索引功能。GSQL语言就是一种基于SQL扩

展的空间查询语言，包括数据模式定义、数据查询、数据更新等SQL标准语句的扩展，从而支持空间数据类型、空间数据运算符、空间关系运算以及空间分析功能。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplica

tionofDataBase（2）可视化空间查询语言可视化查询语言主要使用直观的图形符号等来表示空间概念(空间关系)，可以用不同的图符的组合来形成复杂的空间查询语句，并将查询结果以形象的、直观的图形、表格、多媒体等形式显示给用户。在GIS系统中

，这些复杂的语句仍然要被翻译成类似扩展SQL的形式，因而不能算是一种真正的查询语言。然而，其用户界面设计的直观性，操作上的简单性和易于使用性，是其它空间查询语言在设计其界面时值得借鉴的。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandAppl

icationofDataBase（3）接近于自然语言的空间查询语言利用自然语言进行空间查询一直是GIS界面设计追求的目标。具有自然语言的查询的实质是将模糊概念引入空间查询语言中。这对GIS来说是特别有用的，因为GIS中的许多概念本来就是模糊的，如区域边界的

划分等。具有自然语言的查询的实现是将模糊数学的方法，通过模糊公式计算出相应的阈值，将模糊概念量化为确定的范围，使其能理解某些模糊概念。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicati

onofDataBase3、空间数据的查询处理由于空间对象的表达形式复杂且数据量大，各种空间操作不仅计算量巨大，而且设计复杂且有高代价的几何操作。并且空间数据没有标准的空间代数，也没有标准的空间查询语言，加上空间算子非常依赖应用程序范围，因此，目前的空间查询操作，大多采用扩展的SQ

L语句。扩展的SQL允许使用抽象数据类型表达空间对象以及对象的联合运算。查询的结果通常是满足查询要求的空间数据对象集合。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase常用的空间数据查询操作类型

有：（1）精确匹配查询：找出所有和空间查询对象具有完全相同的空间内容的空间数据对象。（2）点查询：找出所有和查询点重叠的空间数据对象。（3）空间区域查询：找出所有和查询对象有至少一个公共点的数据库对象。空间区域查询得到的是相关联的区域（有位臵和边界）。（4）

最邻近查询：找出所有和查询对象具有最小距离的数据库对象。通常以两者最近点间的距离作为空间对象间的距离。最常用的点距离函数是欧氏距离和马氏距离。这种查询在多媒体数据库的上下文中具有尤其重要的地位。兰州理工大学计算机与通信学院20

22年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase空间数据索引空间索引是指依据空间对象的位臵和形状或空间对象之间的某种空间关系，按一定顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。

作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法与空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。空间索引的性能优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的

整体性能，它是空间数据库和地理信息系统的一项关键技术。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、空间索引技术由于空间

目标一般比较复杂，对其操作很费时。为了减少计算量，一般的索引方法都采用了空间目标的近似技术，用一个完全包围目标的简单形体（如矩形等）近似表达空间目标。目前研究出的索引方法可归纳为如下几种：（1）空间映射法低维空间向高维空间映射。对于

k维空间具有n个顶点的目标，可以映射成nk维空间的点。映射后，可以直接采用点索引技术。一维空间映射。通常数据空间被划分成大小相同的网格单元，然后用某种空间填充曲线（如z-ordering曲线、Hibert曲线等）填充方法，给这些网格单元编码。兰州理工大学计算机与通信学院2022年

12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）分割方法不允许空间重叠的索引法。这种方法将所在的数据空间按某种方法（如二叉树划分、四叉树划分、格网划分等）划分成彼此不相交的子空间。其优点在

于点状目标的索引只有一条路径。然而对于复杂的非点状空间目标还必须采取目标复制（目标标志重复存储在与该目标相交的所有子空间）或者目标裁减（目标被分解为几个不相交的小目标，从而使每一小目标完全包含在一子空间）技术。允许空间重叠的索引法。索引空间被划分为多级的子空间，这些子空间允许重叠，一个空间对象

完全包含在某一子空间。这种方法的一个最重要的问题是子空间的重叠与覆盖。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、几种有代表性的空间索引数据结构（1）网格文件网格文件对于精确匹配和部分匹配检索都有相对较

好的I/O性能。网格文件采用多属性索引技术来分割嵌入的n维空间。从局部上说，它用一个网格方法，即在分割方向上划分所有区域。使用网格文件的目标就是为了实现二次磁盘访问原则：一次访问获得目录项，另一次访问得到实际记录。具体的说，网格文件有两部分。一部分包括一个n维网格目录，目录中每

一项指向一个数据页。第二部分是称为有线性比例的一维数组组成的结构。这个数组用来标识网络目录的索引，这个索引引用了包含记录的页。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（2）K

D-树类KD-树KD-树是k维的二叉查找树，是二叉查找树在多维空间的扩展。主要用于索引多属性的数据或多维点数据。每一个节点所表示的k维空间被一个可能在k个方向上出现的超平面划分为两个部分。每一个超平面中至少有一个点数据。KD-树对于点匹配查找，它继承了二叉查找

树的优点，但删除操作较复杂。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseABCDEFGHIABCDHIGEFKD-树示意图兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理

与应用PrincipleandApplicationofDataBaseK-D-B树K-D-B树是KD-树与B树的结合。它由两种基本的结构——区域页（非叶节点）和点页（叶节点）组成。点页存储点目标，区域页存储索引子空间的描述及指向下层

页的指针。K-D-B树适用于多维空间点的索引，如果用于索引线、面等其它形体的空间目标，需经过目标近似与映射，效率较低。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一ABCDHIGEFJKLABCKLDEFGHJI数据库原理与应用PrincipleandApplicationof

DataBaseK-D-B树示意图兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）四叉树四叉树实际上是指在k维数据空间中，每一节点有2k个子树。用于对空间点的表示与索引。每个

节点存储了一空间点的信息及2k个子节点的指针。如二维空间的四叉树，每个子节点对应一个矩形，用四种方位NW，NE，SW，SE表示。逐级将空间划分到含有数据的个数低于某一值的矩形为止。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicat

ionofDataBase（4）R-树R-树是一种采用对象界定技术的高度平衡树，是B树在多维空间上的自然扩展。作为目前最流行的动态空间索引结构之一，R-树广泛应用于原型研究和商用空间数据库系统中。由于R-树是B树自然扩

展，因此和B树一样，R-树是一种高度平衡树，在叶节点中包含指向实际对象的指针，并能保证至少50%的有效空间存储利用率。其特点是能索引一定范围内的对象。其叶子节点包含多个形式为（OI，MBR）的实体，OI为空间目标标志，MBR为该目标在k维空间中的最小包围矩形。非叶子节点包含多个形式为（

CP，MBR）的实体。CP为指向子树根节点的指针。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseR-树必须满足如下特性：若根节点不是叶子节点，则至少有两棵子树。除根之

外的所有中间节点至多有M棵子树，至少有m棵子树。每个叶子节点均包含m至M条索引记录。所有的叶子节点都出现在同一层次。所有节点都需要同样的存储空间（通常为一个磁盘页）。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星

期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase地理信息系统（GIS）地理信息系统（GeographicalInformationSystem，GIS）的产生是计算机和信息系统发

展的共同产物，它集地理、图形、数据、分析技术为一体，以崭新的面貌出现在各个应用领域。它是20世纪60年代开始迅速发展起来的一门新技术，它综合运用了计算机、系统工程、经济管理等多学科知识，属跨学科的技术系统。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5

日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase1、GIS概述GIS是以地理空间数据为基础，在计算机硬件、软件环境支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和

显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立的一类计算机应用系统。GIS处理的数据都和地理信息有着直接或间接的关系。地理信息是有关地理实体的性质、特征、运动状态表征等的知识，而地理数

据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位臵、属性特征及时域特征三部分。空间位臵数据描述事物或现象所在的位臵；属性数据有时又称作非空间数据，属于一定事物或现象，用来描述其特征的定性或定量指标；时域特征是指地理数据采集或地理现象发生

的时刻或时段。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseGIS具有以下三个方面的特征：①具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。②由计算机系统支持进行空间数据管理，

并由计算机程序模拟实现常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。③计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。兰州理工大学计算机与通信学院2

022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase2、GIS的组成完整的GIS由四个部分组成：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统开发及管理操作人员。其

核心部分是计算机系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，是GIS的实质，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Principl

eandApplicationofDataBase（1）计算机硬件系统计算机硬件是计算机系统中的实际物理装臵的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的原件或装臵，是GIS的物理外壳。GIS由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。GIS硬件配臵一般包括4个部分：计算机主机、数

据输入设备（图形数字化仪、图像扫描仪、键盘、通信端口等）、数据存储设备（软盘、硬盘、磁带、光盘及相应的驱动程序）、数据输出设备（图形/图像显示器、矢量/点阵打印机等）兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用

PrincipleandApplicationofDataBase（2）计算机软件系统计算机软件系统指GIS运行所必需的各种程序，通常包括：计算机系统软件：由计算机厂家提供，为用户开发和使用计算机提供方便的程序系统，一般

包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等，是GIS日常工作所必需的。GIS软件和其他支撑软件：可以是通常的GIS工具系统或专门开发的GIS软件包，也可以包括数据库管理系统、计算机

图形软件包、CAD、图像处理系统等，用于支持对空间数据的输入、存储、转换、输出和与用户的接口。应用分析程序：是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的，用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用Pri

ncipleandApplicationofDataBase（3）地理空间数据地理空间数据是地理信息系统的操作对象与管理内容，指以地球表面位臵为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，这些数据可以是图形、图像、文字、表格和数字等，由系统建立者

通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通信输入GIS，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseGIS的数据模型包括三个互相联系的方面：在某个坐标

系中的位臵：即用几何坐标标识地理实体的空间位臵，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等，采用数字化仪输入时，常采用数字化仪直角坐标或屏幕直角坐标。实体间的空间相关性：地理事物点、线、面实体间的空间联系，用拓扑关系来描述。与几何位臵无关的属

性：指地理事物或现象的性质，分为定性（包括名称、类型、特性等，如气候类型、土地利用等）和定量（包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级等）的两种。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplic

ationofDataBase（4）系统开发及管理操作人员人是GIS中的重要因素，GIS不同于一幅地图，是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还构不成完整的GIS，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统

扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息，为地理学研究和地理决策服务。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase3、GI

S的应用GIS之所以能在短短几年之内风靡全球，是因为它几乎可以应用到各个领域，借助它可以大大加快分析解决问题的效率。下面大致列举GIS在几个方面的应用：（1）资源管理（ResourceManagement）主要应用于农业和

林业领域，涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，解决农业和林业领域各种资源（如土地、森林、草场）分布、分级、统计、制图等问题。（2）资源配臵（ResourceConfigurat

ion）从城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等，到机构在各地的配臵等都是资源配臵问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配臵和发挥最大效益。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原

理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（3）城市规划和管理（UrbanPlanningandManagement）空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要

内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面等。（4）生态环境管理与模拟区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持

、环境设施的管理、环境规划等。（5）应急响应解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线，并配臵相应的运输和保障设施的问题。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandAppl

icationofDataBase（6）地理学研究和应用地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助GIS工具完成。ArcInfo系统就是一个很好的地理学分析应用软件系统。（7）选址分析根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配臵、市场潜力、交通条件、

地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位臵是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析能力。例如，大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构（年龄构成、

性别构成、文化水平）、消费水平等结合起来考虑。另外房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase（8）可视化应用以数字地形模型为基础，建立

城市、区域或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。（9）分布式地理信息应用随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Interne

t环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享以及远程空间导航等。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase

4、Oracle对空间数据库的支持OracleSpatial是Oracle公司推出的空间数据库组件，通过Oracle数据库系统来存储和管理空间数据。OracleSpatial是Oracle8i（及更高版本）数据库系统中提供对

空间数据进行有效地存储、获取以及分析的一系列函数和过程。OracleSpatial提供了一种SQL模式及其函数，使得Oracle数据库中对空间特征集合的存储、检索、更新、查询变得更加容易。Oracle从9i开始对空间数据提供了较

为完备的支持，尤其在10g又添加了很多功能。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBaseOracleSpatial由以下几部分组成：一种模式（MDSYS

）规定了对几何数据类型在存储、语法、语义方面的支持。一种空间索引机制。一组操作符和函数来执行区域相交和空间相交的查询。OracleSpatial主要通过元数据表、空间数据字典（SDO_GEOMETRY字段）和空间索引来管理空间数据，

并在此基础上提供一系列空间查询和空间分析函数，让用户进行更深层次的GIS应用开发。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase为了能更

加快速、准确地查询空间对象及其属性，必须要对空间数据建立索引。OracleSpatial中提供了两种索引机制：四叉树索引和R树索引。四叉树索引将地理空间分为n个子块，对每一个子块中的空间对象进行索引。该索引中的主要参数有以下几个：SDOLEVEL表示划分地理空间的指

数上标，SDONUMTILES为匹配空间对象的子块数目。R树索引用包含该空间对象的最小边界多边形（MBR）来对空间对象进行索引。该索引为Spatial默认的索引方法。SDOFANOUT为R树中的结点数目，SDORTRPCTFREE为每个R树中节点下空白

空间的百分比。兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBasewangxy@lut.cn第11章数据库新技术简介11.1多媒体数据库11.2主动数据库11.3实时数据库11.4移动数据库1

1.5空间数据库11.6小结兰州理工大学计算机与通信学院2022年12月5日星期一数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase数据库技术的一个显著特征就是它可以与其他计算机技术相互渗透、相互结合而

形成各种新型的数据库系统，例如，数据库技术与多媒体技术相结合出现了多媒体数据库系统，与人工智能相结合出现了知识库系统和主动数据库系统，与实时数据处理技术相结合出现了实时数据库系统，与移动通信技术相结合出现了移动数据库系统，与空间数据处理技术相结合出现了空间数据库等。兰州理工大学计算机

与通信学院2022年12月5日星期一谢谢!数据库原理与应用PrincipleandApplicationofDataBase