数据库的物理设计目标

㈠ 并行数据库的作用和目标

并行数据库系统的目标是高性能（High Performance）和高可用性（High Availability），通过多个处理节点并行执行数据库任务，提高整个数据库系统的性能和可用性。
性能指标关注的是并行数据库系统的处理能力，具体的表现可以统一总结为数据库系统处理事务的响应时间。并行数据库系统的高性能可以从两个方面理解，一个是速度提升（SpeedUp），一个是范围提升（ScaleUp）。速度提升是指，通过并行处理，可以使用更少的时间完成两样多的数据库事务。范围提升是指，通过并行处理，在相同的处理时间内，可以完成更多的数据库事务。并行数据库系统基于多处理节点的物理结构，将数据库管理技术与并行处理技术有机结合，来实现系统的高性能。
可用性指标关注的是并行数据库系统的健壮性，也就是当并行处理节点中的一个节点或多个节点部分失效或完全失效时，整个系统对外持续响应的能力。高可用性可以同时在硬件和软件两个方面提供保障。在硬件方面，通过冗余的处理节点、存储设备、网络链路等硬件措施，可以保证当系统中某节点部分或完全失效时，其它的硬件设备可以接手其处理，对外提供持续服务。在软件方面，通过状态监控与跟踪、互相备份、日志等技术手段，可以保证当前系统中某节点部分或完全失效时，由它所进行的处理或由它所掌控的资源可以无损失或基本无损失地转移到其它节点，并由其它节点继续对外提供服务。
为了实现和保证高性能和高可用性，可扩充性也成为并行数据库系统的一个重要指标。可扩充性是指，并行数据库系统通过增加处理节点或者硬件资源（处理器、内存等），使其可以平滑地或线性地扩展其整体处理能力的特性。
随着对并行计算技术研究的深入和SMP、MPP等处理机技术的发展，并行数据库的研究也进入了一个新的领域，集群已经成为了并行数据库系统中最受关注的热点。目前，并行数据库领域主要还有下列问题需要进一步地研究和解决。
（1）并行体系结构及其应用，这是并行数据库系统的基础问题。为了达到并行处理的目的，参与并行处理的各个处理节点之间是否要共享资源、共享哪些资源、需要多大程度的共享，这些就需要研究并行处理的体系结构及有关实现技术。
（2）并行数据库的物理设计，主要是在并行处理的环境下，数据分布的算法的研究、数据库设计工具与管理工具的研究。
（3）处理节点间通讯机制的研究。为了实现并行数据库的高性能，并行处理节点要最大程度地协同处理数据库事务，因此，节点间必不可少地存在通讯问题，如何支持大量节点之间消息和数据的高效通讯，也成为了并行数据库系统中一个重要的研究课题。
（4）并行操作算法，为提高并行处理的效率，需要在数据分布算法研究的基础上，深入研究联接、聚集、统计、排序等具体的数据操作在多节点上的并行操作算法。
（5）并行操作的优化和同步，为获得高性能，如何将一个数据库处理事务合理地分解成相对独立的并行操作步骤、如何将这些步骤以最优的方式在多个处理节点间进行分配、如何在多个处理节点的同一个步骤和不同步骤之间进行消息和数据的同步，这些问题都值得深入研究。
（6）并行数据库中数据的加载和再组织技术，为了保证高性能和高可用性，并行数据库系统中的处理节点可能需要进行扩充（或者调整），这就需要考虑如何对原有数据进行卸载、加载，以及如何合理地在各个节点是重新组织数据。

㈡ 数据库分析的原理是什么

数据库系统的基本概念

数据：实际上就是描述事物的符号记录。
数据的特点：有一定的结构，有型与值之分，如整型、实型、字符型等。而数据的值给出了符合定型的值，如整型值15。
数据库：是数据的集合，具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序共享。
数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的，具有集成与共享的特点。
数据库管理系统：一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等，是数据库的核心。
数据库管理系统功能：
（1）数据模式定义：即为数据库构建其数据框架；
（2）数据存取的物理构建：为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段；
（3）数据操纵：为用户使用数据库的数据提供方便，如查询、插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计；
（4）数据的完整性、安生性定义与检查；
（5）数据库的并发控制与故障恢复；
（6）数据的服务：如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。
为完成以上六个功能，数据库管理系统提供以下的数据语言：
（1）数据定义语言：负责数据的模式定义与数据的物理存取构建；
（2）数据操纵语言：负责数据的操纵，如查询与增、删、改等；
（3）数据控制语言：负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等。
数据语言按其使用方式具有两种结构形式：交互式命令(又称自含型或自主型语言)宿主型语言（一般可嵌入某些宿主语言中）。
数据库管理员：对数据库进行规划、设计、维护、监视等的专业管理人员。
数据库系统：由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、硬件平台（硬件）、软件平台（软件）五个部分构成的运行实体。
数据库应用系统：由数据库系统、应用软件及应用界面三者组成。
文件系统阶段：提供了简单的数据共享与数据管理能力，但是它无法提供完整的、统一的、管理和数据共享的能力。
层次数据库与网状数据库系统阶段 ：为统一与共享数据提供了有力支撑。
关系数据库系统阶段
数据库系统的基本特点：数据的集成性 、数据的高共享性与低冗余性 、数据独立性（物理独立性与逻辑独立性）、数据统一管理与控制。
数据库系统的三级模式：
（1）概念模式：数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户公共数据视图；
（2）外模式：也称子模式与用户模式。是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式；
（3）内模式：又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。
数据库系统的两级映射：
（1）概念模式到内模式的映射；
（2）外模式到概念模式的映射。

4.2 数据模型

数据模型的概念：是数据特征的抽象，从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表与操作提供一个抽象的框架。描述了数据结构、数据操作及数据约束。
E-R模型的基本概念
（1）实体：现实世界中的事物；
（2）属性：事物的特性；
（3）联系：现实世界中事物间的关系。实体集的关系有一对一、一对多、多对多的联系。
E-R模型三个基本概念之间的联接关系：实体是概念世界中的基本单位，属性有属性域，每个实体可取属性域内的值。一个实体的所有属性值叫元组。
E-R模型的图示法：（1）实体集表示法； （2）属性表法； （3）联系表示法。
层次模型的基本结构是树形结构，具有以下特点：
（1）每棵树有且仅有一个无双亲结点，称为根；
（2）树中除根外所有结点有且仅有一个双亲。
从图论上看，网状模型是一个不加任何条件限制的无向图。
关系模型采用二维表来表示，简称表，由表框架及表的元组组成。一个二维表就是一个关系。
在二维表中凡能唯一标识元组的最小属性称为键或码。从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。表A中的某属性是某表B的键，则称该属性集为A的外键或外码。
关系中的数据约束：
（1）实体完整性约束：约束关系的主键中属性值不能为空值；
（2）参照完全性约束：是关系之间的基本约束；
（3）用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中数据的语义要求。

4.3关系代数

关系数据库系统的特点之一是它建立在数据理论的基础之上，有很多数据理论可以表示关系模型的数据操作，其中最为著名的是关系代数与关系演算。
关系模型的基本运算：
（1）插入 （2）删除 (3)修改 （4）查询（包括投影、选择、笛卡尔积运算）

4.4 数据库设计与管理

数据库设计是数据应用的核心。
数据库设计的两种方法：
（1）面向数据：以信息需求为主，兼顾处理需求；
（2）面向过程：以处理需求为主，兼顾信息需求。
数据库的生命周期：需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、编码阶段、测试阶段、运行阶段、进一步修改阶段。
需求分析常用结构析方法和面向对象的方法。结构化分析（简称SA）方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。用数据流图表达数据和处理过程的关系。对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。
数据字典是各类数据描述的集合，包括5个部分：数据项、数据结构、数据流（可以是数据项，也可以是数据结构）、数据存储、处理过程。
数据库概念设计的目的是分析数据内在语义关系。设计的方法有两种
（1）集中式模式设计法（适用于小型或并不复杂的单位或部门）；
（2）视图集成设计法。
设计方法：E-R模型与视图集成。
视图设计一般有三种设计次序：自顶向下、由底向上、由内向外。
视图集成的几种冲突：命名冲突、概念冲突、域冲突、约束冲突。
关系视图设计：关系视图的设计又称外模式设计。
关系视图的主要作用：
（1）提供数据逻辑独立性；
（2）能适应用户对数据的不同需求；
（3）有一定数据保密功能。
数据库的物理设计主要目标是对数据内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度有效利用存储空间。一般RDBMS中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计、集成簇设计和分区设计。
数据库管理的内容：
（1）数据库的建立；
（2）数据库的调整；
（3）数据库的重组；
（4）数据库安全性与完整性控制；
（5）数据库的故障恢复；
（6）数据库监控。

㈢ 如何设计开发数据库应用系统

第13章 数据库应用系统设计概述
13.1 数据库设计概述
13.1.1 数据库系统设计内容
数据库设计包含两方面的内容。
1. 结构特性设计
结构特性设计通常是指数据库模式或数据库结构设计，它应该具有最小冗余的、能满足不同用户数据需求的、能实现数据共享的系统。数据库结构特性是静态的，应留有扩充余地，使系统容易改变。
2. 行为特性设计
行为特性设计是指应用程序、事物处理的设计。
13.1.2 数据库设计特点
数据库设计是一项综合性技术。“三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库建设的基本规律。数据库设计的特点是：
硬件、软件和管理界面相结合。
结构设计和行为设计相结合。
13.2 数据库设计步骤
见图。

13.3 数据库结构设计
13.3.1 需求分析
需求分析的目标是准确了解系统的应用环境，了解并分析用户对数据及数据处理的需求。
1. 收集需求信息
一般来讲，用户对数据库的要求如下：
(1)信息需求
(2)处理需求
(3)安全性与完整性要求
2. 分析整理
分析的过程是对所收集到的数据进行抽象的过程。下面是“高校收费管理系统”的用户需求分析：
每年新生入学时学费基本信息的输入
每年老生离校时学生基本信息的删除
查询、打印学生的交费情况
查询、打印降级生的交费情况
进入学费管理系统的安全性条件设计
3. 数据流图
数据库设计中采用数据流图（DFD：Data Flow Diagram）来描述系统的功能。DFD一般由下面图素构成。
：数据及其流动方向，直线上方标明数据流名称

：数据处理，圆圈内标明处理名称

：数据流的终点和源点，方框内标明相应的名称

：文件和数据存储，在其内标明相应名称
例如：高校收费管理系统
4．数据字典
数据字典（DD：Data Dictionary）用于记载系统中的各种数据、数据元素以及它们的名字、性质、意义及各类约束条件，记录系统中用到的常量、变量、数组及其他数据单位，是系统开发与维护中不可缺少的重要文件。数据字典是关于数据库中数据的一种描述，而不是数据本身。数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断修改、充实、完善的。
数据字典产生于数据流图，是对数据流图中的四个成分（数据流、数据项、文件和处理）描述的结果。其中：
数据流描述：定义数据流的组成，一般包含若干数据项，通常在数据流图的下方通过“说明”定义。
文件描述：定义文件的组成以及文件的组织方式，如学生交费数据可用下面方法描述：
交费数据＝学号＋姓名＋收费标准＋应交学费＋待交学费＋本次交款
数据项描述：定义数据项，一般包括名称、类型长度、允许范围等。如学生交费数据文件中的数据项。

数据项名称 类型 长度（字节） 范围
学号 字符 8 H、G和数字
姓名 字符 8 任何字母
收费标准 正整数 5 0-99999
应交学费 正整数 5 0-99999
待交学费 正整数 5 0-99999
本次交款 正整数 5 0-99999
数据处理的描述：说明数据处理的逻辑关系，即输入与输出之间的逻辑关系。同时，也要说明数据处理的触发条件、错误处理等问题。
13.3.2 概念结构设计
概念结构的目标是将需求分析得到的用户需求抽象为数据库的概念结构，即概念模式。概念结构设计形成一个独立于具体DBMS的概念模型。描述概念模式的是E―R图。
1. 局部E－R模型设计
局部E―R模型设计是从数据流图出发确定实体和属性，并根据数据流图中表示的对数据的处理、确定实体之间的联系。

2. 总体E－R模型设计
将各个局部E―R图加以综合，使同一个实体只出现一次，便可产生总体E―R图。

13.3.3 逻辑结构设计
数据库的逻辑结构设计的目标就是将概念结构转换成特定的DBMS所支持的数据模型，并对其优化的过程。逻辑设计阶段一般分三个过程进行：
将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型；
将由概念结构转换来的模型向所选用DBMS支持的数据模型转换；
对数据模型进行优化
13.3.4 物理设计
数据库的物理设计目标是在选定的DBMS上建立起逻辑设计结构确立的数据库的结构。这项工作一般由系统程序员完成。数据库的物理设计通常分为两步进行。
1. 确定数据库的物理结构
在关系数据库中，确定数据库的物理结构主要指确定数据存放位置和存储结构，包括确定关系、索引、日志、备份等数据的存储分配合存储结构，确定系统配置等工作。
2. 对所确定的物理结构进行评价
13.4 应用程序设计
数据库的应用程序设计和一般的应用程序设计方法基本相同。
应用程序的设计方法可以采用一般的程序设计方法。
13.5 运行和维护
13.5.1 数据载入数据库
13.5.2 数据库系统试运行
在试运行阶段应当注意：
1. 数据的加载过程应先输入小部分数据进行试运行
2. 应注意数据库的转储和恢复工作
13.5.3 数据库系统的运行和维护
在数据库系统正式运行阶段，对数据库的经常性维护工作是由DBA来实施的，他的工作主要包括：
1. 数据库的转储和恢复
2. 数据库的安全性和完整性控制
3. 数据库性能的监督、分析和改造
4. 数据库的重组与重构
(1)数据库的重组
(2)数据库的重构
13.6 小结
本章通过高校收费管理系统数据库的构建与设计过程的详细描述，学习了数据库设计的基本方法，数据库设计的基本流程，E－R图的建立和到关系模式的转换，学习了软件工程的基本思想，为后续课程数据库开发技术打好基础。

㈣ 现代数据库怎么管理数据模式的数据模型怎么影响系统性能

数据库管理的主要内容有：数据库的建立、数据库的调整、数据库的重组、数据库的重构、数据库的安全控制、数据的完整性控制和对用户提供技术支持。

数据库的建立：数据库的设计只是提供了数据的类型、逻辑结构、联系、约束和存储结构等有关数据的描述。这些描述称为数据模式。要建立可运行的数据库，还需进行下列工作：

(1)选定数据库的各种参数，例如最大的数据存储空间、缓冲决的数量、并发度等。这些参数可以由用户设置，也可以由系统按默认值设置。

(2)定义数据库，利用数据库管理系统(DBMS)所提供的数据定义语言和命令，定义数据库名、数据模式、索引等。

(3)准备和装入数据，定义数据库仅仅建立了数据库的框架，要建成数据库还必须装入大量的数据，这是一项浩繁的工作。在数据的准备和录入过程中，必须在技术和制度上采取措施，保证装入数据的正确性。计算机系统中原已积累的数据，要充分利用，尽可能转换成数据库的数据。

㈤ 数据库物理模型

数据库物理模型设计的目标是根据选定的Oracle数据库系统特点和航空物探数据管理与服务的业务处理需求，确定航空物探数据库最优的物理环境、存取方法和存储结构。即通过数据库物理设计，以便达到物理数据库结构的优化，使得在数据库上运行的各种事务响应时间少、存储空间利用率高、事务吞吐率大。

一、数据库布局

航空物探信息系统的维护数据（部门、岗位、人员、人员权限、数据入库检查规则及数据字典等）相对比较稳定。入库前数据需经过各种检查校对，确认数据正确后才能归档，存入航空物探资料数据库，所以存入资料库前的数据可能经常需要修改和删除，相对变化较大；而存入资料数据库中的数据一般不允许修改和删除，以免误操作破坏资料库数据造成损失。

图2-12 航空物探数据库逻辑模型

图2-13 航空物探数据库布局与数据采集流程图

据此，我们采用图2-13所示的数据库数据采集流程，并将航空物探数据库分为资料采集数据库、资料数据库、系统维护数据库分别进行存储和管理，实现数据的统一管理和统一使用，便于数据入库和易于维护等。

航空物探资料数据库是航空物探所有数据最终存储的场所。资料采集数据库是数据归档存入资料数据库前的临时“集散地”，在此接收各项检查，在确认数据无误后归档到资料数据库，然后删除资料采集数据库中已归档的数据。此外，资料采集数据库中还保存数据入库、维护、检查日志及归档记录。

系统维护数据库，存储系统维护信息（如系统功能、数据库表清单等）、安全信息（如信息系统用户的角色、权限、授权的系统功能等），数据字典、入库数据检查规则等。将其与航空物探数据分开，有利于系统维护和管理。

二、数据库空间设置

数据库空间设置包括磁盘空间设置、应用系统表空间设置、撤销表空间、临时表空间、日志空间和索引空间设置。

（一）磁盘空间设置

磁盘空间设置的目标：磁盘性能不能阻碍实现数据库性能，数据库磁盘必须专用于数据库文件，否则非数据库将会影响到数据库性能，且磁盘空间必须满足恢复和性能的要求。

航空物探数据库服务器为IBM P620小型机，8块硬盘，每块硬盘36GB空间，每块物理磁盘建立一个文件系统。为了提高磁盘的反应时间和寻道时间，提高I/O的存取效率，除了一块硬盘用于UNIX操作系统外，其余7块磁盘分别存放资料采集数据库、系统维护数据库-日志文件，资料数据库及资料数据库的大字段数据、索引、回滚段和数据日志文件。

（二）应用系统表空间设置

信息系统数据采集过程对数据的事务操作比较频繁，经常进行数据插入（新数据入库）、修改（入库数据有误）和删除操作（数据重新导入或归档入库），因此航空物探资料采集数据库所在的表空间会很活跃。为了不影响其他I/O的竞争，同时也可以提高数据入库的操作效率（50多年的历史数据需要集中入库），分配一个磁盘空间（36GB）为采集库的表空间。由于采集数据归档入资料库后被删除，同时进行数据入库的项目也不是很多，虽仍保留所有的采集日志数据，一个磁盘空间也足够使用。

航空物探资料数据库的二维表和Oracle大字段（BLOB）分别存放在不同的物理磁盘（每个磁盘36GB）上，对同时存在有表格数据和大字段数据的数据库表（如航迹线数据）时，可以提高磁盘I/O效率。随着数据入库的项目越来越多，需要增加相应的物理磁盘或磁盘阵列。

系统维护数据库相对稳定，占用磁盘空间约500 M左右。由于系统磁盘有限，把日志文件存放该磁盘中。

（三）撤销表和临时表空间的设置

在Oracle数据库中，撤销的目的是确保事务的回退和恢复。撤销参数有UNDO_MANAGEMENT、UNDO_TABLESPACE和UNDO_RETENTION。

UNDO_MANAGEMENT参数用于数据库中管理撤销数据的方式，航空物探数据库设置为自动模式（auto）。

UNDO_TABLESPACE参数用于指定数据库中保存撤销数据的撤销表空间名称，航空物探数据库撤销表空间名称为UNDO_ARGS_TBSPACE，空间大小设置为20GB，以确保在保留时间内进行恢复。

UNDO_RETENTION参数用于指定已经提交事务的撤销数据在能够覆盖之前应该保留多长时间，本数据库系统设置为60 min。

临时表空间是用以存储大量的排序，与撤销表空间存放在一个物理磁盘上，本数据库系统临时表空间设置为500 M。

（四）日志空间设置

日志的主要功能是记录对数据库已做过的全部操作。在系统出现故障时，如果不能将修改数据永久地写入数据文件，则可利用日志得到该修改，所以不会丢失已有操作结果。

日志文件主要是保护数据库以防止故障。为了防止日志文件本身的故障，航空物探数据库系统分别在一个独立磁盘和系统维护库磁盘中存放日志文件。若系统出现故障，在下次打开数据库时Oracle数据库系统自动用日志文件中的信息来恢复数据库文件。

根据航空物探数据库信息系统同时登录的用户数及使用的功能，将日志文件大小设置为10GB。

（五）索引表空间设置

为了提高航空物探信息系统的查询和统计速度，把所有索引空间与应用表空间完全分开，从而提高I/O存取效率。航空物探索引表空间大小设置为10GB。

聚集是表的一种存储方法，一般每个基本表是单独组织的，但对逻辑上经常在一起查询的表，在物理上也邻近存放，这样可减少数据的搜索时间，提高性能。

当几个关系（表）以聚集方式组织时，是通过公共属性的值为表聚集的依据。航空物探数据库系统是以项目标识（PROJ_ID）建立聚集的，所有涉及项目标识的数据库表直接引用项目标识聚集。航空物探聚集表空间与索引表空间相同。

三、数据库参数设置

在数据库创建前需要对如下数据库参数进行设置，航空物探参数文件名为Initoraargs.ora，各种参数设置如下：

航空物探信息系统建设

四、内存设置

航空物探数据库服务器物理内存为4GB，除部分用于系统开销外，其余全部用于数据库。

Oracle使用共享系统全局区（System Global Area，SGA）内存来管理内存和文件结构，包含DB_block_Buffers、DB_cache_size、Shared_pool_size、Log_Buffer参数。航空物探数据库系统的全局区内存参数设置如下。

DB_block_Buffers参数为SGA中存储区高速缓存的缓冲区数目，每个缓冲区的大小等于参数DB_block_size的大小，DB_block_Buffers=19200（约300 MB）。

Shared_pool_size参数为分配给共享SQL区的字节数，是SGA大小的主要影响者，Shared_pool_size=1228800000（1.2GB）。

DB_cache_size参数是SGA大小和数据库性能的最重要的决定因素。该值较高，可以提高系统的命中率，减少I/O，DB_cache_size=1024000000（1GB）。

Log_Buffer参数为重做日志高速缓存大小，主要进行插入、删除和修改回退操作，Log_buffer=5120000（5MB）。

五、优化设置

由于航空物探信息系统的采集软件和应用软件是采用MS.NET C＃进行开发的，应用程序与数据库之间的连接有传统的ODBC和OLE DB两种方式。为了支持ODBC在OLE DB技术上建立了相应的OLE DB到ODBC的调用转换，而使用直接的OLE DB方式则不需转换，从而提高处理速度。

在建立数据库表时，参数Pctfree和Pctused设置不正确可能会导致数据出现行链接和行迁移现象，即同一行的数据被保存在不同的数据块中。在进行数据查询时，为了读出这些数据，磁头必须重新定位，这样势必会大大降低数据库的执行速度。因此，在创建表时应充分估计到将来可能出现的数据变化，正确地设置这两个参数，尽量减少数据库中出现的行链接和行迁移现象。

航空物探资料采集数据库表的插入、修改和删除的频率较高，Pctfree设置为20，Pctused设置为40；系统维护数据库表相对稳定，Pctfree设置为10，Pctused设置为15；资料数据库表除了增加数据外基本不进行修改和删除操作，Pctfree设置为10，Pctused设置为5。

六、扩展性设置

多CPU和并行查询PQO（Parallel Query Option）方式的利用：CPU的快速发展使得Oracle越来越重视对多CPU的并行技术的应用，一个数据库的访问工作可以用多个CPU相互配合来完成。对于多CPU系统尽量采用并行查询选项方式进行数据库操作。航空物探数据库服务器为2个CPU，在程序查询中采用了并行查询的方式。

在航空物探工作量统计、飞行小时统计、测量面积统计和岩石物性统计中，为了加快统计效率，在相应的查询语句中增加了并行查询语句。

随着航空物探高精度测量程度的不断提高，测量数据将越来越大。为了满足航空物探查询效率及发展，将航磁测量数据与校正后航磁测量数据按比例尺分1∶20 万以下、20万～50万、1∶50万以上分别存放3张不同的数据库表。

七、创建数据库

在完成数据库布局、空间设置、内存设置、数据库参数设置、扩展性设置和优化设置后，进行航空物探数据库物理模型设计，即航空物探数据库实体创建。由于航空物探空间数据库逻辑模型是采用ESRI提供的ArcGIS UML构建的Geodatabase模型，因此，使用ESRI公司提供的CaseTools将航空物探数据UML模型图转成空间数据库（Geodatabase）实体（图2-14）。

航空物探属性数据库表（二维表）是采用Power Designer数据库设计平台直接把数据库关系模型生成数据库脚本来创建的。

经过数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计，最终生成航空物探数据库。

图2-14 航空物探数据库物理模型实现

八、空间数据的索引机制

对于海量的空间数据库而言，数据库的操作效率是关系到数据库成败的关键问题。为了提高数据的访问、检索和显示速度，数据在加载到数据库时，要素类数据建立了空间索引，栅格数据构建了金字塔结构，对象类数据采用与数据库直接联接的访问机制。

（一）空间索引

为了提高要素类数据的查询性能，在建立航空物探空间数据库时，创建了空间索引机制。常用的空间索引有格网索引、R树索引、四叉树索引等。Geodatabase采用格网索引方式。所谓格网索引是将空间区域划分成适合大小的正方形格网，记录每一个格网内所包含的空间实体（对象）以及每一个实体的封装边界范围，即包围空间实体的左下角和右上角坐标。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对象所在格网，然后通过格网编号，就可以快速检索到所需的空间实体。

确定适合的格网级数、单元大小是建立空间格网索引的关键。格网太大，在一个格网内有多个空间实体，查询检索的准确度降低。格网太小，则索引数据量成倍增长和冗余，检索的速度和效率较低。数据库的每一数据层采用不同大小、不同级数的空间索引格网单元，但每层最多级数不能超过三级。格网单元的大小不是一个确定性的值，需要根据对象的大小确定。空间索引格网的大小与检索准确度之间的关系如图2-15所示。

选择格网单元的大小遵循下列基本原则：

1）对于简单要素的数据层，尽可能选择单级索引格网。减少RDBMS搜索格网单元索引的级数，缩短空间索引搜索的过程，例如航迹线要素类。

图2-15 索引格网大小与检索准确度的关系

2）如果数据层中的要素封装边界大小变化比较大，应选择2或3级索引格网。Geodatabase最多提供三级格网单元。每一要素封装边界在适合的级内，减少了每一封装边界有多个格网的可能性。在空间索引搜索过程中，RDBMS则必须搜索所有3个格网单元级，这将消耗大量的时间。

3）若用户经常对图层执行相同的查询，最佳格网的大小应是平均查寻空间范围的1.5倍。

4）格网的大小不能小于要素封装边界的平均大小，为了减少每个格网单元有多个要素封装边界的可能性，格网单元的大小应取平均格网单元的3倍。最佳格网单元的大小可能受图层平均查询的影响。

空间域是按照要素数据集定义的，空间索引格网是按照要素类设置的。它们都是在创建Geodatabase数据库时设置，并一经设置，中间不许改变；所以一定要在充分分析数据的情况下确定它们的值。航空物探数据主要是简单要素类，空间跨度为70°。根据上述原则，航空物探数据选择单级索引格网，格网大小为20°。

（二）金字塔结构

金字塔结构的核心是将栅格数据逐级进行抽稀，形成多级分辨率的重采样数据，并将其分割成块，按一定的文件格式（金字塔文件格式）存储成磁盘文件；在以后进行图像显示处理时，只需将要显示的部分所覆盖的块从磁盘文件直接读进内存缓冲区显示即可。从金字塔的所有层中寻找与所要求显示的比例相近或匹配的一层，并将该层的从某一点起的一定范围的图像所覆盖的所有块加载到内存缓冲区，提取所需部分并形成图像。

金字塔算法（图2-16）是通过获取显示时所需要的一定分辨率的数据来提高显示速度。使用金字塔数据格式后，在显示全图时仅需要显示一个较低分辨率的数据，这样既能加快显示速度，又不会影响显示效果。放大图像，尽管显示图像分辨率提高，由于显示区域减小，所以显示速度不会下降。如果没有为栅格数据建立金字塔数据，则每次显示都会读取整个数据，然后进行重采样得到显示所需要的分辨率，明显地降低了显示速度。

图2-16 金字塔压缩示意图

金字塔数据重采样方式有：最近邻法、双线性内插和立方卷积。其中最近邻法适用于离散数据，而双线性内插法和立方卷积法适合于连续数据。

在ArcGIS Engine中提供了IRasterPyramid和IRasterPyramid2接口来实现金字塔数据的建立，而建立的数据保存在*.rrd格式的文件中。

（三）空间域定义

空间域是指数据的有效空间范围，即Geodatabase数据库的最大等效坐标的值域范围，其定义主要是指比例系数和Min X、Min Y的计算。

因为使用整数比浮点数有更高的压缩率，并且对整数进行二进制搜索比较快，所以多用户Geodatabase以4字节正整数存储坐标，其最大值为32位正整数所能表示的范围是21.4亿（2147483647），整数的范围称为空间域。在创建Geodatabase数据库时需要定义合适的比例系数。大的整数值将消耗大量的计算机物理内存，所以选定的比例系数最好不要大于必须的比例系数。空间域随坐标系的单位变化而变化。

比例系数和空间域之间成反比例关系，比例系数越大（存储单位越小），表达的空间域也越小。为了使目标数据都存储在系统中，需要谨慎地设置比例系数。将目标数据的宽度和高度较适中的数值乘以比例系数，如果结果小于21.4亿，则比例系数是合适的。

航空物探数据模型是为我国的航空物探行业数据建库设计的，它支持的空间数据的坐标范围为我国领土覆盖的海陆空间，最低纬度为赤道。根据概念设计的分析，航空物探数据模型采用的是地理坐标系，坐标系单位是度，基准是Beijing_1954，要求存储的坐标数据精度达到0.01 m。在赤道处，赤道圆周长为40075694.6 m，则每度弧长=40075694.6×100/360 cm=11132137.389 cm，即1 cm对应8.983000883E-8°。所以，航空物探数据模型的比例系数取为8.98E-8，即存储单位为8.98E-8°，可满足1 cm精度要求。

将空间域移动到目标数据范围之前，首先找到空间域在存储单位的中心位置，目的是在必要时向各个方向扩展。4字节正整数可表示的坐标范围：2147483647×8.98E-8=192.84°。我国的领土范围是东经70°～140°，北纬0°～60°。所以，选取的比例系数是合适的。把空间域坐标系中心定为90°，然后，计算空间域的Min X、Min Y。

航空物探信息系统建设

航空物探信息系统建设

所以坐标的存储数据是：

航空物探信息系统建设

航空物探信息系统建设

㈥ 什么是DB的概念设计

数据库设计是数据应用的核心。
数据库设计的两种方法：
（1）面向数据：以信息需求为主，兼顾处理需求；
（2）面向过程：以处理需求为主，兼顾信息需求。
数据库的生命周期：需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、编码阶段、测试阶段、运行阶段、进一步修改阶段。
需求分析常用结构析方法和面向对象的方法。结构化分析（简称SA）方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。用数据流图表达数据和处理过程的关系。对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。
数据字典是各类数据描述的集合，包括5个部分：数据项、数据结构、数据流（可以是数据项，也可以是数据结构）、数据存储、处理过程。
数据库概念设计的目的是分析数据内在语义关系。设计的方法有两种
（1）集中式模式设计法（适用于小型或并不复杂的单位或部门）；
（2）视图集成设计法。
设计方法：E-R模型与视图集成。
视图设计一般有三种设计次序：自顶向下、由底向上、由内向外。
视图集成的几种冲突：命名冲突、概念冲突、域冲突、约束冲突。
关系视图设计：关系视图的设计又称外模式设计。
关系视图的主要作用：
（1）提供数据逻辑独立性；
（2）能适应用户对数据的不同需求；
（3）有一定数据保密功能。
数据库的物理设计主要目标是对数据内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度有效利用存储空间。一般RDBMS中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计、集成簇设计和分区设计。
数据库管理的内容：
（1）数据库的建立；
（2）数据库的调整；
（3）数据库的重组；
（4）数据库安全性与完整性控制；
（5）数据库的故障恢复；
（6）数据库监控。