数据库常用的数据模型有哪三种

数据库常用的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型三种。

1、层次模型

层次模型是数据库系统最早使用的一种模型，它的数据结构Q是一棵"有向树"。根结点在最上端，层次最高，子结点在下，逐层排列。层次模型的特征是：有且只有一个根结点；其他结点有且仅有一个父结点网状模型。

2、网状模型

以网状结构表示实体与实体之间的联系。网中的每一个结点代表一个记录类型，联系用链接指针来实现。网状模型可以表示多个从属关系的联系，也可以表示数据间的交叉关系，即数据间的横向关系与纵向关系，它是层次模型的扩展。网状模型可以方便地表示各种类型的联系，但结构复杂，实现的算法难以规范化。其特征是：允许结点有多于一个父结点；可以有一个以上的结点没有父结点。

3、关系模型

关系模型以二维表结构来表示实体与实体之间的联系，它是以关系数学理论为基础的。关系模型的数据结构是一个“二维表框架"组成的集合。每个二维表又可称为关系。在关系模型中， *** 作的对象和结果都是二维表。关系模型是目前最流行的数据库模型。支持关系模型的数据库管理系统称为关系数据库管理系统，Access就是一种关系数据库管理系统。

描述的—致性，不仅用关系描述实体本身，而且也用关系描述实体之间的联系；可直接表示多对多的联系。关系必须是规范化的关系，即每个属性是不可分的数据项，不许表中有表。关系模型是建立在数学概念基础上的，有较强的理论依据。

一、航空物探数据库定位

数据库是信息系统的基础和核心，把大量的数据信息按一定的模型组织起来存储在数据库中，提供数据维护、数据检索等功能，使信息系统能方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息。因此，数据库结构设计是信息系统开发的重中之重。

经分析航空物探数据具有空间性、海量性、多源性和多尺度的特点，这说明航空物探数据具有典型的空间数据的特点，可以采用空间数据管理方式进行管理。

ESRI公司的Geodatabase（空间数据库）是采用标准关系数据库技术来表现地理信息的面向对象的高级GIS数据模型，是建立在DBMS之上的统一的、智能化的空间数据模型，是以一组相关联的表来表达地理要素之间关系、有效性规则和值域。对于多源、海量的航空物探数据，Geodatabase能在一个统一的模型框架下很好地解决多源数据一体化存储的问题，和采用标准关系数据库技术来表现海量航空物探数据的地理信息特性。Geodatabase引入了地理空间实体的行为、有效性规则和关系，在处理Geodatabase中对象时，对象的基本行为和必须满足的规则无需通过程序编码实现，只需根据需要扩展其有效性规则（Geodatabase面向对象的智能化特性），即可支持航空物探数据模型扩展的需要。

因此，航空物探数据库是空间数据库，在航空物探数据库建模过程中，以空间数据建模为主导，统领属性数据建模。

二、统一空间坐标框架

为了用数学语言描述地球，人们用规则的几何形体来替代地球表面，从地球自然表面、大地水准面、旋转椭球面直到用简单数学函数表达的参考椭球体，以便通过地图投影将三维曲面转化成二维平面。由于地球表面不同地区的地形起伏差异很大，采用单一椭球体势必会造成某地区的误差小而其他地区误差很大的结果。因此，在20世纪初不同国家或地区先后采用了逼近本国或本地区地球表面的椭球体，如中国的克拉索夫斯基椭球体，美国的海福特椭球体、英国的克拉克椭球体等。这又造成了目前世界各国的地理信息空间坐标框架不统一，空间数据信息难以共享被动局面。为此，在实现数字地球计划中，必须规范和统一世界上不同国家和地区的地球参考椭球体。

在小区域表达地球表面时，通常采用平面的方式，即投影坐标系统。如何科学地选择投影坐标，一般要根据具体的地学应用、地理区域和范围、比例尺条件等因素来确定，不同的国家有着不同的规定。

通过对航空物探数据的坐标系统进行分析可知，航空物探图件的坐标框架与国家对基本比例尺制图的规定相一致，即小比例尺编图采用Lambert双标准纬线等角圆锥投影；中比例尺采用Gauss 6°带的分带投影；大比例尺采用Gauss 3°带的分带投影（表2-1）；对于低纬度的海上作业区通常采用Mecator等角圆柱投影。地球椭球体分别采用1954北京坐标系的Krassovsky椭球参数、WGS84椭球参数和未来的国家2000坐标系的椭球参数。

表2-1 航空物探地理坐标数据的投影方式

传统的航空物探数据是按测区管理的，根据测区的测量比例尺来确定相应的坐标框架；因此，勘探目标不同的测区测量比例尺是不一致的，地坐标框架也不同。航空物探数据库要将不同测区、不同比例尺、不同坐标框架的数据集中管理和可视表达，若没有统一的空间坐标框架，就不可能正确地表达全国航空物探数据。所以，面对如此复杂的多坐标框架的航空物探数据，如何确定科学合理的空间坐标框架，将全国的航空物探数据整合到统一的空间参考框架下，实现数据的统一存储和数据间无缝拼接，是航空物探数据库建设的关键所在，是组织和管理多维、多格式、大跨度、跨平台的航空物探数据和多目标数字制图的数学基础。

统一的空间坐标框架必须支持我国领土覆盖的海域和陆域航空物探数据的存储和表达。我国领土东西跨度达70°，南北达55°，显然采用任何投影坐标系都是不合适的。Gauss 6°投影适合6°带内空间数据表达，若全国航物探数据采用6°分带表达，在高纬度地区会造成6°带间数据裂缝问题；Lambert投影可满足数据的无缝表达，但对大比例尺数据变形较大，无法满足数据制图的精度要求；Mecator投影也可满足数据的无缝表达，低纬度地区也能满足大比例尺数据制图的精度要求，但在我国中高纬度区存在着严重变形问题。所以，航空物探数据模型采用地理坐标（无投影，图2-1）格式存放，可根据实际应用的需要将航空物探数据变换到任何方式的投影坐标系统。

航空物探数据库模型采用Beijing_1954地理坐标系，相关参数如下：

角度单位：°（0017453292519943299rad）

零经线：格林尼治（0000000000000000000）

基准：D_Beijing_1954

椭球：Krasovsky_1940

长轴半径：6378245000 m

短轴半径：6356863019 m

建立统一坐标框架是空间数据库建设的一项基础性工作，采用Beijing_1954 地理坐标系作为航空物探数据库统一空间坐标框架具有以下优点。

图2-1 统一空间坐标框架示意图

（一）无缝空间数据存储

统一空间坐标框架解决了复杂的航空物探数据的坐标系统、投影、比例尺等不统一的问题，实现同一性质的物探数据在同一个主题中进行管理。如全国的航磁异常数据可放在一个图层上进行管理。

（二）适合多尺度表达

按测区管理的多尺度、多框架的航空物探数据是处于一个相对坐标系统中，各个测区间相对位置关系会发生错位。采用统一的Beijing_1954地理坐标框架，恢复了各测区间正确的位置关系，实现不同尺度数据的集成和正确表达，易于多源异构空间数据的融合。

（三）大区域数据集成

我国海陆面积近1300×104km2，地域跨度较大。在进行小比例尺的航空物探编图时，需要选用与之相适应的投影坐标；在陆地和海域进行大比例尺制图时，同样需要选用合适投影系统。航空物探制图的实践也证明了这一点。1995 年6 月由中国、加拿大、美国、爱尔兰和俄罗斯等国科学家共同编制的1∶1000万欧亚东北地区磁异常与大地构造图，采用横轴Mercator投影。中心编制的1∶500 万全国航磁图采用Lambert投影。2008 年，由中国和吉尔吉斯斯坦科学家编制的1∶100万中吉天山金属矿产成矿规律图，采用Lambert投影，将两个国家不同时期、不同尺度的数据进行了有效的集成，是地质、地球物理等综合应用的典范。

随着航空物探数据应用领域的不断扩展，陆地、海域，甚至于洲际和全球航空物探数据的整体表达都需对坐标投影提出要求。采用统一的地理坐标框架的航空物探数据非常容易变换到指定的投影坐标框架，满足多样化的制图要求。

三、要素类和对象类的划分

Geodatabase空间数据库模型结构（图2-2）分为空间数据库、要素数据集（Feature dataset）、要素类（Feature classes）、要素（Feature）4个层次。为了建立航空物探Geodatabase空间数据模型，我们依据Geodatabase模型关于要素类和对象类的划分原则，结合相关的国家标准和地球物理行业标准，制定了《航空物探数据要素类和对象类划分标准》，对航空物探数据进行数据分类。

图2-2 空间数据库模型结构

1）按照航空物探数据的空间特征，将其划分为5个要素数据集，即勘查项目概况要素数据集、基础数据要素数据集、异常要素数据集、解释要素数据集和评价要素数据集。

2）根据航空物探测量方法、数据处理过程以及推断解释方法和过程，进一步把航空物探数据划分为若干要素类和对象类，定义了要素类的主题特征和表达方式，确定子类和属性域；定义对象类的结构和联接字段，建立了关系类。

3）定义要素类的内容、字段名称和存储结构。在航空物探数据采集过程中，不同类型的数据采样率不同，坐标数据采样2次/s，重力场数据采样2次/s，磁场数据采样10次/s，这就造成了场值数据与坐标数据无法一一对应问题。若按场值数据采样率内插坐标数据，将导致数据量成倍增长；若按坐标数据采样率抽稀场值数据，将降低航空物探测量对地质体的分辨能力，影响测量效果。在综合分析航空物探数据应用基础上，提出了采用要素数据与属性数据分置的方式，将测线坐标数据与地球物理场数据分离，分别建立独立共享的航迹线数据要素类模型，磁场、重力场等数据对象类模型（图2-3），很好地解决了航空物探数据的存储问题。

图2-3 要素数据与属性数据分置示意图

采用要素数据与属性数据分置方式，不仅是基于航空物探数据属性数据的多源性、不同采样频率等特点的考虑，还考虑到数据的综合查询和检索的速度，特别是通过ArcSDE访问空间数据库的效率的问题。再者，对于大部分用户来说，需求是属性数据的综合应用，因此在数据库建模过程中，将属性数据采用对象类的方式进行管理，不但提高了空间数据的 *** 作能力，同时在ArcSDE的配置上采用直接访问数据库（对象类）方式，并且加快了数据查询和统计的速度。

四、数据库概念模型

用户需求是数据库建设的约束条件之一。航空物探数据的空间特性决定航空物探数据库必须是空间数据库，采用数据库管理数据，利用GIS技术提供可视化服务，这是各个层次用户的一致要求。因此，我们从现实世界出发，对航空物探数据的多源性、多尺度和不同采样等问题进行了描述，提出了解决方案。此方案是不依赖于任何具体的硬件环境和数据库管理系统（DBMS），建立了客观反映现实世界的航空物探数据库概念模型，把用户需要管理的信息统一到整体概念结构中，表达了用户需要。

在全面分析航空物探业务流程和数据流程，以及航空物探数据特性的基础上，按照《航空物探数据要素类和对象类划分标准》，以及空间实体点、线、面要素特征的基本原则，对航空物探数据库所涉及的实体进行归类，划分成12个主题。根据空间数据分主题表达的特点和航空物探空间数据坐标框架的定义，确定航空物探数据库空间数据概念模型，明确各个主题的用途、数据来源、表达方式、空间参考、比例尺和精度等内容，按照ArcGIS定义空间数据库的数据分层表达方式（图2-4），完成航空物探数据库概念模型设计（图2-5）。

图2-4 航空物探数据库空间数据分层模型

图2-5 航空物探数据库空间数据概念模型

一、概念模型，分三种：

1、场模型：用于描述空间中连续分布的现象；

2、对象模型：用于描述各种空间地物；

3、网路模型：可以模拟现实世界中的各种网络；

二、逻辑数据模型，常用的分：矢量数据模型，栅格数据模型和面向对象数据模型等；

三、物理数据模型，物理数据模型是指概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和 *** 作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。

数据模型主要有三种：层次模型、网状模型和层次模型、网状模型和关系模型。

三种模型的特点如下：

1、层次模型 ：满足以下二个条件的基本层次联系的集合：

有且只有一个结点没有双亲结点。除根结点外的其他结点有且只有一个双亲结点。2、网状模型 ：满足以下二个条件的基本层次联系的集合：

允许一个以上的结点没有双亲结点。一个结点可以有多个双亲结点。3、关系模型

关系模型用表的集合来表示数据和数据间的联系。每个表有多个列，每列有唯一的列名在关系模型中，无论是从客观事物中抽象出的实体，还是实体之间的联系，都用单一的结构类型“关系”来表示。

外模式：

外模式又称子模式或用户模式，对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集，包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。用户可以通过外模式描述语言来描述、定义对应于用户的数据记录(外模式)，也可以利用数据 *** 纵语言(Data

Manipulation

Language，DML)对这些数据记录进行 *** 作。外模式反映了数据库的用户观。

内模式：

内模式又称存储模式，对应于物理级，它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。内模式由内模式描述语言来描述、定义，它是数据库的存储观。

在一个数据库系统中，只有唯一的数据库，

因而作为定义

、描述数据库存储结构的内模式和定义、描述数据库逻辑结构的模式，也是唯一的，但建立在数据库系统之上的应用则是非常广泛、多样的，所以对应的外模式不是唯一的，也不可能是唯一的。

数据库模型有对象模型、层次模型（轻量级数据访问协议）、网状模型（大型数据储存）、关系模型、面向对象模型、半结构化模型、平面模型（表格模型，一般在形式上是一个二维数组。如表格模型数据Excel)。

数据流图：简称DFD，就是采用图形方式来表达系统的逻辑功能、数据在系统内部的逻辑流向和逻辑变换过程，是结构化系统分析方法的主要表达工具及用于表示软件模型的一种图示方法。

数据流图的基本符号的意思：

1矩形表示数据的外部实体；

2圆角的矩形表示变换数据的处理逻辑；

3少右面的边矩形表示数据的存储；

4箭头表示数据流。

数据流程图中有以下几种主要元素：

→：数据流。数据流是数据在系统内传播的路径，因此由一组成分固定的数据组成。如订票单由旅客姓名、年龄、单位、身份z号、日期、目的地等数据项组成。由于数据流是流动中的数据，所以必须有流向，除了与数据存储之间的数据流不用命名外，数据流应该用名词或名词短语命名。

□：数据源（终点）。代表系统之外的实体，可以是人、物或其他软件系统。

○：对数据的加工（处理）。加工是对数据进行处理的单元，它接收一定的数据输入，对其进行处理，并产生输出。

〓：数据存储。表示信息的静态存储，可以代表文件、文件的一部分、数据库的元素等。

数据流程图 是描述系统数据流程的工具，它将数据独立抽象出来，通过图形方式描述信息的来龙去脉和实际流程。

为了描述复杂的软件系统的信息流向和加工，可采用分层的DFD来描述，分层DFD有顶层，中间层、底层之分。

（1）顶层。决定系统的范围，决定输入输出数据流，它说明系统的边界，把整个系统的功能抽象为一个加工，顶层DFD只有一张。

（2）中间层。顶层之下是若干中间层，某一中间层既是它上一层加工的分解结果，又是它下一层若干加工的抽象，即它又可进一步分解。

（3）底层。若一张DFD的加工不能进一步分解，这张DFD就是底层的了。底层DFD的加工是由基本加工构成的，所谓基本加工是指不能再进行分解的加工。

数据流程图的基本成分

系统部件包括系统的外部实体、处理过程、数据存储和系统中的数据流四个组成部分

1,外部实体

外部实体指系统以外又和系统有联系的人或事物，它说明了数据的外部来源和去处，属于系统的外部和系统的界面。外部实体支持系统数据输入的实体称为源点，支持系统数据输出的实体称为终点。 通常外部实体在数据流程图中用正方形框表示，框中写上外部实体名称，为了区分不同的外部实体，可以在正方形的左上角用一个字符表示，同一外部实体可在一张数据流程图中出现多次，这时在该外部实体符号的右下角画上小斜线表示重复

2,处理过程

处理指对数据逻辑处理，也就是数据变换，它用来改变数据值。而每一种处理又包括数据输入、数据处理和数据输出等部分。在数据流程图中处理过程用带圆角的长方形表示处理，长方形分三个部分，标识部分用来标识一个功能，功能描述部门是必不可少的，功能执行部门表示功能由谁来完成。

3,数据流

数据流是指处理功能的输入或输出。它用来表示一中间数据流值，但不能用来改变数据值。数据流是模拟系统数据在系统中传递过程的工具。

在数据流程图中用一个水平箭头或垂直箭头表示，箭头指出数据的流动方向，箭线旁注明数据流名。

4,数据存储

数据存储表示数据保存的地方，它用来存储数据。系统处理从数据存储中提取数据，也将处理的数据返回数据存储。与数据流不同的是数据存储本身不产生任何 *** 作，它仅仅响应存储和访问数据的要求。

在数据流程图中数据存储用右边开口的长方条表示。在长方条内写上数据存储名字。为了区别和引用方便，左端加一小格，再标上一个标识，用字母D和数字组成

1,画数据流程图的基本原则:

①数据流程图上所有图形符号必须是前面所述的四种基本元素。

②数据流程图的主图必须含有前面所述的四种基本元素，缺一不可。

③数据流程图上的数据流必须封闭在外部实体之间，外部实体可以是一个，也可以是多个。

④处理过程至少有一个输入数据流和一个输出数据流。

⑤任何一个数据流子图必须与它的父图上的一个处理过程对应，两者的输入数据流和输出数据流必须一致，即所谓“平衡”。

⑥数据流程图上的每个元素都必须有名字。

2,画数据流程图的基本步骤:

①把一个系统看成一个整体功能，明确信息的输入和输出。

②找到系统的外部实体。一旦找到外部实体，则系统与外部世界的界面就可以确定下来，系统的数据流的源点和终点也就找到了。

③找出外部实体的输入数据流和输出数据流。

④在图的边上画出系统的外部实体。

⑤从外部实体的输入流（源）出发，按照系统的逻辑需要，逐步画出一系列逻辑处理过程，直至找到外部实体处理所需的输出流，形成数据流的封闭。

⑥将系统内部数据处理又分别看做整体功能，其内部又有信息的处理、传递、存储过程。

⑦如此一级一级地剖析，直到所有处理步骤都很具体为止。

3,画数据流程图的注意事项:

①关于层次的划分

逐层扩展数据流程图，是对上一层图中某些处理框加以分解。随着处理的分解，功能越来越具体，数据存储、数据流越来越多。究竟怎样划分层次，划分到什么程度，没有绝对标准，一般认为展开的层次与管理层次一致，也可以划分得更细，处理块的分解要自然，注意功能完整性，一个处理框经过展开，一般以分解为4个至10个处理框为宜。

②检查数据流程图

对一个系统的理解，不可能一开始就完美无缺，开始分析一个系统时，尽管我们对问题的理解有不正确、不确切的地方，但还是应该根据我们的理解，用数据流程图表达出来，进行核对，逐步修改，获得较为完美的图纸。

③提高数据流程图的易理解性

数据流程图是系统分析员调查业务过程，与用户交换思想的工具。因此，数据流程图应简明易懂。这也有利于后面的设计，有利于对系统说明书进行维护。

当前常见的三种数据库数据模型是：层次模型、网状模型、关系模型。

相关知识点介绍

数据库模型描述了在数据库中结构化和 *** 纵数据的方法，模型的结构部分规定了数据如何被描述（例如树、表等）。模型的 *** 纵部分规定了数据的添加、删除、显示、维护、打印、查找、选择、排序和更新等 *** 作。

数据库模型的分类

1、概念模型

2、层次模型

3、网状模型

4、关系模型

5、面向对象模型

一般意义上的模型的表现形式可以分为物理模型、数学模型、结构模型和仿真模型。

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