智能运输系统概论第8章

智能运输系统概论（第三版）普通高等教育“十一五”国家级规划教材21世纪交通版高等学校教材杨兆升于德新主编史其信高世廉主审智能运输系统概论目录第1章绪论第2章智能运输系统的体系框架第3章智能运输系统的理论基础第4章交通信息采集与处理技术第5章通信技术第6章车辆定位技术第7章网络技术第8章数据库技术第9章新技术在智能运输系统中的应用第10章交通信息服务系统智能运输系统概论第8章数据库技术概述8.1数据库技术在智能运输系统中的应用8.2小结8.3智能运输系统概论8.1概述现代社会是信息的社会。随着计算机、通信、网络等现代信息技术的发展，对信息的处理和应用已深入到社会各行各业。信息系统为信息的处理与应用提供了技术基础，而数据库技术是信息系统的核心，也是计算机科学与技术的一个重要分支。数据库技术产生于20世纪60年代，其飞速发展极大的促进了基于计算机的数据管理技术在各领域的广泛应用，快速发展的交通领域也不例外。智能运输系统概论8.1概述什么是数据库呢？有人称数据库是一个“数据保存系统”（该定义强调了数据库是若干记录的集合），又有人称数据库是“人们为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在一起的相关的数据的集合”（该定义侧重于数据的组织），更有甚者称数据库是一个“数据仓库”，这种说法虽然形象，但并不严谨。具体来讲，数据库指长期保存在计算机的存储设备上、并按照某种模型组织起来的、可以被各种用户或应用共享的数据的集合。智能运输系统概论8.1.1数据库系统的构成和特点1）数据库系统的构成数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。主要是由数据库、数据库用户、计算机硬件系统、计算机软件系统等几部分组成，可用图8-1表示。图8-1数据库系统智能运输系统概论(1)数据库数据库（DataBase，简称DB）是存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可为各种用户共享。数据库有如下两个特点：①集成性：把数据库看成若干个性质不同的数据文件的联合和统一的数据整体。②共享性：数据库中的数据可为多个不同的用户所共享。8.1.1数据库系统的构成和特点智能运输系统概论（2）用户指使用数据库的人，对数据库进行存储、维护和检索等操作。用户分为以下三类：①第一类用户——终端用户（EndUser）。②第二类用户——应用程序员（ApplicationProgrammer）③第三类用户——数据库管理员（DataBaseAdministrator，简称DBA）。8.1.1数据库系统的构成和特点智能运输系统概论8.1.1数据库系统的构成和特点（3）软件系统主要包括数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）及其开发工具、操作系统（OperatingSystem，简称OS）和应用系统等。在计算机硬件层之上，DBMS可借助操作系统完成对硬件的访问，并能对数据库的数据进行存取、维护和管理。另外，数据库系统的各类人员、应用程序等对数据库的各种操作请求，都必须通过DBMS完成。DBMS是数据库系统的核心软件。智能运输系统概论8.1.1数据库系统的构成和特点（4）硬件系统指存储和运行数据库系统的硬件设备。包括CPU、内存、大容量的存储设备、输入输出设备、外部设备等。数据库系统整个计算机系统中的地位如图8-2所示。由图中看出，DBMS在操作系统的支持下工作，应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。智能运输系统概论8.1.1数据库系统的构成和特点2）数据库系统的特点数据处理的中心问题是数据管理。数据管理经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段三个发展阶段。数据库系统管理数据的特点有如下几个方面：数据结构化;数据共享性高、冗余度低;数据独立性高;有统一的数据控制功能。智能运输系统概论8.1.2分布式数据库分布式数据库（DistributedDataBase）是分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数据集合。其中“分布在计算机网络上”和“逻辑相关”是分布式数据库的两个基本要点。分布式数据库系统除了具备集中式数据库的一些特点外，还有很多其他的性质和特点：网络透明性数据冗余和冗余透明性数据片段透明性局部自治性数据库的安全性和一致性智能运输系统概论8.1.2分布式数据库优点：（1）分布式控制（2）增强数据共享（3）系统可靠性（4）系统性能提高（5）可扩充性好缺点：（1）系统实现复杂（2）开销增大由于分布式数据库有以上的一些特点，所以它与传统的集中式数据库相比有如下几个优点和缺点：智能运输系统概论8.1.3关系型数据库1）关系模型目前，数据库领域中最常用的逻辑数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型和对象关系模型。其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。2）关系型数据库关系型数据库是支持关系模型的数据库系统，是目前各类数据库中最重要、也是最广泛的数据库系统。优势:容易理解、使用方便、易于维护性存在的问题：数据库高并发读写海量数据的高效率存储和访问数据库的高可扩展性和高可用性智能运输系统概论8.1.4实时数据库实时数据库系统（Real-TimeData-baseSystem，简称RTDBS）是数据库与实时系统相结合的一种新型数据库。由于在传统数据库的基础上增加了时序一致性和可预知性的要求，使得设计更加复杂。1）实时数据库和关系数据库的异同传统的关系数据库（以下简称DBMS）的设计目标是维护数据的绝对正确性，保证系统的低代价、友好的用户接口。不适合实时应用，其系统的性能指标是吞吐量和平均响应时间，调度与处理决策根本不具有实时特性。智能运输系统概论8.1.4实时数据库1）实时数据库和关系数据库的异同实时数据库管理系统的设计目标首先是对事务定时限制的满足。一个实时数据库管理系统具有以下功能特性：（1）数据库状态的最新性（2）数据值的时间一致性（3）事务处理的“识时”性（4）具有高效的实时压缩算法根本区别就在于调度管理、实时事务管理以及高效的压缩算法。智能运输系统概论8.1.4实时数据库图8-5实时数据库结构图2）实时数据库结构实时数据库主要管理实时数据以及与实时有关的信息。主要包括资源管理、实时事务管理和数据管理。智能运输系统概论8.1.4实时数据库实时数据库系统的关键技术有：（1）内存优化管理技术（2）实时智能技术（3）历史数据压缩和解压缩技术（4）软件构件可靠性技术（5）调度模型技术（6）报表处理技术（7）异种数据库互联技术智能运输系统概论8.1.5数据仓库随着市场竞争的加剧和信息社会需求的发展既要求联机服务，又涉及大量决策的数据，而传统的数据库系统已无法满足这种需求，具体体现：（1）历史数据量很大；（2）辅助决策信息涉及许多部门的数据，而不同系统的数据难以集成；（3）由于访问数据的能力不足，对大量数据的访问性能明显下降。此时，在数据库应用领域出现了一种新型的数据库，即数据仓库。智能运输系统概论8.1.5数据仓库1）数据仓库简介支持决策的特殊的数据存储称为数据仓库（DataWarehouse，简称DW）。数据仓库有如下几个特点：（1）面向主题的查询，和一般数据库面向表达式的查询相比，具有一定的智能性；（2）支持数据集成，底层的数据库一般是异构的，多个数据库通过网络相连；（3）数据仓库中的数据具有时间性；（4）对数据仓库的操作一般只有查询。智能运输系统概论8.1.5数据仓库数据仓库主要应用：（1）使用浏览分析工具在DW中寻找有用的信息。（2）数据仓库系统支持在DW上的应用，形成决策支持系统（（DecisionSupportSystem，简称DSS）2）数据仓库的结构由数据仓库、数据源和分析工具3部分组成。图8-6数据仓库系统结构图智能运输系统概论第8章数据库技术概述8.1数据库技术在智能运输系统中的应用8.2小结8.3数据库技术在智能运输系统中的应用智能运输系统概论8.2.1交通地理信息系统的组成及功能地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS），又称“地理信息科学”（GeographicInformationScience）、“地理信息服务”（GeographicInformationservice），是一种特定的十分重要的空间信息系统，是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。图8-7GIS概念框架和构成智能运输系统概论1）GIS的基本组成一个实用的GIS，要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。8.2.1交通地理信息系统的组成及功能图8-8地理信息系统组成示意图智能运输系统概论2）GIS的功能简介8.2.1交通地理信息系统的组成及功能图8-10GIS数据分层概念数据采集与编辑地理信息系统的数据通常抽象为不同的专题或层（如图8-10）。数据采集与编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为x、y坐标及对应的代码输入到计算机中。智能运输系统概论数据存储与管理GIS数据库是区域内的地理要素特征以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义、数据访问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体及其位置、开窗和街边操作、数据更新和维护等。数据处理和变换数据处理的任务和操作内容有：①数据变换②数据重构③数据抽取8.2.1交通地理信息系统的组成及功能智能运输系统概论空间分析和统计是GIS的一个独立研究领域，主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系。①拓扑叠合②缓冲区建立③数字地形分析④空间集合分析产品制作与显示产品制作与显示的功能包括：设置显示环境，定义制图环境，显示地图要素，定义字形符号，设置字符大小和颜色，标注图名和图例，以及绘图文件编辑等。8.2.1交通地理信息系统的组成及功能智能运输系统概论二次开发和编程必须具备重要基本功能是二次开发环境，包括提供专用语言的开发环境，或者系统将某些功能做成专门的控件供用户的开发语言（C，C++，VB，VC++，Delphi…）调用等。①资源管理②区域规划③国土监测④辅助决策8.2.1交通地理信息系统的组成及功能智能运输系统概论3）GIS软件中部分功能的显示界面举例8.2.1交通地理信息系统的组成及功能智能运输系统概论1）时空一体化数据模型概述地理现象的3要素——时间、空间和属性间具有明显的不可分割性（非独立性）。地理信息的获取和分析具有“独立性”，需要对3个要素分别给予不同约定、从不同侧面进行，如：（1）变化序列研究是给定对象空间位置，在时间坐标下讨论对象的某一属性随时间的变化特征。（2）空间分布格局研究是确定时间坐标，在空间坐标下研究对象属性值（单属性、多属性）的空间分布特征及相互关系。（3）变化的区域分异研究是对一定的属性值，在时间和空间联合的坐标下讨论对象随时间变化特征的区域分异或不同时间下空间分布格局的差异。8.2.2时空一体化数据模型智能运输系统概论从建模方法学角度，时空数据建模可划分为三个层次：时空语义建模、时空数据逻辑建模时空数据物理建模相应时空数据模型包括：时空语义模型时空数据逻辑模型时空数据物理模型。8.2.2时空一体化数据模型智能运输系统概论2）几种有代表性的时空数据模型8.2.2时空一体化数据模型时空立方体模型时空立方体模型用二维坐标轴来表示现实世界的平面空间，用一维的时间轴来表示平面位置沿时间的变化（如图）。图8-16时空立方体模型智能运输系统概论序列快照模型也称连续快照模型（Time-sliceSnapshots），如图所示。基本思想是将某一时间段内地理现象的变化过程，用其中间的序列快照来表达，时间间隔不一定相同。8.2.2时空一体化数据模型图8-17序列快照模型智能运输系统概论基态修正模型按事先设定的时间间隔采样，只储存某个时间的数