MapGIS基礎(chǔ)平臺技術(shù)部分

1、（一）概述MAPGIS K9是武漢中地數(shù)碼科技有限公司開發(fā)的新一代面向網(wǎng)絡(luò)超大型分布式地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件平臺。系統(tǒng)采用面向服務(wù)的設(shè)計思想、多層體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了面向空間實體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)組織、高效海量空間數(shù)據(jù)的存儲與索引、大尺度多維動態(tài)空間信息數(shù)據(jù)庫、三維實體建模和分析，具有TB級空間數(shù)據(jù)處理能力、可以支持局域和廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下空間數(shù)據(jù)的分布式計算、支持分布式空間信息分發(fā)與共享、網(wǎng)絡(luò)化空間信息服務(wù)，能夠支持海量、分布式的國家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。系統(tǒng)具有以下特點：(1) 采用分布式跨平臺的多層多級體系結(jié)構(gòu)，采用面向“服務(wù)”的設(shè)計思想；(2) 具有面向地理實體的空間數(shù)據(jù)模型，可描述任意幾何復(fù)雜度的空間

2、特征和非空間特征，完全表達(dá)空間、非空間、實體的空間共生性、多重性等關(guān)系；(3) 具備海量空間數(shù)據(jù)存儲與管理能力，矢量、柵格、影像、三維四位一體的海量數(shù)據(jù)存儲，高效的空間索引；(4) 采用版本與增量相結(jié)合的時空數(shù)據(jù)管理模型，“元組級基態(tài)+增量修正法”的實施方案，可實現(xiàn)單個實體的時態(tài)演變；(5) 具有版本管理和沖突檢測機(jī)制的長事務(wù)處理機(jī)制；(6) 基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型的工作流管理與控制引擎，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)整和定制，解決GIS和OA的無縫集成；(7) 標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)的空間元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)元數(shù)據(jù)的采集、存儲、建庫、查詢和共享發(fā)布，支持SRW協(xié)議，具有分布檢索能力；(8) 支持真三維建模與可視化，能進(jìn)

3、行三維海量數(shù)據(jù)的有效存儲和管理，三維專業(yè)模型的快速建立，三維數(shù)據(jù)的綜合可視化和融合分析；(9) 提供基于SOAP和XML的空間信息應(yīng)用服務(wù)，遵循Opengis規(guī)范，支持WMS、WFS、WCS、GML3。支持互聯(lián)網(wǎng)和無線互聯(lián)網(wǎng)，支持各種智能移動終端。（二）系統(tǒng)架構(gòu)MAPGIS K9按照N層體系結(jié)構(gòu)建立大型GIS總體架構(gòu)，具體可分為表示層、web服務(wù)層、應(yīng)用邏輯層以及數(shù)據(jù)服務(wù)層（如圖2-1）。實際應(yīng)用部署時，某個Web服務(wù)器可以調(diào)用多個應(yīng)用服務(wù)器提供的功能；應(yīng)用服務(wù)器可以是針對某個專題的專用服務(wù)器，也可以是針對主題或領(lǐng)域的集成服務(wù)器；應(yīng)用服務(wù)器與不同的專題數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，根據(jù)應(yīng)用邏輯獲取、更新專

4、題數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并完成相應(yīng)的功能。 Windows Windows NT Windows NT Windows NT Windows 2000 Windows 2000 Windows 2000 Linux Linux Linux / Unix圖2-1 mapgisK9的多層體系結(jié)構(gòu) 表示層 Web服務(wù)層 應(yīng)用邏輯層 數(shù)據(jù)層Web服務(wù)器：應(yīng)用服務(wù)器：DBMSSDESDESDESQL、JDBC、OCI、ODBC、OLE DB空間數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：SOAPHTTPXMLHTML瀏覽器瘦客戶胖客戶移動電話掌上電腦筆記本數(shù)據(jù)服務(wù)層由空間數(shù)據(jù)庫引擎和大型商用數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，用于建立空間數(shù)據(jù)庫，存儲、管理和維護(hù)

5、各類數(shù)據(jù)，建立并維護(hù)空間、非空間索引。應(yīng)用邏輯層包括數(shù)據(jù)驅(qū)動層、數(shù)據(jù)管理層、核心功能層、概念層、接口層等更小的層次，提供空間數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)空間數(shù)據(jù)一致性；實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)集成；建立不同類型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，如空間元數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；提供各種分析處理功能。Web服務(wù)層提供開發(fā)與空間服務(wù)進(jìn)行通訊的Web頁面和進(jìn)行站點管理的工具；系統(tǒng)支持互聯(lián)網(wǎng)和無線互聯(lián)網(wǎng)，支持各種智能移動終端。表示層直接面向客戶，提供空間數(shù)據(jù)表示和信息可視化功能，運行于Windows系列操作系統(tǒng)。可以是瀏覽器、瘦客戶或胖客戶等。表示層可以直接與數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用邏輯層和Web服務(wù)層建立連接、獲取數(shù)據(jù)和請求服務(wù)，分別構(gòu)成兩層結(jié)構(gòu)、

6、三層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同應(yīng)用的需要。1、 數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)服務(wù)層由空間數(shù)據(jù)庫引擎和大型商用數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，在DBMS基礎(chǔ)上建立空間數(shù)據(jù)庫，用于建立空間數(shù)據(jù)庫，存儲、管理和維護(hù)各類數(shù)據(jù)，建立并維護(hù)空間、非空間索引。提供以下基礎(chǔ)性的空間數(shù)據(jù)服務(wù)：(1) 物理地存儲各種專題數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，如矢量地圖、遙感影像、空間元數(shù)據(jù)、柵格、地理編碼標(biāo)準(zhǔn)、空間信息可視化規(guī)范等；(2) 維護(hù)專題數(shù)據(jù)的一致性；(3) 建立和維護(hù)低級空間索引以及非空間索引；(4) 提供基于用戶和角色的安全管理；(5) 接受保存和更新數(shù)據(jù)的請求，對數(shù)據(jù)進(jìn)行基本檢查，保存數(shù)據(jù)，返回結(jié)果；(6) 接受查詢請求，抽取或裁剪數(shù)據(jù)，

7、返回數(shù)據(jù)子集。（1） 功能模塊結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)層按照下圖所示的結(jié)構(gòu)，建立下列對象，以提供相應(yīng)的服務(wù)功能。(1) 創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫；(2) 空間數(shù)據(jù)對象管理（建立和維護(hù)空間數(shù)據(jù)對象字典等）；(3) 空間數(shù)據(jù)索引管理（建立或刪除空間索引）；(4) 空間數(shù)據(jù)安全性管理（創(chuàng)建和管理空間數(shù)據(jù)登錄、用戶、角色等）；(5) 空間數(shù)據(jù)權(quán)限管理(根據(jù)用戶授權(quán)和根據(jù)對象授權(quán))；(6) 空間數(shù)據(jù)鎖信息管理（提供對空間數(shù)據(jù)加鎖和解鎖，以及鎖監(jiān)控，鎖的范圍可以是單個圖元、矩形范圍、某些層或全部）；(7) 空間數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)管理；(8) 空間數(shù)據(jù)同步復(fù)制管理；(9) 空間數(shù)據(jù)監(jiān)控管理；(10) 基于面向?qū)嶓w的空間數(shù)據(jù)模型的對象

8、定義和操作；(11) 版本管理及長事務(wù)處理（顯式地定義事務(wù)、提交事務(wù)、撤消事務(wù)）。數(shù)據(jù)表格、視圖添加、更新、刪除觸發(fā)器數(shù)據(jù)字典加密存儲過程空間數(shù)據(jù)庫管理工具空間數(shù)據(jù)庫引擎SDE授權(quán)建庫恢復(fù)維護(hù)監(jiān)控復(fù)制備份SDE客戶端圖2-2 數(shù)據(jù)服務(wù)層功能結(jié)構(gòu)圖（2）地理數(shù)據(jù)庫地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲和管理以下類型的空間數(shù)據(jù)：(1) 空間參照系；(2) 矢量空間數(shù)據(jù)；(3) 柵格數(shù)據(jù)；(4) 遙感影像數(shù)據(jù)；(5) TIN數(shù)據(jù)；(6) 時態(tài)數(shù)據(jù)；(7) 空間元數(shù)據(jù)。MAPGISK9的地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲和管理空間數(shù)據(jù)，在每個地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上可以建立若干個地理數(shù)據(jù)庫。MAPGIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器、SDE

9、服務(wù)器、Web服務(wù)服務(wù)器使用相同的內(nèi)核，具有相同的管理機(jī)制。管理工具數(shù)據(jù)庫訪問接口通訊、性能監(jiān)控數(shù)據(jù)管理資源管理用戶視圖用戶管理MAPGIS數(shù)據(jù)管理層MAPGIS文件管理器安全管理器數(shù)據(jù)視圖管理內(nèi)核圖2-3 地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件結(jié)構(gòu)（3）空間數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫引擎空間數(shù)據(jù)庫建立在大型商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）基礎(chǔ)之上，采用兩種技術(shù)路線實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的存儲、管理、檢索和維護(hù)，一種是通過擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲過程，直接基于關(guān)系建立空間數(shù)據(jù)庫；另一種是利用某些數(shù)據(jù)庫提供的空間對象，建立空間數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)庫引擎負(fù)責(zé)建立適應(yīng)海量數(shù)據(jù)存儲管理的空間數(shù)據(jù)組織機(jī)制和空間索引機(jī)制。結(jié)構(gòu)如下圖所示。用戶管理SD

10、E接口通訊監(jiān)控管理工具安全管理器MAPGIS數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)源配置數(shù)據(jù)源發(fā)布MAPGIS文件管理器數(shù)據(jù)庫連接器圖2-4 空間數(shù)據(jù)庫引擎結(jié)構(gòu)2、 應(yīng)用邏輯層應(yīng)用邏輯層提供了GIS應(yīng)用處理的主要功能，包括：空間數(shù)據(jù)的管理與一致性維護(hù)、多源數(shù)據(jù)集成、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析等。（1）應(yīng)用邏輯層模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)用邏輯層由1到多個應(yīng)用服務(wù)器組成，如多源（元）空間信息綜合應(yīng)用服務(wù)器、矢量數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、柵格/圖象數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、數(shù)字高程模型應(yīng)用服務(wù)器、空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器、Z3950服務(wù)器等。這些服務(wù)器根據(jù)實際應(yīng)用情況，可分別部署在不同的物理服務(wù)器上，也可集中部署在同一個物理服務(wù)器上。應(yīng)用邏輯層模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖2-5

11、 應(yīng)用邏輯層模塊結(jié)構(gòu)客戶機(jī)/瀏覽器柵格/影像數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器Z3950服務(wù)器數(shù)據(jù)高程模型應(yīng)用服務(wù)器多源（元）空間信息綜合應(yīng)用服務(wù)器矢量數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器 多源（元）空間信息綜合應(yīng)用服務(wù)器該應(yīng)用服務(wù)器提供下列功能和服務(wù)：(1) 不同尺度、不同類型（矢量、影像、格網(wǎng)、數(shù)字高程模型）間空間實體數(shù)據(jù)一體化存儲、管理和調(diào)度機(jī)制；(2) 不同尺度空間實體數(shù)據(jù)互動、派生、更新；(3) 不同類型空間數(shù)據(jù)（矢量、影像、格網(wǎng)、數(shù)字高程模型）間的互動更新、轉(zhuǎn)換、分析、查詢與融合；(4) 綜合應(yīng)用分布式事務(wù)管理。 矢量數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器該應(yīng)用服務(wù)器提供下列功能和服務(wù)：(1) 矢量空間數(shù)據(jù)庫的建立；(2) 矢量數(shù)

12、據(jù)規(guī)則庫的建立和維護(hù)，面向?qū)嶓w的空間關(guān)系建立、維護(hù)和分析；(3) 高級空間索引機(jī)制的建立和維護(hù)；(4) 矢量數(shù)據(jù)分布式存儲調(diào)度；(5) 矢量數(shù)據(jù)緩存；(6) 矢量數(shù)據(jù)提取、過濾、裁剪；(7) 矢量空間分析。 柵格/影像數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器該應(yīng)用服務(wù)器提供下列功能和服務(wù)：(1) 柵格空間數(shù)據(jù)庫的建立；(2) 高級空間索引機(jī)制的建立和維護(hù)；(3) 柵格數(shù)據(jù)分布式存儲調(diào)度；(4) 柵格數(shù)據(jù)緩存；(5) 柵格數(shù)據(jù)建模與生產(chǎn)；(6) 柵格數(shù)據(jù)空間分析。 數(shù)字高程模型應(yīng)用服務(wù)器該應(yīng)用服務(wù)器提供下列功能和服務(wù)：(1) TIN模型的建立；(2) GRD模型的建立；(3) 高級空間索引機(jī)制的建立和維護(hù)；(4) 數(shù)字高

13、程模型TIN/GRD分析。 空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)為遠(yuǎn)端的用戶提供元數(shù)據(jù)的讀寫和查詢服務(wù)。系統(tǒng)主要分為元數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫引擎：(1) 元數(shù)據(jù)庫管理；(2) 元數(shù)據(jù)管理：存儲、讀取和查詢；(3) 元數(shù)據(jù)緩沖管理；(4) 搜索引擎；(5) 元數(shù)據(jù)模式管理；(6) Z3950協(xié)議支持。（2）應(yīng)用邏輯層軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)用邏輯層的軟件結(jié)構(gòu)如圖2-6所示，由應(yīng)用服務(wù)器管理工具和和安全管理器、應(yīng)用服務(wù)功能層等組成。管理工具應(yīng)用服務(wù)接口通訊、服務(wù)監(jiān)控數(shù)據(jù)源配置應(yīng)用服務(wù)發(fā)布服務(wù)視圖用戶管理數(shù)據(jù)連接器（DBS、AppSvr、WebSvs）MAPGIS數(shù)據(jù)管理層MAPGIS文件管理器安全管理器數(shù)據(jù)視圖服務(wù)連接器（App

14、Svr、WebSvs）應(yīng)用服務(wù)功能層圖2-6 應(yīng)用邏輯層軟件結(jié)構(gòu)3、 Web服務(wù)層Web服務(wù)層主要用于在Web上提供GIS空間信息服務(wù)，服務(wù)主要包含數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)。另外Web服務(wù)層具有Web站點管理、負(fù)載均衡等功能。（1）Web服務(wù)層的功能Web服務(wù)層提供了面向內(nèi)容和面向功能的Web服務(wù)。面向內(nèi)容的web服務(wù)就是我們通常所說的WEBGIS，它提供在Internet上的空間信息發(fā)布、查詢服務(wù)，即對空間信息內(nèi)容的查詢。面向功能的Web服務(wù)即WebService就是在Internet網(wǎng)上提供基于Web的空間運算服務(wù)，包括空間數(shù)據(jù)的存取、交換、分析、查詢等空間應(yīng)用服務(wù)。面向內(nèi)容的Web服務(wù)主要包括

15、基本的空間數(shù)據(jù)制作服務(wù)、查詢分析服務(wù)等目前WEBGIS所提供的功能，即在Internet網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)空間信息共享和發(fā)布。MAPGIS采用柵格和矢量等信息發(fā)布模式，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。采用分布式組件技術(shù)和高效空間數(shù)據(jù)壓縮還原技術(shù)解決服務(wù)器負(fù)載均衡并減少信息傳輸量，支持構(gòu)建B/S業(yè)務(wù)應(yīng)用和大用戶量并發(fā)訪問。面向功能的服務(wù)機(jī)制（WebServices）MAPGISK9提供基于SOAP/XML協(xié)議的分布式空間信息服務(wù)機(jī)制（WebServices），對空間數(shù)據(jù)的查詢、訪問、制圖、分析等都以服務(wù)的形式提供。MAPGISK9已經(jīng)提供了以下幾個方面的Web服務(wù)功能：(1) 通用數(shù)據(jù)訪問服務(wù)(Common D

16、ata Access Services)(2) 查詢服務(wù)(Query Services)(3) 空間分析服務(wù)(Spatial Analyze Services)(4) 制圖服務(wù)(Render Services)(5) 投影轉(zhuǎn)換服務(wù)(Projection Services)(6) 空間元數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)(7) 空間定位服務(wù)（2）Web服務(wù)層的軟件模塊結(jié)構(gòu)Web服務(wù)層的軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，主要由Web服務(wù)接口、安全管理器、Web服務(wù)對象層、數(shù)據(jù)管理層、服務(wù)連接器和數(shù)據(jù)連接器組成。另外還包括用戶管理、服務(wù)監(jiān)控等管理工具。服務(wù)連接器用于連接Web服務(wù)器到應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)連接器連接Web服務(wù)器到數(shù)據(jù)

17、庫。圖2-7 Web層軟件結(jié)構(gòu)管理工具Web服務(wù)接口通訊、服務(wù)監(jiān)控數(shù)據(jù)源配置應(yīng)用服務(wù)發(fā)布服務(wù)視圖用戶管理數(shù)據(jù)連接器（DBS、AppSvr、WebSvs）MAPGIS數(shù)據(jù)管理層MAPGIS文件管理器安全管理器數(shù)據(jù)視圖服務(wù)連接器（AppSvr、WebSvs）Web服務(wù)對象層4、 表示層表示層包括瀏覽器、瘦客戶機(jī)、胖客戶機(jī)、查詢終端、Z3950客戶端、掌上電腦、移動電話等形式的客戶端。表示層直接面向客戶，提供空間數(shù)據(jù)表示和信息可視化功能。瀏覽器、瘦客戶機(jī)或胖客戶機(jī)形式的表示層主要提供如下功能：(1) 向應(yīng)用邏輯層和Web服務(wù)層發(fā)送服務(wù)請求；(2) 接收應(yīng)用邏輯層和Web服務(wù)層返回的結(jié)果數(shù)據(jù)集合；(3

18、) 將應(yīng)用邏輯層和Web服務(wù)層提供的基于空間數(shù)據(jù)的服務(wù)或基于空間功能的服務(wù)進(jìn)行可視化的表現(xiàn)；(4) 為用戶進(jìn)行GIS應(yīng)用提供友好的人機(jī)界面和交互手段。表示層的軟件結(jié)構(gòu)如圖2-8所示：數(shù)據(jù)連接器（DBS、AppSvr、WebSvs）MAPGIS數(shù)據(jù)管理層MAPGIS文件管理器服務(wù)連接器（AppSvr、WebSvs）應(yīng)用軟件圖2-8 表示層軟件結(jié)構(gòu)客戶端為瀏覽器時,采用HTTP/HTML或SOAP協(xié)議與web服務(wù)層建立連接，發(fā)送請求，接收后者提供的web服務(wù)，是一種多層的結(jié)構(gòu)體系。Web服務(wù)器則采用ASP、JSP等技術(shù)提供網(wǎng)頁發(fā)布功能，采用Web服務(wù)描述語言WSDL和統(tǒng)一描述發(fā)現(xiàn)集成語言UDDI提

19、供基于Internet的運算服務(wù)。瘦客戶或胖客戶還可以連接到應(yīng)用邏輯層，通過遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）使用應(yīng)用邏輯層上的遠(yuǎn)程服務(wù)，應(yīng)用邏輯層再與數(shù)據(jù)服務(wù)層連接，獲取或更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。應(yīng)用邏輯層完成任務(wù)后將結(jié)果返回表示層，這是一種三層結(jié)構(gòu)。胖客戶也可以直接與數(shù)據(jù)服務(wù)層連接，獲取或更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，客戶端完成全部分析運算，這種連接方式是典型的兩層結(jié)構(gòu)。（三）空間數(shù)據(jù)管理1、 面向?qū)嶓w的空間數(shù)據(jù)模型（1）概述MAPGIS7的空間數(shù)據(jù)模型將現(xiàn)實世界中的各種現(xiàn)象抽象為對象、關(guān)系和規(guī)則，各種行為（操作）基于對象、關(guān)系和規(guī)則，模型更接近人類面向?qū)嶓w的思維方式。該模型還綜合了面向圖形的空間數(shù)據(jù)模型的特點，使

20、得模型表達(dá)能力強(qiáng)，廣泛適應(yīng)GIS的各種應(yīng)用。該模型具有以下特點：(1) 真正的面向地理實體，全面支持對象、類、子類、子類型、關(guān)系、有效性規(guī)則、數(shù)據(jù)集、地理數(shù)據(jù)庫等概念；(2) 對象類型覆蓋GIS和CAD對模型的雙重要求，包括：要素類、對象類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)；(3) 具備類視圖概念，可通過屬性條件、空間條件和子類型條件定義要素類視圖、對象類視圖、注記類視圖和動態(tài)類視圖。(4) 要素可描述任意幾何復(fù)雜度的實體，如水系。(5) 完善的關(guān)系定義，可表達(dá)實體間的空間關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系和非空間關(guān)系?？臻g關(guān)系按照9交模型定義；拓?fù)潢P(guān)系支持結(jié)構(gòu)表達(dá)方式和空間規(guī)則表達(dá)方式；完整地支持4類非

21、空間關(guān)系，包括關(guān)聯(lián)關(guān)系、繼承關(guān)系(完全繼承或部分繼承)、組合關(guān)系（聚集關(guān)系或組成關(guān)系）、依賴關(guān)系。(6) 支持關(guān)系多重性，包括11、1M、NM。(7) 支持有效性規(guī)則的定義和維護(hù)，包括定義域規(guī)則、關(guān)系規(guī)則、拓?fù)湟?guī)則、空間規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)連接規(guī)則。(8) 支持多層次數(shù)據(jù)組織，包括地理數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)包、類、幾何元素、幾何實體、幾何數(shù)據(jù)，如圖3-1所示。(9) 幾何數(shù)據(jù)支持向量表示法和解析表示法，包括折線、圓、橢圓、弧、矩形、樣條、bezier曲線等形態(tài)。能夠支持規(guī)劃設(shè)計等應(yīng)用領(lǐng)域。圖3-1 MAPGIS7面向?qū)嶓w的空間數(shù)據(jù)模型（2）空間參照系空間參照系（SpatiaI Reference Syst

22、em）是平面坐標(biāo)系和高程系的統(tǒng)稱，用于確定地理目標(biāo)的平面位置和高程。這包含兩方面的內(nèi)容：一是在把大地水準(zhǔn)面上的測量成果換算到橢球體面上的計算工作中，所采用的橢球的大小；二是橢球體與大地水準(zhǔn)面的相關(guān)位置不同，對同一點的地理坐標(biāo)所計算的結(jié)果將有不同的值。因此，選定了一個一定大小的橢球體，并確定了它與大地水準(zhǔn)面的相關(guān)位置，就確定了一個坐標(biāo)系。一個要素要進(jìn)行定位，必須嵌入到一個空間參照系中。地面上任一點的位置，通常用經(jīng)度和緯度來決定。經(jīng)線和緯線是地球表面上兩組正交（相交為90 度）的曲線，這兩組正交的曲線構(gòu)成的坐標(biāo)，稱為地理坐標(biāo)系。因為GIS所描述是位于地球表面的信息，所以根據(jù)地球橢球體建立的地理坐標(biāo)

23、（經(jīng)緯網(wǎng)）可以作為所有要素的參照系統(tǒng)。地球表面是不可展開的曲面，地理坐標(biāo)是一種球面坐標(biāo)，也就是說曲面上的各點不能直接表示在平面上。為了能夠?qū)⑵浔砻娴膬?nèi)容顯示在平面的顯示器或紙面上，因此必須運用地圖投影的方法，建立地球表面和平面上點的函數(shù)關(guān)系，使地球表面上任一點由地理坐標(biāo)確定的點，在平面上必有一個與它相對應(yīng)的點，即建立地球表面上的點與投影平面上點之間的一一對應(yīng)關(guān)系。地圖投影的使用保證了空間信息在地域上的聯(lián)系和完整性，在各類地理信息系統(tǒng)的建立過程中，選擇適當(dāng)?shù)牡貓D投影系統(tǒng)是首先要考慮的問題。MAPGISK9提供了不同類型的地圖投影以及相互轉(zhuǎn)換的功能。使用者可根據(jù)需要方便的建立不同的坐標(biāo)系并進(jìn)行相互

24、之間的轉(zhuǎn)換。（3）實體表達(dá)及分類對象在MAPGISK9中，對象是現(xiàn)實世界中實體的表示。諸如房子、湖泊或顧客之類的實體，均可用對象表示。對象有屬性、行為和一定的規(guī)則，以記錄的形式存儲對象。對象是各種實體一般性的抽象，特殊性對象包括要素、關(guān)系、注記、修飾符、軌跡、連接邊、連接點等。對象類型、子類型根據(jù)對象的行為和屬性可以將對象劃分成不同的類型，具有相同行為和屬性的對象構(gòu)成對象類，特殊的對象類包括要素類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)。不特別聲明的情況下，對象類指沒有空間特征的同類對象集。子類型是對象類的輕量級分類，以表達(dá)相似對象，如供水管網(wǎng)中區(qū)分鋼管、塑料管、水泥管。不同類或子類型的對象

25、可以有不同的屬性缺省值和屬性域。對象類對象類是具有相同行為和屬性的對象的集合。在空間數(shù)據(jù)模型中，一般情況下，對象類是指沒有幾何特征的對象（如房屋所有者、表格記錄等）的集合；在忽略對象特殊性的情況下，對象類可以指任意一種類型的對象集。要素類要素是具有幾何特征的對象，要素包括屬性、幾何元素和圖示化信息，幾何元素是點、線、多邊形等幾何實體的組合。要素類是具有相同屬性的要素的集合，是一種特殊的對象類，往往用于表達(dá)某種類型的地理實體，如道路、學(xué)校等。關(guān)系類現(xiàn)實世界中的各種現(xiàn)象是普遍聯(lián)系的，而聯(lián)系本身也是一種特殊現(xiàn)象，具有多種表現(xiàn)形式。在面向?qū)嶓w的空間數(shù)據(jù)模型中，對象之間的聯(lián)系被稱作關(guān)系，是一種特殊的對象

26、。房屋所有者和房屋之間的產(chǎn)權(quán)關(guān)系，具有公共邊界的行政區(qū)之間的相鄰關(guān)系，甲乙雙方之間的合同關(guān)系，都是對象之間關(guān)系的實例。在該模型中，關(guān)系被分為空間關(guān)系和非空間關(guān)系。其中：(1) 空間關(guān)系與對象的位置和形態(tài)等空間特性有關(guān)，包括距離關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系如水管和閥門的連接關(guān)系、兩條道路的相交關(guān)系；(2) 非空間關(guān)系是對象屬性之間存在的關(guān)系，如甲乙方之間的合同關(guān)系。關(guān)系類是關(guān)系的集合，一般在對象類、要素類、注記類、修飾類的任意兩者之間建立關(guān)系類。注記類注記是一種標(biāo)識要素的描述性文本，分為靜態(tài)注記、屬性注記和維注記。其中：(1) 靜態(tài)注記是一種內(nèi)容和位置固定的注記，包括注記和版面。(2) 屬性注記的內(nèi)

27、容來自要素的屬性值，顯示屬性注記時，動態(tài)地將屬性值填入注記模板。因此也稱為動態(tài)注記，屬性注記直接和它要標(biāo)注的要素相關(guān)聯(lián)，移動要素時，注記跟隨移動，注記的生命期受該要素的生命期控制。(3) 維注記是一種特殊類型的地圖注記，僅用來表示特定的長度和距離。維分為平行維和線性維，平行維與基線平行，表示真實距離；線性維可以是垂直、水平或旋轉(zhuǎn)的，并不表示真實距離。注記的集合構(gòu)成注記類。修飾類修飾類用于存儲修飾地圖或者輔助制圖的要素，包括幾何圖形、接圖表、圖例、指北針、圖框、比例尺、貼片和塊。其中：(1) 幾何圖形包括點、線、多邊形。線和多邊形邊界可以是下列類型之一：折線、弧線、圓、橢圓、弧、矩形、樣條、be

28、zier曲線。幾何圖形主要考慮圖面的要求、對平面拓?fù)浜托螒B(tài)沒有嚴(yán)格要求，如多邊形的端點不要求嚴(yán)格重合，線可以自相交。(2) 圖框分為內(nèi)圖框和外圖框。(3) 貼片是一種帶圖示化信息的矩形框，用于遮蓋不需要顯示的圖形。(4) 塊是修飾類要素的組合，可以自由組合或拆散。動態(tài)類動態(tài)類是一種特殊的對象類，是空間位置隨時間變化的動態(tài)對象的集合。動態(tài)對象的位置隨時間變化形成軌跡，動態(tài)類中記錄軌跡的信息，包括x、y、z、t和屬性。幾何網(wǎng)絡(luò)幾何網(wǎng)絡(luò)是邊要素和點要素組成的集合，邊要素和點要素相互聯(lián)系，一條邊連接兩個點，一個點可以連接大量的邊。邊要素可以在二維空間交叉而不相交，如立交橋。幾何網(wǎng)絡(luò)中的要素表示網(wǎng)絡(luò)地理

29、實體，如道路、車站、航線等。每一個幾何網(wǎng)絡(luò)都有一個邏輯網(wǎng)絡(luò)與之對應(yīng)，邏輯網(wǎng)絡(luò)依附于幾何網(wǎng)絡(luò)，由邊元素、結(jié)點元素、轉(zhuǎn)角元素以及連通性元素組成。邏輯網(wǎng)絡(luò)中的元素沒有空間特性，即沒有坐標(biāo)值。邏輯網(wǎng)絡(luò)存儲網(wǎng)絡(luò)的連通信息，是網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)。（4）要素類的數(shù)據(jù)組織方式要素類由要素組成，每個要素包含屬性、幾何元素和圖示化信息這三部分內(nèi)容。幾何元素有兩種數(shù)據(jù)組織方式：(1) 直接存儲簡單點、簡單線、簡單多邊形。這種組織方式使得該模型與傳統(tǒng)的簡單要素模型兼容；(2) 按照幾何元素幾何實體幾何數(shù)據(jù)三個層次組織和存儲空間信息。這種組織方式使該模型與傳統(tǒng)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型兼容，但表達(dá)能力更強(qiáng)，可描述幾何形態(tài)較為復(fù)雜的地理

30、實體，如水系。在三個層次中：幾何數(shù)據(jù)包含點和弧段，弧段可以是折線、圓、橢圓、弧、矩形、樣條、bezier曲線之一，是地理實體的特征點或邊界線。幾何實體分為點狀、線狀、面狀。點狀幾何實體由幾何數(shù)據(jù)層的1個點或多個點組成；線狀幾何實體由1到多條弧段有序組成；面狀幾何實體由1到多條弧段有序構(gòu)成的多邊形表示。幾何元素由任意多個點狀、線狀和面狀幾何實體組成，共同表達(dá)要素的幾何特征。幾何元素的這種組織方式使得用戶能夠在同一個要素類中存儲空間重疊的不同要素，如“鐵路”要素類中京漢線和京廣線；使用戶能夠按照語義對要素進(jìn)行分類和組織，而不是按照幾何形態(tài)對要素進(jìn)行分類和組織。通過在要素類上施加空間規(guī)則，可以限制要

31、素類中一條弧段是否只能有左右多邊形各一個。（5）視圖視圖展現(xiàn)給用戶的是對應(yīng)類中的部分空間數(shù)據(jù)，部分屬性數(shù)據(jù)，或者兩者之一。MAPGISK9視圖具有以下特點： (1) MAPGIS提供要素類、對象類、注記類、動態(tài)類的視圖；(2) 視圖是根據(jù)給定的空間條件、屬性條件在原始類中選擇數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)本 身并沒有復(fù)制，僅僅是邏輯上的拷貝；(3) 視圖本身僅存儲創(chuàng)建這個視圖的空間條件和屬性條件?？臻g條件包括矩形范圍、類和子類型，屬性條件包括縱向條件和橫向條件，縱向條件限制視圖所包含的字段，橫向條件通過條件表達(dá)式（如：“面積<500”）限制視圖的記錄范圍；(4) MAPGISK9將視圖分為只讀視圖和

32、可讀寫視圖。（6）關(guān)系定義根據(jù)空間相關(guān)性，可將關(guān)系劃分為空間關(guān)系和非空間關(guān)系。關(guān)系可以僅僅表示對象之間的聯(lián)系，除此之外，沒有其它含義，即關(guān)系沒有屬性；關(guān)系也可以有特定的含義，有屬性的，如合同關(guān)系中每一條關(guān)系都與一份合同對應(yīng)。MAPGISK9提供了完整的關(guān)系支持，包括齊全的空間關(guān)系和非空間關(guān)系?？臻g關(guān)系(1) 距離關(guān)系距離關(guān)系是最常見的空間關(guān)系之一，一般采用歐式距離。(2) 拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系是另一類空間關(guān)系，這種關(guān)系不隨距離、角度的變化而變化。如相鄰多邊形與公共弧段之間的關(guān)系，幾何網(wǎng)絡(luò)中邊邊的連接關(guān)系。MAPGISK9按照九交模型定義拓?fù)潢P(guān)系，其中有現(xiàn)實意義的拓?fù)潢P(guān)系包括：相交、相接、相等、分離

33、、包含、包含于、覆蓋、被覆蓋、交疊等九種。MAPGISK9完全支持基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于空間規(guī)則的拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)方式?；跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)方式只能表達(dá)要素類內(nèi)部要素之間的平面拓?fù)潢P(guān)系，但比較適用于地藉管理等應(yīng)用領(lǐng)域?；诳臻g規(guī)則的拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)方式靈活，容易表達(dá)同類要素之間的關(guān)系，也容易表達(dá)不同要素類之間的拓?fù)潢P(guān)系，如縣級行政區(qū)必須包含于省級行政區(qū)。非空間關(guān)系非空間關(guān)系是對象屬性之間存在的關(guān)系，與對象的語義有關(guān)，包括：關(guān)聯(lián)關(guān)系、繼承關(guān)系、組合關(guān)系、依賴關(guān)系。其中：(1) 關(guān)聯(lián)關(guān)系是最一般的關(guān)系，關(guān)系兩端的對象相互獨立，不存在依賴；(2) 繼承關(guān)系包括完全繼承和部分繼承，完全繼承是指子類繼承父類的

34、所有屬性，部分繼承是指子類只繼承父類的部分屬性，實際應(yīng)用中，子類往往是父類的特例，如某地區(qū)屬于沉積巖，也屬于砂巖，砂巖繼承了沉積巖的屬性。(3) 組合關(guān)系是部分與整體的關(guān)系，組合關(guān)系分為聚集和組成。聚集是指組合體與各部分具有不同的生命期；組成則是指組合體與各部分具有相同的生命期，也就是同生共死。聚集關(guān)系如：計算機(jī)和它的外圍設(shè)備，一臺計算機(jī)可能連接到零臺或者多臺打印機(jī)，即使沒有所連接的計算機(jī)，那臺打印機(jī)也可以生存；組成關(guān)系如：電線桿（原始對象）和變壓器（目的對象）之間可以構(gòu)成一對多的組成關(guān)系，一旦電線桿被刪除，變壓器也要被刪除； (4) 依賴關(guān)系由對象的語義引起，如某段行政邊界以河流中心線為準(zhǔn)。

35、依賴關(guān)系也稱為引用關(guān)系。關(guān)系多重性非空間關(guān)系具有多重性，具體表現(xiàn)為11、1M、NM。（7）有效性規(guī)則對象特性的一個特殊表現(xiàn)是某些屬性的取值往往存在邊界條件，對象之間的關(guān)系（包括空間關(guān)系）甚至關(guān)系本身存在某種約束條件。所有這些限制條件統(tǒng)稱為有效性規(guī)則。MAPGISK9中，有效性規(guī)則分為4種類型：屬性規(guī)則，空間規(guī)則，連接規(guī)則，關(guān)系規(guī)則。有效性規(guī)則可以作用在類上，也可以作用在子類型上。屬性規(guī)則與定義域?qū)傩砸?guī)則用于約定某個字段的缺省值，限定取值范圍，設(shè)置合并和拆分策略。屬性規(guī)則通過“定義域”來表達(dá)，取值范圍分連續(xù)型和離散型，相應(yīng)地把定義域分為范圍域和編碼域。范圍域適用于數(shù)值型、日期型、時間型等可連續(xù)取

36、值的字段類型，編碼域除了可以適用于連續(xù)取值類型外，還可用于字符串等類型的字段。合并和拆分策略定義要素合并和拆分時屬性字段的變化規(guī)則，合并策略包括：缺省、累加、加權(quán)平均，拆分策略包括：缺省、復(fù)制、按比例。如地塊合并，合并后的要素屬性“地價”可定義為“累加”策略?？臻g規(guī)則空間規(guī)則作用于要素類或要素類之間，用于限定要素在某個空間參照系中的相互關(guān)系?？臻g規(guī)則如：(1) 要素類中每條弧段只能作為兩個多邊形的邊界；(2) 要素類中多邊形之間不能重疊；(3) 要素類中多邊形之間不能有縫隙；(4) “城鎮(zhèn)”要素必須落在“行政區(qū)”要素內(nèi)部；(5) 不能有懸掛線；(6) 線不能自相交；(7) “閥門”必須與“水管

37、”的端點重合；關(guān)系規(guī)則關(guān)系規(guī)則隨著關(guān)系的產(chǎn)生而產(chǎn)生，用于限定對象之間關(guān)系映射的數(shù)目。例如：原始類和目的類之間建立了NM的關(guān)系，則通過關(guān)系規(guī)則可以限定關(guān)系的原始對象數(shù)是13，目的對象數(shù)是*5，即原始類中的每個對象與目的類中至少1個、最多3個對象建立關(guān)系；而目的類中的對象可以和原始對象沒關(guān)系，但最多只能與5個原始對象有關(guān)系。連接規(guī)則連接規(guī)則主要使用在幾何網(wǎng)絡(luò)中，用以約束可能和其它要素相連的網(wǎng)絡(luò)要素的類型，以及可能和其他任何特殊類型相連的要素的數(shù)量。有兩種類型的連接規(guī)則：邊對邊連接規(guī)則、點對邊連接規(guī)則。邊對邊規(guī)則約束了哪一種類型的邊通過一組結(jié)點可以與另一種類型的邊相連。點對邊規(guī)則約束了哪一種邊類型可

38、以和哪一種結(jié)點類型相連。1、 地理數(shù)據(jù)庫（1）數(shù)據(jù)組織方案MAPGISK9按照“地理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)集類”這幾個層次組織數(shù)據(jù)，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ煌瑢ｎ}數(shù)據(jù)的組織和管理需要。如圖3-2所示。地理數(shù)據(jù)庫空間參照系柵格數(shù)據(jù)集TIN數(shù)據(jù)集域集規(guī)則集要素數(shù)據(jù)集柵格目錄幾何網(wǎng)絡(luò)對象類關(guān)系類注記類修飾類動態(tài)類要素類視圖對象類關(guān)系類注記類修飾類動態(tài)類要素類視圖圖3-2 地理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織地理數(shù)據(jù)庫地理數(shù)據(jù)庫是面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型的全局視圖，完整地、一致地表達(dá)了被描述區(qū)域的地理模型。一個地理數(shù)據(jù)庫包括1個全局的空間參照系、1個域集、1個規(guī)則集、多個數(shù)據(jù)集、多數(shù)據(jù)包和各種對象類。數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集是地理數(shù)據(jù)庫中若干不同對

39、象類的集合，通過命名數(shù)據(jù)集提供了一種數(shù)據(jù)分類視圖，便于數(shù)據(jù)組織、管理和授權(quán)。根據(jù)不同的用途，數(shù)據(jù)集分為：要素數(shù)據(jù)集、柵格目錄、柵格數(shù)據(jù)集、TIN數(shù)據(jù)集。(1) 要素數(shù)據(jù)集要素數(shù)據(jù)集是地理數(shù)據(jù)庫中具有相同空間參照系的要素類、對象類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)的集合；在一個要素數(shù)據(jù)集下存放不同的類，有利于以下情況的數(shù)據(jù)組織：n 專題歸類：當(dāng)不同的要素類屬于同一范疇時，可將其組織到一個要素數(shù)據(jù)集中。例如：全國范圍內(nèi)某種比例尺的地質(zhì)圖數(shù)據(jù)。n 共享幾何特征：如用地、水系、行政區(qū)界等不同的要素類需要共享公共幾何邊界時，將其組織到一個要素數(shù)據(jù)集中，當(dāng)移動其中的一個要素時，公共的部分也要求一起

40、移動,并可保持這種公共邊的關(guān)系不變。n 創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡(luò)：同一個幾何網(wǎng)絡(luò)中作為邊要素和點要素的各種要素類，必須組織到一個要素數(shù)據(jù)集中，以便于管理和建立網(wǎng)絡(luò)模型。例如：通訊網(wǎng)絡(luò)中，各種交換機(jī)、交接箱、路由器、電纜、光纜等，分別對應(yīng)點要素類和線要素類，在通訊網(wǎng)絡(luò)建模時,將其全部考慮到通訊網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的幾何網(wǎng)絡(luò)模型中。(2) 柵格目錄柵格目錄用于管理有相同空間參照系的多幅柵格數(shù)據(jù)，各柵格數(shù)據(jù)在物理上獨立存儲，易于更新，常用于管理更新周期快、數(shù)據(jù)量較大的影像數(shù)據(jù)。同時，柵格目錄也可實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)集的混合管理，其中目錄項既可以是單幅柵格數(shù)據(jù)，也可以是地理數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的柵格數(shù)據(jù)集，具有數(shù)據(jù)組織靈活、層

41、次清晰的特點。(3) 柵格數(shù)據(jù)集柵格數(shù)據(jù)集用于管理具有相同空間參照系的一幅或多幅鑲嵌而成的柵格影像數(shù)據(jù)，物理上真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫存儲，適合管理Dem等空間連續(xù)分布、頻繁用于分析的柵格數(shù)據(jù)類型。由于物理上的無縫拼接，因此以柵格數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)的各種柵格數(shù)據(jù)空間分析具有速度快、精度較高的特點。(4) TIN數(shù)據(jù)集 包含一系列含有X,Y和Z坐標(biāo)的點集和由它們構(gòu)建的三角網(wǎng)集。相對柵格數(shù)據(jù)模型而言，TIN數(shù)據(jù)集提供了顯示、分析地表和其他表面模型的另外一種數(shù)據(jù)組織形式。類地理數(shù)據(jù)庫中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)組織形式是類，包括要素類、對象類、關(guān)系類、注記類、修飾類、動態(tài)類、幾何網(wǎng)絡(luò)和視圖。從用戶的觀點看，類是可命名的對象集

42、合，具有內(nèi)在的完整性和一致性，以目錄項為表現(xiàn)形式。存儲策略地理數(shù)據(jù)庫存儲和管理地理數(shù)據(jù)。MAPGISK9地理數(shù)據(jù)庫采取基于文件和基于商業(yè)數(shù)據(jù)庫兩種存儲策略。由于這兩種存儲策略支持相同的空間數(shù)據(jù)模型，因此在文件和數(shù)據(jù)庫之間能夠?qū)崿F(xiàn)無損的平滑的數(shù)據(jù)遷移；同時，兩種策略具有共同的平臺，這使得上層軟件不需要因為數(shù)據(jù)遷移而改變。地理數(shù)據(jù)庫層對象管理層數(shù)據(jù)存儲層數(shù)據(jù)管理層文件數(shù)據(jù)存儲驅(qū)動器文件數(shù)據(jù)管理器文件對象類、要素類、關(guān)系類、注記類等并發(fā)控制管理器管理器安全管理器地 理 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 器 接 口數(shù)據(jù)庫對象類、要素類、關(guān)系類、注記類等數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲驅(qū)動器器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理器文件系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)管理層

43、圖3-3 MAPGISK9存儲策略概念圖針對不同的應(yīng)用規(guī)模和應(yīng)用階段，給用戶提供了多種最佳的性價比和最大的投資收益率選擇方案。例如：n 應(yīng)用規(guī)模小的用戶、二次開發(fā)團(tuán)體、教學(xué)單位、數(shù)據(jù)累積規(guī)模較小的用戶都可選擇基于文件的存儲策略，以節(jié)省昂貴的商業(yè)數(shù)據(jù)庫費用；n 大型、超大型應(yīng)用可選擇基于商業(yè)數(shù)據(jù)庫的存儲策略；n 分多個階段進(jìn)行開發(fā)的應(yīng)用，在前期階段，數(shù)據(jù)規(guī)模較小，用戶不多，在后期階段數(shù)據(jù)規(guī)模大，用戶多，則可先采用文件存儲策略，再購買適當(dāng)許可數(shù)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器設(shè)備、以后根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)模和業(yè)務(wù)情況再增加數(shù)據(jù)庫許可數(shù)和服務(wù)器等軟硬件設(shè)備。這不僅提高了用戶的資金利用率，而且在軟硬件性能迅速提高，價格江河

44、日下的今天，讓用戶享受到多重好處。MAPGISK9數(shù)據(jù)存儲策略如圖3-3所示，虛框部分是一個針對空間數(shù)據(jù)管理內(nèi)建的中小型數(shù)據(jù)庫。（2）分布式數(shù)據(jù)管理方案MAPGISK9的分布式數(shù)據(jù)管理體系是采取“縱向多級、橫向網(wǎng)格” 的組網(wǎng)方案，如圖3-4所示，在級與級之間，節(jié)點與節(jié)點之間的連接是采用一種“松耦合”方式?！八神詈稀狈绞绞腔ミB網(wǎng)的最佳耦合方式，它受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響最小。分布式數(shù)據(jù)的存取操作采取面向“服務(wù)”方式進(jìn)行，就是把“進(jìn)行數(shù)據(jù)存取操作”變?yōu)椤罢埱髷?shù)據(jù)存取服務(wù)”，“數(shù)據(jù)存取服務(wù)”是所有“服務(wù)”的特例，充分體現(xiàn)“面向服務(wù)”的最新設(shè)計思想。MAPGISK9分布式數(shù)據(jù)管理的面向“地理實體”的增量式訂閱和

45、發(fā)布技術(shù)有效地支持分布式數(shù)據(jù)的增量更新與同步。由于采用面向“服務(wù)”設(shè)計思想和面向“地理實體”的數(shù)據(jù)模型相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫面向“記錄”的增量式訂閱和發(fā)布只能用于“同構(gòu)數(shù)據(jù)庫”的缺點，使網(wǎng)格節(jié)點之間、父節(jié)點與子節(jié)點之間，因不同操作系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)庫平臺、不同數(shù)據(jù)大小而產(chǎn)生的“異構(gòu)數(shù)據(jù)庫”可實現(xiàn)增量更新與同步?？臻g數(shù)據(jù)的增量更新與同步解決了“海量空間數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上調(diào)用速度問題”。 MAPGISK9分布式數(shù)據(jù)管理是跨平臺的，按照“面向服務(wù)”的思想，每個節(jié)點上的數(shù)據(jù)“管理者”必須提供“服務(wù)”，在“誰管數(shù)據(jù)誰提供服務(wù)”的原則基礎(chǔ)下，可解決網(wǎng)格節(jié)點之間、父節(jié)點與子節(jié)點之間、不同平臺不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)

46、不通問題，因為從用戶角度來說，它不考慮數(shù)據(jù)只要服務(wù)。因此，管理數(shù)據(jù)的軟件必須提供數(shù)據(jù)服務(wù)，“應(yīng)用端請求服務(wù)而不是直接操作數(shù)據(jù)”；“服務(wù)端提供服務(wù)而不是提供數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)”。各個站點管理數(shù)據(jù)的軟件、提供應(yīng)用服務(wù)功能的軟件都可以由不同的廠商提供。 圖3-4 MAPGISK9分布式數(shù)據(jù)管理原理圖2、 空間數(shù)據(jù)庫引擎MAPGIS-SDE是中地公司開發(fā)的海量空間數(shù)據(jù)庫引擎，使大型商用數(shù)據(jù)庫（如：Oracle、SQL Server、DB2、Informix、DM4、SyBase）能有效地存貯管理空間數(shù)據(jù)。MAPGIS-SDE達(dá)到TB級的空間數(shù)存貯與處理能力（單個物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計容量可達(dá)32TB，實體數(shù)設(shè)計長度

47、為64位）；企業(yè)服務(wù)器集群的設(shè)計架構(gòu)使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量不受限制；增量復(fù)制的多級服務(wù)器機(jī)制提高了用戶訪問海量空間數(shù)據(jù)的效率； MAPGIS-SDE是MAPGIS地理數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，空間數(shù)據(jù)庫引擎負(fù)責(zé)處理空間數(shù)據(jù)模型與關(guān)系數(shù)據(jù)模型之間的映射，地理數(shù)據(jù)庫則在空間數(shù)據(jù)庫引擎的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對象分類、子類型、關(guān)系、定義域、有效性規(guī)則等語義的表達(dá)，實現(xiàn)面向?qū)嶓w的空間數(shù)據(jù)模型。（1）體系結(jié)構(gòu)MAPGIS-SDE是一個界于RDBMS和地理數(shù)據(jù)庫之間的中間件，其作用是使關(guān)系數(shù)據(jù)庫能存儲、管理和快速檢索空間數(shù)據(jù)。其體系結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3-5 MAPGIS-SDE 體系結(jié)構(gòu)SDE 接口SDE客戶端SQLDBMSSDE服務(wù)

48、器SQL地理數(shù)據(jù)庫CS（2）引擎機(jī)制MAPGIS-SDE分服務(wù)器端和客戶端，服務(wù)器端位于RDBMS之上，為客戶提供空間數(shù)據(jù)的查詢和分析服務(wù)。MAPGIS-SDE客戶端是應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，為上層應(yīng)用軟件提供SDE接口，客戶端對SDE所有功能的調(diào)用都是通過這個接口來完成，SDE接口提供給用戶標(biāo)準(zhǔn)的空間查詢和分析函數(shù)。MAPGIS-SDE服務(wù)器執(zhí)行客戶端的請求，將客戶端按照空間數(shù)據(jù)模型提出的請求轉(zhuǎn)換成SQL請求，在服務(wù)器端執(zhí)行所有空間搜索和數(shù)據(jù)提取工作，將滿足空間和屬性搜索條件的數(shù)據(jù)在服務(wù)器端緩沖存放并發(fā)回到客戶端。在某些特殊應(yīng)用中，客戶端可以直接訪問空間數(shù)據(jù)庫，而不需要在服務(wù)器端安裝SDE服務(wù)器，由

49、SDE客戶端直接把空間請求轉(zhuǎn)換成SQL命令發(fā)送到RDBMS上，并解釋返回的數(shù)據(jù)，這種客戶端具備SDE服務(wù)器的大部分功能，是一種胖客戶，但效率較高。（3）接口技術(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)層是空間數(shù)據(jù)存儲和提供空間數(shù)據(jù)服務(wù)的核心，因此空間數(shù)據(jù)服務(wù)層接口的一致性和數(shù)據(jù)服務(wù)層對商業(yè)數(shù)據(jù)庫的訪問效率是數(shù)據(jù)服務(wù)層實現(xiàn)策略中的核心問題。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)層的跨平臺性以及對所有不同類型的客戶的調(diào)用（請求空間數(shù)據(jù)服務(wù)的方式）一致性，SDE對所有的數(shù)據(jù)服務(wù)層客戶（應(yīng)用服務(wù)器，Web服務(wù)器，表示層的胖客戶和瘦客戶等）提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口。為了提供高效的空間數(shù)據(jù)服務(wù)，針對不同類型的商業(yè)數(shù)據(jù)庫，MAPGIS-SDE采用訪問效率最高的數(shù)據(jù)

50、庫訪問接口，具體接口技術(shù)參見下表：表31 商用數(shù)據(jù)庫接口選擇表商業(yè)數(shù)據(jù)庫類型SDE與DBMS接口技術(shù)MS SQL SERVERODBC，ADO,ORACLEODBC，OCI，OO4O，JDBCIBM DB2CLI，OLE DB，JDBCSYBASEODBC，OLE DBINFORMIXODBC，OLE DBDM4ODBC，JDBC其他數(shù)據(jù)庫ODBC，OLEDB采用以上數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)實現(xiàn)的SDE，既可以和對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)物理地部署在同一臺服務(wù)器上，也可以分開部署在兩臺服務(wù)器上，這樣可以減輕數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載。如圖36所示。SDEDBMSSDEDBMS圖36. SDE與RDBMS的部署關(guān)系圖（

51、4）空間索引空間索引是地理數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)之一，是快速、高效的查詢、檢索和顯示地理空間數(shù)據(jù)的重要指標(biāo)，它的優(yōu)劣直接影響地理數(shù)據(jù)庫和GIS系統(tǒng)的整體性能。常見的空間索引技術(shù)包括外接矩形范圍索引、R樹索引、格網(wǎng)索引、四叉樹索引等。MAPGISK9支持外接矩形范圍索引和R樹索引，自主開發(fā)索引分割格網(wǎng)索引技術(shù)、空間編碼四叉樹編碼索引，并能夠根據(jù)索引數(shù)據(jù)量的大小，利用相同或不同的索引技術(shù)建立多級索引。多級索引是將多個不同或相同的索引方法組合使用，對單級索引空間或者空間范圍進(jìn)行多級劃分，解決超大型數(shù)據(jù)量的GIS系統(tǒng)檢索、分析、顯示的效率問題。多級索引由于其多級的結(jié)構(gòu)特性，往往可以很好地利用計算機(jī)硬件資源的

52、并行工作特性，如多CPU，磁盤陣列等，來提高檢索的效率。多級索引有效地避免了海量數(shù)據(jù)索引情況下由于單個索引表記錄數(shù)過多造成檢索性能急劇下降的問題。3、 時空數(shù)據(jù)管理（1）常用方法有效地存儲和管理時態(tài)數(shù)據(jù)，是建立時態(tài)空間數(shù)據(jù)庫的第一步，目前較有代表性的時空數(shù)據(jù)的組織方法有以下三種：(1) 時間作為新的一維這是在概念上最直觀的方法，該方法把時間作為信息空間中新的一維。主要有兩種表示方式：一是使用三維的地理矩陣，以位置、屬性和時間分別作為矩陣的行、列和高；二是與四叉樹、八叉樹類似，用16叉樹表示時間空間模型。因為目標(biāo)的空間和屬性的變化總是局部的，所以這種表示法數(shù)據(jù)冗余度極大。(2) 基態(tài)修正法不存儲

53、研究區(qū)域中每個狀態(tài)的全部信息，只存儲某個時刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)（稱為基態(tài)），以及相對于基態(tài)的變化量?！盎鶓B(tài)修正法”可使時態(tài)數(shù)據(jù)量大大減小。在基態(tài)修正法中，一般把歷史上某個歷史事件后的狀態(tài)作為“基態(tài)”，把用戶最關(guān)注的“現(xiàn)在”狀態(tài)，即系統(tǒng)最后一次更新的數(shù)據(jù)狀態(tài)，作為“現(xiàn)狀”。(3) 時空復(fù)合法將空間分割為具有相同的時空過程的最大單元，稱為時空單元，每個時空單元在存儲方法上被看成靜態(tài)的空間單元，而該時空單元中的時空過程則作為屬性來存儲。（2）基本原理MAPGISK9將現(xiàn)勢性數(shù)據(jù)稱為“現(xiàn)狀”，“現(xiàn)狀”以前的數(shù)據(jù)稱為“歷史”，對時態(tài)數(shù)據(jù)的管理就是對歷史數(shù)據(jù)的管理。MAPGISK9歷史數(shù)據(jù)管理采用“元組級基態(tài)修正

54、法”，該方法是在基態(tài)修正法的基礎(chǔ)上改良得到的，具有以下特點：(1) 歷史數(shù)據(jù)記錄的粒度可達(dá)元組級：歷史數(shù)據(jù)的粒度可分為數(shù)據(jù)集、空間實體、元組、字段這四個級別，粒度越小，歷史數(shù)據(jù)的冗余也越小，但實現(xiàn)的技術(shù)難度越大，歷史數(shù)據(jù)管理成本（如歷史數(shù)據(jù)索引）也越大。MAPGIS歷史數(shù)據(jù)管理建立在元組級，既能夠有效控制和減少歷史數(shù)據(jù)的冗余，又不會使歷史數(shù)據(jù)管理太難。在MAPGIS中，空間實體信息由多個元組構(gòu)成，歷史數(shù)據(jù)可記錄各個元組的歷史變化。如行政界線實體信息由“空間坐標(biāo)信息”、“界線屬性信息”、“界線圖示化信息”、“界線多媒體信息”這四個元組構(gòu)成，當(dāng)某條界線坐標(biāo)變更后，只保存該界線的“空間坐標(biāo)信息”的歷史數(shù)據(jù)，其余三組信息保持不變。(2) 基態(tài)+增量修正法：MAPGIS歷史數(shù)據(jù)是元組級的歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)只記錄發(fā)生變化的元組的歷史數(shù)據(jù)，對空間數(shù)據(jù)集而言，是局部增量。MAPGIS在初始時刻記錄完整的歷史數(shù)據(jù)集，通過初始狀態(tài)和元組集歷史數(shù)據(jù)正向推演出任意歷史時刻的數(shù)據(jù)集。完整的歷史數(shù)據(jù)集是數(shù)據(jù)集在某一歷史時刻的快照，為了不使任意時刻數(shù)據(jù)狀態(tài)的推演過程太長，MAPGIS在歷史數(shù)據(jù)記錄累計到一定程度時，自動建立一個數(shù)據(jù)快照。過程如圖3-7。t 修改，事件1：第1次變更結(jié)束修改1修改2添加，現(xiàn)狀修改，事件2：第2次變更結(jié)束快照1快照0圖3-7 MAPGIS歷史數(shù)據(jù)管理原理圖(3) 單個實體歷史演變