新型的GIS數(shù)據(jù)庫_GeoDatabase_圖文

1、2000年 12月 廣西師院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 Dec. 2000第 17卷第 4期 JOURNA L OF ANGXI T eachers College (N atural Science Edition V ol. 17N o. 4文章編號 :1002-8743(2000 04-0065-05新型的 GIS 數(shù)據(jù)庫 G eoDatabase余應(yīng)剛 包世泰 3(廣西師院地理信息系 摘 要 :,中已成為可能 。 ESRI 公司的 G , 對未來的 GIS關(guān)鍵詞 :; ; 對象72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A引 言GIS (地理信息系統(tǒng) 是由計(jì)算機(jī)硬件 、 軟件 、 地理空間數(shù)據(jù)和管理人員共同組成的集合

2、 , 以有效地獲 取 、 存儲 、 更新 、 管理 、 分析和顯示各種與空間有關(guān)的信息 。由此可見 , GIS 對地理數(shù)據(jù) (信息 的處理在整 個(gè) GIS 中占有非常重要的地位 。 現(xiàn)有的 GIS 將地理數(shù)據(jù)劃分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類型 。這種劃分的好處是可以借用已有的數(shù)據(jù)庫 (通常是關(guān)系數(shù)據(jù)庫 技術(shù)來管理用戶的屬性數(shù)據(jù) , 使屬性數(shù)據(jù)得到了高效 、 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫技術(shù)的管理 。 與此同時(shí) , 也使得 GIS 人員在開發(fā)應(yīng)用軟件時(shí)將重點(diǎn)放在對空間數(shù)據(jù) 的管理上 , 大大加快了地理信息系統(tǒng)的發(fā)展 。但是 , 將空間數(shù)據(jù)作為一個(gè)唯一的整體單獨(dú)存儲在二進(jìn)制文件中 , GIS 軟件對空間數(shù)據(jù)的處理也

3、就不 得不直接與一個(gè)個(gè)獨(dú)立的二進(jìn)制文件進(jìn)行對話 。 這不僅給 GIS 軟件開發(fā)人員帶來諸多難題 , 而且隨著信 息的全球化 , 也給共享地理數(shù)據(jù)帶來了極大的不便 。專家們聲稱 , 目前 GIS 應(yīng)用的總費(fèi)用中大約有 60% -80%花費(fèi)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換上 。 現(xiàn)在 , 隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的性能和功能的不斷提高 , 將所有的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù) 據(jù)直接存儲在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中已成為可能 , 并將帶來巨大的好處 。 將空間數(shù)據(jù)直接存儲在商業(yè)數(shù)據(jù)庫中 增強(qiáng)了 GIS 的數(shù)據(jù)管理 、 數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)服務(wù)等功能 , 使 GIS 能更快速有效地存儲 、 索引和顯示地理數(shù) 據(jù) 。 這樣一來 , 使空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都得到數(shù)據(jù)

4、庫技術(shù)的支持 , 因此必將提高地理數(shù)據(jù)的可共享性和地 理信息的可交互性 。 由此 , 產(chǎn)生了一種新型的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫 G eoDatabase 。1 G eoDatabase 簡介G eoDatabase 數(shù)據(jù)庫是 ESRI 公司在其商業(yè) GIS 軟件 ArcInfo8中推出的一種新型的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù) 庫 。 G eoDatabase 數(shù)據(jù)模型是繼 CAD 數(shù)據(jù)模型和 Coverage 數(shù)據(jù)模型后產(chǎn)生的第三代地理數(shù)據(jù)模型 。在 G eoDatabase 數(shù)據(jù)庫中融入了面向?qū)ο蟮暮诵募夹g(shù) , 如 :類 (Class 、 對象 (Object 、 封裝 (Encapsulation 、 繼 承

5、(Inheritance 和多態(tài) (Polymorphism 等思想和技術(shù) 。 G eoDatabase 數(shù)據(jù)模型的目的就是為了讓用戶能更 容易 、 更自然地表示 GIS 數(shù)據(jù)特征和更容易地建立特征之間的各種關(guān)系 。 G eoDatabase 給用戶提供了大量 的實(shí)體對象模型 (如河流 、 道路 、 建筑物等 , 讓用戶擺脫了抽象的點(diǎn) 、 線 、 面模型 , 使用戶的操作更加簡便和 接近現(xiàn)實(shí)世界 。 G eoDatabase 除了支持地理特征的一般行為外 , 還支持一些象 CAD 數(shù)據(jù)模型和 Coverage收稿日期 :2000-04-283作者為廣西師范學(xué)院地理系統(tǒng)專業(yè) 99研究生 。數(shù)據(jù)模

6、型所不能支持的特殊行為 。 例如 , 兩條河流交匯 , 河水流量相加的行為 (如圖 1所示 ; 在一定范圍 內(nèi)對某些行為的約束問題 , 如學(xué)校附近建酒店在法律上是不允許的 (如圖 2所示 。利用 G eoDatabase 來 實(shí)現(xiàn)對地理數(shù)據(jù)的存儲和管理將給我們帶來如下好處 。1 , 所以幾。2 用戶用更直覺的數(shù)據(jù)對象工作 。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì) , 一個(gè) G eoDatabase 包含有符合用戶數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)對象 。 用戶用他們感興趣的對象進(jìn)行工作 , 例如電線 、 道路和湖泊 , 從而替代了通用的點(diǎn) 、 線 、 面 。3 特征具有了一個(gè)更豐富的上下文 。由于有拓樸關(guān)聯(lián) 、 空間表示和一般關(guān)系等原因

7、 , 不但要定義特征的特性 , 而且還要有與其他特征相關(guān)的上下文 。這樣 , 當(dāng)其中一個(gè)特征被移動(dòng) 、 修改或刪除時(shí) , 有助于說明整個(gè)特征集到底發(fā)生了什么 。也可借助這個(gè)上下文找出或檢查與之相關(guān)聯(lián)的另外一個(gè)特征 。4 能制作更好的地圖 。能更多的控制特征的繪制 , 也能增加智能的繪圖行為 。 能把復(fù)雜的繪圖方法直接應(yīng)用到 ArcInfo 的繪圖應(yīng)用程序中 , 而且通過編寫軟件代碼還能執(zhí)行高度專業(yè)化的繪圖方法 。5 在地圖上顯示的特征是動(dòng)態(tài)的 。當(dāng)在 ArcInfo 中對特征進(jìn)行處理時(shí) , 這些特征能對鄰接特征的改 變做出相應(yīng)的反應(yīng) 。 你也能使特征與定制的查詢或分析工具發(fā)生聯(lián)系 。6 定義了

8、更好的特征外形 。 G eoDatabase 數(shù)據(jù)模型用直線 、 圓弧 、 橢圓弧和貝齊而 (Bezier 曲線來定義 特征的外形 。7 特征組是連續(xù)的 。 通過設(shè)計(jì) , G eoDatabase 數(shù)據(jù)模型能容納非常巨大的特征組而不需要其他的空間 分區(qū)或塊 (tiles 。8 許多用戶能同時(shí)編輯地理數(shù)據(jù) 。 G eoDatabase 數(shù)據(jù)模型支持許多人能在本地區(qū)域編輯特征 , 然后對 出現(xiàn)的任何差異進(jìn)行處理使之達(dá)成一致 。2 G eoDatabase 數(shù)據(jù)庫模型因?yàn)樵?G eoDatabase 采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù) , 所以為了能很好的描述 G eoDatabase 數(shù)據(jù)庫模型 , 在此用 了標(biāo)

9、準(zhǔn)建模語言 UML (Unified Modeling Language 。用 UML 描述 G eoDatabase 數(shù)據(jù)庫模型的具體類圖 詳見圖 3, 圖中用到的 UML 元語見表 1。66 廣 西 師 院 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 第 17卷表 1 UML 元語說明表 通過讀圖可知 , 在 G 是最高級別的地理數(shù)據(jù)單元 , 所有的地理數(shù)據(jù) 總和可以由一個(gè) G 組成 。 一個(gè) G eoDatabase 又由多個(gè)抽象的數(shù)據(jù)集 (datasets 組 成 。 , 即 :Tin 數(shù)據(jù)集 、 柵格數(shù)據(jù)集 、 特征數(shù)據(jù)集和表 。其中的 Tin 數(shù) 據(jù)集 、 , 它們可以歸納為地理空間數(shù)據(jù) 。 而

10、表 對象則可以看作是地理屬性數(shù)據(jù) 。所謂 Tin (Triangulated irregular network 是指三角形不規(guī)則網(wǎng)絡(luò) , Tin 數(shù)據(jù)集是指用一套帶有 z 值的三角形來精確表示表面 , 其中具體的 z 值代表一種表面類型 。柵格數(shù)據(jù)集 是指存儲有不同光譜或分類值的多光譜帶的一個(gè)簡單數(shù)據(jù)集或一個(gè)復(fù)合數(shù)據(jù)集 。 特征數(shù)據(jù)集是指共享一 個(gè)公共坐標(biāo)系統(tǒng)的特征類集合 。 特征數(shù)據(jù)集又由幾何網(wǎng)絡(luò)和對象組成 。幾何網(wǎng)絡(luò)也叫做拓樸特征類 , 從 圖中可以看出它被綁定在一個(gè)圖里 , 而圖也是一套包含有一個(gè)完整拓樸單元的特征類的對象 。特征類還 可以泛化為點(diǎn)特征 、 線特征和面特征 。 數(shù)據(jù)集中

11、的另一類地理數(shù)據(jù) (屬性數(shù)據(jù) 表通過泛化可以得到 屬性關(guān)系類和對象類 。 屬性關(guān)系類是一個(gè)用來存儲兩個(gè)特征類或表中的特征與特征之間或?qū)ο笈c對象之 間的關(guān)聯(lián)的表 。 對象類則是用于關(guān)聯(lián)行為的表 。 對象類向下可泛化為特征類 , 并為特征類的行為制定了 相應(yīng)的約束機(jī)制 規(guī)則 ; 對象類向上跟幾何網(wǎng)絡(luò)組合成特征數(shù)據(jù)集 , 而它自身又是由表泛化得來 , 這就 把地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起了 。3 G eoDatabase 對地理數(shù)據(jù)表示的具體實(shí)現(xiàn)一個(gè) G eoDatabase 能容納四種地理數(shù)據(jù)表示 :表示特征的矢量數(shù)據(jù) , 表示圖像 、 柵格主題和表面的柵 格數(shù)據(jù) , 表示表面的 TIN ,

12、從一個(gè)地址中找到一個(gè)地理位置的定位器和地址 。 G eoDatabase 將所有的這些 地理數(shù)據(jù)表示存儲在一個(gè)商業(yè)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中 , 這就便于專業(yè)信息技術(shù)人員集中管理地理數(shù)據(jù) 。1 用矢量表示特征 。 世界上的許多特征 (特征是指對自然環(huán)境和人文環(huán)境中的常見物體的一種描 述 。都已經(jīng)有了很好的外形定義 。 矢量數(shù)據(jù)用一組帶有關(guān)聯(lián)屬性的有序坐標(biāo)精確簡潔地表示了這些特征 外形 。 這種表示支持幾何運(yùn)算 , 例如 :計(jì)算長度和面積 , 識別重疊和交叉 , 找到相鄰的或附近的其他的特征 。矢量數(shù)據(jù)可以用維數(shù)進(jìn)行分類 :a.點(diǎn)是零維的 , 它表示地理特征太小而不能用線或面來描述 。 點(diǎn)是用單個(gè) x ,y

13、 坐標(biāo)值來存儲的 。 b. 線是一維的 , 它表示地理特征太狹窄而不能用面來描述 。 線是用一組有序的 x ,y 坐標(biāo)值來存儲的 。一條線段可以是直的 、 圓的 、 橢圓的或曲線的 。 c. 面是二維的 , 它表示寬闊的地理特征 。面用一組圍繞面的線段來存儲 , 這些線段構(gòu)成一個(gè)封閉的面 。 另外一種矢量數(shù)據(jù)類型是標(biāo)注 。這些標(biāo)注是用于顯示相關(guān)特征的名字和屬性的描述性符號 。在 G eoDatabase 中 , 矢量數(shù)據(jù)有一個(gè)利用維數(shù)和關(guān)系直接存儲特征的結(jié)構(gòu) , 特征數(shù)據(jù)集 (datasets , 如76 第 4期 余應(yīng)剛 包世泰 :新型的 GIS 數(shù)據(jù)庫 G eoDatabase 圖 4所示

14、 。 一個(gè)特征數(shù)據(jù)集是存儲空間實(shí)體 (特征 、 非空間實(shí)體 (對象 和它們之間的關(guān)系的容器 。拓樸 關(guān)系用幾何網(wǎng)絡(luò)和平面圖表示 。 G eoDatabase 也存儲一些有效的規(guī)則和域 , 當(dāng)特征被創(chuàng)建或更新時(shí)用來確 保它們的屬性在與它們相關(guān)聯(lián)的特征和對象的上下文中繼續(xù)有效 。2 用柵格 (raster 表示網(wǎng)格化 (gridded 數(shù)據(jù) 。收集在 G eo 2Database 中的許多數(shù)據(jù)都是柵格型的 , 這是因?yàn)閿z影機(jī)和成象系統(tǒng)是以象素值的形式將數(shù)據(jù)記錄在二維的網(wǎng)格 (grid 或光柵中的 。象素是組成柵格的基本單元 , 它的值能描述多種數(shù)據(jù) 。 部分光譜存儲光的反射 , 為圖象存儲顏色值

15、, 如 :植物類型 , 或表面值 , 或海拔高度 。3 用 TIN 表示表面 。一個(gè) TIN 示 。 G eoDatabase 在存儲 TINs , 如 :計(jì)算表; 在一個(gè)觀測點(diǎn)能看到表面的哪些區(qū)域 ; ; (如 :山脈 、河流和山峰 。 TIN 還能描述自然地形的起伏 。 4 用定位器 (locator 查找地址 。 或許最平凡的地理工作就是通過地址定位一個(gè)地方了 。在公司和代 理數(shù)據(jù)庫中有許多與地址相關(guān)的記錄 , 這些地址能被 G eoDatabase 定位 , 因?yàn)?G eoDatabase 能存儲定位器 和地址 。 定位器是一種利用全國郵政協(xié)定將一個(gè)地址轉(zhuǎn)換成地理位置的方法 。 你可以

16、找到任意這些點(diǎn)在 地圖上相對應(yīng)的點(diǎn)特征 。4 G eoDatabase 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(1 G eoDatabase 對 GIS 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的完善與標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫相比 , G eoDatabase 簡化了地理數(shù)據(jù)建模的工作 , 因?yàn)樗杏糜诮５乩硇?息的通用模型 。 G eoDatabase 是怎樣擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫的 ?1 G eoDatabase 能用四種方式表示地理數(shù)據(jù) :用矢量特征建模離散對象 , 用柵格特征建模連續(xù)對象 , 用TIN 建模表面 , 用定位器和地址建模位置索引 。2 G eoDatabase 存儲特征外形 ,ArcInfo 還提供了執(zhí)行空間操作的函數(shù) , 如 : 查找對象之

17、間是間隔的 、 接觸的或交叉的 。 G eoDatabase 為定義和管理一套數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)系統(tǒng)提供了一個(gè)框架 。3 G eoDatabase 能拓樸地建模一套完整的特征 , 例如運(yùn)輸或公用網(wǎng)絡(luò) , 以及基于自然資源或土地所有權(quán)的土地細(xì)分 。 除了清楚的拓樸關(guān)系和固有的空間關(guān)系外 , G eoDatabase 還能定義對象和特征之間的常規(guī)的和任意的關(guān)系 。4 G eoDatabase 通過域和檢查規(guī)則強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)了對象屬性的整體約束性 。5 G eoDatabase 將自然的特征行為綁定在存儲特征的表里 。6 G eoDatabase 支持多種版本以便于現(xiàn)在的許多用戶能編輯和索引同樣的數(shù)據(jù) 。此外

18、 , G eoDatabase 還同時(shí)支持兩個(gè)視圖 , 即 :對象視圖和關(guān)系視圖 。 這樣就綜合了對象視圖和關(guān)系視 圖兩者的優(yōu)點(diǎn) 。 對象視圖在 G eoDatabase 中占據(jù)主導(dǎo)地位 , 其目的是提供一個(gè)接近于邏輯數(shù)據(jù)模型的數(shù) 86 廣 西 師 院 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 第 17卷據(jù)模型 , 因而更接近于現(xiàn)實(shí) 。 關(guān)系視圖則用于一些 G eoDatabase 數(shù)據(jù)的常規(guī)處理 , 它表示的是一些簡單地 理對象的特征 。 對象視圖和關(guān)系視圖的具體對應(yīng)關(guān)系如圖 6所示 。(2 G eoDatabase 的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì) G eoDatabase 與設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的差別并不是很大 , 主要的區(qū)別是考慮怎樣將邏輯數(shù)據(jù)模型組件匹配到 G eoDatabase 組件中 。 由于G eoDatabase 具有特征數(shù)據(jù)集 、 特征類 、 拓樸組合 、 關(guān)系及其它組件 , 所以設(shè)計(jì)地理數(shù)據(jù)庫時(shí)更接近于它們的邏輯數(shù)據(jù)模型 。 G eoDatabase 設(shè)計(jì)的具體步驟如下 (如圖 7所示 :1 建立用戶數(shù)據(jù)視圖模型 ,2 。3 選擇地理表示 。在矢量 、 柵格 、 表面或定位器等表示中找出一種對有興趣的數(shù)據(jù)的最佳表示 。4 匹配 G eoDatabase 組件 。 將邏輯數(shù)據(jù)模型的對象匹配到 G eoDatabase 組件中 。5 組織 G eoDatabase 的結(jié)構(gòu) 。 在考慮幾何組織