面向?qū)ο蠹夹g(shù)在G1S數(shù)據(jù)建模中的應(yīng)用-GeoDatabase

1、面向?qū)ο蠹夹g(shù)在G1S數(shù)據(jù)建模中的應(yīng)用GeoDatabase摘要本文以ESRI公司的ArInf8中的Gedatabase為例，詳細(xì)介紹了面向?qū)ο蠹夹g(shù)GIS數(shù)據(jù)建摸中的詳細(xì)應(yīng)用，說明了面向?qū)ο蠹夹g(shù)在GIS數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)管理中所起的重要作用，并為面向?qū)ο蠹夹g(shù)在GIS中的進(jìn)一步應(yīng)用提供借鑒和參考。關(guān)鍵詞GeDatabase；數(shù)據(jù)模型；地理特征；面向?qū)ο蠹夹g(shù)隨隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)bjetrientedTehnlgy的不斷開展成熟并廣為流行，將其應(yīng)用到GIS技術(shù)中已是一種必然的趨勢，并將帶來GIS技術(shù)的重大進(jìn)步。1地理信息系統(tǒng)GIS)及其數(shù)據(jù)特征隨GIS是由計算機(jī)硬件、軟件、地理空間數(shù)據(jù)和管理人員共同組成的集

2、合，用以有效地獲娶存儲、更新、管理、分析和顯示各種與空間有關(guān)的信息?，F(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，這種劃分有助于借用已有的數(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，也使得GIS人員在開發(fā)應(yīng)用軟件時將重點(diǎn)放在了對空間數(shù)據(jù)的管理上。但要使GIS開發(fā)人員能更方便有效地處理空間數(shù)據(jù)，就必需要有好的數(shù)據(jù)模型來表示地理數(shù)據(jù)。隨GIS的技術(shù)目的是為了更好地利用地球資源和管理人造環(huán)境而給用戶提供決策支持的空間框架。GIS大多用圖形和符號表示信息，還能通過交互式影像地圖交流信息，例如你可以索引一個特征的所有屬性，可以通過網(wǎng)絡(luò)建立一個點(diǎn)與其它

3、相關(guān)點(diǎn)的事物清單，也可以做如水流、污染擴(kuò)散等模擬測量，這些信息的顯示和分析都依賴于怎樣從現(xiàn)實(shí)世界中建模地理特征。隨地理數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象，并利用一系列數(shù)據(jù)對象來支持地圖的顯示、查詢、編輯和分析。一個地理數(shù)據(jù)模型的優(yōu)劣，取決于其對地理特征的表示是否充分，其自身構(gòu)造是否簡單易讀，以及是否能方便地利用詳細(xì)的編程語言來實(shí)現(xiàn)。2傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型對地理數(shù)據(jù)支持的缺乏隨在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型產(chǎn)生之前，伴隨著GIS技術(shù)的不斷開展已經(jīng)產(chǎn)生了兩代GIS數(shù)據(jù)模型，即：AD數(shù)據(jù)模型和verage數(shù)據(jù)模型。2.1AD數(shù)據(jù)模型隨AD數(shù)據(jù)模型起源于六七十年代，由于受當(dāng)時軟硬件條件所限制，地圖制圖精度都不很高。在這一時期

4、，地圖主要是通過一些通用的AD計算機(jī)輔助設(shè)計軟件繪制出來的。AD數(shù)據(jù)模型通過點(diǎn)、線、面將地理數(shù)據(jù)存儲在二進(jìn)制格式的文件中，缺乏屬性信息。由于AD數(shù)據(jù)模型缺乏對屬性數(shù)據(jù)的支持，且空間數(shù)據(jù)不是存儲在數(shù)據(jù)庫中，所以給GIS軟件開發(fā)和GIS數(shù)據(jù)共享都帶來了難度。2.2verage數(shù)據(jù)模型隨1981年ESRI公司推出了它的第一個商用GIS軟件-ArInf，由此產(chǎn)生了第二代地理數(shù)據(jù)模型-verage數(shù)據(jù)模型又稱地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型。verage數(shù)據(jù)模型對GIS數(shù)據(jù)特征的表示有了較大的改良：首先它支持屬性數(shù)據(jù)，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合在一起；其次它還存儲矢量數(shù)據(jù)的拓樸關(guān)系；更重要的是，它支持用戶自己定制的

5、特征表，因此verage數(shù)據(jù)模型進(jìn)步了GIS的地理分析才能和數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性。但也有其缺乏：在verage數(shù)據(jù)模型中，空間數(shù)據(jù)和特征屬性數(shù)據(jù)是分開存儲的?？臻g數(shù)據(jù)作為一個整體被存儲在二進(jìn)制文件中，特征屬性數(shù)據(jù)那么用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來存儲管理；其次，verage也是用常用的點(diǎn)、線和多邊形p1ygn來表示特征，對特征的表示不很充分。比方，用一條線表示道路的行為和用一條線表示河流的行為是一樣的。它也不支持水流、道路和其它一些現(xiàn)實(shí)世界對象的特殊行為。比方，兩條河流文匯后，其文匯點(diǎn)以下的河流流量應(yīng)該是它們各自流量的總和。3解決思路之一面向?qū)ο蠹夹g(shù)隨面向?qū)ο蠹夹g(shù)bjet一rientedTehnlgy的思想萌芽于

6、60年代，到80年代初，以SallTalk一80語言為代表逐漸開展成熟，并在90年代大范圍流行開來，在計算機(jī)用戶界面、人工智能、軟件工程等很多領(lǐng)域獲得了極大的成功，把面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)建模方法應(yīng)用于表示GIS數(shù)據(jù)特征是非常有用的。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型通過定義用戶自己的對象類型，定義拓樸的、空間的和全局的聯(lián)絡(luò)，以及獲取這些對象互相之間的關(guān)系等方法使用戶能更自然的描繪特征。結(jié)合面向?qū)ο罄碚摰淖陨硖匦裕湓贕IS數(shù)據(jù)模型中主要有以下幾個方面的應(yīng)用。3.1類lass和對象bjet隨現(xiàn)實(shí)世界中都是把很多物體當(dāng)作整體來對待的，在GIS應(yīng)用中也應(yīng)該采用這種思想。在GIS數(shù)據(jù)建模和其他類似的領(lǐng)域中，也應(yīng)當(dāng)將對應(yīng)于現(xiàn)

7、實(shí)世界的各種實(shí)體抽象成對象，當(dāng)作整體來處理；對象與對象之間可以交互；具有共同屬性的多個對象抽象為類，對象可以保存自己的狀態(tài)屬性。由于對象與現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體對應(yīng)，從而加強(qiáng)了GIS數(shù)據(jù)模型的易理解性、可讀性和可維護(hù)性。3.2封裝Enapsulati隨對象的所有信息被隱藏封裝起來；對象提供的一些效勞，由外界通過向它發(fā)送消息來實(shí)現(xiàn)。GIS在使用數(shù)據(jù)對象時隱藏了數(shù)據(jù)對象內(nèi)部的細(xì)節(jié)，只提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的程序接口。通過對對象狀態(tài)的隱藏，增強(qiáng)了GIS數(shù)據(jù)模型的穩(wěn)固性和可維護(hù)性。33繼承Inheritane隨繼承是指在定義一個對象類時能包含別的對象類的行為，并具有自己的擴(kuò)增行為。對象可以繼承父類的方法，亦即效勞。在

8、GIS數(shù)據(jù)應(yīng)用中，你可以在創(chuàng)立自己定義的特征類型時繼承到標(biāo)準(zhǔn)特征的行為。例如，一個轉(zhuǎn)換對象可以從一個標(biāo)準(zhǔn)的GIS數(shù)據(jù)特征類中擴(kuò)展得到。34多態(tài)P1yrphis隨多態(tài)是指同一行為方法或函數(shù)可應(yīng)用于許多不同的類，而每一類那么以其獨(dú)有的方式來執(zhí)行此方法。例如，GIS數(shù)據(jù)特征的核心行為如繪圖、增加或刪除等操作，不管是在GeDatabase中還是在verage中，或是在形狀文件shapefile中，它們都幾乎是一樣的。但在詳細(xì)實(shí)現(xiàn)時，各自的類須作相應(yīng)的必要改變以進(jìn)展詳細(xì)的繪圖、增加或刪除等操作。通過繼承和多態(tài)，大大增強(qiáng)了GIS數(shù)據(jù)模型的可重用性，進(jìn)而增加了GIS數(shù)據(jù)的可交互性和可共享性。4面向?qū)ο蠹夹g(shù)在

9、GIS中的應(yīng)用實(shí)例GeDatabaSe隨GeDatabase數(shù)據(jù)模型是ESRI公司在Arinf中推出的一種新型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，即第三代數(shù)據(jù)模型。具目的是為了讓用戶能更容易、更自然地表示GIS數(shù)據(jù)特征和更易建立特征之間的各種關(guān)系。GeDatabase給用戶提供了大量的實(shí)體對象模型如河流、道路、建筑等，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。GeDatabase除支持地理特征的一般行為外，還支持一些象AD數(shù)據(jù)模型和verage數(shù)據(jù)模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

10、允許的如圖2所示。41GeDatabase數(shù)據(jù)模型便于GIS數(shù)據(jù)處理隨1、數(shù)據(jù)錄入和編輯更加準(zhǔn)確由于對數(shù)據(jù)的錄入和編輯大多數(shù)能被智能的檢測行為所保護(hù)，所以過失甚少。隨2)、用戶用更直黨的數(shù)據(jù)對象工作通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，一個GeDatabase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)展工作，例如電線、道路和湖泊，從而替代了通用的點(diǎn)、線、面。隨3、特征具有了一個更字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，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)其中一個特征彼挪動、修改或刪除時，有助于說明整個特征集到底發(fā)生了什么。也可惜助這個上下文找出或檢查與之相關(guān)

11、聯(lián)的另外一個特征。隨4)、能制作更好的地圖能更多地控制繪制特征，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Arlnf的繪圖應(yīng)用程序中。通過編寫軟件代碼還能執(zhí)行高度專業(yè)化的繪圖方法。隨5、在地圖上顯示的特征是動態(tài)的當(dāng)你在ArInf中對特征進(jìn)展處理時，這些特征能對鄰接特征的改變做出相應(yīng)的反響。你也能使特征與定制的查詢或分析工具發(fā)生聯(lián)絡(luò)。隨6、定義了更好的特征外形GeDatabase數(shù)據(jù)模型用直線、圓虎橢圓弧和貝齊而Bezier曲線來定義特征的外形。隨7、特征組是連續(xù)的通過設(shè)計，GerDatabase數(shù)據(jù)模型能包容非常宏大的特征組而不需要其他的空間分區(qū)或塊(tiles。隨8、許多用戶能同時

12、編輯地理數(shù)據(jù)GeDatabase數(shù)據(jù)模型支持許多人能在本地區(qū)域編輯特征，然后將出現(xiàn)的任何差異處理成一致。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4.2GeDatabaSe對GIS信息存儲的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)隨一個GeDatabase能包容四種地理數(shù)據(jù)表示：表示特征的矢量數(shù)據(jù)，表示圖像、柵格主題數(shù)據(jù)和外表的柵格數(shù)據(jù)，表示外表的TIN三角形不規(guī)那么網(wǎng)絡(luò)，從一個地址中找到一個地理位置的定位器和地址。GeDatabase將所有的這些地理數(shù)據(jù)表示存儲在一個商業(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)，也讓Arlnf保持與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的開展同步。隨1、用矢量表示特征世界上的許多特征都已經(jīng)有了很好的外形定義。矢量數(shù)據(jù)用一

13、組帶有關(guān)聯(lián)屬性的有序坐標(biāo)準(zhǔn)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：計算長度和面積，識別重疊和穿插，找到相鄰的或附近的其他的特征等。隨矢量數(shù)據(jù)可以用維數(shù)進(jìn)展分類：a.點(diǎn)是零維的，它表示大小而不能用線或面來描繪的地理特征，用單個調(diào)x,y坐標(biāo)值來存儲；b線是一維的，它表示太狹窄而不能用面來描繪的地理特征，用一組有序的調(diào)x，y坐標(biāo)值來存儲。其形態(tài)可以是直的、圓的、橢圓的或曲線；.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)成一個封閉的面。另外一種矢量數(shù)據(jù)類型是標(biāo)注，它用于顯示相關(guān)特征的名字和屬性的描繪性符號。隨在GeDatabase中，特征數(shù)據(jù)集datase

14、ts是矢量數(shù)據(jù)利用維數(shù)和關(guān)系直接存儲特征的構(gòu)造。一個特征數(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。GeDatabase也存儲一些有效的規(guī)那么和域，當(dāng)特征被創(chuàng)立或更新時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。隨2、用柵格raster表示網(wǎng)格化gridded數(shù)據(jù)搜集在GeDatabase中的許多數(shù)據(jù)都是柵格型的、這是因為攝影機(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或光棚中的。象素是組成柵格的根本單元，它的值能描繪多種數(shù)據(jù)。象素可以為一局部光譜存儲光的反射，為圖象存儲顏色值，以及存儲主要屬性，比方：植物類

15、型，或外表值，或海拔高度等。隨3、用TIN表示外表一個TIN就是一個外表模型。GeDatabase在存儲TIN時將其作為一個帶有高程值的節(jié)點(diǎn)和帶有邊的三角形的整體來對待。TIN支持外表分析，如：分水嶺研究。在一個觀測點(diǎn)看外表的可見性、外表特征的描繪如：山脈、河流和山峰。TIN還能描繪自然地形的起伏。隨4)、用定位器Latr)查找地址GeDatabase能存儲定位器和地址。定位器是一種利用全國郵政協(xié)定將一個地址轉(zhuǎn)換成位置的方法。你可以找到任意點(diǎn)在地圖上相對應(yīng)的點(diǎn)特征。43GeDatabase對GIS關(guān)系數(shù)據(jù)庫的完善隨與標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫相比，GeDatabase簡化了地理數(shù)據(jù)建模的工作，因為它包含

16、有用于地理信息的通用模型。GeDatabase用以下方式擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫：隨1、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建模外表：用定位器和地址建模位置索引。隨2、存儲特征外形，Arlnf還提供了執(zhí)行空間操作的函數(shù)，如：查我對象之間是問隔的、接觸的或穿插的。為定義和管理一套數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)系統(tǒng)提供了一個框架。隨3、能拓樸地建模一套完好的特征，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)的土地劃分。除了清楚的拓樸關(guān)系和固有的空間關(guān)系外，GeDatabase還能定義對象和特征之間的常規(guī)的和任意的關(guān)系。隨4、通過域和檢查規(guī)那么，強(qiáng)迫實(shí)現(xiàn)對象屬性的整體約束性。隨5、

17、將自然的特征行為綁定在存儲特征的表里。隨6、能支持多種版本，以便眾多用戶編輯和索引同樣的數(shù)據(jù)。隨此外，GeDatabase還同時支持對象視圖和關(guān)系視圖，能綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)。對象視圖在GeDabase中占據(jù)主導(dǎo)地位，其目的是提供一個接近于邏輯數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)模型、因此更接近于現(xiàn)實(shí)。關(guān)系視圖那么用于一些GeDatabase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)系視圖的詳細(xì)對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。44GeDatabase的設(shè)計步驟隨設(shè)計GeDatabase與設(shè)計關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的差異并不很大，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GeDatabaee組件中。由于GeDatabase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)計地理數(shù)據(jù)庫時更接近于它們的邏輯數(shù)據(jù)模型。GeDatabase設(shè)計的詳細(xì)步驟如下如圖4：隨1建立用戶數(shù)據(jù)視圖模型確定用戶界面，弄清組織構(gòu)造和分析商業(yè)需求。隨2定義對象和關(guān)系用一組對象建立邏輯數(shù)據(jù)模型和它們與其它模型之間的互相關(guān)系。隨3選擇地理表示在矢量、柵格、外表或定位器等表示中找出一種對有關(guān)數(shù)據(jù)的最正確表示。隨4匹配GeDataba