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文档简介

1、2000年 12月 广西师院学报 (自然科学版 Dec. 2000第 17卷第 4期 JOURNA L OF ANGXI T eachers College (N atural Science Edition V ol. 17N o. 4文章编号 :1002-8743(2000 04-0065-05新型的 GIS 数据库 G eoDatabase余应刚 包世泰 3(广西师院地理信息系 摘 要 :,中已成为可能 。 ESRI 公司的 G , 对未来的 GIS关键词 :; ; 对象72 文献标识码 :A引 言GIS (地理信息系统 是由计算机硬件 、 软件 、 地理空间数据和管理人员共同组成的集合

2、 , 以有效地获 取 、 存储 、 更新 、 管理 、 分析和显示各种与空间有关的信息 。由此可见 , GIS 对地理数据 (信息 的处理在整 个 GIS 中占有非常重要的地位 。 现有的 GIS 将地理数据划分为空间数据和属性数据两大类型 。这种划分的好处是可以借用已有的数据库 (通常是关系数据库 技术来管理用户的属性数据 , 使属性数据得到了高效 、 强大的数据库技术的管理 。 与此同时 , 也使得 GIS 人员在开发应用软件时将重点放在对空间数据 的管理上 , 大大加快了地理信息系统的发展 。但是 , 将空间数据作为一个唯一的整体单独存储在二进制文件中 , GIS 软件对空间数据的处理也

3、就不 得不直接与一个个独立的二进制文件进行对话 。 这不仅给 GIS 软件开发人员带来诸多难题 , 而且随着信 息的全球化 , 也给共享地理数据带来了极大的不便 。专家们声称 , 目前 GIS 应用的总费用中大约有 60% -80%花费在数据转换上 。 现在 , 随着数据库技术的性能和功能的不断提高 , 将所有的空间数据和属性数 据直接存储在同一个数据库中已成为可能 , 并将带来巨大的好处 。 将空间数据直接存储在商业数据库中 增强了 GIS 的数据管理 、 数据处理和数据服务等功能 , 使 GIS 能更快速有效地存储 、 索引和显示地理数 据 。 这样一来 , 使空间数据和属性数据都得到数据

4、库技术的支持 , 因此必将提高地理数据的可共享性和地 理信息的可交互性 。 由此 , 产生了一种新型的面向对象的数据库 G eoDatabase 。1 G eoDatabase 简介G eoDatabase 数据库是 ESRI 公司在其商业 GIS 软件 ArcInfo8中推出的一种新型的面向对象的数据 库 。 G eoDatabase 数据模型是继 CAD 数据模型和 Coverage 数据模型后产生的第三代地理数据模型 。在 G eoDatabase 数据库中融入了面向对象的核心技术 , 如 :类 (Class 、 对象 (Object 、 封装 (Encapsulation 、 继 承

5、(Inheritance 和多态 (Polymorphism 等思想和技术 。 G eoDatabase 数据模型的目的就是为了让用户能更 容易 、 更自然地表示 GIS 数据特征和更容易地建立特征之间的各种关系 。 G eoDatabase 给用户提供了大量 的实体对象模型 (如河流 、 道路 、 建筑物等 , 让用户摆脱了抽象的点 、 线 、 面模型 , 使用户的操作更加简便和 接近现实世界 。 G eoDatabase 除了支持地理特征的一般行为外 , 还支持一些象 CAD 数据模型和 Coverage收稿日期 :2000-04-283作者为广西师范学院地理系统专业 99研究生 。数据模

6、型所不能支持的特殊行为 。 例如 , 两条河流交汇 , 河水流量相加的行为 (如图 1所示 ; 在一定范围 内对某些行为的约束问题 , 如学校附近建酒店在法律上是不允许的 (如图 2所示 。利用 G eoDatabase 来 实现对地理数据的存储和管理将给我们带来如下好处 。1 , 所以几。2 用户用更直觉的数据对象工作 。通过适当的设计 , 一个 G eoDatabase 包含有符合用户数据模型的数据对象 。 用户用他们感兴趣的对象进行工作 , 例如电线 、 道路和湖泊 , 从而替代了通用的点 、 线 、 面 。3 特征具有了一个更丰富的上下文 。由于有拓朴关联 、 空间表示和一般关系等原因

7、 , 不但要定义特征的特性 , 而且还要有与其他特征相关的上下文 。这样 , 当其中一个特征被移动 、 修改或删除时 , 有助于说明整个特征集到底发生了什么 。也可借助这个上下文找出或检查与之相关联的另外一个特征 。4 能制作更好的地图 。能更多的控制特征的绘制 , 也能增加智能的绘图行为 。 能把复杂的绘图方法直接应用到 ArcInfo 的绘图应用程序中 , 而且通过编写软件代码还能执行高度专业化的绘图方法 。5 在地图上显示的特征是动态的 。当在 ArcInfo 中对特征进行处理时 , 这些特征能对邻接特征的改 变做出相应的反应 。 你也能使特征与定制的查询或分析工具发生联系 。6 定义了

8、更好的特征外形 。 G eoDatabase 数据模型用直线 、 圆弧 、 椭圆弧和贝齐而 (Bezier 曲线来定义 特征的外形 。7 特征组是连续的 。 通过设计 , G eoDatabase 数据模型能容纳非常巨大的特征组而不需要其他的空间 分区或块 (tiles 。8 许多用户能同时编辑地理数据 。 G eoDatabase 数据模型支持许多人能在本地区域编辑特征 , 然后对 出现的任何差异进行处理使之达成一致 。2 G eoDatabase 数据库模型因为在 G eoDatabase 采用了面向对象技术 , 所以为了能很好的描述 G eoDatabase 数据库模型 , 在此用 了标

9、准建模语言 UML (Unified Modeling Language 。用 UML 描述 G eoDatabase 数据库模型的具体类图 详见图 3, 图中用到的 UML 元语见表 1。66 广 西 师 院 学 报 (自 然 科 学 版 第 17卷表 1 UML 元语说明表 通过读图可知 , 在 G 是最高级别的地理数据单元 , 所有的地理数据 总和可以由一个 G 组成 。 一个 G eoDatabase 又由多个抽象的数据集 (datasets 组 成 。 , 即 :Tin 数据集 、 栅格数据集 、 特征数据集和表 。其中的 Tin 数 据集 、 , 它们可以归纳为地理空间数据 。 而

10、表 对象则可以看作是地理属性数据 。所谓 Tin (Triangulated irregular network 是指三角形不规则网络 , Tin 数据集是指用一套带有 z 值的三角形来精确表示表面 , 其中具体的 z 值代表一种表面类型 。栅格数据集 是指存储有不同光谱或分类值的多光谱带的一个简单数据集或一个复合数据集 。 特征数据集是指共享一 个公共坐标系统的特征类集合 。 特征数据集又由几何网络和对象组成 。几何网络也叫做拓朴特征类 , 从 图中可以看出它被绑定在一个图里 , 而图也是一套包含有一个完整拓朴单元的特征类的对象 。特征类还 可以泛化为点特征 、 线特征和面特征 。 数据集中

11、的另一类地理数据 (属性数据 表通过泛化可以得到 属性关系类和对象类 。 属性关系类是一个用来存储两个特征类或表中的特征与特征之间或对象与对象之 间的关联的表 。 对象类则是用于关联行为的表 。 对象类向下可泛化为特征类 , 并为特征类的行为制定了 相应的约束机制 规则 ; 对象类向上跟几何网络组合成特征数据集 , 而它自身又是由表泛化得来 , 这就 把地理空间数据和属性数据联系在一起了 。3 G eoDatabase 对地理数据表示的具体实现一个 G eoDatabase 能容纳四种地理数据表示 :表示特征的矢量数据 , 表示图像 、 栅格主题和表面的栅 格数据 , 表示表面的 TIN ,

12、从一个地址中找到一个地理位置的定位器和地址 。 G eoDatabase 将所有的这些 地理数据表示存储在一个商业的关系数据库中 , 这就便于专业信息技术人员集中管理地理数据 。1 用矢量表示特征 。 世界上的许多特征 (特征是指对自然环境和人文环境中的常见物体的一种描 述 。都已经有了很好的外形定义 。 矢量数据用一组带有关联属性的有序坐标精确简洁地表示了这些特征 外形 。 这种表示支持几何运算 , 例如 :计算长度和面积 , 识别重叠和交叉 , 找到相邻的或附近的其他的特征 。矢量数据可以用维数进行分类 :a.点是零维的 , 它表示地理特征太小而不能用线或面来描述 。 点是用单个 x ,y

13、 坐标值来存储的 。 b. 线是一维的 , 它表示地理特征太狭窄而不能用面来描述 。 线是用一组有序的 x ,y 坐标值来存储的 。一条线段可以是直的 、 圆的 、 椭圆的或曲线的 。 c. 面是二维的 , 它表示宽阔的地理特征 。面用一组围绕面的线段来存储 , 这些线段构成一个封闭的面 。 另外一种矢量数据类型是标注 。这些标注是用于显示相关特征的名字和属性的描述性符号 。在 G eoDatabase 中 , 矢量数据有一个利用维数和关系直接存储特征的结构 , 特征数据集 (datasets , 如76 第 4期 余应刚 包世泰 :新型的 GIS 数据库 G eoDatabase 图 4所示

14、 。 一个特征数据集是存储空间实体 (特征 、 非空间实体 (对象 和它们之间的关系的容器 。拓朴 关系用几何网络和平面图表示 。 G eoDatabase 也存储一些有效的规则和域 , 当特征被创建或更新时用来确 保它们的属性在与它们相关联的特征和对象的上下文中继续有效 。2 用栅格 (raster 表示网格化 (gridded 数据 。收集在 G eo 2Database 中的许多数据都是栅格型的 , 这是因为摄影机和成象系统是以象素值的形式将数据记录在二维的网格 (grid 或光栅中的 。象素是组成栅格的基本单元 , 它的值能描述多种数据 。 部分光谱存储光的反射 , 为图象存储颜色值

15、, 如 :植物类型 , 或表面值 , 或海拔高度 。3 用 TIN 表示表面 。一个 TIN 示 。 G eoDatabase 在存储 TINs , 如 :计算表; 在一个观测点能看到表面的哪些区域 ; ; (如 :山脉 、河流和山峰 。 TIN 还能描述自然地形的起伏 。 4 用定位器 (locator 查找地址 。 或许最平凡的地理工作就是通过地址定位一个地方了 。在公司和代 理数据库中有许多与地址相关的记录 , 这些地址能被 G eoDatabase 定位 , 因为 G eoDatabase 能存储定位器 和地址 。 定位器是一种利用全国邮政协定将一个地址转换成地理位置的方法 。 你可以

16、找到任意这些点在 地图上相对应的点特征 。4 G eoDatabase 数据库设计(1 G eoDatabase 对 GIS 关系数据库的完善与标准的关系数据库相比 , G eoDatabase 简化了地理数据建模的工作 , 因为它包含有用于建模地理信 息的通用模型 。 G eoDatabase 是怎样扩展数据库的 ?1 G eoDatabase 能用四种方式表示地理数据 :用矢量特征建模离散对象 , 用栅格特征建模连续对象 , 用TIN 建模表面 , 用定位器和地址建模位置索引 。2 G eoDatabase 存储特征外形 ,ArcInfo 还提供了执行空间操作的函数 , 如 : 查找对象之

17、间是间隔的 、 接触的或交叉的 。 G eoDatabase 为定义和管理一套数据的地理坐标系统提供了一个框架 。3 G eoDatabase 能拓朴地建模一套完整的特征 , 例如运输或公用网络 , 以及基于自然资源或土地所有权的土地细分 。 除了清楚的拓朴关系和固有的空间关系外 , G eoDatabase 还能定义对象和特征之间的常规的和任意的关系 。4 G eoDatabase 通过域和检查规则强制实现了对象属性的整体约束性 。5 G eoDatabase 将自然的特征行为绑定在存储特征的表里 。6 G eoDatabase 支持多种版本以便于现在的许多用户能编辑和索引同样的数据 。此外

18、 , G eoDatabase 还同时支持两个视图 , 即 :对象视图和关系视图 。 这样就综合了对象视图和关系视 图两者的优点 。 对象视图在 G eoDatabase 中占据主导地位 , 其目的是提供一个接近于逻辑数据模型的数 86 广 西 师 院 学 报 (自 然 科 学 版 第 17卷据模型 , 因而更接近于现实 。 关系视图则用于一些 G eoDatabase 数据的常规处理 , 它表示的是一些简单地 理对象的特征 。 对象视图和关系视图的具体对应关系如图 6所示 。(2 G eoDatabase 的设计步骤设计 G eoDatabase 与设计关系数据库之间的差别并不是很大 , 主要的区别是考虑怎样将逻辑数据模型组件匹配到 G eoDatabase 组件中 。 由于G eoDatabase 具有特征数据集 、 特征类 、 拓朴组合 、 关系及其它组件 , 所以设计地理数据库时更接近于它们的逻辑数据模型 。 G eoDatabase 设计的具体步骤如下 (如图 7所示 :1 建立用户数据视图模型 ,2 。3 选择地理表示 。在矢量 、 栅格 、 表面或定位器等表示中找出一种对有兴趣的数据的最佳表示 。4 匹配 G eoDatabase 组件 。 将逻辑数据模型的对象匹配到 G eoDatabase 组件中 。5 组织 G eoDatabase 的结构 。 在考虑几何组织

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