地理信息系统模型三级集成模式

地理信息系统模型三级集成模式


发布日期: 2017-02-20 更新日期: 2017-02-20 编辑:xuzhiping 浏览次数: 4181

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摘要: 代表性的是解放军测绘学院安敏等的GIS集成系统模型(安敏等1997)。她们将GIS集成系统用三级模式进行描述,这种方法使各种集成问题归于各组成部分的相应模式。 1.集成系统各组成部分的三鈒模式 集成系统的各组成部分用三级模式进行描述。 (1)外模式主要描述一个...

代表性的是解放军测绘学院安敏等的GIS集成系统模型(安敏等1997)。她们将GIS集成系统用三级模式进行描述,这种方法使各种集成问题归于各组成部分的相应模式。

1.集成系统各组成部分的三鈒模式

集成系统的各组成部分用三级模式进行描述。

(1)外模式主要描述一个组成部分对另一个组成部分的服务,这些服务包含指令语言,它属于概念模式的一部分,并易受数据传输时模数、协定以及结构的影响,指令语言不一定是文本语言,但用户能用它来表达各种操作。外模式可反映一个组成部分访问另一个组成部分内部功能和数据的权限,这些权限包含数据独立性、逻辑规定和操作高级视窗以及与数据库保持完整性等因素。

(2)概念模式描述组成部分中关于目标存储和处理的结构、基本操作和目标一目标以及目标一操作的关系和依赖性。

(3)内模式主要描述利用特殊的硬件和软件环境完成概念模式的所有特征。它主要与文件结构、数据结构以及操作的实施有关,内模式由完成各组成部分的基本环境决定。例如,如果建立某个组成部分时利用了某个操作系统和程序设计语言,那么内模式就是将概念模式映射为由这些操作系统和程序设计语言提供的数据和程序的集合。如果组成部分利用了某个GIS作为其开发工具,那么内模式就是由GIS开发者提供给应用开发者的数据和程序集。

2.集成系统中的关键问题

将一个组成部分用三级模式进行描述,在设计、实施和应用过程中所用的模型具有相互独立性。由定义可知,各组成部分通过外模式连结起来,所以集成问题可通过外模式表达出来。集成系统的设计者一般从外模式提供的文件开始,因外模式常常继承了其内模式和概念模式的某些成分,因此可根据各组成部分在三级模式上的差异决定集成中的关键问题。

3.外模式的差异

外模式的差异表述了各种集成问题,如指令语言的差异以及指令和数据传输格式和协议的差异。指令语言是完成指定操作的工具 (指令语言可能是程序化的用于完成指定操作,或非程序化的用于传送指定数据)。当前,在GIS和其他领域还没有一个像数据管理语言SQL那样的标准指令语言,因此每个软件系统都有自己的一套指令语言。同样,数据传输与转换格式也存在相同的问题,大部分商业化GIS可接受许多形式的空间数据。目前也有几种空间数据传输国家标准,目的是提供一种正式的传输格式和空间数据组织形式。然而,GIS的传输格式和标准主要是基于空间数据模型,在处理其他数据类型时仍然有困难。组成部分之间的数据通信也是非常重要的,最简单的形式是输入和输出。在这两个过程中,数据通过文件、Unix通道、遥控电话等从一个组成部分拷贝到另一个组成部分,这种形式主要是面向数据集合而不是面向独立的目标或特性进行传输。另一种形式是直接传输,即通过几个系统共用的数据存储器,或者通过共享存储器进行传输。

4.概念模式的差异

概念模式是决定现实世界模型的规范化描述,其中模型是由数据和操作组成。在不同的应用领域中,数据和操作有很大的差异,因此模型也不尽相同。这些差异主要由建模方法、倾向性以及决策范围、预测精度等决定。一般说,概念模式指定了某种结构和物理系统的行为,同时具有结构和行为形式上的规范化描述和抽象化说明。概念模式与扩展的语义集有关(此语义集涉及独立目标和利用模型导出的目标的特征),而集成模型(数据的转换和能完成的操作)需要考虑这些语义特征。例如在GIS数据库中记录土壤类型必须建立在土壤化学特征上,而地下水模型所需的土壤类型是建立在土壤物理特征上,因此目标的名称、特征以及操作都不相同,这些都需要在概念模式中表达出来。

5.内模式的差异

当在外模式和概念模式中对执行环境、硬件环境的可行性进行分析后,集成系统的问题就上升为内模式的问题。组成部分的执行环境在很大程度上影响了其概念模式和外模式所描述的目标的结构和行为。如果执行环境是一般的程序设计语言(如Fortran或C)和操作系统(如Unix),那么系统开发者就有很大的灵活性。如果执行环境是一个已存在的软件系统,或已存在的模型系统,那么开发者就必须从现存系统的基本模型(执行模型)中获得新的执行环境。从设计角度讲,用一个执行环境完全表达另一个执行环境是不可能的。

一个组成部分的硬件环境和软件环境在某种情况下将限制系统之间的交互形式。例如,所有的组成部分并不是以同样的操作系统执行的,所以必须考虑操作系统之间的数据和指令传输格式的差异。在特殊情况下,数据传输仅限于文件形式,这也会限制集成系统的实用性。另外内部表示的差异也会限制以二进制形式进行数据传输的可行性。

6.集成系统的操作

各组成部分是一个已存在的系统,它被结合进集成系统而不作任何改动。例如数据库系统、建模系统和GIS等。组成部分对数据进行操作,代表性的操作包含产生派生数据、存储数据和恢复数据等,一般由指令初始化。组成部分在形式上描述成可执行的操作和所表述的数据目标。

—个组成部分在其外模式中,通过对基本操作集、模型表示的目标、目标之间的关系和目标与操作之间的依赖性等的描述对其自身做了功能性定义。—个组成部分所用的操作集由操作员通过指令语言定义的指令集组成。指令语言常用的形式是结构和指令流的规范化描述,一个组成部分的目标描述形式将决定其数据的存储形式,如长久存储形式(数据库)或瞬间数据存储形式(当模型初始化时建立,关闭时消失)。此处所说的一个组成部分的数据库是指它所管理的全部目标集以及内部目标关系,数据库包含永久性存储的目标集(如在硬盘上)和只有在执行过程中存在的目标集 (如在工作存储器上)c在集成系统独立设计的组成部分中,映射是关于目标和操作之间等价关系的描述,目标之间最简单的等价关系是一致性,如水文测量站在水文建模系统和GIS系统中都以同样的方法作了描述。较复杂的等价关系是在两个不同的组成部分中,同样的现实世界目标有不同的描述,或者在不同的组成部分中描述了不同的方面,例如水系在GIS中被描述为具有某种属性的弧段,且具有空间属性。

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