集成化空间数据库的设计与实施

集成化空间数据库的设计与实施


发布日期: 2017-02-20 更新日期: 2017-02-20 编辑:xuzhiping 浏览次数: 3755

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摘要: 面向对象的技术是当今信息技术领域流行的模型和系统构造方法,具有无比的生命力。但是,我们也应该看到,由于它是—种通用的信息处理技术,所以在构造GIS模型和计箅时,常令设计人员和开发者感到茫然,典型表现有: 1.经典的GIS空间模型缺乏对GIS关系和空间计算的总体...

面向对象的技术是当今信息技术领域流行的模型和系统构造方法,具有无比的生命力。但是,我们也应该看到,由于它是—种通用的信息处理技术,所以在构造GIS模型和计箅时,常令设计人员和开发者感到茫然,典型表现有:

1.经典的GIS空间模型缺乏对GIS关系和空间计算的总体指导,己有的模型有一定局限性,思想方法与面向对象的思想差距较大。

2.面向对象技术的数据抽象技术提供了实现纵向空间关系的计算能力,但对横向的空间关系的计算能力较差,所以即使利用面向对象的方法完成了GIS的空间对象定义,并实现了对象的分类、联合、概括和聚合,类的继承、封装、聚集等,但在空间关系的构造和空间计算的模式确定方面仍然缺乏具有全面指导面向对象GIS空间模型的理论。例如,如何利用面向对象的方法实现GIS空间对象或类的自动综合(如比例尺变换所需的空间对象或区域的自动综合)及其逆运算;如何把集中式的GIS海童数据进行分布式存储,并进行分布式运算等。

3.基于点、弧段、线、多边形、复杂对象等对象定义,只能抽取GIS空间现象的一般特征,并不能满足空间现象多变、突变、关系蕴涵复杂的要求,实现的空间计算功能有限。

由此可见,虽然面向对象的方法给GIS系统设计和功能实现带来了前所未有的方便与快捷,但是仅有面向对象的模型或方法是不够的。面向对象的空间数据模型应该是GIS空间数据模型的一部分。

关系理论的研究与应用都已经比较成熟,面向对象方法学更是在现代软件的设计和开发中发挥了至关重要的作用,如何将两者结合起来设计数据库系统也是当前研究的热点。基于空间数据面向对象的特性,在利用RDB存储空间数据时,人们显然希望结合两者的优点,设计出符合要求的数据库系统。

考察-下关系模型和面向对象两种理论的特点,不难发现,关系模型描述关系时,采用的是“实体-关系”模型(E-R模型),使用SQL语句进行检索,侧重点是对象之间属性的聚集。也就是说,实体对象模型描述的是实体的外在特征的关联,对于空间数据的属性査询,这是非常理想的解决方案。但是,空间数据之间的空间关系是它们的内在联系,由空间地物的地理位置关系决定,并且往往是多对多的、错综复杂的关系。在描述这种关系时,目前的关系模型就不是很理想了,要完成空间关系的查询还有相当大的困难。为此,许多的GIS学者都提出了与SQL相类似的“空间査询语言”(SpatialQueryLanguage),但目前仍处于不成熟的阶段。

再看面向对象理论,以抽象性、封装性、多态性来描述对象。对象具有方法和属性,对象之间的关系是通过消息机制来沟通的。用面向对象的方法来处理空间物体之间的关系是比较自然的。OpenGIS定义了一组空间关系算子,包括了各种对象的空间关系。在对象中实现了这些算子,基本上就可以描述对象之间的空间关系了。对象的空间位置判断已经有了一些比较成熟的算法和程序。在一些GIS平台软件中,就设计了一些非常高效的算法,实现了这些功能。

面向对象与关系模型对于空间关系的描述能力,是截然不同的。关系模型侧重于描述对象的外在联系,反映的是对象的聚集。面向对象可以处理对象之间的关系,但处理对象的属性的能力又不如关系模型。可见,当前的地理信息系统中,真正实现空间数据与属性数据一体化管理是有一些不足的。使用SQL语句难以做到空间关系和属性特征联合査询,这就涉及了空间索引的SQL表达问题。

空间数据的组织,关键是数据的索引与检索。空间索引的性能优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能,它是GIS的一项关键技术。对于空间索引,GIS学者研究得较多,常见的有BSP树、K-1>B树、R树、R+树、CELL树、四叉树等。除此之外,简单的网格型的空间索引也有着广泛的应用。如ESRI公司的软件ArcSDE就使用了一种改进的网格索引。网格索引是多对多的索引,即一个几何对象可能跨越/穿越多个网格,而一个网格往往包含多个几何对象。多对多的关系会导致冗余,因为一个对象的ID号可能被多个网格重复地记录。不仅是存储上的冗余,在搜索算法上也要进行额外的排重处理。网格划分的越细,搜索的精度就会越高,当然冗余也越大,耗费的磁盘空间和搜索时间也越长。网格划分的精细程度取决于几何对象的大小和数SL当被索引的对象大小差别很悬殊时,网格索引会遇到另外一个难题:网格划分小到什么程度合适?过于精细,会导致冗余太大,索引数据的存储董也可能成倍增加,甚至索引的存储量会超过数据本身,此时如果进行大范匿査询,也会影响速度;过于粗略,小对象不能精确定位,过多的几何对象落在同一个网格上,降低了搜索的准确度,有些软件采用多重网格索引来避免这一问题,在一定程度上提高了搜索速度,但同时也导致了更多的数据冗余。

面向对象模式、面向对象数据库是一套类型定义,对于ER模型中各实体均有一个定义。联系通常由属性(或操作)表示,而不由分离类表示,除非联系本身具有属性。与特定实体相关的所有信息是在类定义中表示,而不是分散到几个关系中,这对于交通数据库中要把条件和动作联结在一起非常适用。车辆管理系统中以道路为主要对象,涉及的操作主要为目标点是否处于路上,找寻最佳路径,设定路线导航等(陈俊等1998)。

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