论文 4级面向对象的空间数据模型探讨

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1、4级面向对象的空间数据模型探讨吴正升崔铁军郭婧信息工程大学测绘学院河南郑州450052摘要：本文基于面向对象的思想方法，注重从地理空间的微观和宏观两方面，并从地理要素几何对象模型、基本和复杂地理要素模型、地理要素分层和分块模型以及空间数据多尺度表达模型4级对模型进行了详细探讨，最后还分析了模型具有的优点和应用情况。关键字：面向对象几何对象多尺度空间数据模型1.引言如何有效的管理和组织空间数据，建立一个有效的空间数据模型，一直是GIS领域的主要研究方向。数据模型决定了GIS系统能表示什么，不能表示什么，表达地理空间的精确程度如何。可以说

2、，数据模型决定GIS系统的优劣。因此，它的研究一直备受国内外学者关注。人们曾提出过各种各样的数据模型，例如矢量模型、栅格模型、时空模型以及面向对象的模型等。特别是运用面向对象的思想方法建立数据模型，更受GIS专家和学者的青睬和重视。同时，对于模型的层次结构问题也有很多的学者关注，文献[4]提出的层次对象模型将对象表达分为两层(没有考虑专题属性)，分别是几何层和要素层；文献[5]提出的面向对象的3级数据模型，分别是几何对象模型、地理对象模型和图形对象模型；Geostar将空间数据组织为地物类、层、工作区和工程4级[9]；OracleSp

3、atial也制定了一套由坐标数据、元素、积聚体、几何体和层构成的空间数据模型等。它们均从不同的角度对空间数据模型进行了描述，但是在新的技术条件下均显得不够完善。本文基于面向对象的思想，在GDF 4.0地理数据模型、拓扑数据模型、面向实体数据模型以及文献[12]所提出的数据模型的基础上，从宏观和微观两个方面对地理空间进行抽象，设计一种4级面向对象的空间数据模型，并在自主开发的平台上进行了实现。2.4级面向对象的空间数据模型2.1.地理要素的几何对象模型几何元素是空间数据模型中的超类，其他类继承超类的几何位置信息及相关对几何数据的操作。几

4、何元素也是空间数据库中不可分割的最小存储和管理单元，是以纯几何的观点看待地理空间，忽略其地理意义，将地理空间抽象成集合对象的集合。这些几何对象描述了地理要素的形状、空间位置、空间分布以及空间关系等信息。矢量数据结构中的几何元素分为三种基本类型：即点、线、面。如果考虑几何对象在地理空间中相互之间的拓扑关系，还可以增加三种拓扑类型：结点、弧段、多边形。因此，在该几何对象模型中，包括点、线、面、表面、结点、弧段、多边形等基本几何对象类（如图1）。在点、线和面不包括拓扑关系，而结点、弧段和多边形之间存在拓扑关系，它们显示地存储几何对象之间的邻

5、接、包含和相连等信息。2.2.基本和复杂的地理要素模型884在几何元素中没有考虑地理要素内在的地理意义，主要目的是为了保持几何对象在操作和查询中的对立性。从几何对象模型来看，基本地理要素模型专门定义和解释几何对象，给几何对象赋属性，一个空间物体对象有一个几何对象和描述几何对象的属性或语义两个部分构成。在空间物体类中，几何对象是空间物体对象的主干部分，而且空间物体对象依据几何对象来进行分类。根据几何对象模型，将地理要素分为七种基本的对象类型：即点状要素、线状要素、面状要素、表面要素、结点要素、弧段要素和多边形要素。基本地理要素与几何对象

6、模型中的对象具有一对一的关系，在几何对象的基础上增加属性信息。基本地理要素的属性层次关系、要素构成关系由属性数据来确定，其它空间关系由几何对象来确定，而且几何对象的各种空间操作完全作用于基本地理要素。因此，基本地理要素继承了几何对象，空间结构、空间关系和空间操作分别从作为超类的几何对象类中继承而来。复合要素可以理解为是一个以上的基本地理要素对象所组成的。这些下属基本地理要素对象在数据库中是独立存在的，并且可拥有不同类型属性，同时还可递归地拥有层次更底的下属物体，即复合要素的复合要素。因此，复合要素组成自己的树结构，除根结点无父结点，叶

7、结点无子结点外，其余结点既有父结点，又有子结点。几何（Geometry）点（Point）线（Line）面（Face）表面（Surface）结点（Node）弧段（Arc）多边形（Polygon）图1几何对象模型2.3.地理要素分层、分块模型地理空间是一个连续的、有机联系的整体。为了便于计算机的管理、处理、分析和查询，对地图要素需按要素主题（如河流、道路、居民地等）进行分层存储和管理，同一层内的所有目标在一个平面上，可以通过在平面上的几何算法自动建立目标之间的空间关系。这里的层是数据模型上的层，与地理要素（居民地、水系和植被等）的概念不同

8、，可以将一种地理要素放一层，也可以把两种或两种以上的地理要素放在一层。这种数据模型的优点是简化了数据的操作和处理，缺点是分层切断了不同层间要素的空间相互关系。为了弥补这种不足，我们采用“语义关系”来描述不同层之间要素的相