多表达空间实体概念模型

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1、http://www.paper.edu.cn多表达空间实体的概念模型刘笑芳北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京(100876)E-mail：moremore@bupt.edu.cn摘要：空间实体的概念模型是空间领域建模的研究热点，然而目前尚缺乏对多表达空间实体的概念模型描述。本文建立了一个多表达空间实体的概念模型—GeoER关键词：多表达空间实体，概念模型，GeoER中图分类号：TP3091.引言作为空间数据库设计和空间领域建模的研究热点，已经有许多科研工作者对空间概念模型进行了研究。其中文献[1][2]对领域无关的概念模型设计方法进行了研究，并指出一个概念模型应该不仅应

2、适用于计算机束语言Syntropy和UML对GIS概念模型设计，通过Syntropy的Essentialmodel和Abstractmodel，OGC使用UML建立的GIS实体的对象模型；文献[8]描述了ISO组织设计SpatialSchema标准的方法，ParameterizeAlb的实现，同时也能够支持对概念模型中可能的语义冲突进行自动检测和发现[1]。[3][4][5]对当前空间概念模型设计的各种方法和模式进行了总结，指出各种模型的特点和不足。文献[6]定义了基于本体论的空间概念模型设计方法，并通过TheATKISOK250Catalogu系统和CORINElandco

3、ver两个系统之间的互操作实例加以说明，但是这种本体论模型没有给出如何进行GIS应用系统设计方法；文献[7]是OGC组织使用OO约ebras。这是一种基于抽象数据类型(ADT)的一种GIS概念模型的代数抽象，并通过代数的操作、公理建立SpatialSchema标准；文献[9]给出了基于函数型语言Haskell的空间概念模型。这种模型指出了基于UML的GIS建模方法在语义定义上的缺陷，并通过Haskell语言弥补这个不足，适用于GIS概念标准的建立，但是这种模型在定义了GIS概念模型语义的同时放弃的GIS概念模型设计中的图形表示方法，不适用于GIS系统数据库的概念分析；文献[1

4、0]给出了基于扩展ER模型的一种GIS概念模型，这种模型给出了各种空间实体及其关系的图形表示，但是缺乏对各种图形实体的语义定义。[11]是基于空间数据库的基于逻辑系统的数学模型，IFO。不同的GIS概念模型是基于不同的设计目标和应用领域的。针对GIS概念模型设计的三种目的，GIS概念模型应该满足：1.通过类似ER的图形表示方法描述空间实体以及相互关系。所建立的概念模式能够通过CASE工具直接映射到各种数据库系统中，如将这种GIS概念模式图自动翻译成OracleSpatial。2.通过某一种形式化语言定义了这些图形符号表示的语义，用户可以在建立GIS概念模式图的同时利用这些符号

5、的语义定义发现其中的语义错误，或者使用这些语义帮助建立空间互操作的标准。3.空间概念模型的设计应在多表达空间实体的层次上实现，才能有效的保障前两条的实现。基于这种设计目标，作者提出了一种新的基于扩展ER模型的GIS概念模型——GeoER。GeoER通过扩展的ER建立GIS系统各种实体的图形化描述，以及各种空间实体的专题关系、拓扑关系、实体关系的描述，使用基于空间抽象数据类型的描述语言定义这GeoER图的各种符号的语义。本文首先介绍ER模型等相关方法，然后第二部分具体描述可GeoER模型的表示方法以及相关概念，第三部分描述通过一个实例（使用GeoER重新描述OpenGISAbs

6、tractModel的部分内容）说明GeoER的建立方法，最后为本章的总结。-1-http://www.paper.edu.cn2.定义在GeoER中在ER表达上扩展了三个定义，即几何属性、空间实体、空间关系。2.1概念：几何属性几何属性是多表达几何结构在GeoER中的具体表现。按照多表达几何的抽象数据类型以及数学定义，多表达几何是在FeatureGeometry的基础上定义了5种多表达，范围表达、特征表达、结构表达、过程表达、拓扑表达，与OGC对FeatureGeometry的实现规范加起来，在GeoER中共形成了六种几何属性。但是这六种几何属性在GeoER中只在语义一级进

7、行区分，对GeoER的图形表示而言，这些几何属性以统一的一种图形表示。这样做是为了简化用户的图形操作。几何属性GA定义为如下形式的函数GA:g→AS。其中g为笛卡儿空间的子集，这里称⊂℘,℘为Geometry，AS为原子属性的集合。特别的，我们假设空集Ф也属于原子属性集∃g∈Geometry(GA(g)=φ)合，即，这样实际上使得Geometry也属于原子属性集合。举例说明：假设道路的几何表示由道路名称唯一确定，即∀g∈Geometry(∃as⊂℘GA(g)=as)，g为道路的坐标数据，as为道路名称。