面向?qū)ο笳w GIS 數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 　引言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展 , 今天的 GIS 系統(tǒng)已經(jīng)具備了較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存貯、管理和輸入輸出功能 , 但目前大多數(shù)的 GIS 仍然是以數(shù)據(jù)為中心的 , 在完整表達(dá)客觀地理世界、進(jìn)行高層次的空間分析和直接提出決策方案的能力方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 , 導(dǎo)致這種情況的根本原因在于現(xiàn)有 GIS 的數(shù)據(jù)模型不能準(zhǔn)確地表達(dá)客觀地理世界。為此 , 作者為現(xiàn)有 GIS 軟件總結(jié)了兩種典型的數(shù)據(jù)模型[1 ] : 拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型和面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)模型 , 并分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn) , 指出應(yīng)該在整體論的基礎(chǔ)上為地理空間建立一個(gè)能夠直接反映人們認(rèn)知的整體數(shù)據(jù)模型。

2 　面向?qū)ο蟮恼w數(shù)據(jù)模型

GIS 本質(zhì)上是對(duì)客觀地理世界的近似模擬 , 其理想狀態(tài)應(yīng)該是盡可能準(zhǔn)確地反映地理世界 , 同時(shí)做到數(shù)據(jù)量最小 , 又便于人們從中獲取所需要的信息和規(guī)律。要達(dá)到這種理想狀態(tài) , 我們需要做好兩步工作 : 1) 準(zhǔn)確理解地理空間 ; 2) 為地理空間建立面向?qū)ο蟮恼w數(shù)據(jù)模型 ———一個(gè)基于地理空間整體論、完全以面向?qū)ο蠓绞浇M織的 GIS 數(shù)據(jù)模型。

地理空間的理解可以簡單概括為[1 ] : 地理空間是一個(gè)目標(biāo)組合排列集 , 每個(gè)目標(biāo)或?qū)ο蠖季哂形恢?、屬性和時(shí)間信息 , 及與其它對(duì)象的拓?fù)潢P(guān)系、語義關(guān)系等?；谶@一認(rèn)識(shí) , 可以得到表達(dá)地理空間的整體 GIS 數(shù)據(jù)模型的如下特征 :

· 將地理空間按照人的思維方式理解為基于目標(biāo)的空間和定義在地球表層目標(biāo)集上的關(guān)系。除了要研究對(duì)象的幾何位置及拓?fù)潢P(guān)系外 , 還要重視研究對(duì)象間的語義關(guān)系。

· 整體數(shù)據(jù)模型雖然要求我們將客觀世界作為整體看待 , 但在執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)組織時(shí)也需要對(duì)眾多的地理實(shí)體進(jìn)行分層。分層是基本的和必要的 , 但由于為一種目的進(jìn)行的分層很難滿足另外的需求 , 因此重要的不是提供一種通用的分層 , 而是對(duì)方便地加入、刪除對(duì)象等維護(hù)層的操作予以足夠的支持。復(fù)合圖層含有不按對(duì)象維數(shù)分層的含義 , 能夠很好地體現(xiàn)客觀世界的整體特征 , 為不同層中的關(guān)聯(lián)對(duì)象或用戶感興趣的不同類型對(duì)象提供了一個(gè)集中存貯與交互的獨(dú)立空間 , 整體數(shù)據(jù)模型尤其應(yīng)該增強(qiáng)復(fù)合圖層的功能 , 使用戶能夠自由地加入、刪除、修改、查詢?nèi)我忸愋?(點(diǎn)、線、面和復(fù)雜實(shí)體) 的地理實(shí)體 , 同時(shí)能夠進(jìn)行強(qiáng)大的空間分析。

· 雖然傳統(tǒng)的 GIS 數(shù)據(jù)模型常將基于對(duì)象的模型用矢量結(jié)構(gòu)表達(dá) , 而將基于場的模型用柵格結(jié)構(gòu)表達(dá)[2 ,3 ] , 其實(shí)可將對(duì)象和連續(xù)場這兩種看似對(duì)立的模型統(tǒng)一在面向?qū)ο蟮恼w數(shù)據(jù)模型中 , 因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蟮姆椒ㄗ鳛橐环N框架不僅可以描述基于對(duì)象的模型 , 也可以描述基于場的模型[3 ,4 ] 。

· 空間對(duì)象是處在三維空間中的 , 并具有多尺度特征。

·整個(gè)數(shù)據(jù)模型完全以面向?qū)ο蟮姆绞浇M織。