專利名稱：地理信息系統(tǒng)聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)模型與屬性數(shù)據(jù)面向?qū)ο笮完P(guān)聯(lián)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)，尤其涉及地理信息系統(tǒng)聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)模型與屬性數(shù)據(jù)面向?qū)ο笮完P(guān)聯(lián)方法。
地理數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)分為兩種，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。
空間數(shù)據(jù)也稱之為幾何數(shù)據(jù)，它用來(lái)表現(xiàn)地理空間實(shí)體的位置、大小、形狀、方向以及拓?fù)鋷缀侮P(guān)系。
屬性數(shù)據(jù)也稱之為非空間數(shù)據(jù)，它用來(lái)描述與地理實(shí)體相聯(lián)系的地理特征。
GIS作為一種信息系統(tǒng)，是以現(xiàn)實(shí)世界為研究目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)內(nèi)部的二進(jìn)制數(shù)字世界作為存儲(chǔ)載體的。它將人們對(duì)于客觀世界的理解，經(jīng)過(guò)一系列處理后變成數(shù)字形式儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)之中。
現(xiàn)實(shí)世界極其復(fù)雜，一方面人們希望GIS包含充足的數(shù)據(jù)，另一方面又期望從中能方便地選擇所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)而撇開(kāi)其它不需要的數(shù)據(jù)(Freksa andBarkowsky，1996)。這就要求人們以一種高效的數(shù)據(jù)組織方式，將兩方面的要求兼顧，既盡可能地包含信息(包括對(duì)未來(lái)潛在有用的信息)，又能方便快速地選取所需數(shù)據(jù)。在這其中，人們對(duì)于客觀世界的理解及其表達(dá)——GIS的空間數(shù)據(jù)模型(概念、邏輯和物理模型)起著至關(guān)重要的作用。目前兩種比較典型的空間數(shù)據(jù)模型是拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型和面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)模型。
早期的商品化GIS軟件大都采用了以“結(jié)點(diǎn)—弧段—多邊形”拓?fù)潢P(guān)系為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型，我們稱這種數(shù)據(jù)模型為拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型。如Arc/Info軟件。
拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型以拓?fù)潢P(guān)系為基礎(chǔ)組織和存儲(chǔ)各個(gè)幾何要素，其特點(diǎn)是以點(diǎn)、線、面間的拓?fù)溥B接關(guān)系為中心。該模型的主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊，拓?fù)潢P(guān)系明晰，系統(tǒng)中預(yù)先存儲(chǔ)的拓?fù)潢P(guān)系可以有效提高系統(tǒng)在拓?fù)洳樵兒途W(wǎng)絡(luò)分析方面的效率。
拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型的具體組織和存儲(chǔ)1)8.0版以前的Arc/Info將位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)存放在文件系統(tǒng)中，而將拓?fù)鋵傩源娣旁陉P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的二維表格中；2)另一些軟件將坐標(biāo)數(shù)據(jù)和拓?fù)潢P(guān)系都存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的各種表格中，一條記錄對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)、線或面類型的幾何要素(不一定為完整獨(dú)立的地理要素)。
與上述拓?fù)淠Ｐ拖喾?，面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型是以獨(dú)立、完整、具有地理意義的實(shí)體為基本單位對(duì)地理空間進(jìn)行表達(dá)。該模型能夠很好地克服拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)模型的幾個(gè)缺點(diǎn)，具有實(shí)體管理、修改方便，查詢檢索、空間分析容易的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它能夠方便地構(gòu)造用戶需要的任何復(fù)雜地理實(shí)體，而且這種模式符合人們看待客觀世界的思維習(xí)慣，便于用戶理解和接受。同時(shí)，面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)模型自然地具有系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)充方便的優(yōu)點(diǎn)。例如MapInfo、Intergraph等。
面向?qū)嶓w空間數(shù)據(jù)模型的具體組織和存儲(chǔ)1)可將實(shí)體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)(如建立了部分拓?fù)?，拓?fù)潢P(guān)系也放在表中保存)分別存放在文件系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。
2)也可以將二者統(tǒng)一存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。
屬性數(shù)據(jù)是用來(lái)描述與地理實(shí)體相聯(lián)系的地理特征?？梢岳斫鉃闆](méi)有顯式空間特征的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)與空間地理實(shí)體有著緊密的聯(lián)系，可以通過(guò)某種機(jī)制聯(lián)系在一起的。這也正是地理信息系統(tǒng)(GIS)的基礎(chǔ)與精髓所在。
一般來(lái)說(shuō)，屬性數(shù)據(jù)采用的是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，即層次、網(wǎng)狀和關(guān)系數(shù)據(jù)模型，其中層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型僅有少數(shù)用戶在使用，絕大多數(shù)用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)廠商采用的是占主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)模型。在GIS領(lǐng)域，屬性數(shù)據(jù)大都存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)又為GIS提供了比較完備的數(shù)據(jù)索引方法和信息查詢手段。
目前流行的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方式地理數(shù)據(jù)的組織與管理是建立GIS系統(tǒng)的重要步驟。其中，最為關(guān)鍵的是如何將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)融為一體，也就是空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)問(wèn)題。
目前大多數(shù)現(xiàn)行系統(tǒng)都是將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，分別用文件和數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理，通過(guò)公共項(xiàng)(一般定義為地物標(biāo)識(shí)碼)來(lái)連接，即在空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中建立公共字段，如地塊碼、門牌號(hào)等，來(lái)建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的互相查詢。具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段流行的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方式有三種1)混合型2)集成型3)面向?qū)ο笮推渲?，面向?qū)ο笮?Object-oriented Data Model)是對(duì)集成型的擴(kuò)展[6]，它對(duì)地理對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)和對(duì)這些屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的方法進(jìn)行統(tǒng)一建模，并永久存儲(chǔ)。它有兩種趨勢(shì)一是建造純面向?qū)ο髷?shù)據(jù)存儲(chǔ)，二是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上建立存儲(chǔ)對(duì)象機(jī)制。
面向?qū)嶓w的數(shù)據(jù)模型由于要根據(jù)需要臨時(shí)構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系，會(huì)使拓?fù)洳樵兒头治龅男式档汀?br> GIS空間數(shù)據(jù)模型的其核心在于利用OLAP(聯(lián)機(jī)分析)結(jié)合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)的功能，預(yù)先對(duì)地圖對(duì)象之間的各種空間關(guān)系(主要是拓?fù)潢P(guān)系)進(jìn)行加工處理，為快速、高效地實(shí)現(xiàn)各種GIS功能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的地理信息聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)模型與屬性數(shù)據(jù)的面向?qū)ο笮完P(guān)聯(lián)方法，其特征是地理實(shí)體是一種對(duì)象，每個(gè)對(duì)象被認(rèn)為是集合的一員，對(duì)象的每一類屬于更高一級(jí)的類并繼承其特性，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)通過(guò)聯(lián)機(jī)分析OLAP來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)末尾的輔助信息和屬性數(shù)據(jù)中的“視圖集”相連接，并以二維關(guān)系表的形式來(lái)存儲(chǔ)，用它表示復(fù)雜的空間關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。
面向?qū)ο箨P(guān)聯(lián)方式基于以下認(rèn)識(shí)對(duì)象是一個(gè)實(shí)體，具有某種條件或狀態(tài)，它通過(guò)局部變量和作用于對(duì)象上的各種操作來(lái)表達(dá)。由于對(duì)象屬于對(duì)象本身和操作的集合，因此每一個(gè)對(duì)象可以被認(rèn)為是集合中的一員，每一類屬于更高一級(jí)的類，并繼承其特性。
面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是一種新型的GIS技術(shù)，雖然被人們看好，但就目前來(lái)說(shuō)，還存在認(rèn)識(shí)方面的分歧，處在進(jìn)一步研究階段。眾恒公司根據(jù)開(kāi)發(fā)PSGIS是實(shí)踐，提出了GISOLAP數(shù)據(jù)模型在面向?qū)ο箨P(guān)聯(lián)方式中的解決方案。如圖2所示。
如圖二中所示，地理實(shí)體是一種對(duì)象，每個(gè)對(duì)象被認(rèn)為是集合的一員，對(duì)象的每一類屬于更高一級(jí)的類并繼承其特性(如對(duì)象-多邊形類-多邊形1...)?？臻g數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)通過(guò)聯(lián)機(jī)分析OLAP來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)末尾的輔助信息和屬性數(shù)據(jù)中的“視圖集”相連接，并以二維關(guān)系表的形式來(lái)存儲(chǔ)，用它表示復(fù)雜的空間關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系；當(dāng)用戶進(jìn)行空間分析或?qū)傩圆樵儠r(shí)，系統(tǒng)就會(huì)先掃描這些二維關(guān)系表來(lái)快速捕捉空間關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，在最短時(shí)間內(nèi)將查詢結(jié)果在空間數(shù)據(jù)集合、屬性數(shù)據(jù)集合中定位，然后提供給用戶準(zhǔn)確的查詢和分析結(jié)果。
下面以警力布控為例，詳細(xì)說(shuō)明如下警力布控是PSGIS系統(tǒng)中一個(gè)重要的功能，是針對(duì)公安系統(tǒng)所專門開(kāi)發(fā)的功能。該功能主要是通過(guò)小組布控、警員布控、保存布控圖以及布控圖打印這四個(gè)基本功能來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地布置警力資源，快速響應(yīng)現(xiàn)實(shí)斗爭(zhēng)。
警力布控模塊是由四個(gè)基本功能組成，分別是小組布控、警員布控、保存布控圖以及布控圖打印。關(guān)系如圖3所示。
在警力布控系統(tǒng)層次中，警員布控類繼承了小組布控類的特性，布控圖打印類繼承了打印類。
本發(fā)明是將數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)與OLAP技術(shù)引入到GIS的數(shù)據(jù)模型中，實(shí)現(xiàn)GIS的聯(lián)機(jī)分析并加強(qiáng)GIS對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析功能，從而拓寬了GIS的研究領(lǐng)域。
GISOLAP數(shù)據(jù)模型充分利用了現(xiàn)有完善的大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和先進(jìn)的面向?qū)ο笏枷?，加寬了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的通道，充分發(fā)揮了GIS的空間分析功能，提高了處理效率。
權(quán)利要求
1.一種地理信息聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)模型與屬性數(shù)據(jù)的面向?qū)ο笮完P(guān)聯(lián)方法，其特征是地理實(shí)體是一種對(duì)象，每個(gè)對(duì)象被認(rèn)為是集合的一員，對(duì)象的每一類屬于更高一級(jí)的類并繼承其特性，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)通過(guò)聯(lián)機(jī)分析OLAP來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)末尾的輔助信息和屬性數(shù)據(jù)中的“視圖集”相連接，并以二維關(guān)系表的形式來(lái)存儲(chǔ)，用它表示復(fù)雜的空間關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明提供地理信息聯(lián)機(jī)分析數(shù)據(jù)模型與屬性數(shù)據(jù)的面向?qū)ο笮完P(guān)聯(lián)方法，其特征是地理實(shí)體是一種對(duì)象，每個(gè)對(duì)象被認(rèn)為是集合的一員，對(duì)象的每一類屬于更高一級(jí)的類并繼承其特性，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)通過(guò)聯(lián)機(jī)分析OLAP來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)末尾的輔助信息和屬性數(shù)據(jù)中的“視圖集”相連接，并以二維關(guān)系表的形式來(lái)存儲(chǔ)，用它表示復(fù)雜的空間關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。
文檔編號(hào)G06F17/30GK1435778SQ0211069
公開(kāi)日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者高建強(qiáng), 王占宏, 金笑天, 黎治華, 范大凱 申請(qǐng)人:上海眾恒信息產(chǎn)業(yè)有限公司