GIS空间数据库技术的新发展

#""( 年 % 月 第 #" 卷增刊
广西师范学院 学报 （自然科学版） -)"./0* )1 2"0/#34 560786.+ 9)**6#6 : ;0<".0* =746/76 >?4<4)/ @
!"# $ %&&’ ()* $ %&， +", $
文章编号： （ #""(） !""# $ %&’( ) $ "#"" $ "(
#
基于体素的三维空间数据模型的研究
地理信息系统经过这些年的发展， 二维空间数据技术已相当成熟， 而且由于实际应用中大多数情况
下用二维甚至一维坐标来进行描述就可以满足需求，因此目前流行的 *+, 软件绝大多数是二维或者二 维半的， 但人们是生活在三维空间的， 如果把时间也算上， 则是生活在四维空间中， 随着应用的不断深 入， 涉及到三维或四维的自然和人为现象的处理越来越多， 因而现在 *+, 在很多领域的应用仍受到很大 的限制， 为此， 国内外众多学者已对三维的 *+, 进行了大量的研究 . 目前的研究现状来看，三维数据结构总体上分为基于体描述的和基于面表示的数据模型及三维矢 量、 栅格、 混合与面向对象的数据结构 . 目前来说， 二维的数据结构和三维的数据结构对于不同的应用
- 时空四维数据模型
地理信息系统中， 时间、 空间和属性是信息的三种基本成分， 随着 $%& 应用领域的不断扩大， 对数据 的处理提出了更高的要求， 要能够保存并有效地管理历史变化数据， 以方便将来重建历史状态、 跟踪变 化、 预测未来， 这样的地理信息系统应支持信息的时态性， 对时空数据进行统一的模拟和管理 ’ 由于当 前的地理信息系统软件难以处理时态现象，时空数据模型已成为空间数据库技 属性、 空间和时间语义更完整的地理数据 模型， 面向对象技术是支撑空间复杂对象建模的最有效手段， 时空数据模型主要是表达空间目标的几何 信息、 属性信息和时态信息， 同时表达空间目标的拓扑关系和事件的时态关系， 在时间、 空间和属性语义 方面更加完整的模拟客观地理世界， 这样在空间数据组织时， 存储公共时空边和时空结点时可减少数据 冗余， 并可直接获得空间实体间的拓扑关系信息， 提高空间分析效率， 时空数据模型的设计应根据应用 领域的特点和客观现实变化规律， 选择时间标记对象， 同时应提供静态和动态的数据建模手段， 在数据 结构里应显式表达地理实体进货事件和地理实体存亡事件 ’
( 空间数据的全关系型存储
目前 $%& 软件与大型商用关系型数据库管理系统 （)*+,&） 的集成采用空间数据引擎来实现 ’ 空间 数据引擎是一种处于应用程序和数据库管理系统之间的开放且基于标淮的中间件技术 ’ 使用不同 $%& 厂商数据的客户可以通过空间数据引擎将自身的数据提交给大型关系型 *+,&， 由 *+,& 统一管理； 同 样， 客户也可以通过空间数据引擎提供的用户和异种空间数据库之间的数据接口， 从关系型 *+,& 中获 并转化成客户可以使用的方式 ’ 取其它类型的 $%& 数据， 空间数据的全关系型存储分为两部分实现， 第一部分将空间数据从矢量格式转入关系型数据库， 即 导入空间数据和属性数据利用原有的功能分别转为转换文件， 然后根据该文件的格式， 自己设计关系数 据库中存储和管理空间数据的文件系统， 建立索引文件管理空间数据二维表， 保存当前数据库中所有空 间数据文件的索引信息， 包括文件的标识码、 文件名、 对象类型等信息， 空间数据文件按行记录， 每一个 空间对象自动添加一个唯一的标识符， 根据空间对象的类型设计列， 建立表结构， 将属性和空间数据分 占若干列字段， 共同放入二维表， 空间对象和空间索引表的生成和维护是自动的 ’ 第二部分将关系型数 据库中的数据还原为矢量文件格式， 即导出空间数据的显示， 检索和更新等操作仍要由其它软件执行， 将关系型数据库中存储空间信息的二维表还原为其它软件可以处理的空间数据文件格式时，空间数据 的结构信息写入转换文件， 属性数据仍由关系数据管理， 两者通过空间对象的唯一标识建立连接 ’ 空间数据的全关系型存储是实现 $%& 数据管理一体化和空间信息共享与分布的重要基础，这种空 间数据全关系存储的方法具有以下几点优势，它将 $%& 中图层管理的思想融入关系型数据库的空间数 据管理中， 建立图层的索引表， 便于空间数据的快速检索以及与其它软件的数据交换 ’ 基于原有的 $%& 标准数据结构， 利用现有的技术与其它 $%& 数据类型相互转化方便， 空间数据开放性较强， 有利于实现 无须从底层开发针对图形操作的功 $%& 平台数据共享和互操作 ’ 图形显示和检索等操作仍由 $%& 实现， 能， 实现方法比较容易 ’
收稿日期： #""( $ "’ $ "%
增刊
黄
钊， 韦燕飞： $%& 空间数据库技术的新发展
・ !"# ・
目的， 具有不同的优点， 基于不同的应用目的往往需要这两种方式交替运作， 这样就需要有一种三维数 据结构能够与二维的数据结构相兼容， 基于体素的不规则三棱柱数据模型结合地学结构的特点， 在建立 地学 $%& 上有其独特的优点， 同时， 还可以很容易在基于矢量结构的二维数据结构上进行扩展得到三维 数据结构， 并实现与二维数据结构兼容 ’ 由于现在的 $%& 软件大都采用面向对象的技术进行设计和实现， 为此， 不规则三棱柱网络模型的数 据结构按面向对象程序设计的风格进行描述， 对每一个基本元素定义成一个类， 拓扑关系包含在类的成 员变量和成员函数中， 这样程序设计中只对每个元素运用其成员变量编写其成员函数， 程序通过调用其 成员函数即可实现拓扑关系的自动建立 ’
当前，实现分布式 *+, 系统的主要技术有三种： 56* 的 45782 （公共对象请求代理构架） 、 6+9 （分布式对象模型）和 ,;< 的 =2>2 . 张犁等提出基于 45782 总线结构的分布式 *+, 475,5:/ 的 3456 模型， 龚健雅等提出利用 =2>2 ? =384 实现 *+, 分布式处理 . 基于 3456 的分布式 *+, 模型中主要组成是客户端、 456 运行库、 3456 网络协议、 *+, 服务组件、 空间数据引擎和关系型数据库 . 其中，空间数据引擎是指在服务组件和大型关系数据库之间实现通讯 的组件，即用关系型数据库来实现空间图形数据和属性数据的一体化 . 目前在此领域领先的产品有 @,7+ 和 5724A@ 的对象 $ 关系模型 . 关系型数据库用来对 *+, 空间图形数据和属性数据实现一体化存 储和管理 . 我们都知道， 传统的 *+, 是用文件的系统和数据库分开来存储空间图形数据和属性数据， 给 空间数据共享和互操作之间带来了阻碍 . 而运用成熟的关系型数据库产品技术进行空间数据一体化操 作， 不但可以提高效率， 还可以很好地解决空间数据共享和互操作等问题 . 在空间数据库和客户端存在两条通道 . 如果客户端仅需要从服务器得到空间数据加以显示，或者 进行简单查询，那么只需通过 3456 网络协议和空间数据引擎与空间数据进行通讯 . 这一通道比较简 单， 比较容易实现， 而如果客户闻风而动地空间数据加以分析和更高级的应用， 就要通过 *+, 服务组件， 实现起来比较复杂 .
*+, 空间数据库技术的新发展
黄 钊， 韦燕飞
（广西师范学院 资源与环境科学学院， 广西 南宁 -("""!）
摘 要： 随着地理信息系统的广泛应用， 作为 *+, 核心的空间数据库技术出现了很多新的发展趋势， 该文对最近
出现的新的空间数据库技术进行了简要的分析 . 关键词： 空间数据库； 发展趋势 *+,； 中图分类号： /0(1! 文献标识码： 2
地理信息系统是采集、 管理、 分析和显示空间对象数据的计算机系统， 它是以空间数据为研究对象 的， 空间数据库技术也就成为地理信息系统技术的一个重要技术之一 . 随着地理信息系统的发展， 空间 数据库技术也得到了很大的发展， 并出现了很多新的空间数据库技术 .
! 在 3456 技术的基础上
发展了分布式的 *+, 模型
+ 责任编辑： 黄天放 -
・ !"! ・
广西师范学院学报 （自 然 科 学 版）
!""# 年
$ 基于 %&’ 和 () 模型的时空建模方法
标准的 () 系统是一个由细胞状态和规则构成的中元组， 并且具有以下几个特点， 有细胞是相互离 散的， 它构成一个细胞空间， 在某一时刻， 一个细胞只能存在一种状态， 而且该状态取自一个有限集合， 领域是细胞周围按一定形状划定的细胞集合， 且它们影响该细胞下一个时刻的状态， 细胞规则定义了细 胞状态转换的规则， 另外， 系统的时间也是离散时间， 它不具有物理意义和时态中的系统时间具有相似 的含义 * 而不是一个具体的模拟模型， 它以其框架的简单、 开放和可以模拟 () 模型实质上是一种建模框架， 十分复杂的系统行为等特点而具有很强的生命力， 从目前的研究看， 它具有以下特点： 由于 () 模型采用自下而上的构模方式， 而且没有一个既定的数学议程， 只是一个建模原则， 因此 具有很好的开放性和灵活性； 它可将地理 () 模型是一个基于微观个体相互作用的时空动态模拟模型， 实体的空间和时间特性统一在模型中，并通过划分研究对象的细胞空间和研究初始状态以及状态转换 规则， 而不具备迭代运算能力； 由于 () 模型将 () 模型可以通过自行迭代运行来模拟系统的演化过程， 空间和时间化， 因此适合于建立计算机模型和并行计算特征， 因为计算机对客观世界的表示是离散的； 由于 () 模型具有不依赖比例尺的概念， 其中细胞只是提供了一个行为空间， 且本身不爱细胞空间测度 和时间测度的影响，而时空测度的影响公是通过转换规则来体现，因此 () 模型可以用来模拟局部的、 区域的或大陆级的演化过程； 从数据模型的角度看， 由于 () 模型中的细胞和基于栅格数据中的栅格一 样， 所以， () 模型易于和 %&’ 的遥感数据处理等系统集成 * 由上述可知 () 模型较适合空间信息的时空动态分析， 尤其是时空动态过程的模拟， 从而为 %&’ 中 时空动态分析提供了一个框架思路和建模方法， 但是由于地理系统的复杂性， 标准的 () 模型需要扩展 和改进才能满足时空分析的需要， 以便更加真实地模拟地理实体的演化进程 * 空间数据库技术是 %&’ 基础和核心 * 由于空间数据非常复杂，使 %&’ 理论研究与软件开发的难度 很大， 至今还没有一种数据库技术有能力把 %&’ 空间数据的管理、 分析、 显示和传输都表示得很好 * 因 此对空间数据库技术的认识和研究在设计发展新一代 %&’ 系统的过程中起着关键作用，建立一种有效 的空间数据模型是 %&’ 领域的主要研究方向之一 *