mapgis-k9技术白皮书v4

mapgis-k9技术白皮书v4内容摘要：

类、关系类、注记类、修饰类、动态类、几何网络； (3) 具备类视图概念，可通过属性条件、空间条件和子类型条件定义要素类视图、对象类视图、注记类视图和动态类视图。 (4) 要素可描述任意几何复杂度的实体，如水系。 (5) 完善的关系定义，可表达实体间的空间关系、拓扑关系和非空间关 系。 空间关系按照 9 交模型定义；拓扑关系支持结构表达方式和空间规则表达方式；完整地支持 4类非空间关系，包括关联关系、继承关系 (完全继承或部分继承 )、组合关系（聚集关系或组成关系）、依赖关系。 (6) 支持关系多重性，包括 1－ 1－ M、 N－ M。 (7) 支持有效性规则的定义和维护，包括定义域规则、关系规则、拓扑规则、空间规则、网络连接规则。 (8) 支持多层次数据组织，包括地理数据库、数据集、数据包、类、几何元素、几何实体、几何数据，如图 31 所示。 (9) 几何数据支持向量表示法和解析表示法，包括折线、圆、椭圆、弧、矩形、样条、bezier 曲线等形态。 能够支持规划设计等应用领域。 13 要素数据集域集 规则集 栅格数据集 T I N 数据集要素类 对象类几何网络关系类地理数据库空间参照系要素注记类 动态类逻辑网络弧段（T O P ） 点( n o d D a t )块维10..*1*1*11111..*10..*10..*111*1*10..*10..*连通性连接边连接点1*10..*10..*10..* 几何实体几何形态1111属性转角元素10..*11..*区 线 点11..*11..*11..*坐标点1*坐标点1110..*静态注记10..*1111属性注记10..*1*1*指北针图框修饰类1*1*模版库**贴片1*图例接图表几何图形1*1*1*1*1*轨迹10..*10..* *包1*栅格目录1*11 . 空间参照系 空间参照系（ SpatiaI Reference System）是平面坐标系和高程系的统称，用于确定地理目标的平面位置和高程。 这包含两方面的内容：一是在把大地水准面上的测量成果 换 算到椭球体面上的计算工作中，所采用的椭球的大小；二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值。 因此，选定了一个一定大小的椭球体，并确图 31 MAPGIS7 面向实体的空间数据模型 14 定了它与大地水准面的相关位置，就确定了一个坐 标系。 一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中。 地面上任一点的位置，通常用经度和纬度来决定。 经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为 90 度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。 因为 GIS所描述是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为所有要素的参照系统。 地球表面是不可展开的曲面，地理坐标是一种球面坐标，也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上。 为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，因此必须运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系 ，使地球表面上任一点由地理坐标确定的点，在平面上必有一个与它相对应的点，即建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。 地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性，在各类地理信息系统的建立过程中，选择适当的地图投影系统是首先要考虑的问题。 MAPGISK9提供了不同类型的地图投影以及相互转换的功能。 使用者可根据需要方便的建立不同的坐标系并进行相互之间的转换。 . 实体表达及分类 . 对象 在 MAPGISK9 中，对象是现实世界中实体的表示。 诸如房子、湖泊或顾客之类的实体，均可用对象表示。 对象有属性、 行为和一定的规则，以记录的形式存储对象。 对象是各种实体一般性的抽象，特殊性对象包括要素、关系、注记、修饰符、轨迹、连接边、连接点等。 . 对象类型、子类型 根据对象的行为和属性可以将对象划分成不同的类型，具有相同行为和属性的对象构成对象类，特殊的对象类包括要素类、关系类、注记类、修饰类、动态类、几何网络。 不特别声明的情况下，对象类指没有空间特征的同类对象集。 子类型是对象类的轻量级分类，以表达相似对象，如供水管网中区分钢管、塑料管、水泥管。 不同类或子类型的对象可以有不同的属性缺省值和属性域。 . 对象类 对象类是具 有相同行为和属性的对象的集合。 在空间数据模型中，一般情况下，对象类是指没有几何特征的对象（如房屋所有者、表格记录等）的集合；在忽略对象特殊性的情况下，对象类可以指任意一种类型的对象集。 15 . 要素类 要素是具有几何特征的对象，要素包括属性、几何元素和图示化信息，几何元素是点、线、多边形等几何实体的组合。 要素类是具有相同属性的要素的集合，是一种特殊的对象类，往往用于表达某种类型的地理实体，如道路、学校等。 . 关系类 现实世界中的各种现象是普遍联系的，而联系本身也是一种特殊现象，具有多种表现形式。 在面向实体的空间数据 模型中，对象之间的联系被称作关系，是一种特殊的对象。 房屋所有者和房屋之间的产权关系，具有公共边界的行政区之间的相邻关系，甲乙双方之间的合同关系，都是对象之间关系的实例。 在该模型中，关系被分为空间关系和非空间关系。 其中： (1) 空间关系与对象的位置和形态等空间特性有关，包括距离关系和拓扑关系。 拓扑关系如水管和阀门的连接关系、两条道路的相交关系； (2) 非空间关系是对象属性之间存在的关系，如甲乙方之间的合同关系。 关系类是关系的集合，一般在对象类、要素类、注记类、修饰类的任意两者之间建立关系类。 . 注记类 注记是一种标识 要素的描述性文本，分为静态注记、属性注记和维注记。 其中： (1) 静态注记是一种内容和位置固定的注记，包括注记和版面。 (2) 属性注记的内容来自要素的属性值，显示属性注记时，动态地将属性值填入注记模板。 因此也称为动态注记，属性注记直接和它要标注的要素相关联，移动要素时，注记跟随移动，注记的生命期受该要素的生命期控制。 (3) 维注记是一种特殊类型的地图注记，仅用来表示特定的长度和距离。 维分为平行维和线性维，平行维与基线平行，表示真实距离；线性维可以是垂直、水平或旋转的，并不表示真实距离。 注记的集合构成注记类。 . 修饰类 修饰类用 于存储修饰地图或者辅助制图的要素，包括几何图形、接图表、图例、指北针、图框、比例尺、贴片和块。 其中： 16 (1) 几何图形包括点、线、多边形。 线和多边形边界可以是下列类型之一：折线、弧线、圆、椭圆、弧、矩形、样条、 bezier 曲线。 几何图形主要考虑图面的要求、对平面拓扑和形态没有严格要求，如多边形的端点不要求严格重合，线可以自相交。 (2) 图框分为内图框和外图框。 (3) 贴片是一种带图示化信息的矩形框，用于遮盖不需要显示的图形。 (4) 块 是 修饰类要素的组合，可以自由组合或拆散。 . 动态类 动态类是一种特殊的对象类，是空间位置随时间变化的动 态对象的集合。 动态对象的位置随时间变化形成轨迹，动态类中记录轨迹的信息，包括 x、 y、 z、 t 和属性。 . 几何网络 几何网络是边要素和点要素组成的集合，边要素和点要素相互联系，一条边连接两个点，一个点可以连接大量的边。 边要素可以在二维空间交叉而不相交，如立交桥。 几何网络中的要素表示网络地理实体，如道路、车站、航线等。 每一个几何网络都有一个逻辑网络与之对应，逻辑网络依附于几何网络，由边元素、结点元素、转角元素以及连通性元素组成。 逻辑网络中的元素没有空间特性，即没有坐标值。 逻辑网络存储网络的连通信息，是网络分析的 基础。 . 要素类的数据组织方式 要素类由要素组成，每个要素包含属性、几何元素和图示化信息这三部分内容。 几何元素有两种数据组织方式： (1) 直接存储简单点、简单线、简单多边形。 这种组织方式使得该模型与传统的简单要素模型兼容； (2) 按照几何元素－几何实体－几何数据三个层次组织和存储空间信息。 这种组织方式使该模型与传统的拓扑数据模型兼容，但表达能力更强，可描述几何形态较为复杂的地理实体，如水系。 在三个层次中： 几何数据包含点和弧段，弧段可以是折线、圆、椭圆、弧、矩形、样条、 bezier 曲线之一，是地理实体的特征点或边界线。 几何实体分为点状、线状、面状。 点状几何实体由几何数据层的 1 个点或多个点组成；线状几何实体由 1 到多条弧段有序组成；面状几何实体由 1 到多条弧段有序构成的多边形表示。 17 几何元素由任意多个点状、线状和面状几何实体组成，共同表达要素的几何特征。 几何元素的这种组织方式使得用户能够在同一个要素类中存储空间重叠的不同要素，如“铁路”要素类中京汉线和京广线；使用户能够按照语义对要素进行分类和组织，而不是按照几何形态对要素进行分类和组织。 通过在要素类上施加空间规则，可以限制要素类中一条弧段是否只能有左右多边形各一个。 . 视图 视图展现给用户的是对应类中的部分空间数据，部分属性数据，或者两者之一。 MAPGISK9 视图具有以下特点： (1) MAPGIS 提供要素类、对象类、注记类、动态类的视图； (2) 视图是根据给定的空间条件、属性条件在原始类中选择数据，但是这些数据本 身并没有复制，仅仅是逻辑上的拷贝； (3) 视图本身仅存储创建这个视图的空间条件和属性条件。 空间条件包括矩形范围、类和子类型，属性条件包括纵向条件和横向条件，纵向条件限制视图所包含的字段，横向条件通过条件表达式（如：“面积 500”）限制视图的记录范围； (4) MAPGISK9 将视图分为只读视图和可读写视图。 . 关系定义 根据空间相关性，可将关系划分为空间关系和非空间关系。 关系可以仅仅表示对象之间的联系，除此之外，没有其它含义，即关系没有属性；关系也可以有特定的含义，有属性的，如合同关系中每一条关系都与一份合同对应。 MAPGISK9 提供了完整的关系支持，包括齐全的空间关系和非空间关系。 . 空间关系 (1) 距离关系 距离关系是最常见的空间关系之一，一般采用欧式距离。 (2) 拓扑关系 拓扑关系是另一类空间关系，这种关系不随距离、角度的变化而变化。 如相邻多边形与公共弧段之间的关系，几何网络中边 －边的连接关系。 MAPGISK9按照九交模型定义拓扑关系，其中有现实意义的拓扑关系包括：相交、相接、相等、分离、包含、包含于、覆盖、被覆盖、交叠等九种。 18 MAPGISK9完全支持基于数据结构和基于空间规则的拓扑关系表达方式。 基于数据结构的拓扑关系表达方式只能表达要素类内部要素之间的平面拓扑关系，但比较 适 用于地藉管理等应用领域。 基于空间规则的拓扑关系表达方式灵活，容易表达同类要素之间的关系，也容易表达不同要素类之间的拓扑关系，如县级行政区必须包含于省级行政区。 . 非空间关系 非空间关系是对象属性之间存在的 关系，与对象的语义有关，包括：关联关系、继承关系、组合关系、依赖关系。 其中： (1) 关联关系是最一般的关系，关系两端的对象相互独立，不存在依赖； (2) 继承关系包括完全继承和部分继承，完全继承是指子类继承父类的所有属性，部 分继承是指子类只继承父类的部分属性，实际应用中，子类往往是父类的特例， 如某地区属于沉积岩，也属于砂岩，砂岩继承了沉积岩的属性。 (3) 组合关系是部分与整体的关系，组合关系分为聚集和组成。 聚集是指组合体与各部分具有不同的生命期；组成则是指组合体与各部分具有相同的生命期，也就是同生共死。 聚集关系如：计算机和它的 外围设备，一台计算机可能连接到零台或者多台打印机，即使没有所连接的计算机，那台打印机也可以生存；组成关系如：电线杆（原始对象）和变压器（目的对象）之间可以构成一对多的组成关系，一旦电线杆被删除，变压器也要被删除； (4) 依赖关系由对象的语义引起，如某段行政边界以河流中心线为准。 依赖关系也称 为引用关系。 . 关系多重性 非空间关系具有多重性，具体表现为 1－ 1－ M、 N－ M。 . 有效性规则 对象特性的一个特殊表现是某些属性的取值往往存在边界条件，对象之间的关系（包括空间关系）甚至关系本身存在某种约束条件。 所有这些限 制条件统称为有效性规则。 MAPGISK9中，有效性规则分为 4 种类型：属性规则，空间规则，连接规则，关系规则。 有效性规则可以作用在类上，也可以作用在子类型上。 19 . 属性规则与定义域 属性规则用于约定某个字段的缺省值，限定取值范围，设置合并和拆分策略。 属性规则通过“定义域”来表达，取值范围分连续型和离散型，相应地把定义域分为范围域和编码域。 范围域适用于数值型、日期型、时间型等可连续取值的字段类型，编码域除了可以适用于连续取值类型外，还可用于字符串等类型的字段。 合并和拆分策略定义要素合并和拆分时属性字段的变化规 则。