（地图学与地理信息系统专业论文）基于oracle+spatial的道路线状要素增量更新.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 随着地理信息系统( g i s ) 技术应用的推广与深入，智能导航已成 为g i s 的一个重要分支，智能导航要求导航数据库具有更高的现势性 和准确性，而在导航数据库中道路一般表达为线状要素。鉴于此，本 文研究了基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量信息更新方法。 1 ) 总结分析了导航数据库模型中的道路空间要素逻辑表达方法， 结合o r a c l es p a t i a l 空间数据组织的特点，设计了道路数据的增量组 织方法。 2 ) 针对道路空间要素入库中拓扑一致性检查与修正的应用需求， 发展了相应的预处理算法，包括道路空间要素拓扑一致性检测、道路 “打断”、路段拓扑关系建立等。 3 ) 在总结归纳空间实体变更的基础上，初步分析了道路变更类 型，继而根据这些变更类型，发展了相应的更新处理操作和拓扑一致 性维护算法。 最后，作者以v c + + 6 0 作为开发工具，通过与m a p x 集成，并 利用o r a c l e 提供的一个进程内自动化服务器0 0 4 0 ( o r a c l eo b j e c t sf o r o l e ) 及其对应的对象一关系模型( s d og e o m e t r y ) ，以实际和模拟 道路数据为例对上述数据组织方法与算法进行了实验，并实现了数据 拓扑关系一致性自动检测、道路的打断以及其拓扑关系建立、拓扑关 系维护、基于时间点查询、历史回溯查询等功能，试验取得了较好效 果。 关键词：o r a c l es p a t i a l ，m a p x ，路段，增量更新 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t a n dt h e d e e p e n i n go ft h eg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ，t h ei n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nh a v eb e c o m et h ea n i m p o r t a n tb r a n c ho f g i s ，t h ei n t e l l i g e n tn a v i g a t i o nr e q u e s tah i g h e rc u r r e n t s i t u a t i o na n dt h ea c c u r a c yf o rt h en a v i g a t i o nd a t a b a s e t h er o a da l w a y s e x p r e s s e st h el i n e f e a t u r ei nt h en a v i g a t i o nd a t a b a s e h e r e b 5t h i sa r t i c l e g i v e ss o m er e s e a r c ho nt h ei n c r e m e n t a lu p d a t i n go fr o a dl i n e a rf e a t u r e b a s e do r a c l es p a t i m f i r s t ，s u m su pa n da n a l y z e st h em e t h o do ft h er o a d ss p a t i a lf e a t u r e s l o g i ce x p r e s s i o ni nt h en a v i g a t i o nd a t a b a s e ，a n dc o m b i n e st h e o r a c l e s p a t i a ld a t ao r g a n i z a t i o n sc h a r a c t e r i s t i c s ，h a v e sd e s i g n e dt h em e t h o do f i n c r e m e n t a lu p d a t i n go r g a n i z a t i o n s e c o n d ，i no r d e rt os a t i s f yt h ea p p l i c a t i o n so ft h et o p o l o g yi n t e g r i t y a n da m e n d i n g ，t h i sp a p e rd e v e l o p st h ep r e t r e a t m e n ta r i t h m e t i c ，w h i c h i n c l u d i n gt h ec h e c k i n go ft h er o a d sf e a t u r e st o p o l o g yi n t e g r i t y , r o a d i n t e r r u p t e d ，a n de s t a b l i s h i n gt h er o a d st o p o l o g ya te 1 t h i r d ，a f t e rt h es u m m i n gu pa n da n a l y z i n gt h et y p e so ft h es p a t i a l e n t i t i e sc h a n g e d ，t h i sp a p e ra n a l y s e se l e m e n t a r i l yt h er o a dc h a n g e d t y p e s ， a n db a s i n go nt h o s ec h a n g e dt y p e s ，a l s od e v e l o p ss o m ec o r r e s p o n d e n t s m a n i p u l a t i o nm e t h o d sa n dm a i n t e n a n c eo ft h ei n t e g r i t yo nt o p o l o g yi n u p d a t i n g i n t h ee n d ，t h em a p xi s i n t e g r a t e d w i t ht h ev c + + 6 0a sa d e v e l o p m e n ti nw h i c ht h eo r a c l ed a t a b a s ei sc a l l e db y0 0 4 0 ( o r a c l e o b j e c t s f o r o l e ) c + + c l a s s l i b r a r i e sa n d i t s o b j e c t - r e l a t i o n m e t h o d ( s d q g e o m e t r y ) ，t h i sp a p e rg i v e sae x p e r i m e n tr e s u l t sw i t h t h ep r a c t i c a la n ds i m u l a t e dr o a dd a t a ，a n da c h i e v e st h ea u t o c h e c k i n go f t h et o p o l o g yi n t e g r i t y , r o a di n t e r r u p t e d ，t o p o l o g ye s t a b l i s h e d ，m a i n t e n a n c e o f t o p o l o g y , i n q u i r yb a s e d t i m ep o i n ta n dh i s t o r yt r a c ei n q u i r y , a n dm a k ea b e t t e rr e s u l to nt h ee x p e r i m e n t k e yw o r d s ：o r a c l es p a t i a l ，m a p x ，s e g m e n t ，i n c r e m e n t a lu p d a t i n g i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说 明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名： 导师签名日期：年一月一日 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀化 1 1g i s 空间数据库更新概述 随着地理信息科学和技术的发展以及国家空间数据设施( n s d i ) 战略的实 施，我国的基础地理数据库建设已初具规模，多级别、多尺度、多类型的空间数 据和产品体系已经形成。目前这些基础地理数据库的持续更新问题已成为一个世 界性的难题和热门话题n 1 ，在国家测绘部门在对1 ：1 0 0 0 0 0 0 和1 ：2 5 0 0 0 0 等( 矢 量型) 国家级基础地理数据库进行更新维护的同时担1 ，各省市测绘机构也纷纷对 其相应级别的基础地理数据库开展更新维护工作，如上海市确立了“二、三、四 更新原则，即全市1 ：5 0 0 、1 ：1 0 0 0 、1 ：2 0 0 0 比例尺地图分别以二年、三年和四年 的周期进行更新口1 众所周知，地理空间数据是地理信息系统( g i s ) 的“血液川。经过多年不懈 的努力，我国基础地理数据库建设取得了巨大成绩，先后建成了全国l ：1 0 0 万和 l ：2 5 万地形数库，l ：5 万数据库已于2 0 0 5 年全部建成，不少省( 自治区) 的1 ：1 万 数据库取得了可喜进展，一些大中城市建立了大比例尺( 1 ：5 0 01 ：2 0 0 0 ) 基础地理 数据库，为各类g i s 应用工程提供了多比例尺的地理空间数据，在国民经济建设 和社会发展及国家信息化进程中，发挥着重要的数字化框架作用h 1 由于我国经 济建设和社会发展速度很快，地形地物等要素不断变化，基础地理数据具有鲜明 的现势特性，直接制约着其使用价值和使用范围。随着基础地理数据“原始积累 的逐步完成和共享应用，其现势性问题已成为广大用户关注的热点问题嘲。由国 家科技部基础司组织完成的“国家科技基础数据库建设与发展的研究报告”指出： “持续更新和业务化运行是一个科学数据库存在的根本。目前许多科技数据库是 按项目方式一次性建立的，缺乏持续的数据来源，或有效的数据更新机制，很容易 变成死库，或逐步地失去应用价值h 。新近修订并于2 0 0 2 年1 2 月1 日开始实 施的中华人民共和国测绘法第三章第十五条明确要求，对基础地理数据成果应当 定期进行更新，国民经济、国防建设和社会发展急需的应当及时更新。 但是，数据更新的现实情况却不容乐观，表1 1 为联合国1 9 9 3 年的统计数字， 表明全球地形图的更新速度远远落后于其生产速度。从我国情况来看，国家基础 地理信息中心已经建成的1 ：1 0 0 万、1 ：2 5 万基础地理信息数据库的现势资料截止 到1 9 9 7 年，部分地区到1 9 9 8 年，为了保持这两个数据库数据的现势性，数据更 新已势在必行。即将建立的l ：5 万国土基础信息数据库将是我国最大型的空间数 据库，未来的更新任务也将十分艰巨浩大。此外各省市在建的较大比例尺数据库 中南大学硕士学位论文第一章绪论 ( 1 ：l 万、1 ：1 0 0 0 、1 ：5 0 0 ) 虽然数据源本身现势性相对较好，但缺少规范有效的更新 机制与技术方法，也必将影响其未来的更新与可持续发展。g i s 界在不久的将来 面临的真正挑战是地理信息的更新与共享川，对基础地理信息数据库更新技术方 法与更新工程的研究与探讨，已成为摆在我们面前迫在眉睫的任务【5 1 。正如国际 摄影测量与遥感学会第四委员会主席d f r i t s c h 博士认为，当前g i s 的核心已 从数据生产转为数据更新，数据更新关系着g i s 的可持续发展【引。 表1 1 世界基础地图生产与更新情况旧 地图比例尺 世界生产情况( )亚洲生产情况( )世界更新情况( ) 1 ：2 5 0 0 03 3 51 5 2 2 8 1 ：5 0 0 0 06 5 6 8 4 01 1 l ：1 0 0 0 0 05 5 7 6 6 40 0 1 ：2 5 0 0 0 0 9 5 11 0 0 0 9 1 1 1g i s 空间数据库更新 在g i s 发展的初期，由于其主要是靠“应用驱动一和“技术导引，人们 的努力方向主要集中在时空数据的存储与管理上，对时空数据更新等问题的关注 较少。近几年来，随着许多国家空间数据库建设的逐步完成，人们逐渐认识到“空 间信息更新将取代空间数据获取而成为g i s 建设的瓶颈 7 1 一 空间数据库更新是用反映所研究区域空间目标( 包括地形、地貌、地物等) 现势状况的地理空间信息，修正、补充和更新原数据库中的相应数据，以真实地 反映其现状，保存历史数据、记录变化原因，使数据库现状与实际现状保持一致 的过程。空间数据库更新一般包括三个基本环节和三种基本模式。 l 、定期更新，如荷兰地形署( d u t c ht o p o g r a p h i cs e r v i c e ) 1 ：1 万数据根据区 域特点更新周期分为4 年、6 年、8 年【9 1 ；日本国土地理院( g e o g r a p h i c a ls u r v e y i n s t i t u t e ，g s i ) 采用基于栅格的更新方法，城市地区每3 年更新一次，郊区每5 年更新一次，山区每1 0 年更新一次；我国上海市确定l ：1 万数字线划地图的更 新周期为5 年，l ：2 0 0 0 数字线划地图的更新周期为4 年，l ：1 0 0 0 数字线划地图的 更新周期为3 年，而中心城区1 ：5 0 0 数字线划地图的更新周期为2 年等。 2 、固定变化程度的更新，即达到一定的变化程度后，对数据库内容进行一 次全面的更新，如美国国家海洋局( n a t i o n a lo c e a ns e r v i c e ，n o s ) 和英国军械测 量局( b r i t i s ho r d n a n c es u r v e y ) ，当地图上的变化部分达到一定程度( 如每幅图 的变化点超过3 0 0 个) 时，即出版一张新的地图【1 0 1 。 3 、增量式更新，即变化一经发现，测定便立即更新主数据库内容，并随时 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 提供给用户使用的更新模式【n 1 方式保证空间数据的现势性。 定期更新和固定变化程度的更新也称为批量式更新，增量更新由于其方式灵 活而且能够更好地保证空间数据的现势性，是未来数据库更新的主要趋势。 1 1 2 增量式更新 空间、属性和时间是地理现象的3 个基本特征或g i s 数据库的3 种基本数 据成分。“空间 指空间位置数据及其派生数据，“属性 指与空间位置无派生 关系的专题属性数据，“时间 则指时间位置、空间和属性状态的时变信息。3 个方面共同标识地理实体。地理信息系统时一种搜集处理、存储管理、检索分析、 显示与地球表面或附近空间位置相关数据的计算机系统。传统的g i s 只存储管 理单一时刻或少数几个时刻的空间数据，变化发生后，新的数据入库覆盖掉旧的 数据，导致历史数据丢失。由于缺乏历史空间数据的保存与建模，因此无法或很 难进行历史状态的重建、时空变化跟踪、未来发展预测等功能。 因此针对上文中提到了数据库更新的3 种模式，本文研究的是增量更新。增 量更新是以初始数据库为基础。针对变化情况，及时发现并测定变化内容，并及 时用反映现势状况的增量信息对初始数据库进行修正、补充和更新，使数据库现 状与实际现状保持一致的过程。其目的是实现“随时变更、随时调查、随时更新一。 地理数据库增量更新一般包括增量信息的测定与预处理、增量处理、增量处理中 的拓扑关系维护等基本环节。 一 增量更新是以初始数据库为基础，针对变化情况，及时发现并测定变化内 容，并及时用反映现势状况的增量信息对初始数据库进行修正、补充和更新，使 数据库现状与实际现状保持一致的过程。其目的是实现“随时变更、随时调查、 随时更新 。地理数据库增量更新一般包括增量信息的测定与预处理、增量处理、 增量处理中的拓扑关系维护等基本环节。 1 2g i s 空间数据库更新研究现状 虽然国内外对基础地理数据库更新的研究与实践方兴未艾，但在总体上仍处 于初期的探索阶段，主要表现为：( 1 ) 基础地理数据库更新的理论研究相对滞后于 生产实践；( 2 ) 基于影像的更新模型、算法研究亟待突破：( 3 ) 用于地图数据 库更新的自动综合模型、算法尚待发剧。 近些年来，国际学术界在数字地图自动综合方面作了大量的研究工作，取得了 可喜的进展，但还存在着一系列有待解决的问题，如各种算法的研制相对孤立，尚 3 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 未形成综合算法体系，实用化软件系统仍有待开发。 1 2 1 国外数据更新研究现状 世界各国的地理信息系统的数据库都面临着“数据库更新”问题，许多国家 先后开展了对地理信息数据库更新技术和更新策略的研究与探讨。如英国军械测 量局( o r d n a n c es u r v e y ) 根据其实际情况，建立了推帚式和散点式相结合的更新机 制；日本g s i 采用基于栅格的更新方法，先后更新了1 ：2 5 万地形图，再用1 ：2 5 万地形图更新1 ：5 万地形图；美国俄亥俄州立大学测图中心研究提出了包括1 7 个步骤的更新模型( r e v i s i o nm o d e l ) ；德国联邦测绘局建立了小比例尺修测系统， 采用开天窗矢量方式进行单要素更新；澳大利亚v i c t o r i a 和n e ws o u t hw a l e s 州 采用一种递增数据流模型( i n c r e m e n t a ld a t af l o wm o d e l ) ，将土地测量师确定的土 地划拨数据送到数字地籍数据库( d c d b ) 中去，以便用户及时、方便地获得d c d b 更新数据2 1 ；以色列专家提出了一种g i s 驱动的变化检测方法，其基本思想是将 g i s 数据库中的前一版本的数据转换为相应正射影像相对应的栅格数据格式，然 后与正射影像叠加，由计算机比较两个时刻的数据，提取变化信息；芬兰国家测 绘局有4 0 0 多个工作人员使用2 4 0 台工作站从事建库、维护和更新工作，其道路 每年利用航空影像和g p s 进行更新；丹麦( n a t i o n a ls e r v e y & c a d a s t r e ) 用5 年生 产了覆盖全国的l ：1 万矢量地图，并选取两个区域进行数据更新试验。荷兰地籍 与公共注册署在更新大比例尺地形和地籍数据时，考虑到拓扑编辑可能会影响许 多新、老目标，导致长事务( 1 0 n gt r a n s a c t i o r i s ) ；采用了时态工作拷贝( t e m p o r a r y w o r kc o p y ) 等方法对所涉及的该矩形工作区进行锁定( 1 0 c k i n g ) ，不允许其他用户在 同一时间内对该工作区同一专题层进行编辑，以保持数据库的一致性1 1 3 1 。 1 2 2 国内数据更新研究现状 数据更新的理论研究主要涉及到更新策略、更新模式、数据模型和数据精度。 但由于数据更新的复杂性和特殊性，目前在这方面的研究较多，在实际应用中较 少，也没有形成可灵活操作的技术方法。蒋捷、陈军提出了国家空间基础地理信 息数据库更新的实施方案，主要是确定更新策略、变化信息提取、变化信息采集、 现势数据生产和现势数据提供五个步骤，重点分析了数据更新的若干关键问题。 中国测绘科学研究院1 9 9 9 年开展了“卫星遥感数据快速更新地图数据技术研 究”，初步研究了卫星遥感图像处理与更新数据提取的技术和工艺流程；武汉大 学承担了多项国家自然科学基金项目，在利用遥感影像进行变化检测等方面取得 了可喜的研究成果0 4 1 。江苏省采用了更新周期短、成本低的遥感数据为主要信 息源，进行了“江苏省1 ：5 万空间数据集成更新”工作。1 9 9 9 年国家基础地理信息 4 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 中心与中国测绘科学研究院合作，以t m 卫星遥感影像为基本数据源，利用遥感 和地理信息系统技术，对1 ：2 5 万数据库进行了初步的更新试验，探索其技术方 法的可行性程度以及相应的技术流程，为以后进一步开展工作提供了参考。 1 3 道路线状要素增量更新 道路变更后的增量信息往往是通过专业测量队伍人员在初始道路为基础上， 对其变更的信息进行修测。由于点、线要素具有组成关系，理论上点可以做成线。 而专业人员只对变更的点信息进行采集，又由于线要素具有连续性，故通常要将 原来变更的线对象进行断开处理等操作。如图1 1 所示： 某一道路要素变化前( z 时刻) 状态如图1 1 ( a ) 所示，变化后( 互时刻) 的状态如 图l - l ( b ) 所示，变化前道路要素由厶、厶、厶组成，变化后由厶、t 4 、厶一：、 厶组成，由图可知，要将互时刻厶路段变更为互时刻的厶一。和厶一：两路段，故在 处理增量信息更新前的预处理中，首先将道路元素再结点处断开，变成各个路段， 以便于增量更新处理。 如果这些工作需要手工交互方式，一一将道路元素断开，这样就会因编辑要 素的时问过长，这样发生造成工作人员的态度及疲劳程度导致数据错误等问题。 因此急需一种自动化( 或半自动化) 来将道路要素进行断开，本文将在后文实现 道路要素按结点自动断开。 1 4 本文的研究思路 图1 - 1 不同时刻道路线状图 ；结点； i- 本文将在分析总结前人研究与实践成果的基础上，拟采用面向对象的时空数 据模型，以路段要素为对象，并设计了附有时间维的路段数据结构，将入库前的 道路要素进行打断，形成路段对象，然后按路段对象插入历史数据库的对象表中。 对于路段的变更信息，如新建、改线等事件，本文的更新策略是对于要发生变更 的路段，先读取其唯一标识符( f t r l d ) ，然后设置操作其终止时间存入库中， 5 中南大学硕士学位论文第一章绪论 对于变更后的信息，可以以插入库尾记录的方式进行，此时需要设置相应的要素 起始时间，如下图所示，就解释了更变一个路段要素的操作过程，根据每个路段 要素的f t r i d ，若某个路段要素发生变更，则修改其结束时间存档，将增量信息 入库，并使该更变后的对象f t r i d 保持为原来要素的f t r i d 一致，通过入库的时 间维不同，可以实现历史查询等操作，如图1 2 所示。本文将在后文对不同的路 段变更类型进行归纳、总结，并针对不同的变更类型，设计出了相应的处理方案， 试验证明，该更新策略有效、可行，详细更新方式请参见后文。 1 5 论文章节安排 变 更 操 作 黠 i f t r i d 唯一标识符 f 一 ；s t i m e 起始时间 设置 l e t i m e 终止时间 图1 - 2 路段变更处理策略图 本论文共分为六章，主要研究内容及各章节的安排如下： 1 ) 第一章，“绪论”，本章简要的介绍了目前的更新方式，并重点介绍了增量 更新。 2 ) 第二章，“基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素的增量组织，本章将介绍 甲骨文公司的空间数据库的插件s p a t i a l ，并对其中的s d og e o m e t r y 对象类型 进行了详细介绍，同时也对道路的层次结构、分类以及0 0 4 0 数据库访问技术等 进行了讲解。最后对道路的时空数据进行了设计。这些都是为后文存储空间数据 和系统设计作了必要的铺垫。 3 ) 第三章，“道路数据入库前的预处理”，为了确保数据入库前的数据质量， 本文对数据入库前进行了预处理，为了采用以路段为对象，并对道路要素转变为 6 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 路段要素的核心技术一“打断进行了实现。同时还为了更新后的拓扑关系一致 性维护，实现了道路要素的拓扑关系，从而提高了更新系统的健壮性。 4 ) 第四章，“道路线状要素的变化类型与增量更新，本章将从地理实体要素 变化类型出发，再对道路要素实际的变更类型进行了分析，得出了其变化的操作类 型。并针对这些类型，提出了更新方案这是本文的最核心部分。 5 ) 第五章，“试验系统的设计与实现 ，本章主要是针对前面所提到的数据入 库的预处理、拓扑关系的建立、更新方案设计等给出了相应实现代码。 6 ) 第六章，“总结与展望，本章主要是总结了本试验取得的一些成果，以及 不足，并对后续研究工作提出了展望。 中南大学硕士学位论文第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 道路线状要素增量组织是道路数据库增量更新的基础，而增量信息不离不开 时间因素，本章采用面向对象的时空数据模型，再利用o r a c l es p a t i a l 高效的空间存 储能力以及如导航数据库中相关的线状要素对道路线状数据进行了组织和设计。 2 1o r a c l es p a t i a l 的简介 众多研究机构和学者都尝试使用对象关系数据库技术来管理海量的空间数 据。目前，较为成熟的处理技术有两种：一种是在数据库和用户应用系统间建立 中间层，这一中间层使得数据库操作系统可以存储和管理空间数据，e s r i 开发的 空间数据引擎( s d e ) 就是此类解决方法的典型代表；另一种是不需要中间接口， 而直接使用数据库操作系统来存储和管理空间数据，并使用数据库操作系统的各 种功能来管理、应用空间数据，典型的代表就是o r a c l e 公司提供的空间数据插 件，这就是所谓的o r a c l es p a t i a l 。 2 1 1o r a c l es p a t i a l 支持两种表现空间元素的模型 1 ：关系式模型：用多行记录和字段类型为n u m b e r 的一张表来表示一个空 间实体。 2 ：对象一关系式模型：这种模型使用数据库表，表中有一个类型为 m d s y s s d og e o m e t r y 的字段，用一行记录来存储一个空间数据实体。 两者的主要区别为：对象关系模式下用列来存储对象，而关系模式下用二维 表来存储对象。o r a c l e 为管理空间数据提供了对象一关系模式s d o ) ( s p a t i a ld a t a o b j e c t ) ，同时提供优秀的空间索引机制。o r a c l es p a t i a l 的对象一关系模型实现方 法有一组对象数据类型、一种类型的索引方法以及在这些类型上的操作符组成。 o r a c l e 9 is p a t i a l 空间数据表的每条记录存储了一个空间实体( 对象) 的属性和 图形信息。属性信息为数字或文本，是非对象数据：图形信息，即空间数据，存 放在字段名为g e o l o c ，字段类型为s d og e o m e t r y 的对象类型记录中。拥 有该字段的任何一个表，必须要有另外一列或几列用于定义这个表的唯一主键。 2 1 2o r a c l es p a t i a l 对象一关系模型介绍 a 、o r a c l es p a t i a l 中对象关系模型方案【1 5 】： o r a c l es p a t i a l 的对象一一关系模型包含一组对象数据类型，一种索引类型， 以及作用于这些数据类型的算子。在对象一一关系模型中，几何体被存储为对象， 中南大学硕士学位论文第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 并且在单独一行的单独一列中，该列的名称是s d og e o m e t r y , 空间索引的创 建和维护是由基本的d d l 语句( c r e a t e ，a l t e r ，d r o p ) 和d m l ( i n s e r t , u p d a t e ，d e l e t e ) 语句完成的。在对象一一关系模型中，对空间数据的操作流 程大致是：创建一个空间表，插入数据，创建空间索引，进行空间查询。而这些 操作都是基于一种叫s d og e o m e t r y 的对象类型【1 6 1 。 b 、s d og e o m e t l w 对象类型： 在s p a t i a l 的对象一关系模型中，空间对象的几何描述存储在用户所定义的 表中，位于单独_ 行的单独一列中，该列的类型就是s d o g e o m e t r y5 t 寸象类 型。任何拥有列类型为s d o g e o m e t r y 的表，都必须拥有定义了主键的列。 这种类型的表往往也被称为几何表。 s d og e o m e t r y 对象类型是这样定义刚1 7 1 ： c r e a t et y p es d o g e o m e t r ya so b j e c t ( s d o g t y p en u m b e r , s d o _ s r i dn u m b e r ， s d o p o i n t s d o p o i n 下唧e ， s d o e l e m i n f om d s y s s d o _ e l e m _ i n f o _ a r r a y ， s d o o r d i n a t e sm d s y s s d o _ o r d i n a t e s _ a r r a y ) ； 接下来将逐一介绍s d og e o m e t r y 对象每个属性的语义。 l 、s d o g t y p e s d og t y p e 指示几何体的类型。下表2 1 给出了几何体类型和s d o g t y p e 值之间的对应关系： 表2 1 几何体类型扣s d 0 t y p e 值之间的对应关系 s d og t y p e 值 几何体类型描叙 d 0 0 0 未知的几何体体s p a t i a l 忽略该几何体 d 0 0 1 点几何体包含一个点 d 0 0 2 线串几何体是一条线段 d 0 0 3 多边形几何体是一个多边形 d 0 0 4 集合几何体是不同类型元素的集合 d 0 0 5 复合点几何体有多个点 d 0 0 6复合线串几何体有多条线段 d 0 0 7复合多边形几何体有多个不相交的多边形 9 中南大学硕士学位论文第二章基1 二o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 上表中的d 值表示了几何体的维数，其值可以是2 ，3 或4 ，例如，2 0 0 3 表 示2 维多边形。维数也同时反映出每个顶点的坐标数量。在任何一层( 也就是表 中一列) 里，所有几何体必须具有相同的维数。 2 、s d o s r i d s d os r i d 用来确定与几何体相关联的坐标系统。如果s d os r i d 为空， 表示没有坐标系统与几何体相关联；如果s d o s r i d 非空，它必须是来自表 m d s y s c ss y s 的s r i d 列中的某个值，而且这个值还必须被插入到视图 u s es d og e om e t a d a t a 中的s r i d 列。几何体列里的所有几何体具有相同 的s d os r i d 值。 3 、s d o p o i n t 在s p a t i a l 里，s d op o i n t 是由一个对象类型来定义的，该对象类型包含 n u m b e r 类型的x ，y ，z 。如果s d oe l e mi n f o 和s d oo r d i n a t e s 都 为空，s d op o i n t 就应该为非空，并且它的x 、y 、z 值就是点的坐标。反之， 如果s d oe l e mi n f o 和s d oo r d i n a t e s 为非空，s d op o i n t 就应该为 空。也就是说，s d op o i n t 是被用于存储点这类几何体的。 4 、s d o e l e m i n f o 用数字型的变长数组来定义s d oe l e mi n f o ，这个属性告诉人们怎样解 释存放在s d oo r d i n a t e s 属性中的坐标。s d oe l e mi n f o 是由若干个三元 组数字构成的，一个三元组对应一个几何体元素。每个三元组的数字中包含如下 三方面的信息： s d o s t a r t i n g o f f s e t 它指示了相应的几何体元素在坐标数组里的偏移值，偏移值从1 而不是0 开始。因此，第1 个元素的第一个坐标就是坐标数组里的第一个，即 s d o o r d i n a t e s ( 1 ) ；如果有第2 个元素，那么它的第1 个坐标就是 s d oo r d i n a t e s ( n ) ，其中的1 1 是第2 个元素的偏移值。 s d o e t y p e 它指示了元素的类型，合法值从0 到5 。值为l ，2 ，3 代表简单元素，这些 元素由单个三元组来描述，并且由变化的第一个数字来表外环( 1 ) 还是内环( 2 ) 。 具体讲，1 0 0 3 代表外环多边形，其坐标应按逆时针的顺序排列在 s d oo r d i n a t e s 中；2 0 0 3 代表内环多边形，其坐标应按顺时针的顺序排列在 l o 中南大学硕士学位论文 第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 s d oo r d i n a t e s 中。值4 和5 代表复合元素，复合元素有多个三元组，每个 三元组对应一个子元素。复合元素的子元素是连续的，一个子元素的最后一个点 是下一个子元素的第一个点。 s d o i n t e r p r e t a t i o n 它的含义依赖于s d o e t y p e 是不是复合元素。如果s d o e t y p e 是复合 元素( 4 或5 ) ，那么这个属性就决定了后面有多少个三元组是该复合元素的组成 部分，也就是有多少个子元素；如果s d o e t y p e 不是复合元素( 1 ，2 ，或3 ) ，那 么这个属性就决定了该元素的坐标顺序。 表2 2 详细说明了s d oe t y p ei n f o 里各属性的值及其语义的关系 s d o e t y p es d o i n t e r p r e t a t i o n 意义 oo 不支持的元素类型 ll 点 1n 1 点簇，具有n 个点 2 1 直线段 22 弧线段，一条弧线段由三个 坐标来描述：起始点，弧上 任意一点和结束点 31直线段构成的多边形。最后 一条线的结束点就是第一条 线的起始点 32 弧线段构成的多边形。最后 一条弧的结束点是第一条弧 _-。一 的起始点 33 矩形。需要记录左下角和右 上角点 34圆。圆周上的任意三点来描 述 4 n直线和弧线组成的复合线，n 代表子元素，也就是直线或 弧线的条数。子元素只能是 s d oe 1 r 1 忡e 为2 的直线或 弧线，某个子元素的结束点 是下一个子元素的起始点， 且存储的时候不能重复 5 n复合多边形，n 代表子元素 的个数。予元素只能是 s d oe t y p e 为2 的直线或 弧线，某个子元素的结束点 是下一个子元素的起始点， 且存储的时候不能重复。多 中南大学硕士学位论文 第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 i一个点开始l和结束点是同l 5 、s d o o r d i n a t e s 在s p a t i a l 里，用变长数字数组来定义s d oo r d i n a t e s ，这个数组存储了 组成空间对象边界的坐标值，这个数组总是与s d oe l e mi n f o 数组一起出现。 数组里的坐标值按维数排列，例如，有4 个二维点的多边形被存储为 x 1 ，y i ，x 2 ， y 2 ，x 3 ，y 3 ，x 4 ，y 4 ，x 1 ，) ，如果这些点是三维的，则被存储为 x l ，y 1 ，z 1 ，x 2 ，y 2 ，z 2 ，x 3 ，y 3 ，z 3 ，x 4 ，y 4 ，z 4 ，x 1 ，y 1 ，z 1 ) ，只是算子或函数在处理时 忽略z 值而已。 s d oo r d i n a t e s 数组里的值必须有效且非空，这里并没有特殊的值来定 义多元素几何体里的元素，一个特定元素的起始点和结束点是由该元素和下一个 元素的s d os t a r t i n go f f s e t 值决定的。这个偏移值从1 开始， s d oo r d i n a t e s ( 1 ) 是第一个元素第一个点的第一个坐标。 2 1 3 使用对象一关系模型的几个示例 介绍完对象一关系模型的s d og e o m e t r y 对象类型后，将结合4 个示例 进一步说明该类型。 示例1 ：先是一个矩形的示例，如图2 1 ： 一 图2 - 1 矩形示例图 在s d o g e o m e t r y 对象里，该矩形是这样被定义的： s d o g t y p e = 2 0 0 3 。2 表示二维，3 表示多边形； s d o _ s r i d = n u l l ； s d o _ p o i n t = n u l l ； 中南大学硕士学位论文 第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 s d oe l e mi n f o = ( 1 ，1 0 0 3 ，3 ) 。这个三元组的最后一个3 表示是一个矩 形； s d o _ o r d i n a t e s = ( 1 2 ，1 5 ，1 5 ，2 4 ) 。由于是矩形，因此，只存储了左下角 和右上角的坐标。 示例2 ：接下来再看一个有洞的多边形的示例，该多边形如图2 2 ： ( 1 0 ，1 0 )( 2 0 ，1 0 ) 图2 - 2 有洞的多边形示例图 ( 2 5 ，3 5 ) ( 2 5 ，1 5 ) 在s d og e o m e t r y 对象里，该多边形是这样被定义的： s d og t y p e = 2 0 0 3 ；2 表示二维，3 表示多边形。 s d o _ s r l d = n u l l ； s d op o i n t = n u l l ； s d o e l e m i n f o 气l ，1 0 0 3 ，l ，1 9 ，2 0 0 3 ，1 ) 。这里有2 个三元组：l ，1 0 0 3 ，l 和1 9 ，2 0 0 3 ，l 。1 0 0 3 代表外环多边形，2 0 0 3 代表内环多边形，1 9 表示第二个 元素，也就是上图中的内环多边形的坐标从坐标数组s d oo r d i n a t e s 的第1 9 个开始： s d o _ o r d i n a t e s = ( 6 ，1 5 ，1 0 ，1o 2 0 ，1 0 , 2 5 ，1 5 ，2 5 ，3 5 ，1 9 ，4 0 ，1 1 ，4 0 ，6 , 2 5 ，6 ，1 5 ，1 2 ，1 5 ， 1 2 ，2 4 ，1 5 , 2 4 ，1 5 ，1 5 ，1 2 ，1 5 ) 。该数组里的前1 8 个坐标正好是外环多边形各顶点坐标 按逆时针的排列，并且最后一个点和第一个点重合，因此，虽然，外环多边形只 有8 个点，但坐标数组里却有1 8 个坐标；从坐标数组第1 9 个开始的是内环多边 形按顺时针排列的各顶点的坐标，同样，其最后一个点和第一个点重合。在这里 或许会有疑问，内环明明是一个矩形，应该只需存储左下角和右上角点就够了， 为什么这里存储了每个点昵? 这是因为s d oe l e mi n f o 数组的第二个三元组 ( 1 9 ，2 0 0 3 ，1 ) ，其中的2 0 0 3 表示这个元素是多边形，而l 表示该元素是由直线段 构成的，因此，要存储所有的点。如果将这里的1 改为3 ，那就表示是一个矩形， 1 3 中南大学硕士学位论文第二章基于o r a c l es p a t i a l 的道路线状要素增量组织 就只需存储左下角和右上角了。由此，也不难看出s d o _ e l e m _ i n f o 数组确实 影响并决定着s d o _ o r d i n a t e s 数组。 示例3 ：第三个示例是复合线串的情况。图2 3 新月状的对象就是一条直线 和弧线合线串。描述该图需要4 个点，点1 和点2 描述直线段，点2 ，3 和4 描 述弧线段。 在s d og e o m e t r y 对象里，该几何体是这样被定义的： s d o g t y p e = 2 0 0 6 。2 表示二维，6 表示复合线； s d o _ s r i d = - n u l l ； s d o _ p o i n t = n u l l ； s d o _ e l e m _ i n f o = ( 1 ，1 0 0 4 ，2 ，l ，1 0 0 2 ，l ，3 ，1 0 0 2 ，2 ) 。这里有3 个三元组 ( 1 ，1 0 0 4 ，1 ) ，( 1 ，1 0 0 2 ，1 )