（大地测量学与测量工程专业论文）基于comgis的工程图文信息管理系统的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 近年来，随羞企业信息化建设的兴起和c a d c a m c a e c a p p 等新技术的普 及，企业已具备了先进的产品设计与开发手段，工作效率得到显著提高。与此 同时，随着企业电子化图文信息数量的日益庞大，出现了设计数据和技术文档 资料管理混乱分散、查询困难、设计资料的审批和更改频繁等问题，这些问题 在一定程度上影响了企业的办公效率，制约了企业现代化、信息化建设的步伐。 因此，建立工程图文信息管理系统，对现有的资料进行科学、规范的管理，实 现信息的集成和共享，逐步形成电子化的信息管理机制，已势在必行。 本文首先介绍了工程图文信息管理系统的研究、使用现状及发展趋势，针 对传统管理方式对项目空间信息管理的不足，提出了基于c o m g i s 的工程图文信 息管理方案。论文的主要研究内容如下： 一1 研究了系统开发过程中采用的关键技术，包括：空间数据库引擎的主 要功能及实现方式；分析了工程项目数据的类型和特点，提出采用非第一范 式关系模式来管理半结构化、具有嵌套关系的不同版本的项目信息，采用对象 一关系一属性数据模型来管理最终的项目成果文件，并在传统的关系数据库中 实现了对半结构化项目信息的存储和管理；从系统的网络设计、用户权限设 计和数据库设计三个方面探讨了系统的安全性设计思路；讨论了基于 a u t o c a d 环境的g i s 数据采集方案，并分别采用外部数据交换模式和s u p e r m a p 数据泵技术实现了用户对a u t o c a d 图形要素的提取。 2 根据系统的目标，对系统进行总体设计和数据库设计，采用组件式g i s ( c o m g i s ) 技术和c s 网络构架方式，开发了工程图文信息管理系统，并对系 统的功能进行了较详细的论述，包括：用户权限管理，项目和任务属性信息入 库，任务空间信息入库和维护，项目成果文件的整理和入库，成果文件查询以 及各专业图层统计及地图显示等功能。 工程图文信息管理系统在成都市某设计院试运行，实现了工程图文信息规 范化、科学化的管理，满足了该院图文信息管理和查询的业务需求，对提高各 部门的管理水平和办公效率具有重要的促进作用。此外，本文所采用的技术方 案与路线对其它单位图文信息管理系统的建设也具有一定的参考价值。 关键词：组件式地理信息系统；产品数据管理；空间数据库引擎；管理模式； 安全；数据转换；工程图档 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s ，w i t h t h e r i s eo f e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o n c o n s t r u c t i o na n dt h e p o p u l a r i t y o fn e w t e c h n o l o g i e s s u c ha s c a d c a m c a e c a p p e n t e r p r i s e sa r ep r o v i d e dw i t ha d v a n c e dp r o d u c t d e s i g na n dd e v e l o pm e t h o d s ，w h i c hl a r g e l y e n h a n c e dt h e i rw o r k i n g e f f i c i e n c y m e a n w h i l e ，a st h en u m b e ro fe n g i n e e r i n gd r a w i n g sa n d d o c u m e n t si n c r e a s e s ，t h e m a n a g e m e n to fd e s i g n d a t aa n dt e c h n i c a l d o c u m e n t sb e c o m e sd i f f i c u l t a n dt h e s ep r o b l e m s ，s u c ha si n f o r m a t i o n s c a t t e r i n g ，s e a r c h i n gd i f f i c u l t i e s ，f r e q u e n tc h a n g e sa n da p p r o v a l so f d e s i g n s ，h a v el o w e r e dt h ew o r k i n ge f f i c i e n c ya n ds l o w e di n f o r m a t i o n p a c ei nac e r t a i ne x t e n t t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt os e tu pap r o j e c t i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t 。s y s t e m 。t o m a n a g et h e + e x i s t i n g d a t a s c i e n t i f i c a l l y a n d c a n o n i c a l l y i t i s i m p e r a t i v e t or e a l i z et h e i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n ds h a r e ，a n dg r a d u a l l yf o r ma ni n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tm e c h a n i s m t h i st h e s i si n t r o d u c e st h er e s e a r c h ，a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t t r e n d so fe n g i n e e r i n gd r a w i n g sa n dd o c u m e n t sm a n a g e m e n ts y s t e m c o n s i d e r i n g t h a t s p a t i a l i n f o r m a t i o nh a sb e e n n e g l e c t e d i nt h e t r a d i t i o n a l p r o j e c tm a n a g e m e n t ，t h i s t h e s i s p u t s f o r w a r da c o m o i s b a s e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts c h e m e t h em a i nc o n t e n t so f t h et h e s i sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： i t h ek e yt e c h n o l o g i e su s e di nt h es y s t e md e v e l o p m e n ta r e l u c u b r a t e d i n c l u d i n g ：t h em a i nf u n c t i o n sa n dr e a l i z a t i o nw a yo ft h e s p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ；t h et y p e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep r o j e c t d a t aa r ea n a l y z e d ，t h en o n - f i r s tn o r m a lf o r ma r ea d o p t e dt om a n a g e h a l f - s t r u c t u r e da n dn e s t e dp r o j e c ti n f o r m a t i o nw i t hd i f f e r e n te d i t i o n ， t h eo b j c o t - r e l a t i o n a t t r i b u t ed a t am o d e li su s e dt om a n a g et h ef i n a l e n g i n e e r i n gd r a w i n gd o c u m e n t s ，a n dt h es t o r a g ea n dm a n a g e m e n to ft h e h a l f - s t r u c t u r e dp r o i e c ti n f o r m a t i o ni sr e a l i z e di nt h et r a d i t i o n a lr e l a t i o n d a t a b a s e ；d i s c u s s e dt h es y s t e ms e c u r i t yd e s i g nf r o mt h ef o l l o w i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 t h r e ea s p e c t s ：t h es y s t e mn e t w o r kd e s i g n ，t h eu s e rj u r i s d i c t i o nd e s i g n a n dt h ed a t a b a s ed e s i g n ；d i s c u s s e dt h eo i sd a t aa c q u i s i t i o np l a n b a s e do na u t o c a de n v i r o n m e n t ，a n du s e de x t e r i o rd a t ae x c h a n g e p a t t e r na n dt h es u p e r m a pd a t ap u m pt e c h n o l o g ys e p a r a t e l yt oe x t r a c t t h ea u t o c a dg r a p h i ce s s e n t i a l s i i s y s t e md e s i g na n dd a t a b a s ed e s i g na r ed o n ea c c o r d i n gi t sg o a l t h ee n g i n e e r i n gd r a w i n gd o c u m e n t sm a n a g e m e n ts y s t e mi sr e a l i z e d w i t ht h eu s eo ft h ec o m g i st e c h n o l o g ya n dt h ec l i e n t s e r v e rn e t w o r k a r c h i t e c t u r e t h ef u n c t i o n so ft h es y s t e ma r ee x p a t i a t e di nt h et h e s i s ， i n c l u d i n g ：m a n a g e m e n to ft h eu s e rj u r i s d i c t i o n ，w a r e h o u s i n go ft h e p r o j e e ta n dt a s ka t t r i b u t ei n f o r m a t i o n ，w a r e h o u s i n ga n dm a i n t e n a n c eo f t h et a s ks p a t i a li n f o r m a t i o n ，r e o r g a n i z a t i o na n dw a r e h o u s i n go ft h e p r o j c o ta c h i e v e m e n td o c u m e n t s ，i n q u i r yo ft h ea c h i e v e m e n td o c u m e n t s a n ds t a t i s t i c so fe a c h s p e c i a l i z e dl a y e r s a n dm a pd e m o n s t r a t i o n f u n o t i o n s t h ee n g i n e e r i n gd r a w i n gd o c u m e n t sm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e n p u ti n t ou s ei nad e s i g ni n s t i t u t ei nc h e n g d u a n di th a sr e a l i z e dt h e s t a n d a r d i z e da n di n f o r m a t i o n a lm a n a g e m e n t ，m e tt h ed e m a n d so ft h e m a n a g e m e n ta n di n q u i r yb u s i n e s sa n di m p r o v e dt h em a n a g e m e n ta n d w o r ke f f i c i e n c y i na d d i t i o n ，t h et e c h n o l o g i e sa n ds c h e m e su s e di nt h i s t h e s i sc a na l s op r o v i d eav a l u a b l er e f e r e n c ef o ro t h e rp r o j e c t s ， k e yw o r d s ：c o m g i s ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) 。s p a t i a l d a t a b a s e e n g i n e( s d e ) ，m a n a g e m e n tm o d a l ，s e c u r i t y ，d a t a c o n v e r t i n g ，e n g i n e e r i n gd r a w i n gd o c u m e n t s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 工程图文信息管理系统的开发背景和研究目标 1 1 1 工程图文信息管理系统的开发背景 目前，经济的发展越来越趋向于全球化，同时企业也面临着国内、国际上 的竞争，竞争的层次越来越高，这就要求企业从t ( 时间) 、q ( 质量) 、c ( 成 本) 、s ( 服务) 、e ( 环境) 五个方面快速响应市场，开发出高质量、高性价 比的产品，一为用户提供更全面的服务。为了达到目标，企业必须通过先进的技 术手段实现全面的信息化来提高竞争力。但是在工程建设领域，尚存在以下问 题；工程建设规模较大，建设周期较长，图文资料种类繁多，数量庞大，采用 传统的档案式图文信息管理方式严重制约了企业的发展，主要表现在： 1 资料管理混乱、不规范，资料丢失现象时有发生： 2 资料整理、存储手段落后，资料检索方式复杂； 3 文件收发重复劳动多，资料共享性差； 4 无法直观了解各项完成工程和在建工程的地理位置及分布情况，不利于 宏观决策。 1 1 2 工程图文信息管理系统的研究目标 对于大规模的工程建设项目，采用g i s 技术、数据库技术和网络传输技术， 开发一套实用性强，与当前工程建设项目管理配套的。工程图文信息管理系统” 能极大的提高项目管理的水平和效率，与传统档案式的管理方式相比，本系统 拟实现以下目标： 1 节省图纸的存储空间，延长图纸的使用寿命。计算机保存图纸是将图纸 以文件的形式保存在磁盘上或者将图纸以二进制的形式存储于数据库中，因此 占用空间小，使用寿命长尤其是使用大容量光盘存储图纸资料，既能大大地 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 节省存储空间，又能充分地延长图纸寿命 2 查询快速准确。使用计算机保存图纸，可以设计基于图纸属性信息和空 间信息的多种查询方式，从而便捷、准确的过滤出目标图纸。尤其是网络化的 工程图文信息管理系统，每位设计人员通过客户端界面输入查询条件，系统将 快速地调出相应的图纸资料，实现了图纸的现代化管理和使用。 3 图纸复用方便。设计人员如需复用旧图，只需调出原图形文件，在计算 机上直接修改圈阅批注，设计出新图，并可直接出图。 4 保证图纸资料的安全性和准确性。系统通过软、硬件结合，分级别赋权 管理机制以及文件加密的方式，确保图纸数据的正确性、保密性、一致性及完 整性。 1 2 国内外研究现状分析及发展趋势 1 2 1 工程图文信息管理的发展阶段 工程图文信息管理是产品信息管理的重要任务，是企业生产管理的重要环 节，工程图文信息管理技术的发展经历了以下四个主要阶段【 1 0 l ； l ，人工管理纸质图档资料 传统的产品设计以手工绘图为主，图档管理采用人工完成，大量的纸质图 档存放在企业的档案室，由专人管理这些图档的借阅、查看。资料的存储介质 和管理手段都比较落后，资料的安全性也很难得到保证。 2 文件级的计算机管理 7 0 年代，c 觥a m 技术问世，大大提高了产品设计与制造的自动化程度， 电子文档的数量日益增多，以纸质文件为基础的管理方式阻碍了公司的业务发 展。为了解决大量工程图纸的管理问题，通过使用图像扫描技术把工程图纸转 换成数字图像，并对图像实现修改和以不同格式文件保存来实现对这些数字图 像的管理。这一阶段图档管理的特点是每张图纸作为单个文件进行管理。 3 ，基于数据库技术的图档管理 8 0 年代初，随着数据库技术的发展与应用，软件管理的对象类型慢慢拓宽， 简单的文件管理不能满足人们的要求，于是开始利用数据库来保存零部件的记 录和相关信息，出现了基于数据库的图档管理系统。采用数据库技术的图档管 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 理系统中，图形作为一项非结构性的二进制数据，与其它结构性数据( 如图号， 图名，设计者等) 存储在数据库的记录项中这一阶段的管理仍然没能摆脱零 件级的模式，为适应不同用户的需要，图档管理表现为多种形式，有的强调图 形文件的管理，有的着重与m i s 软件的连接，有的希望解决一些工作流程管理问 题，从这类系统的名称( 如d m - d o e u m e n t m a n a g e m e n t 、e d m - e l e c l r o n i ed o c u m e n t m a n a g e m e n t 、i m i m a g em a n a g e m e n t 等) 可以初步看出其特点。 这类系统能够提供数据安全性控制、文件储存、修正控制以及和其它应用 简单集成等功能，简化了工程过程( 包括产品开发、资源配置、加工制造、计 划调度等等) 。 4 面向产品全生命设计及制造的图档管理一p d m 技术 9 0 年代，随着三维造型技术的成熟与应用，c 觥舢讧一体化技术走向深入， 人们逐渐认识到了产品全生命周期数据管理的含义及其潜在意义，提出了以产 品对象为核心的信息管理思想及相应的技术，一并将这种能够继承管理与产品相 关信息及过程的技术分为三个层次，即图纸文档的电子化管理，部门间的数据 管理，企业间的数据管理，产品数据管理( p d m ，p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) 技 术作为先进的管理思想成为研究的热点这一阶段的信息管理系统支持整个产 品生命周期，包括与产品相关的所有信息及相关过程的管理。作为p d m 核心的 图档管理功能更加齐全，向更大范围、更高层次发展，并融入整个产品数据管 理系统中。 1 2 2 国内外研究现状 随着c a d 应用水平不断提高，传统的手工绘图基本变成计算杌绘图。但很 多企业依然处于用( 计算机绘出的) 图纸指导生产的传统模式，图档的管理依 然采用传统的档案室管理，加上国家在档案室管理办法中也尚未做出对c a d 电 子文件存储、归档和管理方面的较完善的规定，以至于在很长时间内忽略了对 电子图档的重视。近几年，企业开始意识到电子图档管理的重要性，并着手进 行软件的开发。 国内在电子图文信息管理方面所作的工作主要表现在两个方面【。矗& 9 1 ： 1 对纸质图纸的扫描输入管理，采用识别技术提取图片中的信息； 2 对现阶段积累的电子图档的管理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 由于研究开发时间较短，现有的图文信息管理系统偏重于功能单一的档案 管理，多为独立系统，单机工作模式，在系统安全性、，网络环境中的管理及与 c a d c a m 系统集成等方面考虑不多。个别企业则是在国外大型c a d c a m 软件 的p d m 模块中二次开发来进行管理。总之，国内对电子图文信息管理技术的研 究依然不够成熟、实用，缺少功能完善的面向产品全生命设计及制造周期应用 的图文信息管理系统。 国外的图文信息管理商品软件在最近几年才走入国内市场，其中，国外典 型产品有a u t o d e s k 公司的w o r k c e n t v r ，挪威的r x t d m 系统以及与大型 c a d c a m 软件配套的p d m 产品。w o r k c e n t e r 是a u t o d e s k 公司的系列产品之一， 是二维图形软件a u t o c a d 的配套产品，重点在于管理a u t o c a d 生成的图样， r x t d m 是图文信息管理方面的通用软件，可用于多种图档的综合管理，采用“卡 片式”管理模式，是基于文件级管理软件。基于大型c a d c a m 软件的p d m 产品 与原系统配套配置研制，系统集成度高i 能够对产品信息相关的过程实旅比较 完善的管理，但项目投资比较大总体来说，国外的图文信息管理系统在功能 上比较先进，有一些产品已部分商品化，但由于其主要是一种通用性软件，专 业性方面比较欠缺，所以并没有在企业中得到全面应用和成功实施。虽然这些 产品各有其特点，但就我国企业实际情况来说，还不够实用。 1 2 3 工程图文信息管理系统的发展趋势 工程图文信息管理系统发展的总体目标是：利用计算机进行辅助管理，实 现信息的交流和数据共享，提高工作效率，并为决策提供支持和服务。以图文 信息管理为核心的工程项目管理正逐步向科学化、规范化、标准化、自动化和 智能化方向发展，主要发展趋势如下【。矗9 1 ： 1 实现项目建设期间各项业务的网络化、流程化管理，即无纸化办公； 2 集成g i s 技术、数据库技术、网络技术、e r p ( e n t v r p r i s er e s o u r c e sp l a n n i n g ， 企业资源计划) 技术、p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e ，产品数据管理) 技术，实现 具有空间特征项目数据的可视化表达，为决策者的动态管理和实时控制提供依 据： 3 管理所有与产品相关的信息，进一步管理所有与产品相关的数据产生的 过程信息； 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 4 数据安全保密机制的研究，例如产品数据的加密技术和防拷贝技术。 1 3 相关概念介绍 1 3 1c o m g i s 简介 组件式软件技术已经成为当今软件发展的趋势之一。基于组件开发是软件 开发的一次革命。基于组件开发不只是一种新的分布式的计算方法，而且是一 种广泛的体系结构，支持包括设计、开发和部署在内的整个生命周期的计算概 念。( b i l l c a r e s ) 。 c o m g i s 将组件式软件技术和面向对象技术应用于g i s 软件开发中，其基本 思路是：把g i s 的各种功能模块划分为不同类型的控件，每个控件完成各自相应 的功能。各g i s 控件之间，以及g i s 控件与其他非g i s 控件之间，通过可视化的开 发工具集成起来，形成最终的g i s 应用，c o m g i s 从根本上解决了g i s 软件与其它 系统的集成问题。c o m g i s 存在的目的是向外界( 应用框架、其它组件或者最终 用户) 提供g i s 数据显示、分析、处理等g i s 的专业服钭1 l 1 3 1 6 切。 基于组件的软件开发通过将现有的可重用的组件集成到当前的应用中，通 过组件( 包括专业领域和通用领域的组件) 的重用提高软件的生产效率。可以 说c o m g i s 在很大程度上推动了g i s 软件的系统集成化和应用大众化，同时也很 好地适应了网络技术的发展。组件化程序设计技术体现了一种现代的软件开发 思想，它不同于传统的结构化程序设计，也不同于面向对象的程序设计技术， 而是位于两者之上，从全局来考虑和构建应用系统。但是在具体设计某个模块 或者组件时，我们仍然需要结构化的程序设计和面向对象的程序设计方法。 同传统的g i s 比较，c o m g i s 具有多方面的优点；提高开发速度，降低开 发成本；高效无缝的系统集成，无须专门g i s 开发语言，增加应用软件的灵活 性；降低软件的维护费用。同时，基于组件的软件开发技术也有以下缺点： 基于组件的开发受限于开发商所提供的组件的封装水平。组件的粒度和接口 设计的优良程度直接决定了二次开发的难易程度和应用效果；执行效率较低， 因为组件对象所提供的服务要经由c o m 转换；要求开发商对组件技术和g i s 有全面的认识，确保良好的设计；由于组件产品不是一个应用程序，而是一 些供二次开发用户使用的开发包，需要一系列的容器进行测试，测试的过程也 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 比较复杂t t 6 q t i 目前，大多数g i s 软件公司都把开发组件式软件作为一个重要的发展战略。 国内外具有代表性的c o m g i s 平台有：e s r i 公司的m a p o b j e c t s 、a r e o b j e e t s m a p l n f o 公司的m a p x ：i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a ；加拿大阿波罗科技集团的 t i t a n ：北京超图公司的s u p e r m a po b j e e t s ；中国科学院地理研究所的a c t i v e m a p 等。 1 3 2 p d m 简介 对于制造和设计企业而言，先进的设计和制造手段的广泛应用在促进生产 力发展的同时也带来了新的挑战。首先，产品研发过程中的设计数据和技术文 档呈现出“信息爆炸”的增长趋势；其次，企业各个部门使用的各种应用系统 之间j 缺乏有效的信息传递、”转换和共享，一形成所谓的“信息孤岛”1 因此i 实现信息的有序管理将成为企业在未来的竞争中保持领先的关键因素，产品数 据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，简称p d m ) 正是在这一背景下应运而生的一 项新的管理思想和技术。 产品数据管理是以软件为基础，管理与产品相关的信息和所有与产品相关 过程的技术。一般而言，与产品相关的信息包括零部件信息、产品结构、结构 配置、文件、c a d 文档、扫描图像、审批信息等；与产品相关的所有过程，包 括过程( 生命周期、工作流程、审拟发放、工程更改、机构关系等) 的定义和 监控。p d m 系统可以确保设计追踪，产品制造所需的大量资料和信息，并以此 支援和维护产品。它将数据库的管理能力、网络的通信能力和系统的控制能力 相结合，提供了产品全生命周期( 包括市场调研、产品开发、产品设计销售、 售后服务) 的信息集成化管理，并支持建立一个并行化运作的产品开发协作环 境。一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整 个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据 2 6 - 3 “。 p d m 技术最早出现在8 0 年代初期，当时是为了解决大量工程图纸文档的管 理困境，后来随着计算机软硬件的发展，c a d c a e c a m c a p p ( c o m p u t e ra i d e d d e s i g n ，简称c a d ，计算机辅助设计；c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ，简称c a e ， 计算机辅助工程；c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，简称c a m ，计算机辅助制造； c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，简称c a p p ，计算机辅助工艺规划) 等工程设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 领域工具的不断丰富，p d m 技术的内涵和外延也逐渐拓宽，从处理大量的异构 文档( 如c a d 图、图像等) ，逐渐扩展到整个产品生命周期的数据管理。9 0 年 代中期，以n d a n 等为代表的大中型p d m 独立产品的出现，标志着p d m 走向成 熟，并逐渐形成p d m 技术的几大重要功能：电子仓库和文档管理、工作流和过 程管理、产品结构和配置管理、设计检索和零件库、项目管理、查看和圈阅、 扫描与成像、电子协作、系统集成等等。其中核心的功能模块有产品结构与配 置管理、工作流管理以及图纸文档管理等。 实施p d m 给企业带来了很大的经济效益，比如说，提高设计效率；提高设 计与制造的准确性；改善产品与服务质量：更好的管理工程变更。从量化的角 度来看，据相关资料统计，p d m 的应用使产品设计周期缩短2 5 ，减少工程设 计修改4 ，加快产品投放市场进度5 0 0 , - 8 0 ，总成本削减2 5 以上【2 ”。 i 4 论文的研究内容 论文的主要研究内容如下： 1 。介绍了工程图文信息管理系统的开发背景，发展阶段、国内外研究现状 及发展趋势，提出基于c o m g i s 的图文信息管理方案； 2 深入研究了系统开发过程中采用的关键技术：空间数据库引擎技术、项 目数据的管理模式、系统的安全性设计思路、c a d 与g i s 空间数据的转换方法。 提出采用非第一范式存储及管理不同版本的项目信息，采用对象关系属性数据 模型管理最终的成果文件。 3 根据系统的目标，对系统进行总体设计和数据库设计，采用组件式g i s ( c o m g i s ) 技术和c s 网络构架方式，开发了工程图文信息管理系统，并对系 统的运行流程、功能和特点进行了较详细的论述。 1 5 论文的组织结构 论文各章节的内容如下： 第l 章是绪论，介绍了工程图文信息管理系统的开发背景，国内外研究现状 及发展趋势，对本文主要研究内容和论文的组织进行了阐述。 第2 章总结了工程图文信息管理系统开发中使用的关键技术，主要论述了空 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 间数据库引擎技术、项目数据的管理模式、系统的安全性设计以及c a d 与g i s 空间数据的转换方法 第3 章对系统进行了设计，主要包括；系统的需求分析，系统的总体功能设 计和数据库设计。 第4 章详细论述了系统实现的相关内容，重点阐述了系统的功能。 结论部分是对本文研究的总结。 1 6 本章小结 本章介绍了课题研究的背景、研究现状和发展趋势；阐述了论文涉及的 c o m g t s 和p d m 技术；总结了论文的研究内容和章节安排。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第2 章工程图文信息管理系统的关键技术 2 1 空间数据库引擎( s d e ) 概述 2 1 1 空间数据库引擎的概念、功能和实现方式 地理信息系统的构建是对特定地域的地理现象的空间抽象和描述，而系统 构建的目的是为了服务于特定的用户群体对地理现象的管理、分析、查询和再 现等要求。但是，空间数据与一般的事务数据相比具有空间分布特征、空间关 系特征、非结构化特征和海量数据特征，这些特征客观上造成了空间数据管理 的难度。因此，对地理空间数据的存储、读取、检索和管理就是地理信息系统 的核心内容，而空间数据库引擎正是g i s 利用数据库进行海量空间数据管理的关 键。 空间数据库引擎( s p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ，简称s d e ) 是指提供存储、查询、 检索地理数据和对地理数据进行空间关系运算和空间分析的程序功能集合1 3 2 。 从功能上讲，它承担着如下的工作，3 5 】： 将地理数据模型有效地映射到数据库系统中； 通过高效的空间索引机制对空间数据进行统一管理和组织； 提供标准的接口用于空间数据的便捷存取； 封装数据库的属性查询功能并扩展到空间条件查询； 逐步提供更加强大的空间分析功能。 s d e 的实现包括内置式和外部调用式两种。内置式是指在已有的商用数据 库管理系统中扩展空间数据管理模块，使其能直接存储和管理非结构化的空间 数据；外部调用式是g i s 厂商在已有成熟的商用数据库管理系统之上，通过进一 步的开发，将s d e 作为独立的中间件来调用。两者的区别如表2 ，l 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 表2 - 1s d e 两种实现方式的比较 实现方式内置式外部调用式 1 数据库软件商在关系 1 g i s 软件商基于现有的关 数据库管理系统中进 系数据库管理系统进行开 行扩展，定义空间数据 发，而不是数据库厂商针 类型以及操作空间对 对空间数据支持的扩展； 象的a p i ； 2 通常是将图形数据变长部 解决方案分处理成二进制数据块字 2 在d b m s 方面体现为 段( b l o b ) ； 基于对象一关系的数 3 在d b m s 方面体现为全关 据库管理系统和面向 系型空间数据库管理系统 对象的数据库管理系 和基于对象二关系的数据 统 库管理系统。 和数据库系统融为一体， 空间数据的安全性，一致性、 整体性好；在数据库系统 完整性、并发控制和数据恢复 优点内核对空间数据索引等相 可以依赖关系数据库提供的 关环节作了优化，所以性 基本功能来实现 能也很好 与特定的d b m s 系统相关； 屏蔽了不同的操作系统平台 主要解决了空间数据变长 和数据库平台之间的差异； 记录的管理，其效率比二 存取以二进制形式存储的变 进制块存储的方式高得 缺点 长几何图形数据的效率低下， 多； 当涉及到数据的嵌套时。效率 没有解决对象的嵌套问 题，用户无法自定义空间 更低。 数据的结构，使用受限。 e s r i 公司的a r c s d e ； s u p e r m a ps d x 系列引擎( 每 产品i n f o r m i x 和o r a c l es p a t i a l 一种引擎负责访问一种数据 格式) 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 1 2 空间数据库引擎的研究内容 s d e 的研究内容包括1 3 2 3 4 3 s 1 ：1 空间数据模型的建立：2 空间查询语言 ( g e o m e t r i cs t n m m e dq u e r yl a n g u a g e ，简称g s q l ) 的研究和实现；3 空间数 据的索引；4 空间数据的网络分布、并行、调度、多用户编辑的数据一致性以及 数据安全性等问题。 。 空间数据模型是空间数据库的核心，它指现实地理世界中各种地理实体及 其之间联系用数据及数据间的联系来表示的一种方法。空间数据模型的建立过 程正是对现实地理世界进行抽象、概括和分类，以认识问题的自然方式将对象 构成一个分层结构，来描述空间实体闻的相互联系和相互作用，建立一个完整 的结构模型的过程。因此，空间数据模型的建立，直接影响着空间数据的定义、 存储、查询、更新模式，进而会关系到空间分析、辅助决策等系统功能。目前， 关系数据模型、面向对象数据模型和对象关系混合数据模型是3 种在g 1 s 研发中 已经使用的数据模型。 传统的s q l 不支持复杂的空间数据类型和空间分析功能，难以满足g i s 的需 求。因此在标准的s q l 基础上进行扩展将是管理和分析空间数据的一个趋势。 其一般做法是开发g s q l i 吾言解释器，当用户输x g s q l 语句后，调用解释器进 行语句的解释，解释正确后访问空间数据库得到查询结果，最后将结果集反馈 给用户。目前，虽然国际上已经基本上认同t o p e n g i s 规范提出的空间扩展查询 语言，但是各个数据库厂商并没有形成一个标准的空间查询语言的解释程序， g s q l 仍处于理论发展和技术探索阶段。 空间索引是指依据地理对象的位置、形状或地理对象之间的某种空间关系， 按一定的顺序排列的一种数据结构，其主要目的是对空间数据进行筛选和过滤， 通过这种措施，在进行空间操作时，大量与之无关的空间数据被预先排除，从 而达到提高空闻搡作效率的目的。空间索引的性能优劣直接影响空间数据库和 地理信息系统的整体性能。空闻索引通常采用分割原理，把查询空闻划分为若 干区域( 通常为矩形或多边形) 这些区域或单元包含空间数据并可唯一标识。 目前，国际上研究出许多高效的空间索引方法，比如，规则格网索引方法、b s p 树、k d b 树、r 树、四叉树索引等。 。 空间数据库引擎的最大特点就是支持多用户的操作。在多用户操作中，最 为突出的问题就是多用户对同一空间地理数据进行处理时的数据一致性问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 只有保证数据的一致性，才能使获取的空间地理数据成为可用的数据。目前解 决多用户编辑的数据一致性问题有以下几种方式：独占锁定的方式；源数据拷 贝方式：版本方式，此时每一版本代表在特定时间的数据。 2 2 工程项目数据的管理模式研究 在生产过程中形成的项目数据可以分为两类，一类是各设计阶段( 方案设 计、初步设计、施工图设计) 产生的设计文件，这类文件由于各种因素需要频 繁的更改，在工程结束之前，需要保存文件的每个变化版本；另一类是最终的 成果文件，它是工程的最终版本，是企业的宝贵财富。这两类项且数据都是典 型的半结构化数据，具有以下特点： 1 隐含的模式信息，项目数据的模式用于描述数据的结构信息，而不是对 数据结构进行强制性的约束，虽然项目数据具有一定的结构，但其结构与数据 混在一起，是先有数据后有模式； 2 缺乏严格的类型约束，正是由于项目数据没有固定的、可预先定义的模 式，以及数据在结构上的不规则性，所以缺乏对数据的严格类型约束； 3 项目数据具有版本特点，是处于动态变化中的时态数据，因此，项目数 据需要更丰富的数据语义来描述。 因此，综合考虑项目数据属性数量、属性闻的函数依赖情况、关系中元组 的数量和应用的需要等多方面因素，本文尝试采用非规范化的数据库设计思想， 即采用非第一范式关系模式来管理半结构化、具有嵌套关系的项目时态变化数 据：而对最终的项目成果文件，采用对象关系属性数据模型 ( o b j e c t - r e l a f i o n s h i p - a t l r i b u t em o d e l 。o r a ) 来组织，并在传统的关系数据库中 实现对半结构化项目数据的存储和管理。 2 , 2 1 非第一范式关系模式( n o n - i n f ，n 1 n f ) 简介 传统的关系数据库是关系的集合，而关系至少要满足第一范式( 1 n f ) 的约 束，即其属性是原子属性。与第一范式( 1 n f ) 方法相比，非第一范式是将原规 则型元组关系扩展为嵌套型的元组关系，即每个属性字段不仅仅具有确定的或 原子的属性名和单一的值，而是比较复杂，在有的属性中可能嵌套着多层关系： 非第一范式方法允许数据记录变长或者嵌套，以便支持大而复杂的非表格化结 构对象。与其它非关系方法( 如面向对象方法) 相比，n 1 n f 有着关系方法的许 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 多优点：如有较为成熟的理论基础、易于实现等。基于非第一范式的表单设计 融合了关系数据模型和层次数据模型的特点，能较好的表达目标对象的历史演 化，反映时态属性的结构与特性；但正是由于其属性字段丧失了原子性，就不 能从标准关系型数据库得到非第一范式历史数据库的查询语言，为此，就必须 建立它的代数结构和元组演算规则，以便获得基于代数运算的查询语言和基于 元组演算的查询语言 4 0 , 4 1 a 2 。 为了表达项目数据的时态性，可以采用元组标记和属性项标记两种时闯标 记方法。前者通过为条记录增加时间字段来引进时间因素，而后者是将时间 体现在每个属性字段中，因此可以用一个元组来完整描述一个目标在不同时刻 的属性，从而克服了第一范式难以对目标的历史状况进行查询和分析的缺点。 2 2 2 非第一范式表达项目时态数据实例 工程图文信息管理系统中工程项目的嵌套关系及属性关联如表2 - 2 所示。由 于项目的时态属性数据可分为静态属性数据和动态属性数据( 如项目设计版本、 人员和图纸的动态变化数据) ，为了实现时态数据的组织管理，可分别存贮管 理非第一范式关系中的当前值和历史值，两者之间用双向指针链接( 即将当前 值与最近的历史值链接起来) ，如图2 一l 所示。 表2 - 2 项目的嵌套关系及属性关联 项设计版本、人员和图纸的三元嵌套关系 且 人员和图纸的二元嵌套关系 项目起项目名 专业 其他 编版本号止时问称 设计人员设计图纸 号 2 0 0 5 ， ls l张“ p i ，p z ， 2 0