（地图学与地理信息系统专业论文）面向对象组件式地理模型库建立的研究与实践.pdf

摘要 面向对象组件式地理模型库是基于面向对象( 0 0 ) 和组件( c o m ) 技术开发的地 理模型库，即把每个地理模型组件化，以组件形式向用户提供二次开发接口，每 个地理模型组件完成各自不同的功能，这些组件可以是不同时期的组件，可以用 任何语言进行开发。各个组件之间可以根据实际应用的需要，通过可视界面和使 用方便的接口可靠而有效的组合在一起，最终形成地理模型应用系统。 本文以“面向对象组件式地理模型库建立的研究与实践”为题，对地理模型 库的建立和实现进行了研究和讨论，论文主要包括以下内容： 第一章，绪论，阐述了地理模型库的发展及其研究意义。 第二章，地理模型的分类和组织，介绍地理模型的概念和分类，概述了本文 研究的地理模型。 第三章，地理模型库的关键技术与方法，介绍了面向对象地理模型的设计方 法，给出了本文的地理模型库中的组件式设计方法、总体结构设计、地理模型的 数据访问方法、地理模型的可视化表达方法。 第四章，计量地理模型设计，重点介绍计量地理模型类结构设计，给出了地 理数据统计分组类、相关分析类、回归分析类、时间序列分析类、主成分分析类 和系统聚类分析类的结构设计，并给出了地理模型的运行示例。 第五章，空间插值模型设计，重点介绍空间插值类结构设计，给出了趋势面 分析插值类、距离权重插值类、薄板样条函数法插值类和克里金法插值类的结构 设计，并给出了地理模型的运行示例。 第六章，区域规划模型设计，重点介绍区域规划模型类结构设计，给出了布 局与区位模型类、结构功能模型类、预测分析模型类、优化与规划模型类和决策 评价模型类的结构设计，并给出了地理模型的运行示例。 关键词：地理模型库；面向对象；组件；地理信息系统；统计分析：空间插值； 区域规划 a b s t r a c t a b s t r a c t g e o g r a p h i cm o d e ll i b r a r yi s b a s eo nt h eo b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g i e s ，w h i c h c o m p o s e db ys e v e r a lg e o g r a p h i cm o d u l e si nt h ef o r mo fc o m t h eg e o g r a p h i c m o d e ll i b r a r y 啪p r o v i d eu s e r sw i t hi n t e r f a c e sf o rt h es e c o n dd e v e l o p i n g e a c h m o d u l ei ng e o g r a p h i cm o d e ll i b r a r yc o n t r i b u t e st ot h ed i f f e r e n ta s p e c t so ft h ew h o l e m o d e l t h em o d u l e si nt h eg e o g r a p h i cm o d e ll i b r a r ya r eo r g a n i z e dw e l l ，i ns p i t eo f t h e i rt y p e s ，p e r i o d sw h e nt h e yb m u g h to u ta n dd e v e l o p i n gl a n g u a g e 。i nas p e c i f i c a p p l i c a t i o n m o d u l e s 锄b eo r g a n i z e da c c o r d i n gg u i ( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) a n d o t h e rr u l e s ，w h i c ht h e nf o r mag r a p h i cm o d e la p p l i c a t i o ns y s t e m t h i sp a p e ru n d e r l i e st h er e s e a r c ho nt h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h eg e o g r a p h i c m o d e ll i b r a r y t h es p e c i f i cr e s e a r c h e sa r ep r e s e n t e di nt h ef o l l o w i n gc h a p t e r s i nc h a p t e ro n e ，a no v e r v i e wi sg i v e nt or e v i e wt h ed e v e l o p m e n to fg e o g r a p h i c m o d e ll i b r a r ya l o n gw i t ht h es i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h i nc h a p t e rt w o ，w ed i s c u s sh o wt od i v i d et h ew h o l em o d e l si n t od i f f e r e n tc l a s s e s a n dh o wt oo r g a n i z et h e m t h eg e o g r a p h i cm o d e l sa p p e a r e di nt h i sp a p e ra r ea l s o c o v e r e d k e yt e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d o l o g i e sa r ed e e p l yr e s e a r c hi nc h a p t e rt h r e e d e s i g n ， a r c h i t e c t u r a l ，d a t aa c c e s s i n ga n dm o d e lv i s u a l i z a t i o ni st h em a i nc o n t e n di nt h i sp a p e r , a n dt h ew h o l et o p i c sa r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do nt h eo b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g y c h a p t e rf o u rd i s c u s s e st h ed e s i g no fc o m p u t a b l eg e o g r a p h i cm o d e l s ，f o c u s i n go n t h ec l a s s e sd e s i g n i n gu s e di nt h em o d e l s o m ec l a s s e da r ei m p l e m e n t e d ，i n c l u d i n g s p a t i a ld a t ac l a s s i f yc l a s s ，r e l a t i v ea n a l y s e sc l a s s ，r e g r e s sa n a l y s e sc l a s s ，t i m e s e r i a la n a l y s e sc l a s s ，p r i n c i p a lc o m p o s i t i o na n a l y s e sc l a s sa n ds y s t e mc l u s t e r i n g a n a l y s e sc l a s s a ne x a m p l e i sg i v e na tt h ee n do ft h i sc h a p t e r s i m i l a rw i t hc h a p t e rf o u r , s o m ec l a s s e sf o rs p a t i a li n t e r p o l a t i o na r ed e s i g n e d ， i n c l u d i n gt r e n ds u r f a c ei n t e r p o l a t i o nc l a s s ，i d wi n t e r p o l a t i o nc l a s s ，s h e e ts p l i n e i n t e r p o l a t i o nc l a s sa n dk r i g i n gi n t e r p o l a t i o nc l a s s a ne x a m p l ei sd i s p l a y e df o r s h o w i n gt h eu s i n go ft h o s ec l a s s e s i nl a s tc h a p t e r , c h a p t e rs i x ，s o m et o p i c sr e f e rt ot h ed e s i g no fr e g i o n a ll a y o u t m o d e lc l a s s c l a s s e s ，t h a tf o r t h eu s eo fl a y o u ta n da l l o c a t i o n ，s t r u c t u r a lf u n c t i o n a l i t y , i i a b s t r a c t p r e d i c t i o na n a l y s e s , o p t i m i z i n ga n dl a y o u t ，d e c i s i o n m a k i n ga n ds o0 1 1 ，a r ed i s c u s s e d a n d i m p l e m e n t e d f i n a l l y , a nr u n n i n ge x a m p l ei sg i v e n k e yw o r d ：g e o g r a p h ym o d e ll i b r a y to b j e c t - o r i e n t e d ：c o m ：g l s ：s t a t i s t i c a l a n a l y s i s ：s p a t i a li n t e r p o l a t i o n ；r e g i o n a lp l a n n i n g i i i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我 所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成 果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定 学位论 日期： 导师签名： 日期：纽j7 鲫7 r i 厂 ， 第一章绪论 第一章绪论 1 1 地理模型库研究现状 1 - 1 1 模型库理论的研究 模型在当前生产应用中起到重要的作用，模型库的研究是当前g i s 、d s s 等 领域十分活跃的研究领域。1 9 7 5 年开始，人们想到用现成的数据库管理系统来 管理模型，晟有成果的是将网络数据库的c o d a s y l 标准进行扩充使之包含模型 库；1 9 8 0 年b l a n n i n g 提出了关于模型库的概念，并用模型库查询语言( m q l ) 来 管理模型；1 9 8 4 年，d o l k 等提出了基于框架和知识表达的模型抽象技术；1 9 8 7 年，g e o f f r i o n 设计了一套结构化模型构造语言，首次将结构化程序设计思路植 入模型生成问题，人们开始试图用关系数据库和基于结构化建模框架的逻辑结构 来表示模型；1 9 8 8 年，m u h a n a 等又将系统论的概念用于模型管理系统；1 9 9 3 年， t i n g p e n gl i a n g 将同类推理知识学习方法融进了模型管理系统；k m v a n h e e 建 立了基于模型概念的模型运行环境系统。1 9 9 6 年，w e s s e l i n g 设计了动态模型语 言来支持空间数据结构n 】 8 m 。 在国内，1 9 9 6 年，王桥等对模型标准化问题进行了较深入的研究，分别探讨 了空间决策支持系统中模型的分类、编码、基于面向对象方法的模型字典和模型 结构形式“”：2 0 0 1 年，张文江等进行了基于c o m 组件技术的6 i s 空间模型库研究， 通过引入软件工程的c o m 组件技术，提出基于对象的建模方法，首先将模型组件 功能抽取出来，然后按照规范来设计基本组件接口，最后使用编程语言开发工具 来实现组件，其中，基本组件接口的设计最为关键，这是组件技术规范的核心； 模型组件的开发可以根据开发者的需求来选择，而模型组件最后以动态链接文件 d l l 或以可执行文件形式入库，由于这种基于二进制代码级的标准与开发语言无 关，因此拓展了模型组件的应用范围n 1 1 。2 0 0 2 ，陈吴鹏、李伟华在面向对象的 d s s 模型库管理系统设计中，提出将模型作为对象来处理，产生了几个概念：模 型类，是通过搜索模型的共性产生的一组具有相同特征的模型的集合；模型，是 某个模型类的实类，即对象；模型类的继承，通过继承上层模型类生成了子类来 处理特殊性称为模型类的继承机制“”：2 0 0 5 年，王冰，琚春华在面向对象d s s 模型库设计中提出模型的表示方法，基于面向对象的设计思想，将模型定义为一 个类，当需要使用模型时，动态生成若干个模型对象来完成操作“”。 1 1 2g i s 软件中地理模型的发展 g i s 软件中地理模型最有代表性是e s r i 公司的a r c g i s 的扩展模块。e s r ! 公司的a r c g i s 具有以下可选的扩展模块：全面的高级空间建模空间分析模块 第一章绪论 a r c g i ss p a t i a la n a l y s t ，提供了众多强大的栅格建模和分析的功能，利用这些 功能可以创建，查询，制图和分析基于格网的栅格数据，还可以进行栅格和矢量 结合的分析；三维分析模块a r c g i s3 0a n a l y s t ，通过它，能够对表面数据进行 高效率的可视化和分析；a r c g i ss c h e m a t i c 可以针对电力、燃气、电信或平面 网络，都可以根据需要生成基于数据库的网络逻辑图或示意图；a r c g i s 地理统 计分析模块提供统计学工具用于分析、显示连续数据和生成表面，空间数据探索 分析工具提供了不同视角来显示数据：数据分布，全球趋势，空间自相关的级别 和多数据集之间的变化等；a r c g i s 商业分析扩展模块为分析商业和统计信息提 供高级分析工具和完整的数据包，帮助作出重要的商业决定。a r c g i s 网络分析 扩展模块，主要提供驾车时间分析，路径选择，确定服务区域等功能“小嘲。 i n t e g e r g r a p h 公司的提供的专业g i s 系统( m g e ) 和桌面g i s 系统( g e o m e d i a ) 都提供了一些地理模型。其中专业g i s 系统m g e 提供了拓扑空间分析( m g e a n a l y s t ) 、地形模型分析( m g et e r r a i na n a l y s t ) 和基于真三维的地下体分析( m g e v o s e la n a l y s t ) 等一系列地理模型模块；桌面g i s 系统g e o m e d i ap r o f e s s i o n a l 与关系数据库一起工作，用于空间数据采集和管理的g i s 产品，它提供了多种空 间分析功能，如g e o m e d i an e t w o r k 可以应用与交通网络以及逻辑网络的管理、 分析、规划，具体包括最短路径查询、线路规划等功能“”。 中地公司的p g i s 系列软件包括空间分析、电子沙盘系统、数字高程模型 等功能模块，其中空间分析模块提供了d t m 分析、空间叠加分析、网络分析等一 系列空间分析功能；电子沙盘系统提供了实时生成地形三维曲面的功能；数字高 程模型功能模块提供了可以根据离散高程点或者等高线插值生成网格化的d e m ， 并进行相应的分析，如剖面分析、遮蔽角计算等等“”。 原武汉测绘科技大学开发的g e o s t a r ( 吉奥之星) ，是面向大型数据管理的地 理信息系统软件，包括g e o g r i d 和g e o t i n 等功能模块。其中g e o g r i d 主要功能 是建立数字地形模型和数字正射影像的处理、分析模块；g e o t i n 是利用离散高 程点建立t i n ，进而插值得到d e m ，并进行相关分析运算和三维曲面生成“”“”。 1 1 3 其它相关模型软件的发展现状 随着地理学的发展，s p s s 、k s 、m a t l a b 等软件也广泛应用与地理研究工作 当中。 s p s s 是世界著名的统计分析软件之一，其基本统计功能包括：概率分布、 样本数据的描述和预处理、假设检验、方差分析、列联表分析、相关分析、回归 分析、聚类分析、判别分析、因子分析，以及其他高级和专门分析模块如混合模 型、对数线性模型等o 。 q m s ( q u a n t i t a t i v em i c r os o f t w a r e ) 公司提供了基于w i n d o w s 平台的复杂的 2 第一章绪论 数据分析、回归及预测工具e v i e w s 软件系统。通过e v i e w s 能够快速从数据 中得到统计关系，并根据这些统计关系进行预测。e v i e w s 在系统数据分析和评 价、金融分析、宏观经济预测、模拟、销售预测及成本分析等领域中有着广泛应 用1 。 m a t l a b 常用于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。m a t h w o r k s 公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，增强 了m a t l a b 的市场竞争力，使m a t l a b 成为了市场主流的数值计算软件。m a t l a b 产品体系主要用于以下方面：数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控 制系统设计、数字图象信号处理、财务工程、建模仿真原型开发、应用开发、图 形用户界面设计等2 1 。 综上可以看出： i ) 6 1 s 专业软件，它主要提供了在地理信息系统中常用的地理模型，这些地 理模型比较丰富，功能比较全面，但操作复杂、价格昂贵。 2 ) 其它地理相关模型软件s p s s ，m a t l a b 主要提供社会统计分析模拟方面的 数据模型，但与地理相关模型的关联性较差。 3 ) 这些软件相互结合性和灵活性较差，且与现在和开发工具融合性较差，不 利于用户的灵活使用。 本文以面向对象组件式技术，开发出简单使用，为教师、学生和其他科研工 作人员等用户提供二次开发接口，具有计量地理、空间插值和区域规划等功能的 面向对象组件式地理模型库。 1 2 本研究的必要性 1 地理学定量化研究 计量地理学强调的是空间研究，首先是指空间的规律性，即地理事物内在 的空间诸要素，包括位置、距离、方向、广度、形状等和地理事物空间展开的规 律性。地理空间模型通过地理计算和空间表达挖掘潜在的空间信息，其本质包括 探测空间数据中的模式；研究数据间的关系并建立空间数据模型；使得空间数据 更为直观表达出其潜在含义：改进地理空间事件的预测和控制能力。 2 空问数据挖掘 空间数据挖掘是对潜在有用的模式进行自动化搜索的过程，事实上，相似事 物在空间上聚集的性质是非常基本的，以至于地理学家将其作为地理学的第一定 律：每一个事物都与其他事务相关，但邻近事物间的相关性比距离较远的事物间 的相关性要大得多。在空间统计学中，统计学中有一个领域专门对空问数据进行 分析，称为空问自相关。经舆数据挖掘与空间数据挖掘的区别同经典统计学与空 闻统计学之间的区别相似。统计学分析中的一个基础假设是，采样数据应该是独 第一章绪论 立生成的。在对空间数据进行分析时，采样独立性的假设一般都不成立。实际上， 空间数据区域高度自相关。例如，如有相似特征、职业和背景的人群通常会住在 相同的街区；一个地区的经济是很相似的；自然资源、野生动植物和气候的变化 是随空间渐变的。空间数据挖掘的目标是自动发现上述这些相关性，专家可以检 查这些相关性来进一步验证其有效性和正确性啪瑚1 。 3 商业智能 面对激烈的市场竞争和日益复杂的社会经济环境，客观、科学地进行商业行 为的决策成为人们日益关注的焦点。由于资源管理、社会经济活动和日常生活中， 有8 0 以上的信息具有地理信息特征。因此将地理因素作为商业行为的一个影 响方面来进行商业行为决策，也越来越受到经济学家和地理学家的重视。人们做 出各种商业决策的时候，不可避免地要考虑到地理信息对决策结果地影响，如最 直接的工厂企业的选址问题，它需要根据工厂企业服务区域的范围内社会经济、 居民等的特点，来对工厂企业的经营做出规划调整，以求以最小消耗获得最大的 利润。在工厂企业网点的位置设置、规模的调整等促成了商业智能与地理模型系 统的结合嘲。 随着计量地理定量化、空间数据挖掘和商业智能在各种应用领域的发展，需 要更多简单实用的地理模型的支持，本文根据发展的具体需要，针对以上三个方 面对地理模型库进行开发。 1 3 本文的主要内容和思路 1 本文的主要研究内容 ( 1 ) 地理模型：本文研究的地理模型包括计量地理模型、空间插值模型和区 域规划模型等常用的地理模型。 ( 2 ) 地理模型的分类与体系：建立地理模型的分类体系，选择本文研究的地 理模型。 ( 3 ) 地理模型组件库的实现：面向对象的地理模型的实现，以及模型组件的 生成。 ( 4 ) 地理模型的可视化表达：地理模型主要通过图表、表格和专题地图等方 式表达。 2 本研究采用的思路和方法 本文首先对地理模型进行分类，然后选出定量化的地理模型，研究这些地 理模型的算法，结合面向对象方法，建立模型组件库，并以图表、表格和专题地 图的方式显示。其研究思路和流程如图1 1 表示： 4 第一章绪论 搜集资料 上 整理模型技术准备 j 地理模型库组件开发 0 地理模型库测试封装 j r 毕业论文 图1 1 毕业论文流程图 3 目前本研究主要工作和实现的内容 本论文的研究实现的地理模型，主要涉及以下三个方面的地理模型： ( 1 ) 计量地理模型，主要是研究实现地理要素问的相关分析和回归分析，地 理要素的聚类分析和判别分析，地理系统要素关系的主成分分析等计量地理模 型。 ( 2 ) 空间插值模型，主要研究主流的空问插值的算法，如反距离加权插值， 趋势面插值，样条函数插值，克里金插值等。 ( 3 ) 区域规划模型，主要研究布局区位模型，结构功能模型，预测分析模型， 优化与规划模型，决策与评价模型。 本文使用的开发工具d e l p h i ，主要根据张超和杨秉赓的计量地理学、徐 建华的现代地理学中的数学方法和王桥等的地理信息系统的区域规划模型 及其管理等著作为主要参考，研究开发面向对象组件式地理模型库。 第二章地理模型的分类和组织 第二章地理模型的分类和组织 2 1 地理模型基本概念 地理模型，泛指用来模拟，分析，评价和预测地理现象和过程的数量化的方 法。它是表达地理现象的状态，描述地理现象的过程，揭示地理现象的结构，说 明地理现象的分级，认识该现象与其他地理现象之间联系的概念性和本质性的表 达方式m 。 组件式地理模型库就是基于面向组件技术开发的地理模型库，组件地理模型 库将地理模型分解为若干组件或者控件，每个地理组件完成各自不同的功能，这 些组件可以是不同类型和不同时期的组件，可以用任何语言进行开发。各个组件 之间可以根据实际应用的需要，通过可视界面和使用方便的接口可靠而有效的组 合在一起，最终形成地理模型应用系统姗。 2 2 地理模型的分类 ( 1 ) 从数方法上进行分类 统计模型是利用数理统计方法建立的模型，如回归模型等。 非统计模型是用其他数学方法建立起来的模型，如空间插值模型等。 ( 2 ) 从应用领域进行分类 其分类有以下三个部分组成，如图2 1 表示： 图2 1 地理模型结构图 人文地理模型，足与地球表面人类各种社会经济活动有关的地理模型，如人 第二章地理模型的分类和组织 口增长模型。 经济地理模型，是以经济学的理论为基础，描述经济活动的区位、空间组合 和发展过程的地理模型，如工厂选址模型。 自然地理模型，是有关自然地理环境的组成、结构、及其空间分异规律的地 理模型。如气象、地质等方面的地理模型。 ( 3 ) 从应用过程分类 决策分析与评价模型，是对地理现象进行分析评价，如决策树模型。 预测模型，是预测地理现象的发展趋势和演变规律的模型，如工业预测模型。 规划模型，使地理区域内的地理系统状态达到最佳状态的过程，如最优地理 区划模型。 过程模拟模型，是模拟地理现象的过程，如数字高程模型。 ( 4 ) 从模型的尺度，规模上划分：基本统计量计算，常用人文，社会经济，自然， 环境指标量的计算，常用数量统计方法，预测与规划，地理过程模拟等。下节将从 模型的尺度来研究模型的分类体系。 2 3 本研究实现的主要模型体系 人们对地理现象以及地理过程数值模拟及定量研究的进展，使人们对地理系 统的认识更加深刻，以及计量地理学的建立与发展，促进了成熟的地理模型的广 泛应用。随着地理模型应用的广泛和深入，使应用模型成为地理系统中数据处理 和定量分析的工具，且类型多种多样。本文根据模型在地理模型系统的建立过 程中的应用阶段不同把模型分析地理零件模型、地理部件模型、地理系统模型。 它们的结构关系可以用图2 3 表示： 图2 3 模弛的结构关系 地理零件模型，陔类模型有一些常用的数学算法表示，可以是一个简单的函 第二章地理模型的分类和组织 数表达式或者方程式。而这些基本算法在一定的时间和范围内是稳定的，即不会 随实际的决策问题而改变( 除非数学家研究出了新的算法，而这种情况相对于决 策问题的多样性来说，并不是经常发生的) 汹1 。 地理部件模型，该类模型主要是针对具体的问题建立起来的模型，它有一个 或者几个零件型模型组成，这些模型会随着问题的不同而发生变化。 地理系统模型，该类模型比较复杂，解决的问题比较多，通常是由零件型模 型和部件型模型共同组成，这些模型会随着问题的不同而发生变化。本文研究的 地理系统模型主要是区域规划模型，比如资源分配模型。 根据以上定义，本文研究的地理模型可按表2 1 分类： 表2 1 地理模型库模型分类表 集中趋势 平均数、中位数、众数、分位数 地 基 离散程度最大值、最小值、极差、离差、平均离差、离差平方 理 本 和、方差、标准差、变差系数 零 统 件 计 模 量 分布状况偏度、峰度 型 相对程度比率、比例、相关系数 其他数学方法 总和、高斯消元法、修正贝塞耳函数、雅可比变换 地 标准化 总和标准化、标准差标准化、极大值标准化、极差标准化 理 部 统计分析统计分组、相关分析、回归分析、时间序列分析、系统聚类分析、 件 主成分分析、趋势面分析 模 型 空间插值模型 趋势面分析插值、距离权重插值、薄板样条函数法插值、克里金法 布局与区位模型产业优化布局模型、生产布局模型、区位熵模型、最优区 位模型 地 结构功能模型 引力模型、空间相互作用模型、人口迁移模型、空间自相 理 关模型 系 统 预测分析模型预测分析数学模型、社会总产值预测模型、工业预测模型、 模 型 农业预测模型、人口预测模型 优化与规划模型线性规划模璎、区域多目标规划模型、资源最优分配模型 决策评价模璎 风险犁决策模型、多目标决策模型、决策树模型 8 第三章地理模型库的关键技术与方法 第三章地理模型库的关键技术与方法 3 1 面向对象地理模型的设计思想 地理模型采取面向对象的方法组织实现，所谓面向对象就是基于对象概念， 以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、 构建相应的软件系统。结合面向对象理论的自身特性，其在地理模型中主要有以 下几个方面的应用曲1 ： ( 1 ) 类( c l a s s ) 和对象( o b j e c t ) 随现实世界中都是把很多物体当作整体来看待的，在地理模型开发应用中也 应该采用这种思想。在地理模型建模和其他类似的领域中，也应当将对应于现实 世界的各种地理实体抽象成对象，当作整体来处理；对象与对象之间可以交互； 具有共同属性的地理模型对象抽象为类，对象可以保存自己的状态( 属性) 。由于 对象与现实世界的地理实体对应，从而加强了地理模型的易理解性、可读性和可 维护性。 ( 2 ) 封装( e n c a p s u l a t i c o ) 把地理对象的所有数据和方法封装起来。地理对象对外提供的一些服务，由 外界通过向它发送消息来实现。建立地理模型在使用模型对象时隐藏了对象内部 实现的细节，只提供了一个标准的程序接口。通过对对象状态的隐藏，增强了地 理模型的稳固性和可维护性。 ( 3 ) 继承( i n h e r i t a n c e ) 继承是指在定义一个对象类时能包含别的对象类的行为，并具有自己的扩增 行为，对象可以继承父类的方法。在地理模型应用中，你能够在创建自己定义的 特征类型时继承到标准特征的行为。例如，建立一个地理模型对象可以从一个标 准的地理模型类中扩展得到。 ( 4 ) 多态( p o l y m o r p b is m ) 多念是指将地理模型中的同一行为( 方法或函数) 可应用于许多不同的类，而 每一类则以其独有的方式来执行此方法。例如，地理模型的数据处理和结果输出 等操作，它们的实现方式大多都有相同的方式。但在具体实现时，各自的类须作 相应的必要改变以进行具体数据处理和结果输出等操作。通过继承和多态，大大 增强了地理模型的可重用性，进而增加了地理数据的可交互性和可共享性。 面向对象的建模思想的实质是一个建立由基类地理模型派生子类地理模型 的过程，一个基类地理模型一旦建立，它的子类地理模型可以辨证地继承其特征 或行为，因此每一层的子类地理模型都要比它地f i i 一层基类地理模型更具体。因 9 第三章地理模型库的关键技术与方法 此，地理模型库具有相当大的灵活性，有利于建立规模较大的地理模型库。 根据以上介绍，可以采用下列面向对象的方式设计模型： t y p e 地理模型类名= c l a s s ( 基类) 模型数据成员声明 输入参数 输出参数 模型方法声明 构造方法和析构方法 地理模型执行方法 其他地理模型方法 e n d ： 每个地理模型都有个类名，比如区位模型、网络模型等。每一个地理模型有 一个基类。每个地理对象类声明描述了一个地理模型的数据成员、函数、过程、 属性。可以在一个单元接口的实现部分声明一个地理模型类，但函数和过程是定 义在实现部分的。必须在与类声明相同的单元内实现类的函数和过程。 输入参数和输出参数是用来表示模型的数据输入和输出。 地理模型的执行方法是模型的核心部分，是模型的实现的主要方法。 其他地理模型方法是指一些辅助模型的方法，比如线性方程组高斯消元法。 图3 1 是预测分析模型的类层次图，预测分析类继承自区域规划类，同时回 归分析类是他的辅助类。 图3 1 预测分析模型类层次 3 2 地理模型库中的组件式设计方法 组件对象模型( c o m ) ，是微软公司为了计算机工业的软件生产更加符合人类 的行为方式丌发的一种新的软件j f 发技术。c o m 是关于如何建立组件以及如何通 i o 第三章地理模型库的关键技术与方法 过组件建立应用程序的一个规范，说明了怎样动态交替更新组件。c o m 是开发软 件组件的一种方法。组件实际上是一些小的二进制可执行程序，它们可以给应用 程序、操作系统以及其他组件提供服务。开发自定义的c o m 组件就如同开发动态 的、面向对象的a p i 。多个c o m 对象可以连接起来形成应用程序或组件系统。并 且组件可以在运行时，在不被重新链接或编译应用程序的情况下被卸下或替换掉 【州 本文中的地理模型组件是非可视化组件，符合组件工业标准组件对象模型 c o m ，可以运行安装在任何支持a c t i v e x 的程序开发环境上。 组件的生成与安装读者可以参阅其他相关书籍，这里不再详述，本文的组件 安装效果如图3 2 。 图3 2 组件安装效果图 上图图标渗即为本文研究实现的地理库模型组件( g c 6 9 r a p h i c m o d e l l i b r a r y ) 。 3 3 地理模型库系统的总体设计 在本文的地理模型库运行系统中，其地理模型的实现主要采用基于第四代 程序设计语言d e l p h i 的地理模型库组件g e o m o d e l 的二次开发，一些地图功能使 用g i s 可视化组件，如m a p o b j e c t 、m a p x 等，数据库连接采用a d o 方式访问数据 库，开发出地理模型运行系统。其总体结构如图3 3 。 集成工具应用程序 tt c o m 接口 tt 地理模型库g i s 可视化组件 tt 数据库访问层 第三章地理模型库的关键技术与方法 系统开发主界面如图3 4 ： 图3 4 地理模型库运行系统开发主界面 f 其中：图标秽为面向对象的地理模型库组件。 3 4 地理模型数据访问 现在的数据连接都是通过通用的数据访问接口来连接数据库的，主要的连接 方法有以下几种； 0 d b c 是o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 的缩写，是微软公司开放服务结构 ( w o s a ，w i n d o w so p e ns e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 中有关数据库的一个组成部分。 它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准a p i ( 应用程序接口) 。这 些a p i 利用s q l 来完成其大部分任务。o d b c 本身也提供了对s q l 语言的支持， 用户可以直接将s q l 语句传送给o d b c 。一个基于o d b c 的应用程序对数据库的操 作不依赖于任何d b m s ，且不直接与d b m s 打交道，所有的数据库操作均由对应的 d b m s 的o d b c 驱动程序完成。 b d e 是b o r l a n dd a t a b a s ee n g i n e 的缩写，是b o r l a n d 公司为了存取数据库 而开发的专用引擎，它实现了d e l p h i 与数据库的连接，提供了大量的组件和工 具，有效地支持了利用d e l p h i 开发数据库应用程序。它不仅能访问本地的不同 数据库，还可以将应用从本地上传到可户机一服务器系统，而且有很高的效率。b d e 能访问的数据分两类：一是本地数据二是客户机一服务器体系的异地数据。 a d o 是a c t i v e xd a t ao b j e c t 的缩写，是微软提供的对各种数据库进行访问 第三章地理模型库的关键技术与方法 的高层接口，是l c a o r d o 的后继产物，是微软最新的数据库访问组件。a d o 是基 于o l ed b 之上的面向对象的数据访问模型。o l ed b 是微软开发的一种高性能的， 基于c o m 的数据库访问技术，其作用是向应用程序提供一个统一的数据库访问方 法，而不需要考虑数据源的具体格式和存储方式。象m i c r o s o f t 的其它系统接口 一样， d o 是面向对象的。它是m i c r o s o f t 全局数据访问( u d a ) 的一部分， m i c r o s o f t 认为与其自己创建一个数据，刁洳利用u d a 访问已有的数据库。为达 到这一目的，m i c r o s o f t 和其它数据库公司在它们的数据库和m i c r o s o f t 的o l e 数据库之间提供了一个“桥”程序，o l e 数据库已经在使用a d o 技术。a d o 的一 个特征称为远程数据服务，支持网页中的数据相关的a c t i v e x 控件和有效的客户 端缓冲。作为a c ti v e x 的一部分，a d o 也是m i c r o s o f t 的组件对象模式( c o m ) 的 一部分，它的面向组件的框架用以将程序组装在一起。 由于a d o 数据访问集组件是从常用访问组件发展而来的，它的许多用法和常 用数据访问组件都是相同的，在使用和配置上都比较好用，使用简单，所以本文 实例都是采用a d o 连接数据库。 3 4 1 数据库连接体系结构 地理模型所有数据主要来源于关系型数据库中的数据。目前主流的关系型数 据库主要有o r a c l e 、s q ls e r v e r 、a c c e s s 等，用户只须关心数据中数据的格式 和数据库访问接口即可，无须知道数据库连接的内部实现细节。数据库访问体系 结构如图3 5 。 数据模块 数 据 用 数 其他 数据 集 数 1 一 - 据 + 户 据 接 源 表 口 - 。_ _ _ 一_ 。- - - _ 。_ 。_ _ _ _ _ 。一 图3 5 数据库访问体系结构 3 4 2 数据模块接口设计 现在大部分编程开发工具在数据组件方面都提供了以下数据控件： 数据库连接控件：用于连接实际存在的各种类型数据库。 数据集控件：访问或者调用数据库中的数据，包括表、视图或者存储过程等。 数据源控件：连接数据集组件和数据感知组件。 1 3 第三章地理模型库的关键技术与方法 数据感知控件：数据的显示、记录的增、删，改等。 以上这些数据控件也都提供了可视化的开发方式，以方便用户的软件开发， 但是这种数据连接是静态的，不能很好的支持数据的动态连接和管理。所以在数 据访问类中封装了数据库连接和操作的字符串，这样用户不必关心其实现细节， 即可实现对数据库的动态连接，以利于用户的数据库开发。 地理模型库数据访问模块面向不同的数据源( o r a c l e 、s q ls e r v e r 、a c c e s s 等) 编写了数据访问接口，采用了不同的访闻方法o d b c 、b i ) e 、a d o ，为用户访问 数据库提供的简便的方法，数据访问对象结构如图3 6 。 图3 6 数据访问对象结构匿 数据库访问对象t d a t a a c c e s s 主要由以下对象组成： t d a t a b a s e o p e l l ( 数据库连接对象) t d a t a t a b l e o p e n ( 打开数据表对象) t d a t a f i e l d o p e n ( 获取字段值对象) 以下举例说明a d o 访问a c c e s s 数据库的部分源代码： p r o c e d u r et d a t a h c c e s s 1 ) a t a b a s e o p e n ： b e g i n a d o c o n e c t ，c o n n e c t e d ：= f a l s e ： h d o c o n e c t k e e p c o n n e c t i o n ：；f a l s e ； h i x ) c d n e c t c o n n e c t i o n s t r i n g ：= p r o v i d e r = m i c r o s o f t 。j e t ，o l e d b 4 o ： 十，d a t as o u r c e = + d b p a t h + ：+ ，n o d e = s h a r ed e n yn o n e ； + p e r s i s ts e c u r i t yi n f 0 5 f a l s e ：h d o c o n e c t l o g i n p r o m p t ：= f a l s e ： a d o c o n e c t c o n n e c t e d ：i t r o e ： h d o c o n e c t ，g e t t a b l e n a m e s ( a i1 t a b l e n a m e ，f a l s e ) ： e n d ： c o n n e c t e d ：用来i 兑明一个弓数据库的连接是否被激活，为t r u e ，连接被激 1 4 第三章地理模型库的关键技术与方法 活；为f a l s e 且k e e p c o n n e c t i o n 属性也为f a l s e ，则表示连接已经断开。 k e e p c o n n e c t i o m 指定应用程序是否在相关数据集组件均未活动情况下仍保 持与数据库的连接。 c o n n e c t i o n s t r i n g ：指定连接到a d o 数据资源所需的连接信息。它的属性值 实际上就是连接字符串，有多个等式形式的表达式组成，每个等式就是对配置参 数的赋值，程序在使用a d o 连接数据存储时，实际上就是载入连接字符串所指明 的配置来进行连接 p r o v i d e r ：指定a d o 连接的提供者。 d a t as o u r c e 指定数据库存储路径和名称。 m o d e ：指定连接活动后可用的权限，设置为s h a r ed e n yn o n e 是允许其他连 接的任何访问。 p