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基于a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台 摘要 2 0 世纪8 0 年代以来，随着国家信息化浪潮的不断推进，地理信息系统正以蓬 勃之势广泛地应用于众多领域，尤其在空间数据管理方面的应用有了很大进展， 但其针对特定单位的应用还比较薄弱。 本文在学习组俘式g i s 和空间数据管理的相关理论与技术的基础上，分析讨 论了组件式g i s 的开发原理和方法，进行了g i s 系统在空间数据管理方面的应用 研究，并结合兰州测绘研究院实际需要开发了数据加载、图形操作及查询输出等 相关功能模块，解决了其在空间数据管理中存在的问题。本项研究采用e s r i 公司 提供的组件式g i s 产品a r c o b j e c t s 平台，以v i s u a l c + + 为集成开发工具，通过 a r c s d e 访问后台o r a c l e9 i 数据库，集成开发了c s ( 客户服务器) 模式的空间 数据管理平台该平台对空间基础数据进行安全有效、统一的存储管理，使空间 基础数据方便、快捷、灵活地调用及查询输出。 关键字：组件式g i sa r c o b j e c t s 空间数据a r c s d e 矢量数据栅格数据 s p a t i a ld a t am a n a g e m e n tp l a t f o r mb a s e do na r c o b j e c t s a b s t r a c t s i n c e 1 9 8 0 s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a li n f o r m a t i z a t i o n ， g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m sh a y eb e e nw i d e l y u s e di nm a n yf i e l d s ， e s p e c i a l l yi nt h ef i e l do fs p a t i a ld a t am a n a g e m e n t ，w h i c hh a sm a d eg r e a t p r o g r e s s ，b u ti t sa p p l i c a t i o ni ns p e c i f i cu n i t si sr e l a t i v e l yw e a k b a s e do nt h el e a r n i n gr e l e v a n tt h e o r i e sa n dt e c h n i q u e so fs p a t i a ld a t a m a n a g e m e n ta n dc o m p o n e n to fg i s ，c o m p o n e n t b a s e dg i sp r i n c i p l e sa n d t e c h n i q u e sh a v eb e e nd i s c u s s e d g i si sa p p l i e di ns p a t i a ld a t am a n a g e m e n t s y s t e m a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ln e e d so fl a n z h o ui n s t i t u t eo fm a p p i n g , f u n c t i o n a lm o d u l e s ，s u c ha sd a t al o a d i n g ，g r a p h i c sa n di n q u i r i e s ，8 1 e d e v e l o p e d ，a n dt h ep r o b l e m so ft h ea p p l i c a t i o no fg i si ns p a t i a ld a t a m a n a g e m e n t s y s t e ma r es o l v e d t h ei n t e g r a t e ds p a t i a ld a t am a n a g e m e n t p l a t f o r mi nc s ( c l i e n t s e r v e r ) d e v e l o p i n gm o d u l ew a sd e v e l o p e db yu s i n g a r c o b j e c t sp l a t f o r ma n dv i s u a l c + + a n dv i s i t i n go r a c l e9 ib a c k g r o u n d d a t a b a s et h r o u g ha r c s d e t h i sp l a t f o r m ，霄b i c hm a n a g e ss p a t i a ld a t as a f e l y ， e f f e c t i v e l y ，e n a b l e sc u s t o m e r st od e p l o yd a t ac o n v e n i e n t l y ，r e a d i l y k e yw o r d s ：c o m p a e n tg i s 。a r c o b j e c t s ，s p a t i a ld a t a ，a r c s d e ，v e c t o rd a t a ， r a s t e rd a t a 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的 成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内 容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对 本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丝圭堡垒日期：2 竺2 ：兰： 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：塾圭缝导师签名：毪望当日期：挫j 圭 兰州大学硕士学位论文 g ：f a r c o b j e c t s 的空同数据管理平台 1 ，1 选题背景与课题来源 第一章引言 随着人类进入信息时代，人们对信息的需求和依赖程度超过了以往任何一个 时代，近年来，地理信息系统正以蓬勃之势广泛地应用于众多领域，为各个相关 行业提供了高效的空间信息处理能力和强大的决策支持服务，在实际工作中，许 多应用都跟空问信息相关联，例如城市规划、交通管理、环境监测、抗洪抢险等， 地理信息系统的应用领域不断扩大。 目前，兰州测绘研究院覆盖兰州市区的多品种多尺度的空闻基础数据都是以 文件的形式分布在不同的计算机中存储，数据分散管理、安全性差。这种数据管 理的方式，绘调用及查询输出数据带来了极大地不便，同时还可能引起一些意想 不到的数据丢失或破坏问题。针对以上的问题，为了更加科学规范地管理空间基 础数据，并方便、快捷、准确地查询输出数据，特组织开发了空间数据管理平台 系统。 1 2 论文的主要内容 本文是基于e s r i 公司的a r c o b j e c t s 的组件式g i s 的实践和尝试，在对组件 式g i s 的相关技术进行深入分析讨论的基础上，利用目前功能最强大的组件式 g i s 产品e s r i 公司的a r c o b j e c t s ，结合兰州测绘研究院空间数据管理的需要，开 发了基于a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台。 论文的主要内容结构安排如下： 1 详细的介绍了组件式( 3 i s 及组件式g i s 产品a r c o b j e c t s 的内容、功能及 支持的各种数据格式。 2 深入的分析探讨了空间数据库的相关内容以及空间数据库管理引擎 a r c s d e 体系结构和实现方法。 3 对空问数据类型和数据模型进行了深入的分析，以及在此基础上对空间数 据管理的五种模式进行了比较和分析。 兰型查兰堕圭兰垡堡塞墨王竺塑! 窭塑窒垦鍪堡篁翌兰鱼 4 在探讨相关技术的基础上，结合实际需要，给出了组件式g i s 开发的实践， 即空间数据管理平台的设计以及系统的详细说明。 5 结合组件式g i s 产品a r c o b j c c t s 技术，以v i s u a l c + + 为集成开发工具，采 用o r a c l e9 i 为后台数据库，通过a m c s d e 访问后台数据库，对空阀数据管理平 台的实现过程进行了详细的说明。 2 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空问数据管理平台 第二章组件式g i s 开发的相关技术 2 1 应用型g i s 2 1 1 地理信息系统 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，以下简称g i s ) 是一项以计 算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、 边缘性的学科，是管理和研究空问数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它 可以对空间数据按地理坐标或空问位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究 各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应 用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。 o l s 是一种决策支持系统，以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法， 适时提供多种空间的和动态的地理信息，融计算机图形和数据库于一体，储存和 处理空间信息的高新技术。它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需 要准确真实、图文并茂的输出给用户，借助其独有的空间分析功能和可视化表达， 进行各种辅助决策。 2 1 2 应用型g i s 的三种实现方式 1 独立开发 独立开发是指不依赖于任何g i s t 具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的 处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计 语言，如v i s u a lb a s i c ，v i s u a lc 十+ d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程 实现。这种方式的好处在于无须依赖任何商业6 i s 工具软件，减少了开发成本， 但一方面对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的 产品很难在功能上与商业化g i s 工具软件相比，而且在购买g i s i 具软件上省下的 钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。 2 单纯二次开发 单纯二次开发是指完全借助于g i s t 具软件提供的开发语言进行应用系统开 兰州大学硕士学位论文基于a r c o b j e c t s 的空同数据管理平台 发。g i s t 具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如e s r i 的a r c v i e w 提供y a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司研制的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言等等。用户可以利用这些宏语言，以原g i s t 具软件为开发平台，开发出自 己的针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语 言，作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如 人意。 3 集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的g i s t 具软件，如a r c v i e w ，m a p l n f o 等，实现g i s 的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如d e l p h i ，v i s u a lc + + ， v i s u a lb a s i c ，p o w e rb u i l d e r 等为开发平台，进行二者的集成开发。 集成二次开发目前主要有两种方式： 1 ) o l e d d e 采用o l ea u t o m a t i o n 技术或利用d d e 技术，用软件开发工具开发前台可执行应 用程序，以0 l e 自动化方式或d d e 方式启动g i s i 具软件在后台执行，利用回调技 术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能。 2 ) g i s 控件 利用g i s i 具软件生产厂家提供的建立在0 c x 技术基础上的g i s 功能控件，如 m a p l n f o 公司的m a p x ，e s r 的a r c o b j e c t ，m a p o b j e c t s 等，在，v c 等编程工具编 制的应用程序中，直接将g i s 功能嵌入其中。实现地理信点系统的各种功能。 2 1 3 三种实现方式的分析与比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受g i s t 具提供的编程语言的限制差强 人意，因此结合g i s 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为 g i s 应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用g i s 工具软件对空间数据库的管 理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点， 集二者之所长，不仅能大大提高应用系统的开发效率。而且使用可视化软件开发 工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的数据库功能，而且可靠 性好、易于移植、便于维护。尤其是使用o c x 技术利用g i s 功能组件进行集成开发， 更能表现出这些优势。 4 兰州大学碗士学位论文 基于a x c o b j t s 的空间数据管理平台 由于上述优点，集成二次开发正成为应用g i s 开发的主流方向。这种方法唯一 的缺点是前期投入比较大，需要同时购买g i s 工具软件、可视化编程软件，以及 空间数据库软件。目前许多g i s 软件公司都开发了g i sa c t i v e x 控件，合理选择和 运用现成的g i s 控件，减少了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具 体编程。直接调用g i s 控件，实现这些具体应用，不仅可以缩短程序开发周期， 使编程过程更简洁，用户界面更友好，可以使程序更加灵活、简便。与利用o l e a u t o m a t i o n 技术作为服务器的m a p l n f o 相比，利用g i s 控件开发速度快，占用资源 少，而且易实现许多底层的编程和开发功能。“1 2 2 组件式g i s 2 2 1 组件技术 组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一。几年以前，当微软公司 首先使用o l e 的时候，其初衷是为了增强软件的互操作性。然而在使用过程中， 人们逐渐认识到这一技术背后的实质性内容和它在软件开发中所扮演的重要角 色。组件技术以前所未有的方式提高了软件产业的生产效率，这一点已逐步成为 软件开发人员的共识。传统的c s 结构、群件、中间件等大型软件系统的构成形 式，都将在组件的基础上重新构造。 组件技术使近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟的实用化阶段。在组 件技术的概念模式下，软件系统可以被视为相互协同工作的对象集合，其中每个 对象都会提供特定的服务，发出特定的消息，并且以标准形式公布出来，以便其 他对象了解和调用。组件问的接口通过一种与平台无关的语言 i d l ( i n t e r f a c e d e f i n e l a n g u a g e ) 来定义，而且是二进制兼容的，使用者可以直 接调用执行模块来获得对象提供的服务。早期的类库，提供的是原代码级的重用， 只适用于比较小规模的开发形式；而组件则封装得更加彻底，更易于使用，并且 不限于c + + 之类的语言，可以在各种开发语言和开发环境中使用。 由于组件技术的出现，软件产业的形式也随之发生了很大的变化。大量组件 生产商涌现出来，并推出各具特色的组件产品：软件集成商则利用适当的组件快 速生产出用户需要的某些应用系统：大而全的通用产品逐步减少；很多相对较为 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空问数据管理平台 专业，但用途广泛的软件，如g i s 、语音识别系统等，都以组件的形式组装和扩 散到一般的软件产品中。 2 2 2 组件式g i s 及其特点 为了适应这种组件技术潮流，g i s 软件象其他软件一样，已经或正在发生着 革命性的变化，即由过去厂家提供了全部系统或者具有二次开发功能的软件，过 渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来。无疑，组件式g i s 技术将给整个 g i s 技术体系和应用模式带来巨大影响。 g i s 技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件， 从而发展到组件式g i s 和w e b g i s 的过程。传统g i s 虽然在功能上已经比较成 熟，但是由于这些系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属于独立封闭的系 统。同时，g i s 软件变得日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了g i s 的普 及和应用。组件式g i s 的出现为传统g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思路。 组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件 完成不同的功能。各个g i s 控件之间，以及g i s 控件与其它非g i s 控件之间， 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用。控件如 同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能( 包括g i s 和非g i s 功能) ，根 据需要把实现各种功能的。积木”搭建起来，就构成应用系统。1 4 把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多传统g i $ 工具无法比拟的优点。 1 小巧灵活、价格便宜 由于传统g i $ 结构的封闭性，往往使得软件本身变得越来越庞大，不同系统 的交互性差，系统的开发难度大。在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最 紧密相关的系统功能，用户可以根据实际需要选择所需控件，最大限度地降低了 用户的经济负担。组件化的g i $ 平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活 的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得小巧灵活，而其价 格仅是传统g i $ 开发工具的十分之一，甚至更少。这样，用户便能以较好的性能 价格比获得或开发g i $ 应用系统。 2 无须专门g i s 开发语言，直接嵌入m i s 开发工具 6 兰州大学硕士学位论文基5 ：a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台 传统g i s 往往具有独立的二次开发语言，对用户和应用开发者而言存在学习 上的负担。而且使用系统所提供的二次开发语言，开发往往受到限制，难以处理 复杂问题。而组件式g i s 建立在严格的标准之上，不需要额外的g i s 二次开发语 言，只需实现g i s 的基本功能函数，按照m i c r o s o f t 的a e t i v e x 控件标准开发接口。 这有利于减轻g i s 软件开发者的负担，而且增强了g i s 软件的可扩展性。g i s 应 用开发者，不必掌握额外的g i s 开发语言，只需熟悉基于w i n d o w s 平台的通用集 成开发环境，以及g i s 各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开 发和集成。目前，可供选择的开发环境很多，如v i s u a lc 卜 、v i s u a lb a s i c 、v i s u a l f o x p r o 、b o r l a n dc + + 、d e l p h i 、c 卜 b u i l d e r 以及p o w e rb u i l d e r 等都可直接成为 g i s 或g m i s 的优秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。这与传统 g i s 专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 3 强大的6 i s 功能 新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用i n p r o c 直接诱用形式，所以 无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统g i s 软件逊色。小小的 g i s 组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空问处理能力和丰富的空间查 询与分析能力。 4 开发简捷 由于g i s 组件可以直接嵌入m i s 开发工具中，对于广大开发人员来讲，就可 以自由选用他们熟悉的开发工具。而且，g i s 组件提供的a p i 形式非常接近m i s 工具的模式，开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据，无 须对开发人员进行特殊的培训。在g i s 或g m i s 的开发过程中，开发人员的素质 与熟练程度是十分重要的因素。这将使大量的m i s 开发人员能够较侠缝过渡到 g i s 或g m i s 的开发工作中，从而大大加速g i s 的发展。 5 更加大众化 组件式技术已经成为业界标准，用户可以象使用其他a c t i v e x 控件一样使用 g i s 控件，使非专业的普通用户也能够开发和集成g i s 应用系统，推动了g i s 大 众化进程。组件式g i s 的出现使g i s 不仅是专家们的专业分析工具，同时也成 为普通用户对地理相关数据进行管理的的可视化工具。 7 兰州大学硕士学位论文 基：p a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台 2 2 3 组件式g i s 开发平台的结构 组件式g i s 开发平台通常可设计为三级结构： 1 基础组件 面向空闯数据管理，提供基本的交互过程，并能以灵活的方式与数据库系统 连接。 2 高级通用组件 由基础组件构造丽成，面向通用功能，简化用户开发过程，如显示工具组件、 选择工具组件、编辑工具组件、属性测览器组件等等。它们之间的协同控制消息 都被封装起来。这级组件经过封装后，使二次开发更为简单。如一个编辑查询系 统，着用基础平台开发，需要编写大量的代码，而利用高级通用组件，只需几旬 程序就够了，面向通用功能。 3 行业性组件 抽象出行业应用的特定算法，固化到组件中，迸一步加速开发过程。以g p s 监控为倒，对于g p s 应用，除了需要地图显示、信息查询等一般的g i s 功能外， 还需要特定的应用功能，如动态目标显示、目标锁定、轨迹显示等。这些g p s 行业性应用功能组件被封装起来后，开发者的工作就可简化为设置显示目标的图 例、轨迹显示的颜色、锁定的目标，以及调用、接受数据的方法等。 2 2 4 + g i s 组件的构成 g i s 软件的模型包含若干功能单元，诸如空间数据获取、坐标转换、图形编 辑、数据存储、数据查询、数据分析、制图表示等。刻意想象要把这些所有的功 能放在一个控件中几乎是不可能的，即使实现也会带来系统效率上的低下，一般 可以认为g i s 构件的设计主要遵循应用领域地需求。例如e s r i 地m a p o b j e c t s 就是以空间数据访问、查询、制图为主要目标的g i s 构件。 g i s 组件的代表作应首推a r c o b h e c t 和m a p o b j e c t s 以及m a p x 等。其中 a r c o b j e c t 和m a p o b j e c t s 由全球最大的g i s 厂商e s r i ( 美国环境研究所) 推出； m a p x 由著名的桌面g i s 厂商美国m a p l n f o 公司推出。另外还有加拿大阿波罗科 技集团的t l t a n 等。 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台 2 3a r c o b j e c t s 2 3 1k r c g i s a r c g i s 是e s r i 公司在全面整合了g i s 与数据库、软件工程、人工智能、网 络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表g i s 最高技术水 平的全系列g i s 产品。a r c g i s 是一个全面的，可伸缩的g i s 平台，为用户构建 一个完善的g i s 系统提供完整的解决方案。a r c g i s 的基本体系能够让用户在任 何需要的地方部署g i s 功能和业务逻辑，无论是在桌面、服务器、网络还是在野 外。 a r c g i s 是一个统一的地理信息系统平台，由三个重要部分组成： a r c g i s 桌面软件，一个一体化的高级的g i s 应用。 a r c s d e 通路，一个用数据管理系统( r d b m s ) 管理空间数据库的接口。 a r c i m s 软件，基于i n t e m e t 的分布式数据和服务的g i s 。 a r c g i s 是一个专业的功能强大的完整的产品体系，主要包括a r c w e w 、 a r c e d i t o r 、a r c i n f o 、a r c c a t a l o g 、a r c o b j e c t s 、g e o d a t a b a s e 、a r c i m s 和a r c s d e 等等。 a r c g i s 的体系结构如图2 1 所示： 图2 - 1a r c g i s 的体系结构 兰州大学硕士学位论文 基a r e o b j e e m 的空间数据管理平台 2 3 2a r c o b j e c t s 功能 a o ( a r c o b j e c t s 的缩写) 是e s r i 公司推出的功能强大的组件式管理信息开发 软件，它是目前g i s 业界最为著名的组件式g i s 开发产品，是a r e g i s 家族中应用程 序h r e m a p ，a r c c a t a l o g 和a r c s c e n e 的开发平台，它是基于m i c r o s o f tc o m 技术所构 建的一系列c o m 组件集，是依附在a r c g i sd e s k t o p 产品中的软件开发包，我们利 用a 0 提供的组件对象来进行应用开发。 通 , z i a o 提供的组件g i s 开发方法，用户可以根据需要把实现各种功能组件像 搭积木一样搭建起来，实现地理信息系统的灵活应用和扩展。a 0 己经提供了许多 底层的基本功能，我们的任务是按照应用需求将这些底层功能组装集合成一个更 强大的c 0 m 对象。通过a o 你可完成以下甚至更多的g i s 功能：空间数据的显示、查 询检索、编辑和分析：创建各种专题图和统计报表：高级的制图和输出功能：空问 数据管理和维护等等。四 a 0 是基于微软的c o m 技术来构建的，因此它的开放性和扩展性很强大。开放 性是指在开发环境的选择上可以有v b a ，v b ，v c + + d e p h i 等多种支持c 伽标准的 开发工具，而扩展性是指a 0 组件没有提供的功能，如需要定义一种新的数据格式， 你就可以利用c 嘣技术来写自己的c o m 组件，对a o 组件库进行扩展补充。 2 3 3a r c o b j e c t s 构成 a o 是基于组件技术开发出来的功能强大的组件式g i s 开发产品，它具有庞大 的体系结构，a o 共提供了1 1 个控件，1 1 个大类，2 5 个组件库，1 5 0 0 多个类，1 6 0 0 多个接口。其中常见的控件包括m a p c o n t r o l ，p a g e l a y o u t c o n t r o l 和s c e n e v i e w e r 三个控件。这三个控件也可称为a o 高级通用组件，它由a o 基础组件构造而成，面 向通用功能。这些组件经过封装后，使二次开发更为简单。“” m a p c o n t r o l 控件提供了类似a r c m a p q b 的数据视图( d a t av i e w ) 的窗口，通过 它你可完成以下甚至更多功能：显示图层地图：放大、缩小、漫游：生成图形元素， 如点、线、圆、多边形：识别地图上被选中的元素，进行空间或属性查询：标注地 图元素。总之在a r c m a p 中能够完成大部分任务，通过 l a p c o n t r 0 1 控件也可以完成。 p a g e l a y o u t c o n t r 0 1 控件提供了类 以a r c m a p 中的版面视图的窗口，它有以下 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空同数据管理平台 的属性、方法和事件：管理控件的外观设置、管理控件的显示属性、管理页面属 性、在控件中增加和查找元素、加载地图地图文档到控件、可以直接从资源管理 器和h r c c a t a l o g 中拖放数据到控件中，打印页面设计。a r c m a p 的l a y o u t 视图能 完成的工作，使用p a g e l a y o u t c o n t r o l 同样可以完成，像增加和设置图例、打印 输出等许多功能。 a r c o b j e e t s 的基本结构如图2 - 2 所示： 2 4 空间数据库 2 4 1 空间数据库概要 图2 - 2a r c o b j e c t s 基本结构 空间数据库是被统一存储起来的空间数据的集合，是地理信息系统的重要组 成部分，在g i s 中处于核心地位。空间数据库系统使空间信息的采集、存储、检 索，分析处理和输出实现系统化，并提供多功能的查询与检索方法，为不同的应 用部门提供所需的信息，为管理机构提供可靠的决策依据。 空间数据库按其所存储数据产品的类型进行划分，空间数据库包括矢量数据 ( d l g ) 、数字高程模型( d e m ) 、数字正射影像( d o m ) 、数字栅格地图( d r g ) 以及对这些数据进行说明的元数据( m e t a d a t a ) 、最后还包括专题数据 空间数据库技术用关系数据库管理系统( r d b m s ) 来管理空间数据，主要解决 存储在关系数据库中的空间数据与应用程序之间的数据接口问题，即空间数据痒 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台 引擎( s p a t i a ld a t a b a s ee n g i e ) 。p 2 更确切地说，空间数据库技术是解决空问数据 对象中几何属性在关系数据库中的存取问题，其主要任务是： 1 用关系数据库存储管理空间数据； 2 从数据库中读取空闻数据，并转换为g i s 应用程序能够接收和使用的格式； 3 将o i s 应用程序中的空间数据导入数据库，交给关系数据库管理。 因此空间数据库技术是空间数据进出关系数据库的通道。 空间数据库中数据存储经历的三个阶段是：拓扑关系数据存储模式、o r a c l e s p a d a l 模式和a r c s d e 模式。拓扑关系数据存储模式将空间数据存在文件中，而 将属性数据存在数据库系统中，二者以一个关键字相连。这样分离存储的方式由于 存在数据的管理和维护困难、数据访问速度慢、多用户数据并发共享冲突等问题 而不适用本系统。而o r a c l es p a t i a l 实际上只是在原来的数据库模型上进行了空间 数据模型的扩展，实现的是“点、线、面”等简单要素的存储和检索，所以它并不能存 储数据之间复杂的拓扑关系，也不能建立一个空间几何网络。a r c s d e 解决了这些 问题，并利用空间索引机制来提高查询速度，利用长事务和版本机制来实现多用户 同时操纵同一类型数据，利用特殊的表结构来实现空间数据和属性数据的无缝集 成等等。 2 4 2 空间数据库的基本要求 任何数据库系统，如果要处理基于g i s 的服务，它就必须提供下列特征： 1 一组空间数据类型，用来表示最具体的空间数据类型( 点、线、面) 、复杂 空闯数据类型以及对这些空间数据的操作，例如交叉和求距离。 2 这些空间类型以及对它们的操作应该是标准查询语言的一部分，这种标准 查询语言用来访问和操纵系统中的非空间数据。例如：在关系数据库系统中，应 扩展s o l 以支持空间类型及其操作。 3 系统还应该具有若干增强性能，例如处理空间查询( 范围查询与连接查询) 的索引、可用于非空间数据的并行加载与查询等。 任何空间数据库还要进一步解决下述五个主要方面的问题，才能支持空间应 用，它们是：空间分类、数据模型、查询语言、查询处理、数据组织与索引。 1 ) 空间分类 1 2 兰州大学硕士学位论文基于a x c o b j c c t s 的空间数据管理平台 空间是确定一组空间对象之问具体关系的一种框架。这取决于所感兴趣的关 系。可以使用不同的空间模型，例如拓扑空阃、网络空间或度量空间。拓扑空间 使用相邻和点等基本概念确立在弹性变形条件下维持不变的关系。拓扑关系包括 封闭、内含、连接以及重叠等关系。网络空闻主要处理最短路径之阗的关系以及 连接性等。度量空问使用正对称函数确立距离关系，这样的函数遵守三角形不等 性规则。 2 ) 数据模型 对象关系数据库由于并入了与人对空间的感觉更接近的概念，因而提供了更 高的空闯数据抽象能力。这是通过并入用户定义的抽象数据类型( a d t ) 和相关函 数而实现的。例如，如果有若干地块存储于数据库中，那么一个a d t 就是多边形 数据类型与某个相关函数的组合。 3 ) 查询语言 传统的s q l 语言不足以表达典型的空间查询，这促使人们努力用空间友好的 结构来扩展其功能。同时，许多标准化委员会( 最著名的是o g c ) 正在制定各种规 范，力图用对象关系数据库管理系统所提供的通用功能扩展s q l 4 ) 空间查询处理 通常用过滤和求精技术来处理空间查询。优点是：首先，空间对象一般都很 大，因此要占用大量主内存。空间对象的近似表示在载入内存时占用的空间和时 间要少得多：其次，对空间对象的计算一般都很复杂，计算花费很大，对象越复 杂，计算空间关系所需要的处理就越多，使用近似对象的计算一般会很快，需要 的计算周期也要少得多。 空间查询分为两类：窗口查询和连接查询。窗口查询占用一个空闻对象( 称为 窗口对象) ，并从一张数据表中寻找与窗口对象有二元关系的空间对象。连接查 询从两张表中寻找满足给定关系的所有对象队。 5 ) 空间索引 索引提供了一条快速访闯数据的路径，有助于加速数据库中s q l 语句的执行。 空间索引还是操纵数据时减少磁盘i 0 的主要方法。数据库提供了处理标量数据 的标准索引机制，但这样的索引并不适合空间数据。空间索引的主要目的在于方 便空间选择、空间连接、空间查询等。 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空间数据管理平台 2 4 3 空间数据库面临的挑战 与传统数据库应用不同，空间应用要求数据库管理更复杂的数据类型，对这 些数据类型的操作要复杂得多。因此需要新技术来处理空间数据。空间数据库必 须有效解决空间数据的下列特征带来的问题。 1 ) 几何特性 几何特性是任何类型空问数据的一个主要特征。几何学研究物体的数学属 性。这些性质包括度量，点、线、角、面、体( 拓扑结构) 之间的关系，以及顺序 等。简单的几何体通常由点、直线和面等几何元素构成。复杂的几何体由多个简 单几何体组合而成。此外，几何体之闯还存在许多几何关系，它们对于处理空间 数据也很重要。 2 ) 对象在空间上的分布 通常空简对象非常不规则地分布在空间中，不同对象有非常大的变化范围。 3 ) 时间变化 空问数据常常和时阿特性联系在一起。 4 ) 数据量 有些应用要求数据库可以管理海量的数据。同样，数据仓库应用和n a s a 的 地球观察系统是另一些具有数t 字节空间数据的系统的实例。 2 4 4 对象一关系型数据库管理系统( o r b b m $ ) 对象一关系型数据库( o r d b 醵s ) 结合了关系数据库和面向对象的数据库的优 点，对象关系数据库系统采用用户定义的函数和索引方法。方便了数据库中用户 定义数据类型的定义、存储、检索和处理。这样，0 r d b m s 就能够处理用空间数据 类型表示的空间信息，也能够处理使用空间索引方法和函数存取或操作的空间信 息。由于空间此时只是在数据库中表示的另一种属性，用户在搜索或浏览数据库 时就能够把它用作另一种限定词或准则。“” 在单一数据库中管理空间和属性数据有多种好处： i ) 对空问数据更好的数据管理。用户可以通过与他们数据之间的开放式接1 ：3 ( 例如s q l ) 访闻基于行业标准的全能的空间信息数据库。 1 4 兰州大学硕士学位论文基于枷b j 。c t s 的空同数据管理平台 2 ) 空间数据存储于企业范围的数据库中，因而能够方便地从空间上支持更多 的应用。 3 ) 消除了传统g i s 数据管理方案以棍合与文件为基础的体系结构，降低了系 统管理的复杂性。 2 4 5g e o d a t a b a s e g e o d a t a b a s e 是a r c i n f o8 引入的一个全新的面向对象的空问数据模型，是建 立在d b m s 之上的统一的、智能化的空间数据库。所谓“统一”，在于g e o d a t a b a s e 之前所有的空间数据模型都不能在一个同一的模型框架下对g i s 通常所处理和表 达的地理空间要素，如：矢量、栅格、三维表面、网络、地址等，进行统一的描 述，而g e o a a t a b a s e 做到了这一点。所谓“智能化”，是指在g e o d a t a b a s e 模型中， 地理空问要素的表达较之以往的模型更接近于我们对现实事物对象的认识和表 述方式。【1 4 j o e o d a t a b a s e 中引入了地理空问要素的行为、规则和关系，当处理g e o d a t a b a s e 中的要素时，对其基本的行为和必须满足的规则，我们无需通过程序编码：对其 特殊的行为和规则，则可以通过要素扩展进行客户化定义。这是其它任何空间数 据模型都做不到的。 2 5a r c s d e 2 5 1a r c c a t a l o g a r c c a t a l o g 是桌面a r c g i s 的一部分，是用于定位、浏览和管理空间数据的 以数据为核心的新的a r c i n f o 应用，它类似w i n d o w se x p l o r e r ，但能快速地进 入数据库进行地理数据与元数据的浏览。利用a r c c a t a l o g 提供的易于使用的界面 与向导，你可以创建和管理空间数据库。a r c c a t a l o g 是用户规划数据库表，指定 和利用元数据的环境。a t c c a t a l o g 帮助g i s 数据库管理员维护空间和表格g i s 数 据。数据可能存放在本地硬盘、网络上的数据库、或者是一个a r c i m si n t e r n e t 服 务器。 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j e c t s 的空问数据管理平台 2 ，5 2b x c s d e 的体系结构 a r c s d e 是a r c g i s 的一部分，是在数据库管理系统( r d b m s ) 中存储和 管理多用户空间数据库的通路。 1 8 a r c s d e 在一个相互协作的g i s 系统中扮演了 个重要的基础的角色。a r c s d e 结合了多用户编辑和对空间数据库的事务处理， 与a r c e d i t o r 和a r c l n f o 紧密结合支持对多用户空间数据库的设计，建立，编辑和 共享。a 忙s d e 支持o r a c l e ，m i c r o s o f ts q ls e r v e r ，i b md b 2 和i n f o r m i x 商业 关系型数据库。 r 一客户端应用h 叫a r e s d e 客户h l i a r c s d e 服务器处理程序l i r d b m s l 闻l 数据l 图2 - 3a r c s d e 的体系结构 图2 - 3 中的客户端可以是a r c g i s 、a r e v i e w 或者是用户自己利用v c + + 、v b 等开发的应用程序。与客户端结合的是a r c s d e 的客户库，它是一个程序设计接口， 用于处理客户端的请求。服务器端处理客户端提出的请求，在本地执行所有的空间 搜索和数据提取工作，将满足搜索条件的数据在服务器端缓冲存储，然后将整个缓 冲区中的数据发往客户端应用程序。a r e s d e 充当了客户端和服务器端的中闻件， 可以屏蔽不同操作系统和数据库系统的差异，使面向特定领域( 如空间数据管理及 应用) 所需的技术得以实现，供不同的客户端高效地共享和互操作。 2 5 3h c s d e 的表结构 a r c s d e 主要通过商业数据库表( b u s i n e s st a b l e ) 、层表( l a y e rt a b l e ) 、 特征表( f e a t u r et a b l e ) 和空间索引表( s p a t i a lt a b l e ) 这四个表来实现对空 间数据的存储和管理。 1 商业数据库表 兰州大学硕士学位论文 基于a r c o b j c ：c t s 的空问数据管理平台 商业数据库表通过向一个己存在的关系数据库表中加入图形数据项，使该表 成为空间可用。图形数据项是用来唯一标识一个图形数据的整型数据。这个整型 值为特征i d 号，商业数据库表将通过该i d 号与特征表、空间索引表联系起来。 图形数据项也可看成一层，每一层的信息都保存在层表中。 2 层表 s d e 通过将信息存入层表来管理空间可用表。层表起着连接商业表和空间数 据的作用。数据库中的每一图形数据项在层表中对应一条记录。 3 特征表 特征表存储每一地物的几何图形。它用f 来命名，由空间项层数