（计算机科学与技术专业论文）基于uml和oracle的空间数据库设计方法研究.pdf

武汉理一 人学硕十学位论文 摘要 随着信息技术不断应用到交通、电力、军事、公安、航空、城市规划和物 流等众多涉及空间信息的领域，对空间数据的存储、管理和分析等问题亟待解 决。由于空间数据具有位置、非结构化、多重表达和空间关系等特征，所以面 向一般应用的数据概念模型( 如e r 模型、e e r 模型等) 就不能很好地满足空间应 用领域系统的概念建模需求。在空间数据建模方向上，国内外专家、学者提出 了一些空间概念模型和建模方法，但是这些空间概念模型和建模方法都存在一 些缺点。 在分析和研究国内外专家、学者所提出的空间概念模型和建模方法的基础 上，本文提出了一种新的空间概念模型s u m l ( s p a t i a lu n i f i e dm o l d e l i n gl a i l g u a g e ) 及其建模方法。s u m l 模型定义了三个建模维度：结构建模、空间建模和多重 表达建模，每个建模维度都是正交的，即在一个维度下进行建模不会对另一个 维度的建模行为有影响。结构建模主要提供了对一般数据进行建模的建模元素 和建模方法，包括类、属性和关系的建模。空间建模则主要是提供了对空间数 据进行建模的建模元素和建模方法，包括空间类、空间属性、空间关系和空间 操作等的建模。多重表达建模主要是针对对象和空间关系的不同表达方式进行 建模。 在提出了s u m l 模型的基础上，本文还实现了支持该模型的建模工具。由 于p o w e r d e s i g n e r 建模工具拥有强大的建模能力和可扩展机制，对一般数据的建 模提供了很好地支持，所以本文在p o w 盯d e s i g n e r 已有功能的基础上，利用 p o w e r d e s i g l l e r 的扩展机制，对它进行扩展，使得p o 、；l ，e r d e s i g n c r 能够支持s u m l 模型的建模元素和建模方法。 为了满足实际应用的需求，我们介绍了s u m l 模型元素到o r d b 模型元素 的映射规则，还描述了从s u m l 模型到o r d b 模型的转换算法，并通过扩展 p o 、e r d e s i g n e r 来实现该算法。所以扩展的p o 、v e r d e s i g i l e r 建模工具能够对空间 领域进行概念建模，并且支持将概念模式转换到0 r a c l e1 1 9 数据库的物理模式。 关键词：空间数据库概念模型，s u m l ，多重表示，建模工具，模型转换 武汉理丁大学硕七学位论文 a b s t r a c t a si n f 0 肿a t i o nt e c h n o l o g yi sc o n t i n u o u s l ya p p l i e dt 0f i e l d so ft h e 仃a n s p o n a t i o n ， e l e c t r i cp o w e r ，p u b l i cs e c u r i t ) ，m i l i t a r ) ，a v i a t i o n ，u r b a i lp l a r u l i n g ，l o g i s t i c sa i l dm a n y o t h e rf i e l d sr e l a t e dt os p a t i a li n f o m l a t i o n ，i s s u e sl i k es p a t i a ld a t as t o r a g e ，m a n a g e m e n t ，a n a l y s i s ，e t c n e e dt ob er e s o l v e d b e c a u s eo ft h ec h a r a c t 撕s t i c so fs p a t i a ld a t a ， s u c h 硒l o c a t i o n ，u n s t n l c t u r e d ，m u l t i - r e p r e s e n t a t i o n ，s p a t i a lr e l a t i o n s 孤ds oo n ，t h e c o n c e p t u a ld a t am o d e lf o rg e n e m la p p l i c a t i o i l s ( s u c ha se rm o d e l ，e e rm o d e l ，e t c ) c o u l d n ts a t i s 黟t 1 1 er e q u i r e m e mo fc o n c e p t u a lm o d e l i n go f s p a t i a la p p l i c a t i o ns y s t e m s i nt h es p a t i a ld a t am o d e l i n ga s p e c t ，d o m e s t i c 锄df o r e i g ne x p e r t sa n ds c h o l a r sh a d p r o p o s e dan 啪b e ro fs p a t i a lc o n c e p t u a lm o d e l sa n dt h e i rm o d e l i n gm e t i l o d o l o g i e s b a s e do na 1 1 a l y s i s 觚dr e s e a r c ho ft h ec o n c e p t u a lm o d e l sa r 心t h e i rm o d e l i n g m e t h o d o l o g i e sw h i c hp r o p o s e db yd o m e s t i c 锄df o r e i 印e x p e r t sa n ds c h o l a r s ，an e w s p a t i a lc o n c e p t u a lm o d e ls u m l ( s p a t i a lu i l i f i e dm o d e l i n gl a i l g u a g e ) 锄di t s m o d e l i n gm e t h o ( 1 0 l o g yi sp r o p o s e di n 廿1 i sm e s i s s u m lm o d e ld e f i n e st h f e e m o d e l i n gd i m e n s i o n s ：s t n l c t u r a lm o d e l i n g ，s p a t i a lm o d e l i n ga 1 1 dm u l t i r e p r e s e n t a t i o n m o d e l i n g i naw a yt 1 1 a tp l l r p o s e j ym a k e st 1 1 em o d e l i n gd i m e n s i o n so n h o g o n a lt o e a c ho t h e r ，t 1 1 a ti s ，m o d e l i n gi no n ed i m e n s i o nw i un o te 虢c tm o d e l i n gb e h a v i o ro f a n o t h e rd i m e n s i o n s t r u c t u 】mm o d e l i n gm a i l l l yp r 0 v i d e sm o d e l i n ge l e m e 鹏锄d m e t l l o d o l o g y f o r g e n e r a ld a 妞，i n c l u d i n gm o d e l i n g f 0 rc l a s s e s ，砌b u t e s 锄d r e l a t i o i l s m p s s p a t i a lm o d e l i n gm a i l l l yp r o v i d e sm o d e l i n ge l e m e m sa i l dm e m o d o l o 钉 f o rs p a t i a jd a t 钆i n c l u d i n gm o d e l i n gf o rs p a t i a lc l 嬲s e s ，s p a t i a la n n b u t e s ，s p a t i a l r e l a t i o n s h i p s a i l d s p a t i a lm a l l i p u l a t i o n s m u l t i r e p r e s e n t a t i o nm o d e l i n gm a i n l y p r o v i d e sm o d e l i n gf o rm u l t i p l er 印r e s e n t a t i o n so fo b j e c t sa n ds p a t i a lr e l a t i o n s h i p s a 舭rs u m lm o d e lw 鹤p r o p o s e d 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m ao fs p a t i a la p p l i c a t i o nf i e l d sc a nb em o d e l e db yt l l ee x t e n d e d p o w e r d e s i g n e rm o d e l i n gt o o lw h i c ha l s oc a l lt r a n s f b mt h i sc 伽c e p t l l a ls c h e m at o p h y s i c a ls c h e m ao fo m c l e1 1gd a t a b a s e k e y w o r d s ：c o n c e p t u a im o d e li n go ns p a t i a ld a t a b 丛e ；s u m l ；m u l t i r e p r e s e n t a t i o n ；m o d e l i n g t b o i ；m o d e it i 彻s f 0 m a i i o n i i l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个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， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 扣l ot 多l 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将 本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理 工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 融c 擢隹胜洲捌剖坛 武汉理f 大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f 0 肿a t i o ns y s t e m ，简称g l s ) 是一种用于采集、 存储、管理和分析空间数据的计算机应用系统，其中空间信息的数据组织与管 理是g i s 研究的核心问题【i 】。g i s 的应用主要涉及有交通、电力、公安、军事、 城市规划、物流等广泛领域。同时还包括国防安全信息相关领域，涉及军事指 挥调度、g p s 定位导航、军事电子地图数据等军事中的重要方面。 g i s 提供了便于分析地理数据和将地理数据可视化的机制。g i s 提供了如定 位分析、地形分析、空间分析与统计、度量分析以及流分析等各种分析功能。 在地理数据可视化方面，g i s 侧重表达地理特征的集合成分，可以对对象和图层 进行多种操作，而其语义关系和内部关系往往被忽略，这就很大程度上影响了 g i s 的空间分析能力，使得构建的g i s 成了功能较低的空间数据存储和管理系 统，难以进行较高层次的空间分析和提出决策方案。而使用空间数据库管理系 统( s p a t i a ld 北l b a s em a i l a g e m e n ts y s t e m ，简称s d b m s ) 则可以对对象集合和图层 进行更多的操作，还能存储其语义关系和内部关系等。同时，目前g i s 一般要从 多个不同来源接收各种形式的空间数据，以便处理查询和帮助分析信息，它不 仅要求将地理信息转换并存储为数字形式进行分析，也要求必须能在数据库中 进行变换、索引、聚集、连接和挖掘等操作，集成用其他方法很难关联起来的 信息。而空间数据库支持类似这样的操作。 空间数据库作为g i s 的核心，其设计的好坏将直接决定了g i s 的性能、数据 的共享性、数据的传输以及与其他系统的集成等【2 l 。因此，对空问数据库设计的 研究在设计g i s 空间数据库的过程中起着非常重要的作用。 空间数据模型作为空间数据库的核心，它决定了客观世界中的空间实体将 以何种方式在计算机系统中被抽象、存储和管理。因此，对空间数据模型以及 建模方法的研究在设计g i s 空间数据库和发展新一代g i s 系统的过程中起着至 关重要的作用。 进行空间数据模型设计时必须考虑以下一些内容【2 j ： 武汉理j ：人学硕十学位论文 ( 1 ) 空间对象的类型和结构。空间对象具有空间信息、属性信息和时间信息 等。按空间信息类型可以划分为矢量类型、栅格类型等，而矢量数据类型又可 以按照几何形状划分成点、线、面和体等类型；从结构上可以划分成简单对象 和复杂对象。 ( 2 ) 空间对象间的关系。除了对象的拓扑关系、方向关系和度量关系外，还 有反映对象间自然属性、社会属性的其它关系。这些关系通常和具体的应用有 关，如对象问的语义关系、聚集关系和组合关系等。 ( 3 ) 空间对象的组织。空间对象可以按照分层原则，以专题图层的形式进行 组织；也可以按照区块划分的方式，以空间区块进行组织。 ( 4 ) 空间对象的行为。不同类型的空间对象，在分析、处理上使用的数学模 型也各不相同，将这些空间对象的分析和处理功能利用对象的行为封装到对象 类上是对象模型的基本要求。 目前，数据库设计建模的工具有很多，例如p o w e r d e s i 印e r ，能对一般关系 数据库、对象关系数据库和面向对象数据库进行建模，但是对于空间对象的特 征没有很好地支持。同时，没有数据库设计方法和辅助建模工具能很好地支持 空间数据的特征。 1 2 国内外研究现状 目前，针对空间数据库建模，国内外专家、学者提出了一些空间概念模型 和建模方法，例如，e m a l i n o w s k i 和e z i m 却i 提出的m u l t i d i m e r 模型3 】； n 哪f o n a 和d p f o s e r 将o m t ( o b j e c tm o d e l i n gt e c l l i l i q u e ) 【4 】建模方法应用于空 间数据库；gk c ；s t e r s ，b p a g e l 和h k s i x 提出的g i s e r l 5 j 模型；k b o r g e s ，c d a v i sj r 和a l a e n d e r 提出的o m t - g 模型6 j f 7 j ；j l o l i v e i m ，f p i 陀s 和c m b m e d e i r o s 提出的g m o d 【8 】概念模型；等。还有一些将空间进行扩展，加入时态 特征，提出了时空概念模型和其建模方法，例如，n 研f o n a 和c s j e n s e n 提 出的时空实体关系模型( s p a t i o t e m p o r a le r l t 时r e l a t i o n s h i pm o d e l ，s t e r ) 1 0 】 和空间u m l 模型( s p a t i o t e m p o r a lu m l ，s 1 u m l ) 【1o 】【1 1 】： t h a d z i l a c o s 和 n 哪f o n a 提出的e e r 模型( e x t e n d e de m i w r e l a t i o n s h i pm o d e l ) 【1 2 】；gk i s t e r s ， b p a g e l ，h s i x 提出的( b o o o a l l 3 j 概念模型以及c s p a 陀n t ，s s p a c c a p i e 锄和e z i m 矗n y i 提出著名的n 【a d s ( m o d e l i n ga p p l i c a t i o nd a t a 、加t l ls p a t i o t e 脚p o r a l 2 武汉理【大学硕士学位论文 f e a t u r e s ) 模型等【1 4 】【1 5 】1 1 6 1 【1 7 】【18 】f 1 9 】。其中，m a d s 模型不仅提出了一套建模方法， 而且实现了支持该建模方法的工具。 上述的模型中，都针对空间数据库提出了概念模型和建模方法，但是都有 一些不足之处。例如，m a d s 模型提供了支持的建模工具，且能在概念层上对 过程和变化进行建模，但是没有提供空间数据的操作；其他的大部分模型只提 供了建模方法，缺少建模工具的支持。 1 3 研究目标及主要工作 1 3 1 研究目标 在大量研究的基础上，提出一种新的空间数据库模型一空间u m l 模型 ( s p a t i a l u n i f i e dm o d e l i n gl a i l g u a g e ，s u m l ) ，以及其建模方法，并对 p o 、e r d e s i g n e r l 5 2 进行扩展，使得扩展后的p o 、v e r d e s i g n e r l 5 2 能支持新的概念 模型和建模方法。 1 3 2 本文的主要工作 图1 1 描述了本课题的主要工作。根据m d a 定义的元模型层次架构图f 2 0 】， 图中m l 为模型层，m 2 为元模型层。 武汉理r 火学硕十学位论文 m 2 ( 模型) m l ( 模式) 图1 1 模型图 ( 1 ) 在m 2 层中，分析并研究空间数据的特征( 如空间对象之间的空间关系、 空间信息的多种表达方式以及各种空间操作等) ，提出一个新的面向对象数据概 念模型一s u m l 模型。 ( 2 ) 研究p o ，e r d e s i g n e r 中面向对象模型( o o m ) 的建模方法及特点，并研究 如何对o o m 进行扩展，使得o o m 能支持s u m l 模型。 ( 3 ) 分析现实应用中空间数据库的需求，并结合s u m l 模型，提出基于 s u m l 模型的概念建模方法。 ( 4 ) 在基于s u m l 模型的建模中，为了保留现实世界的语义，研究空间信息 的多种描述方式、空间对象的操作以及空间对象间的关系等如何建模以及如何 保存到数据库中。 ( 5 ) 分析o r a c l e 数据库的对象一关系( o r ) 模型，并根据s u m l 模型的特征， 设计p o w l 疵) e s i g n e r 中s u m l 模型到o i 国b 模型的转换算法。 ( 6 ) 基于p o w e r d e s i g n e r1 5 2 平台实现s u m l 模型的建模工具，并设计应用 系统验证该模型的可用性以及建模方法的正确性。 4 武汉理r 大学硕七学位论文 1 4 论文组织结构 本文结构如下： 第1 章中，介绍和分析了本文的研究背景，界定了本文的主要研究工作和 范围。 第2 章中，对空间数据库的基本概念和所要用到的相关技术等进行了研究。 首先，介绍了目前学术界对空间数据的定义，以及空间数据区别于一般数据的 特性。接着介绍了常用数据模型，以及各数据模型的优缺点。最后介绍了o r a c l e 空间数据库的基本概念以及对空间数据的支持，还介绍了u m l 建模语言。 第3 章中，提出了一个新的空间数据库概念模型一s u m l ，从三个不同的维 度详细介绍了s u m l 的空间建模元素和建模方法，还与多个不同的概念模型进 行比较评价s u m l 的建模能力和可用性。 第4 章中，首先介绍了p o w e r d e s i g n e r l 5 2 建模工具的扩展机制，然后根据 s u m l 模型的建模元素和建模方法对p o 、e r d e s i g i l e r l 5 2 建模工具进行扩展，最 后实现了支持s u m l 模型建模元素和建模方法的建模工具，并利用该建模工具 对城市配电网g i s 进行概念建模。 第5 章中，详细研究了s u m l 模型到o r d b 模型的转换和转换，从类、属 性和关系三个主要方面研究了映射规则以及转换算法，最后将城市配电网g i s 的概念模式转换为基于o m c l e l l g 的物理模式。 第6 章中，对全文进行总结和展望。 武汉理工人学硕十学位论文 第2 章空间数据库基本概念及相关技术 本章主要介绍在空间数据库建模时，一些相关的基本概念和技术。本章中 将介绍空间数据的概念和特征，针对这些特点然后介绍空间数据的组织和表达 方式，即空间数据模型。本文中空间数据库建模技术是基于o m c l e 数据库和u m l 建模语言，所以将详细介绍这两个方面的关键技术。 2 1 空间数据 2 1 1 空间数据的概念 空间数据是指带有空间坐标的数据，包括资源、环境、经济和社会等各种 应用领域中带有空间坐标的数据，是空间实体的空间特征和属性特征的数字化 描述。空间实体的空问特征表现为空间实体的几何图形特征( 即空间实体的形状、 大小等) 、位置或范围特征( 即空间实体的位置、范围及分布特征) 和空间实体间 的空间关系( 拓扑关系、方向关系和度量关系等) i l 】【2 1 。空间实体的属性特征是指 实体的数量特征、质量特征和时间特征等这些与空间实体相关的自然属性。而 空间实体的定位特征是指在一个特定的参照坐标系中，每个空间实体都对应有 唯一的空间位置或空间范围。 一般来说，空间数据分为两类：一类是空间对象数据，它是指具有几何图 形特征和离散特点的空间实体，例如点对象、线对象、面对象、实体对象和复 杂对象等；另一类就是场对象数据，它是指在一定空间范围连续变化的空间实 体。每个离散的空间实体都会有一个唯一的实体标识符或者相应的属性描述信 息，而一个场对象一般作为一个整体，场对象内部的局部特征已经由场的节点 特征表达。 2 1 2 空间数据的特征 空间数据具有以下几个基本特础1 】【2 0 l 【2 1 】【2 2 】【2 3 1 ： ( 1 ) 空间特征：空间数据描述了空间实体的位置、形态，甚至需要描述空间 6 武汉理1 = 大学硕士学位论文 实体问的空间关系。每个空间实体都具有空间坐标和几何图形表示，在如何组 织空间数据方面，就要考虑其空间分布特征。 ( 2 ) 抽象性特征：空间数据描述的是现实世界中的地理实体和地貌特征，非 常的复杂，而且必须经过抽象处理。根据人们所需的信息不同，可以建立不同 主题的空间数据库。 ( 3 ) 非结构化特征：空间数据不满足关系数据模型的第一范式要求，即若将 表中的一条记录表示一个空问实体，则它的数据项可能是不定长的。例如，一 条弧段，它的坐标长度可能是变化的，即它可能是两对坐标，也可能是多对甚 至是几万对坐标；一个空间实体可能包含另一个或者多个空间实体。 ( 4 ) 空间关系特征：空间实体不同于一般的对象，由于它在空间中具有位置 或范围信息，所以空间实体之间会存在拓扑关系、方向关系和度量关系等。这 些关系数据结构一方面方便了对空间数据的查询和空间分析，另一方面也给空 间数据一致性和完整性的维护增加了复杂性。 2 1 3 空间数据的类型 由于空间信息的数据来源和数据类型众多，所以空间数据类型可以分为以 下几种： ( 1 ) 几何图形类型：来源于各种类型的地图数据和实际测量数据。几何图形 数据不仅反映了空间实体的地理位置或地理范围，还反映了空间实体之间的空 间关系。 ( 2 ) 影像数据：来源于卫星遥感、航空遥感和摄影测量等。 ( 3 ) 属性数据：来源于实际测量数据、文字报告以及解释遥感影像数据时得 到的各种信息等。 ( 4 ) 元数据：对空间数据分析处理后得到的用来描述数据的数据。 2 2 空间数据模型 2 2 1 数据模型 数据模型是对实际世界中数据和信息的抽象表示与模拟，是实际世界和计 算机世界的一种映射关系，空间数据模型就是表示空间实体数据的方法【2 4 1 【2 5 】。 7 武汉理t ：大学硕+ 学位论文 数据模型包括三个方面的内容：数据结构类型集、数据操作算子集和数据库状 态的完备性约束规则鲥2 6 】【2 7 】【2 8 】【2 9 1 。 为了把现实世界中的具体事物抽象并组织为数据库管理系统支持的数据模 型，首先将现实世界的数据及联系抽象成信息世界的信息模型，然后再抽象成 计算机世界的数据模型，最后转换成计算机上某d b m s 支持的数据模型。所 以数据模型分为3 个层次：概念模型：逻辑模型和物理模型。 物理模型是数据库系统与用户的接口，是用户能看到的数据形式，是衡量 数据库能力强弱的主要标志之一。在数据系统的角度看，物理模型是连接实际 世界和计算机世界的桥梁，是描述数据库的一种工具，而数据库系统是物理模 型在计算机世界的实现。所以物理模型是有效地组织、存储、管理和分析各类 数据的基础，也是数据有效传输、交换和应用的基础。不同的物理模型是用不 同的数据抽象与表示能力来反映客观事物，有其不同的处理数据的方式。 空问物理模型是空间数据库的核心，空间数据按照一定方式组织、存储和 管理空间数据，具有较高的程序和数据的独立性，能以很少的冗余为多个用户 或应用程序服务【3 0 1 【3 l 】。 根据图1 1 中的元模型层次架构图所示，本文所研究的数据模型主要为m 1 层的数据模型。 2 2 2 面向对象数据模型 面向对象数据模型是用面向对象的观点来描述现实世界实体( 对象) 的逻辑 组织、实体间关系等信息的模型【2 】。 ( 1 ) 对象表示 对象的定义是它的逻辑表示，用来存储和管理对象实例的状态。对象的方 法表示应用程序在数据上进行的操作。数据结构由对象名、属性和方法构成， 其中属性可以是具体数值，也可以是指向其他对象的指针( 继承类) 。每个对象都 有自己的属性和标识符，可以通过其他对象来访问这些属性和标识符。 ( 2 ) 类的层次 类的层次( 即继承性) 提供了代码的可重用。因为通过继承，类的方法和属性 等就可以被任何用该类作为它定义和操作的一部分的子类所重用。通过类的层 次性，子类不仅可以定义它们自己的属性和操作方法，而且还可以把从父类继 承而来的属性和操作方法作为自己属性和操作方法的部分。 g 武汉理1 = 大学硕十学位论文 ( 3 ) 集合类型 集合是面向对象数据数据模型一个重要的组成部分。集合提供了组织对象 以及处理它们之间关系的途径，把相关的对象组合起来，就使得这些对象集合 组成了一种新类，具有新的属性和方法。集合中的对象必须与集合定义的对象 所支持的类相匹配，即集合中的对象类型必须相同。集合类支持所有基于集合 的操作，如集合的创建和删除，向集合中查询、插入、删除和替换对象等操作。 ( 4 ) 对象联系 对象联系是指对象之间，或者操作方法之间，或者属性之间存在的可标识 的，有名称的对应关系。对象模型中的联系可以表示为各个涉及的对象名称， 私有的特定属性，内部属性约束，以及联系所涉及的对象等。 联系可以是单向的、对称的、或者是多值的。一个单值联系或单向联系只 涉及两个对象，即一个指向另一个，而在其他方向上则没有任何联系。而多值 联系是指存在一组对象与另一个对象具有相同的联系。 ( 5 ) 对象约束 约束条件是用来保证和维护数据的正确性、完整性、有效性以及相容性。 约束条件在编程语言类型正确合法的基础上提供了额外的数据库内容、操作等 的检查和限制。这些数据库约束条件用谓词形式来表示，描述了使用数据库状 态值及其数据保持正确性的条件。约束条件可以是复杂的条件，也可以是针对 特定应用领域的规则条件。这些约束条件是针对类定义的，只有类中的所有元 素都必须满足指定的条件才能被认为是j 下确的。约束条件还可以用来限制一组 对象的取值或边界。约束条件还可以是主动的，如由数据库系统触发，也可以 是被动的，如由程序运行时调用。 ( 6 ) 查询处理 在关系型和网络型数据库操作中，任何扩充的功能( 用户自定义功能) 都必须 通过用户自己编写的代码来实现。这种有限的操作功能主要是由语言的结构和 基本设计来完成的。同时也取决于理论上的数据存储模型和处理模型。面向对 象数据库管理系统的语言支持一种无边界范围的数据处理。它们是根据系统和 应用程序如何使用和表示数据来定义的，而且这些方法可以在将来通过对象的 修改和重编加以改变，以至于能够成为数据库管理系统的基本操作。 9 武汉理_ 1 二大学硕十学位论文 2 2 3 面向对象空间数据模型 面向对象空间数据模型是根据上节中介绍的面向对象思想和建模技术，基 于对象的概念，将应用领域中的空间目标抽象为不同的空间对象，建立各空间 对象之间的联系图，将其属性和操作封装起来，使其具有封装、继承和多态性 等面向对象的特征和机制。同时面向对象数据模型能够提供丰富的语义表达机 制，可以对地理空间进行比较完善的抽象，构造出自然的、适合表达地理空间 概念数据模型。 面向对象空间数据模型【4 】【3 2 】吲打破了关系模型范式的限制，直接支持对象 的嵌套和变长记录，因此表达、操作和存储数据的能力更强，可以比较好地解 决空间实体描述问题。但是目前面向对象数据库技术还不是很成熟，不能与关 系数据库相互兼容，所以在存储、检索和更新数据方面就有很大的不足之处。 2 2 4 对象一关系空间数据模型 对象关系空间数据模型以独立、完整、具有地理意义的对象为基本单元对 地理空间进行表达【3 4 儿”j 。每个对象不仅具有自己的各种属性，而且具有自己的 行为和操作。在具体组织和存储时，可将对象的坐标数据、属性数据，甚至空 间关系也存放在表中，并通过表与表之间的关系建立空间实体的联系。 对象关系数据模型既能兼容传统纯关系数据库，支持s q l 标准语句以及语 句扩展，又能支持面向对象的特性，实现对象中数据与操作的集成，具有对实 体管理修改方便，查询检索容易的优点；而且还能够方便地构造用户需要的任 意复杂空间实体，其自定义对象类型中的元素可以是对象类型，通过这种方式 可以表示一个对象由不同对象组成的聚集语义；打破了关系数据库中范式的限 制，通过定义嵌套表和变长数据类型在单个元组的某一字段中解决了多值问题 1 3 6 - 。对象关系模型综合了面向对象模型和关系模型的优点，比面向对象模型更 易实现和实用化，同时又具有比关系模型更强的表达能力。 2 3o r a cle 空间数据库 空间数据库是实际应用领域中所有空间实体的地理空间特征的数据集合， 是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的 1 0 武汉理t ：大学硕十学位论文 总和【2 1 【3 7 1 【3 8 1 。空间数据库在地理信息系统中起到极其重要的作用，是地理信息 系统发挥功能和作用的关键。空间数据库的作用就是使用户能够方便灵活地查 询所需要的空间数据，同时也能够插入、删除、更新和管理空间数据。空间数 据库不仅能将空间实体作为对象存储，还能存储一维、二维、三维甚至更高维 的空间实体数据。所以空问数据库必须具备对空间实体( 具有几何图形特征、结 构复杂等特点) 进行存储和分析的能力。 2 3 10 r a cles p a tiai 空间数据库简介 o r a c l el l g 的企业版中提供了空间插件o m c l es p a t i a l ，可以实现空间数据的 存储和操作，能方便地实现对空间数据的管理。o r a c l es p a t i a l 空间数据库组件是 一个能在o r a c l e 数据库中快速有效地存储、访问、分析和操作空间数据的完整 的功能程序集。o m c l es p a t i a l 空间数据组件基于o r a c l e 数据库提供了便利的存 储、恢复、更新和查询空间特征集的各种标准s q l 模型和功能。它包括以下四 部分： 1 ) 可支持空间数据类型的存储、语法和语义的模式( s c h e m a ) ，称为m d s y s 。 2 ) 空间索引机制。 3 ) 用来处理感兴趣区域( 觚a0 f i n t e r e s t ) ，或称窗口查询( w i n d o wq u e r y ) 和空间连接查询( s p a t i a lj o i nq u e r i e s ) 操作的算子和函数。 4 ) 管理工具。 o r a c l es p a t i a l 支持两种空间数据模型：一种是关系模型( r e l a t i o n a l ) ，用预先 定义类型为n u m b e r 的一组字段的表来存储空间实体；另一种是对象关系模 型( o b j e c t - r e l a t i o n m ) ，该模型使用一张数据库表，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，用一行记录存储一个空间实体。其中，对 象一关系模型可以存储对象化的空间实体，而关系模式则用来存储拓扑结构的 空间数据。o f a c l e 对于对象一关系模型提供了一套完整的解决方案，其存取和管 理效率要明显优于关系模型。在设计数据库存储结构时，针对不同的应用，可 以采用不同的模型存储数据。 2 3 20 r a cles p a tia1 支持的几何类型 o r a c l es p a t i a l 使得空间数据的管理更容易，更符合用户的需求。当空间数据 武汉理丁大学硕十学位论文 存储到0 r a c l e 数据库中，将会更容易对这些空间数据进行操作、恢复、查询、 插入和更新等。 o m c l es p a t i a l 支持几种主要的几何类型【3 9 】： 1 ) 点和点集( p o i n t ) 2 ) 线( l i n es t r i n g s ) 3 ) 多边形( p o l y g o n ) 4 ) 弧线串( 觚l i n e ) 5 ) 弧多边形( 觚p o l y g o n ) 6 ) 复合多边形( c o m p o u n dp o l y g o n ) 7 ) 复合线串( c o m p o u l l dl i n es t r i n g ) 8 ) 圆( c i r c l e ) 9 ) 矩形( o p t i i i l i z e dr e c t 觚g l e s ) 2 3 3o r a cies p a tiai 的空间数据模型 0 僦l es p a t i a l 空间数据模型提供了三种最基本的几何类型( 点、线、面) 以及 由这些几何类型对象组合而成的集合。这三种几何类型又可细分为简单点( 只有 一个点) 、点集( 有多个点) 、简单线( 只有一条线) 、线集( 有多条线) 、简单面( 只有 一个面) 、面集( 有多个面) 。因此，o m c l es p a l i a l 一共提供了七种几何类型，并为 每种类型分配了从1 7 的标识。同时，在某些类型中，还划分了更为详细的类型， 如简单线还分为线段、三点圆弧、线段和圆弧交替连接的简单复合线等，简单 面可分为有线段构成的面、圆、矩形、线段和圆弧交替连接的简单复合面。 o m c l es p a t i a l 的空间数据模型，如图2 1 所示。 1 2 武汉理l 人学硕十学位论文 图2 10 m c l es p a t i a l 空间数据模型 2 3 40 r a cies p a tiai 的对象类型 在o m c l es p a t i m 的对象一关系模型中，对空间对象几何实体的描述都是存储 在用户自定义表中的对象类型s d o g e o m e t r y 里。0 r a c l es p a t i a l 对 s d og e o m e t l w 的定义如下1 3 9 】： 咖t y p es d og e m 呶r y a s0 b j e c t ( s d og f 旺吧n 【m 位e s d 0s 砌dn i m 位e & s d op o n rs d op i 聊t y p e 。 s d oe l e m 矾f om d s y s s d oe l m 渥矾f oa r ra y ， s d oc 唾u ) 呵a 皿sh 加d s y s s 】) oo r 吲at ea r ra ? n ； o r a c l es p a t i a l 也定义了上述定义中的s d o p o i n t t y p e s d o e l e m n 寸f o a r r a y 和s d o o r d i n a t e a r r a y 类型。 1 3 武汉理j r 大学硕十学何论文 c r e a t et y p es d op c i i n tt y p ea so b 皿c t ( x m 风仍e y m m 位e i l zm ，n e 鼬； c r e a t et y p es d ol 也e m 肼oa r r a ya sv a r r a y ( 1 0 4 8 5 7 6 ) o f m 舳e r ； c r e a t et y p es d o0 r d 日吒a 1 ea r r a ya sv a r r a y ( 1 0 4 8 5 7 d o f n 啪e r i s d o g t y p e ：表示几何实体的类型，有效的几何实体类型要完全符合 o g i s 简单特性s q l 规范( 表面s u r f a c e 除外) 。s d o g t y p e 的值包括4 位，定 义为d m ，其中：( 1 ) d 表示维数，取值为2 ，3 ，4 ；( 2 ) l 表示线性参照系统( l b s ) 中几何实体的线性参照度量维；( 3 ) t t 表示几何实体的类型。见表2 1 列举了有 效的s d og t y p e 值。 值几何类型描述 d l o o 未知几何实体s p a t i a l 忽略这种几何实体 d l 0 1点 包含一个点 d l 0 2 线或曲线包含一个线串，它可以是直线、曲线弧或混合 几何实体包含一个带孔或不带孔的多边形，或包 d l 0 3 多边形或面 含一个或多个多边形组成的面 d l 0 4 集合各种类型元素的集合，它是所有其他类型的超集 d l 0 5 多点是d l 0 l 的超集，几何实体包含一个或多个点 d l 0 6 多线( 或曲线)是d l 0 2 的超集，它包含一个或多个线串 是d l 0 3 的超集，它包含一个或多个相隔离的多 d l 0 7 多边形 边形或面 d l 0 8固体几何实体包含多个面，并在三维空间中完全封闭 d l 0 9多固体是d l 0 8 的超集 s d o s r