（地图学与地理信息系统专业论文）基于arcgis+9+geoprocessing的处理技术方法研究.pdf

堕堑婆盔兰堡主竺丝丝塞薹王垒苎q 堕! 垒! 塑! 塑苎苎也笪丝矍垫查立些塑塞 中文摘要 随着g i s 技术应用领域的不断扩大和所需处理数据的不断增加，对g i s 的处理技术 提出了更高的要求。传统g i s 平台的地理数据处理和空间操作功能是以命令的形式绑定 给用户，随着组件技术的发展，近年来的a r e g i s9g e o p r o e e s s i n g 新技术允许用户对处 理流程进行灵活地建模，实现面向应用的地理数据处理和空间操作功能定制以及与相关 技术的结合。 本研究着重剖析了a r e g i s9g e o p r o e e s s i n g 。首先，基于九交模型及其维度扩展， 分析了空间拓扑关系方法，探讨了拓扑数据空间操作的处理及扩展。其次，分析了 g e o p r o e e s s i n g 的多种访问方式，探讨了g e o p r o e e s s i n g 模型和建模方式，提出了处理流 程模型的设计方案，并结合实例探讨了g e o p r o e e s s i n gm o d e l b u i l d e r 建模及其实现方法。 最后，通过分析几何对象处理涉及到的算法以及a m g i s 的开发方式，综合运用 g - e o p r o e e s s i n g 、a r e e n g i n e 等多种算法和开发手段，设计并实现了几何对象空间操作、 拓扑检查、空间数据交互编辑，空间参考系设置、三维显示及处理等处理功能。 研究表明，基于维度扩展9 交模型，能对空间拓扑关系及操作进行分析，并扩展处 理功能。运用g e o p r o e e s s i n g 技术和m o d e l b u i l d e r 能建立实际的处理分析模型。通过对 a r e g i s 多层次开发手段的综合运用，可以较好地实现一些专业的处理功能，满足g i s 应用中的各种专业化、多样化的处理需求。 关键词：a r e g i s ，g e o p r o e e s s i n g ，维度扩展九交模型，处理建模，a r c e n g i n e a b s t r a c t 们 e x p a n d i n ga p p l i c a t i o no fg i sa n dt h ei n c r e a s i n gd a t ap r o c e s s i n gr e q u i r e sg i s p l d c c 韶i n gt e c h n i q u et ob ei m p r o v e d i nu a d i t i o n a l ( 3 i sp l = f o r m , t h eg e o g r a p h i cd a t a p r o c e s s i n ga n ds p a t i a lo p e r a t i o n sa r ep r o v i d e df o ru s e r sa sc o m m a n d w i t ht h ed e v e l o p m e o t o fc o m a r c o i s9g e o p r o c e s s i n ga l l o w su s e 档t ob u i l dm o d e lf o rp r o c e s sf l o wn e a t l yi n r e c e n ty e a r s ，a n da c h i e v e st h ec u s t o m i z a t i o no fg e o g r a p h i cd a t ap r o c e s s i n ga n ds p a t i a l o p e r a t i o n sa n dt h ec o m b i n a t i o nw i t hr e l e v a n tt e c h n o l o g i e s t h i sr g s c a r c hm a i n l ya n a l y z e sa r c g i s9g e o p r o c e s s i n g 。f i r s t l y , b a s e do i lt h e d i m e n s i o n a l l ye x t e n d e dn i n e i n t e r s e c t i o nm o d e l ( d e - 9 i m ) ，t h ea u t h o ra n a l y z e dt h es p a t i a l t o p o l o g i c a lr e l a t i o na n dt o p o l o g i c a ld a t as p a t i a lp r o c e s s i n ga n di t se x t e n d m g s e c o n d l y , a f t e r t h e a n a l y s i so fm a n yk i n d so fa c c e s s e st ot h eg e o p r o c e s s j n ga n d t h ed i s c u s s i o no f g e o p r o c c s s i n gm o d e la n dm o d e l b u i l d e r , t h ea u t h o rd e s i g n e dt h eg e o p r o c e s s i n gm o d e la n d p r o b e di n t oo e o p r o c c s s i n gm o d e l i n ga n di t sa p p l i c a t i o ni np r a c t i c eo nt h eb a s i so fs o m er e a l c r s e $ f i n a l l y , w i t ht h ea n a l y s i so fg e o m e t r yo b j e 斌p r o c e s s i n ga r i t h m e t i ca n dt h em e t h o d so f a r e g i sd e v e l o p m e n ta n dt h ei n t e g r a t e du s eo fg e o p r o c e s s i n ga n da r c e n g i n ea sa r i t h m e t i c a n dd e v e l o p i n gm e t h o d s ，m a n yp r o c e s s i n gf u n c t i o n sa r ei m p l e m e n t e d ，s u c ha st h ea n a l y s i so f s p a t i a lr e l a t i o n s ，s p a t i a ld a t ae d i t , t h es e t t i n go fs p a t i a lr e f e r e n c e ，s p a t i a ld a t ao p e r a t i o n , t o p o l o g i c a le d 沁t h ed i s p l a ya n dp 嗽獬so f s p a t i a l3 d ，e t c 1 1 r e s e a r c hs h o w st h a td e - 9 i mc a na n a l y z et h es p a t i a lt o p o l o g i c a lr e l a t i o n sa n d o p e r a t i o n s , a n dc a ne x t e r di t sp r o c e s s i n gf u n c t i o n w i t h 触u s eo fg e o p r o c e s s i n ga n d m o d e l b u i l d e r , p r a c t i c a ld a t ap r o c e s s i n gm o d e l 啪b eb u i l t m a k i n gf u l lu s eo fa r c g i s m u l f i - l e v dd e v e l o p i n gm e t h o d sc a na c h i e v ed i f f e r e n ts p e c i a l i z e dp r o c e s s i n g a n ds a t i s f yt h e p l _ o 嚣i 1 1 9n d so f s p e c i a l i z a t i o na n dd i v e r s i t yi ng i sa p p l i c a t i o n s k e y w o r d s ：a r c o i s ，g e o p r o c o s s i n g , d e - 9 i m , p r o c e s s i n gm o d e l i n g ，a r c e n g i n e i i 浙江大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得浙江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。 研究生签名：谢日期：2 蝉月9 d 浙江大学学位论文使用授权声明 浙江大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权浙江大学研 究生部办理。 一躲雌黜名：沪期：则铟 l 塑堑堑盔兰亟：竺堡笙塞苎垒堡鱼! 兰! 鱼竺p 竺! 塑! 虫g 塑墼垄垫垄立鎏堑壅 第1 章绪论 美国e s r i 公司( e n v i r o n m e n ts y g t e r n sr e s e a r c hi n s t i t u t e ，i n c ) 的a r c g i s 是当前主 流的地理信息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 软件平台。当前，在海 量空间数据管理和地理数据处理分析等方面，a r c g i s 还难以为国内外其它g i s 平台所 替代。a r c g i s 的组件体系a r c o b j e c t s 也优于其它平台，能更好地满足多样性的应用开 发需求。因此，a r c g i s 在我国的国土资源、交通水利、公共卫生、市政设施等行业有 着广泛的应用，对a r e g i s 的应用研究有着重要的现实意义。但是，基于a r c g i s 和 g e o p r o c e s s i n g 进行高层次的应用开发，在技术上有一定难度，需要较强的应用和开发技 能。 本文针对a r c g i s9g e o p r o e e s s i n g 处理技术进行探讨，基于维度扩展九交模型对 g e o p r o c e s s i n g 及扩展进行分析，在此基础上，综合运用m o d e l b u i l d e r 、a r c e n g i n e 等技 术，对处理流程的建模及处理功能的技术实现进行较深入的研究。 1 1a r e g i s9 概况 1 1 1a r c g i s9 体系 a r c g i s 是e s r i 的g i s 产品体系的总称，是一个可伸缩的g i s 平台，体系庞大，包 含客户端软件、服务器端软件以及数据模型产品等。 当前的a r c g i s9 包含如下四种产品( 如图1 1 所示) 。 ( 1 ) a r c g i sd e s k t o p 一个专业g i s 应用的完整套件，带有大部分a r c o b j e c t s 组 件。 ( 2 ) a r c e n g i n e 为定制开发g i s 应用的嵌入式开发工具，封装了核心的 a r c o b j e c t s 组件。 ( 3 ) 服务器g i s a r c s d e ，a r c l m s 和a r c g i ss e r v e r ，包含了服务器g i s 所需的 a r c o b j e c u 组件。 ( 4 ) 移动g i s m c p a d 以及为平板电脑使用的a r c g i sd e s k t o p 和e n g i n e 。 鱼堑坚盔兰堡主兰鱼造塞 苎王苎苎! 鱼三璺! ! ! 业竺! 壁! 也墨塑丝翌塾查壅垫要塞 图1 - 1 a r c g i s 9 体系结构 a r c g i s 是开放的地理信息处理平台，具有强大的地理数据管理、处理、显示、分 析等功能。它主要有a r c m a p 、a r c c a t a l o g 、a r c t o o l b o x 、a r c s c e n e 、a r c g l o b e 等多个功 能子系统。a r c g i s 的技术基础是微软的组件对象模型( c o m ) 。由于a r c g i s 完全组件 化，对于需要进行结构定制和功能扩展以及独立程序开发的高级应用来说提供了前所未 有的灵活性和方便性。 a r c g i s 是基于一套由共享g i s 组件组成的通用组件库实现的，这些组件被称为 a r c o b j e c t s 。a r c o b j e c t s 包含了大量的可编程组件，从细粒度的对象到粗粒度的对象涉 及面极广，这些对象为开发者集成了全面的g i s 功能。每一个使用a r c o b j e c t s 建成的 a r c g i s 产品都为开发者提供了一个应用开发的容器，包括桌面g i s ( a r c g i sd e s k t o p ) ， 嵌入式g i s ( a r c e n g i n e ) 以及服务端g i s ( a r c g i ss e r v e r ) 。 1 1 2a r e g i s9d e s k t o p a r c g i sd e s k t o p 是一系列整合的应用程序的总称，包括a r c c a t a l o g 、a r c m p 、 a r c t o o l b o x 等。通过协调一致地调用应用程序，可以实现任何从简单到复杂的g i s 任务， 包括制图，地理分析，数据编辑，数据管理，可视化和地理数据处理等功能。 a r c g i sd e s k t o p 是可以满足各种类型用户的可伸缩的产品。从功能上讲，它可以分 为三个层次：a r c v i e w 、a r c e d i t o r 、a r c i n f o 。a r c v i e w 主要关注复杂数据的使用，地图 的显示以及分析；a r c e d i t o r 增加了高级的地理编辑和数据的创建；a r c i n f o 是g i sd e s k t o p 的旗舰，包含复杂g i s 的功能和丰富的地理处理工具。 e s r i 和其他一些组织为这三个层次产品都提供了一系列的a r c g i sd e s k t o p 的扩展 模块。用户可以采用编程工具结合a r c o b j e c t s 为a r c g i sd e s k t o p 开发扩展模块和自定义 工具。 堕堑堑盔兰堕主堂垡笙塞蕉王垒壁鱼! 苎! g 竺已竺! 箜! 垫g 笪丝望垫查壅鲨堑窒 1 1 3 a r e e n g i n e a r c e n g i n e 是用于构建定制应用的一个完整的嵌入式的g i s 组件库。利用a r c e n g i n e ， 开发者能将a r c g i s 功能集成到一些应用软件中，还可以为用户提供针对g i s 解决方案 的定制应用。 a r c e n g i n e 可以在w i n d o w s 、u n i x 和l i n u x 桌面上运行并支持一系列的应用软件开 发环境，例如：v i s u a lb a s i c6 ，m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 和各种j a v a 开发环境，像 e c l i p s e 和j b u i l d e r 。 a r c e n g i n e 包含一个构建定制应用的开发包，即a r c e n g i n e 丌发包。程序设计者可 以在自己的计算机上安装a r c e n g i n e 开发工具包，工作于自己熟悉的编程语言和开发环 境中。a r c e n g i n e 通过在开发环境中添加控件、工具、菜单条和对象库，在应用中嵌入 g i s 功能。例如：一个程序员可以建立一个应用程序，里面包含一个a r c m a p 的专题地 图、一些来自a r c e n g i n e 的地图工具和其他定制的功能。 a r c e n g i n e 开发包包括三个关键部分( 如图1 - 2 所示) ： ( 1 ) 控件 控件是a r c g i s 用户界面的组成部分，可以嵌入并在应用程序中使用。例如：一个 地图控件和一个内容表( t a b l eo f c o n t e n t ) 控件可以加在应用中来展示和交互式运用地 图。 ( 2 ) 工具条和工具 工具条是g i s 工具的集合，实现界面的交互功能。工具在应用界面上用工具条的形 式展现。通过调用一套丰富的常规的工具和工具条，建立定制应用的过程被简化了。开 发者可以很容易的将选择的工具拖放到定制应用中或创建自己定制的工具来实现与地 图的交互。 ( 3 ) 对象库 对象库是可编程a r e o b j e c t s 组件的集合，包括几何图形到制图、g i s 数据源和 g e o d a t a b a s e 等一系列组件库。在w i n d o w s 、u n i x 和l i n u x 平台的开发环境下使用这些 库，程序员可以开发出从低级到高级的各种定制的应用。这些g i s 组件库也是构成 a r c g i s 桌面软件和a r e g i ss e r v e r 软件的基础。 对开发者来说这些a r e o b j e c t s 库支持所有的a r c g i s 功能，并且可以通过大多数通 用的开发环境来访问。 鱼堑坚盔竺塑主堂鱼堡塞薹王苎壁垒! 兰! 鱼型! 塑! 墅竖箜墼里垫垄查鲨堑塞 图1 - 2a r c e n g i n e 包含的部分控件、工具条和组件库 1 2a r c g i s9g e o p r o e e s s i n g 1 2 1 g e o p r o e e s s i n g 概述 g e o p r o c e s s i n g 一词是由e s r i 提出的新名词，没有统一的，明确的中文名称，业界 对它有地理处理、空间处理、空间数据处理等的提法，从英文字面上的意思可以认为是 地理处理，作者在本研究中指的g e o p r o c e s s i n g 定义为地理处理。 g e o p r o c e s s i n g 是一种对已有数据进行操作产生新的信息的途径，用户对地理数据的 任何更改和数据提取都包含着一定的地理处理工作例如，一个地理处理过程可以是不 同空间数据格式间的转换，也可以包含着一连串的地理处理序列，如对数据集合的各种 操作等。在a r c g i s 中地理处理是指采用定义好的操作，处理一系列输入，产生新信息 来回答空间问题的过程( e s r j ，2 0 0 4 ) 。 从地理处理的角度看，g i s 是一套用来从现有的数据集获取新数据集的信息转换工 具，这些地理处理功能从已有的数据集提取信息，然后进行分析，最终将结果导入到数 据集中地理处理是通过对已有数据的分析操作得到新信息的过程。 在a r c v i e w 、a r c e d i t o r 和a r c l n f o 桌面端三个不同的许可层次上，a r c g i s9 提供了 一套完整的地理处理框架和工具集。地理处理的工具很多，包括o v e r l a y 、b u f f e r 和数据 管理等常见的g i s 操作，以及影像处理，拓扑和模式定义等高级的操作。从传统意义上 讲，a r c i n f ow o r k s t a t i o n 和a r cm a c r ol a n g u a g e ( a m l ) 都是用来完成这些任务的许多 g i s 行为中都使用地理处理来进行批处理。可以使用地理处理功能产生高质量的数据， 对数据的质量实行检查，以及进行建模和分析等。 堕堑堑2 三兰塑主竺垒笙塞 薹皇垡鱼堕竺鱼! 翌! 旦! 箜! 垫星丝丝矍堑查查垫墅窒 1 2 2 g e o p r o e e s s i n g 框架 在a r c g i s9 推出之前，a r c g i s 中的地理处理的表现形式不一而论。在a r e g i s8 桌 面端，地理处理是通过少量处理g e o d a t a b a s e 中要素类的命令来进行的。而大多数的地 理处理工具是通过a r d n f ow o r k s t a t i o n 的a r e 中的命令来运行的。不论是在a r c l n f o 的 w o r k s t a t i o n 还是桌面端，很多地理处理操作都要求把数据转换成c o v e r a g e s 格式。而 a r c g i s9 完全支持在桌面端的运行环境中，对g e o d a t a b a s e 中的要素类，地图层， c o v e r a g e s 、s h a p e f i l e s 、西d s 和不规则三角网( t i n ) 等数据进行地理处理的操作。 a r c g i s 将g i s 看作3 种视图：地图、数据集、地理处理模型，分别对应于其产品 的a r c m a p 、g e o d a t a b a s e 、g e o p r o e e s s i n g ，我们面对问题，构建的解决方案很多都是地 学模型，所以，对g c o p r o c e s s i n g 的研究更具有实用价值和意义。a r c g i s9 为a r c v i e w 、 a r c e d i t o r 和a r c l n f o 提供了一个共同的地理处理框架，但工具的数量随许可的不同而不 同。a r e v i e w 提供简单数据导入和转换的核心工具，以及大约4 0 种基本分析工具。在 此基础上，a r c e d i t o r 增加了生成g e o d a t a b a s e 和导入数据的工具。a r c l n f o 则在桌面端提 供了大约2 0 0 种的a r c l n f ow o r k s t a t i o n 中的地理处理工具。a r c l n f o 支持高级分析和复杂 的工作流。其他的地理处理工具由a r c g i s 的扩展模块提供。比如a r c g i ss p a t i a la n a l y s t 和3 d a n a l y s t 模块提供了超过2 0 0 种类似栅格建模( r a s t e rm o d e l i n g ) 的工具。 a r c g i s9d e s k t o p 提供了一个地理处理框架，框架中的工具能够以多种方式运行， 如a r c t o o l b o x 中的对话框、m o d e l b u i l d e r 中的模型、命令行以及脚本。这个框架方便了 对地理处理的创建、使用、说明和共享。地理处理框架主要包括两个部分：地理处理工 具集a r c t o o l b o x 和为建立地理处理流程和脚本提供的可视化的建模方式m o d e l b u i l d e r 。 地理处理的工具箱- - a r c t o o l b o x ，将作为浮动窗口集成到a r c m a p 和a r c c a t a l o g 中， 提供4 0 0 多个工具。可以在应用程序中共享工具，比如用模型( m o d e l s ) 或由脚本( s c r i p t s ) 定制的工具或者其他工具箱( t o o l b o x ) 中的系统工具。可以添加和删除工具箱，也可 以定制工具箱来存储常用的工具、模型、脚本和工具箱的侠捷方式等。a r c t o o l b o x 具有 许多复杂的地理处理功能，包括的工具有：数据管理、数据转换、c o v e r a g e 的处理、矢 量分析、地理编码、统计分析等。 m o d e l b u i l d e r 是为建立地理处理流程和脚本提供的可视化的建模方式，为设计和实 现地理处理模型提供了一个图形化的建模框架，模型是数据流图示，它将一系列的工具 和数掘串起来以创建高级的功能和流程。可以将工具和数据集放到一个模型中，然后按 照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的g i s 任务。m o d e l b u i l d e r 是一个高效的机制， 它能让用户或者一个组织内外的人共享地理处理方法和流程。 1 2 3 g e o p r o e e s s i n g 的应用及扩展 g e o p r o c e s s i n g 实际上可以在g i s 的所有方面加以应用，如数据的自动化尘成和编 辑，数据的管理，分析和建模以及高级制图等。用来建立地理处理流程的一种途径就是 5 堡& 坚盔兰亟土兰鱼迨奎 董王垒竺鱼! 兰! 鱼竺旦坚竺! 堡堡笪丝型垫查直鲨堑壅 按照一定的顺序来执行一些命令。可以使用m o d e l b u i l d e r 通过可视化建模的方式编写这 样的过程，也可以使用脚本编辑工具来写脚本编写地理处理流程。 在数据编辑方面，使用地理处理创建的能自动执行的程序能保证数据的质量和完整 性，以便能够执行重复的质量保证和质量控制任务。应用地理处理的方式来自动完成工 作流可以实现一系列工作流程的共享和传递，完成批处理任务以及记录派生数据的关键 操作。 在分析和建模方面，地理处理对于建模和分析来说是一个关键的框架，通常的建模 应包括为预测和选择评估而建立的模型，整合外部模型，模型应用和共享等。在数据管 理方面，管理数据流是很重要的，应用地理处理功能从数据集中导入导出数据，以多种 格式发布数据，如连接相邻的数据集，更新数据库结构以及在数据库中执行批处理。在 制图方面，高级地理处理工具可以被用来获得多比例尺的地图，完成地图综合操作以及 为打印高质量的地图产品自动执行许多绘图质量控制的工作流程。 在三维分析处理方面，通过a r c g i s3 d 分析模块，能够对表面数据进行高效率的可 视化和分析。使用a r e g i s3 d 分析模块，用户可以从不同的视点观察表面、查询表面， 或确定从表面上某一点观察时其他地物的可见性，还可以将栅格和矢量数据贴在表面以 创建一幅真实的透视图。a r c g i s3 d 分析模块提供了三维建模的高级g i s 工具，比如挖 填分析，可见分析以及地表建模等。a r c g i s3 d 分析扩展模块的核心是a r e g l o b e 应用程 序。a r c g l o b e 能够完成数据编辑、空间数据分析、制图和可视化等g i s 工作。 a r e g i s 提供了多方面、多层次的开发扩展手段。在地理处理方面，可以在现有处 理工具的基础上设计定制客户化的处理模型以及对专业的处理功能进行开发实现。 维度扩展九交模型( d i m e n s i o n a l l ye x t e n d e dn i n e i n t e r s e c t i o nm o d e l ，简称d e - 9 i m ) 是由c l e m e n t i n i 和f e l i c e 等人提出的描述不同类型和不同维度几何对象之间空间关系的 方法。基于d e 9 1 m 可以进行空间拓扑关系分析，用其对应的各种空间操作，可以对 g e o p r o e e s s i n g 进行扩展。 1 3 本文研究内容和国内外研究现状 1 3 1 本文研究内容 本文试图在a r e g i s9g e o p r o e e s s i n g 的基础上，综合运用m o d e l b u i l d e r 、a r c e n g i n e 等技术手段和方法，对g e o p r o c e s s i n g 及其实际应用的设计与实现进行深入研究，研究 的主要内容有： ( 1 ) 对a r c g i s9g e o p r o c e s s i n g 的技术进行分析，基于维度扩展九交模型，探讨空间 拓扑关系方法，并提出其对应的各种空间操作及处理扩展。 ( 2 ) g e o p r o c e s s i n g 建模及实现，通过分析g e o p r o c e s s i n g 的访问方式，结合其处理工 具集和脚本语言，对几种常见的处理方法进行分析。探讨g e o p r o c e s s i n g 模型和建模方 鱼堑坚盔堂堡主堂垡堡奎董王丝! 鱼! 兰! q 竺e 竺! 塑! 虫曼盟丝堡塾垄直婆婴壅 式，设计处理流程模型，并结合实例对处理分析模型的实现和实际应用进行研究和探讨。 ( 3 ) 基于a r c e n g i n e 和g e o p r o c e s s i n g 的实现各种专业处理功能的二次开发。通过分 析几何对象处理涉及到的算法以及a r c g i s 的开发方式，综合运用g e o p r o c e s s i n g 、 a r c e n g i n e 等多种算法和开发手段，设计并实现几何对象空间操作、数据抽取、拓扑检 查、空间数据交互编辑、空间参考系设置、三维显示及处理等处理功能。 ( 4 ) 结合以上的设计和研究，给出应用实例。包括g e o p r o e e s s i n g 建模的应用实例和 g e o p r o c e s s i n g 二次开发实现的处理功能的实例。 1 3 2国内外的研究现状 随着g i s 技术应用领域的不断扩大和所需处理数据的不断增加，对g i s 处理技术方 法方面的研究也逐步深入。另外，随着a r c g i s 用户群在我国的扩大和我国g i s 从业者 a r e g i s 应用水平的提高，国内有关a r e g i s 的应用研究也逐渐深入。目前在a r c g i s 的 研究方面，对a r c g i sg e o p r o e e s s i n g 及其扩展的研究尚未展开。 陈军等分析了在多维空间模型与建模、动态处理与数据集成管理等多维空间数据处 理若干关键技术问题( 陈军，2 0 0 0 ) 。周晓光等空间数据处理、分析与表达系统进行了 研究( 周晓光等，2 0 0 1 ) 。郭仁忠对基于四交模型和九交模型的空间关系分析进行了研 究( 郭仁忠，2 0 0 1 ) 。朱铁稳等提出了一种利用关系数据库技术来解决空间数据处理的 方法( 朱铁稳等，2 0 0 2 ) 。潘农菲阐述了基于o r a c l es p a t i a l 的g i s 空间数据处理及应用 系统开发( 潘农菲，2 0 0 2 ) 。郑贵洲等分析了基于分层管理的处理和分析( 郑贵洲等， 2 0 0 3 ) 。莫澜等从g i s 角度分析和考察了d b m s c a d 中空间数据处理的功能( 莫澜， 2 0 0 3 ) 。尹建忠等分别在土地资源管理、湿地三维显示、房地产三维导购、校园g i s 等 方面对a r c g i s 的应用作了尝试( 尹建忠等，2 0 0 3 ；韩敏等，2 0 0 4 , 杨朝辉，2 0 0 4 ；张 正祥等，2 0 0 4 ) 。赵万锋等对基于a r c o b j e c t s 的组件式g i s 开发技术做了深入的剖析， 并给出了研究实例( 廖凌松等，2 0 0 2 ；张正祥等，2 0 0 4 , 赵万锋等，2 0 0 4 , 王洁，2 0 0 4 ) 。 张晓祥等从多个方面分析和探讨了模糊集理论在空间数据处理中的应用( 张晓祥， 2 0 0 5 ) 。李志林探讨了空间数据处理及其尺度问题，分析了空间数据处理各个阶段，提 出了多尺度数据处理问题( 李志林，2 0 0 5 ) 。刘会侠等分析了空间数据编辑的处理现状 和存在的问题，阐述了一种新的基于空间数据库的空间数据编辑处理方法( 刘会侠， 2 0 0 5 ) 。李伟等对g i s 地图编辑和长事务处理进行了分析，提出了相应的g i s 处理模型 ( 李伟等，2 0 0 5 ) 。王新洲论述了空间数据处理技术和空间数据处理理论各自的主要内 容( 王新洲，2 0 0 6 ) 。 在上述研究的基础上，本文提出的基于a r c g i s9g e o p r o c e s s i n g 的处理技术及具体 方法的实现，综合运用维度扩展九交模型、g e o p r o c e s s i n g 建模和a r c g i s 的多种开发手 段，在应用上有着迫切需求，技术上紧跟国际动念，在国内尚属领先。 鱼堑堑盔兰堡圭竺堡鲨塞董主垒些鱼! 釜! 墅! 翌翌! ! ! ! ! 翌墨笪墼壅丝垄查鎏堑壅 1 3 3 论文章节安排 根据本文的研究内容，将本文具体安排为六章，如图1 3 所示，各章内容分别为： 第l 章分析了a r c g i s9g e o p r o c e s s i n g ，说明本文的主要研究内容、研究背景和研 究现状。 第2 章对a r c g i s9g c o p r o c c s s i n g 的技术进行分析，探讨了基于纬度扩展九交模型 的空间拓扑关系，提出其对应的空间操作和处理扩展。 第3 章着重探讨了g e o p r o c e s s i n g 建模及实现。主要分析了基于g e o p r o e e s s i n g 的处 理方法，探讨了g e o p r o c e s s i n g 模型和建模方式，设计处理流程模型，并结合实例对处 理分析模型的实现和实际应用进行了研究和探讨。 第4 章着重探讨了基于a r c e n g i n c 和g e o p r o c c s s i n g 的二次开发。主要介绍了几何对 象处理涉及到的算法，分析了a r c g i s 开发方式及g c o p r o c c s s o r 对象，最后对几何对象 空间操作和拓扑编辑、空间参考系设置、空间数据交互编辑、三维显示及处理等的处理 功能进行了设计与实现。 第5 章给出一些g e o p r o e e s s i n g 建模的应用实例和g e o p r o c e s s i n g 二次开发的应用实 例。 第6 章对本文进行了总结，回顾了本文的主要研究内容，给出了几点结论，提出后 续需要迸一步进行的研究工作和发展方向。 8 图1 3 论文组织与章节安排 9 l 麴堑丕竺堡圭堂鱼丝茎董主垒竖鱼! ! ! 鱼! ! p 竺堡! ! 堡g 箜墼垄垫垄立垄堑童 第2 章g e o p r o c e s s i n g 的技术分析 2 1a r c g i s 中的几何对象及边界描述 2 1 。ia r c g i s 中的几何对象及组织 在a r c g i s 中，要素是被称为s h a p e 的几何对象，s h a p e 遵从o p e ng i s 协会标准。 装入a r c g i s 的每一个s h a p e 都要根据这些标准进行验证，若不符合此类标准，a r c g l s 的a r c s d e 将不会接受它。 在a r c g i s 中有四种合法的s h a p e ； ( 1 ) 点：一对x 、y 坐标 ( 2 ) 简单线：一串x 、y 坐标，但不允许自相交 ( 3 ) 线：一串x 、y 坐标，但可以自相交 ( 4 ) 面：由一串x 、y 坐标定义的同质、闭合的面，其起点和终点的坐标值相同 除空s h a p e 以外的所有s h a p e 必须有x 、y 坐标值，还可有一个可选的高程值或度量 值。a r c s d e 允许几何特征的特殊的空s h a p e ，它可在a r c s d e 图层中占一个位置，它没 有x 、y 坐标，但可有属性。 a r c g i s 中的要素和要素规则。 ( 1 ) 空要素：一个空要素没有几何定义，要素没坐标但在业务表中占一条记录并还 可有属性。如，两个不相交区域的交集。 ( 2 ) 点要素：点要素在坐标空间中表示一个单独的位置，用x 、y 表示，可有z 值。 ( 3 ) 线要素：简单线和线。线除了能自相交外，其他和简单线一样。 ( 4 ) 面要素：表示坐标空间中闭合的连续区域。点是围绕s h a p e 区域逆时针方向记录 的。一个多边形可以有一个内部的洞，以逆时针方向存贮外围边界点，以顺时针方向存 贮内部边界点。在a r c s d e 中，一个洞并不被认为是一个s h a p e ，它仅仅是多边形内部 一个空的空间，在计算面积时被排除。一个洞的点坐标也不能相交，若一个面要素中的 多个洞有一个公共点相连，那么这些洞会合并成一个洞。 ( 5 ) 多部件要素：任何s h a p e 可以允许有多个部分，一个多部件要素是一单个的实体， 在r d b m s 表中只用一个数据记录存贮。要素的所有部件具有相同的属性值，要素的封 装边界是包含所有部件的最小边界矩形框。 ( 6 ) 多部件要素规则：一个多部件简单线要素的任何一部分不可以与其他部分相交。 一个多部件多边形要素的几个分开部分也不可叠置，但可相切。 ( 7 ) 高程和度量值：可选的高程( z ) 和度量值( m ) 可以用来为每个中间点存贮高 程或其他度量值，当一个z 或m 值被存贮时，要素就是三维要素了。泣记：是一个要素 类，它包含一个文本串的坐标位置及其文本格式。c a d 实体：a r c s d e 允许使用r d b m s 1 0 堕堑堑盔竺堡主兰垡望塞苎王垒兰鱼堕! q 塑p 坚翌! ! 旦曼塑墼型塾查查鎏堡壅 技术来存贮和提取c a d 系统的功能。 ( 8 ) 空间关系计算：a r c s d e 应用程序接口( a p i ) 能够用来计算s h a p e 间的关系。 相等、不相连、包含被包含、相接、叠置和交叉。 ( 9 ) 叠加函数：u n i o n 、i n t e r s e c t 、d i f f e r e n c e 等。其他分析函数：通过a p i 还可对a r c s d e 要素执行几个其他的分析操作。缓冲区、生成顶点壳等。 2 1 2几何对象的边界描述 空间对象是将空间现象进行抽象得到的空间实体。空间几何体描述了地理要素的空 间位置特性，参考o g c 简单要素实现规范，将几何体抽象成为点、线、面、多点、多 线、多面、集合等类型。空间地物占据了空间范围内的一个区域，其将整个地理空间划 分为内部( i n t e r i o r ) 边界( b o u n d a r y ) 和外部( e x t e r i o r ) 三个部分，对于空间中的任一 点都能准确描述出与该空间地物的关系。几何对象的边界描述如表2 1 所示。 ( 1 ) 边界( b o u n d a r y ) ：一个几何对象的边界一般由几何对象的次一级几何维度几 何集组成。任意几何集合的内部是不相交的。 ( 2 ) 内部( i n t e r i o r ) ：几何对象的内部在拓扑上是闭合的。几何对象的内部包括除 了边界点以外的所有点。 ( 3 ) 外部( e x t e r i o r ) ：几何对象的外部包括排除该几何的边界和内部的点之外的所 有点。 表2 - 1 几何对象边界描述 内部边界外部 几何类型 ( i n t b r l o r ) ( b on d a r y )( e x t e r i o r ) p o i n t 。m u l f i p o i n t 点，点集空 线上除去端点以外的 l i n e s t r i n g 两个端点 所有剩余的点 l i n e a r r i n g 线上所有的点 空 不属丁：b o u n d a r y 线上除去端点以外的 和i n t e r i o r 的所 m u l t l i n e s t r i n g 多线元素的边界点的集合 所有剩余的点 有点 组成多边形的环内部 p o l y g o n 组成多边形的环的集合 的所有点 组成复合多边形的环 组成复合多边形的 m u l f i p o l y g o n p o l y g o n 的环的集含 内部的所有点 鱼塑堑盔笠堡主堂丝坠奎董王垒竖鱼坚! 鱼竺e 竺丝坚也墨箜丝型垫查查鲨翌 塞 2 2维度扩展九交模型 2 2 1 九交模型 9 交模型( n i n e i n t e r s e c t i o nm o d e l ，9 - i m ) 是由e g e n h o f e r 和f r a n z o s a 等人提出的 描述一切可能的空间几何对象间的空间关系。该模型将所有类型的几何图形之间的空间 关系表示为其内部、边界和外部的成对相交，并分析其交集的维度，从而实现对所有类 型几何对象的空间关系表达( i s o ，2 0 0 4 ) 。 假设给定两个几何a 、b ，分别用i ( a ) 、b ( a ) 和e ( a ) 和i ( b ) 、b ( b ) 和e ( b ) 表示它们的内部、边界和外部，两两相交后产生一个3 x 3 的矩阵。9 - i m 可以用表2 2 所示的矩阵来描述： 表2 - 29 - i m 矩阵 内部( i n t e r i o r ) 边界( b