geodaassh数据模型的约束机制

geodaassh数据模型的约束机制

0数据质量控制数据是信息系统的最重要和最基本部分，其质量直接影响到gis应用、分析和决策的准确性和可靠性。随着GIS的发展,数据质量问题日益突出,GIS空间数据的质量分析控制已成为当前GIS研究的重点和难点。传统的数据质量主要指数据生产过程中形成的数据精度、一致性、完整性等。随着GIS的发展壮大,用户要求的满意程度(即数据应用质量)已成为衡量数据质量的重要指标。本文所说的质量约束和控制不同于普通数字化过程中对数据质量的控制,重点不再侧重于空间数据精度,而是侧重于原始地理数据在应用方面的质量,包括:数据的属性域检查、约束以及在现实意义中的拓扑几何关系的正确性约束等。本文以建立道路网数据库为例,针对数据应用中的质量问题对基于数据检查和约束的第三代地理数据模型Geodatabase进行研究,该模型在属性域、关系以及拓扑几何位置方面定义一系列的约束条件,利用这些约束条件和有效规则对地理数据的质量进行检查和加强,以达到控制数据的应用质量的目的。1空间数据组织和数据库的关系空间数据模型是对客观地理世界的模拟和抽象,反映现实世界中空间实体及其相互之间的联系,是描述地理空间数据组织和空间数据库模式的基础。对空间数据模型的认识和研究可帮助我们了解GIS中的数据存储以及组织管理等问题,影响到GIS应用的成败。1.1geodatacr简介Geodatabase是一种新型面向对象的空间数据模型,该模型利用面向对象技术,将现实世界抽象为若干对象类,而不是简单的点、线、面要素。虽然对象类本身并没有空间特征,但给每个对象类都赋予了属性、行为和规则:相同属性集、行为和规则的空间对象集合体现为特征类;特征数据集反映了具有相同空间参考特征的特征类集合,可通过定义关系类来描述特征类或对象类之间的关联关系。Geodatabase按层次将地理数据组织成数据对象,并存储在要素类、对象类和要素集中,如图1所示。Geodatabase模型同Coverage模型一样,支持要素间的拓扑关系,但其引入的拓扑关系规则,不同于Coverage中严格的拓扑关系。在Geodatabase中可以直接定义关系和规则,其实拓扑关系规则就是新增加的一个类,可作用于同一特征数据集中的不同特征类或者同一特征类中的不同特征之间。用户可以设定空间数据必须满足的拓扑关系约束,以检查和约束空间数据的质量。Geodatabase模型本身存在的关于数据属性域和逻辑有效规则的约束机制,如此用户便可以自定义约束条件(规则)对数据质量进行约束,并将其放在数据模型的层次里,在表达空间数据之间关系的同时也约束着空间数据的录入和编辑时的数据质量,以加强数据的应用质量,可被认为是一种数据质量约束模型。下面将介绍该模型存在的几种主要约束机制。1.2geodata基地数据模型中的数据质量限制机制1.2.1基于geodata东南角的数据模型对属性进行约束是为了保证只有满足约束条件的数据才能录入数据库。这样经过属性约束的数据库可以保证在数据录入(或更新)时从海量数据中选择的数据满足用户需求,减少了人工录入可能发生的错误,在一定程度上保证了数据属性的正确性,同时减少工作人员的工作量。为了减少空间数据编辑和更新过程中的误差,Geodatabase数据模型为空间数据建库提供的属性域约束对入库数据进行检查,加强数据的应用质量,其工作机制如图2所示。模型中的属性域约束主要体现在特征类或其子类的属性字段的取值范围上。属性域可以是连续的变化区间,或者离散的取值集合,对应两种不同的属性域:范围域和代码值域。范围域为属性指定连续的取值范围;而代码值域则给一个属性指定有效的离散取值集合,包括两个值,一个是存储的实际值,一个是实际值的用户友好描述。1.2.2可扩展性地理关系的拓扑规则Geodatabase模型提供了一个框架,各个要素在其中可能发生各种各样的行为,如图表类型、默认值、属性域、有效性规则以及与其他表格或要素建立起的相互关系。这些行为可以更为精确地对世界进行模拟,同时保持地理数据库中对象间的相对完整性。而拓扑可以视为是针对这种行为框架的扩展,允许控制要素间的地理关系,保持它们各自的几何完整性,保证数据质量。为了按用户要求规定要素本身及相互之间必须遵守的空间拓扑关系,Geodatabase数据模型提供了拓扑关系类。针对多边形、线和点状要素,拓扑关系类提供了大量的空间拓扑规则,这些规则相应地反映用户所指定的空间数据必须满足的拓扑关系约束,如相邻、连接、覆盖、相交、重叠关系等。通过修改拓扑关系规则,能够方便地改变对拓扑关系约束,从而给管理空间数据带来了很大的灵活性。此外,Geodatabase模型按选取规则到验证规则最后处理错误这样的处理流程来体现拓扑约束,可以帮助检查出地理数据中可能出现的大部分拓扑错误并加以修改,如图3所示。在数据更新过程中也引入拓扑关系主动维护功能,这样在数据编辑和更新过程均可检查和控制数据质量。1.2.3关系类中的关系现实世界中的地物都不是孤立的,任何一个地物与周围其他地物之间都有这样或那样的联系,这些联系描述了给定特征与其他特征关联的方式。Geodatabase数据模型通过关系来反映特征之间的关联,使空间数据不再是无意义的点、线、面,而是面向实际应用领域的复杂的客观实体,可按照人们的思维习惯对现实地理世界中空间特征之间的相互关系进行表达。关系类中的关系不仅包括空间数据之间的关系,还包括非空间数据之间的应用语义关系,比如权属、层次等关系。关系类由起始类和目标类组成。关系类的集势被描述为有序对(起始集势—目标集势),如一对一、一对多、多对一、多对多。一个关系类可以是简单的,也可以是复合的。复合关系是指起始类和目标类之间一对多的关系,在复合关系中,起始类控制着目标类的存亡。而简单关系是指一对一的关系,在简单关系中,相关联对象单独存在,互不影响。关系类可以有一系列的关联规则,关联规则控制着起始类中的哪一个对象子类型可以和目标类中的哪个对象子类型有关联,同时也可以用于指定一个有效集势的范围。关系类通过指定参加了关系定义要素类之间的关联规则,对这些要素类进行约束,使关系有效,如此便可确保对象间的参照完整性,有助于保证数据的查询、检索和分析时的质量。2地理数据的应用质量和应用质量得到加强利用ArcGIS中的Geodatabase可以完成传统GIS系统中无法或者很难完成的一些地理数据应用质量的检查和加强。以建立某地区道路网数据库为例,Geodatabase模型可定义属性域、拓扑关系规则来检查这些原始道路数据在数字化过程中存在的错误,同时通过添加实际数据中存在的一些关系有效规则进行约束,达到数据质量加强的效果。2.1道路单行线属性的把握问题在道路网数据建模的例子中,道路的单行线属性(描述交通限制)有以下几种可能的结果:是否单行线、是否禁行。Geodatabase定义单行线属性的属性域里指定了道路单行线属性的4种可能取值结果:一是tf——单行线,方向与数字化方向相反;二是ft——单行线,方向与数字化方向相同;三是n——禁行;四是y——双向行驶,如图4所示。因此在编辑或更新道路要素时,对单行线属性的取值必须服从该属性域的约束,只能选择这4种结果之一,否则会检查出错误,数据不能录入数据库中,如此便可以对地理数据的质量进行控制。根据不同的实际应用设定不同的属性域,就可以约束不同范围的地理数据质量,无需编码即可选择对用户应用最有意义的数据,减少人工工作量。2.2道路拓扑错误在道路网数据建模中,道路用线状要素描述。对道路线状要素在数字化过程中可能出现的相对位置不正确性,如道路一般是不自相交的,基于路段的道路之间是不相交的,Geodatabase提供拓扑规则来反映道路要素的这些拓扑关系:道路间不能重叠;道路本身不能自我重叠;道路之间不能相交,如图5所示。利用ArcGISDesktop中提供的工具检查道路数据拓扑关系的正确性,其检查结果会作为一个特殊的图层加载到地图文档中进行显示,所有存在拓扑关系错误的地方都会在该层中以特定(可自定义)的颜色和符号显示出来。也可以打开错误查看器(ErrorInspector)以列表方式查看所有拓扑关系出错记录。错误查看器中的错误记录与地图上的要素是相关联的,点取任一记录都可在地图上看到其所在位置被高亮显示,如图6所示。对于特殊情况,拓扑错误也可当成例外处理。数字化过程不可避免的人为错误导致不能保证道路要素的空间分布关系完全正确,Geodatabase模型建立道路拓扑类,并添加了必要的拓扑约束规则,如此便可轻松地检查和处理道路要素中存在的拓扑错误,保证数据质量。2.3路段与路口间的联系现实世界中与交通有关的事物之间存在着各种各样的联系,如公交线路与公交站点的关系等。在该道路网中,Geodatabase模型可建立关系类见表1。公交线路和公交站点的关系是复杂的一对多的关系,一条公交线路对应多个公交站点,在一条公交线路被取消时,公交站点可能不会被取消,因为一般情况下,一个公交站点可以停靠多条公交线路;一条路段可以对应多个路口,而一个路口也可以对应多条路段,因此它们之间是多对多的关系。在关系建立之后,利用ArcMap工具在关系中导航,便可通过公交路线找到与其相应的公交站点,在路口处查找出相关联的路段。移动一个公交站点,与其相连的公交路线就可以自动根据这种对象关系完成必要的移动,无需人为干预。同理,路段与路口间也有这种联系。Geodatabase模型存在的关系类在定义或更新空间要素时,可自动依据对象关系更