空間數(shù)據(jù)庫_電子書-A

1、空 間 數(shù) 據(jù) 庫郭際元 周順平 劉修國 編著中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院前 言空間數(shù)據(jù)庫(地圖數(shù)據(jù)庫)是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，因?yàn)榈貓D是地理信息系統(tǒng)的主要載體。地理信息系統(tǒng)是一種以地圖為基礎(chǔ)，供資源、環(huán)境以及區(qū)域調(diào)查、規(guī)劃、管理和決策用的空間信息系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)獲取過程中，空間數(shù)據(jù)庫用于存貯和管理地圖信息；在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，它既是資料的提供者，也可以是處理結(jié)果的歸宿處；在檢索和輸出過程中，它是形成繪圖文件或各類地理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。然而，地理與地圖數(shù)據(jù)以其驚人的數(shù)據(jù)量與空間相關(guān)的復(fù)雜性，使得通用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)難以勝任。為此，就要用當(dāng)代的系統(tǒng)方法，在地理學(xué)、地圖學(xué)原理的指導(dǎo)下，對(duì)地理環(huán)境進(jìn)行科

2、學(xué)的認(rèn)識(shí)與抽象，將地理數(shù)據(jù)庫化為計(jì)算機(jī)處理時(shí)所需的形式與結(jié)構(gòu)，形成綜合性的信息系統(tǒng)。目前，已形成商品的GIS系統(tǒng)中，多數(shù)是基于二維地圖數(shù)據(jù)上進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析。隨著GIS應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用功能的不斷增強(qiáng)，系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)的要求也越來越高。因此，傳統(tǒng)GIS中空間數(shù)據(jù)庫的管理能力已不能滿足當(dāng)前GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)管理的需要?，F(xiàn)今，GIS業(yè)內(nèi)人士在空間數(shù)據(jù)庫的研究上正在進(jìn)行新的探索和嘗試，以求得能滿足GIS各種需要的空間數(shù)據(jù)的管理模式和數(shù)據(jù)模型。例如，三維空間數(shù)據(jù)模型、時(shí)態(tài)GIS空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)關(guān)系化模型、網(wǎng)絡(luò)GIS空間數(shù)據(jù)模型等。本教材主要是圍繞GIS系統(tǒng)中各種空間數(shù)據(jù)的管理模式和數(shù)據(jù)模型

3、予以介紹，其中包括傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)中用到的各種數(shù)據(jù)模型，例如矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、符號(hào)庫、海量空間數(shù)據(jù)的管理等；同時(shí)也對(duì)上述的GIS專業(yè)人員正在研究的一些新的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了敘述；教材中還融入了我院近年的部分科研成果。通過本教材的學(xué)習(xí)，讀者既可以掌握已成熟的空間數(shù)據(jù)庫的管理模式和數(shù)據(jù)模型，也可以了解當(dāng)前空間數(shù)據(jù)庫的最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢。本教材是在2001年編寫的空間數(shù)據(jù)庫講義的基礎(chǔ)上，經(jīng)過三年的教學(xué)實(shí)踐，在廣泛征求意見的前提下，進(jìn)行第三次修編的。在教材的編寫過程中，始終得到吳信才教授的關(guān)心和指導(dǎo)，并為本教材編寫的指導(dǎo)思想和內(nèi)容組織提出建議；謝忠教授也為本教材提出了修改意見，在這里向他們表示感謝

4、。由于本書的很多內(nèi)容正處于研究探索之中，再加上我們水平有限，編寫時(shí)間倉促，所以書中錯(cuò)誤在所難免，歡迎同行專家和讀者批評(píng)指正。 作 者 2004年5月12日目 錄第一章 數(shù)據(jù)庫概述1 §1.1 數(shù)據(jù)庫的概念1 §1.2 數(shù)據(jù)模型3 §1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的三個(gè)步驟17 §1.4 新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)26 §1.5 空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及應(yīng)用41 習(xí)題49第二章 矢量地圖數(shù)據(jù)庫50 §2.1 地圖數(shù)據(jù)模型總論50 §2.2 矢量數(shù)據(jù)模型57 §2.3 空間索引63習(xí)題87第三章 柵格地圖數(shù)據(jù)庫88 §3.1 柵格數(shù)據(jù)的基

5、本概念88 §3.2 柵格數(shù)據(jù)的組織與存儲(chǔ)89 §3.3 柵格數(shù)據(jù)庫的檢索99 §3.4 海量影像數(shù)據(jù)庫101習(xí)題103第四章 地圖符號(hào)庫104 §4.1 地圖符號(hào)庫概述104 §4.2 地圖符號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)107 §4.3 地圖符號(hào)的顯示109習(xí)題114第五章 三維空間數(shù)據(jù)模型115 §5.1 空間維數(shù)討論115 §5.2 空間構(gòu)模技術(shù)分類117 §5.3 基于面模型的準(zhǔn)3D空間構(gòu)模118 §5.4 基于體模型的真3D空間構(gòu)模120 §5.5 基于面-體混合的3D空間構(gòu)模138 

6、7;5.6 三維空間拓?fù)潢P(guān)系141習(xí)題145第六章 海量空間數(shù)據(jù)組織與管理146 §6.1 數(shù)據(jù)庫中圖幅的組織方法147 §6.2 圖幅間被分割目標(biāo)的組織方法147 §6.3 跨圖幅地圖漫游149習(xí)題152第七章 時(shí)態(tài)GIS數(shù)據(jù)庫154 §7.1 地理信息的時(shí)態(tài)性分析154 §7.2 時(shí)態(tài)GIS數(shù)據(jù)模型156 §7.3 時(shí)態(tài)GIS實(shí)現(xiàn)方法158 §7.4 元組級(jí)基態(tài)修正法161習(xí)題164第八章 空間數(shù)據(jù)的關(guān)系化管理165 §8.1 基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)模型165 §8.2 基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間實(shí)體數(shù)據(jù)

7、結(jié)構(gòu)167 §8.3 空間數(shù)據(jù)訪問模型169 §8.4 關(guān)系化空間數(shù)據(jù)的安全管理170 §8.5 大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分布式體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用172習(xí)題173第九章 網(wǎng)絡(luò)GIS空間數(shù)據(jù)管理174 §9.1 網(wǎng)絡(luò)GIS主要構(gòu)造模型175 §9.2 分布式地理信息共享形式183 §9.3 分布式空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)188 §9.4 網(wǎng)絡(luò)GIS中地理空間元數(shù)據(jù)管理194習(xí)題204參考文獻(xiàn)205第一章 數(shù)據(jù)庫概述§1.1 數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)庫的英文是DATA BASE，其意義為數(shù)據(jù)基地，即統(tǒng)一存貯和集中管理數(shù)據(jù)的基地。這有些類似

8、資料庫，實(shí)際上資料庫的許多特征都可以從數(shù)據(jù)庫中找到。在資料庫中，各類資料都有嚴(yán)格的分類系統(tǒng)和編碼表，并存放在規(guī)定的資料架上，為管理和查找資料提供了極大的方便。當(dāng)資料的數(shù)據(jù)形式存放于計(jì)算機(jī)時(shí)，它已經(jīng)失去直觀性，更需要建立嚴(yán)密的分類和編碼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。一、數(shù)據(jù)管理的文件方式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)管理數(shù)據(jù)的最新成就，在這之前，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了文件管理方式時(shí)期，亦稱為文件管理系統(tǒng)，它包含在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中。文件方式是把數(shù)據(jù)的存取抽象為一種模型：使用時(shí)只要給出文件名稱、格式和存取方式等，其余的一切組織與存取過程由專用軟件文件管理系統(tǒng)來完成（見圖1-1-1）。應(yīng)用程序 文件管理

9、系統(tǒng) 數(shù)據(jù)文件 P1 F1 P2 FMS F2 Pn Fn 圖1-1-1 文件管理系統(tǒng)文件管理系統(tǒng)的特點(diǎn)是： 1數(shù)據(jù)文件是大量數(shù)據(jù)的集合形式。每個(gè)文件包含有大量的記錄，每個(gè)記錄包含若干個(gè)甚至多達(dá)幾十個(gè)以上的數(shù)據(jù)項(xiàng)。文件和文件名面向用戶并存貯在計(jì)算機(jī)的貯存設(shè)備上，可以反復(fù)利用。 2面向用戶的數(shù)據(jù)文件，用戶可通過它進(jìn)行查詢、修改、插入、刪除等操作。 3數(shù)據(jù)文件與對(duì)應(yīng)的程序具有一定的獨(dú)立性，即程序員可以不關(guān)心數(shù)據(jù)的物理存貯狀態(tài)，只需考慮數(shù)據(jù)的邏輯存貯結(jié)構(gòu)，從而可以大量地節(jié)省修改和維護(hù)程序的工作量。 4數(shù)據(jù)文件的缺點(diǎn)是只能對(duì)應(yīng)于一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)用程序，不能擺脫程序的依賴性。數(shù)據(jù)文件之間不能建立關(guān)系，呈現(xiàn)出

10、無結(jié)構(gòu)的信息集合狀態(tài)，往往冗余度大，不易擴(kuò)充，維護(hù)和修改。二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)方式 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)是在文件管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的系統(tǒng)。DBMS在用戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件之間起到了橋梁作用。DBMS的最大優(yōu)點(diǎn)是提供了兩者之間的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。即應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)文件時(shí)，不必知道數(shù)據(jù)文件的物理存貯結(jié)構(gòu)。當(dāng)數(shù)據(jù)文件的存貯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，不必改變應(yīng)用程序（見圖1-1-2）。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特點(diǎn)可概括如下： 1數(shù)據(jù)管理方式建立在復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集一文件并賦于某種固有的內(nèi)在聯(lián)系。各個(gè)相關(guān)文件可以通過公共數(shù)據(jù)項(xiàng)聯(lián)系起來。 2數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)完全獨(dú)立，不僅是物理狀態(tài)的獨(dú)立，而

11、且是邏輯結(jié)構(gòu)的獨(dú)立，即程序訪問的數(shù)據(jù)只需提供數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱。3數(shù)據(jù)共享成為現(xiàn)實(shí)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)功能保證了多個(gè)用戶可以同時(shí)使用同一個(gè)數(shù)據(jù)文件，而且數(shù)據(jù)處于安全保護(hù)狀態(tài)。4數(shù)據(jù)的完整性，有效性和相容性保證其冗余度最小，有利于數(shù)據(jù)的快速查詢和維護(hù)。 應(yīng)用程序 數(shù)據(jù)庫管理員的 物理數(shù)據(jù)庫的邏輯文件 全面邏輯數(shù)據(jù)描述 局部 全局 邏輯觀點(diǎn) 邏輯觀點(diǎn) 邏輯數(shù)據(jù) 物理數(shù)據(jù) 變換 變換圖1-1-2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成綜合上述，我們可以把與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的幾個(gè)概念理解為：數(shù)據(jù)庫是存貯在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一個(gè)軟件，用以維護(hù)數(shù)據(jù)庫、接受并完成用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的一切操作；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)指由硬件

12、設(shè)備、軟件系統(tǒng)、專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)體和管理人員構(gòu)成的一個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)。§1.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的工具，它是衡量數(shù)據(jù)庫能力強(qiáng)弱的主要標(biāo)志之一。數(shù)據(jù)模型是一組描述數(shù)據(jù)庫的概念。這些概念精確地描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系、數(shù)據(jù)的語義和完整性約束。很多數(shù)據(jù)模型還包括一個(gè)操作集合。這些操作用來說明對(duì)數(shù)據(jù)庫的存取和更新。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：一是能真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；二是容易為人們理解；三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心問題之一就是設(shè)計(jì)一個(gè)好的數(shù)據(jù)模型。目前在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域，常用的數(shù)據(jù)模型有：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型以及最近興起的面向目標(biāo)模型。下面以兩個(gè)簡單的空間實(shí)體

13、為例(圖1-2-1)，簡述這幾個(gè)數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)組織形式及其特點(diǎn)。 M 1 a e 2 b 4 c d 3 圖 1-2-1 地圖M及其空間實(shí)體 一、層次模型 層次數(shù)據(jù)庫模型是將數(shù)據(jù)組織成一對(duì)多(或雙親與子女)關(guān)系的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為： (1)有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無雙親，這個(gè)結(jié)點(diǎn)即樹的根；(2)其它結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親。對(duì)于圖1-2-1所示多邊形地圖可以構(gòu)造出圖1-2-2所示的層次模型 層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于文獻(xiàn)目錄，土壤分類、部門機(jī)構(gòu)等分級(jí)數(shù)據(jù)的組織。例如全國省縣鄉(xiāng)是一棵十分標(biāo)準(zhǔn)的有向樹，其中“全國”是根節(jié)點(diǎn)，省以下的行政區(qū)劃單元都是子節(jié)點(diǎn)。這種數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)是層次和關(guān)系清楚，檢索路線明確。層次模型

14、不能表示多對(duì)多的聯(lián)系，這是令人遺憾的缺陷。在GIS中，若采用這種層次模型將難以顧及公共點(diǎn)，線數(shù)據(jù)共享和實(shí)體元素間的拓?fù)潢P(guān)系，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度增加，而且給拓?fù)洳樵儙砝щy。 M a b e b c d 1 2 2 4 1 4 2 4 2 3 3 4 圖 1-2-2 層次模型二、網(wǎng)絡(luò)模型 在網(wǎng)絡(luò)模型中，各記錄類型間可具有任意連接的聯(lián)系。一個(gè)子結(jié)點(diǎn)可有多個(gè)父結(jié)點(diǎn)；可有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無父特點(diǎn)；父結(jié)點(diǎn)與某個(gè)子結(jié)點(diǎn)記錄之間可以有多種聯(lián)系(一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多)。圖1-2-3是圖1-2-1的網(wǎng)絡(luò)模型。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特別適用于數(shù)據(jù)間相互關(guān)系非常復(fù)雜的情況，除了上面說的圖形數(shù)據(jù)外，不同企業(yè)部門之間的生產(chǎn)，消耗聯(lián)

15、系也可以很方便地用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來表示。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：由于數(shù)據(jù)間聯(lián)系要通過指針表示，指針數(shù)據(jù)項(xiàng)的存在使數(shù)據(jù)量大大增加，當(dāng)數(shù)據(jù)間關(guān)系復(fù)雜時(shí)指針部分會(huì)占大量數(shù)據(jù)庫存貯空間。另外，修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù) ，指針也必須隨著變化。因此，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中指針的建立和維護(hù)可能成為相當(dāng)大的額外負(fù)擔(dān)。 M a b c d e 1 2 3 4圖 1-2-3 網(wǎng)絡(luò)模型三、關(guān)系模型 關(guān)系模型的基本思想是用二維表形式表示實(shí)體及其聯(lián)系。二維表中的每一列對(duì)應(yīng)實(shí)體的一個(gè)屬性，其中給出相應(yīng)的屬性值，每一行形成一個(gè)，由多種屬性組成的多元組，或稱元組(tupple)，與一特定實(shí)體相對(duì)應(yīng)。實(shí)體間聯(lián)系和各二維表間聯(lián)系采用關(guān)系描述或通過關(guān)

16、系直接運(yùn)算建立。元組(或記錄)是由一個(gè)或多個(gè)屬性(數(shù)據(jù)項(xiàng))來標(biāo)識(shí)，這一個(gè)或一組屬性稱為關(guān)鍵字，一個(gè)關(guān)系表的關(guān)鍵字稱為主關(guān)鍵字，各關(guān)鍵字中的屬性稱為元屬性。關(guān)系模型可由多張二維表形式組成，每張二維表的“表頭”稱為關(guān)系框架，故關(guān)系模型即是若干關(guān)系框架組成的集合。如圖1-2-1所示的多邊形地圖，可用表1-2-1所示關(guān)系表示多邊形與邊界及結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。 關(guān)系模型中應(yīng)遵循以下條件： (1) 二維表中同一列的屬性是相同的； (2) 賦予表中各列不同名字(屬性名)；表 1-2-1 關(guān)系表 關(guān)系1：邊界關(guān)系 關(guān)系2：邊界結(jié)點(diǎn)關(guān)系 關(guān)系：結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系多邊形號(hào)(P)邊號(hào)(E)邊長邊號(hào)(E)起結(jié)點(diǎn)號(hào)(SN)終結(jié)點(diǎn)

17、號(hào)(EN)結(jié)點(diǎn)號(hào)(N)XYabc304030abcde1223424341123419.838.626.79.534.225.08.215.7bcd402528 (3) 二維表中各列的次序是無關(guān)緊要的； (4) 沒有相同內(nèi)容的元組，即無重復(fù)元組； (5) 元組在二維表中的次序是無關(guān)緊要的。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是它的結(jié)構(gòu)特別靈活，可滿足所有用布爾邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則形成的詢問要求；關(guān)系數(shù)據(jù)還能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)，加入和刪除數(shù)據(jù)都非常方便。關(guān)系模型用于設(shè)計(jì)地理屬性數(shù)據(jù)的模型較為適宜。因?yàn)樵谀壳?，地理要素之間的相互聯(lián)系是難以描述的，只能獨(dú)立地建立多個(gè)關(guān)系表，例如：地形關(guān)系，包含的

18、屬性有高度、坡度、坡向，其基本存貯單元可以是柵格方式或地形表面的三角面；人口關(guān)系，含的屬性有人的數(shù)量，男女人口數(shù)，勞動(dòng)力，撫養(yǎng)人口數(shù)等?；敬尜A單元通常是對(duì)應(yīng)于某一級(jí)的行政區(qū)劃單元。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的缺點(diǎn)是許多操作都要求在文件中順序查找滿足特定關(guān)系的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)庫很大的話，這一查找過程要花很多時(shí)間。搜索速度是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫花費(fèi)高的主要原因。四、面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο蟮亩x是指無論怎樣復(fù)雜的事例都可以準(zhǔn)確地由一個(gè)對(duì)象表示。每個(gè)對(duì)象都是包含了數(shù)據(jù)集和操作集的實(shí)體，即是說，面向?qū)ο蟮哪Ｐ途哂蟹庋b性的特點(diǎn)。1面向?qū)ο蟮母拍睿?）對(duì)象與封裝性（encapsulation）面向?qū)ο?/p>

19、的系統(tǒng)中，每個(gè)概念實(shí)體都可以模型化為對(duì)象。對(duì)于多邊形地圖上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)、一條弧段、一條河流、一個(gè)區(qū)域或一個(gè)省都可看成對(duì)象。一個(gè)對(duì)象是由描述該對(duì)象狀態(tài)的一組數(shù)據(jù)和表達(dá)它的行為的一組操作（方法）組成的。例如，河流的坐標(biāo)數(shù)據(jù)描述了它的位置和形狀，而河流的變遷則表達(dá)了它的行為。由此可見，對(duì)象是數(shù)據(jù)和行為的統(tǒng)一體。一個(gè)對(duì)象object可定義成一個(gè)三元組： object=（ID，S，M）其中，ID為對(duì)象標(biāo)識(shí)，M為方法集，S為對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，它可以直接是一屬性值，也可以是另外一組對(duì)象的集合，因而它明顯地表現(xiàn)出對(duì)象的遞歸。（2）分類(classification）類是關(guān)于同類對(duì)象的集合，具有相同屬性和操作的對(duì)象

20、組合在一起。屬于同一類的所有對(duì)象共享相同的屬性項(xiàng)和操作方法，每個(gè)對(duì)象都是這個(gè)類的一個(gè)實(shí)例，即每個(gè)對(duì)象可能有不同的屬性值?？梢杂靡粋€(gè)三元組來建立一個(gè)類型： class=（CID，CS，CM)其中，CID為類標(biāo)識(shí)或類型名，CS為狀態(tài)描述部分，CM 為應(yīng)用于該類的操作。顯然有， SCS 和 MCM 當(dāng)objectclass時(shí)因此，在實(shí)際的系統(tǒng)中，僅需對(duì)每個(gè)類型定義一組操作，供該類中的每個(gè)對(duì)象應(yīng)用。由于每個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)不完全相同，所以要分別存儲(chǔ)每個(gè)對(duì)象的屬性值。例如，一個(gè)城市的GIS中，包括了建筑物、街道、公園、電力設(shè)施等類型。而洪山路一號(hào)樓則是建筑物類中的一個(gè)實(shí)例，即對(duì)象。建筑物類中可能有建筑物的

21、用途、地址、房主、建筑日期等屬性，并可能需要顯示建筑物、更新屬性數(shù)據(jù)等操作。每個(gè)建筑物都使用建筑物類中操作過程的程序代碼，代入各自的屬性值操作該對(duì)象。 （3）概括(generalization）在定義類型時(shí)，將幾種類型中某些具有公共特征的屬性和操作抽象出來，形成一種更一般的超類。例如，將GIS中的地物抽象為點(diǎn)狀對(duì)象、線狀對(duì)象、面狀對(duì)象以及由這三種對(duì)象組成的復(fù)雜對(duì)象，因而這四種類型可以作為GIS中各種地物類型的超類。比如，設(shè)有兩種類型 Class1=（CID1，CSA，CSB，CMA，CMB） Class2=（CID2，CSA，CSC，CMA，CMC）Class1和Class2中都帶有相同的屬性

22、子集CSA和操作子集CMA并且 CSACS1 和 CSACS2 及 CMACM1 和 CMACM2因而將它們抽象出來，形成一種超類 Superclass =（SID，CSA，CMA)這里的SID為超類的標(biāo)識(shí)號(hào)。在定義了超類以后，Class1和Class2可表示為 Class1=（CID1，CSB，CMB） Class2=（CID2，CSC，CMC）此時(shí)，Class1和Class2稱為Superclass的子類（Subclass）。例如，建筑物是飯店的超類，因?yàn)轱埖暌彩墙ㄖ?。子類還可以進(jìn)一步分類，如飯店類可以進(jìn)一步分為小餐館、普通旅社、賓館、招待所等類型。所以，一個(gè)類可能是某個(gè)或某幾個(gè)超類的子

23、類，同時(shí)又可能是幾個(gè)子類的超類。建立超類實(shí)際上是一種概括，避免了說明和存儲(chǔ)上的大量冗余。由于超類和子類的分開表示，所以就需要一種機(jī)制，在獲取子類對(duì)象的狀態(tài)和操作時(shí)，能自動(dòng)得到它的超類的狀態(tài)和操作。這就是面向?qū)ο蠓椒ㄖ械哪Ｐ凸ぞ呃^承，它提供了對(duì)世界簡明而精確的描述，以利于共享說明和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。 （4）聯(lián)合(association)在定義對(duì)象時(shí)，將同一類對(duì)象中的幾個(gè)具有相同屬性值的對(duì)象組合起來，為了避免重復(fù)，設(shè)立一個(gè)更高水平的對(duì)象表示那些相同的屬性值。假設(shè)有兩個(gè)對(duì)象 Object1 =（ID1，SA，SB，M) Object2 =（ID2，SA，SC，M)其中，這兩個(gè)對(duì)象具有一部分相同的屬性值，可

24、設(shè)立新對(duì)象Object3包含Object1和Object2, Object3 =（ID3，SA，Object1，Object2，M)此時(shí)，Object1和Object2可變?yōu)?Object1 =（ID1，SB，M) Object2 =（ID2，SC，M)Object1和Object2稱為“分子對(duì)象”，它們的聯(lián)合所得到的對(duì)象稱為“組合對(duì)象”。聯(lián)合的一個(gè)特征是它的分子對(duì)象應(yīng)屬于一個(gè)類型。 （5）聚集(aggregation)聚集是將幾個(gè)不同特征的對(duì)象組合成一個(gè)更高水平的對(duì)象。每個(gè)不同特征的對(duì)象是該復(fù)合對(duì)象的一部分，它們有自己的屬性描述數(shù)據(jù)和操作，這些是不能為復(fù)合對(duì)象所公用的，但復(fù)合對(duì)象可以從它們那

25、里派生得到一些信息。例如，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物組成復(fù)雜地物。例如，設(shè)有兩種不同特征的分子對(duì)象 Object1 =（ID1，S1，M1) Object2 =（ID2，S2，M2)用它們組成一個(gè)新的復(fù)合對(duì)象 Object3 =（ID3，S3，Object1（Su)，Object2（Sv），M3)其中SuS1，SVS2，從式中可見，復(fù)合對(duì)象Object3擁有自己的屬性值和操作，它僅是從分子對(duì)象中提取部分屬性值，且一般不繼承子對(duì)象的操作。 在聯(lián)合和聚集這兩種對(duì)象中，是用“傳播”作為傳遞子對(duì)象的屬性到復(fù)雜對(duì)象的工具。即是說，復(fù)雜對(duì)象的某些屬性值不單獨(dú)存于數(shù)據(jù)庫中，而是從它的子對(duì)象中提取

26、或派生。例如，一個(gè)多邊形的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并不直接存于多邊形文件中，而是存于弧段和結(jié)點(diǎn)文件中，多邊形文件僅提供一種組合對(duì)象的功能和機(jī)制，通過建立聚集對(duì)象，借助于傳播的工具可以得到多邊形的位置信息。2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫（OODB）模型的特征（1）對(duì)象和對(duì)象標(biāo)識(shí)符：任一現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體都模擬成一個(gè)對(duì)象，由唯一對(duì)象標(biāo)識(shí)符與之對(duì)應(yīng)。（2）屬性和方法：屬性有單值的，也有多值的。屬性不受第一范式的約束，不必是原子的，可是另一個(gè)對(duì)象。方法是作用在對(duì)象上的方法集合。（3）類：同一類對(duì)象共用相同的屬性集和方法集。（4）類層次和繼承：類是低層次的概括；而子類繼承了高層次類的所有屬性和方法，亦有自己特有的屬性和方法。3面

27、向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)主要是定義對(duì)象類或?qū)ο蠹?，定義對(duì)象屬性，定義操作。（1）確定對(duì)象及對(duì)象類a從真實(shí)世界中抽取有意義的物體和概念作為對(duì)象，并將某類作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)類；b根據(jù)數(shù)據(jù)抽象化的原則，如果表示一組物體的對(duì)象集合具備系統(tǒng)所需要的相似特性和操作，那么該集合應(yīng)用類來表示。（2）確定操作要詳細(xì)分析系統(tǒng)的需求，研究對(duì)各類對(duì)象起作用的操作，包括對(duì)象自身的操作和該對(duì)象對(duì)另一類對(duì)象起作用的操作。a構(gòu)造操作又稱創(chuàng)建操作：在OODB中產(chǎn)生該類的一個(gè)新的對(duì)象或?qū)嵗①x予屬性值。b訪問操作：提供附加訪問的功能，能產(chǎn)生該類的實(shí)例的某些特征。c變更操作：用來改變特定對(duì)象的屬性值。4GI

28、S中的面向?qū)ο竽Ｐ?（1）空間地物的幾何數(shù)據(jù)模型GIS中面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型如圖1-2-4所示。從幾何方面劃分，GIS的各種地物可抽象為：點(diǎn)狀地物、線狀地物、面狀地物以及由它們混合組成的復(fù)雜地物。每一種幾何地物又可能由一些更簡單的幾何圖形元素構(gòu)成。例如，一個(gè)面狀地物是由周邊弧段和中間面域組成，弧段又涉及到結(jié)點(diǎn)和中間點(diǎn)坐 空間地物 復(fù)雜地物 簡單 地物 點(diǎn)狀地物 線狀地物 面狀地物 結(jié) 點(diǎn) 弧 段 面 域 圖 1-2-4 面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)模型標(biāo)?；蛘哒f，結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)傳播給弧段，弧段聚集成線狀地物或面狀地物，簡單地物組成復(fù)雜地物。（2）拓?fù)潢P(guān)系與面向?qū)ο竽Ｐ屯ǔ５匚镏g的相鄰、關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過公共

29、結(jié)點(diǎn)、公共弧段的數(shù)據(jù)共享來隱含表達(dá)。在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)共享是其重要的特征。將每條弧段的兩個(gè)端點(diǎn)（通常它們與另外的弧段公用）抽象出來，建立應(yīng)該單獨(dú)的結(jié)點(diǎn)對(duì)象類型，而在弧段的數(shù)據(jù)文件中，設(shè)立兩個(gè)結(jié)點(diǎn)子對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)，即用“傳播”的工具提取結(jié)點(diǎn)文件的信息，如圖1-2-5所示。這一模型既解決了數(shù)據(jù)共享問題，又建立了弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系。同樣，面狀地物對(duì)弧段的聚集方式與數(shù)據(jù)共享、幾何拓?fù)潢P(guān)系的建立亦達(dá)到一致。 區(qū) 域 文 件 結(jié) 點(diǎn) 文 件區(qū)標(biāo)識(shí)弧段標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)XYZ1211110090100222,24,25,23129085120323136088110424,26,28145582150525

30、,26,2715308013016522090弧 段 文 件弧標(biāo)識(shí)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)中間點(diǎn)串211111221215231313241412251514261614271615281612圖 1-2-5 拓?fù)潢P(guān)系與數(shù)據(jù)共享（3）面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基本上適應(yīng)于GIS中屬性數(shù)據(jù)的表達(dá)與管理。若采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，語義將更加豐富，層次關(guān)系也更明了?？梢哉f，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是在包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能基礎(chǔ)上，增加面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的封裝、繼承、信息傳播等功能。下面以土地利用管理GIS為例，如圖1-2-6所示。GIS中的地物可根據(jù)國家分類標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H情況劃分類型。如土地利

31、用管理GIS的目標(biāo)可分為耕地、園地、林地、牧草地、居民點(diǎn)、交通用地、水域、和未利用地等幾大類，地物類型的每一大類又可以進(jìn)一步分類，如居民點(diǎn)可再分為城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點(diǎn)、工礦用地等子類。另外，根據(jù)需要還可將具有相同屬性和操作的類型綜合成一個(gè)超類。例如工廠、農(nóng)場、商店、飯店屬于產(chǎn)業(yè)，它有收入和稅收等屬性，可把它們概括成一個(gè)更高水平的超類產(chǎn)業(yè)類。由于產(chǎn)業(yè)可能不僅與建筑物有關(guān)，還可能包含其它類型如土地等。所以可將產(chǎn)業(yè)類設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的類，通過行政管理數(shù)據(jù)庫來管理。在整個(gè)系統(tǒng)中，可采用雙重繼承工具，當(dāng)要查詢飯店類的信息時(shí)，既要能夠繼承建筑物類的屬性與操作，又要繼承產(chǎn)業(yè)類的屬性與操作。屬性數(shù)據(jù)管理中也需用到聚

32、集的概念和傳播的工具。例如，在飯店類中，可能不直接存儲(chǔ)職工總?cè)藬?shù)、房間總數(shù)和床位總數(shù)等信息，它可能從該飯店的子對(duì)象職員數(shù)據(jù)庫、房間床位數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫中派生得到。 耕地 園地 控制點(diǎn) 林地 街道 GIS 牧草地 城鎮(zhèn) 公園 醫(yī)院 居民點(diǎn) 農(nóng)村居民點(diǎn) 電力設(shè)施 學(xué)校 交通用地 工礦用地 建筑物 居民住宅 水域 操作： 飯店 查詢 未用地 插入 工廠 刪除 商店 屬性： 標(biāo)識(shí)碼 銀行 區(qū)號(hào) 街道號(hào) 郵局 房主 建筑日期 功能圖 1-2-6 面向?qū)ο蟮膶傩詳?shù)據(jù)模型§1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的三個(gè)步驟數(shù)據(jù)庫應(yīng)用通過三個(gè)設(shè)計(jì)步驟來進(jìn)行建模47。首先，采用高層次的概念數(shù)據(jù)模型（conceptual da

33、ta model）來組織所有與應(yīng)用相關(guān)的可用信息。在概念層上，重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)用的數(shù)據(jù)類型及其聯(lián)系和約束。設(shè)計(jì)過程的這個(gè)階段不考慮具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。概念模型通常用淺濕文字，結(jié)合簡單一致的圖形符號(hào)來表示。實(shí)體-聯(lián)系（entity relationship, ER）模型是所有概念設(shè)計(jì)工具中最為流行的一種。第二步，也稱為邏輯建模階段，與概念數(shù)據(jù)模型在商用DBMS上的具體實(shí)現(xiàn)有關(guān)。商用DBMS中的數(shù)據(jù)由實(shí)現(xiàn)模型來組織。實(shí)現(xiàn)模型的例子有：層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。其中，關(guān)系模型是目前商用數(shù)據(jù)庫所實(shí)現(xiàn)的最為廣泛的模型之一。在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)類型、聯(lián)系和約束都被建模為關(guān)系（relation）。與關(guān)系模型聯(lián)系緊密的

34、是形式化查詢語言的關(guān)系代數(shù)（relation algebra, RA）。RA由一些簡單的操作組成，這些操作能夠查詢用關(guān)系方式組織的數(shù)據(jù)。關(guān)系模型并不能滿足空間數(shù)據(jù)建模的要求，48對(duì)此的解釋如下：關(guān)系代數(shù)刻畫了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢能力。關(guān)系數(shù)據(jù)庫能夠回答任何以關(guān)系代數(shù)表示的查詢，從而成為普遍接受的關(guān)系數(shù)據(jù)庫傳統(tǒng)應(yīng)用的模型。相反，還沒有廣為接受的地理信息數(shù)學(xué)模型，這給空間數(shù)據(jù)查詢語言和空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)造成了困難。此外，GIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間有著相當(dāng)大的語義鴻溝，也導(dǎo)致了復(fù)雜性和不便之處。最后，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第三個(gè)步驟是物理設(shè)計(jì)的建模，它解決數(shù)據(jù)庫應(yīng)用在計(jì)算機(jī)中具體實(shí)現(xiàn)時(shí)方方面面細(xì)節(jié)。有關(guān)存儲(chǔ)、索引和內(nèi)存

35、管理等問題都在這一階段考慮和解決。下面介紹一下ER模型。一ER模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第一步是提出“微型世界”的概念模型。構(gòu)建概念模型的目的是以一種避開計(jì)算機(jī)隱喻的方式來表達(dá)這個(gè)微型世界，從而把應(yīng)用中的概念與實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)分離開來。對(duì)于概念數(shù)據(jù)建模來說，有許多可用的設(shè)計(jì)工具，ER模型是其中最為流行的工具之一。ER模型同關(guān)系模型無縫地整合在一起，而關(guān)系數(shù)據(jù)模型又是三個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)階段的第二步中最流行的邏輯模型之一。我們?cè)谶@里使用ER模型對(duì)State-Park例子進(jìn)行建模。1實(shí)體和屬性在ER模型中，微型世界被劃分成一個(gè)個(gè)實(shí)體（entity），由屬性（attribute）來描述實(shí)體性質(zhì)，并通過聯(lián)系互相關(guān)聯(lián)。實(shí)體是物

36、理上或者概念上獨(dú)立存在的事物或?qū)ο?。在State-Park例子中，F(xiàn)orest、RIVER、FOREST-STAND ROAD以及FIRE-STATION都是實(shí)體。實(shí)體由屬性來刻畫性質(zhì)。例如，name是實(shí)體FOREST的屬性。唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體實(shí)例的屬性（或?qū)傩约┓Q為碼（key）。在我們的例子中，假定任意兩條道路均不能同名的話，實(shí)體ROAD的name屬性就是一個(gè)碼。本例中數(shù)據(jù)庫的所有ROAD實(shí)例都有唯一的名稱。盡管這不是概念設(shè)計(jì)的問題，但DBMS中必須有一個(gè)機(jī)制來保證這種約束。屬性可以是單值或多值的。Species（樹種）是FOREST- STAND的單值屬性。我們利用本例的情況來解釋多值屬性。F

37、ACILITY實(shí)體有一個(gè)Pointid屬性，它是該實(shí)體實(shí)例的空間位置的唯一標(biāo)識(shí)。我們假定，由于地圖比例尺的緣故，所有FACILITY實(shí)例都要用點(diǎn)來表示。一個(gè)給定的設(shè)施可能會(huì)跨越兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，這時(shí)Pointid屬性就是多值的。其他實(shí)體也會(huì)有類似情況。假設(shè)要存儲(chǔ)有關(guān)FOREST的elevation（高程）信息，由于elevation的值在FOREST實(shí)體內(nèi)部會(huì)變化，我們將該屬性作為多值屬性，因?yàn)椴恢С謭鰯?shù)據(jù)類型。2聯(lián)系除了實(shí)體和屬性外，構(gòu)成ER模型的第三個(gè)要素是聯(lián)系（relationship）。實(shí)體之間通過聯(lián)系相互作用和關(guān)聯(lián)。雖然多個(gè)實(shí)體可以同時(shí)參與一個(gè)給定的聯(lián)系，但我們只討論二元（binar

38、y）聯(lián)系，即兩個(gè)實(shí)體間的聯(lián)系。有三種基于基數(shù)約束的聯(lián)系：一對(duì)一、多對(duì)一和多對(duì)多。（1）一對(duì)一（11）在一對(duì)一的聯(lián)系中，一個(gè)實(shí)體中每個(gè)實(shí)例只能與其他參與實(shí)體的一個(gè)實(shí)例相聯(lián)系。例如，實(shí)體MANAGER和FOREST之間的聯(lián)系manages就是一個(gè)一對(duì)一的聯(lián)系，即一個(gè)FOREST只能有一處MANAGER，而一個(gè)MANAGER只能管理一個(gè)FOREST。（2）多對(duì)一（M1）多對(duì)一聯(lián)系可將一個(gè)實(shí)體的多個(gè)實(shí)例與另一個(gè)參與該聯(lián)系的實(shí)體的一個(gè)實(shí)例相連接。Belongs_to是實(shí)體FACILITY與FOREST之間的一個(gè)多對(duì)一聯(lián)系，這里假定每個(gè)設(shè)施僅僅屬于一個(gè)森林，但每個(gè)森林可以有多個(gè)設(shè)施。（3）多對(duì)多（MN）有

39、時(shí)候一個(gè)實(shí)體的多個(gè)實(shí)例會(huì)與另一個(gè)參與該聯(lián)系的實(shí)體的多個(gè)實(shí)例相聯(lián)系。實(shí)體RIVER和FACILITY之間的聯(lián)系supplies_water_to正是這樣的一個(gè)聯(lián)系。有時(shí)候，聯(lián)系也可以擁有屬性。Supplies-water-to有一個(gè)Volume屬性，用來跟蹤一條河流向一個(gè)設(shè)施供水的水量。3ER圖與ER模型相關(guān)的是ER圖，ER圖為概念模型提供了圖形化的表示方法。在ER圖中，實(shí)體用矩形表示：屬性表示為橢圓，并用直線與表示實(shí)體的矩形相連；聯(lián)系則表示為菱形。聯(lián)系的基數(shù)（cardinality）（包括11、M1或MN）標(biāo)注在菱形的旁邊。碼的屬性加下劃線，而多值屬性用雙橢圓表示。State-Park例子的E

40、R圖如圖1-3-1所示，其中有7個(gè)實(shí)體，即FOREST- STAND、RIVER、ROAD、FACILITY、FOREST、FIER、STATION和MANAGER。實(shí)體FOREST的屬性有name、elevation和圖1-3-1 州立公園例子的ER圖polygonid。Name是唯一的標(biāo)識(shí)，即每片森林有唯一的名稱。圖中還給出了8個(gè)聯(lián)系。實(shí)體FOREST參與了6個(gè)聯(lián)系，而實(shí)體FIER-STATION只參與了一個(gè)名為monitors的聯(lián)系。基數(shù)約束表明每個(gè)消除站只監(jiān)控一片森林，但一片森林可被許多消防站監(jiān)控。有些聯(lián)系是空間上固有的，包括cross（穿過）、within（在內(nèi)部）和part-of（

41、部分），而圖中許多其他空間聯(lián)系是隱含的。例如，一條河流穿過一條道路在圖中是標(biāo)明的，而一條河流穿過一片森林則是隱含的。在直觀上，ER模型不能表達(dá)空間建模中的特定語義。具體來說，ER模型的不足之處在于：（1）ER模型的最初設(shè)計(jì)隱含了基于對(duì)象模型的假設(shè)。因此，場模型無法用ER模型進(jìn)行自然的映射。（2）在傳統(tǒng)的ER模型中，實(shí)體之間的關(guān)系由所要開發(fā)的應(yīng)用來導(dǎo)出，而在空間建模中，空間對(duì)象之間總會(huì)有內(nèi)在的聯(lián)系。例如，所有拓?fù)潢P(guān)系都是兩個(gè)空間實(shí)體之間聯(lián)系的有效實(shí)例。如何將這些聯(lián)系整合到ER模型中，而又不使ER圖變得復(fù)雜呢？（3）建模空間對(duì)象所使用的實(shí)體類型和“地圖”的比例尺有關(guān)。一個(gè)城市是用點(diǎn)還是用多邊形表示

42、和地圖的分辨率有關(guān)。在概念模型中，如何表達(dá)同一個(gè)對(duì)象的多種表現(xiàn)形式？二用象形圖擴(kuò)展ER模型為了使空間應(yīng)用的概念建模更加簡單和直觀，提出了許多對(duì)ER模型進(jìn)行擴(kuò)展的方法。其主要思想是增加某種結(jié)構(gòu)來接受和表達(dá)空間推理的語義，同時(shí)保持圖形表示的簡潔性。最近，提出了用象形圖（pictogram）來注釋和擴(kuò)展ER圖的方法?？臻g聯(lián)系（包括拓?fù)涞摹⒘⑽坏暮投攘康穆?lián)系）隱含在任何兩個(gè)具有空間成分的實(shí)體之間。例如，在實(shí)體Forest和River之間很自然會(huì)考慮拓?fù)潢P(guān)系cross。在ER圖中包含這種cross聯(lián)系并不能轉(zhuǎn)達(dá)更多有關(guān)該應(yīng)用建模的結(jié)構(gòu)信息。下面將說明如何用象形圖來表達(dá)空間數(shù)據(jù)類型、比例尺以及空間實(shí)體的隱

43、含關(guān)系的。我們將以BNF范式（Bachus-Naur form）的語法符號(hào)來表示象形圖的擴(kuò)展。1實(shí)體象形圖（1）象形圖象形圖是一種將對(duì)象插在方框內(nèi)的微縮圖表示，這些微縮圖用來擴(kuò)展ER圖，并插到實(shí)體矩形框中的適當(dāng)位置。一個(gè)象形圖可以是基本的形狀，也可以是用戶自定義的形狀。<象形圖><形 狀>*！象形圖的語法（2）形狀形狀是象形圖中的基本圖形元素，它代表著空間數(shù)據(jù)模型中的元素。一個(gè)模型元素可以是基本形狀、復(fù)合形狀、導(dǎo)出形狀或備選形狀。許多對(duì)象具有簡單的基本形狀。<形狀><基本形狀><復(fù)合形狀><導(dǎo)出形狀><備選形狀>

44、;形狀的語法（3）基本形狀在一個(gè)矢量模型中，基本元素有點(diǎn)、線和多邊形。在一般的應(yīng)用中，大多數(shù)空間實(shí)體是用簡單形狀來表示。在森林的例子中，我們把設(shè)施表示成點(diǎn)（0維），把河流或道路網(wǎng)表示成線（1維），把森林區(qū)域表示成多邊形（2維）。<基本形狀>/基本形狀的語法點(diǎn)/線面基本形狀的象形圖（4）復(fù)合形狀為了處理那些不能用某個(gè)基本形狀表示的對(duì)象，我們定義了一組聚合的形狀，并用基數(shù)來量化這些復(fù)合形狀。例如，河流網(wǎng)可以用線的象形圖的連接表示且其基數(shù)為n。類似地，對(duì)于一些無法在某個(gè)給定比例尺下描繪的要素，我們用0作為其基數(shù)。<基數(shù)>0.111,n基數(shù)的語法 0，n n使用了基數(shù)的多重形狀

45、的象形圖0,n（5）導(dǎo)出形狀如果一個(gè)對(duì)象的形狀是由其他對(duì)象的形狀導(dǎo)出的，那么就用斜體形式來表示這個(gè)象形圖。例如，我們可以從美國的州界形狀導(dǎo)出美國的形狀。<導(dǎo)出形狀><基本形狀>基本形狀的語法/導(dǎo)出形狀的象形圖（6）備選形狀備選形狀可以用于表示某種條件下的同一個(gè)對(duì)象。例如，根據(jù)比例尺，一條河流可以表示成一個(gè)多邊形或一條線。<備選形狀> <基本形狀> <導(dǎo)出形狀> <基本形狀> <基本形狀>備選形狀的語法 備選形狀的象形圖（7）任意形狀對(duì)于形狀的組合，我們用通配符（*）表示，它表示各種形狀，例如，一個(gè)灌溉網(wǎng)是由泵站

46、（點(diǎn)）、水渠（線）以及水庫（多邊形）所組成的。 * 任意可能的形狀（8）用戶自定義形狀除了點(diǎn)、線和多邊形這些基本形狀外，用戶還可以定義自己的形狀。例如，為了表達(dá)更多的信息，用戶可能更愿意使用感嘆號(hào)之類的象形圖來表示灌溉網(wǎng)。 ！ 任意可能的形狀2聯(lián)系象形圖聯(lián)系象形圖用來構(gòu)建實(shí)體間聯(lián)系的模型。例如，part-of用于構(gòu)建道路與路網(wǎng)之間聯(lián)系的模型，或是用于把森林劃分成林分的建模。Part_of（網(wǎng)絡(luò)） Part_of（分區(qū)）聯(lián)系的象形圖使用象形圖擴(kuò)展的ER圖見圖1-3-2。其中，F(xiàn)acility和Fire-Station實(shí)體用點(diǎn)的象形圖表示，River和Road表示成線的象形圖，而Forest和Foreststand用多邊形的象形圖表示。Forest與Forest-stand之間的part_of聯(lián)系在圖中表示出來。這張圖清楚地反映出象形圖增強(qiáng)了ER圖對(duì)空間語義的表達(dá)能力。Part-of（分區(qū)）象形圖暗含有3個(gè)空間完整性約束：1）forest-stand在空間上彼此“分離”，即空間中任意一點(diǎn)至多屬于一個(gè)forest_stand。2）forest_stand在空間上位于森林“內(nèi)部”，是森林的一部分（part_of）。3）所有forest_stand的幾何并集在空間上“覆蓋”它們所屬的森林。這些空間完整性約束了空間的集合分區(qū)