geodaassh數(shù)據(jù)模型的約束機(jī)制

geodaassh數(shù)據(jù)模型的約束機(jī)制

0數(shù)據(jù)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)是信息系統(tǒng)的最重要和最基本部分，其質(zhì)量直接影響到gis應(yīng)用、分析和決策的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著GIS的發(fā)展,數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題日益突出,GIS空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析控制已成為當(dāng)前GIS研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量主要指數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中形成的數(shù)據(jù)精度、一致性、完整性等。隨著GIS的發(fā)展壯大,用戶要求的滿意程度(即數(shù)據(jù)應(yīng)用質(zhì)量)已成為衡量數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。本文所說(shuō)的質(zhì)量約束和控制不同于普通數(shù)字化過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制,重點(diǎn)不再側(cè)重于空間數(shù)據(jù)精度,而是側(cè)重于原始地理數(shù)據(jù)在應(yīng)用方面的質(zhì)量,包括:數(shù)據(jù)的屬性域檢查、約束以及在現(xiàn)實(shí)意義中的拓?fù)鋷缀侮P(guān)系的正確性約束等。本文以建立道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)為例,針對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用中的質(zhì)量問(wèn)題對(duì)基于數(shù)據(jù)檢查和約束的第三代地理數(shù)據(jù)模型Geodatabase進(jìn)行研究,該模型在屬性域、關(guān)系以及拓?fù)鋷缀挝恢梅矫娑x一系列的約束條件,利用這些約束條件和有效規(guī)則對(duì)地理數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢查和加強(qiáng),以達(dá)到控制數(shù)據(jù)的應(yīng)用質(zhì)量的目的。1空間數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系空間數(shù)據(jù)模型是對(duì)客觀地理世界的模擬和抽象,反映現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互之間的聯(lián)系,是描述地理空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式的基礎(chǔ)。對(duì)空間數(shù)據(jù)模型的認(rèn)識(shí)和研究可幫助我們了解GIS中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及組織管理等問(wèn)題,影響到GIS應(yīng)用的成敗。1.1geodatacr簡(jiǎn)介Geodatabase是一種新型面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型,該模型利用面向?qū)ο蠹夹g(shù),將現(xiàn)實(shí)世界抽象為若干對(duì)象類,而不是簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線、面要素。雖然對(duì)象類本身并沒(méi)有空間特征,但給每個(gè)對(duì)象類都賦予了屬性、行為和規(guī)則:相同屬性集、行為和規(guī)則的空間對(duì)象集合體現(xiàn)為特征類;特征數(shù)據(jù)集反映了具有相同空間參考特征的特征類集合,可通過(guò)定義關(guān)系類來(lái)描述特征類或?qū)ο箢愔g的關(guān)聯(lián)關(guān)系。Geodatabase按層次將地理數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)對(duì)象,并存儲(chǔ)在要素類、對(duì)象類和要素集中,如圖1所示。Geodatabase模型同Coverage模型一樣,支持要素間的拓?fù)潢P(guān)系,但其引入的拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則,不同于Coverage中嚴(yán)格的拓?fù)潢P(guān)系。在Geodatabase中可以直接定義關(guān)系和規(guī)則,其實(shí)拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則就是新增加的一個(gè)類,可作用于同一特征數(shù)據(jù)集中的不同特征類或者同一特征類中的不同特征之間。用戶可以設(shè)定空間數(shù)據(jù)必須滿足的拓?fù)潢P(guān)系約束,以檢查和約束空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量。Geodatabase模型本身存在的關(guān)于數(shù)據(jù)屬性域和邏輯有效規(guī)則的約束機(jī)制,如此用戶便可以自定義約束條件(規(guī)則)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行約束,并將其放在數(shù)據(jù)模型的層次里,在表達(dá)空間數(shù)據(jù)之間關(guān)系的同時(shí)也約束著空間數(shù)據(jù)的錄入和編輯時(shí)的數(shù)據(jù)質(zhì)量,以加強(qiáng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用質(zhì)量,可被認(rèn)為是一種數(shù)據(jù)質(zhì)量約束模型。下面將介紹該模型存在的幾種主要約束機(jī)制。1.2geodata基地?cái)?shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)質(zhì)量限制機(jī)制1.2.1基于geodata東南角的數(shù)據(jù)模型對(duì)屬性進(jìn)行約束是為了保證只有滿足約束條件的數(shù)據(jù)才能錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣經(jīng)過(guò)屬性約束的數(shù)據(jù)庫(kù)可以保證在數(shù)據(jù)錄入(或更新)時(shí)從海量數(shù)據(jù)中選擇的數(shù)據(jù)滿足用戶需求,減少了人工錄入可能發(fā)生的錯(cuò)誤,在一定程度上保證了數(shù)據(jù)屬性的正確性,同時(shí)減少工作人員的工作量。為了減少空間數(shù)據(jù)編輯和更新過(guò)程中的誤差,Geodatabase數(shù)據(jù)模型為空間數(shù)據(jù)建庫(kù)提供的屬性域約束對(duì)入庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查,加強(qiáng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用質(zhì)量,其工作機(jī)制如圖2所示。模型中的屬性域約束主要體現(xiàn)在特征類或其子類的屬性字段的取值范圍上。屬性域可以是連續(xù)的變化區(qū)間,或者離散的取值集合,對(duì)應(yīng)兩種不同的屬性域:范圍域和代碼值域。范圍域?yàn)閷傩灾付ㄟB續(xù)的取值范圍;而代碼值域則給一個(gè)屬性指定有效的離散取值集合,包括兩個(gè)值,一個(gè)是存儲(chǔ)的實(shí)際值,一個(gè)是實(shí)際值的用戶友好描述。1.2.2可擴(kuò)展性地理關(guān)系的拓?fù)湟?guī)則Geodatabase模型提供了一個(gè)框架,各個(gè)要素在其中可能發(fā)生各種各樣的行為,如圖表類型、默認(rèn)值、屬性域、有效性規(guī)則以及與其他表格或要素建立起的相互關(guān)系。這些行為可以更為精確地對(duì)世界進(jìn)行模擬,同時(shí)保持地理數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)象間的相對(duì)完整性。而拓?fù)淇梢砸暈槭轻槍?duì)這種行為框架的擴(kuò)展,允許控制要素間的地理關(guān)系,保持它們各自的幾何完整性,保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。為了按用戶要求規(guī)定要素本身及相互之間必須遵守的空間拓?fù)潢P(guān)系,Geodatabase數(shù)據(jù)模型提供了拓?fù)潢P(guān)系類。針對(duì)多邊形、線和點(diǎn)狀要素,拓?fù)潢P(guān)系類提供了大量的空間拓?fù)湟?guī)則,這些規(guī)則相應(yīng)地反映用戶所指定的空間數(shù)據(jù)必須滿足的拓?fù)潢P(guān)系約束,如相鄰、連接、覆蓋、相交、重疊關(guān)系等。通過(guò)修改拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則,能夠方便地改變對(duì)拓?fù)潢P(guān)系約束,從而給管理空間數(shù)據(jù)帶來(lái)了很大的靈活性。此外,Geodatabase模型按選取規(guī)則到驗(yàn)證規(guī)則最后處理錯(cuò)誤這樣的處理流程來(lái)體現(xiàn)拓?fù)浼s束,可以幫助檢查出地理數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的大部分拓?fù)溴e(cuò)誤并加以修改,如圖3所示。在數(shù)據(jù)更新過(guò)程中也引入拓?fù)潢P(guān)系主動(dòng)維護(hù)功能,這樣在數(shù)據(jù)編輯和更新過(guò)程均可檢查和控制數(shù)據(jù)質(zhì)量。1.2.3關(guān)系類中的關(guān)系現(xiàn)實(shí)世界中的地物都不是孤立的,任何一個(gè)地物與周圍其他地物之間都有這樣或那樣的聯(lián)系,這些聯(lián)系描述了給定特征與其他特征關(guān)聯(lián)的方式。Geodatabase數(shù)據(jù)模型通過(guò)關(guān)系來(lái)反映特征之間的關(guān)聯(lián),使空間數(shù)據(jù)不再是無(wú)意義的點(diǎn)、線、面,而是面向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜的客觀實(shí)體,可按照人們的思維習(xí)慣對(duì)現(xiàn)實(shí)地理世界中空間特征之間的相互關(guān)系進(jìn)行表達(dá)。關(guān)系類中的關(guān)系不僅包括空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,還包括非空間數(shù)據(jù)之間的應(yīng)用語(yǔ)義關(guān)系,比如權(quán)屬、層次等關(guān)系。關(guān)系類由起始類和目標(biāo)類組成。關(guān)系類的集勢(shì)被描述為有序?qū)?起始集勢(shì)—目標(biāo)集勢(shì)),如一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多。一個(gè)關(guān)系類可以是簡(jiǎn)單的,也可以是復(fù)合的。復(fù)合關(guān)系是指起始類和目標(biāo)類之間一對(duì)多的關(guān)系,在復(fù)合關(guān)系中,起始類控制著目標(biāo)類的存亡。而簡(jiǎn)單關(guān)系是指一對(duì)一的關(guān)系,在簡(jiǎn)單關(guān)系中,相關(guān)聯(lián)對(duì)象單獨(dú)存在,互不影響。關(guān)系類可以有一系列的關(guān)聯(lián)規(guī)則,關(guān)聯(lián)規(guī)則控制著起始類中的哪一個(gè)對(duì)象子類型可以和目標(biāo)類中的哪個(gè)對(duì)象子類型有關(guān)聯(lián),同時(shí)也可以用于指定一個(gè)有效集勢(shì)的范圍。關(guān)系類通過(guò)指定參加了關(guān)系定義要素類之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則,對(duì)這些要素類進(jìn)行約束,使關(guān)系有效,如此便可確保對(duì)象間的參照完整性,有助于保證數(shù)據(jù)的查詢、檢索和分析時(shí)的質(zhì)量。2地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用質(zhì)量和應(yīng)用質(zhì)量得到加強(qiáng)利用ArcGIS中的Geodatabase可以完成傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)中無(wú)法或者很難完成的一些地理數(shù)據(jù)應(yīng)用質(zhì)量的檢查和加強(qiáng)。以建立某地區(qū)道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)為例,Geodatabase模型可定義屬性域、拓?fù)潢P(guān)系規(guī)則來(lái)檢查這些原始道路數(shù)據(jù)在數(shù)字化過(guò)程中存在的錯(cuò)誤,同時(shí)通過(guò)添加實(shí)際數(shù)據(jù)中存在的一些關(guān)系有效規(guī)則進(jìn)行約束,達(dá)到數(shù)據(jù)質(zhì)量加強(qiáng)的效果。2.1道路單行線屬性的把握問(wèn)題在道路網(wǎng)數(shù)據(jù)建模的例子中,道路的單行線屬性(描述交通限制)有以下幾種可能的結(jié)果:是否單行線、是否禁行。Geodatabase定義單行線屬性的屬性域里指定了道路單行線屬性的4種可能取值結(jié)果:一是tf——單行線,方向與數(shù)字化方向相反;二是ft——單行線,方向與數(shù)字化方向相同;三是n——禁行;四是y——雙向行駛,如圖4所示。因此在編輯或更新道路要素時(shí),對(duì)單行線屬性的取值必須服從該屬性域的約束,只能選擇這4種結(jié)果之一,否則會(huì)檢查出錯(cuò)誤,數(shù)據(jù)不能錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中,如此便可以對(duì)地理數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行控制。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用設(shè)定不同的屬性域,就可以約束不同范圍的地理數(shù)據(jù)質(zhì)量,無(wú)需編碼即可選擇對(duì)用戶應(yīng)用最有意義的數(shù)據(jù),減少人工工作量。2.2道路拓?fù)溴e(cuò)誤在道路網(wǎng)數(shù)據(jù)建模中,道路用線狀要素描述。對(duì)道路線狀要素在數(shù)字化過(guò)程中可能出現(xiàn)的相對(duì)位置不正確性,如道路一般是不自相交的,基于路段的道路之間是不相交的,Geodatabase提供拓?fù)湟?guī)則來(lái)反映道路要素的這些拓?fù)潢P(guān)系:道路間不能重疊;道路本身不能自我重疊;道路之間不能相交,如圖5所示。利用ArcGISDesktop中提供的工具檢查道路數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的正確性,其檢查結(jié)果會(huì)作為一個(gè)特殊的圖層加載到地圖文檔中進(jìn)行顯示,所有存在拓?fù)潢P(guān)系錯(cuò)誤的地方都會(huì)在該層中以特定(可自定義)的顏色和符號(hào)顯示出來(lái)。也可以打開(kāi)錯(cuò)誤查看器(ErrorInspector)以列表方式查看所有拓?fù)潢P(guān)系出錯(cuò)記錄。錯(cuò)誤查看器中的錯(cuò)誤記錄與地圖上的要素是相關(guān)聯(lián)的,點(diǎn)取任一記錄都可在地圖上看到其所在位置被高亮顯示,如圖6所示。對(duì)于特殊情況,拓?fù)溴e(cuò)誤也可當(dāng)成例外處理。數(shù)字化過(guò)程不可避免的人為錯(cuò)誤導(dǎo)致不能保證道路要素的空間分布關(guān)系完全正確,Geodatabase模型建立道路拓?fù)漕?并添加了必要的拓?fù)浼s束規(guī)則,如此便可輕松地檢查和處理道路要素中存在的拓?fù)溴e(cuò)誤,保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。2.3路段與路口間的聯(lián)系現(xiàn)實(shí)世界中與交通有關(guān)的事物之間存在著各種各樣的聯(lián)系,如公交線路與公交站點(diǎn)的關(guān)系等。在該道路網(wǎng)中,Geodatabase模型可建立關(guān)系類見(jiàn)表1。公交線路和公交站點(diǎn)的關(guān)系是復(fù)雜的一對(duì)多的關(guān)系,一條公交線路對(duì)應(yīng)多個(gè)公交站點(diǎn),在一條公交線路被取消時(shí),公交站點(diǎn)可能不會(huì)被取消,因?yàn)橐话闱闆r下,一個(gè)公交站點(diǎn)可以?？慷鄺l公交線路;一條路段可以對(duì)應(yīng)多個(gè)路口,而一個(gè)路口也可以對(duì)應(yīng)多條路段,因此它們之間是多對(duì)多的關(guān)系。在關(guān)系建立之后,利用ArcMap工具在關(guān)系中導(dǎo)航,便可通過(guò)公交路線找到與其相應(yīng)的公交站點(diǎn),在路口處查找出相關(guān)聯(lián)的路段。移動(dòng)一個(gè)公交站點(diǎn),與其相連的公交路線就可以自動(dòng)根據(jù)這種對(duì)象關(guān)系完成必要的移動(dòng),無(wú)需人為干預(yù)。同理,路段與路口間也有這種聯(lián)系。Geodatabase模型存在的關(guān)系類在定義或更新空間要素時(shí),可自動(dòng)依據(jù)對(duì)象關(guān)系更