基于面向对象的GIS 空间数据特征模型研究
作者：周仪邦
来源：《科技创新导报》2011年第20期
摘 要:基于特征(Feature)的建模方法是在七、八十年代出现的、相对于空间数据的图层(Layer)组织方法而提出的新方法, 并在近年来取得了迅速的发展。本文基于笔者从事GIS 数据模型的相关研究心得, 以基于面向对象的特征GIS 空间数据模型研究对象, 深度探讨了基于特征的空间数据模型构建构成的相关思路, 分析了特征对象与传统几何对象之间的关系, 相信对从事相关研究的同行能有所裨益。
关键词:特征空间数据模型概念GIS
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0101-02
1 前言
目前组织地理现象的方法的局限性主要体现在两个方面:(1)基本的矢量和栅格模型把重点放在地理现象的空间位置上, 而牺牲了通过在分类属性和相互关系的基础上构造实体而提供的丰富的分析能力。(2)层叠方法不提供对成对或成组的基本几何对象执行空间分析的能力。 第一个局限性主要是由于地理实体在矢量系统中被构造为数学上的点、线、面, 而在栅格系统中则构造为网格单元。因为公路不是数学上的线, 城市也不是数学上的点, 而且网格单元结构是对应于不确定地理实体的任意的空间分割, 因而这两个模型在地理现实中均不存在。第二个限制要求开发新的模型来充分支持空间分析。如果我们给一个观众提供一个地理场景并询问他看到了什么, 就会很容易地发现基于特征模式的必要性。回答不会是点、线、面和网格单元, 而是诸如河流、湖泊、公路和森林等地理实体。
基于地理图层的传统地图框架在处理复杂的地理过程模拟和空间分析手段方面表现得不够充足。困难出在作为基础的数据模型是否需要直接反映地理实体, 还是通过复杂的数据处理, 使得这些实体能用传统的图层模型提供给用户, 从而使用户能在其中命名地理实体和对这些实体进行空间分析。
2 特征概念
基于特征的建模方法是在七、八十年代出现的、相对于空间数据的图层(Layer)组织方法而提出的新方法, 并在近年来取得了迅速的发展。特征建模技术克服了传统系统数据建模不完整的不足, 为集成环境中全局模型的实现提供了完备的手段。由于基于特征的建模方法更适合于
人们对现实地理系统的理解方式, 因此, 它一出现便立即引起GIS 界的极大关注, 并立即被应用于GIS 技术发展及应用实践中, 其中最重要的应用领域有两个:一个是GIS 标准化研究及标准制定; 例如, 美国DLG-E 是基于地理特征方法的典型应用范例,SDTS 等一大批空间数据转换标准、ISO 和OGIS 等组织的标准化工作均不同程度的受到这一思想方法的影响。第二是基于特征的GIS 数据库的开发工作, 例如E.lynn Usery等所描述的工作。
基于特征的方法模拟的是地理特征, 而基于图层的方法模拟的是一张地图或一组专题地图。在一个FBGIS 环境中, 地理特征的表示以地理位置以及地理实体的自然属性和相互关系为基础。地理特征的确定是涉及人类洞察力和认知力的一个复杂过程。
基于特征方法在计算机化的地理数据库框架中的实现方式之一, 是开发运用面向对象技术的数据模型。由此产生的特征模型包括对地理现实的人为概念化、几何对象之间的空间关系以及非空间对象之间的特征一特征关系。
对现实地理系统的观察使我们认识到, 我们生活的地球表面, 是由公路、河流、建筑物、植被、土地等物质实体组成的。我们将这种具体的事物称为地理实体。进一步的观察得出, 以某种属性集作为分类标准, 可以将地理实体分类为具有该种属性集的实体集合, 那么这一类地理实体就够成了地理特征。在基于特征GIS 中, 特征是地理现象的基本表示。美国地质调查局开发的DLG-E 数据模型对实体和特征的定义如下:
实体:是真实世界的现象, 它不能再被进一步细分为同一类现象。如:桥梁、湖等。
特征 (类型):具有相同属性及关系的一类实体, 特征的概念既包含实体集, 也包含对实体集的数字描述。如:河流、道路、泉和桥梁等。
特征实例:是特征类型的具体化。如青海湖是湖的一个实例, 长江大桥是桥梁的一个实例等。
特征对象:是特征实例的表现。河流是一个实体, 在地图上一般符号化为兰线, 兰线为特征对象。
E.L ynn Usery等首先对特征的构成进行了深入研究。一个特征是一个实体集中的一个实例, 在这个实体集合里每个实体是一个现实世界的现象且不能被再细分为相同种类的现象。定义特征的一个实体集共享共同的属性和关系。例如, 道路特征作为一类, 包括一组现实世界的道路实体实例, 它们具有共同的属性和功能。计算机环境中, 特征的数字编码表示被称为特征对象。一个特征对象包含关于该特征的空间(位置) 组件与非空间组件的属性和关系。属性被定义为空间的或非空间的特性。对象与对象之间具有拓扑与非拓扑关系。空间组件, 通常为一个坐标集合, 表明特征的位置。
位置可以是诸如x 、y 、z 坐标, 点, 线, 面等任何几何元素或者像素, 也可以由集合元素的拓扑关系来定义。特征的非空间组件可以由属性来描述, 例如建筑物特征的类型、材料、占地面
基于面向对象的GIS 空间数据特征模型研究
作者：周仪邦
来源：《科技创新导报》2011年第20期
摘 要:基于特征(Feature)的建模方法是在七、八十年代出现的、相对于空间数据的图层(Layer)组织方法而提出的新方法, 并在近年来取得了迅速的发展。本文基于笔者从事GIS 数据模型的相关研究心得, 以基于面向对象的特征GIS 空间数据模型研究对象, 深度探讨了基于特征的空间数据模型构建构成的相关思路, 分析了特征对象与传统几何对象之间的关系, 相信对从事相关研究的同行能有所裨益。
关键词:特征空间数据模型概念GIS
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0101-02
1 前言
目前组织地理现象的方法的局限性主要体现在两个方面:(1)基本的矢量和栅格模型把重点放在地理现象的空间位置上, 而牺牲了通过在分类属性和相互关系的基础上构造实体而提供的丰富的分析能力。(2)层叠方法不提供对成对或成组的基本几何对象执行空间分析的能力。 第一个局限性主要是由于地理实体在矢量系统中被构造为数学上的点、线、面, 而在栅格系统中则构造为网格单元。因为公路不是数学上的线, 城市也不是数学上的点, 而且网格单元结构是对应于不确定地理实体的任意的空间分割, 因而这两个模型在地理现实中均不存在。第二个限制要求开发新的模型来充分支持空间分析。如果我们给一个观众提供一个地理场景并询问他看到了什么, 就会很容易地发现基于特征模式的必要性。回答不会是点、线、面和网格单元, 而是诸如河流、湖泊、公路和森林等地理实体。
基于地理图层的传统地图框架在处理复杂的地理过程模拟和空间分析手段方面表现得不够充足。困难出在作为基础的数据模型是否需要直接反映地理实体, 还是通过复杂的数据处理, 使得这些实体能用传统的图层模型提供给用户, 从而使用户能在其中命名地理实体和对这些实体进行空间分析。
2 特征概念
基于特征的建模方法是在七、八十年代出现的、相对于空间数据的图层(Layer)组织方法而提出的新方法, 并在近年来取得了迅速的发展。特征建模技术克服了传统系统数据建模不完整的不足, 为集成环境中全局模型的实现提供了完备的手段。由于基于特征的建模方法更适合于
人们对现实地理系统的理解方式, 因此, 它一出现便立即引起GIS 界的极大关注, 并立即被应用于GIS 技术发展及应用实践中, 其中最重要的应用领域有两个:一个是GIS 标准化研究及标准制定; 例如, 美国DLG-E 是基于地理特征方法的典型应用范例,SDTS 等一大批空间数据转换标准、ISO 和OGIS 等组织的标准化工作均不同程度的受到这一思想方法的影响。第二是基于特征的GIS 数据库的开发工作, 例如E.lynn Usery等所描述的工作。
基于特征的方法模拟的是地理特征, 而基于图层的方法模拟的是一张地图或一组专题地图。在一个FBGIS 环境中, 地理特征的表示以地理位置以及地理实体的自然属性和相互关系为基础。地理特征的确定是涉及人类洞察力和认知力的一个复杂过程。
基于特征方法在计算机化的地理数据库框架中的实现方式之一, 是开发运用面向对象技术的数据模型。由此产生的特征模型包括对地理现实的人为概念化、几何对象之间的空间关系以及非空间对象之间的特征一特征关系。
对现实地理系统的观察使我们认识到, 我们生活的地球表面, 是由公路、河流、建筑物、植被、土地等物质实体组成的。我们将这种具体的事物称为地理实体。进一步的观察得出, 以某种属性集作为分类标准, 可以将地理实体分类为具有该种属性集的实体集合, 那么这一类地理实体就够成了地理特征。在基于特征GIS 中, 特征是地理现象的基本表示。美国地质调查局开发的DLG-E 数据模型对实体和特征的定义如下:
实体:是真实世界的现象, 它不能再被进一步细分为同一类现象。如:桥梁、湖等。
特征 (类型):具有相同属性及关系的一类实体, 特征的概念既包含实体集, 也包含对实体集的数字描述。如:河流、道路、泉和桥梁等。
特征实例:是特征类型的具体化。如青海湖是湖的一个实例, 长江大桥是桥梁的一个实例等。
特征对象:是特征实例的表现。河流是一个实体, 在地图上一般符号化为兰线, 兰线为特征对象。
E.L ynn Usery等首先对特征的构成进行了深入研究。一个特征是一个实体集中的一个实例, 在这个实体集合里每个实体是一个现实世界的现象且不能被再细分为相同种类的现象。定义特征的一个实体集共享共同的属性和关系。例如, 道路特征作为一类, 包括一组现实世界的道路实体实例, 它们具有共同的属性和功能。计算机环境中, 特征的数字编码表示被称为特征对象。一个特征对象包含关于该特征的空间(位置) 组件与非空间组件的属性和关系。属性被定义为空间的或非空间的特性。对象与对象之间具有拓扑与非拓扑关系。空间组件, 通常为一个坐标集合, 表明特征的位置。
位置可以是诸如x 、y 、z 坐标, 点, 线, 面等任何几何元素或者像素, 也可以由集合元素的拓扑关系来定义。特征的非空间组件可以由属性来描述, 例如建筑物特征的类型、材料、占地面