地理信息系统联机分析数据模型与属性数据混合型关联方法技术方案

本发明专利技术提供地理信息联机分析数据模型与属性数据的混合关联方法，其特征是：将表示图形的坐标和地形数据存储为独立文件，将属性表独立存储在商业数据库管理系统（ＤＢＭＳ）中，通过标识码（如多边形标识码）实现其连接。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地理信息系统，尤其涉及。地理数据地理数据分为两种，空间数据和属性数据。空间数据也称之为几何数据，它用来表现地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及拓扑几何关系。属性数据也称之为非空间数据，它用来描述与地理实体相联系的地理特征。GIS作为一种信息系统，是以现实世界为研究目标，以计算机内部的二进制数字世界作为存储载体的。它将人们对于客观世界的理解，经过一系列处理后变成数字形式储存于计算机之中。现实世界极其复杂，一方面人们希望GIS包含充足的数据，另一方面又期望从中能方便地选择所需要的相关数据而撇开其它不需要的数据(Freksa andBarkowsky，1996)。这就要求人们以一种高效的数据组织方式，将两方面的要求兼顾，既尽可能地包含信息(包括对未来潜在有用的信息)，又能方便快速地选取所需数据。在这其中，人们对于客观世界的理解及其表达——GIS的空间数据模型(概念、逻辑和物理模型)起着至关重要的作用。目前两种比较典型的空间数据模型是拓扑关系数据模型和面向实体的数据模型。早期的商品化GIS软件大都采用了以“结点—弧段—多边形”拓扑关系为基础的数据模型，我们称这种数据模型为拓扑关系数据模型。如Arc/Info软件。拓扑关系数据模型以拓扑关系为基础组织和存储各个几何要素，其特点是以点、线、面间的拓扑连接关系为中心。该模型的主要优点是数据结构紧凑，拓扑关系明晰，系统中预先存储的拓扑关系可以有效提高系统在拓扑查询和网络分析方面的效率。拓扑关系数据模型的具体组织和存储1)8.0版以前的Arc/Info将位置坐标数据存放在文件系统中，而将拓扑属性存放在关系数据库系统的二维表格中；2)另一些软件将坐标数据和拓扑关系都存放在关系数据库的各种表格中，一条记录对应一个点、线或面类型的几何要素(不一定为完整独立的地理要素)。与上述拓扑模型相反，面向实体空间数据模型是以独立、完整、具有地理意义的实体为基本单位对地理空间进行表达。该模型能够很好地克服拓扑关系数据模型的几个缺点，具有实体管理、修改方便，查询检索、空间分析容易的优点，更重要的是它能够方便地构造用户需要的任何复杂地理实体，而且这种模式符合人们看待客观世界的思维习惯，便于用户理解和接受。同时，面向实体的数据模型自然地具有系统维护和扩充方便的优点。例如MapInfo、Intergraph等。面向实体空间数据模型的具体组织和存储1)可将实体的坐标数据和属性数据(如建立了部分拓扑，拓扑关系也放在表中保存)分别存放在文件系统和关系数据库中。2)也可以将二者统一存放在关系数据库中。属性数据是用来描述与地理实体相联系的地理特征。可以理解为没有显式空间特征的数据，但这些数据与空间地理实体有着紧密的联系，可以通过某种机制联系在一起的。这也正是地理信息系统(GIS)的基础与精髓所在。一般来说，属性数据采用的是传统数据模型，即层次、网状和关系数据模型，其中层次和网状数据模型仅有少数用户在使用，绝大多数用户和数据库厂商采用的是占主流的关系型数据模型。在GIS领域，属性数据大都存储在关系数据库中，同时，关系数据库又为GIS提供了比较完备的数据索引方法和信息查询手段。目前流行的空间数据与属性数据的关联方式地理数据的组织与管理是建立GIS系统的重要步骤。其中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融为一体，也就是空间数据与属性数据的关联问题。目前大多数现行系统都是将空间数据和属性数据分开存储，分别用文件和数据库来管理，通过公共项(一般定义为地物标识码)来连接，即在空间数据库和属性数据库中建立公共字段，如地块码、门牌号等，来建立空间数据和属性数据关联，从而实现空间数据和属性数据的互相查询。具体来说，现阶段流行的空间数据和属性数据的关联方式有三种1)混合型2)集成型3)面向对象型混合型(Hybrid Data Model)关联方式是目前最广泛、最流行、且最成功的空间数据和属性数据关联的数据模型，它采用文件形式来存储地理空间数据及其拓扑关系数据，采用通用关系数据库RDBMS来存储、管理属性数据，两者之间通过一个唯一的标识码来建立它们的互联关系。这种混合型的关联方式存在如下的问题1)对单个地理实体的操作效率不高由于拓扑数据模型面向的是整个空间区域，强调的是各几何要素之间的连接关系，在另一方面对具有完整、独立意义的地理实体作为个体存在的事实没有足够的重视，因此增加、删除、修改某一地理实体时，将会牵涉到一系列文件和关系数据库表格，这样不仅使程序管理工作变得复杂，而且会降低系统的执行效率。2)难以表达复杂的地理实体复杂地理实体由多个简单实体组合而成，拓扑数据模型的整体组织特性注定了它不可能有效地表达这一由多个独立实体构成的有机集合体。3)难以实现快速查询和复杂的空间分析由于在拓扑数据模型中，地理实体被分解为点、线、面基本几何要素存储在不同的文件和关系表中，因而凡涉及到独立地理实体的操作、查询和分析都将花费较多的CPU时间，在大区域的复杂空间分析方面表现尤为明显。4)局部更新困难，系统难于维护与扩充由于地理空间的数据组织和存储是以基本几何要素(点、弧段和多边形)为单元进行的，系统中存储的复杂拓扑关系是GIS工作的数据基础，当局部一些实体发生变动时，整层拓扑关系将不得不随之重建，因而这样的系统在维护和扩充方面需要更多的精力，并且容易出错。GIS空间数据模型的其核心在于利用OLAP(联机分析)结合数据仓库强大的数据挖掘和数据仓储的功能，预先对地图对象之间的各种空间关系(主要是拓扑关系)进行加工处理，为快速、高效地实现各种GIS功能打下坚实的基础。根据本专利技术的上述目的，本专利技术的地理信息联机分析数据模型与属性数据的混合关联方法，其特征是将表示图形的坐标和地形数据存储为独立文件，将属性表独立存储在商业数据库管理系统(DBMS)中，通过标识码(如多边形标识码)实现其连接。在GISOLAP数据模型中，实体对象是数据模型的基础，它是对地理实体的抽象，并且都是自包含的。在GISOLAP数据模型中，基本实体对象的空间关系存储在空间数据文件中。但不同的是，在空间数据文件末尾加入了辅助信息，这些辅助信息包括对空间数据的投影、连接、分组等预处理结果以及由此产生新的空间关系(如拓扑关系)。这样既克服了空间实体模型重复存储公共结点造成数据冗余的缺点，而且大大改善了拓扑关系模型的脆弱性。(这里脆弱性指的是当数据修改时，原先的拓扑关系就被破坏，必须重建拓扑关系才能进行空间分析)在GISOLAP数据模型中，属性数据针对OLAP可能的查询情况预先进行分析、分类、建立临时索引等处理，建立了许多“视图集”(materialized view)，结合这些“视图集”，系统可以加速完成空间数据和属性数据的双向查询及空间分析操作。在GISOLAP数据模型中，空间数据末尾的辅助信息和属性数据中的“视图集”相连接，以二维关系表的形式来表示复杂的空间关系和网络关系，当用户进行空间分析或查询时，系统就会先扫描这些二维关系表来快速捕捉空间关系和网络关系，在最短时间内提供给用户准确的查询和分析结果。下面描述GISOLAP与属性数据在混合型关联方式中的技术实现。混合型以ArcInfo(显式保存拓扑关系)和MapInfo(隐式保存拓扑关系)为代表，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地理信息联机分析数据模型与属性数据的混合关联方法，其特征是：将表示图形的坐标和地形数据存储为独立文件，将属性表独立存储在商业数据库管理系统中，通过标识码实现其连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高建强，王占宏，金笑天，黎治华，范大凯，
申请(专利权)人：上海众恒信息产业有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]