基于对象—关系模型存储GIS数据的研究
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摘要
数据是GIS数据库中最核心的部分，而数据库的设计与实现则是GIS系统优劣的前提和关键。选择什么样的数据库作为数据存储和管理的基础，如何利用数据库系统实现对GIS空间数据的管理、如何确保GIS数据的完整性和一致性、如何获得GIS对空间数据库访问的高效性等等，这些问题都是整个GIS系统设计中的重要环节和核心内容。
本论文对GIS的数据结构及其空间数据在关系数据库，对象数据库和关系-对象数据库中的存储、查询、索引等进行了讨论，得出利用对象关系数据库是最为方便、有效的方法。
目前最常用的是关系型数据库，它是在一个较低级的层次上，用一系列的表列和行处理结构化的数据，但在表达非结构化的空间数据方面存在许多缺陷。
使用面向对象的模型存储空间地物是高效、易于理解的，但面向对象型数据库不支持基于工业标准的SQL语句，同时与其它类型数据库没有良好的兼容关系。这限制了它的使用范围与应用前景。
而对象关系数据库将面向对象模型引入到关系数据库中，采用对象模型的智能化对非结构化的空间数据进行有效处理，避开其繁杂的关系操作，不仅仍保留对SQL标准的支持，而且扩展到也能对对象数据进行SQL操作。它突破了纯面向对象数据库的不通用性，以及纯关系数据模型的范式限制，实现了对象操作与关系操作的优势结合。
Oracle Spatial是Oracle8i及以上版本数据库为实现快速、高效的储藏、存取、分析空间数据而把相关函数和过程集在一起的专用组件。利用Oracle Spatial可以在单个数据库事例中，实现非结构化、有嵌套关系的空间、属性数据的统一存储和管理。本文研究了Oracle数据库的空间数据类型的客户端映射。扩展了Oracle C++ Class的功能，设计了空间存取、查询、索引等操作的扩展类库，在GIS应用程序和数据库之间架设了一座桥梁，使空间数据和属性数据得到了有效的管理和使用。
For data is the kernel of GIS, the design and realization of spatial database is the precondition and key to the whole system design. To choose which kind of database for the storage and management of GIS data, how to realize the data management by using database system, how to make sure the integrality and consistency of geographic data and how to gain the high efficiency of the access to the spatial database are all the important questions that need to be solved during the whole system design.
Through the analysis on the GIS data structure and the geographic data storage in several kinds of database system-RDBMS, OODBMS and object-relational DBMS (ORDBMS), the research concludes that the most convenient and efficient one is ORDBMS.
At present, RDBMS is the widest used DBMS in the GIS. It can easily deal with the structured data by a series of table rows and lists, but there is much limitation in that of unstructured data.
On the contrary, OODBMS is efficient and comprehensible in graphic data storage, but it don't support SQL based on industry standard, and neither have a compatible relationship with other kinds of DBMS. These greatly restrict its using area and foreground.
ORDBMS brings object model into RDBMS and uses the intelligent of object model to deal with unstructured spatial data, so it avoids multifarious relational operation and not only remains the support for SQL standard, but also extends to the management of object data by SQL. It breaks through the limitation of pure OODBMS and the formula restrict of pure RDBMS.
Oracle Spatial is the Oracle spatial groupware for fast data memory, access and analyze. This paper explores the ORACLE database' s capability of storing, managing, querying the spatial data, including other capability of supporting index of the spatial data, and transforming the data from one coordinate system to another coordinate system.
本论文对GIS的数据结构及其空间数据在关系数据库，对象数据库和关系-对象数据库中的存储、查询、索引等进行了讨论，得出利用对象关系数据库是最为方便、有效的方法。
目前最常用的是关系型数据库，它是在一个较低级的层次上，用一系列的表列和行处理结构化的数据，但在表达非结构化的空间数据方面存在许多缺陷。
使用面向对象的模型存储空间地物是高效、易于理解的，但面向对象型数据库不支持基于工业标准的SQL语句，同时与其它类型数据库没有良好的兼容关系。这限制了它的使用范围与应用前景。
而对象关系数据库将面向对象模型引入到关系数据库中，采用对象模型的智能化对非结构化的空间数据进行有效处理，避开其繁杂的关系操作，不仅仍保留对SQL标准的支持，而且扩展到也能对对象数据进行SQL操作。它突破了纯面向对象数据库的不通用性，以及纯关系数据模型的范式限制，实现了对象操作与关系操作的优势结合。
Oracle Spatial是Oracle8i及以上版本数据库为实现快速、高效的储藏、存取、分析空间数据而把相关函数和过程集在一起的专用组件。利用Oracle Spatial可以在单个数据库事例中，实现非结构化、有嵌套关系的空间、属性数据的统一存储和管理。本文研究了Oracle数据库的空间数据类型的客户端映射。扩展了Oracle C++ Class的功能，设计了空间存取、查询、索引等操作的扩展类库，在GIS应用程序和数据库之间架设了一座桥梁，使空间数据和属性数据得到了有效的管理和使用。
For data is the kernel of GIS, the design and realization of spatial database is the precondition and key to the whole system design. To choose which kind of database for the storage and management of GIS data, how to realize the data management by using database system, how to make sure the integrality and consistency of geographic data and how to gain the high efficiency of the access to the spatial database are all the important questions that need to be solved during the whole system design.
Through the analysis on the GIS data structure and the geographic data storage in several kinds of database system-RDBMS, OODBMS and object-relational DBMS (ORDBMS), the research concludes that the most convenient and efficient one is ORDBMS.
At present, RDBMS is the widest used DBMS in the GIS. It can easily deal with the structured data by a series of table rows and lists, but there is much limitation in that of unstructured data.
On the contrary, OODBMS is efficient and comprehensible in graphic data storage, but it don't support SQL based on industry standard, and neither have a compatible relationship with other kinds of DBMS. These greatly restrict its using area and foreground.
ORDBMS brings object model into RDBMS and uses the intelligent of object model to deal with unstructured spatial data, so it avoids multifarious relational operation and not only remains the support for SQL standard, but also extends to the management of object data by SQL. It breaks through the limitation of pure OODBMS and the formula restrict of pure RDBMS.
Oracle Spatial is the Oracle spatial groupware for fast data memory, access and analyze. This paper explores the ORACLE database' s capability of storing, managing, querying the spatial data, including other capability of supporting index of the spatial data, and transforming the data from one coordinate system to another coordinate system.
引文
【1】 李玉龙，何凯涛等编著；ArcView GIS基础与制图设计；电子工业出版社
【2】 曹芳：加快GIS发展，增强信息技术融合；中国电子信息产业发展研究院软件产业研究所，2002年1月
【3】 毕思文，许强等；地球系统科学；北京：科学出版社，2002年
【4】 吴信才编著；地理信息系统设计与实现；电子工业出版社，2002年1月
【5】 Hassan Kiswani: Integration of ArcView GIS, Oracle, and SDE as Part of a GIS-based Maintenance Management System for LEMA Water Company's Water and Sewerage Network; available at URL http://gis.esri.com/library/userconf/proc00/professional/abstracts/a289.htm
【6】 汤国安，赵牡丹编著；地理信息系统；科学出版社，2000年10月
【7】 Nebraska; Importing Vector Objects from Oracle Spatial layers; available at URL http://www.microimages.com/documentation/68oraclel.pdf.April 2003
【8】 张超，王远飞，李治洪等编著；地理信息系统实习教程；高等教育出版社；2000年8月出版
【9】 朱光，季晓燕，戎兵等编著；地理信息系统基本原理及应用；测绘出版社；1997年6月出版
【10】 肖乐斌，钟耳顺，刘纪远，宋关福；GIS空间概念模型的研究；中国之窗网，2004年1月
【11】 戴欣明，章孝灿；一种关系化的GIS空间数据结构；计算机应用研究，2003年(3)，—56—57
【12】 UCLA ArcSDE-Oracle GIS Database Server: avilable at URL http://gisdb.cluster.ucla.edu/access.htm
【13】 Johannn-Christoph Freytag, Miroslav Flasza, Michael Stillger; Implementing Geospatial Operations in an Object-Relational Database System; 0-7695-0686-0, 2000 IEEE
【14】 刘靖侨，周波，董金祥；对象—关系型数据库系统的类型扩展；计算机应用研究，2002(4)，—23—26
【15】 王军，张瑶新，夏洪山；对象关系数据库—标准与实现；民用航空专业学术论文集，1999(3)，—131—133
【16】 Michael Stonebraker；对象关系数据库管理系统：下一个浪潮；北京大学出版社，1998年
【17】 Wei Xinguo; Object-oriented electric distribution system data modeling in a GIS context: Dissertation Abstracts International, Volume: 57-07, Section: B, page: 4620.; Chairperson: S. S. Venkata
【18】 王映辉；基于ORDB的GIS空间数据组织与实现；计算机工程与应用，2003，39(4)，—45—47，142
【19】 俞能海，王晓刚，刘政凯；RS与GIS一体化数据结构的研究；武汉测绘科技大学学报，2000(4)，Vol．25 No．4，-305-311
【20】 牛雪峰，孙运生，杨国东；三维地理信息系统面向对象数据结构；世界地质，1999(9)，Vol．18
【21】 李德仁，林宗坚；一体化空间数据结构研究；测绘学科博士论文摘要选登(三)，1999
【22】 Oracle Spatial—An Oracle Technical White Paper, May 2001
【23】 http://otn.oracle.com/products/spatial
【24】 Oracle Spatial Option Location-Based Sevices for Oracle9i-Oracle Spatial Data Sheet
【25】 Oracle Spatial-User's Guide and Reference: Release 8.1.7
【26】 Oracle Spatial在GIS中的应用；曹云刚 范东明；四川测绘，2002，25(4)．-167-169，173
【27】 许捍卫；空间数据存储机制研究；计算机应用研究，2003，20(2)．-39-40，74
【28】 张大争 何建国 等；基于Oracle Spatial的异构空间数据应用研究；国土资源信息化，2002(3)．-33-36
【29】 周新忠，赵俊三；GIS中应用Oracle Spatial对象模型进行空间数据存储的分析；矿山测量，2002(3)．-47-50
【30】 Heton Ashley Morrjs; A fuzzy object oriented approach for managing spatial data with uncertainty; available at URL http://portal.acm.org/citation.cfm?id=763782&jmp=abstract&dl=GUIDE&dl=GUIDE
【31】 Howard Williams, Norman Paton, Alia Abdelmoty: Extending a deductive object-oriented database system with spatial data handling facilities; Inforamtion and Software Technology, 1999[41]: 483-497
【32】 C. Picouleau; Reconstruction graph and testing their properties in a relational spatial database; Computers and Mathematics with Applications, 2002(43): 1391-1406
【33】 刘光编著；地理信息系统二次开发教程——语言篇：清华大学出版社，2003年1月1日第一版；
【34】 刘光编著；地理信息系统二次开发教程——组件篇；清华大学出版社，2003
年1月1日第一版；
【35】 Ankumbure Dewayalage Gunadasa: Spatial database integration, a GIS approach; spring 1999
【36】 许春杰；基于oracle数据库的空间地理数据存储和查询研究：2003年7月，硕博论文选；
【37】 Qingsong Lu, Ming Yu; A survey of web-based Spatial Database: Fall 2001
【38】 John Cartwright: ArcSDE/Oracle Spatial Notes; available at URL http://hypernews.ngdc.noaa.gov/HyperNews/get/sde-oraspatial-notes.html?inline=-l&nogifs
【39】 Transfering Data between ArcSDE Geodatabases on Oracle; available at URL http://www.systematics.co.il/gis/Technical Updates/Tips&Tricks/ArcSDE/PortingDBa.pdf
【40】 Stoimenov, L. : Djordjevic-Kajan, S.: Stojanovic, D.: Integration of GIS data sources over the internet using mediator and wrapper technology: Electrotechnical Conference, 2000, Melecon 2000, 10th Mediterranean, Volume: 1,2000, Page(s): 334-336
【41】 Implementation of ORACLE in an ARC/Info-ARCVIEW GIS Environment: available at URL http://www.digitalcorp.com/howora.html
【2】 曹芳：加快GIS发展，增强信息技术融合；中国电子信息产业发展研究院软件产业研究所，2002年1月
【3】 毕思文，许强等；地球系统科学；北京：科学出版社，2002年
【4】 吴信才编著；地理信息系统设计与实现；电子工业出版社，2002年1月
【5】 Hassan Kiswani: Integration of ArcView GIS, Oracle, and SDE as Part of a GIS-based Maintenance Management System for LEMA Water Company's Water and Sewerage Network; available at URL http://gis.esri.com/library/userconf/proc00/professional/abstracts/a289.htm
【6】 汤国安，赵牡丹编著；地理信息系统；科学出版社，2000年10月
【7】 Nebraska; Importing Vector Objects from Oracle Spatial layers; available at URL http://www.microimages.com/documentation/68oraclel.pdf.April 2003
【8】 张超，王远飞，李治洪等编著；地理信息系统实习教程；高等教育出版社；2000年8月出版
【9】 朱光，季晓燕，戎兵等编著；地理信息系统基本原理及应用；测绘出版社；1997年6月出版
【10】 肖乐斌，钟耳顺，刘纪远，宋关福；GIS空间概念模型的研究；中国之窗网，2004年1月
【11】 戴欣明，章孝灿；一种关系化的GIS空间数据结构；计算机应用研究，2003年(3)，—56—57
【12】 UCLA ArcSDE-Oracle GIS Database Server: avilable at URL http://gisdb.cluster.ucla.edu/access.htm
【13】 Johannn-Christoph Freytag, Miroslav Flasza, Michael Stillger; Implementing Geospatial Operations in an Object-Relational Database System; 0-7695-0686-0, 2000 IEEE
【14】 刘靖侨，周波，董金祥；对象—关系型数据库系统的类型扩展；计算机应用研究，2002(4)，—23—26
【15】 王军，张瑶新，夏洪山；对象关系数据库—标准与实现；民用航空专业学术论文集，1999(3)，—131—133
【16】 Michael Stonebraker；对象关系数据库管理系统：下一个浪潮；北京大学出版社，1998年
【17】 Wei Xinguo; Object-oriented electric distribution system data modeling in a GIS context: Dissertation Abstracts International, Volume: 57-07, Section: B, page: 4620.; Chairperson: S. S. Venkata
【18】 王映辉；基于ORDB的GIS空间数据组织与实现；计算机工程与应用，2003，39(4)，—45—47，142
【19】 俞能海，王晓刚，刘政凯；RS与GIS一体化数据结构的研究；武汉测绘科技大学学报，2000(4)，Vol．25 No．4，-305-311
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【21】 李德仁，林宗坚；一体化空间数据结构研究；测绘学科博士论文摘要选登(三)，1999
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【23】 http://otn.oracle.com/products/spatial
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【26】 Oracle Spatial在GIS中的应用；曹云刚 范东明；四川测绘，2002，25(4)．-167-169，173
【27】 许捍卫；空间数据存储机制研究；计算机应用研究，2003，20(2)．-39-40，74
【28】 张大争 何建国 等；基于Oracle Spatial的异构空间数据应用研究；国土资源信息化，2002(3)．-33-36
【29】 周新忠，赵俊三；GIS中应用Oracle Spatial对象模型进行空间数据存储的分析；矿山测量，2002(3)．-47-50
【30】 Heton Ashley Morrjs; A fuzzy object oriented approach for managing spatial data with uncertainty; available at URL http://portal.acm.org/citation.cfm?id=763782&jmp=abstract&dl=GUIDE&dl=GUIDE
【31】 Howard Williams, Norman Paton, Alia Abdelmoty: Extending a deductive object-oriented database system with spatial data handling facilities; Inforamtion and Software Technology, 1999[41]: 483-497
【32】 C. Picouleau; Reconstruction graph and testing their properties in a relational spatial database; Computers and Mathematics with Applications, 2002(43): 1391-1406
【33】 刘光编著；地理信息系统二次开发教程——语言篇：清华大学出版社，2003年1月1日第一版；
【34】 刘光编著；地理信息系统二次开发教程——组件篇；清华大学出版社，2003
年1月1日第一版；
【35】 Ankumbure Dewayalage Gunadasa: Spatial database integration, a GIS approach; spring 1999
【36】 许春杰；基于oracle数据库的空间地理数据存储和查询研究：2003年7月，硕博论文选；
【37】 Qingsong Lu, Ming Yu; A survey of web-based Spatial Database: Fall 2001
【38】 John Cartwright: ArcSDE/Oracle Spatial Notes; available at URL http://hypernews.ngdc.noaa.gov/HyperNews/get/sde-oraspatial-notes.html?inline=-l&nogifs
【39】 Transfering Data between ArcSDE Geodatabases on Oracle; available at URL http://www.systematics.co.il/gis/Technical Updates/Tips&Tricks/ArcSDE/PortingDBa.pdf
【40】 Stoimenov, L. : Djordjevic-Kajan, S.: Stojanovic, D.: Integration of GIS data sources over the internet using mediator and wrapper technology: Electrotechnical Conference, 2000, Melecon 2000, 10th Mediterranean, Volume: 1,2000, Page(s): 334-336
【41】 Implementation of ORACLE in an ARC/Info-ARCVIEW GIS Environment: available at URL http://www.digitalcorp.com/howora.html
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