geodaassh數(shù)據(jù)模型的約束機制

geodaassh數(shù)據(jù)模型的約束機制

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應用、分析和決策的準確性和可靠性。隨著GIS的發(fā)展,數(shù)據(jù)質(zhì)量問題日益突出,GIS空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析控制已成為當前GIS研究的重點和難點。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量主要指數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中形成的數(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)應用質(zhì)量)已成為衡量數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標。本文所說的質(zhì)量約束和控制不同于普通數(shù)字化過程中對數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制,重點不再側(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)實意義中的拓撲幾何關(guān)系的正確性約束等。本文以建立道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫為例,針對數(shù)據(jù)應用中的質(zhì)量問題對基于數(shù)據(jù)檢查和約束的第三代地理數(shù)據(jù)模型Geodatabase進行研究,該模型在屬性域、關(guān)系以及拓撲幾何位置方面定義一系列的約束條件,利用這些約束條件和有效規(guī)則對地理數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行檢查和加強,以達到控制數(shù)據(jù)的應用質(zhì)量的目的。1空間數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)庫的關(guān)系空間數(shù)據(jù)模型是對客觀地理世界的模擬和抽象,反映現(xiàn)實世界中空間實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)庫模式的基礎。對空間數(shù)據(jù)模型的認識和研究可幫助我們了解GIS中的數(shù)據(jù)存儲以及組織管理等問題,影響到GIS應用的成敗。1.1geodatacr簡介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)實世界抽象為若干對象類,而不是簡單的點、線、面要素。雖然對象類本身并沒有空間特征,但給每個對象類都賦予了屬性、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,可通過定義關(guān)系類來描述特征類或?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)對象,并存儲在要素類、對象類和要素集中,如圖1所示。Geodatabase模型同Coverage模型一樣,支持要素間的拓撲關(guān)系,但其引入的拓撲關(guān)系規(guī)則,不同于Coverage中嚴格的拓撲關(guān)系。在Geodatabase中可以直接定義關(guān)系和規(guī)則,其實拓撲關(guān)系規(guī)則就是新增加的一個類,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。用戶可以設定空間數(shù)據(jù)必須滿足的拓撲關(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)則的約束機制,如此用戶便可以自定義約束條件(規(guī)則)對數(shù)據(jù)質(zhì)量進行約束,并將其放在數(shù)據(jù)模型的層次里,在表達空間數(shù)據(jù)之間關(guān)系的同時也約束著空間數(shù)據(jù)的錄入和編輯時的數(shù)據(jù)質(zhì)量,以加強數(shù)據(jù)的應用質(zhì)量,可被認為是一種數(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制。1.2geodata基地數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)質(zhì)量限制機制1.2.1基于geodata東南角的數(shù)據(jù)模型對屬性進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。這樣經(jīng)過屬性約束的數(shù)據(jù)庫可以保證在數(shù)據(jù)錄入(或更新)時從海量數(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)生的錯誤,在一定程度上保證了數(shù)據(jù)屬性的正確性,同時減少工作人員的工作量。為了減少空間數(shù)據(jù)編輯和更新過程中的誤差,Geodatabase數(shù)據(jù)模型為空間數(shù)據(jù)建庫提供的屬性域約束對入庫數(shù)據(jù)進行檢查,加強數(shù)據(jù)的應用質(zhì)量,其工作機制如圖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,對應兩種不同的屬性域:范圍域和代碼值域。范圍域為屬性指定連續(xù)的取值范圍;而代碼值域則給一個屬性指定有效的離散取值集合,包括兩個值,一個是存儲的實際值,一個是實際值的用戶友好描述。1.2.2可擴展性地理關(guān)系的拓撲規(guī)則Geodatabase模型提供了一個框架,各個要素在其中可能發(fā)生各種各樣的行為,如圖表類型、默認值、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世界進行模擬,同時保持地理數(shù)據(jù)庫中對象間的相對完整性。而拓撲可以視為是針對這種行為框架的擴展,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撲關(guān)系,Geodatabase數(shù)據(jù)模型提供了拓撲關(guān)系類。針對多邊形、線和點狀要素,拓撲關(guān)系類提供了大量的空間拓撲規(guī)則,這些規(guī)則相應地反映用戶所指定的空間數(shù)據(jù)必須滿足的拓撲關(guān)系約束,如相鄰、連接、覆蓋、相交、重疊關(guān)系等。通過修改拓撲關(guān)系規(guī)則,能夠方便地改變對拓撲關(guān)系約束,從而給管理空間數(shù)據(jù)帶來了很大的靈活性。此外,Geodatabase模型按選取規(guī)則到驗證規(guī)則最后處理錯誤這樣的處理流程來體現(xiàn)拓撲約束,可以幫助檢查出地理數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的大部分拓撲錯誤并加以修改,如圖3所示。在數(shù)據(jù)更新過程中也引入拓撲關(guān)系主動維護功能,這樣在數(shù)據(jù)編輯和更新過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)實世界中的地物都不是孤立的,任何一個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)模型通過關(guān)系來反映特征之間的關(guān)聯(lián),使空間數(shù)據(jù)不再是無意義的點、線、面,而是面向?qū)嶋H應用領(lǐng)域的復雜的客觀實體,可按照人們的思維習慣對現(xiàn)實地理世界中空間特征之間的相互關(guān)系進行表達。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)之間的應用語義關(guān)系,比如權(quán)屬、層次等關(guān)系。關(guān)系類由起始類和目標類組成。關(guān)系類的集勢被描述為有序?qū)?起始集勢—目標集勢),如一對一、一對多、多對一、多對多。一個關(guān)系類可以是簡單的,也可以是復合的。復合關(guān)系是指起始類和目標類之間一對多的關(guān)系,在復合關(guān)系中,起始類控制著目標類的存亡。而簡單關(guān)系是指一對一的關(guān)系,在簡單關(guān)系中,相關(guān)聯(lián)對象單獨存在,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對象子類型可以和目標類中的哪個對象子類型有關(guān)聯(lián),同時也可以用于指定一個有效集勢的范圍。關(guān)系類通過指定參加了關(guān)系定義要素類之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則,對這些要素類進行約束,使關(guān)系有效,如此便可確保對象間的參照完整性,有助于保證數(shù)據(jù)的查詢、檢索和分析時的質(zhì)量。2地理數(shù)據(jù)的應用質(zhì)量和應用質(zhì)量得到加強利用ArcGIS中的Geodatabase可以完成傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)中無法或者很難完成的一些地理數(shù)據(jù)應用質(zhì)量的檢查和加強。以建立某地區(qū)道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫為例,Geodatabase模型可定義屬性域、拓撲關(guān)系規(guī)則來檢查這些原始道路數(shù)據(jù)在數(shù)字化過程中存在的錯誤,同時通過添加實際數(shù)據(jù)中存在的一些關(guān)系有效規(guī)則進行約束,達到數(shù)據(jù)質(zhì)量加強的效果。2.1道路單行線屬性的把握問題在道路網(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,對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,否則會檢查出錯誤,數(shù)據(jù)不能錄入數(shù)據(jù)庫中,如此便可以對地理數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行控制。根據(jù)不同的實際應用設定不同的屬性域,就可以約束不同范圍的地理數(shù)據(jù)質(zhì)量,無需編碼即可選擇對用戶應用最有意義的數(shù)據(jù),減少人工工作量。2.2道路拓撲錯誤在道路網(wǎng)數(shù)據(jù)建模中,道路用線狀要素描述。對道路線狀要素在數(shù)字化過程中可能出現(xiàn)的相對位置不正確性,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提供拓撲規(guī)則來反映道路要素的這些拓撲關(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)拓撲關(guān)系的正確性,其檢查結(jié)果會作為一個特殊的圖層加載到地圖文檔中進行顯示,所有存在拓撲關(guān)系錯誤的地方都會在該層中以特定(可自定義)的顏色和符號顯示出來。也可以打開錯誤查看器(ErrorInspector)以列表方式查看所有拓撲關(guān)系出錯記錄。錯誤查看器中的錯誤記錄與地圖上的要素是相關(guān)聯(lián)的,點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。對于特殊情況,拓撲錯誤也可當成例外處理。數(shù)字化過程不可避免的人為錯誤導致不能保證道路要素的空間分布關(guān)系完全正確,Geodatabase模型建立道路拓撲類,并添加了必要的拓撲約束規(guī)則,如此便可輕松地檢查和處理道路要素中存在的拓撲錯誤,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的關(guān)系等。在該道路網(wǎng)中,Geodatabase模型可建立關(guān)系類見表1。公交線路和公交站點的關(guān)系是復雜的一對多的關(guān)系,一條公交線路對應多個公交站點,在一條公交線路被取消時,公交站點可能不會被取消,因為一般情況下,一個公交站點可以停靠多條公交線路;一條路段可以對應多個路口,而一個路口也可以對應多條路段,因此它們之間是多對多的關(guān)系。在關(guān)系建立之后,利用ArcMap工具在關(guān)系中導航,便可通過公交路線找到與其相應的公交站點,在路口處查找出相關(guān)聯(lián)的路段。移動一個公交站點,與其相連的公交路線就可以自動根據(jù)這種對象關(guān)系完成必要的移動,無需人為干預。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,可自動依據(jù)對象關(guān)系更