第07-12章基本概念.pdf

数据管理篇 25 第 7 章 MAPGIS7.0 基本概念 7.1 GIS 体系演变 随着人们对空间信息认识的逐步深入，以及相关需求的迅速增长， GIS 的应用不论在深度还是 广度上都以迅猛的势头发展。 与此同时，GIS 技术的研究和开发也有了长足的进步。但是，当前的 GIS 软件与日益提高的社会需求相比，还存在着明显的差距。在数据组织与处理模式方面，仍然沿 袭地图处理的模式，而不是面向真实的地理实体；不同尺度不同来源的空间对象之间缺乏互动关系； 对三维空间数据和时序数据还缺乏有效的处理手段；在网络和分布式系统组成方面，还没有实现真 正意义下的 RPC 和“对等”的工作模式；GIS 功能共享和互操作问题尚未解决，以系统为中心的问 题没有得到根本的克服。 随着计算机网络技术的发展，J2EE 和.net 技术的日趋成熟，以单一系统或网络为核心向全球信 息网格GIG体系发展,GIS 的横向也相应向空间信息网格SIG体系发展。随着计算机组件技术的发 展，特别是分布式服务组件技术日趋成熟，在纵向上,GIS 朝着三层、多层结构体系发展。 “多层结构、空间信息网格SIG” 的核心是 “面向服务” 。 “面向服务”的提出，使以往的“共 享” 、 “异构数据互操作”渐渐得以解决。同时解决了“海量空间数据在互联网上调用速度问题” 、 “不 同系统之间数据不通问题” ，因为从用户角度来说，它不考虑数据只要服务。因此，管理数据的软件 必须提供数据服务， “谁管数据谁提供服务” ； “应用端请求服务而不是直接操作数据” ； “服务端提 供服务而不是提供数据内部结构” 。各个站点管理数据的软件、提供应用服务功能的软件都可以由不 同的厂商提供。 针对当前 GIS 软件的局限，中地数码在多年研究的基础上，致力于开发以“第四代 GIS 技术” 为特征的新一代超大型 GIS 基础软件平台。 其设计面向 “纵向多层、 横向网格” 的分布式体系， “面 向服务”的最新思想，适应广域 网络环境下空间数据的分布式计算，达到海量 TB 级空间数据的管 理，支持 Unix／Linux 大型服务器，以满足国家空间基础设施建设的需要。 下图是 GIS 体系的演变示意图。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 26 7.2 系统架构 MAPGIS 7.0 按照 N 层体系结构建立大型 GIS 总体架构，具体可分为表示层、web 服务层、应用 逻辑层以及数据服务层（如图 7- 2） 。多层结构提供了灵活的系统伸缩性，在数据服务层、 Web 服务 层、应用逻辑层、以及表示层之间建立符合国际标准的访问接口。 实际应用部署时，某个 Web 服务器可以调用多个应用服务器提供的功能；应用服务器可以是针 对某个专题的专用服务器，也可以是针对主题或领域的集成服务器；应用服务器与不同的专题数据 库服务器连接，根据应用逻辑获取、更新专题数据库中的数据，并完成相应的功能。 图 7-1 GIS 体系演变示意图 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 27 表示层 表示层直接面向客户，提供空间数据表示和信息可视化功能，运行于 Windows 系列操作系统， 可以是浏览器、瘦客户或胖客户。客户端可以通过 SOAP、HTTP、XML、HTML 等协议与 web 服 务层建立连接，发送请求，接收后者提供的 web 服务，这种模式下，系统是一种多层的结构体系。 客户端还可以通过 DCOM、 CORBA、 RMI 等协议或规范连接到应用逻辑层， 通过远程过程调用 （RPC） 使用应用逻辑层上的远程服务，应用逻辑层再与数据服务层连接，获取或更新数据库中的数据，构 成三层结构。 胖客户也可以直接与数据服务层连接，获取或更新数据库中的数据，客户端完成全部 分析运算，形成典型的两层结构。 web 服务层 Web 服务层提供 空间信息 Web Services， 基于 .NET 或 J2EE 构架， 在 Internet 网络上实现空间 信息服务的远程过程调用（RPC）以及空间信息共享和发布。系统采用分布式组件技术和高效空间 数据压缩还原技术解决服务器负载均衡并减少信息传输量，支持构建 B/S 业务应用和大用户量并发 访问。系统同时支持栅格和矢量的信息发布模式，适应不同的应用需求。 Windows Windows NT Windows NT Windows NT Windows 2000/XP Windows 2000/XP Windows 2000/XP Linux Linux Linux / Unix 图 7-2 MAPGIS7.0 的多层体系结构 表示层 Web 服务层 应用逻辑层 数据层 Web 服务器 应用服务器 DBMS SDE SDE SDE SQL、JDBC、 OCI、 空间数据库服务器 SOAP HTTP XML HTML 浏 览 瘦客户 胖客户 移动电话 掌上电脑 笔记本 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 耀 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 28 Web 服务层采用 ASP、 PHP 或 WSDL 提供 Web 服务接口。 提供空间元数据发布、 空间数据获取、 空间分析、空间定位（如手机定位服务、最短路径、最佳路径等）等方面的 Web 服务功能。 应用逻辑层 应用逻辑层实现下列功能 提供空间数据的管理与一致性维护； 实现多源数据集成； 建立不同类型数据之间的关联关系，如空间元数据和空间数据之间的关系； 提供各种分析处理功能。 应用逻辑层包括数据驱动层、数据管理层、核心功能层、概念层、接口层等二级层次。 数据层 数据层由空间数据库引擎和大型商用数据库构成，用于建立空间数据库，存储、管理和维护各类 数据，建立并维护空间、非空间索引。 空间数据库建立在大型商用数据库管理系统（ DBMS）基础之上，采用两种技术路线实现对空 间数据的存储、管理、检索和维护，一种是直接基于关系建立空间数据库；另一种是利用某些数据 库提供的空间对象，建立空间数据库。 空间数据库引擎建立适应海量数据存储管理的空间数据组织机制和空间索引机制。 数据层存储和管理以下类型的空间数据矢量数据、栅格数据、遥感影像数据、时态数据、空间 元数据。 7.3 数据模型 空间数据模型是对地理世界的抽象，是空间数据库设计的基础。从地理世界到计算机世界，空 间数据模型可以分为多个层次，如 OpenGIS 抽象规范将要素模型分为 9 个层次 ，这是较为详细的 划分。粗略地划分，则空间数据模型可划分成两个层次第一层是空间数据抽象模型或者空间数据 概念模型，其目的在于提取地理世界的主要特征，不考虑在计算机中的具体实现；第二层是空间数 据组织模型，是空间数据概念模型在计算机中的具体实现。 新一代 MAPGIS 空间数据模型的第一层是一种面向地理实体的空间数据模型， 它首先强调人对 地理世界的理解，其次才是如何将人对地理世界的理解图示化。这种模型将地理世界分解为实体， 通过描述实体的特性和实体间的关系，建立观察范围内的地理世界的视图，通过定义与实体特性、 实体关系相关的操作，模拟人类理解地理世界的语义环境。 7.3.1 模型的概念层次 MAPGIS 空间数据模型的概念分 6 个层次地理数据库、数据集、类、几何元素、几何实体、坐 标点，如图 7- 3 所示。 非空间实体被抽象为对象，空间实体被抽象为要素；相同类型的要素构成要素类；相同类型的对 象构成对象类；若干对象类或要素类组成要素数据集；若干要素数据集构成地理数据库。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 29 要素在某个空间参照系中的几何特征被抽象为几何元素，几何元素由任意的点状、线状或面状几 何实体组成，几何实体通过几何坐标点表达。 图 7- 3 MAPGIS7.0 空间数据模型概念层次 7.3.2 模型的特点 MAPGIS7 的空间数据模型将现实世界中的各种现象抽象为对象、 关系和规则， 各种行为 （操作） 基于对象、关系和规则，模型更接近人类面向实体的思维方式。该模型还综合了面向图形的空间数 据模型的特点，使得模型表达能力强，广泛适应 GIS 的各种应用。该模型具有以下特点 1 真正的面向地理实体，全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性规则、数据集、 地理数据库等概念； 2 对象类型覆盖 GIS 和 CAD 对模型的双重要求，包括要素类、对象类、关系类、注记类、 修饰类、动态类、几何网络； 3 具备类视图概念，可通过属性条件、空间条件和子类型条件定义要素类视图、对象类视图、 注记类视图和动态类视图。 4 要素可描述任意几何复杂度的实体，如水系。 5 完善的关系定义，可表达实体间的空间关系、拓扑关系和非空间关系。空间关系按照 9 交 模型定义； 拓扑关系支持结构表达方式和空间规则表达方式； 完整地支持 4 类非空间关系， 包括关联关系、继承关系完全继承或部分继承、组合关系（聚集关系或组成关系） 、依赖 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 30 关系。 6 支持关系多重性，包括 1- 1、1- M、N- M。 7 支持有效性规则的定义和维护，包括定义域规则、关系规则、拓扑规则、空间规则、网络 连接规则。 8 支持多层次数据组织，包括地理数据库、数据集、数据包、类、几何元素、几何实体、几 何数据，如图 7- 2 所示。 9 几何数据支持向量表示法和解析表示法，包括折线、圆、椭圆、弧、矩形、样条、bezier 曲线等形态。能够支持规划设计等应用领域。 要素数据集域集规则集栅格数据集TIN数据集 要素类对象类几何网络关系类 地理数据库 空间参照系 要素 注记类动态类 逻辑网络 弧段（TOP）点nodDat 块 维 1 0..* 1 * 1 * 1 1 1 1 1 1..* 1 0..* 1 0..* 1 1 1 * 1 * 1 0..* 1 0..* 连通性 连接边 连接点 1 * 1 0..* 1 0..* 1 0..*几何实体 几何形态 11 1 1 属性 转角元素 1 0..* 1 1..* 区线点 1 1..* 1 1..* 1 1..* 坐标点 1 * 坐标点 1 1 1 0..* 静态注记 1 0..* 1 1 1 1 属性注记 1 0..* 1 * 1 * 指北针 图框 修饰类 1 * 1 * 模版库 * * 贴片 1 * 图例 接图表 几何图形 1 * 1 * 1 * 1 * 1 * 轨迹 1 0..* 1 0..* 1 * 包 1 * 栅格目录 1 * 1 1 图 7-4 MAPGIS7.0 面向实体的空间数据模型 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 31 7.4 系统特点 1、分布式跨平台可拆卸的多层多级体系结构、分布式跨平台可拆卸的多层多级体系结构 最新的第四代多层结构体系； 具备完全支持“全球空间网格”能力； .net 和 j2ee 架构； 分布式全组件化的跨平台系统； 面向互连网的系统设计； 面向 “服务”的最新思想； 基于 GML 的开放式接口； 适应异构数据库的多级服务器协同工作环境； 2、面向地理实体的空间数据模型、面向地理实体的空间数据模型 面向地理实体的抽象模型； 可描述任意复杂度的空间特征和非空间特征的地理实体特征； 完全表达空间、非空间、非空间的多重性、实体的空间共生性的关系； 面向实体语义关系的操作； 统一了 GIS 与 CAD 对模型的要求的面向实体的信息可视化； 3、海量空间数据存储与管理、海量空间数据存储与管理 TB 级的空间数据存贮与处理能力； 矢量、栅格、三维、影像四为一体的海量数据存贮； 异构数据库的多级服务器数据更新与同步； 完全一致的存储无关的概念模型 （文件系统或 RDBMS； ） 基于版本和数据锁的长事务解决机制； 高效的空间索引（外包络矩形、 R 树、索引分割格网、空间编码四叉树） ； 4、时空处理、时空处理 采用 “元组级基态增量修正法”实施方案； 版本与增量相结合的时空数据模型； 元组级的时空数据控制粒度； 可实现单个实体时态演变； “事件”作为时态追踪的参考点； 通过时态数据索引管理； 任意时刻的历史回朔； 多用户并发的历史事件的控制； 5、真三维建模与可视化、真三维建模与可视化 三维海量数据的有效存储和管理； 三维模型数据一体化管理（ TIN、三维景观、三维地质） ； PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 32 三维数据的 LOD_RTree 索引组织技术； 面向实体和拓扑的数据组织； 三维数据专业模型的快速建立； 高程数据 TIN/GRD 模型的建立、处理等基本功能； 三维地质构造建模、断层处理技术； 地质体内属性三维分布建模技术； 三维数码景观动态建模技术； 三维数据的综合可视化和融合分析； 基于拓扑的三维剖切分析； 基于拓扑的等值面提取； 三维体数据的面绘制技术； 三维体数据直接体绘制技术； 6、空间信息应用服务、空间信息应用服务 提供基于 SOAP 和 XML 的空间信息 Web Services； 遵循 OpenGIS 规范，支持 WMS、WFS、WCS 等标准，以及 XML 和 GML3 标准； 支持互联网和无线互联网，支持各种智能移动终端； 提供各类高速缓存、无状态的负载平衡策略，满足高速度访问的需要； 提供用户权限的控制和安全策略； 提供空间分析、以及应用逻辑分析等服务，满足对空间数据库的专业查询和分析； 7、版本与长事务处理、版本与长事务处理 长事务期间，可以自由地编辑要素、执行地理分析、编辑地图； 长事务完时，如被实施，则更新到地理数据库中，否则丢弃； 使用乐观的并发访问控制技术实现长事务机制，没有对要素加锁； 允许产生编辑冲突，当提交事务时，检测冲突，并协调解决冲突； 版本控制使多个用户可直接编辑数据而不用锁定要素或复制数据； 版本管理具有版本创建、删除、归并、冲突解决等功能和机制； 8、作流管理、作流管理 基于网络拓扑数据模型的工作流控制引擎； 实现了业务的灵活调整和定制，解决了 GIS 和 OA 的无缝集成； 符合国际工作流联盟制定的规范； 不同业务流程之间的交叉，融合； 历史案件的办理过程不受模板变化的影响； 通过拓扑关系能够自动实现条件判断、循环、会签等功能； 工作流 “可扩充”性与动态表单可“自定义”性； 支持多级子表和数据字典； 9、空间元数据、空间元数据 元数据模式管理； PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 33 元数据采集、编辑和录入； 元数据存储、建库和管理； 元数据读取、查询和共享发布； 面向 Web 的客户端操作界面； 支持 SRW 协议（新一代 Z3950 协议） ，分布式检索能力强； 基于 XML、J2EE 和 Web Service 技术构建； 7.5 主要功能 1 空间数据管理空间数据管理 新一代 MAPGIS 空间数据管理具有以下特点 面向实体的空间数据模型 以地理实体及其关系的描述为核心，具有 2 维和 3 维的空间表达能力，同时支持基于结构和基 于空间规则的空间拓扑关系，全面支持继承、组合等非空间关系，适应复杂地学应用，同时兼顾制 图和 CAD 方面的需求。 具有面向网络的分布式数据管理机制 提供符合国际标准的数据服务，具有多级服务器体系结构。 多源数据集成管理 不同格式、不同尺度、不同类型（矢量、影像、格网、数字高程模型）的空间实体数据一体化 存储、管理和调度；互动、派生、更新；转换、分析、查询与融合。 针对海量空间数据管理的设计 TB 级的空间数据管理设计能力。 数据存储、查询管理 提供对要素类等十余种空间数据类的高效存储和目录管理功能；建立基于 R 树、四叉树、网格 分割索引等方法的多级索引；提供高效的查询功能，包括SQL 属性条件查询、空间条件查询、综 合查询。 空间数据安全管理 空间数据安全管理涵盖使用空间数据的用户、角色以及权限的管理。 空间数据备份与恢复管理 空间数据备份和恢复机制保证了空间数据库在遭受偶然故障时，将损失降至最小。空间数据库 管理系统提供完备的数据备份与恢复手段，包括完全备份、增量备份、定期备份 等功能。 2 空间信息应用服务空间信息应用服务 空间信息应用服务，主要是提供基于 SOAP 和 XML 的空间信息 Web Services，包含空间数据 的存取、交换、空间分析和空间运算、空间信息查询等空间信息服务。 空间应用服务器是 Web Services 中操作数据的中心，负责响应数据访问请求并将结果以合适的 数据格式返回到浏览器端。空间应用服务器可以将地理数据翻译成不同形式的可视数据，如栅格、 矢量、属性表、地理元数据等。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 34 新一代 MAPGIS 的空间信息应用服务遵循 OpenGIS 规范，支持 WMS、WFS、WCS 等信息服 务标准，以及 XML 和 GML3 标准。 新一代 MAPGIS 支持互联网和无线互联网，支持各种智能移动终端。提供各类高速缓存、无状 态的负载平衡策略，满足高速度访问的需要。根据用户权限的控制和安全策略，提供用户数据库访 问、分析、以及应用逻辑分析等服务，满足对空间数据库的专业查询和分析，完成系统的各类空间 信息服务。 3 三维动态建模与可视化三维动态建模与可视化 新一代 MAPGIS 中的三维矢量模型采用面向实体和拓扑的数据组织，实现 TIN、三维景观及三 维地质模型数据的一体化存储管理；采用栅格数据目录和栅格数据库组织方式，实现 DEM 与 DRG、 遥感影像等栅格类数据的统一存储管理。 三维景观系统支持通过二维矢量数据自动构建三维实体模型，如建筑物的自动建模；允许对场 景中三维实体进行多级组合形成专题要素并对其进行管理和查询； 提供 触发点机制实现在指定位置 或时间执行预设的事件，如切换场景、播放音乐等；提供网络远程操纵 三维场景的能力，支持三维 模型数据的网络分布式应用。 在地形建模方面，开发出顾及地形特征点 /线（如山脊、沟谷、水边界等）约束机制的分块调 度建模算法，实现了对大数据量地形数据的快速有效建模；针对大范围数字高程模型快速生成的需 求，提供了基于数字摄影测量技术的解算方法，实现了 SPOT5、IKONOS、QUICKBIRD 等影像数 据的 DEM 生成。 系统采用纹理库统一管理纹理数据， 支持海量纹理数据的压缩存储调度； 采用 LOD_OR 树索引 技术实现基于视觉特性与自适应技术的大规模三维模型的快速浏览和对三维模型的快速查询；提供 统一的三维视窗开发平台，兼顾 OPENGL 1.3 和 DIRECT 3D 8.1 两种三维渲染引擎，并保持对高低 端硬件的兼容。 4 空间信息可视化与制图空间信息可视化与制图 空间信息表达就是将大量复杂的空间数据快速、有效的以地图的形式可视化的表现出来。新一 代 MAPGIS 版秉承了地图出版印刷和地图表现方面的优势， 能对 2D、 3D 空间数据完成快速可视化， 具有符号库、颜色库管理；具有多样式的要素绘制表现能力。空间数据表达原理图如下所示 图 7- 5 空间信息表达原理示意图 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 35 新一代 MAPGIS 兼顾 GIS 和数字制图的需要， 设计了可视化规则库， 应用规则来控制空间数据 的可视化和符号化，同一空间要素集应用不同的规则可以得到不同的可视化效果。根据数据量和应 用的不同，系统提供多种实现策略来提高可视化的效率；专题制图、辅助分析和决策能力得到较大 提升。 5 空间元数据管理空间元数据管理 空间元数据是地理空间数据的描述信息，主要用于海量、分布式信息数据的检索。 新一代 MAPGIS 中空间元数据系统主要由元数据采集器和元数据服务器组成，其设计面向元数据的建库管 理、网络发布及分布式检索，基于 XML 和 J2EE 技术构建，具有分布式、跨平台、能兼容异构数据 源等特点，提供如下主要功能 元数据模式管理元数据的标准由元数据模式来描述；系统提供元数据模式的注册、注销及 根据模式校验元数据有效性等功能。 元数据建库元数据库的基本数据组织单位是符合某一元数据模式的元数据集合；系统提供 元数据库的创建、删除、备份及导出等功能。 元数据录入编辑通过元数据采集器可对元数据进行编辑，根据元数据模式动态调整录入界 面，确保数据与模式的一致性。 数据缓冲管理 元数据服务器提供元数据及其摘要的缓冲管理， 提高元数据查询和 Web 发布 等操作的性能。 分布式检索支持支持新一代 Z3950 协议（ZING）的检索服务 SRW（Search/Retrieve Web Service） ，实现分布式检索。 6 时态数据管理时态数据管理 MAPGIS 通过对历史数据建立可追溯的机制，实现时态数据管理，其原理可以简单地称为“元组 级基态修正法”，具有以下特点 历史数据记录的粒度可达元组级 历史数据的粒度可分为数据集、实体、元组、字段这四个级别，粒度越小，历史数据的冗余也 越小，但技术难度越大，历史数据管理成本（如历史数据索引）越大。 MAPGIS 历史数据管理建立在元组级，既能够有效控制和减少历史数据的冗余，又不会使历史 数据管理太复杂。 基态 增量修正法 MAPGIS 记录发生变化的元组的历史数据，对空间数据集而言，是局部增量。 MAPGIS 在初始时刻记录完整的历史数据集，通过初始状态和元组集历史数据正向推演出任意 历史时刻的数据集。完整的历史数据集是数据集在某一历史时刻的快照，为了不使任意时刻数据状 态的推演过程太长，MAPGIS 在历史数据记录累计到一定程度时，自动建立一个数据快照。 单个实体历史演变可追踪 通过在历史数据中记录新的空间实体的父实体标识，实现正向和反向追踪单个实体的历史演变 过程。引发实体演变的原子操作包括添加、修改、删除、分解、合并 “历史事件”作为历史追踪的参照点 历史数据管理建立在“历史事件”和“历史动作”这两个基本概念之上，历史动作产生历史数据， PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 36 历史事件以历史动作为标志，从而得到任意时刻的数据。 7 版本与长事务处理版本与长事务处理 GIS 的许多应用都涉及长期的设计工作， 许多人需要并发地编辑地理数据 。采用商业数据库 提供的短事务模型不能满足这种长时间并发访问的要求。 新一代 MAPGIS 数据模型通过一个称为版本化的数据管理框架， 提供长事务处理机制来满足这 些应用需要。在长事务处理期间，可以自由地添加设计的要素、执行地理分析、编辑地图，所有这 些都不影响正常的地理数据库。当设计完成时，如果设计被实施，则把变更更新到地理数据库中， 否则丢弃变更。 在实际应用中，相对于海量地理数据，编辑的量很小，所以新一代 MAPGIS 使用乐观的并发性 访问控制技术实现长事务机制，即一个长事务开始时，没有任何锁加到要素上。这种方式允许产生 编辑冲突，当提交事务时，检测冲突，并协调解决冲突。在实际的工作流程实践中，编辑冲突并不 经常发生，并且比起长事务期间锁住要素来说，协调冲突的代价比较小。 版本控制是新一代 MAPGIS 长事务的实现机制， 它使多个用户可直接编辑某个地理数据库而不 用明确地锁定要素或复制数据。 新一代 MAPGIS 版本管理具有版本创建、删除、归并、冲突解决等功能和机制。 8 工作流管理工作流管理 通过对 GIS 网络数据模型和工作流需求的深入研究，提出一个将工作流控制变成网络控制的工 作流模型。工作流定义和实例数据统一存放在关系数据库中，实现了业务的灵活调整和定制，解决 了 GIS 和办公自动化的无缝集成。案件的描述是通过“一个模板多个实例”和“多个实例统一存储”的 机制实现的，相同类型的案件都是参照同一模板建立起来的不同实例，实例之间相互隔绝，多个按 同一或不同模板建立的实例在数据库中统一存储，这样便于不同业务流程之间的交叉，有力的促进 系统间的必要融合，历史案件的办理过程能够不受任何模板变化的影响。通过拓扑关系能够自动实 现条件判断、循环、会签等功能。工作流控制模块与动态表单模块充分考虑了“MAPGIS 工作流 其他厂商自定义表单” 和 “其他厂商工作流MAPGIS 自定义表单” 两种情况， 与多层安全体系挂钩， 不同用户可以对应不同表单，支持多级子表和数据字典。 7.6 地理数据库 MAPGIS7.0 推出地理数据库（GeoDatabase，简称 GDB）新概念，它集成了地理数据库创建、 管理、浏览等多种功能。启动后，左边是 MAPGIS 的目录树，记录了 GDB 的信息，包括各种类， 如要素类、对象类、注记类、修饰类、动态类、栅格数据集、元数据库、地图集等。 7.6.1 地理数据库的数据组织 MAPGIS7.0 按照“地理数据库－数据集－类”这几个层次组织数据，以满足不同应用领域对不 同专题数据的组织和管理需要。如图 7- 6 所示。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 37 图 7-6 地理数据库数据组织 地理数据库 地理数据库是面向实体空间数据模型的全局视图，完整地、一致地表达了被描述区域的地理模 型。一个地理数据库包括 1 个全局的空间参照系、1 个域集、1 个规则集、多个数据集、多数据包和 各种对象类。 数据集 数据集是地理数据库中若干不同对象类的集合，通过命名数据集提供了一种数据分类视图，便 于数据组织、管理和授权。根据不同的用途，数据集分为要素数据集、栅格目录、栅格数据集。 1 要素数据集 要素数据集是地理数据库中具有相同空间参照系的要素类、对象类、关系类、注记类、修饰类、 动态类、几何网络的集合； 在一个要素数据集下存放不同的类，有利于以下情况的数据组织 n 专题归类当不同的要素类属于同一范畴时，可将其组织到一个要素数据集中。例如全 空间参照系 栅格数据集 域集 规则集 要素数据集 对象类 关系类 注记类 修饰类 动态类 要素类 视图 对象类 关系类 注记类 修饰类 动态类 要素类 视图 几何网络 地理数据库 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 38 国范围内某种比例尺的地质图数据。 n 共享几何特征如用地、水系、行政区界等不同的要素类需要共享公共几何边界时，将其 组织到一个要素数据集中，当移动其中的一个要素时，公共的部分也要求一起移动,并可保 持这种公共边的关系不变。 n 创建几何网络同一个几何网络中作为边要素和点要素的各种要素类，必须组织到一个要 素数据集中，以便于管理和建立网络模型。例如通讯网络中，各种交换机、交接箱、路 由器、电缆、光缆等，分别对应点要素类和线要素类，在通讯网络建模时,将其全部考虑到 通讯网络对应的几何网络模型中。 2 栅格目录 栅格目录用于管理有相同空间参照系的多幅栅格数据，各栅格数据在物理上独立存储，易于更 新，常用于管理更新周期快、数据量较大的影像数据。同时，栅格目录也可实现栅格数据和栅格数 据集的混合管理，其中目录项既可以是单幅栅格数据，也可以是地理数据库中已经存在的栅格数据 集，具有数据组织灵活、层次清晰的特点。 3 栅格数据集 栅格数据集用于管理具有相同空间参照系的一幅或多幅镶嵌而成的栅格影像数据，物理上真正 实现数据的无缝存储，适合管理 Dem等空间连续分布、频繁用于分析的栅格数据类型。由于物理上 的无缝拼接，因此以栅格数据集为基础的各种栅格数据空间分析具有速度快、精度较高的特点。 存储策略 MAPGIS7.0地理数据库存储和管理地理数据， 它采取基于文件和基于商业数据库两种存储策略。 由于这两种存储策略支持相同的空间数据模型，因此在文件和数据库之间能够实现无损的平滑的数 据迁移；同时，两种策略具有共同的平台，这使得上层软件不需要因为数据迁移而改变。 图 7-7 MAPGIS7.0 存储策略概念图 地理数据库层 对象管理层 数据存储层 数据管理层 文件数据存储驱动器 文件数据管理器 文件对象类、 要素类、关系 类、注记类等 并 发 控 制 管理器 安 全 管 理 器 地 理 数 据 库 管 理 器 接 口 数据库对象类、要 素类、关系类、注 记类等 数据库数据存储驱动器 数据库数据管理器 文件 系统 DBMS 数据管理层 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 39 针对不同的应用规模和应用阶段，给用户提供了多种最佳的性价比和最大的投资收益率选择方 案。例如 n 应用规模小的用户、二次开发团体、教学单位、数据累积规模较小的用户都可选择基于文 件的存储策略，以节省昂贵的商业数据库费用； n 大型、超大型应用可选择基于商业数据库的存储策略； n 分多个阶段进行开发的应用，在前期阶段，数据规模较小，用户不多，在后期阶段数据规 模大，用户多，则可先采用文件存储策略，再购买适当许可数的商业数据库和服务器设备、 以后根据数据规模和业务情况再增加数据库许可数和服务器等软硬件设备。这不仅提高了 用户的资金利用率，而且在软硬件性能迅速提高，让用户享受到多重好处。 7.6.2 地理数据库的数据管理 MAPGIS7.0 的分布式数据管理体系是采取“纵向多级、横向网格” 的组网方案，如下图所示， 在级与级之间，节点与节点之间的连接是采用一种“松耦合”方式。 “松耦合”方式是互连网的最佳 耦合方式，它受网络环境影响最小。分布式数据的存取操作采取面向“服务”方式进行，就是把“进 行数据存取操作”变为“请求数据存取服务” ， “数据存取服务”是所有“服务” 的特例， 充分体现“面 向服务”的最新设计思想。 MAPGIS7.0 分布式数据管理的面向“地理实体”的增量式订阅和发布技术有效地支持分布式数 据的增量更新与同步。由于采用面向“服务”设计思想和面向“地理实体”的数据模型相结合，克 服了传统分布式数据库面向“记录”的增量式订阅和发布只能用于“同构数据库”的缺点，使网格 节点之间、父节点与子节点之间，因不同操作系统、不同数据库平台、不同数据大小而产生的“异 构数据库”可实现增量更新与同步。空间数据的增量更新与同步解决了“海量空间数据在互联网上调 用速度问题”。 MAPGIS7.0 分布式数据管理是跨平台的，按照“面向服务”的思想，每个节点上的数据“管理者” 必须提供“服务” ，在“谁管数据谁提供服务”的原则基础下，可解决网格节点之间、父节点与子节点 之间、不同平台不同系统之间数据不通问题，因为从用户角度来说，它不考虑数据只要服务。因此， 管理数据的软件必须提供数据服务，“应用端请求服务而不是直接操作数据”；“服务端提供服务而不 是提供数据内部结构”。各个站点管理数据的软件、提供应用服务功能的软件都可以由不同的厂商提 供。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 MAPGIS7.0 地理信息系统使用手册 40 PC 笔记本 NC 一级服务器 二级服务器 三级服务器 空间数据管理服务器 PC 笔记本 NC Internet Internet PC 笔记本 NC 二级服务器 三级服务器 PC 笔记本 NC Internet Internet 图 7-8 MAPGIS7.0 分布式数据管理原理图 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 数据管理篇 41 第 8 章 空间参照系与地图投影 空间参照系（Spatial Reference System）是平面坐标系和高程系的统称，用于确定地理目标的平 面位置和高程。这包含两方面的内容一是在把大地水准面上的测量成果换算到椭球体面上的计算 工作中，所采用的椭球的大小有不同的参数；二是椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点 的地理坐标所计算的结果将有不同的值。因此，选定了一个一定大小的椭球体，并确定了它与大地 水准面的相关位置，就确定了一个坐标系。 一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中，因为 GIS 所描述是位于地球表面的信息， 所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为所有要素的参照系统。因为地球是一个不 规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，必须进行坐标变换。 8.1 地球椭球体基本要素 8.1.1 地球椭球体 1、地球的形状 为了从数学上定义地球，必须建立一个地球表面的几何模型。这个模型由地球的形状决定的。 它是一个较为接近地球形状的几何模型，即椭球体，是由一个椭圆绕着其短轴旋转而成。 地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，有高山、丘陵和平原，又有江河湖海。地 球表面约有 71的面积为海洋所占用，29的面积是大陆与岛屿。陆地上最高点与海洋中最深处相 差近 20 公里。这个高低不平的表面无法用数学公式表达，也无法进行运算。所以在量测与制图时， 必须找一个规则的曲面来代替地球的自然表面。当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的 重力方向（铅垂线方向）成正交，我们把这个面叫做水准面。但水准面有无数多个，其中有一个与 静止的平均海水面相重合。可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面， 这就是大地水准面（图 8- 1） 。 图 8- 1 大地水准面 大地水准面所包围的形体，叫大地球体。由于地球体内部质量分布的不均匀，引起重力方向的 变化，导致处处和重力方向成正交的大地