许颖

摘 要

从数据存取方式来看，关系型数据库与面向对象数据库具有差异性，无法在程序设计上进行良好匹配。因此，从分析现有数据库的空间类型、数据结构及影像表达矢量等特点，来提出基于面向对象的空间数据库管理模型，来实现对空间数据的可视化管理。

【关键词】数据库 矢量模型 空间数据 转换机制

从信息构成来看，与空间位置相关的数据占比80%以上，特别是随着现代定位技术、遥感技术的广泛应用，以空间数据库为特征的数据类型也日趋多样化，而由此带来的数据库管理却面临新的挑战。从空间数据管理现状来看，多为文件、文件管理、关系数据库，以及全关系数据库、中间件空间数据库管理，面向对象数据库管理等。在文件管理上，数据的安全性、一致性相对统一，而对于关系数据库及其他混合管理模式来看，由于数据与属性数据是分开存储的，其完整性可能遭到破坏，同样对于变长的关系数据库进行存取时，还会涉及到数据处理与二进制转换而引起的效率低下问题。

1 空间数据管理研究现状

从空间数据的管理实践中，很多学者提出了不同的管理思路，尤其是在关系型数据库空间数据管理上，有学者提出设计基于空间数据的关系数据库；有学者提出基于空间数据映射的嵌入式SQLite方法；也有学者通过对遥感影像数据的分析，提出基于ArcSDE技术的算法。然而，对于面向对象的数据库，如SQL Server、Oracle、PostgreSQL等主流数据库，因其非结构性特点，在数据存取管理上难以实现对不同字段的直接存取。特别是两者数据库在程序设计上的不匹配问题，也给空间数据管理带来更长的时间消耗，影响空间数据库管理效率的提升。

2 空间数据管理机制研究

针对空间数据管理对象的特殊性，主要分为矢量数据、栅格数据及影像数据三种。在程序语言设计上，多通过定义RasterLayer类、VectorLayer类和ImageLayer类来进行不同类型数据的表示。因此，在空间数据管理机制上，也分为三种。第一种是基于矢量的空间数据管理机制，以欧几里得几何学中的点、线、面及组合来进行数据空间分布表示，并从矢量数据精度、存储冗余度等方面来进行网络化分析。如依照维度变化来划分0维点、1维线、2维面；在数据表示上用一个坐标来表示点，用连续坐标点表示线，面是由外边界和0到多个内边界组成，边界表示成环，环由多个连续的点坐标构成。因此在面向对象的程序设计中，可以利用CPoint、CLine、CPolygon来表示空间数据及属性特征，并通过建立基于面向对象数据库的矢量数据库检索机制来实现对面向对象数据库的管理。

从空间数据库中的栅格数据来看，其多为均匀的网格单元，并由相应的属性值来进行表示。如某栅格结构中的点可以由单栅格进行表示，其数值与紧邻网格值具有差异性；栅格线由连续的栅格单元构成，各个属性值具有一致性，但与邻域栅格值具有差异性；面是由多个连续聚集的栅格单元构成，区域内栅格值具有一致性，而邻域栅格值具有差异性。从空间数据结构组成上，栅格数据表达可以用Cell表示，每个栅格单元有行号、列号及值三部分，而Grid表示起始坐标、行数、列数；RasterLayer为栅格数据图层，用于表示空间参考信息。

对于影像数据的管理，可以从其记录载体上对不同感知方式、空间尺寸及监测的动态数据变化信息進行表征，并以图像方式来呈现，为后续影像空间数据管理创造条件。通过面向对象程序设计，将Image类作为影像数据表达结构，并通过图像处理函数实现二进制文件转换，以便于对其进行快速存取。当然，遥感影像数据在管理上多以块为单位，建立基于面向对象的块数据检索是实现存取操作的前提。

3 基于面向对象空间数据管理系统的设计

在对空间数据系统进行管理中，需要满足三项要求，一是对矢量、栅格及影像数据的存取操作；二是满足对矢量、栅格、影像数据类型的定义、检索与更新；三是实现对矢量、栅格、影像数据的可视化交互管理。为此，在设计空间数据库管理系统中，需要从两个方面来保障协同管理。

3.1 系统架构上的设计

根据面向对象数据库的基础原型，需要搭建三层数据管理架构，即基础数据库层、数据库管理功能层及数据库服务层。对于基础数据库层，主要包括面向对象的矢量数据库、栅格数据库及影响数据等空间数据，也是构成整个数据库设计的底层基础；对于数据库管理功能层，主要是满足基于空间数据的表示、存取、数据库检索、空间数据更新等要求；对于数据库服务层，以满足对空间数据的表征、控制，增删空间数据、缩放空间数据图层，以及平移等操作，在与空间数据进行系统交互过程中为用户浏览提供条件。

3.2 软件开发平台的实现

以Visual Studio软件为开发平台，利用开源数据库Db40进行存取，来设计空间数据库管理系统模型。在空间数据库设计上，利用面向对象的数据库存取方案，分别从点、线、面矢量数据转换与表征上，建立与db40数据库的存取机制，利用栅格数据库来满足对空间数据库栅格数据类型的存取，特别是设计栅格数据库检索与更新机制，来实现栅格数据的快捷、直观可视化管理；针对空间数据库中不同城市、建筑、边界等差异，在栅格数据表示上，融入高程模型，以亮度来区分不同高程区域，以满足对空间数据遥感影像的准确展示。

4 结语

从本研究对空间数据库的分析与应用来看，基于面向对象的数据库系统在设计上，应该满足矢量空间数据、栅格空间数据、影像数据的结构化转换，尤其是在数据库类的设计上，要避免面向对象程序设计语言在空间数据表征与执行中的效率低下问题，通过建立与空间数据库不同数据类型的检索与映像，来快速呈现不同空间数据库的管理需求，满足对空间数据多维性、时态性要求。当然，随着空间数据库海量性特征，在建立空间数据库空间索引机制上，着重于对数据检索效率的提升，解决延时性问题。

参考文献

[1]陆宁，马智亮.利用面向对象数据库与关系数据库管理IFC数据的比较[J].清华大学学报（自然科学版），2012（06）.

[2]黄吉川，谭曦.地理空间元数据理论体系研究[J].科技资讯，2015（35）.

作者单位

桐乡技师学院（筹） 浙江省桐乡市 314500