基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

2024-06-09

基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究（共7篇）

篇1：基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

基于GIS与SDM技术的可视化空间数据分类研究

提出将GIS与可视化空间数据挖掘技术之集成的基本框架.在此基础上,基于Visual C++ 6.0和MapObject2.0组件技术设计和开发了一个可视化交互空间数据挖掘分类系统,系统采用决策树方法和贝叶斯网络作为数据挖掘方法的基本算法,采用训练与学习相结合实现空间数据的分类.文中用实例数据对系统性能、算法和规则有效性进行了验证.结果表明,该系统是一个适用的、可扩展的可视化交互空间数据挖掘工具,系统能够实现数据挖掘实时动态的交互控制,实现了数据挖掘过程的`可视化、挖掘模型的可视化和结果的可视化显示、可视化思考、可视化分析与评价.

作者：贾泽露张彤 JIA Ze-lu ZHANG Tong 作者单位：贾泽露,JIA Ze-lu(中南大学地学与环境工程学院,长沙,410083)

张彤,ZHANG Tong(美国圣地亚哥州立大学地理系,圣地亚哥,CA92182-4493)

刊名：测绘科学 ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)：2007 32(1) 分类号：P208 关键词：GIS 空间数据挖掘决策树贝叶斯网络地理可视化交互空间分类

篇2：基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

土地利用数据库的建设对于提高土地资源科学规划和合理开发利用水平,加快实现国土资源信息的`规范化、科学化具有重要意义.本文以重庆市南川区为例,简要地介绍了项目区概况,概略分析了项目区的建库技术流程.重点对建库过程中数学基础的建立、矢量化的方法选择、拓扑成面细碎多边形的处理、质量控制方法等关键技术进行了探讨.

作者：张涛赵克会陈静 Zhang Tao Zhao KeHui Chen Jing 作者单位：张涛,Zhang Tao(蚌埠市勘测设计研究院,安徽,蚌埠,233000)

赵克会,Zhao KeHui(西南大学,地理科学学院,重庆,400715)

陈静,Chen Jing(西南大学,教育学院,重庆,400715)

篇3：基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

数字化设备模型是实现MES平台建模的关键技术,该模型主要涵盖物理设备的生产组织方式及设备物理布局等信息,例如部门的隶属关系、设备的位置关系等信息;数字化设备模型是采用建模理论作为基本依据,以数字化的形式在计算机上全面映射生产制造过程,是制造系统实际生产在线监控和离线辅助决策的有效手段。

1 基于SP95标准的设备模型

1.1 设备布局形式分类

车间设备组织形式指按照一定的组织原则,将设备放置在车间中,使得车间各项指标达到最优。通常的车间组织形式分为以下三种[1,2]。

1)产品原则布局(Product Layout):产品原则布置也称为流水线布置或产品对象专业化原则布置。当产品品种很少而生产数量又很大时,按产品的加工工艺过程顺序配置设备,形成流水线。典型的产品原则布置方式如图1所示。

2)工艺原则布局(Process Layout):工艺原则布置也称机群式布置。在这种布置形式中,同种类型的设备和人员被集中布置在一个地方完成某个加工工艺。典型的工艺原则布置方式如图2所示。

3)成组原则布局(Group Layout)。成组原则布置又称为混合原则布置。这种布置形式利用成组原理把使用频率较高的机器群按工艺过程顺序组合成成组制造单元,使整个生产系统由数个成组制造单元构成。典型的成组原则布置方式如图3所示。

1.2 SP95标准中设备模型的描述

SP95标准中,将设备模型描述为设备层次模型,设备层次模型与设备布局对应,每一个父级设备对象都包含零个或多个子级设备对象,该模型支持多加工点生产模式,例如一个“企业”可以包含零个或多个“工厂”[3,4]。

1.3 面向烟草行业SIA-MES平台的体系框架

本文提出的数字化设备模型是面向烟草行业MES(Shenyang Institute of AutomationManufacturing Execution System)平台中可视化建模的一个重要组成部分,它通过将生产过程数字化,呈现一个清晰详尽的产品生产过程。SIA-MES运行平台的主要目标是通过卷烟产品家族的建立、生产线建模和线旁料架的描述等建立生产车间的数字化描述,辅以对生产事件、生产状态的描述和控制实现生产活动的序列转换,利用辅助的生产计划仿真、配方管理、SPC分析、质量分析,在制品管理、设备运维管理等功能完成生产车间的数字化管理[5]。

2 数字化设备的基本数据模型

2.1 工厂模型

工厂模型主要涉及工厂的生产组织方式及设备物理布局等信息,业务流程处理模型用于描述生产单元中涉及的生产活动信息并以其他模型为基础动态执行业务流程,该模型为MES系统的核心;基础对象模型用于描述系统运行需要的基本配置信息;产品模型用于描述企业的产品组成及相关工艺标准。

该模型用于对企业生产部门之间的隶属关系及生产部门内部的生产设备物理布局进行描述建模,通过该模型可使MES系统了解企业生产的组织方式。

2.2 生产线模型

生产线模型用于描述车间内生产线的组织情况,即说明生产线是由那些生产单元组成的,在此以烟厂制丝车间为例,生产线模型如图4所示。

2.3 设备模型

在卷烟生产企业中,设备模型用于描述生产线中相应的设备,在此以3000Kg叶丝线中的滚筒式烘丝机为例进行建模,模型如图5所示。

2.4 数据采集模型

数据采集模型是设备模型的核心部分,将底层数据采集标签抽象为变量语义元,主要为了获得将现场实时数据,以供辅助决策和为上层高级应用提供数据支持。

它通过数据采集器将现场数据收集上来,以标签的形式存放在实时历史数据库中,通过可视化配置工具将实时历史中的标签与设备模型中定义的变量绑定,通过数据同步可以在设备模型的客户端展现底层现场数据的实时状态。例如在设备模型中针对能动车间的蒸汽瞬时流量,定义一个“蒸汽瞬时流量”变量,通过配置工具将该变量与实时历史数据库中的标签绑定,实时历史数据库通过数据采集器从底层设备中读取实际温度值,并以固定周期轮训刷新该数据值,此时设备模型客户端中展现的温度值与底层数据实时温度值保持一致,关系数据库中只存放较少时间间隔的业务数据,历史数据通过归档压缩,以节约存储空间。

3 系统实现与建模实例

3.1 系统实现

用户接口层使用微软WPF技术,通信层使用WCF数据传输技术,数据库持久层选择Oracle数据库。数据库服务器运行于AIX 6操作系统,WCF服务器通过IIS宿主于Windows Server 2003操作系统。硬件方面:应用服务器、报表服务器和数据库服务器使用IBM X3650。

3.2 基于实时数据采集的设备模型建模实例

以该烟厂为例,如图6所示,介绍建模的整体流程:

1)根据车间模型定义,建立车间模型,然后根据生产线模型定义,建立车间下一级别的生产线模型,根据物理设备的布局,建立生产线下一界别的设备模型。

2)定义设备模型下的数据采集模型,通过建模工具将数据采集层的标签与设备模型中的变量绑定,建立关联关系。

3)构建设备模型的界面,定义其属性,并制定数据采集周期,最终展示可视化的设备模型。

4 结束语

可视化设备模型是MES软件平台的基础模型,为上层的应用服务套件提供基础数据和支持,是MES软件平台中关键环节。设备模型将现场的物理设备和生产过程数字化,实现企业生产可视化,为辅助决策起到了积极作用。本文使用SP95标准结合当前烟草企业的需求,建立了对应的设备模型,为数字化设备模型应用于生产过程在线监控和管理辅助决策起到了重要作用。采取基于SP95标准设计并开发设备建模平台,降低系统间集成的开销,为日后系统间集成打下良好基础。

参考文献

[1]龚全胜.基于遗传算法的制造系统虚拟设备布局设计[D].武汉:华中科技大学,2004.

[3]The Instrumentation,Systems,and Automation Society(ISA).ANSI/ISA-95.00.01-2000:enterprise-controlsystem integration Part1:models and terminology[EB/OL].2007-03-15.http://www.isa.org/Content/Microsites165/SP18,_Instrument_Signals_and_Alarms/Home163/ISA_Standards_for_Committee_Use/S_950001.pdf

[4]The Instrumentation,Systems,and Automation Society(ISA).ANSI/ISA-95.00.02-2001:enterprise-control system integration Part 2:Data Structures andAttributes[EB/OL].2007-08-24.http://www.isa.org/Content/Microsites165/SP18,_Instrument_Signals_and_Alarms/Home163/ISA_Standards_for_Committee_Use/S_950002.pdf

篇4：基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

摘要：数据可视化的数据预处理过程中会不可避免地导致数据的不确定性.以体数据中边界体元为研究对象，提出了基于多尺度空间的边界体元中多种物质的概率分布计算方法，并采用信息熵度量边界体元的不确定性，然后使用颜色渐变的方式将不确定性信息叠加绘制在表面模型上.实验表明，该方法能快速有效地计算和表示体数据中物质边界的不确定信息.

关键词：〖HTK〗不确定性；可视化；体数据；尺度空间

篇5：基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

关键词：城市空间基础数据,建库,MicroStation,ArcGIS

0 引言

随着计算机技术的高速发展及其在社会各行各业的迅速普及，测绘行业经历了一场从纸质地图到数字化地图，再到地理信息系统等一系列有史以来最彻底的技术革新。3S技术的日渐成熟进一步促进了“数字城市”的建设步伐。建立“数字城市”的首要工作是建立城市空间基础数据库，城市勘测单位作为城市建设的基础测绘单位，拥有城市的各种比例尺地形，地下管线，正射影像等多种地理空间数据，先后建立了相应的数据库管理系统，但是受传统GIS技术的局限，采用的是图形—属性数据分别存储的管理模式。本文结合“数字长沙”城市空间基础数据库的建设，介绍了集图形—属性合一、多数据源的城市空间基础数据库建库的方法与技术。

1 空间基础数据现状分析

我院用于建立空间基础数据库的数据为：规划成果数据，1:500、1:1000、1:2000基础地形数据，地下管线数据，工程勘察数据，正射影像数据，工程文档数据（竣工测量数据、放线测量数据、定位图数据）。本文主要介绍基础地形、地下管线、正射影像和工程文档数据的建库方法与技术。

1.1 基础地形数据

我院早在1999年就已建立了以Bentley公司的MGE为GIS软件，MicroStation为图形平台，Oracle8为数据库的长沙市城市基础地理信息系统，图形数据为MicroStation的dgn格式，属性数据存储在外部的Oracle 8数据库中，通过ODBC和linkage进行图形与属性的连接。

1.2 地下管线数据

我院建立的地下管线信息系统类似于基础地理信息系统，也是基于MGE软件。目前管线种类分为上水、下水、电力、弱电（电信）、燃气、综合管沟、其它类（石油、工业管道、热力等）七大类，每类又分为若干小类，共32个小类。

1.3 正射影像数据

我院制作的真彩正射影像图已覆盖长沙市区1000多平方公里，图象按1:2000比例尺分幅存储为*.tif格式文件，每个tif文件带有一个*.tfw格式文件，记录影像图的坐标范围、分辨率等信息。影像文件的属性信息存储在mdb数据库中。

1.4 工程文档数据

工程文档数据是指历年来在生产过程中形成的竣工图、放线图、定位图等图形数据，它们以文档资料存档，按工程项目存为dgn图形文件，每一类工程文档数据有一个mdb数据库，记录工程项目的工程编号、项目名称、图形文件名称等相关属性。

2 空间基础数据建库的技术方案

2.1 建库思路

ArcGIS 9.0是美国ESRI公司开发的GIS软件，其Geodatabase空间数据模型可以统一处理矢量、栅格、文档、属性等多重数据。Oracle是美国Oracle公司推出的全球最有影响的数据库软件，我们采用ArcGIS 9.0和Oracle 10G来建立城市空间基础数据库。

基础地形数据是城市规划建设和管理中最基本的空间定位数据，而地下管线数据犹如城市的血脉，结合这两类数据在城市建设的使用情况，可采取空间数据库定义每一个点、线、面的图形要素，并赋予相应的属性。

正射影像数据是典型的栅格数据，可以采用ArcSDE空间数据库中的RasterDataset栅格空间数据集来进行管理，以1:2000建立图幅格网，定义每个图幅的坐标范围，分辨率等属性。

工程文档数据是供技术人员和管理人员参考的资料，可以采取长二进制（BLOB）文件方式存入数据库，以工程编号建索引，并附带工程项目的相关属性。

2.2 技术手段

ArcGIS的Geodatabase空间数据模型将所有空间数据定义为shape，一个shape文件就是地图上的一类图形要素，可以是点、线、面中的任一种。Bentley公司的GeoGraphics是MGE升级版本的GIS软件，GeoGraphics具有转换成ArcGIS所需的shape文件的工具。使用MicroStation的二次开发工具开发升级程序，自动将基础地形和地下管线的MGE地理工程数据升级到GeoGraphics中，利用GeoGraphics的开发包编制转换程序，将GeoGraphics工程数据按要素代码转换成带有属性的shape文件（包括三个文件：*.shp、*.shx、*.dbf）, shape文件的名称为要素编码，如一般房屋的编码为211000，则文件为211000.shp (面) 。利用ArcGIS的开发包开发程序，将shape文件批量入库到Geodatabase空间数据库。

在ArcSDE空间数据库中建立RasterDataset栅格空间数据集，使用ArcGIS Engine开发入库程序，将正射影像数据批量入库。

工程文档数据可以转换成AutoCAD的dwg格式，编制AML (Arc Macro Language）接口程序将dwg图形以BLOB方式入库。

2.3 数据组织方式

采取四种数据库组织方式：元数据库、空间数据库、属性数据库、BLOB数据库，它们通过数据索引和标识符进行相互关联，如图1所示。

基础地形数据，管线数据进入ArcGIS的空间数据库中，采用“图形—属性”一体化的管理方式，根据它们的特点，结合ArcSDE Geodatabas数据的组织结构，将空间数据库采用分层组织的方式，每一类要素组成一个要素层，同一个要素层下又分为点、线、面和文本几何体，分别对应一个属性表，例如将1:1000地形图数据按图式分为9大类，另加注记及其它要素，共11大类。每一大类下又包含点（POINT）、线（LINE）、面（POLYGON）、注记（POINT，注记作为点，存储其坐标，注记内容存放到属性表）若干要素类，共36个Geodatabase要素类。

正射影像图采用ArcSDE空间数据库的RasterDataset栅格空间数据集来存储，按1:2000标准分幅建立格网属性数据表，按图幅管理影像图。

工程文档数据以文件的方式存储在数据库中，建立独立的关系型属性数据表，记录各种工程文档信息，实现对工程文档的查询检索。

2.4 数据库的结构设计

在ArcSDE的空间数据库，建立4个feature dataset（数据集），分别放置1:500、1:1000、1:2000地形数据和地下管线数据。在feature dataset建立若干feature class，每个feature class为点、线、面中的一种几何要素，对应数据分层中的一个要素类，每个feature class具有一个属性表，在属性表中，通过一个Shape字段来记录实体 (Feature) 的空间数据，设计若干字段记录实体的相关属性。

按正射影像图和工程文档数据在日常管理具有的属性数据内容，在ArcSDE数据库中设计它们的属性数据表结构，如：正射影像图的图号、图名、图内地名、行政区域、航摄日期、调绘日期、采集日期、更新日期等，工程文档数据的工程编号、工程名称、完成日期、文件名称、联系方式等。

3 空间基础数据的入库方法

3.1 入库软件开发

ArcGIS Engine (AE) 是ArcGIS 9.0新推出的、开发人员用于建立自定义应用程序的嵌入式GIS组件的完整类库，它支持C++、VB、.NET、JAVA等应用软件开发环境。在VB环境下，使用AE开发Shape文件、栅格影像图及dwg工程文档文件的自动入库程序。

3.2 数据入库流程

首先将基础地形和地下管线数据从MGE（以MicroStation SE为图形平台）地理工程升级到GeoGraphics (MicroStation V8）工程，在GeoGraphics中建立同样的地理工程，将MGE中的feature表和用户自定义属性表导入GeoGraphics，使用VBA编制程序，将SE带DRMS linkage连接的图形升级到V8带ODBC linkage的图形。在GeoGraphics使用VBA编制转换程序，将图形和属性数据按要素编码为文件名转换成shape文件，将一幅图形的若干个shape文件放在同一个文件夹下自动入库。

编辑、整理tif格式正射影像图的tfw文件, 将图幅属性输入Access库，将多幅正射影像的tif、tfw和Access库放在同一文件夹下批量入库。

需要使用MicroStation工具将工程文档的dgn格式图形文件转换成dwg格式，整理、编辑工程文档数据的属性，然后将图形、属性一同入库。

数据入库流程如图2所示。

3.3 面状要素的接边处理

传统GIS模式下，数据是分幅存储的，当居民地、植被等面状要素跨图幅时，一般采用在内图廓线上添加辅助线使面状要素封闭。在ArcSDE空间数据库中，数据是区域无缝的，导致原来跨图幅的同一个面变成了多个面，因此，需要解决跨图幅面状要素的接边问题。使用AE编制程序，按图幅格网线搜索ArcSDE空间数据库中与格网线共边的面状要素，将在格网线上相邻的同一类面状要素进行合并。

3.4 数据更新

空间基础数据库中的数据是分层组织，而地形图数据是分幅生产和更新，管线数据是按道路或区域更新，因此，为了实现空间基础数据库数据的更新，必须为分层的要素按地形图分幅规则建立整个数据范围内的格网索引和格网属性表，当数据首次入库时，将每幅地形图的属性写入格网属性表中（如数据更新时间），数据更新时，比较地形图的生产时间与该图在格网索引表记录的更新时间，将需要更新图幅范围内的空间数据送入历史库，然后将新的图形数据入库到空间数据库，并修改格网属性表的“数据更新时间”为当前时间，以便下次更新。管线数据是按道路建立索引，正射影像数据是按图幅建立索引，更新的方法类似于地形图数据。工程文档数据是文档资料，不存在更新。

4“数字长沙”空间基础数据库管理系统的实施情况

按照本文论述的城市空间基础数据的建库方法与技术，我院已成功地建立了“数字长沙”空间基础数据库管理系统。系统采用ArcGIS为基础软件平台、Oracle 10G为数据库管理软件，VB.NET为开发工具，经过一年多时间的软件开发和数据入库测试工作，已经正式投入生产使用。目前，我们已经完成了市区700km2基础地形数据，市郊1100km2正射影像数据，市区大街小巷和主要居民区5000km管线，2000年以来9000多项工程文档资料的建库。

系统的主要功能模块包括：系统管理、数据入库与更新、数据输出、图形显示控制、数据查询、数据统计分析等。可以针对不同级别的用户分配不同的图层数据和操作功能；根据不同类型和格式的基础数据分别入库和更新，并能实现面状要素的自动接边；能自如地控制各种基础数据的显示内容和顺序；可进行地名、道路、坐标的查询与定位显示，并能根据数据库的字段进行自定义查询；可对缓冲区的数据进行统计分析，如居民地、植被、管线的统计报表；还可以将系统内的数据输出成其它格式数据，如shp、dwg、txt等格式。

图3为系统中地形、管线、影像数据的叠加显示情况。

5 结束语

“数字长沙”空间基础数据库管理系统的建成为如何利用传统GIS模式下图形和属性分开存储的地理数据建立“图属一体化”的城市空间基础数据库指明了一套行之有效的方法和技术，数据库的建立只是我们为“数字城市”工作迈出的最基本的一步，在建成的空间基础数据库上开发强大的应用功能，充分利用这些数据为城市的建设和发展，为社会各行各业提供更优质的服务才是我们建库的宗旨和目标。

参考文献

[1]陈明辉等, 浅谈规划成果数据建库的方法及实现[J].城市勘测, 2006, (1) :14~17.

篇6：空间数据仓库技术及其建模研究

1.空间数据仓库的定义及功能特征

1.1空间数据仓库的定义

空间数据仓库是GIS技术和数据仓库技术相结合的产物, 其定义很多, 但中心思想包含三方面内容: (1) 空间数据仓库是在网络环境下, 实现对异地、异质、异构不同源数据库中地理空间数据、专题数据及时间数据的统一、整合、集成处理, 形成用户获取数据的共享操作模式; (2) 空间数据仓库可根据需求对这些数据再进行测绘专业处理, 提供多种空间数据产品, 满足用户更高层次对数据产品的需求; (3) 基于空间数据产品, 空间数据仓库可从多维的角度进行空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析, 提供综合的、多维的、面向分析的空间辅助决策支持信息, 满足用户空间决策分析的需求。

1.2空间数据仓库的功能特征

(1) 空间数据仓库是面向主题的。传统的GIS数据库系统是面向应用的, 只能回答很专门、很片面的问题, 它的数据只是为处理某一具体应用而组织在一起的, 数据结构只对单一的工作流程是最优的, 对于高层次的决策分析未必是适合的。空间数据仓库为了给决策支持提供服务, 信息的组织应以业务工作的主题内容为主线。主题是一个在较高层次将数据归类的标准, 每一个主题基本对应一个宏观的分析领域。

(2) 空间数据仓库是集成的。空间数据仓库的建立并不意味着要取代传统的GIS数据库系统。空间数据仓库是为制定决策提供支持服务的, 它的数据应该是尽可能全面、及时、准确、传统的GIS应用系统是其重要的数据源。为此空间数据仓库以各种面向应用的GIS系统为基础, 通过元数据刻画的抽取和聚集规则将它们集成起来, 从中得到各种有用的数据。提取的数据在空间数据仓库中采用一致的命名规则和一致的编码结构, 消除原始数据的矛盾之处, 数据结构从面向应用转为面向主题。

(3) 数据的变换与增值。空间数据仓库的数据来自于不同的面向应用的GIS系统的日常操作数据, 由于数据冗余及其标准和格式存在着差异等一系列原因, 不能把这些数据原封不动地搬入空间数据仓库, 而应该对这些数据进行增值与变换, 提高数据的可用性, 即根据主题的分析需要, 对数据进行必要地抽取、清理和变换。最常见的操作有语义映射、获取瞬像数据、实施集运算、坐标的统一、比例尺的变换、数据结构与格式的转换、提取样本值等。

(4) 时间序列的历史数据。自然界是随着时间而演变的, 事实上任何信息都具有相应的时间标志。为了满足趋势分析的需要, 每一个数据必须具有时间的概念。

(5) 空间序列的方位数据。自然界是一个立体的空间, 任何事物都有自己的空间位置, 彼此之间有着相互的空间关系, 因此任何信息都应具有相应的空间标志。一般的数据仓库是没有空间维数据的, 不能做空间分析, 不能反映自然界的空间变化趋势。

2. 空间数据仓库的体系结构

空间数据仓库是存储、管理空间数据的一种组织形式, 其物理实质仍是对数据的高效存储系统, 由于使用目的不同, 其存储的数据在量和质以及前端分析工具上与传统GIS应用系统有所不同。空间数据仓库按照功能划分为以下几部分:元数据、源数据、数据变换工具、空间数据仓库、客户端分析工具。其体系结构图如下图所示:

(1) 元数据。空间数据仓库的元数据是指描述空间数据的数据, 它是数据仓库管理手段之一, 也是空间数据交换的基础, 是空间数据标准化与质量的保证。在空间数据仓库中, 元数据可以分为两类, 一类是管理元数据 (Administrative Metadata) , 它是对源数据及其内容、数据仓库主题、数据转换及各种操作信息的描述;另一类是用户元数据 (User Metadata) , 它帮助用户查询信息、理解结果、了解数据仓库中的数据的组织方式等。在数据传输、信息共享、大力发展互操作的今天, 元数据标准化是必不可少的, 一定要借鉴和使用ISO制定的元数据标准。

(2) 源数据。空间数据仓库为了支持高层次的决策分析需要大量的数据。这些数据分布在不同的地理信息系统或其他信息系统中的应用系统数据, 它们存贮在不同的平台和一般的数据库中。数据的来源丰富, 类型多样式存储或分布式存储。

(3) 数据变换工具。为了优化空间数据仓库的分析性能, 源数据必须经过变换以最适宜的方式进入空间数据仓库。变换主要包括提炼、转换、空间变换。数据提炼主要指数据的抽取, 如数据项的重构、删去不需要的运行信息、字段值的解码和翻译、补充缺漏的信息、检查数据的完整性和相容性等;数据转换主要指统一数据编码和数据结构、给数据加上时间标志、根据需要对数据集进行各种运算以及语义转换等;空间变换主要指空间坐标和比例尺的统一、赋予一般数据空间属性。数据转换工具为数据库和空间数据仓库之间架起了一座桥梁, 使源数据得到了增值和统一, 最大限度地满足了空间数据仓库高层次决策分析的需要。

(4) 空间数据仓库。源数据经过变换进入空间数据仓库。空间数据仓库以多维方式来组织数据和显示数据。维是人们观察现实世界的角度, 但多维数据库中的维并不是随意定义的, 它是一种高层次的类型划分。为了获得较高的系统性能, 维屏蔽掉了许多原始数据, 决策分析所需的综合数据预先已被统计出来放在其中。主题维、时间维、空间维、非空间维是空间数据仓库最基本的组织方式。空间维和时间维是空间数据仓库反映现实世界动态变化的基础, 它们的数据组织方式是整个空间数据仓库技术的关键。空间数据仓库的数据存储方式可分为虚拟存储方式、基于关系表的存储方式和多维数据库存储方式。基于关系表的数据模型主要有星形模型, 雪花模型和混合模型。多维数据库数据模型主要是超立方体结构模型。

3. 空间数据仓库的建模

(1) 多维数据模型选择。多维数据模型是资源环境空间数据仓库进行联机分析处理 (OLAP:OnlineAnalysisProcessing) 或多维分析的基础, 维是观察问题的角度, 通过多维模型可以对观察对象 (某一主题) 的不同侧面不同层次上进行分析。通过上节可知, 数据模式主要有:星型模式、雪花模式、混合模式和多维数据库模式。由于星型/雪花模式能够提供简洁和有组织的数据仓库结构, 并且支持OLAP操作, 因此在空间数据仓库的建模中, 仍可沿用其基本框架。相比之下, 星型结构更为简洁、便于OLAP操作、并易于浏览, 较雪花结构来讲更适合于空间数据仓库的建模。

(2) 维的建模。在空间数据仓库中可建立三种类型的维: (1) 非空间维, 仅仅包含非空间数据的维, 其泛化值也是非空间的。 (2) 空间——非空间维, 这种类型的维的特点是在原始概念层次上是空间数据, 但其泛化值在较高的层次上即变成非空间的数据。例如, 在土地利用时空分布研究中, 各种土地类型在广东省地图上的分布是用空间数据来表达的, 而这些土地类型数据可以泛化为一些非空间的值, 比如泛化为市一级行政区所包含的土地类型面积, 其更高层次的泛化值则全部变为非空间的数据, 这种类型的维与非空间维所起的作用类似。 (3) 空间——空间维, 原始概念层次及其所有高层次的泛化数据都是空间数据。例如, 各中土地类型的精确分布情况及其泛化数据, 如土地利用类型在全省范围的精确分布图形数据。

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(3) 度量的建模。在空间数据仓库中可建立两种类型的度量: (1) 数值型度量, 仅仅包含数值型数据的度量。数值型度量可以进一步分为分布的、代数的和整体的。如果一个度量能用立方体分割和分布式聚合计算, 那么它就是分布的, 如count、sum、max;如果一个度量能用分布式度量的代数操作运算, 那么它就是代数的, 如average、standard、deviation;如果一个度量, 用于描述其子聚合的存储空间的大小没有常数约束, 那么它就是全局的, 如median、most-frequent、rank。 (2) 空间度量, 空间度量包含指向空间对象指针集合。例如, 在泛化操作中, 具有相同土地类型的区域可以组成一个相同的单元, 这样形成的度量包含这些区域的指针的集合。

4. 结束语

篇7：基于可视化建模思想的空间数据库自动化建库技术研究

关键词：Delaunay,三角网,约束线段,三维可视化,边界处理

本文根据露天矿矿坑的数据特点, 采用约束数据域的Delaunay三角剖分建立露天矿矿坑的三维模型。

本文的算法是基于已存在的三角网实现的, 该三角网称为初始三角剖分网, 初始三角剖分网利用Delaunay三角剖分算法的Lawson[1]逐点插入算法实现。在初始三角剖分网中包含有带约束关系的散点, 但不含约束线段关系。下面以台阶线为例, 讨论在三角剖分网中插入约束线段的算法。

设已存在的DT剖分的三角形集为 $Τ = {Τ_{1}, Τ_{2} \dots, Τ_{n}} (n \geq 1)$ , 约束台阶线段集为 $E = {C_{1} C_{2}, \dots C_{i} C_{j} \dots, C_{m - 1} C_{m}} (m \geq 3)$ , 其中CiCj当前处理的约束线段, 由与CiCj相交的三角形集 $Μ Τ = {Τ_{1}, Τ_{2}, \dots, Τ_{k}}$ 组成的区域称为约束线段CiCj的三角形影响域, 有MT⊆T, 而由MT中三角形的外围边组成的多边形称为影响多边形 $Q = {C_{i}, V_{1}, V_{2}, \dots, V_{k}, C_{j}, \dots, C_{i}}$ 。对于影响多边形Q, Floriani[2]给出了如下的性质:

(1) Q是一简单多边形, 且CiCj为Q的一条对角线, 从而CiCj把Q分成QL和QR两部分, 且QL和QR也为简单多边形。

(2) 可分别对QL和QR进行三角剖分。

(3) 对于Vk∈Q, 若Vk为到CiCj的最近点, 且 (Vk≠Ci, Vk≠Cj) , 则一定有 , ViVk∈Q, VkCj∈Q

根据上述性质, 对CiCj两侧的多边形QL和QR分别进行Delaunay三角剖分, 即可把约束线段CiCj嵌入三角网中。以图3-4所示为例, 约束线段为CiCj, 影响域 $Μ Τ = {Τ_{7}, Τ_{8}, Τ_{9}, Τ_{15} Τ_{16}}$ , 影响多边形 $Q = {C_{i}, V_{1}, V_{2}, V_{j}, V_{3}, V_{4}, V_{5}, C_{j}}$ , 其中 $Q L = {C_{i}, C^{j}, V_{3}, V_{4}, V_{5}, C_{i}} ‚ Q R = {C_{i}, V_{1}, V_{2}, C_{j}, C_{i}}$ 。约束剖分结果如图1所示。

2 露天矿山三维可视化模型边界处理

在露天矿开采过程中, 有些地方由于开采成本的原因, 开采到一定位置就不适用露天开采, 那么所到达的位置就是露天矿的开采边界, 在三角剖分之后, 我们要对露天边界内外分别显示, 或者说想分别显示露天矿的可采与不可采区域, 就涉及程序如何判断露天矿边界内与边界外, 以及边界上的三角剖分出来的三角形如何处理的问题, 那么如何判断某个三角形在边界内、外还是恰好在边界上呢?下面我们就讨论一下如何确定边界内外三角形。

(一) 三角网边界内外三角形判断

一个三角形有三个顶点, 要想判断某个三角形与边界的关系只需要判断三角形的三个顶点与边界的位置关系, 主要有以下几种位置关系:

(1) 三个顶点都在边界外部, 说明三角形在边界外部。

(2) 三个顶点都在边界内部, 说明三角形在边界内部。

(3) 有一个或者两个顶点在内部, 说明三角形与边界相交。

三角形与边界的位置关系已经转化为点与多边形的位置关系问题。假设三角形的每个顶点为q, 露天矿边界为多边形P, 我们现在判断点q是否在多边形P内[19]。

设简单多边形P的顶点序列为p1, p2, … pn, 求解问题一种方法是过点q作水平射线l, 如果l与P的边界不相交, 则q在P的内部。否则, l和P的边界相交, 计数交点数并依据交点数的奇偶性可以判定点q是否在P的内部, 具体地说, 交点数为奇 (偶) 数时, 点q在P的内 (外) 部。由于这里的多边形不一定是凸的, 所以上述的判断方法对某些特殊是不适合的, 要注意区分这些特殊情况, 这些情况如图2所示。

图2中 (a) 是正常情况, 有一个交点。 (b) 有三个交点。这两种情况均表明点在多边形内部。 (c) 应该看成有一个交点。 (d) 看成没有交点。 (e) 和 (f) 有多个交点。我们想办法把这些情况区分开, 为此引入两个函数intersect (l1, l2) 和online (l, p) 。仅当l1和l2相交而且不交在端点上时, intersect (l1, l2) 才为真。当p在l上时online (l, p) 才为真。如果p[i]和p[i+2]在l的两侧, 则是图2 (c) 的情况。如果p[i]和p[i+2]在l的同侧, 则是图2 (d) 的情况。如果p[i]和p[i+3]在l的两侧 (或同侧) , 则是图2 (e) 或者 (f) 的情况。

(二) 三角网边界处理

通过以上的方法可以判断出三角形与边界的位置关系, 那么对于与多边形相交的三角形在边界处, 我们做以下处理:

首先求出交点的坐标, 然后对三角形进行打散重组

相交点确定如图3所示:AB的参数方程

x (t1) =xa+ (xb-xa) t1 0≤t1≤1

y (t1) =ya+ (yb-ya) t1

CD的参数方程

x (t2) =xc+ (xd-xc) t2 0≤t2≤1

y (t2) =yc+ (yd-yc) t2

求两条线段的交点令

x (t1) =x (t2) y (t1) =y (t2)

有:xa+ (xb-xa) t1=xc+ (xd-xc) t2

ya+ (yb-ya) t1=yc+ (yd-yc) t2

令xb-xa=x1, xd-xc=x2 , yb-ya=y1 ,

yd-yc=y2

有:xa+x1t1=xc+x2t2

ya+y1t1=yc+y2t2

如果x1y2≠x2y1那么

$\begin{array}{l} t_{1} = \frac{y_{2} (x_{c} - x_{a}) + x_{2} (y_{a} - y_{c})}{x 1 y 2 - x 2 y 1} \\ t_{2} = \frac{y_{1} (x_{a} - x_{c}) + x_{1} (y_{c} - y_{a})}{x 2 y 1 - x 1 y 2} \end{array}$