GIS中定性与定量联合查询组件研究与实现

论文摘要

随着人类社会的进步与发展,人们的生产、生活更加依赖于对我们生活环境的认识。地理学为我们提供了对地球表面各种特征现象进行分类、描述、分析、表达的理论与方法。步入信息时代后,传统地理信息处理方式演变为信息化处理方式,地理信息系统成为一门集地理学与信息学交叉的学科门类。一方面,地理学的相关问题仍然是这个学科门类研究的目标;另一方面,计算机科学对于地理特征数据的获取、存储、分析、表达的理论与技术成为了这个新学科门类的重要研究内容。因此,从计算机科学的角度来研究具有地理特征数据的处理,具有重要的意义。数据查询是任何信息系统都不可回避的重要信息操作,对于地理信息系统而言,其查询操作又具有地理学的特点。体现在,这样的查询操作不仅仅是基于关系数据库中记录属性及其关系的查询,在引入空间数据库后,查询操作被延伸至空间中的实体,要求实现基于空间实体的定性关系与定量特征的查询,这包括基于空间对象的拓补关系查询、方位关系查询、度量关系查询、形态特征查询等等。这对计算机科学提出了新的理论和技术要求。本文从地理信息系统学科的基本理论出发,着眼于地理信息系统对于计算机科学提出的新的需求,介绍了针对这一需求近年来计算机科学领域新的研究成果,重点介绍了在定性推理方面组合表和层次推理技术在空间实体方位关系判定上的研究成果,并从这一系列理论和技术出发,结合传统关系数据库理论,提出了一套适用于地理信息系统的定性与定量联合查询系统。其目的在于探索空间对象本质特征与属性之间的统一性,找到一套用于描述空间对象空间特征和属性特征的行之有效的符号系统,使其得以表达各个空间对象间错综复杂的关系,并用这样的符号系统从海量的空间对象中确定出人们兴趣之所在的空间对象。整个查询系统,以符号系统为指引,以当前成熟的空间数据库组件和空间关系推理组件为基石,结合关系数据库技术,设计出查询语言的解释系统和执行系统,包括词法分析、语法分析、语义检查及物理执行部件,并提供了在VC环境下的编程实现以及组件化封装。最后还以一个组件式GIS系统演示程序的开发,介绍了GIS应用开发的一般过程,MapX组件使用的基本方法,并验证了空间方位关系推理组件、空间联合查询组件在GIS应用中的可行性和实用性。体现了科学研究中从理论向实践飞跃的这一哲学过程。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪言
• 1.1 地理信息系统概述
• 1.1.1 GIS概述
• 1.1.2 GIS功能及应用
• 1.1.3 当前GIS主要应用模式
• 1.2 GIS中空间查询问题的提出
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 GIS研究应用现状及发展趋势
• 1.3.2 空间查询研究现状及发展趋势
• 1.4 研究的主要内容、目的及意义
• 1.5 论文组织结构
• 2 理论基础与关键技术
• 2.1 地理信息系统理论
• 2.1.1 地理数据与地理信息
• 2.1.2 地理空间
• 2.1.3 空间数据
• 2.1.4 空间数据建模
• 2.2 要素模型中的空间关系
• 2.2.1 空间拓扑关系描述
• 2.2.2 空间方位关系描述
• 2.2.3 度量空间关系描述
• 2.3 定性空间推理理论
• 2.3.1 定性空间推理的模式
• 2.3.2 组合表推理技术
• 2.3.3 定性层次推理技术
• 2.4 组件开发技术
• 2.4.1 COM组件技术
• 2.4.2 ActiveX控件技术
• 2.5 MapInfo professional及MapInfo MapX开发技术
• 2.5.1 MapInfo professional、MapInfo MapX简介
• 2.5.2 MapInfo professional、MapInfo MapX主要技术特性
• 2.5.3 MapInfo professional、MapInfo MapX空间数据组织与表示
• 2.5.4 MapInfo MapX组件层次分析
• 2.6 小结
• 3 系统总体设计
• 3.1 空间查询需求分析
• 3.1.1 组件式GIS开发现状
• 3.1.2 功能与粒度的关系
• 3.1.3 GIS组件功能与粒度
• 3.1.4 用户分析
• 3.2 系统设计
• 3.2.1 功能定位
• 3.2.2 系统定位
• 3.2.3 架构设计
• 3.2.4 系统结构框图
• 3.2.5 技术选型
• 3.3 系统可行性分析
• 3.4 小结
• 4 查询语言设计
• 4.1 从SQL语言开始
• 4.1.1 SQL查询语法分析
• 4.1.2 空间查询数据结构分析
• 4.2 UGSQL语言元素定义
• 4.2.1 关键字与标识符
• 4.2.2 空间拓扑关系运算符定义
• 4.2.3 空间方位关系运算符定义
• 4.2.4 空间度量关系运算符定义
• 4.2.5 集合运算符定义
• 4.2.6 逻辑操作符定义
• 4.2.7 空间查询变量
• 4.2.8 其它语言元素的定义
• 4.3 UGSQL语法定义
• 4.3.1 定义方法
• 4.3.2 UGQuery语法类定义
• 4.3.3 SFW语法类定义
• 4.3.4 SelList语法类定义
• 4.3.5 FromList语法类定义
• 4.3.6 Conditon语法类定义
• 4.4 空间查询语言应用实例
• 5 查询组件设计与功能实现
• 5.1 查询组件设计
• 5.1.1 设计思路
• 5.1.2 数据操作流程设计
• 5.2 开发环境设置
• 5.2.1 工程建立
• 5.2.2 MapX组件的安装
• 5.2.3 导入ADO支持
• 5.2.4 空间方位关系定性推理组件的安装
• 5.3 接口层设计
• 5.3.1 主要接口参数规划
• 5.3.2 接口属性设计
• 5.3.3 接口方法设计
• 5.3.4 接口事件设计
• 5.4 逻辑层设计
• 5.4.1 数据结构设计
• 5.4.2 查询初始化操作
• 5.4.3 词法分析
• 5.4.4 语法分析
• 5.4.5 语义分析
• 5.5 执行层设计
• 5.5.1 查询执行方法设计
• 5.5.2 空间拓扑查询单元实现
• 5.5.3 空间方位查询单元实现
• 5.5.4 空间度量查询单元实现
• 5.5.5 属性特征查询单元实现
• 5.6 查询结果的处理
• 5.6.1 空间查询结果的处理
• 5.6.2 属性特征查询的处理
• 5.6.3 联合查询结果返回
• 5.7 小结
• 6 查询组件集成与应用
• 6.1 GIS开发概述
• 6.2 需求分析与模式设计
• 6.2.1 GIS专题应用的需求
• 6.2.2 VC中开发模式的设计
• 6.3 窗口类的实现
• 6.3.1 地图窗口类的实现
• 6.3.2 数据窗口类的实现
• 6.4 XQuery组件的应用
• 6.4.1 组件的加载
• 6.4.2 组件的初始化
• 6.4.3 使用组件查询
• 6.5 MapX组件的应用
• 6.5.1 将属性数据绑定到图层
• 6.5.2 MapX图层操作对话框
• 6.5.3 MapX常用工具
• 6.6 GIS应用实例展示
• 7 总结与展望
• 7.1 研究成果与收获
• 7.2 研究中的不足之处
• 7.3 研究目标实现情况
• 7.4 进一步学习、研究计划
• 致谢
• 参考文献