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《地理信息系統(tǒng)教程》簡明闡述地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和方法，為對(duì)它的深入學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科和現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前已發(fā)展成為集遙感、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一身的綜合集成化技術(shù)系統(tǒng)。

　新的世紀(jì)人類社會(huì)面臨人口增長、環(huán)境變異、資源匱乏等全球性問題，人們把解決這些問題的希望寄托于現(xiàn)代管理和科技。地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科和現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前已發(fā)展成為集遙感、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一身的綜合集成化技術(shù)系統(tǒng)，其概念層出不窮，技術(shù)日新月異，它的理論、方法和技術(shù)作為地學(xué)學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課程不僅吸引了廣大地學(xué)、信息技術(shù)工作者及學(xué)生的研究和關(guān)注，而且受到更廣泛的經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)工作者及學(xué)生的青睞。因此，簡明闡述地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和方法，為對(duì)它的深入學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)是本教程的基本出發(fā)點(diǎn)。
　　基于上述，1996年國家測繪教材指導(dǎo)委員會(huì)便將該教科書確定為國家“九五”重點(diǎn)教材，并決定由南京大學(xué)、原武漢測繪科技大學(xué)和原解放軍測繪學(xué)院三校合作編寫。在各位作者的共同努力下，歷時(shí)多年，終于完成了本教材的編寫工作。
　　本教材是作者在參閱廠國內(nèi)外有關(guān)地理信息系統(tǒng)的教材、專著和論文基礎(chǔ)之上，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)教學(xué)和研究的實(shí)踐編寫的。全書由八章和附錄組成。由黃杏元（大綱和第一章）、華一新（第二、三、四、五章）、胡鵬（第六、七、八章和附錄）分工編寫，李國建博士補(bǔ)充了7．8節(jié)和習(xí)題，吳艷蘭博士生補(bǔ)充廠1.4節(jié)，最后由胡鵬統(tǒng)一、審校和定稿。感謝武漢大學(xué)徐慶榮教授對(duì)本書的審閱及修改意見！
　　本書可作為普通高等學(xué)校測繪、地理、地質(zhì)、城規(guī)、市政管理、土地、資源與環(huán)境等專業(yè)本科生和研究生教材，也可供從事地理信息系統(tǒng)、資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、上地和各種專業(yè)信息系統(tǒng)等相應(yīng)工作的科技人員和管理人員參考。
　　地理信息系統(tǒng)正處在迅猛發(fā)展之中，由于作者水平所限，不成熟不完善之處在所難免，希望讀者提出寶貴意見。
　　編著者
　　2001年l0月

復(fù)合對(duì)象的某些屬性不需單獨(dú)存儲(chǔ)，可以從成員對(duì)象中提取或派生。成員對(duì)象的相關(guān)屬性只能存儲(chǔ)一次。這樣，就可以保證數(shù)據(jù)的一致性，減少數(shù)據(jù)冗余。從成員對(duì)象中派生復(fù)合對(duì)象或集合對(duì)象的某些屬性值，其公共操作有“求和”、“集合和”、“最大”、“最小”、“平均值”和”加權(quán)半均值”等。例如，一個(gè)國家最大城市的人口數(shù)是這個(gè)國家所有城市人口數(shù)的最大值．一個(gè)省的面積是這個(gè)省所自‘縣的面積之和，等等。
繼承和傳播在概念和使用上都是有差別的。這主要表現(xiàn)在：
(1)繼承是用概括(“即是”關(guān)系)體系來定義的，服務(wù)于概括，而傳播是用聚集(“成分”關(guān)系)或聯(lián)合(“成員”關(guān)系)體系來定義的，作用于聯(lián)合和聚集；
(2)繼承是從上層到下層．應(yīng)用于類，而傳播是自下而上，直接作用于對(duì)象； (3)繼承包括屬性和操作，而傳播一般僅涉及屬性；
(4)繼承是一種信息隱含機(jī)制，只要說明子類與父類的關(guān)系，則父類的特征一般能自動(dòng)傳給它的子類，而傳播是一種強(qiáng)制性工具需要要在復(fù)合塒象中顯式定義它的每個(gè)成員塒象，并說明它需要傳播哪些屬性值。
三、面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型
(一)基本含義
任何一種模型都無法反映現(xiàn)實(shí)世界的所有方面，對(duì)于復(fù)雜的事物和現(xiàn)象更是如此。因而不可能設(shè)計(jì)出一種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型來適應(yīng)所有的情況，往往是在描述一類問題時(shí)體現(xiàn)了優(yōu)越性，而在描述另一類問題時(shí)卻是低效的。
為了有效地描述復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，需要在更高層次上綜合利用和管理多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，并用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行統(tǒng)一的抽象，這就是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的含義。其具體實(shí)現(xiàn)就是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
(二)復(fù)雜對(duì)象及其特點(diǎn)
面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的核心是對(duì)復(fù)雜對(duì)象的模擬和操縱。
所謂復(fù)雜對(duì)象是指具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和操作的對(duì)象。復(fù)雜對(duì)象可以由多種關(guān)系聚合抽象而成，或由不同類型的對(duì)象構(gòu)成，或具有復(fù)雜的嵌套關(guān)系等。
例如，在GIS中的一個(gè)復(fù)雜地理實(shí)體(如學(xué)校)可能含有矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，甚至多媒體數(shù)據(jù)，而且可以認(rèn)為是由其他較簡單的實(shí)體(如道路、教學(xué)樓、操場等)組成，因此，可以作為一個(gè)復(fù)雜對(duì)象。GIS的地理實(shí)體所具有的矢量數(shù)據(jù)也可以認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜對(duì)象，因?yàn)樗瑥S幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，而幾何數(shù)據(jù)又是由點(diǎn)、線、面等簡單對(duì)象組成的。
因此，復(fù)雜對(duì)象的特點(diǎn)司歸結(jié)為：
(1)一個(gè)復(fù)雜對(duì)象由多個(gè)成員對(duì)象構(gòu)成，每個(gè)成員對(duì)象又可參與其他對(duì)象的構(gòu)成；
(2)具有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如矢量、柵格、關(guān)系表等；
(3)一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的不同部分可由不同的數(shù)據(jù)模型所支持，也就是說，可以分布于不同的數(shù)據(jù)庫中。
(三)面向?qū)ο蟮乩頂?shù)據(jù)模型的特點(diǎn)
(1)可充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)，面向塒象的數(shù)據(jù)模型是一種抽象的模型，允許設(shè)計(jì)者在基本功能上選擇最為適用的技術(shù)。如可以把矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一為一種高層次的實(shí)體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以具有矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，但實(shí)際的操作仍然是矢量數(shù)據(jù)用矢量運(yùn)算，柵格數(shù)據(jù)用柵格算法。
(2)具有可擴(kuò)充性。由于對(duì)象是相對(duì)獨(dú)立的，因此可以很自然和容易地增加新的對(duì)象，并且對(duì)不同類型的對(duì)象具有統(tǒng)一的管理機(jī)制。
(3)可以模擬和操縱復(fù)雜對(duì)象。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型是面向簡單對(duì)象的，無法直接模擬和操縱復(fù)雜實(shí)體。而面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型具備對(duì)復(fù)雜塒象進(jìn)行模擬和操縱的能力。
(四)GlS中面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型
塒于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是與之分離的。而塒于面向塒象的數(shù)據(jù)模型，其數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一致的．?dāng)?shù)據(jù)模型的具體實(shí)現(xiàn)就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在Gls的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，通�？梢园芽臻g數(shù)據(jù)抽象為點(diǎn)、線、面三種簡單的地物類型，作為三種簡單對(duì)象：
●點(diǎn)狀地物——如水井、燈塔、車站等。具有標(biāo)識(shí)號(hào)、編碼、定位點(diǎn)坐標(biāo)等數(shù)據(jù)項(xiàng)，并且有顯示、增加、刪除、修改等操作。當(dāng)點(diǎn)狀地物是有向地物時(shí)，需要兩對(duì)定位點(diǎn)坐標(biāo)。
●線狀地物——如道路、河流等。線狀地物由一條或多條弧段組成，弧段還涉及兩端的結(jié)點(diǎn)。具有標(biāo)識(shí)號(hào)、編碼、組成線狀地物的弧段等數(shù)據(jù)項(xiàng)。具有顯示、增加、刪除、修改、計(jì)算長度等操作。
●面狀地物——如湖泊、街區(qū)等。由一條或多條弧段構(gòu)成。除了具有標(biāo)識(shí)號(hào)、編碼、弧段串等數(shù)據(jù)項(xiàng)外，還常常含有面的內(nèi)點(diǎn)坐標(biāo)、面的面積，甚至面狀地物的外接矩形的坐標(biāo)等。除了具有增加、刪除、修改、顯示等操作外，還應(yīng)具有計(jì)算面積的操作。
點(diǎn)、線、面這三種簡單地物類型涉及到了孤立點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、弧段等數(shù)據(jù)類型，并且還應(yīng)該與注記有緊密的聯(lián)系。
一個(gè)地理實(shí)體可以由這三種簡單對(duì)象之一構(gòu)成，復(fù)雜的地理實(shí)體可以由多種簡單對(duì)象構(gòu)成，甚至可以由其他復(fù)雜對(duì)象構(gòu)成。每個(gè)地理實(shí)體都可以通過其標(biāo)識(shí)號(hào)和其屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。若干個(gè)地理實(shí)體可以作為一個(gè)圖層，若干個(gè)圖層可以組成一個(gè)工作區(qū)。在GIs中可以開設(shè)多個(gè)工作區(qū)。
在GIS中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型時(shí)，對(duì)象的確定還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但是，對(duì)象的確定應(yīng)符合人們對(duì)客觀世界的理解，并且要完整地表達(dá)各種地理對(duì)象及它們之間的相互關(guān)系。
四、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)
(一)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念
關(guān)于“什么是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)(OODBS：Object Oriented Data Base System)?”Francois Bancilhon把OODBS定義為：“一個(gè)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該滿足兩條準(zhǔn)則：它應(yīng)該是一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，而且還是一個(gè)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)。第一條準(zhǔn)則是它應(yīng)該具備六個(gè)特征：永久性、外存管理、數(shù)據(jù)共享(并發(fā))、數(shù)據(jù)可靠性(事務(wù)管理和恢復(fù))、即席查詢工具和模式修改。第二條準(zhǔn)則是它應(yīng)具備八個(gè)特征：類／類型、封裝性／數(shù)據(jù)抽象、繼承性、多態(tài)性／滯后聯(lián)編、計(jì)算完備性、對(duì)象標(biāo)識(shí)、復(fù)雜對(duì)象和可擴(kuò)充性。”
RainerUJnland在Francois Bancilhon的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步的補(bǔ)充，他指出：“OODBS除了須滿足以上所定義的準(zhǔn)則外，還必須滿足非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域所提出的一些需求／特征，例如版本管理和可擴(kuò)充的事務(wù)模型等等�！�
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