应用于道路系统空间数据资源管理的智能空间数据对象建模方法

摘要

一种应用于道路系统空间数据资源管理的智能空间数据对象建模方法，包括对道路系统空间数据资源进行抽象，创建道路业务模型对象；道路业务模型关系定义；道路系统中道路业务模型数据模板定义；道路业务模型索引、代码维护；道路业务模型符号化定义；道路业务模型服务接口定义和道路业务模型智能空间数据模型的使用。本发明是一种能比较好地解决城市基础信息资源建模的方法，特别是广泛应用于市政、规划及测绘、国土资源、环保等行业中。

说明书

技术领域

本发明涉及到一种在市政、规划及测绘、国土资源、环保等行业进行空间数据建模与管理的方法，尤其是为了更好的管理和分析这些数据，包括非空间数据模型和空间数据模型，对传统建模方法进行了优化和抽象化设计的方法，具体地说是一种应用于道路系统空间数据资源管理的智能空间数据对象建模方法。

背景技术

目前国内外比较流行的空间数据建模方法主要是采用第三方GIS平台软件进行建库，只解决了空间数据的以文件或数据库方式的存储问题(比如采用Autodesk Map/ArcGis/Mapinfo等平台)，即建好库的空间数据没有对这种复杂的关系进行自动识别和判断的能力。所以当用户需要实施一个基础空间数据模型的管理信息系统时，除了根据GIS平台软件创建基本的图层外，要实现复杂的空间关系等高级功能，比如对矢量图层以及之间建立约束关系、空间关系；就需要使用平台的接口进行二次开发实现，这本身就增加了客户解决方案的时间成本和财务成本；而且后续维护还需要投入技术服务成本进行升级更新。

当前的空间数据建模方法只是利用了目前关系数据库系统中数据表的基本特性，支持基本的数据类型和空间几何类型；与系统业务功能及外部服务不能灵活的建立接口关系。不能满足客户空间数据资源管理的需要。

发明内容

本发明的目的是针对传统建模方法中的单一性、数据模型管理以及二次开发的复杂性的问题，提出的一种能比较好地解决城市基础信息资源建模，特别是市政、规划及测绘、国土资源、环保等行业中应用于道路系统空间数据资源管理的智能空间数据对象建模方法。

本发明的技术方案是：

一种应用于道路系统空间数据资源管理的智能空间数据对象建模方法，它包括以下步骤：

步骤一：对道路系统空间数据资源进行抽象，创建道路业务模型对象：所述的道路系统空间数据资源包括各种等级和类别的道路中心线、规划道路面和道路明细；所述的道路业务模型对象包括：道路中心线(road_object)、规划道路面(road_part)、道路明细(road_detail)；

步骤二：道路业务模型关系定义：定义三种道路业务模型之间的关系为1:n，即一条道路中心线对应多个规划道路面，一个规划到路面内对应包含多个道路明细；

步骤三：道路系统中道路业务模型数据模板定义：所述的道路业务模型数据模板主要用于在不同市政区域，批量生成具有类似规划标准的道路业务模型对象数据，一个道路业务模型数据模板定义多个具有步骤二中所述关联关系的的业务模型对象；

步骤四：道路业务模型索引、代码维护：道路业务模型的具体数据具有严格的定义，索引或代码，包括具有唯一约束的定义或特定范围值内具有唯一约束的定义；即道路业务模型具有唯一识别或分类特征的索引或代码，它们以指定的前缀加自动序列编号，来自动生成该唯一索引，其中前缀为若干属性的组合，包括具有相关关系的几何基本模型的属性；

道路中心线以“道路起点+行政区域名称”定义为唯一索引；

规划道路面以“规划道路面代码+所在道路中心线”定义为唯一索引，即代码在特定空间范围内唯一；

道路明细以“分段道路代码+道路种类+道路明细代码”定义为唯一索引，这样以空间范围和专业分类属性来确定一个唯一索引，专业市政人员以此认知出该道路的详细信息，包括分类与空间位置；

步骤五：道路业务模型符号化定义：它包括对主要要素和子要素的定义；

其中主要要素是对道路业务模型对象的渲染定义，控制基本模型对象在地图上的显示样式；道路基本模型的空间几何类型包含线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve和面/多面即Polygon/MultiPolygon，对应到地图上则显示样式为几何线段和几何面；

主要要素的符号化定义即指对几何线段颜色、粗细的定义，对几何面的边框颜色、边框粗细，填充颜色，透明度的定义；

子要素由主要要素扩展而来，一个主要要素附加多个子要素；即每个道路业务模型都定义了多个空间几何类型为点的标签对象，它存在于道路对象附近，实现地图上对道路业务模型对象的标注；标注内容包括道路车辆行驶方向、路名和路长；子要素定义包括标注内容显示的字体、颜色、大小、旋转角度、离被标注对象的偏移量；

步骤六：道路业务模型服务接口定义：该服务接口包括地图目录服务接口(MapCatalog Service)，模型信息服务接口(Information Service)，模型编辑服务接口(Editing Service)，模型关系服务接口(Link Service)，模型定义服务接口(Metadata Definition Service)，模型符号化服务接口(Presentation Service)，模型业务信息服务接口(Information Services)；

步骤七：道路业务模型智能空间数据模型的使用：三种道路基本模型的内部均实现并开放了如步骤(6)所述的服务接口，在主流CAD/GIS客户端平台上，通过WebServices调用上述服务接口，进行道路设计与信息维护、空间查询和专题分析；显示解析结果数据。

本发明的道路业务模块包括中：

道路中心线描述一条用于规划设计时确定多条道路的位置、宽度、长度以及道路交通管理时的中心参考线；它的空间几何类型为线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve；

规划道路面描述在一条道路中心线上按路面材质分类的多段道路规划路面，包括它的面积范围、规划长度、道路种类信息；它的空间几何类型为面/多面即Polygon/MultiPolygon；

道路明细则描述一段规划道路面内具体的道路构成部分，包括它们的类别、材质、长度、宽度等具体信息；它的空间几何类型为面/多面即Polygon/MultiPolygon；

所述的道路系统空间数据资源包括非机动车道、普通街道、市区主干道、人行道、步行街、国道和高速公路。

本发明在市政系统的规划设计与系统维护时在道路设计时，根据道路中心线设定的长度、宽度基准，来画道路面，平均长度、平均宽度要在这个基准范围内，而一般空间数据库系统提供的方法只能得到多边形的面积，周长，特别是对复杂多边形(孤岛、多面体等等)周长没有现实际意义，本方法对空间类型为多边形/多面Polygon/MultiPolygon的几何对象采用n等分多边形法来计算这两个参数，与周长、面积都在本模型中实际自动计算。公式如下：

平均长度L＝∑_i＝0^n-1[(x_i+1-x_i)²+(y_i+1-y_i)²]^1/2

平均宽度W＝面积/L

其中：

x_i：多边形被N条直线段等分后，第i条直线与多边形相交的起点座标x；

y_i：多边形被N条直线段等分后，第i条直线与多边形相交的起点座标y；

x_i+1：多边形被N条直线段等分后，第i条直线与多边形相交的终点座标x；

y_i+1：多边形被N条直线段等分后，第i条直线与多边形相交的终点座标y；

多边形的面积计算可以直接采用关系数据库系统中提供的面积计算函数SDO_GEOM.SDO_AREA来得到。

本发明的步骤一中，三种道路业务模块都是空间几何对象，创建为空间数据库对象并保存到空间关系数据库中时，既包括空间几何属性字段，也有若干不同数据类型的一般属性字段；

本发明的步骤一中，业务模型对象的属性定义既包括一般数据库类型，也包括扩展的数据类型：操作用户、字典域，空间域，业务属性等，这些属性都与业务处理具有一定的关系。

本发明的步骤三中，所述的类似规划标准的道路指在道路设计阶段，某一个区域的道路含有多个一般属性值相近的道路中心线，道路中心线中又包含一般属性值相近的规划道路面，同样这些规划道路面有一般属性值相近的若干道路明细。

本发明的步骤六中，道路模型数据的业务应用通过调用所有对外开放的接口功能来实现。

本发明的步骤七中，空间数据模型是所有服务接口的基础；地图目录服务接口和模型信息服务接口是检索浏览地图数据的基础服务；模型编辑服务接口响应客户端对具体模型对象的修改和更新并保存到数据库，支持地图编辑；模型符号化服务接口对外提供模型对象符号化定义信息；模型业务信息服务接口是所有属性查询统计、专题数据分析的基础性服务；模型定义服务接口和模型关系服务接口是空间数据模型的属性接口，用于系统内部使用，一般不对外提供服务。

本发明的有益效果：

本发明提供的建模方法，达到了城市基础数据资源建模建库管理的统一性，可以快速的创建各种空间及非空间数据模型，很好地满足了城市信息化管理中对于各种信息资源的有效管理，具有很大的推广意义。

本发明智能空间数据对象建模方法是为了建立一个灵活的具有通用性质的空间数据建模平台而设计，可以一次性定制具有多种属性的信息包括基本数据类型、自定义类型(数据域、操作用户、地理对象等等)，而且能和业务管理功能、其他地理图层自动产生关联关系。这种业务模型包含了一个或多个地理图层的数据信息、空间几何类型、之间相关约束关系和空间关系。

采用本发明的建模方法可以快速构建出一个能够有效地对业务数据进行有效管理和决策分析的空间信息化系统；使客户端系统更大程度地脱离了对关系数据库定义的依赖，可以使客户端系统更多地专注于对业务逻辑的深度挖掘分析；同时减少对第三方GIS平台软件依赖程度，降低地理信息系统建设单位的建设投资成本；减少系统建设的周期和后期技术维护的服务成本。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的模型对象属性示意图。

图3是本发明的模型元数据内部关系示意图。

图4是本发明实施例的示意图：在市政地理信息系统中定义道路中心线、规划道路面、道路明细、路政执法信息等对象的关系。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种应用于道路系统空间数据资源管理的智能空间数据对象建模方法，它包括以下步骤：

步骤一：对道路系统空间数据资源进行抽象，创建道路业务模型对象：所述的道路系统空间数据资源包括各种等级和类别的道路中心线、规划道路面和道路明细；所述的道路业务模型对象包括：道路中心线(road_object)、规划道路面(road_part)、道路明细(road_detail)；

定义一个空间模型对象从数据库存储的角度表现为一个空间数据表，在本方法中定义一个空间模型对象的属性信息时主要包括：

●基本数据类型描述，包括基本数据(库)类型和扩展类型；

●业务数据关系定义，包括业务计算关系、空间关系定义、几何计算、

界面操作、历史数据管理等相关定义；

如图2的UML图描述：

在通常的空间关系数据库系统中，对于基本图层对象定义都是使用基本数据类型加空间几何类型，根据电子政务系统或行业地理信息系统的业务需要，我们扩展了以下几种数据类型：

操作用户类型

即可以自动存储当前操作某一条记录的用户信息；

业务属性类型

可以作为自动计算业务需要的数据参数；

字典域类型

该字段内容只存储或显示数据字典表中的值(代码、描述信息或ID)

空间域类型

该字段内容通过模型自动计算并存储该对象所在空间位置信息(比如所在行政区、街道等)

日期时间(控件表现)类型

以下表1-3为空间关系数据库中这三个业务模型的数据模型定义：

表1

其中，LENGTH字段在存储数据时是自动计算当前几何要素的长度；

  ID  Integer  主键  Key_ID  Varchar2(200)  索引  ID_Road_center  Integer  外键  ID_BLOCK  空间域  所属社区  PARTNUMBER  字典域  道路编号  BEGIN  Varchar2(200)  END  Varchar2(200)  ID_CATEGORY  字典域  道路分类  ID_SOIL_SURFACE  字典域  地表分类  LENGTH  Number(10，2)  道路长度  AREA  Number(10，2)  面积  SOURCE_LENGTH  Integer  规划长度  User_Inserted  用户类型  User_Changed  用户类型  ...

表2

其中，LENGTH字段在存储数据时是自动计算当前几何要素的长度；AREA字段在存储数据时是自动计算当前几何要素的长度；

表3

其中，LENGTH字段在存储数据时是自动计算当前几何要素的长度；AREA字段在存储数据时是自动计算当前几何要素的面积；WIDTH字段在存储数据时是自动计算当前几何要素的宽度；步骤二：在各种信息系统中，各种模型对象通常是具有各种复杂关系的。本系统中道路业务模型关系定义：定义三种道路业务模型之间的关系为1:n，即一条道路中心线对应多个规划道路面，一个规划到路面内对应包含多个道路明细；

模型元数据内部关系如图3所示：

比如在市政地理信息系统中定义道路中心线、规划道路面、道路明细、路政执法信息等对象的关系，如图4所示：

在系统使用的过程中就可以自动根据这些关系从纵向、横向来检索同类业务的模型的数据，这是目前其他主流空间数据关系管理系统中所没有实现的。

在市政业务人员一般直接操作的都是道路明细信息、路政信息等数据，所以一些空间范围上的属性、规划范围等信息可以通过模型关系来直接获得。所以从空间几何关系和数据库关系可进一步看出用我们的方法定义的模型间关系：

步骤三：在管理各种模型的数据时，使用模板管理是一种极其方便的方法，这是本方法中比较特色的功能之一，特别是在批量管理业务模块的所有模型数据时根据对象的1对1，1对多等关系，可以同时生成、更新一条/多条、一批/多批数据。

道路系统中道路业务模型数据模板主要用于在不同市政区域，批量生成具有类似规划标准的道路业务模型对象数据。一个道路业务模型数据模板可以定义多个具有步骤二中所述关联关系的的业务模型对象。以下是根据市政道路规划，定义的一个道路数据模板实例：

●一条规划长度为2000米的道路中心线；

■对应三块规划道路面(地块表面为沥青、混凝土、砖石的各一条记录)；

◆沥青的路段下包含精细沥青道路面两条(市区主干路)；

◆公交停车区路段2块；

◆人行道、步行街各一条记录。

这一组模板数据可以同时使用，在系统建库或者道路设计时用来批量生成业务数据，这也是目前国内所有空间数据模型定义或市政管理系统所没有实现的。市政设计人员要在某一区域连续制作若干道路图，而且都有一定的共性(比如规划标准相同)，那么就可以使用本模型的模板制作方法，批量产生这些数据。然后根据需要修改几何图形或者其他属性信息。

步骤四：道路业务模型索引、代码维护：道路业务模型的具体数据具有严格的定义，索引或代码，包括具有唯一约束的定义或特定范围值内具有唯一约束的定义；即道路业务模型具有唯一识别或分类特征的索引或代码，它们以指定的前缀加自动序列编号，来自动生成该唯一索引，其中前缀为若干属性的组合，包括具有相关关系的几何基本模型的属性；

道路中心线以“道路起点+行政区域名称”定义为唯一索引；

规划道路面以“规划道路面代码+所在道路中心线”定义为唯一索引，即代码在特定空间范围内唯一；

道路明细以“分段道路代码+道路种类+道路明细代码”定义为唯一索引，这样以空间范围和专业分类属性来确定一个唯一索引，专业市政人员以此认知出该道路的详细信息，包括分类与空间位置；

步骤五：符号化功能是所有地理信息建模工作中必须要考虑的问题，但是如何更通用化，操作简洁化，减少地图渲染、刷新速度，势必要从建模中优化处理。本方法主要从通用性、对各CAD/GIS平台接口支持性做了大量工作。

道路业务模型符号化定义：它包括对主要要素和子要素的定义；

其中主要要素是对道路业务模型对象的渲染定义，控制基本模型对象在地图上的显示样式；道路基本模型的空间几何类型包含线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve和面/多面即Polygon/MultiPolygon，对应到地图上则显示样式为几何线段和几何面；

主要要素的符号化定义即指对几何线段颜色、粗细的定义，对几何面的边框颜色、边框粗细，填充颜色，透明度的定义；

子要素由主要要素扩展而来，一个主要要素附加多个子要素；即每个道路业务模型都定义了多个空间几何类型为点的标签对象，它存在于道路对象附近，实现地图上对道路业务模型对象的标注；标注内容包括道路车辆行驶方向、路名和路长；子要素定义包括标注内容显示的字体、颜色、大小、旋转角度、离被标注对象的偏移量；

主要素表现的定义根据上述模型的几何类型分为：

◆线图形表现定义；

◆面图形表现定义。

子要素包括标注的定义，空间几何表现为点对象，一个主要要素表现可以对应多个子要素表现，比如一条市政道路的中心线，在地图上的表现定义可以为：

主要要素表现：

√线型连续的实线；

√颜色为蓝色(#0000FF)；

√比例尺范围等等.

子要素表现可以定义

√道路中心线标注(4-6个，取决于业务需要)。

●标注内容定义

●大小/比例尺范围

●颜色

●位置/对齐方式/偏移量

目前国内空间数据建模系统大部分是一条对应一个标注，仅有点图形记录才有符号定义方法，还没有像这样把空间数据符号化作为一个整体来处理，而且可以扩展为多种符号化定义(除无几何信息的其他任意几何类型的模型记录都可以定义多种表示符号和多个标注信息)。

步骤六：道路业务模型服务接口定义：该服务接口包括地图目录服务接口(MapCatalog Service)，模型信息服务接口(Information Service)，模型编辑服务接口(Editing Service)，模型关系服务接口(Link Service)，模型定义服务接口(Metadata Definition Service)，模型符号化服务接口(Presentation Service)，模型业务信息服务接口(Information Services)；

步骤七：道路业务模型智能空间数据模型的使用：三种道路基本模型的内部均实现并开放了如步骤(6)所述的服务接口，在主流CAD/GIS客户端平台上，通过WebServices调用上述服务接口，进行道路设计与信息维护、空间查询和专题分析；显示解析结果数据。

以下举例说明如何使用已经定义好的道路明细模型，因为所有服务接口已经对外开放给主流CAD/GIS客户端平台(如ArcGIS，AutoMap，BentleyMap)，所以客户端无需另外开发其他功能，以及过度关注图层数据库结构、以及业务逻辑关系，因为这些都在模型内部实现了，

1)道路设计与信息维护

a)根据地图目录服务自动加载和显示几何图形在地图上，因为目录服务会自动调用符号化服务接口，地图会自动渲染

b)市政设计，自动计算空间位置，无论是先设计道路中心线还是直接设计规划道路面、道路明细，模型系统都会计算空间信息，如：行政区、街坊、社区、街道等；

c)如果使用模板生成，从中心线、规划道路面、道路明细自动生成属性、编码、并自动更新符号化信息，生成符号、标注内容等；

d)自动计算面积、长度、宽度；

e)根据元数据定义自动计算空间位置；

f)动索引编码规则会自动计算生成索引代码；

2)空间查询、专题分析

a)查询空间与规划信息，自动关联其他与之有相关关系或空间关系的模型的属性；

b)自动关联显示空间信息，几何信息(面积、长度、宽度)；

c)可以根据空间信息、长度、宽度、统计图表(用地平衡表)；

d)根据查询结果调用符号化服务接口，显示专题地图在地图上。

假定有行政区(District)01内街坊(Neighbourhood)01，02；道路中心线(Road_Object)A，B；规划道路面(Road_Part)01，02；道路明细(Road_Detail)01，02，03，要统计街坊01的但是又不属于道路中心线B的所有的道路明细(Road_Detail)，其规划用地面积(Road_Part)小于100，专题图颜色要求为按道路分类(Road_Part)渲染。

因为Road_Object，Road_part，Road_Detail都存在相关关系，所以查询道路明细(Road_Detail)的空间位置可以直接关联Object的空间信息；规划道路面(Road_Part)和道路明细(Road_Detail)又存在包括关系和相关关系(1:n)所以符号化接口可以直接使用规划道路面(Road_Part)的属性条件，因此采用模型方法统计专题专门地为某些图层开发定制条件，利用自动空间关系和相关关系即可快速查询出所要的结果。

本发明的道路业务模块包括中：

道路中心线描述一条用于规划设计时确定多条道路的位置、宽度、长度以及道路交通管理时的中心参考线；它的空间几何类型为线/多线/曲线即Line/MultiLine/Curve；

规划道路面描述在一条道路中心线上按路面材质分类的多段道路规划路面，包括它的面积范围、规划长度、道路种类信息；它的空间几何类型为面/多面即Polygon/MultiPolygon；

道路明细则描述一段规划道路面内具体的道路构成部分，包括它们的类别、材质、长度、宽度等具体信息；它的空间几何类型为面/多面即Polygon/MultiPolygon；

所述的道路系统空间数据资源包括非机动车道、普通街道、市区主干道、人行道、步行街、国道和高速公路。

本发明的步骤一中，三种道路业务模块都是空间几何对象，创建为空间数据库对象并保存到空间关系数据库中时，既包括空间几何属性字段，也有若干不同数据类型的一般属性字段；

本发明的步骤一中，业务模型对象的属性定义既包括一般数据库类型，也包括扩展的数据类型：操作用户、字典域，空间域，业务属性等，这些属性都与业务处理具有一定的关系。

本发明的步骤三中，所述的类似规划标准的道路指在道路设计阶段，某一个区域的道路含有多个一般属性值相近的道路中心线，道路中心线中又包含一般属性值相近的规划道路面，同样这些规划到路面有一般属性值相近的若干道路明细。

本发明的步骤六中，道路模型数据的业务应用通过调用所有对外开放的接口功能来实现。

本发明的步骤七中，空间数据模型是所有服务接口的基础；地图目录服务接口和模型信息服务接口是检索浏览地图数据的基础服务；模型编辑服务接口响应客户端对具体模型对象的修改和更新并保存到数据库，支持地图编辑；模型符号化服务接口对外提供模型对象符号化定义信息；模型业务信息服务接口是所有属性查询统计、专题数据分析的基础性服务；模型定义服务接口和模型关系服务接口是空间数据模型的属性接口，用于系统内部使用，一般不对外提供服务。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。