面向对象GIS建模的原则与方法1

2011年第02期◇本刊特稿◇面向对象G I S建模的原则与方法王兰辉李彬（南京师范大学地理科学学院江苏南京210046）【摘要】首先阐述了面向对象GIS 建模的概念，然后提出面向对象GIS 建模的三原则：应用目的原则、应用深度原则和过程原则，最后结合校园道路设施GIS 建模实例给出面向对象GIS 建模的方法过程，并将面向对象GIS 建模的结果概括为：一图、一表、一库，能够给读者的实际建模工作提供一些有益参考。

【关键词】面向对象；GIS建模；原则；方法Principles and Methods of Object-oriented Modeling in GISWANG Lan-hui LI Bin(School of Geographical Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210046,China)【Abstract】This paper starts with the conception of object-oriented modeling in GIS, then putting forward three principles of object-oriented modeling in GIS: purpose of applying, depth of applying and procedure. In the end, it gives the methods of object- oriented modeling in GIS combining with the example of modeling of campus roads facilities in GIS and generalizes the results for a set of conceptual graphs, a suit of tables and a database. It can provide some useful reference for the readers’practical modeling works.【Key words】O bject-oriented; Modeling in GIS; Principle; MethodGIS 建模是地理信息系统应用成败至关重要的因素，在地理信息系统中占有十分重要的地位。

面向对象分析与设计在GIS应用中的应用研究地理信息系统（Geographic Information System, GIS）是指通过计算机技术对地理空间信息进行处理和分析的一种系统，主要包括数据采集、数据处理、数据管理和空间分析等方面。

GIS在决策支持、资源管理、城市规划、环境保护等多个领域中得到了广泛应用。

而面向对象分析与设计（Object-Oriented Analysis and Design, OOAD）则是指利用面向对象的思想进行系统需求分析、设计和编程。

本文将探讨面向对象分析与设计在GIS应用中的具体应用，从数据模型、系统设计和开发实践三个层面进行分析。

一、数据模型GIS的数据模型一般包括空间数据模型和属性数据模型两个方面。

空间数据模型主要描述地理空间对象的几何和拓扑关系，属性数据模型则描述地理数据的属性信息。

在面向对象的数据模型中，地理空间对象和属性信息都被视为对象，每个对象都有一组属性和方法，可以与其他对象进行交互。

以Object Relational Database Management System（ORDBMS）为例，其数据模型主要包括对象关系模型（Object-Relational Model, ORM）和对象模型(Object Model, OM)。

ORM是一种将面向对象思想引入关系型数据库中的数据模型，它允许对关系型数据进行扩展，以支持具有继承、多态等特性的面向对象数据。

OM则是一种使用面向对象语言（例如Java、C++等）来描述GIS数据模型的方法。

在设计GIS数据模型时，可以采用面向对象的设计方法进行抽象和建模。

例如，对于一个城市的道路网数据，在ORM中可以将道路网对象抽象成一个类（Class），具体的道路数据则为类的实例（Instance），并通过继承关系来实现道路网络的拓扑关系；在OM中，则可以采用继承、接口和多态等面向对象特性来描述道路对象的属性和行为。

面向对象的基本建模四大原则面向对象基本建模四大原则面向对象基本建模四大原则是软件开发中一种主流的方法论，用于将复杂的系统的模型化和可理解的结构进行描述。

该方法论主要由4个原则组成：单一职责原则（Single Responsibility Principle）、开闭原则（Open/Closed Principle）、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）和接口隔离原则（Interface Segregation Principle）。

一、单一职责原则（Single Responsibility Principle）单一职责原则，简称SRP，是指一个类、模块应该仅有一个引起它变化的原因。

它的定义是：“一个类只负责一个功能领域中的相应职责”。

单一职责原则要求，相同的功能只能存在于一个类中。

二、开闭原则（Open/Closed Principle）开闭原则，简称OCP，是指一个软件实体，应该对扩展开放，对修改关闭。

这样的软件设计可以帮助提高系统的可复用性、灵活性和可维护性。

开闭原则的定义是：“一个软件实体，如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭”。

三、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）里氏替换原则，简称LSP，是指子类可以扩展父类的行为，但不能改变父类原有的行为。

里氏替换原则的定义是：“任何基类出现的地方，子类一定可以出现”。

四、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）接口隔离原则，简称ISP，是指客户端不应被其不需要的接口所干扰，要求程序员将众多的接口拆分成更小的、更具体的接口，并且将它们分别用于不同的客户端。

接口隔离原则的定义是：“客户端不应该依赖它不需要的接口”。

gis原则GIS原则GIS（地理信息系统）是一种用于收集、存储、管理、分析和展示地理信息的技术工具。

在GIS的应用过程中，有一些重要的原则需要遵循，以确保地理信息的准确性、一致性和可靠性。

本文将介绍GIS的几个基本原则。

一、位置准确性地理信息的核心是位置信息，因此在GIS中，位置准确性是至关重要的原则之一。

无论是采集数据还是进行空间分析，都需要确保位置信息的准确性。

在数据采集过程中，应使用高精度的GPS设备或其他测量工具来获取准确的位置信息。

在数据处理和分析过程中，应该使用合适的校正方法来纠正位置偏差，以提高位置信息的准确性。

二、数据一致性在GIS中，数据一致性是保证数据质量的关键原则之一。

数据一致性指的是在不同的数据集和图层中，相同位置的地理实体应该具有一致的属性和拓扑关系。

为了保持数据一致性，应该建立数据集的拓扑关系，并使用数据一致性检查工具来检测和修复数据错误。

此外，还应制定数据管理规范，明确数据录入和更新的要求，以保证数据的一致性和有效性。

三、空间关联性GIS的核心概念之一是空间关联性，即不同地理实体之间的空间关系。

在GIS中，可以通过空间查询和分析来探索地理实体之间的关系，并从中获取有价值的信息。

为了实现空间关联性，需要建立合适的空间索引和拓扑关系，以支持高效的空间查询和分析操作。

此外，还应该考虑地理实体的尺度和分辨率，以保证空间关联性的准确性和可靠性。

四、数据可视化GIS的另一个重要原则是数据可视化，即通过地图、图表和其他可视化工具将地理信息呈现出来。

数据可视化可以帮助人们更好地理解和分析地理现象，从而支持决策和规划。

在进行数据可视化时，应选择合适的地图投影和符号化方法，以保证地理信息的可读性和易理解性。

此外，还应该考虑地图的比例尺和图例，以便读者能够正确理解地图上的信息。

五、数据安全性在GIS应用中，数据安全性是一个重要的考虑因素。

地理信息往往包含敏感的位置和属性信息，因此需要采取合适的措施来保护数据的安全性。

面向对象的地理信息系统设计方法探析地理信息系统（Geographic Information System, GIS）是一种将地理空间数据与属性数据相结合的信息系统，广泛应用于地理空间数据的组织、管理、分析和可视化表达。

面向对象的地理信息系统设计方法是一种基于面向对象的软件工程原则，将现实世界中的实体以及它们之间的关系映射到软件系统中。

本文将探讨面向对象的地理信息系统设计方法的特点、优势以及在实际应用中的相关问题。

一、面向对象的地理信息系统设计方法的特点1. 数据抽象和封装：面向对象的地理信息系统设计方法将地理空间数据、属性数据以及相关操作封装成对象，提供了更高层次的抽象和封装，简化了系统的开发和使用。

2. 继承和多态：面向对象的地理信息系统设计方法可以通过继承和多态的方式实现地理实体之间的关系和交互。

通过继承，可以实现地理实体之间的层次结构，方便管理和扩展；通过多态，可以实现不同地理实体之间的共享和重用。

3. 消息传递和事件驱动：面向对象的地理信息系统设计方法借鉴了消息传递和事件驱动的思想，通过对象之间的消息传递和事件触发，实现不同地理实体之间的交互和协作。

二、面向对象的地理信息系统设计方法的优势1. 可维护性和可扩展性：面向对象的地理信息系统设计方法将地理实体和操作封装成对象，实现了高内聚、低耦合的设计，提高了系统的可维护性和可扩展性。

2. 可重用性和灵活性：面向对象的地理信息系统设计方法通过继承和多态的方式实现地理实体之间的共享和重用，减少了代码的冗余和重复，提高了系统的灵活性和可复用性。

3. 可视化表达能力：面向对象的地理信息系统设计方法将地理实体以对象的形式表示，使得地理空间数据的可视化表达更加直观和易懂，提供了更好的用户体验。

三、面向对象的地理信息系统设计方法在实际应用中的相关问题1. 缺乏标准化：目前，面向对象的地理信息系统设计方法缺乏统一的标准化，不同软件和平台之间的设计方法存在差异，增加了系统集成和协作的复杂性。

GIS 算法原理知识点总结算法设计与分析：1、算法设计得原则：正确性：若一个算法本身有缺陷，那么它将不会解决问题；确定性：指每个步骤必须含义明确，对每种可能性都有确定得操作。

清晰性：一个良好得算法，必须思路清晰，结构合理。

2、算法得复杂性包括：时间复杂性与空间复杂性。

3、时间复杂性：用一个与问题相关得整数量来衡量问题得大小，该整数量表示输入数据量得尺度，称为问题得规模。

利用某算法处理一个问题规模为n得输入所需要得时间，称为该算法得时间复杂性。

4、算法得概念：算法就是完成特定任务得有限指令集。

所有得算法必须满足下面得标准：输入输出明确性有限性有效性GIS 算法得计算几何基础1、理解矢量得概念：如果一条线段得端点就是有次序之分得,我们把这种线段称为有向线段(directed segment)。

如果有向线段p1p2得起点P1在坐标原点，我们可以把它称为矢量P2。

5、矢量叉积：计算矢量叉积就是直线与线段相关算法得核心部分。

设矢量P = （x1,y1），Q = （x2,y2）,则矢量叉积定义为（0,0）、p1、p2与p1p2 所组成得平行四边形得带符号得面积，即P ×Q = x1·y2-x2·y1，其结果就是个标量。

显然有性质P ×Q= -（Q ×P ）与P ×-Q= -（P ×Q ）。

P X Q>0,则P 在Q 得顺时针方向；P X Q<0,则P 在Q 得顺逆针方向；P X Q>0,则P Q 共线，但可能同向也可能反向。

6、判断线段得拐向：折线段得拐向判断方法，可以直接由矢量叉积得性质推出，对于有公共端点得线段p0p1与P1P2，通过计算（p2-p0）×(P1-p0)得符号便可以给出折线段得拐向。

O p1p2p2p2p2理解矢量得概念通过矢量差积得方法就可以判断得拐向了。

7、判断点就是否在线段上：设点为Q ，线段为P1 P2：(Q-P1)X(P2-P1)=0且Q 在以P1，P2为对角顶点得矩形内。

§2.6 空间数据模型五、面向对象地理数据模型1、面向对象数据模型的含义为了有效地描述复杂的事物或现象，需要在更高层次上综合利用和管理多种数据结构和数据模型，并用面向对象的方法进行统一的抽象。

这就是面向对象数据模型的含义，其具体实现就是面向对象的数据结构。

面向对象模型最适合于空间数据的表达和管理，它不仅支持变长记录，且支持对象的嵌套，信息的继承和聚集。

允许用户定义对象和对象的数据结构及它的操作。

可以将空间对象根据ＧＩＳ需要，定义合适的数据结构和一组操作。

这种空间数据结构可以带和不带拓扑，当带拓扑时，涉及对象的嵌套、对象的连接和对象与信息聚集。

（面向对象地理数据模型的特点）面向对象的地理数据模型的核心是对复杂对象的模拟和操纵。

2、面向对象的几何数据模型从几何方面划分，GIS的各种地物对象为点、线、面状地物以及由它们混合组成的复杂地物。

每一种几何地物又可能由一些更简单的几何图形元素构成。

每个地物对象都可以通过其标识号和其属性数据联系起来。

若干个地物对象（地理实体）可以作为一个图层，若干个图层可以组成一个工作区。

在GIS中可以开设多个工作区。

在GIS中建立面向对象的数据模型时，对象的确定还没有统一的标准，但是，对象的建立应符合人们对客观世界的理解，并且要完整地表达各种地理对象，及它们之间的相互关系。

如图2-6-11，一个面状地物是由边界弧段和中间面域组成，弧段又涉及到节点和中间点坐标。

或者说，节点的坐标传播给弧段，弧段聚集成线状地物或面状地物，简单地物聚集或联合组成复杂地物。

（拓扑关系与面向对象模型）3、面向对象的属性数据模型（据吴信才）关系数据模型和RDBMS基本上适应于GIS中属性数据的表达与管理。

若采用面向对象数据模型，语义将更加丰富，层次关系也更明了。

可以说，面向对象数据模型是在包含RDBMS的功能基础上，增加面向对象数据模型的封装、继承和信息传播等功能。

图2-6-13是以土地利用管理GIS为例的面向对象属性数据模型。

GIS面向对象软件工程技术应用
GIS面向对象软件工程技术是一种广泛应用于GIS系统开发的技术，其主要思想是将GIS系统建模成对象，通过面向对象的编程方式来实现系统的设计、开发和维护。

以下是GIS面向对象软件工程技术的主要应用：
1. 建模和设计：GIS面向对象软件工程技术提倡面向对象的建模方法和设计模式，让系统开发者明确系统的功能和结构，并实现良好的模块化和可重用性。

2. 技术平台：GIS面向对象软件工程技术推崇使用基于对象的技术平台，例如JAVA、C#等编程语言、UML建模工具和面向对象的数据库管理系统。

3. 架构实现：GIS面向对象软件工程技术对系统的架构实现提出了很高的要求，包括可伸缩性、可维护性、可靠性、安全性等严格要求。

4. 数据库管理：GIS面向对象软件工程技术采用面向对象的数据库管理系统，提供数据的可视化编辑和分析，使系统可扩展性更好。

5. 用户接口：GIS面向对象软件工程技术需要将用户接口设计成符合人类习惯的交互体验，提高用户的使用体验。

6. WEB平台：GIS面向对象软件工程技术采用WEB服务和客户端技术，将GIS系统发展成为一个网络化、分布式、云端化的GIS 应用平台。

GIS面向对象软件工程技术的应用，需面对很多挑战，如复杂的系统设计、数据管理和空间分析等问题，需要开发者具备深厚的GIS技术和面向对象编程的熟练掌握。

面向对象的软件设计原则与模式近年来，面向对象的编程方法逐渐成为软件开发领域的主流。

随着大数据、人工智能和云计算等技术的发展，越来越多的企业、机构和个人开始采用面向对象的软件设计原则与模式，开发出质量更高、可维护性更好、可扩展性更强的软件系统。

一、什么是面向对象的软件设计原则？面向对象的软件设计原则是一组指导软件开发人员如何构建对象模型、类和方法的规则和准则。

这些原则既可以应用于独立的类和方法设计，也可以应用于整个软件系统的架构设计。

面向对象的软件设计原则通常包括以下几个方面：1. 单一职责原则（SRP）：一个类只应该有一个职责，即只需实现一个功能。

这样可以降低类之间的依赖性，使得软件系统更容易维护和扩展。

2. 开放封闭原则（OCP）：软件实体（类、模块、函数等）应该是可扩展的，但是不可修改的。

即在不修改原有代码的基础上，可以通过扩展来增加新的功能，从而实现软件系统的可维护性和可扩展性。

3. 里氏替换原则（LSP）：子类型必须能够替换掉它们的父类型。

简单来说，它要求派生类与基类之间的行为兼容性。

4. 接口隔离原则（ISP）：客户端不应该依赖它不需要的接口，而应该只依赖于那些它需要的接口。

这样可以降低类之间的耦合度，从而提高软件系统的可维护性和可扩展性。

5. 依赖倒置原则（DIP）：高层模块不应该依赖于低层模块，而应该依赖于抽象。

简单来说，它要求依赖关系的方向是从抽象到具体，而不是从具体到抽象。

6. 迪米特法则（LoD）：一个软件实体应该尽可能少地与其他实体发生相互作用。

这样可以降低类之间的依赖性，从而提高软件系统的可维护性和可扩展性。

二、面向对象的软件设计模式面向对象的软件设计模式是一种可重用、灵活、可扩展的软件设计方案，用于解决常见的软件开发问题。

它们通常是标准化、经过验证的解决方法，常用于设计软件系统的架构和整体结构。

面向对象的软件设计模式通常包括以下几种：1. 创建型模式：用于描述如何创建对象，包括单例模式、原型模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式等。