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空间数据仓库的概念框架和认知过程(1)

2015-02-26 01:11 摘要：首先表述了空间数据仓库的三个核心思想；其次设计出了空间数据仓库的概念框架，着重描述了空间数据仓库的外部结构、内部结构以及各组成模块的工作流程，设计出了空间数据仓库认知过程的概念框图，并对认知的基本概念进行了描述，表述了认知过程14个世界模型和13个转换算子的基本内容，并用代数系统给出了严格定义；最后得出的结论是，研制空间数据仓库十分必要，以支持我国的空间数据基础设施建设。
　　关键词：地理信息系统；空间数据仓库；数据仓库；认知过程
　
　　0引言
　　
　　进入21世纪后，对空间数据仓库的研究方兴未艾，在许多次的国际学术会议上都有相关论文发表[1~3]。例如在泰国召开的ISPRS第三届动态与多维GIS会议暨CPGIS第十届地理信息年会、北京召开的第20届国际制图协会国际学术会议、南非召开的第21届国际制图协会国际学术会议等。还有一些ESRI公司的白皮书、全球性用户大会、SSD国际会议、数字地球国际会议、GIS国际会议等也开始讨论空间数据仓库问题[4~8]。将空间数据仓库技术引入到我国大概是20世纪90年代末，文献[9~14]的发表开创了我国空间数据仓库理论与技术研究的新局面，此后又陆续出现了一些这方面的论文。
　　总体说来，上述工作对空间数据仓库的理论和方法进行了初步研究，在概念、原理、结构、操作与算法等方面进行了初步论述，已取得了卓有成效的成绩。但是到目前为止，空间数据仓库的概念框架和认知过程等方面还是缺乏系统的论述，没有形成一套比较完整的空间数据仓库概念框架体系和认知过程体系。
　　
　　1概念框架
　　
　　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。

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　　空间数据仓库的概念框架分为外部结构、内部结构。外部结构主要描述空间数据仓库与外部系统的关系；内部结构主要描述空间数据仓库的内部功能模块组成。
　　
　　1．1外部结构
　　数据库系统处于空间数据仓库系统的最底层，管理着若干种不同的地理空间数据库和专题数据库，它们各自独立，形成了各式各样的异地异质异构的数据库系统，它们主要为空间数据仓库提供数据源。应用系统处于空间数据仓库系统的最上层，它通过一个标准的接口从空间数据仓库中提取地理空间数据、空间数据产品和空间辅助决策分析信息，为应用系统服务。其具体外部结构如图1所示。
　　
　　1．2内部结构
　　空间数据仓库的内部组成应由八个独立功能模块构成，分层次实现空间数据仓库系统。其中，第一层次的功能模块是空间数据仓库的基础处理模块，由多源空间数据抽取、多源空间数据整合、多源空间数据统一、空间数据仓库元数据组成；第二层次的功能模块是空间数据仓库的服务模块，由空间数据产品服务、空间数据立方体分析、空间数据挖掘分析组成；第三层次的功能模块是空间数据仓库的对外数据接口模块，由对外数据交换格式组成。第一层次的功能模块为第二层次的功能模块服务，第二层次的功能模块为第三层次的功能模块服务。其具体内部结构图如图2所示。
　　
　　当应用系统提出需求时：①多源空间数据抽取功能模块从各源数据库系统中抽取出相应地理范围（矩形、多边形、椭圆）的不同种类的地理空间数据、专题数据；②多源空间数据整合功能模块对这些由图幅范围组织的地理空间数据进行相应地理范围的裁剪、拼接、接边、图形编辑、拓扑重组等整合处理，形成裁剪拼接和接边好的、具有完整拓扑关系的、物理上无缝的、按区域范围组织的地理空间数据；③多源空间数据统一功能模块对这些整合处理好的地理空间数据进行数学基础、数据编码、数据格式、数据精度等方面的统一处理，形成能相互叠加的地理空间数据；④将经抽取、整合、统一处理好的地理空间数据提交给空间数据产品服务功能模块，经过集成、融合、派生和关联等测绘专业算法处理，生成应用系统所需的各种空间数据产品；⑤基于已生成的空间数据产品，进行空间数据立方体分析和空间数据挖掘分析，得到面向空间辅助决策分析的结果；⑥将这些空间数据产品和空间辅助决策分析结果，以对外数据交换格式的形式提交给应用系统使用。