专利名称：国家地质图类数据模型系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及地质调查领域，尤其是涉及一种国家地质图类数据模型系统。
背景技术：
数据模型是一种数据(实体)之间的联系以及有关语义约束规则的形式化描述，通俗地说，数据模型规定数据的内容、结构、行为和语义，其中，内容定义应该包括什么，不包括什么；结构描述数据之间的关系；行为用可执行的操作表示；语义则对属性域的有效性进行约束，如数据类型、取值范围(包括代码范围)以及缺省值等。就地质调查数据而言，在已有数据模型或建模中，由于侧重于项目需求的建模，加上受于个人数据库技术的限制，使领域内的数据建模在数据(实体)本身、数据(实体)之间的联系以及有关语义约束规则的形式化描述、数据模型规定数据的内容、结构、行为和语义方面缺乏一致性描述，这一定程度上影响了为地质科学数据的共同理解提供基础，使数据模型被设计成适合各种数据结构的能力也相当有限。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有技术的缺陷，提供一种国家地质图类数据模型系统，该系统能够选择和限制制定地学数据专用标准，并通过扩展和包含建立应用模式的方式达到完整建立地学数据模型基础内容标准的目的。
本发明所述的国家地质图类数据模型系统包括地质图类数据模型单元、地质图类空间数据库、映射器、格式转换器、公共类接口、安全论证单元和地质图类操作单元。
所述的地质图类数据模型单元分为基本要素模块、综合要素模块和对象模块。这里的要素是指空间实体数据，对象是指非空间实体数据，基本要素模块包括基本的地质点、线、面的空间实体数据；综合要素模块由复合的地质点、线、面的空间实体数据组成。
所述的地质图类空间数据库存储具有一致性描述的地质图类数据。
所述的映射器实现地质图类数据模型单元中的各数据到地质图类空间数据库的映射。
所述的格式转换器主要实现将各种不同格式的地质原始数据转换后导入地质图类数据模型单元。
所述的公共类接口包括要素类图形处理接口、要素类属性处理接口、对象类处理接口和关系规则处理接口，其中，要素类图形处理接口主要提供要素类的图形显示、编辑及拓扑规则构建功能；要素类属性处理接口主要提供要素类属性的操作功能；对象类处理接口主要提供对象类数据属性的操作功能；关系规则处理接口主要提供要素类和要素类、要素类和对象类之间的关系的构建功能。
所述的安全论证单元主要提供对地质图数据的安全有效处理的验证。
所述的地质图类操作单元主要提供给用户和管理人员与系统之间交互的数据输入、更新、删除以及浏览等功能，用户可以提出一个对象类的检索请求，通过安全论证后，调用对象类处理接口操作地质图空间数据库中满足检索条件的对象类数据并返回给用户。
本发明的国家地质图类数据模型系统具有如下优点(1)该数据模型是领域数据模型，不是针对某个项目定义的数据模型，从而确保领域内数据语义描述的一致性；(2)实现了与比例尺无关的地质图类数据模型；(3)解决了过去图层所带来的拓扑关系不合理的问题；(4)解决了非空间实体的数据组织的维护和扩展问题。(5)通过各种关系，能够组织成面向不同用户、不同需求、不同层次的多目标的空间数据库，而不是单个项目的数据库；(6)用户可以对空间数据采用继承来实现个性化扩展，满足应用需求。
下面参照附图和具体实施方式
对本发明的国家地质图类数据模型系统作进一步地详细说明。
图1是本发明的国家地质图类数据模型系统的总体结构示意图；图2是本发明的地质图类数据模型单元的结构示意图；图3是本发明的映射器的功能示意图；图4是本发明的格式转换器的结构功能示意图；
图5是本发明的公共类接口实现要素类图形处理和要素类属性处理的结构功能示意图；图6是本发明的公共类接口实现对象类处理和关系规则处理的结构功能示意图；图7是本发明的公共类接口引入的子类型图形数据结构示意图；具体实施方式
图1所示的国家地质图类数据模型系统包括地质图类数据模型单元、地质图类空间数据库、映射器、格式转换器、公共类接口、安全论证单元和地质图类操作单元。其中，地质图类数据模型单元存储有要素类地质数据和对象类地质数据，主要分为基本要素模块、综合要素模块和对象模块三个部分；映射器将所述的要素类地质数据和对象类地质数据映射为具有一致性描述的地质图类数据并存储在地质图类空间数据库中；通过格式转换器，管理人员可以将各种不同格式的地质原始数据转换后导入地质图类数据模型单元，从而实现了地质图类数据模型单元内的数据的不断更新和完善；公共类接口对地质图类空间数据库中的地质图类数据分别进行要素类图形处理、要素类属性处理、对象类处理和关系规则处理从而解决了过去图层组织数据所带来的拓扑关系不合理的问题和非空间实体的数据组织的维护和扩展问题；安全论证单元再对这些地质图类数据的安全有效进行验证；最后，通过地质图类操作单元，用户和管理人员将与系统之间实现交互的数据输入、更新、删除以及浏览等功能。
如图2所示，本发明的地质图类数据模型单元主要分为基本要素模块、综合要素模块和对象模块。其中，基本要素模块由地质点、面、线要素类(空间实体数据)构成，地质线要素类包括地质(界)线，河、湖、海水库岸线；地质面要素类是指地质体面实体；地质点要素类包括脉岩(点)、蚀变(点)、矿产地(点)、产状、样品、摄像(照片)、素描、化石、同位素测年、火山口、钻孔、泉；由图可知，地质点要素类和地质线要素类都可以是地质面要素类的组成部分。综合要素模块由复合的地质点、面、线要素类构成，包括构造变形带、蚀变带(面)、变质相带、混合岩化带、矿化带、火山岩相带、大型滑坡(崩塌)体、标准图框(内图框)，由图可知，地质面要素类可以是综合要素模块的组成部分。对象模块由对象类(非空间实体数据)构成，包括沉积(火山)岩岩石地层单位、侵入岩岩石年代单位、侵入岩谱系单位、变质岩地(岩)层单位、特殊地质体、非正式地层单位、断层、脉岩(面)、戈壁沙漠、冰川与终年积雪、面状水域与沼泽、侵入岩谱系单位、侵入岩岩石年代单位，由图可知，对象模块的描述是与地质面要素类相互关联的。
如图3所示，映射器将地质图类数据模型单元中的要素类地质数据和对象类地质数据映射为具有一致性描述的地质图类数据并存储在地质图类空间数据库中通过关联、组合、继承来描述基本要素模块与对象模块的关系，通过依赖来描述综合要素模块与基本要素模块的关系，这里的依赖关系由对象的语义引起，但与空间有关，这种关系只能建立在要素类之间；这里的关联关系是指多个对象之间的互相独立，而且不存在依赖；这里的组合关系是指一个对象的生命周期控制另一个对象的生命周期，即一个对象被删除，消息传递给相关的对象，相关的对象也将被删除；这里的继承关系是指目的对象继承原始对象的某些或者全部特征，因此，映射器实现了要素类数据和对象类数据相互关系的一致性描述。
如图4所示，为了实现地质图类数据模型单元内数据的不断更新和完善，管理人员通过格式转换器将各种不同格式的地质原始数据转换后导入地质图类数据模型单元。格式转换器通过空间粒度、描述粒度、语义粒度和存储粒度的相互关系与分割技术来实现以上功能，这里的“粒度”可以是矿物也可以是岩石，其主要描述地质体的空间位置特征。所述的空间粒度反映在点、线、面的尺度上；所述的语义粒度主要指描述一个地质体可以从不同的空间与属性角度进行描述；所述的描述粒度主要反映在根据不同的比例尺情况对地质体的空间与属性描述的具体化，在小比例尺时，用地层单位描述即可，在大比例尺的条件下，则可以描述到具体的岩石段；所述的存储粒度主要指在数据模型中通过关联、依赖、组合和继承来描述地质图类对象及其行为、关系的数据结果集(包括相关的学术知识)，这样，不同格式的地质原始数据通过格式转换器实现了数据模型与比例尺无关的目的。
图5所示的公共类接口通过要素类图像处理和属性处理解决了过去图层组织数据所带来的拓扑关系不合理的问题。在地质学中，拓扑是指图形在连续变化的情况下保存不变的性质，比如一个地质体以地质界线作为其边界的，则地质界线的性质不管如何变化，地质体都是将该地质界线作为其边界的，因此，拓扑主要是用来保证数据质量、允许更逼真地表示地质图类空间实体，如图所示，地质体和其作为边界的地质界线，在左边所示的图层数据结构中，分层“地质界线”和“地质体”两层存储，在“地质体”这一层需要存储作为边界的地质界线，如果地质界线发生变化，则必须同时修改维护两层的信息，在右边所示的采用要素类处理的数据结构中，则分成“地质体面实体”和“地质界线”两个要素类，地质体面实体的边界通过引用要素类“地质界线”来实现，这样当地质界线变化时，就只需维护地质界线的信息即可，这样，通过要素类的图像和属性处理实现的地质图类数据的拓扑关系比过去通过图层数据结构的方式能够更灵活地模拟一系列几何关系，并且还能合理地解决分类与空间数据表达的人为性，从而有效地维护对象之间的相关完整性和一致性。
图6所示的公共类接口通过对象类处理和关系规则处理解决了非空间实体的数据组织的维护和扩展问题，如图所示，某个地质体面实体通过关联对象类包含了该对象类的属性信息，从而使该地质体面实体的属性描述更加全面，这些对象类可以是沉积(火山)岩岩石地层单位、侵入岩岩石年代单位、侵入岩谱系单位、变质岩地(岩)层单位、特殊地质体、非正式地层单位、脉岩(面)、戈壁沙漠、冰川与终年积雪、面状水域与沼泽、图幅基本信息。地质(界)线也可以通过此种方式与断层对象类关联，用户在实现应用时，还可以在地质图类对象类的基础上通过关联、继承等关系扩展符合应用需要的新的对象类属性。
如图7所示，经过公共类接口对要素类数据和对象类数据的处理，产生并引入地质点、线、面要素类和对象类的子类型的概念。地质点、面、线要素类的子类型，是指一个要素类所有对象有相同的行为和属性(属性是对象的特征)，但并不是所有的对象共享相同的属性域(属性域是属性有效值的规则，用于限制对象的具体属性允许的值)。当一个要素类的对象使用不同的属性域时，使用不同属性域的对象就构成要素类或表的子类型。一个对象的子类型是由其子类型代码值决定的，子类型代码以整型字段存储在要素类或表中，每一个子类型在给定的字段可以有它自己的缺省值集合和属性域，并且关联有不同的连接规则。当需要通过缺省值、属性域、连接规则、关系规则区分对象时，就需要对单一的要素类或表建立不同的子类型。如果要根据不同的行为、属性、访问权限或对象来区分对象时，必须建立另外的要素类。要素类、对象类均有各自的子类型。如图所示，要素类“化石”，具有属性“化石产出层位”，其属性值有以下两种情况(1)在地质路线上采集的化石，按化石产出的岩石地层单位(如组、段)填写其层位，(2)在地质剖面上采集的化石，按化石产出的岩石地层单位(如组、段)、分层层号和分层位置填写其层位。这样，根据上述两种情况可以将化石的子类型分为“1”和“2”，通过子类型图形数据，使得本发明的国家地质图类数据模型系统能够具备被设计成适合各种数据结构的能力。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种国家地质图类数据模型系统，其特征在于包括地质图类数据模型单元、地质图类空间数据库、映射器、格式转换器、公共类接口、安全论证单元和地质图类操作单元。
2.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的地质图类数据模型单元分为基本要素模块、综合要素模块和对象模块，这里的要素是指空间实体数据，对象是指非空间实体数据，基本要素模块包括基本的地质点、线、面的空间实体数据；综合要素模块由复合的地质点、线、面的空间实体数据组成。
3.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的地质图类空间数据库存储具有一致性描述的地质图类数据。
4.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的映射器实现地质图类数据模型单元中的各数据到地质图类空间数据库的映射。
5.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的格式转换器主要实现将各种不同格式的地质原始数据转换后导入地质图类数据模型单元。
6.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的公共类接口包括要素类图形处理接口、要素类属性处理接口、对象类处理接口和关系规则处理接口，其中，要素类图形处理接口主要提供要素类的图形显示、编辑及拓扑规则构建功能；要素类属性处理接口主要提供要素类属性的操作功能；对象类处理接口主要提供对象类数据属性的操作功能；关系规则处理接口主要提供要素类和要素类、要素类和对象类之间的关系的构建功能。
7.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的安全论证单元主要提供对地质图数据的安全有效处理的验证。
8.一种如权利要求1所述的国家地质图类数据模型系统，其特征在于所述的地质图类操作单元主要提供给用户和管理人员与系统之间交互的数据输入、更新、删除以及浏览等功能。
全文摘要
本发明涉及一种国家地质图类数据模型系统，包括地质图类数据模型单元、地质图类空间数据库、映射器、格式转换器、公共类接口、安全论证单元和地质图类操作单元。该系统具有以下优点(1)该数据模型是领域数据模型，不是针对某个项目定义的数据模型，从而确保领域内数据语义描述的一致性；(2)实现了与比例尺无关的地质图类数据模型；(3)解决了过去图层所带来的拓扑关系不合理的问题；(4)解决了非空间实体的数据组织的维护和扩展问题。(5)通过各种关系，能够组织成面向不同用户、不同需求、不同层次的多目标的空间数据库，而不是单个项目的数据库；(6)用户可以对空间数据采用继承来实现个性化扩展，满足应用需求。
文档编号G06F17/30GK1811769SQ20061000132
公开日2006年8月2日 申请日期2006年1月17日 优先权日2006年1月17日
发明者李超岭, 姜作勤, 李丰丹, 叶天竺, 吕霞, 李景朝, 陈辉, 杨东来, 李浩川 申请人:中国地质调查局发展研究中心