基于UML表示的数字城市GIS图形库建模及其实践0000.docx
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基于UML表示的数字城市GIS图形库建模及其实践0000
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分英号
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文
基于UML表示的数字城市GIS图形库
建模及其实践
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題名和副題名）
_建国兴
（作者聞'）
糖等鐵师解____...王...令言,i教投王言,i教投_
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始文提交目.期
200S.5
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学位授予単位和F1期__南京_理工大学⊠
營辩委员会主席
评闻人
2:
〔）05年5月日
注i‘注明«国际十进分究法tJDC»的美号
1
南京理工大学工程顧士ie文基手wL表示解字城市6!
sE形序建模及其实l装
摘要
人们越来趨多地需要在不同分辨率不同空间足度上时地理现象进行期察、理解和描述,即越来超多地需要对多种比例尺的空闻数据湖一r分析、处理和表达a这就导致了对多比例尺特征GIS需求的出現。
数字地图自动综合的研究是一个非常i良难的課题。
日.前矢量地图主要是通过人工描图的方式识别道路信息,由于该方式耗时,低数,井且不易及时更新。
可以利用已有能基于单一比例尺的aS数据库中的基础地理数据,通过自动制图综合生成多比例尺数据显然,这种方法不但可以概大的減少多比例尺数据采集、存惜、管理和更新的投入,而且可以扩大,GIS基識数据库的服务面,提高其措在的应用价值。
所以对自动制图综合和cls线状要素的面化研究是目.前数字地图中的关键拉术之一。
本文的日的是利用uML改进GIS图形建模,并运用于对自动制图综合和CIS线状数据的面化的图形建模过程.。
在目前自动制图综合和GIs线状数据的简化成果的基础上,设计了自动制图'額合和G[s线状数据的筒化的算法改进部分包括:
基于不规则曲域特征点分类的样条插值和精度控制,基于人眼分辨率极限的CaS线状数据的简化,基于线状数据的自然小波基构造;正交周期小.波在路网河网、等高线等数据的簡化实验a
当VW建,解息系结,T2ueef模'
南京理工大学工程取士论文基于開L表示的数宇城市OlS图形库連模及其实践
Abstract
p6opl」eneeditirldiffe配nltes0ll,ltionratiosmorealdmore,obsefve,understaalianddescrihethegeographica1phenomenonondifferentspa,ceyardstick,namelyneedtoanalyse,dea1withandexpr部st0thespacedata0fmanykincls0fsciilLaSmoreandmO「e.Thish2lscausedappea配n1ceOfmult-scdeschal:
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Theresearchofautoma1lic前ographicglinerali:
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Ke;fwords:
UML,Datasimplifying,Waveletanalysis,Geo寧aPhiCa1ilafO「matiOn
system,il-regularcurvelines,Ft1atMepoint,Fi9u「emOdelin9,
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声明
本学位论文是我在导師的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机掏的学位或学历而使用过的材料。
.与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。
研究生签名,
4、la美_
.zo°i年5月,i日
学位论文使用授权声明
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南京理工大学有被標存本学位邊文的电子和绩质文档,管i
或上网公布本学位论文的全部或部分内容,可以向有关部门或机相'選..
交并投权其保存、借開或上网公布本学位论文的全部或部分内容a对
子保密论文,按保密的有关规定和程序处理。
研究生签名·
2005年i月i日
南京理工大学工程项士论文基手UM[.表示的数字規市（iEs国形庫建模及其实践
l.引言
本章首先分期面向GIS数字化地形图的特点、mL、GIS地理信息系统的基本概愈,以及当前国内外发展的现状和它们在（城市交通）GIS的应用,并由此指出线状数据简化和自动综合制图系统研究的重大意义。
由此构成本论文进题的时代背景与技;术:
背最。
1.1面向GIS数字化地形国的特点、uML、GIS系義荷介
1.1.l面向GIS数字化解圈的特点
由于计算机技术的迅通发展,各地的测维部ll制作数字地形图的技术已达到了生产化水平。
当前有的软件十分注重生产满足国家制囲标准及各行业制图标准的地形图,在数据的采集精度、速度、图形实体的特号和文字注记的美弧合理方面有了很大的进步,非常重视绘图的成图质量,但是,对于这些團形实体之间的关系以及它们与实体属性之同的联系却不被重視。
其目的是續括地说,这些软件是为病足机助制图（CAD）的目的而制作数字地图,并不是按照GIS的要求制作地理信息系统的空间数据库。
这样按不同行业的要求,就必须生产不同的专题图,同一·种信息,在不同专題图上表;i'方式（符号）可能不同。
这种满足制图要求的数字化制图方法,就无法建立统一的基础图形库,无法满足GIS对数字化地形图的要求。
因此要制定能满足不同的Gis需求的数字地国的标推,这样我们生产的数字地图,不板节省费用,而且实現了不同GIS之问信息的交流。
那么CAD的图与（ilS的图有什么不同呢'i'为什么要提f昌面向GIS的数字地图?
我们不妨筒单作一比較aGIS（地理信息系统）与CAD（;tfi助成图）有很多不同之处,正是这些不同,CAn图已越来越不适应GIS应用的发展,下面我if]从不同角度来分析E'l:
（l）日的
GiS以管理与空[1可对象有关的各种信息为1目的。
CAD以出图为最终目的。
（2）精度要求
CA[）的目的是成圈,只要能保证最终产晶的图面精度即可。
所以其精度要求与成图比例尺有关。
比例尺越大对数据的要求就越高。
GIS的目的是管理实体,其精度要求由管理的目的所決定,而与成图比例尺无关。
（3）功能（ilS的功能有输入、存構、査询、空l间分析、输出等a査i句有属性査询、图形査询、按图査询属性、技属性査询图形等,空11il分析有统计分析、网第分析
i
1.引言
南京理工大事工程硕士论文
（最佳臨径选择等）、叠置分析、缓冲分析、地形分析等等。
众多的功能就要求其结柏应该是拓朴结构。
CAD的主要功能是制图,对数据结构要求不高。
（4）处理对象
GIS处理的対象是空l·司实体,每个实体都有空i可信息和属性信息。
图形只是表达信息的一种方式。
信息还可以用数字、文字、国象、表格等方式表达。
CAD处理的对象是團形及数据。
它关心的是国形的美现,注记的合理,结合取合的适当等图面质量。
（5）动态更新
GIS是一个动态系统,存储的信息要求特合现状。
因此,空间備息也要求及时更新。
由于它是面向实体,实体图形只存f请其主点主线,比较简单,所以修改tl较方便。
CA]〕只要求以符号来存储,修改麻频。
（6）数据存権CAD只要求存储一个个图元,并不关心图元问的关系,因此,井不强求:
来用面向实体的结构。
GIs是以实体为单元存錯。
点、线、面之「電有联系,在此基础上能够构成实体之l间的拓朴结构的空闻数据库,能够方便地与属性库联接,是地理现状的提館,特合现状。
它不是以符号表示不同地物,而是以单线加相应属性描述（通过分层、颜色等）来表示,如果要进行结图时,将CIS图再进行符号化,修饰和综合化等处理,才能形成CAi）图。
随者现代社会对地理信息系统（GIS）需求规模的不断扩大和需求层次的日益提高,人们越来越多地需要在不同分辨率,不同空间尺度上对地理现象进行观察、理解和描述,即越来越多地需要对多种比镇t尺的空问数据进行分新、处理和義达a这就导致了对多比例尺特征（iIs需求的出现。
因此,基于单一比例尺的l[iIS已越来越难以精足实际应用的需要。
自80年代末,人们开始不ltFr地寻求解決这一问題的途径
目前通常采用的方法是重复数字化,即通过重复建库来满足对多比例尺数据的需要。
錯而,这种方法从多比例尺数据产生的数率等方面看还存在一些不足。
如耗资巨大.数据采集与建庫的工作繁重,容易出现数据不禮定等情况。
GIs系统与矢量图形系统（VGS）相结合,可大大提高系统的直观性,同时还可实現平面、空间信.息的统计与计算。
虽然不同领域GIS系统所需矢量图形系统的功能有差別,而一个基本的矢量国形系统应具有以下功能:
较为完善的基本图元以及处理点、直线、连续直线、国、圆弧、多边形区域、文本及相互位置美系的能力。
利用lM,工具可以对这些图形对象实体进行建模,其方案在后面章节中翻述,并用于对GIS不期则曲线（矢量地囲、等高线、河网等）的数据情化模型的验证实验中
南京理工大学工程硕士性文基子uML表示的数字城市GIs图形库建横及其实践
;l.1.2uML同介
软件工程试图从規范软件生产的各个环节入手,改普软件生产的成量,提高软件生产的数率a軟件工程方法通常采用某种特殊的语言或图形的表达方法及一套质量保证标准,来描述較件开发生命周期的各个阶段。
uML就是用一些图形标记来模拟对象和记录对象设计的一种通用的模拟语言auML的最大特点是表达能力丰富。
为了整合面向对象方法论,1995年由Rationa1公司的RL11nbaugh、Booch、
Jacobson三位面向对象大师提出第三代面向対象的建模语言统一建模语言
COnifyModelingLanguage,luML）,为软件系统的设计与开发提供了丰富的、功能强大的模型a事实上,近年来在世界范围,IML已;逐渐成为面向对象技术领域内占主导
地位的标准建模语言[21。
（1）标推建接语言UMLr的出現
众所周知,公认的面向对象建模语言出现于7o年代中期从1989年到1994年,其数量从不到十种增加到了五十多种。
在众多的建模·活言中,语言的创造者努力推崇自己的产品,并在实践中不斯完善。
但是,00方法的用户并不了解不同建模语言的优缺点及相互之闻的差异,因兩很难根据应用特点选擇合适的建模语言,uM;L对系统模型的表达能力超出了以往任何一种00A&j）方法。
Eooch是面向对象方法最早的倡导者之一,他提出了面向对象软件工程的概念。
199l年,他将以前面向Ada的工作扩展到整个面向对象设计領域。
Boooh1993比较适合f系统的设计和袖造。
IRl国baugh等人提出了面向对象的建模技术（0MT）方法采用了面向对象的概念,并引入各种独立于语言的表示符。
这种方法用对象模型、动态模型、功能模型和用例模型,共同完載对整个系统的建模,所定又的概念和符号可用于軟件开发的分析、设计和实現的全过程,软件开发人员不必在开发过程的不同阶段进行概金和特号的转換。
ow-2特别适用于分析和描述以数据为中心的信息系统。
Jacobson于1994年提出了00SIE方法,其最大特点是面向用例（us,e-Case）,并在用例的描述中引入了外部角色的概念。
用例的概念是精确描述需求的重要武器,但用例贯穿于整个开发过程,包括对系统的测试和验证。
00SE比較适合支持商业工程和需求分析。
此外,还有Coad/Yourdoti方法,即著名的00A/00D,它是最早的面向对象的分析和设计方法之一。
1994年l0月,l3radyBool:
;1-l和JimR,ml:
●augh开始致力于这一工作。
他们首先特Booch93和0MT-2统一起来,并于1995年l0月发布了第一f、公开版本,称之为统一方法uM0.S（Unitie（iMethod）a1995年秋,00SE的割始人Ival:
-JacobsonL加盟到这一工作。
经过Eooch、Rmbaugh和J出obso1l三人的共同努力.于l996年6月和
1.引言
南京理工大学工程1頭士论文
10月分别发布了两个新的版本,即IM,0.9和llML0.9l,并将m重新命名为
lllla.,（UrlifiedModelingLal:
Lgtlage）。
1996年,一些机构将M作为其商业策略已日趋明显emL的开发者得到了来自公众的正面反应,井倡议成立了uML成员协会,以完善、加强和促进1JML的定又工作当时的成员有DEC、HP、;[-Logi）[、Itel]Lico中.IEM、ICONCo:
Eaputing、通CISystemhouse、Mi,crosoft、Oralile、RationalSoftware.、TI以及Unisys。
这一机构对uML1,0（1997年l月）及[JMLl.1（1997年11月17目）的定又和发布起了重要的促进作用
aML是一种定又良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。
它溶入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技术。
它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计,:
a;支持从帶求分析开始的软件开发的金过程。
（2）标准配语言UML的内客
lM·是一种语言,它是一种可视化的语言,它是一组图形特号。
它可用于详组描述它又是一种构造语言,可以直接生成代码。
作为一种建模语言,uML的定又有两个主要组成部分:
语又和表示法.M的j毒义用自然语言描述,表示法定又了IM,的可视化标准表示特号,这决定了LML是一种可视化的建模语言。
这些图形符号和文字用于建立应用级的模型,在语义上,模型是元模型的实例。
此外M的定又还给出了语法结构能精确规多电。
标准建模语言UML的重要内容可以由下列五类图（共9种图形）来定又[3]:
第一类是用例图,从用户角度描述系统功能,并指出各功能的操作者。
第二美是静态图（Staticdiag的ln）,包括类图、对象图和包图。
其中类图描述系统中类的静态结构·不仅定又系统中的类J表示装之间的联系如关联、依赖、聚合等,也包括类的内部结构（类的属性和操作）a类图描述的是一种静态关系,在系统的整个生命周期部是有效的。
对象图是类国的实例,几乎使用与类图完全相同的标识。
他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例,而不是实际的类。
一个对象图設图的一个实例。
由于对象存在生命周期,因此对象图只能在系统某一时问段存在。
包由包或类组成,表示包与包之闻的关系包图用于描述系统的分层结构。
第三类是行为图（Behaviordiagram）,描述系统的动态棋型和组成对象间的交互关系其中状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件通常,状态图是对类图的补充。
在实用上并不需要为所有能类画状态圈,便为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态囲。
而活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动问的约束关系,有利于识别并行活动a
第四类是交互图（Inte:
raGtivediagram）,描述对象闻的交互美系。
其中J项序團显示对象之间的动态合作关系,它强调对象之间消息发送的J顿序,同时显示对象之闻4
s
南京理工大_学工程硕士进文基子uM.表示的数字城市,cils題形障建解其实设
的交互,合作囲描述对象问的协作关系,合作国跟顺序圈相似,显示对象间的动态合作关系。
除显示信息交換外,合作图还显示对象以及它们之间的关系。
如果强调时间和J项序,则使用J⊠员序图,如果强调上下级关系,则选話合作理。
这两种国合称为交互图。
第五类是实现图（ialpleme;ntationdiagram）。
其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之问的依数美系。
一个部件可能是一个資源代码部件、一个二进制部件或一个可我行部件。
它包含選辑装或实现类的有关信息。
部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度a
配置图定又系统中软硬件的物理体系结构。
它可以显示实「f的计算机和设各（用节点表示）以及它们之间的速接关系,也可显示连接的类型及部件之同的依赖性。
在节点内部,放置可执行部件和对象以显示节点跟可执行软件单元的对应关系。
从应用的角度看,当采用面向对象技术设计系统时,首先是描述需求,其次根据需求建立系统的静态模型,以构造系统的结构:
第三步是描述系统的行为。
其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的,包括用例图、类图（包含包）、对象图、组件图和配置图等五个囲形,是标准建模语言luML的静态建模机制。
其中第三步中所建立的模型或者可以执行,或者最示执行时的时序状态或交互关系。
它包括状态图、活动l图、顺序图和合作囲等四个图形,是标准建模语言mL的动态建模机制。
因此,标准建模语言11JML的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。
（3）标推重機话育uML的主要特点
标准建模语言UML的主要特点可以归结为三点,
（1）UML统一了Boooh、0財和00SE等方法中的基本概念。
（2）trML还吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处,其中也包括非00方法的影响。
uML特号表示考虑了各种方法的图形表示,田掉了大量易引起温乱的、多余的和扱少使用的特号,也添加了一些新符号。
因此,在n中汇入了面向对象领域中很多人的思想。
这些思想并不是M的开发者们发明的,而是开发者们依据最优秀的0o方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的。
（3）M在演变过程中述提出了一些新的概念。
在M标准中新加了模板
（Ste:
reotype:
s）、职责（Responsibiliti,es）、扩展机制（政tensilbilitymechanis;ns）、线程（Threads）、过程（Processes）、分布式（DistribLltion）、并发（Concurrenoy）、模式（patterns）、合作（Co1laborations）、活动團（Activitydiagraln）等新概念,并清晰地区1分类型（Type）、类（class）和实例（I!
1stanl:
e）、期化（lRefi1aement）、接口（InLterfaees）和组件（Conlpo:
nents）等概念。
6
l,引言
南京理工大学工程硕士论文
（4）标聞语言UML的聞報域
M的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统,具有很宽的应用领域。
uML是一个通用的标准建模语言,可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模.IJML1置用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。
1.需求分析。
IML的用例图可以表示客户的需求e通过用例建模,描述对系统感兴超的外部角色和他们対系统的功能要求（用例）。
2,分析。
分析阶段主要考虑所要解決的问题,可用UML美图描述系统的静态结构,协作图、状态图、順序图和活动图描述系统的动态特征。
3.设计。
在设计阶段,把分析阶段的结果扩展成技术解决方案。
分析阶段的领域问题类被般入在这个技术峯础结构中。
设计阶段的结果是构造阶段
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