空间关系的表达模型决定了现实世界中空间物体的相互关系以怎样的方式在计算机中抽象、存储、处理、分析和输出,是GIS中空间分析的基础,在空间数据建模、空间查询、空间分析、空间推理等空间操作中有着重要的作用。空间关系模型中的定性表达模型与人们所关心的空间物体间的实际关系更为接近,且比定量表达模型更为容易实现,因此定性表达模型被广泛地应用于空间分析的各种操作中。 随着GIS应用的普及,空间数据库被广泛用于各个部门。空间查询操作功能作为空间数据库应用系统的一个基本功能日益受到重视,并成为空间数据管理系统的空间数据管理能力的重要的评判标准。新的空间数据管理和应用系统更加重视系统的智能化,传统的大部分平台软件所提供的简单的查询功能已不能满足人们对空间查询功能的要求。因此,GIS设计者和开发部门在为不同的用户量身定制应用系统时,不得不在原有的GIS平台软件的基础上对原有的空间查询功能进行扩展。但由于传统的关系模型实现思路往往局限在利用同一模型同时表达拓扑关系和方向关系,开发者在实现的过程中,受到空间关系表达模型复杂度的限制,如何同时实现拓扑关系和方向关系的查询成为系统功能实现的瓶颈问题。 本文在对各种空间关系定性表达模型的研究和比较中发现,每一种模型表达对于拓扑关系和方向关系的表达能力都是不均等的,一个善于表达拓扑关系的模型往往对方向关系的表达能力较弱。如果利用同一模型来同时实现这两种关系的表达,必需设计一套复杂的表达机制来克服这种表达能力的不均等,从而大大提高了表达模型的复杂度。因此开发者要利用单一模型实现组合查询时,首先必须熟悉其一整套复杂机制,其复杂度使大部分开发者望而却步。另一方面,不同用户对于这两种关系表达的精度要求差别很大,统一的表达模型无法体现和满足这种差别,而往往用提高精度来实现相应的功能,造成了浪费。而利用组合模型表示空间关系,开发者可以根据用户的需要分别选择合适的拓扑关系表达模型和方向关系表达模型,降低了表达模型的复杂度,使得开发者无需熟悉复杂的表达机制也能轻松实现组合查询功能。 本文通过对各种常用的空间关系定性表达模型的分析,比较了各种表达方法在空间关系拓扑关系和方向关系表达中的优点和缺点。在此基础上,提出了组合模型方案,并通过与同一模型的复杂性的比较说明了这种方法的优点。 最后根据本文提出的思路,设计并实现了一个基于ArcGIS平台的空间数据的应用原型系统,利用该系统的实现来说明组合模型的思路及实现的可行性。该系统除了提供相关的基本显示和处理功能外,主要具有利用二值拓扑关系模型和符号空间索引模型实现的拓扑关系和方向关系的组合查询功能。