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1、第二章 MapInfo 数据的空间组织2.1 MapInfo 空间数据的拓扑关系模型空间数据的拓扑关系模型是地理信息系统的基石。当前商用地理信息系统中，主要采用 POLYVRT 结构和“空间实体+空间索引”两种模型。MapInfo 采用称作“空间实体+空间索引”的拓扑关系模型。80 年代中后期出现的商用地理信息系统，尤其是桌面地理信息系统大多采用这种方式，包括 ESRI 的 ArcView。而采用 POLYVRT 模型的系统主要是以 Arc/Info、GeoMedia 等为代表的一些专业 GIS 产品。“空间实体+空间索引”模型的基础是“空间实体”。空间实体是地理实体的抽象，主要包括点、线、面
2、三种类型。每个空间实体（图元 Feature）对象都维护着自己的所有属性。多个空间实体组成一个图层（Layer）。如图：图 2.1 MapInfo 实体结构图 2.2 MapInfo 中图层构成“空间实体+空间索引”模型的空间查询功能是通过“空间索引”技术来实现的。空间索引的目的是对给定的空间坐标，能够以尽快的速度搜索到坐标范围内的空间对象。MapInfo 采用 R-Tree 技术将空间实体的最小外接矩形 MBR (Minimum Bounding Rectangle)存储在索引中，并按从大到小的顺序进行索引搜索。建立了空间索引，就能快速地进行空间分析了。R-Tree最早是由A. Gunman
3、在1984年提出的，是一种采用对象界定技术的高度平衡树，是B树向多维空间发展的另一种形式，是目前最流行的动态空间索引结构之一。索引是一种有效的检索手段。它是通过比较运算逐步追踪到检索的对象。如果比较运算的开销很大,则索引的效率很低,所起作用就不大。为此,现有的空间索引一般按点和MBR作为搜索对象。MBR是不规则区域的最小限定矩形。该矩形的数据结构为：RECT(ID，x1，x2，y1，y2)，其中,ID为矩形对象标识；x1、x2、y1、y2 表示最大、最小范围。这样，空间查询可以分为两步：用MBR 排除不满足查询要求的对象,检查出一个候选对象集；用精确方法对候选对象集中的对象逐个进行校检,找出真
4、正查询的对象集。R-Tree空间索引方法进一步延伸了上述概念，设计一些虚拟的矩形目标，将一些空间位置相近的目标包含在这个矩形内，这些虚拟的矩形作为空间索引，它含有所包含的空间对象的指针,称为目录MBR，对应于R 树的中间结点。而具体的对应于每个目标的矩形，称为对象MBR，对应于R-Tree的叶结点,如图：图 2.3 R-Tree其中结点有以下结构:L ：( E1, En)Ei：(MBR, p)即一个结点包括索引项 E1， En(L min n L max)。其中， L min和 L max分别代表结点中可以容纳的最小和最大的索引项数目；p是指针。在叶结点中, p 指向MBR 所近似表示的空间对
5、象；在非叶结点中, p 指向含有MBR 中所有成员的子结点。R 树中每个结点所能拥有的索引项数目是有上下限的。下限保证索引对空间的有效利用，索引项的数目小于下限的结点将被删除, 该结点的索引项将被分配到其他的结点中；设立上限的原因是因为每个结点只对应一个磁盘页, 如果某个结点要求的空间大于一个磁盘页, 那么该结点就要被划分为两个新结点, 原来结点的所有索引项将被分配到两个新的结点中。在构造虚拟矩形时 ,应尽可能包含多的目标,矩形之间尽可能少的重叠,虚拟矩形还可以进一步地细分,即可以再套虚拟矩形形成多级空间索引。相对于，POLYVRT 的优点是多个不同的对象可以共用相同的结点，节省存储空间，但由
6、此产生的问题是其结构更加复杂，数据的编辑和维护比较困难。而“空间实体+空间索引”模型虽然会造成公共结点的重复存储，但是其结构化的实体模型使得对某个对象的更改不会影响到其它对象的定义，从而大大增强了空间数据的可维护性。另外，基于 POLYVRT 结构的空间数据组织不能被规范为关系模式，而基于“空间实体+空间索引”模型可以规范为“实体-关系”模型，从而可以与关系数据库系统结合，在关系数据库内实现对空间数据的查询、分析和处理等操作。2.2 MapInfo 主要技术特点（1）以表（Table）的形式组织信息每一个表都是一组 MapInfo 文件，这些文件组成了地图文件和数据库文件。为使用 MapInf
7、o，就需要有组成表的用户数据和地图文件。这些文件可以来自 MapInfo 或者由用户创建。用户要想在 MapInfo 中工作，就必须打开一个或多个表。MapInfo 通过表的形式将数据与地图有机地结合在一起。当用户在 MapInfo 中打开数据文件时，MapInfo 将创建一个表。这个表至少由两个独立的文件组成，一个是包含数据结构的文件，另一个是包含原始数据的文件。一个典型的 MapInfo 表将主要由*.tab、*.dat、*.wks、*.mdb、*.dbf、*.xls、*.map、*.id、*.ind 文件格式组成。（2）图形对象MapInfo 内置的数据库管理系统是一种关系型数据库管理系
8、统，也是用二维表组织数据。与其它关系型数据库不同的是表结构中除可包含常用类型的属性列外，还引入一个图形对象列（OBJ 列），用于存储图形对象（如线、区域等）。MapInfo 提供许多图形对象的操作接口，利用这些接口可以生成和处理所需要的各种图形。（3）地图图层化MapInfo 是按图层组织计算机地图的。也就是说，将一幅计算机地图加工成多个层层叠加的透明层，这个透明层就称为图层。每个图层包含了整个地图的一个不同方面。例如，第一个图层包含市边界，第二个图层表示市府的符号，第三个图层由标注文本组成，把它们层层叠加就形成一幅完整的地图。在创建每一个图层时，都要为其建立一张表，MapInfo 就是通过这
9、种方式使表与地图之间建立了联系。也就是说，MapInfo 是以表的形式来进行管理的，每个表一般包含两部份：地图部分和数据库（属性）部份。（4）专题地图提供多种数据可视化的专题地图，能将数据库中的信息进行直观的可视化分析。使用专题渲染在地图上显示数据时，可以清楚地看出在数据记录中难以发现的模式或趋势，为用户的决策提供依据。专题地图包括范围值、点密度、柱状图、等级符号、饼图和独立值六种形式。（5）内置 ODBCMapInfo 内置 ODBC，支持各种关系型数据库，支持 SQL 查询，从而保证了对原有数据库的沿用和对远程数据库地访问。具备空间查询的功能扩展（如缓冲区、叠加等），采用数据仓库的最新技术
10、OLAP（Online Analytical Processing）的联机事物处理，对于应用程序实现图形查询和表查询提供了强大的手段。通过 MapInfo 中的 Easyload 可以把 MapInfo 的 Tab 文件上载到远程的数据库上面，比如 Microsoft SQL、Oracle 等大型数据上面。（6）支持多种数据格式及其转换MapInfo 既支持数字化仪的图形输入方式，直接生成矢量图，也支持目前市场上流行的图形图象格式。可接受 AutoCAD 的 DWG、DXF 标准文件格式，还可通过 MIF 及 MID 文件与其它软件建立数据的接口。其中MIF 文件内保存有图形信息，MID 文件
11、内保存有图形的属性信息。MIF 及 MID 文件通过 MapInfo 的菜单命令 Import 和 Export 来输入和产生。MapInfo 中的通用转换器（Universal Translator）可以实现多源数据的互操作。（7）二次开发工具 MapBasic作为一个系统软件，MapInfo 提供了可以将其所有的功能用程序来驱动的方法，内置标准的二次开发工具-MapBasic。MapBasic 不仅与大众化的 Basic 语法相一致，具有基本一致的常用函数集（计算、字符串处理、文件 I/O、DLL 调用等），而且利用 MapBasic 语言所提供的函数、过程和语句命令可以完成许多有关图形对
12、象管理的复杂操作和运算。它的真正优势在于对 MapInfo 中的 Table 及其图形对象的管理所提供的特性和强大功能。采用面向对象及事件驱动编程（8）集成二次开发能力具有 OLE 和 OLE Automation 功能，可以方便地使用 Delphi、VB、VC 等多种开发工具，保证了新的应用程序与原有的应用界面保持一致，为日后的深层开发提供一个扩展空间。2.3 MapInfo 的数据组织MapInfo 采用双数据库存储模式，即其空间数据与属性数据是分开来存储的。属性数据存储在关系数据库的若干属性表中，而空间数据则以 MapInfo 的自定义格式保存于若干文件中，二者通过一定的索引机制联系起来
13、。为了提高查询和处理效率，MapInfo 采用层次结构对空间数据进行组织，即根据不同的专题将地图分层（图层还可以分成若干图幅），每个图层存储为若干个基本文件。（1）属性数据的表结构文件*.TAB属性数据表结构文件定义了地图属性数据的表结构，包括字段数、字段名称、字段类型和字段宽度、索引字段及相应图层的一些关键空间信息描述。*.TAB 文件实际上是一个文本文件，可以在写字板中打开观察其内容。（2）属性数据文件*.DAT属性数据文件中存放完整的地图属性数据。在文件头之后，为表结构描述，其后首尾相接地紧跟着各条具体地属性数据记录。（3）交叉索引文件*.ID交叉索引文件记录了地图中每一个空间对象在空间
14、数据文件（*.MAP）中的位置指针。每四个字节构成一个指针。指针排列的顺序与属性数据文件（*.DAT）中属性数据记录存放的顺序一致。交叉索引文件实际上是一个空间对象的定位表。（4）空间数据文件*.MAP具体包含了各地图对象的空间数据。空间数据包括空间对象的几何类型、坐标信息和颜色信息等。另外还描述了与该空间对象对应的属性数据记录在属性数据文件（*.DAT）中的记录号。这样，当用户从地图上查询某一地图对象时，就能够方便地查到与之相关的属性信息。 文件头字段数字段 1 说明字段 N 说明图元数据描述：图幅范围图层说明图上实体描述文件头字段定义记录 1记录 2记录 M属性数据索引 1索引 2索引 N
15、文件交叉索引空间数据面，记录号，边界，填充图例，颜色，大小拐点书及坐标信息线，记录号，坐标，线形点，记录号，坐标文件头*.tab 文件 *.dat 文件 *.id 文件 *.map 文件图 2.4 MapInfo 的文件格式及数据关联机（5）索引文件.IND索引文件并不是必须的，只有当用户规定了数据库的索引字段后 MapInfo 才会自动产生索引文件。索引文件中对应于每个索引字段都有一个索引表。在每个索引表中，先给出总的数据库记录数目，然后按照索引顺序给出每条属性数据记录在对应的索引字段处的具体属性数据和该记录在属性文件（.DAT）及交叉索引文件（*.ID）中的记录号。*.tab：该文件描述
16、MapInfo 表的结构。它是描述包含数据的文件的格式的小文本文件。*.dat（.mdb、.aid 或 .dbf）：这些文件包含表格数据。*.map：该文件描述图形对象（如果该表没有任何地图对象，则该文件将不存在） 。*.id：该文件是将数据与对象相链接的交叉引用文件（如果该表没有如何地图对象，则该文件将不存在） 。*.ind：它是索引文件。通过该索引文件，您可以使用 Find 对象搜索地图对象。文件头字段定义记录 M记录 1记录 2文件头对象个数对象 L 索引字段 1 的值L对象 1 索引字段 1 的值对象 2 索引字段 1 的值索引 1索引 2索引 N对象 L 索引字段 M 的值对象 1 索引字段 M 的值对象 2 索引字段 M 的值对象 L 的记录号：2对象 1 的记录号：N对象 1 的记录号：1对象个数对象 L 的记录号：2对象 L 的记录号：N对象 L 的记录号：1图 2.5 MapInfo 的索引文件机制。2.4 MIF 与
