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地理信息系统是以数字形式表达的现实世界，是对特定地理环境的抽象和综合性表达。空间数据模型是地理信息系统的一个核心研究领域。空间数据模型是关于GIS中空间数据组织的概念和方法，反映现实世界中空间实体及其相互之间的联系，是描述GIS空间数据组织和进行空间数据库设计的理论基础。国内外GIS研究和发展的实践表明，对空间数据模型的认识和研究在很大程度上决定着GIS系统和应用的成败。因此，国际GIS学术界和产业界对空间数据模型的研究一直十分关注和重视。
本文结合国家863项目“面向网络海量空间信息大型 GIS”，重点研究面向地理实体的空间数据建模问题，并以该数据模型为基础，研究模型的实现技术。围绕模型相关概念的实现技术，以及如何在该模型上支持海量空间数据存储，开发了海量空间数据库引擎，研究了支持空间数据查询、检索、分析的空间查询语言 GSQL,完成了能够支持GIS行业长时间野外作业的长事务管理，实现了 MapGIS7.0大型 GIS空间数据库管理平台。本文开展的研究工作如下：
(1)分析了国内外各种商用GIS软件以及商用关系数据库的空间数据模型，指出了各自的优缺点，提出了一种面向地理实体的空间数据概念模型，能够更加直观地反映人们对现实世界的感知，可以表达地理实体之间的语义拓扑关系，能够表达一些特殊且复杂的地理现象；
(2)对面向实体的空间数据模型进行了整体架构研究，根据面向实体的空间数据概念模型更进一步地探索了如何将整个概念模型映射为逻辑模型，进行概念模型到逻辑模型的转化，将概念数据模型中数据实体及其相互关系进行规格化、详细化，填充各个数据实体的属性和方法，并为每个实体定义了其数据结构；详细介绍了要素类、注记类、关系类和规则的逻辑建模过程。实现了将逻辑模型中的所有数据实体在计算机中的物理组织和物理存储。
(3)研究了扩展结构化查询语言的两项普遍认可的标准和规范；提出了适合面向实体的空间数据模型的空间查询语言GSQL，定义了相关的语法规范，并对GSQL，实现的关键模块GSOL解释器的实现原理及关键技术进行了剖析。
(4)在大型地理信息系统架构下，研究了对空间实体查询进行处理与优化的一般手段与技术。着重对空间索引技术、数据压缩技术和空间数据缓冲技术进行了理论探索和实践的尝试。在各种经典理论或者算法的指导下，提出适合本文空间数据模型的实践方法，进行了大量的实验和分析，总结出了适合本模型的最优的空间实体优化方法。
(5)研究了长事务处理实现技术，主要是版本管理机制的实现；通过对面向实体的地理数据库中状态机机制的研究与分析，提出了一种乐观并发的状态机产生机制，在状态机机制研究的基础上结合版本管理来有效解决空间数据库中的长事务问题。并给出了长事务模型的具体实现算法。最后建立了系统原型。系统采用面向对象技术，对地理空间信息资源进行组织和管理，同时为空间查询、分析、处理提供执行环境，形成海量空间数据管理的系统框架。在建立海量空间数据管理的系统框架的基础上，结合“面向网络海量空间信息的大型 GIS”课题，构建了实验系统 MAPGIS7.0 空间数据管理平台；从而实现对本文研究成果的综合应用与验证。同时根据中国地质调查局地质调查领域的应用需求，在实验系统 MAPGIS7.0空间数据管理平台的基础上，构建了系统的典型应用“地质图空间数据管理系统”；验证了模型的可行性、有效性和实用性。