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随着地理信息技术在各个专业领域的广泛应用，地理信息系统(GIS)正逐渐融合到各种主流IT业务系统之中。GIS在各个专业领域的应用需求的实现必然对地理空间信息表达和处理技术提出更高的要求。传统GIS技术的设计思想、体系结构和数据组织已经不能满足目前和将来GIS应用的需要，新型空间数据模型的建立、空间数据的组织和存储实现是新一代GIS软件的基础和关键。
场模型及其数据是一类很重要的空间数据模型和数据类型，但是对这类数据缺少统一的表达和组织形式及有效的存储和管理，成为限制GIS应用推广的重要原因。本文概述了传统GIS软件发展背景和存在的主要问题，以及新一代GIS研究的基本问题和关键技术，分析了对象模型和场模型空间数据表达和管理的发展现状及面临的问题，系统地介绍和讨论了GIS中场的概念、分类、研究内容以及数字化表达等内容，建立了统一动态场空间数据模型；继而研究基于对象关系数据库的统一动态场空间数据表达和操纵的机制，基于开源数据库系统PostgreSQL/PostGIS设计和具体实现统一动态场空间数据模型的扩展；最后以对某地区的行政区划、地形和空气污染现象进行综合分析为应用场景开发了基于统一动态场的原型演示系统。论文主要内容包括：
1、GIS数据表达的对象是现实世界中的空间实体和现象。论文概述了GIS数据的特征及其时间空间关系。对GIS数据表达包含的内容和层次进行了总结分析，提出了概念更为清晰的GIS数据表达的内容和层次，对目前空间数据模型存在的不足及空间数据模型发展方向进行了讨论和总结。概述了空间数据管理和空间/时空信息查询的相关研究和发展，提出对象关系型存储是目前最理想的空间数据管理模型；扩展关系数据库的SQL是最基本的空间/时空查询语言表现形式。
2、对象(object)观与场(field)观是GIS中主要的两种认识空间的观点。本文在对比研究两种空间观基础上，提出了统一的空间观概念，认为GIS数据表达若以统一的场空间观看待实体和现象，可以简化空间数据模型中的一些基本概念，也有助于从新的角度建立一个统一的空间数据模型。从场的概念、分类、场的特性、场的研究内容等几方面深入讨论和理解GIS中的场，并介绍场模型常见的6种离散化表达方法，认为函数表达式是连续场最基本的表达方法。在此基础上，提出一个既能表达场在空间分布上的连续性或离散化，又能表达场随着时间变化的统一动态场表达框架。通过对空间域、时间域和场函数的定义，统一动态场表达模型将连续场、离散场、静态场、动态场统一到了同一个表达框架下。
3、对基于对象关系的空间数据库技术进行研究和讨论，提出扩展对象关系数据库管理系统是目前最为理想的空间数据管理技术，建立了基于对象关系数据库的统一动态场空间数据管理模型；研究统一动态场模型在对象关系数据库中的表达、存储和操纵机制，使得场模型空间应用可以直接利用场模型扩展时空数据库对应用数据进行管理和操作，能够充分利用数据库系统所提供的较为完善的数据存储、组织、安全机制，和非过程化的访问和操纵手段，更进一步，可对分布式环境下场模型数据空间应用的表达和操纵的实现提供支持。
4、基于开源对象关系数据库PostgreSQL/PostGIS，设计和实现了统一动态场模型的时间空间扩展，主要包括场模型空间数据类型和函数的定义和实现。扩展的数据类型包括时间复合类型和动态场统一类型。动态场统一类型包括Raster、Grid、TIN和Function4个子类型，扩展函数包括时间关系谓词和动态场统一类型上的一系列操作函数：指定时间和空间范围内的场强值计算函数、指定空间范围随时间的变化的场强求取函数、指定空间范围满足指定表达式的最小时间场强求取函数、指定时间、指定空间范围、指定采样步长的离散化场矩阵求取函数、动态场计算函数、动态场的时空裁剪函数、动态场的重新采样函数、动态场属性一致性检查函数、DEM场的可视域分析函数等。
5、统一动态场时空查询语言。从扩展数据定义语句、相容性检查语句、数据操纵语句、数据查询语句等几方面对查询语言SQL，进行了扩展，给出了统一动态场扩展时空查询语言语法的BNF表示及使用示例。
6、设计与实现了基于统一动态场的原型演示系统。该系统利用开源软件，通过数据库--应用服务器--浏览器三层结构，以对某地区的行政区划、地形和空气污染现象进行综合分析为应用场景，展示了统一动态场模型的数据库表达和操纵机制的实现以及该方法在解决实际应用问题中的能力。原型系统为场模型空间数据的统一存储和管理提供了有效的解决方案，不需借助其他工具就可将场空间数据存储在数据库中，从而实现数据库对空间数据的一体化管理。原型系统充分利用数据库系统所特有的安全性、数据完整性和多用户并发操作的处理能力来实现在数据库中对统一动态场空间数据进行统一存储，提供对场.对象空间数据进行复杂时空查询和分析的支持。用户可以通过使用扩展SQL语言来实现面向问题的非过程化空间信息处理。