GIS数据分为空间数据和属性数据。空间数据是对现实世界地理实体的抽象。地理实体往往要符合一定的空间或者逻辑的要求,例如一个省的省会必须落在该省的行政区域之内等等。属性数据是描述地理实体性质的数据,也必须遵循一定的法则,例如表示人性别的数据只能是男性或女性等等。地理实体的关系法则和逻辑要求必须由地理数据库来维护。随着计算机科学技术和数据库技术的日益发展,GIS空间数据的处理能力逐渐增强,空间数据的数据量也随之增大,由原来的GB级发展为现在的海量级。海量空间数据的维护代价非常大,因为地理数据库数据在入库的时候容易产生一些人为的错误,在数据发生变化的时候地理实体原有的空间关系可能会被破坏,这些会造成数据语义的不正确性和不一致性,破坏数据语义的完整性,从而大大降低地理数据库数据的质量。对于数据语义的正确性和完整性,关系数据库提供了一些处理方法,如约束、规则等等。地理数据库是一个特殊的数据库,在维护数据语义正确性和一致性方面有其特殊的要求,需要制定一种约束地理数据库数据的有效性规则来保证数据在进入地理数据库时语义的正确性以及数据在数据库更新时的语义一致性和完整性,它是提高地理数据库数据质量的一个重要途径。新一代大型GIS产品MapGIS7.0是武汉中地数码科技有限公司开发的面向网络海量空间信息的大型GIS基础软件平台。它采用全关系型数据库管理方案,采用面向对象的设计思想。本文针对地理数据库数据的特点,在MapGIS7.0的框架下研究和实现了一个有效性规则管理器来维护地理数据库数据语义的正确性和一致性。具体地,论文开展的具体工作和创新点如下:(1)简单回顾了GIS的发展历程,指出了当前地理数据库数据语义一致性维护中存在的问题,说明了研究实现地理数据库有效性规则管理器的必要性,详细分析了有效性规则在国内外的研究现状,指出了目前GIS软件在数据语义一致性维护方面存在的缺陷,最后总结了课题研究的主要内容。(2)详细介绍了MapGIS7.0面向实体的空间数据模型。给出了地理实体的概念及要素、对象的相关概念,介绍了面向实体空间数据模型的概念分层,分类说明了要素类、对象类、注记类、简单要素类、关系类、要素数据集等的相关概念,分析了面向实体空间数据模型的数据组织方式,阐述了复杂要素模型和简单要素模型的数据组织特点。(3)研究了有效性规则的基本概念。分析了地理数据库数据的特点,根据地理数据库完整性的要求研究了有效性规则的分类,并按分类详细论述了属性规则、关系规则、拓扑规则、连接规则的相关概念、特点和作用范围,重点研究了一元、二元拓扑规则的分类,详细设计了包含一元、二元拓扑规则在内的4种点拓扑规则、11种线拓扑规则和9种区拓扑规则,说明了各种拓扑规则的应用范围。(4)研究地理数据库有效性规则的存储模型和检查模型。根据MapGIS7.0的数据存储特点给出了有效性规则的存储策略,采用了文件和数据库存储的方法,设计了存储有效性规则的数据结构和数据字典表,分析了属性规则、关系规则、拓扑规则的检查流程,重点研究了点-线拓扑构建、线-线拓扑构建、线-区拓扑构建的方法及各种拓扑规则的检查算法。(5)在MapGIS7.0的系统框架下设计和实现了有效性规则管理器。根据MapGIS7.0的系统结构特点设计了有效性规则管理器的系统架构,分析了有效性规则管理器应该具备的功能,设计了各个功能模块的接口,最后实现了MapGIS7.0的有效性规则管理器。最后,对论文的研究工作做了全面的总结,同时指出了目前研究工作中的不足之处,并对有效性规则管理器未来的发展做出了展望。