Geodatabase数据模型概述

IntroductiontoGeospatialDatabase DesigningandBuildingArcGISGeodatabase空间数据库导论 ArcGISGeodatabase的设计与建立 侯英姿 SchoolofUrbanandEnvironmentalSciences LiaoningNormalUniversity 2009 第2讲Geodatabase数据模型概述 2 1Geodatabase的发展2 2Geodatabase的层次结构2 3Geodatabase的目录视图2 4Geodatabase的类型2 5Geodatabase的访问2 6Geodatabase与coverage Shapefile的比较 主要内容 2 1Geodatabase的发展 空间数据模型是对现实世界的抽象表达 是使用一系列数据对象来支持地图显示 查询 编辑和分析 CAD数据模型 第1代 coverage Shapefile数据模型 第2代 Geodatabase数据模型 第3代 以二进制文件格式存储地理数据 以点 线和面的形式表达 这些文件中只能保存极少的属性信息 地图图层和注记是主要的属性表达方式 1 CAD数据模型 第1代 1981年 ESRI 美国环境系统研究所 公司推出Arclnfo 采用了coverage数据模型 也称为地理关系数据模型 有两个关键点 空间数据与属性数据相结合空间数据存储为索引化二进制文件 它为显示和存取做了优化 属性数据存储在表里 有一定数量的行 行数等于二进制文件中的要素数量 属性数据和要素通过共同的标识符 ID码 相连接 能够存储矢量要素间的拓扑关系一条线段的空间数据记录包含了以下信息 哪些节点界定了这条线 通过推断可知该线与哪些线相连 哪些多边形在其左边和右边 2 coverage Shapefile数据模型 第2代 ArcView采用Shapefile数据模型 也是一种基于文件方式存储空间数据的数据格式 Shapefile是一种开放格式 比coverage简单得多 没有存储矢量要素间的拓扑关系 需要时通过计算提取 Shapefile至少由 shp Shx dbf三个文件组成 shp 储存地理要素的几何关系的文件 shx 储存图形要素的几何索引的文件 dbf 储存要素属性信息的dBase文件 关系数据库文件 有时还会出现以下文件 sbn 当执行类似选择 主题之主题 空间连接 等操作 或者对一个主题 属性表 的shape字段创建过一个索引 就会出现这个文件 ain和 aih 储存地理要素主体属性表或其他表的活动字段的属性索引信息的文件 当执行过 表格链接 link 操作 这两个文件就会出现 prj 坐标系定义文件 shp xml 元数据文件 2 coverage Shapefile数据模型 第2代 3 Geodatabase数据模型 第3代 Geodatabase是一种基于关系数据库 采用面向对象技术来组织和管理空间数据的空间数据模型 对象 关系数据模型 Geodatabase中的数据对象就是逻辑数据模型中定义的对象 如建筑物 宗地和道路等 Geodatabase数据模型无需编写代码 通过ArcInfo提供的域 验证规则及其它功能可轻松实现大部分自定义行为 仅建模特殊的要素行为时才需编写代码 Geodatabase数据模型的优点 面向对象的数据建模方法能够更自然地描述要素 自行定义对象类型 定义拓扑 空间和一般关系 以及掌握这些对象如何与其他对象发生交互作用 3 Geodatabase数据模型 第3代 空间数据统一存储所有的空间数据 空间数据及属性数据 由一个 关系 数据库存储和集中管理 空间数据录入和编辑更加精确大多数错误可以通过验证规则或智能验证行为加以防止 因而错误几乎不会出现 用户操作更直观的对象经过适当的设计 Geodalabase包含的数据对象可与用户数据的模型保持一致 用户操作的不再是通常的点 线和多边形 而是他们感兴趣的对象 比如变压器 道路和湖泊等 要素拥有更丰富的背景信息有了拓扑关联 空间表达和一般关系 不仅定义了一个要素的特性而且还定义了它与其他要素背景的联系 当一个相关要素移动 改变或删除时 可以了解它对整个要素集的影响 这种背景信息也可以定位或查找与一个要素相关的两一个要素 可以制作更优质的地图可以更深入地控制要素的绘制方式 也可以增加智能化的绘图行为 在ArcMap中可以直接采用复杂的绘图方法 而且通过编写软件代码还能执行高度自动化的绘图方法 动态显示地图上的要素当在Archfo中对要素进行处理时 这些要素能对邻接要素的变化做出相应的反应 也能使要素与定制的查询或分析工具发生关联 定义了更好的要素外形Geodatabase数据模型用直线 圆弧 椭圆弧和贝塞尔 Bezier 曲线来定义要素的外形 要素集是连续的Geodatabase数据模型能容纳非常巨大的要素集而不需要进行数据分片或其他空间分区 多用户同时编辑地理数据Geodatabase数据模型支持多用户分别在本地编辑要素的工作流 然后对出现的冲突进行处理使之达成一致 2 2Geodatabase的层次结构 Geodatabase数据模型包含3种空间数据表达方式 用矢量数据表达离散的空间要素矢量数据用一组带有关联属性的有序坐标 精确简洁地表示要素的外形 这种表示方式支持几何运算 如计算长度和面积 识别重叠和交叉 查找相邻或相近的其他要素 矢量数据可以用维数来进行分类 点是零维形状 它表示太小以致无法用线或面来描述的地理要素 点是用单个有属性的x y坐标值来存储的 线是一维形状 它表示太狭窄以致无法用面来描述的地理要素 线是用一组带属性的有序的x y坐标值来存储的 线段可以是直线 圆弧 椭圆弧或曲线 多边形是二维形状 它表示宽阔的地理要素 多边形以一系列的线段来存储 这些线段构成一个封闭的区域 用栅格数据表达影像 格网化专题数据 曲面像素是组成栅格的基本单元 它的值能描述多种数据 像素能够存储部分谱段的光反射率 也能存储相片的颜色值 以及植被类型 表面值 高程值等专题属性 用不规则三角网 TIN 表达曲面Geodatabase在存储TIN时 将其作为一个带有高程值的节点和带有边的三角形的整体来对待 TIN所在的地理范围内的任意点的高程 或Z值 可以通过内插方法得到 Geodatabase按照一定的模型和规则组合空间要素数据集 FeatureDataset 它按层次型的数据对象 Object 来组织空间数据 这些数据对象包括 对象类 要素类 要素数据集和关系类 对象类 ObjectClasses 存储非空间数据的表 Table 要素类 FeatureClasses 具有相同几何类型和属性的要素的集合 包括 简单要素类 SampleFeatureClasses 点 线 多边形 注记Annotation 拓扑要素类 TopologicalFeatureClasses 节点Junction 边Edge 等 要素数据集 FeatureDatasets 共享空间参考系统的要素类的集合 关系类 RelationshipClasses 存储两个对象类或要素类中的实体间的关联关系的表 对象 Object 代表某个实体 如一栋房子 一条河流 或一名客户 每个对象存储为一行 Row 对象有一系列的属性 这些属性表示对象的性质 如对象的名称 度量值 分类 标识符 关键字 属性存储为数据库的列 字段 类 Class 是一组相似的对象 同一个类中的每个对象拥有相同的一组属性 一个类在以数据库中存储为一张关系表 表中的行 列构成一个二维矩阵 Geodatabase的层次结构 Geodatabase的层次结构 ArcGIS9 2 子类型属性 Geodatabase的层次结构 ArcGIS9 2 Geodatabase的层次结构 ArcGIS8 3 Geodatabase的层次结构 ArcGIS8 3 1 Geodatabase geodatabase是框架数据最高一层的单位 所有类的集群 空间数据总的集合体可以跨一个或多个geodatabase存储geodatabase通常被组织成主要的数据类别 如土地利用 交通 环境 市政基础设施 geodatabase管理无缝的空间数据它不是把地理区域划分为瓦片状单元 而是使用有效的空间索引进行某个范围的连续表达 3 Featureclasses 要素类 Featureclass 是具有相同的几何图形类型 点 线 多边形 的空间要素的群集 分2种 简单要素类 SampleFeatureClasses 包含点 线 多边形和注记 且它们之间没有任何拓扑关系 例如 一个要素类中的点与另一要素类中线的终点可能同时存在 但它们是不同的点 这两个点要素可以独立编辑 拓扑要素类 TopologicalFeatureClasses 拓扑要素类被限定在一幅图 graph 中 图是一个对象 它把组成有机拓扑单元 节点Junction 边Edge 的一组要素类捆绑起来 5 Relationshipclass 关系类是Gedatabase中的一个表 它存储了两个要素类中的要素间或对象间的关系 关系为对象之间的相关性进行建模 有了关系 当一个对象被移动或改变 就可以控制与之相关联的对象如何变化 Geodatabase如何扩展数据库 Geodatabase能够以三种表现形式来表达地理数据 即离散对象建模为矢量要素 连续的现象建模为栅格 表面建模为TIN 根据数据定义地图图层 并设定绘图方法的框架 通过它可以基于属性绘出相关的地图 Geodatabase存储要素的几何形状 ArcInfo提供诸如搜索邻近 邻接 或交叉对象等空间操作功能 支持诸如网络追踪等空间查询的许多工具 对于一组数据 Geodatabase有一个定义和管理地理坐标系统的构架 Geodatabase可用于构建一套集成拓扑关系的要素集 如交通网络或土地所有权的细分 Geodatabase能够定义对象和要素之间一般和任意的关系 通过域和验证规则 Geodatabase能够增强属性的完整性 Geodatabase能够将要素的自然行为绑定到存储要素的表中 Geodatabase能够展现多个版本 以便多个用户编辑同一份数据 Geodatabase实质上就是关系数据库或者对象 关系数据库等常规数据库的特例 只是它包含了一个用于表达地理数据的结构 它在常规数据库基础上通过增加地理数据存储 地理参考的完整性约束 地图显示 要素编辑和分析功能来增强数据库性能 2 3Geodatabase的目录视图 ArcCatalog coverage的目录视图 Shapefile CAD的目录视图 空间数据连接的集合称为目录它提供了对空间数据的无缝视图 即文件型的数据和个人型Geodatabase位于一个可认知的树型层次体系中 目录还可以深入关系数据库 揭示它们的某些内部结构信息 尤其是那些存储空间数据的表 目录中的条目用于表示空间数据对象 如要素类 地图对象 如地图和图层 和附属对象 如符号式样和坐标系统 目录通过专门的图标显示空间数据的结构 这些图标表示了Geodatabase中各种要素的不同功能 通过目录 可以完成以下功能 新建数据并定义数据格式 搜索数据 评估数据的空间范围和适宜性 记录数据的来源和质量 进行GIS操作 发布数据以便于广泛存取 ArcCatalog Geodatabase FeatureClass Objectclass Relationshipclass SampleFeatureclassTopologyFeatureclass Geodatabase的目录视图 Featuredatasets 文件夹连接和数据库连接 文件夹连接和数据库连接使得对所有数据有了统一连贯的视图 通过文件夹连接 可以获取本地硬盘或网络计算机共享硬盘上的数据 数据库连接包含数据库访问的详细说明 服务器或IP地址请求信息或TCP端口信息帐号用户名和密码 ArcSDEPersonalGeodatabase 9 2 数据存储在SQLServerExpressArcSDEWorkgroupGeodatabase 9 2 数据存储在SQLServerExpressArcSDEEnterpriseGeodatabase RDBMS ArcSDEPersonal在ArcEditor和ArcInfo级别的License文件中是免费的 ArcSDEWorkgroup是位于ArcGISServer的Workgroup级别的授权文件中的 它们与ArcSDEEnterprise不同的地方在于数据库的大小 连接数 管理和定制能力的大小 2 4Geodatabase的类型 3种Geodatabase的数据模型相同 数据可以相互复制 2 4Geodatabase的类型 表 访问Geodatabase数据的3种途径 通过Geodatabase数据访问对象 它是ArcObject的一个子集 也是构建ArcMap和ArcCatalog的软件组件 通过ArcSDE的应用程序接口API C API Java API 存取简单的非拓扑要素 该接口遵从OGC 开放地理信息系统协会 简单要素规则 通过关系数据库自带的SQL接口 访问数据库的行 列和表格 属性数据 Geodatabase数据访问对象简图 2 5Geodatabase的访问 在Geodatabase