Shapefile、Coverage、Geodatabase结构

1、主要内容主要内容3 3种数据模型发展历史种数据模型发展历史ShapefileShapefile数据模型数据模型CoverageCoverage数据模型数据模型GeodatabaseGeodatabase数据模型数据模型3 3种数据模型之间的转化种数据模型之间的转化3 3种数据模型发展历史种数据模型发展历史 在过去在过去2020年中，矢量数据模型是年中，矢量数据模型是GISGIS中变化最大的方面，例如，中变化最大的方面，例如，ESRIESRI公司所开发公司所开发每种新软件包都对应一种新的矢量数据模型，每种新软件包都对应一种新的矢量数据模型， ArcViewArcView对应对应Shapefile

2、Shapefile ，Arc/InfoArc/Info对应对应CoverageCoverage，ArcGISArcGIS对应对应GeodatabaseGeodatabase。 由于由于19901990年代地理信息的迅速发展以及年代地理信息的迅速发展以及ArcView GIS 3.xArcView GIS 3.x软件在世界范围内的推软件在世界范围内的推广，广，shapefileshapefile格式的数据使用非常广泛，数据来源也较多。格式的数据使用非常广泛，数据来源也较多。 CoverageCoverage数据模型源于数据模型源于19811981年年ESRIESRI公司推出的第一个商业公司推出的

3、第一个商业GISGIS软件软件ArcInfoArcInfo。此模型比。此模型比ShapefileShapefile数据模型有了较大的改进。数据模型有了较大的改进。 随着随着ITIT技术的发展，普通的事务型数据的管理模式，早已从传统的基于文件的管技术的发展，普通的事务型数据的管理模式，早已从传统的基于文件的管理转向利用基于工业标准建立的关系型数据库进行管理，这种基于数据库的管理理转向利用基于工业标准建立的关系型数据库进行管理，这种基于数据库的管理方式的优点是不言而喻的。那么带有空间信息的地理数据是否也可以利用这种非方式的优点是不言而喻的。那么带有空间信息的地理数据是否也可以利用这种非常成熟的数据

4、库技术进行管理呢？于是常成熟的数据库技术进行管理呢？于是ESRIESRI推出了推出了geodatabasegeodatabase数据模型，利用数据模型，利用数据库技术高效安全地管理我们的地理数据。数据库技术高效安全地管理我们的地理数据。 ShapefileShapefile数据模型数据模型ShapefileShapefile数据模型简介数据模型简介 Shapfile Shapfile图形文件是图形文件是ESRI ( Environmental Systems Research ESRI ( Environmental Systems Research Institute) Institute)

5、 公司提供的一种矢量数据格式，公司提供的一种矢量数据格式， Shapefile Shapefile 图形文件存储图形文件存储了空间地理要素的了空间地理要素的非拓扑非拓扑几何信息以及属性信息，其中几何信息由一系几何信息以及属性信息，其中几何信息由一系列列矢量坐标矢量坐标组成。组成。ShapefileShapefile可以支持点，线，面等图形要素的存储。可以支持点，线，面等图形要素的存储。 ShapefileShapefile数据模型简介数据模型简介由于由于Shapefile Shapefile 没有拓扑数据结构，因此在绘制速度和可编辑功能上明没有拓扑数据结构，因此在绘制速度和可编辑功能上明显的优

6、于其它数据格式，而且该数据数据格式一般只需要较少的硬盘空显的优于其它数据格式，而且该数据数据格式一般只需要较少的硬盘空间，且更容易读写处理。间，且更容易读写处理。一个一个 shapefileshapefile是由若干个文件组成的，空间信息和属性信息是由若干个文件组成的，空间信息和属性信息分离存储分离存储，所以称之为，所以称之为“基于文件基于文件”。其中必要的基本文件包括。其中必要的基本文件包括主文件主文件(. shp)(. shp)、索引文件索引文件(. shx)(. shx)和和属性文件属性文件(. dbf)3 (. dbf)3 个文件。个文件。ShapefileShapefile数据数据s

7、hpshp存储几何要素的空间信息，即存储几何要素的空间信息，即XYXY坐标，是一个直接存取，变量记录坐标，是一个直接存取，变量记录长度文件，其中每个记录描述一个由一系列坐标点组成的图形。长度文件，其中每个记录描述一个由一系列坐标点组成的图形。 shxshx存储了有关存储了有关.shp.shp存储的索引信息，即存储的索引信息，即shpshp中空间数据的存储方式，中空间数据的存储方式，主要包含坐标文件的索引信息，文件中每个记录包含对应的坐标文件主要包含坐标文件的索引信息，文件中每个记录包含对应的坐标文件记录距离坐标文件的文件头的偏移量。通过索引文件可以很方便地在记录距离坐标文件的文件头的偏移量。通

8、过索引文件可以很方便地在坐标文件中定位到指定目标的坐标信息。（坐标文件中定位到指定目标的坐标信息。（XYXY坐标的输入点在哪里，坐标的输入点在哪里，有多少有多少XYXY坐标对等信息）坐标对等信息）dbfdbf存储地理数据的属性信息的存储地理数据的属性信息的dBasedBase表，表中每条记录包含了一个单表，表中每条记录包含了一个单要素的信息。要素的信息。 prjprj存储了文件的空间参考信息，存储了文件的空间参考信息，如坐标系统等。如坐标系统等。 shp.xmlshp.xml这是对这是对 shapefile shapefile 进行进行元数据浏览后生成的元数据浏览后生成的 xml xml 元数

9、据元数据文件文件 。 sbnsbn和和sbxsbx存储对存储对shapefileshapefile的空间的空间索引，加速空间数据的读取。索引，加速空间数据的读取。ShapefileShapefile主文件实体信息的内容主文件实体信息的内容(1)(1)点目标点目标(2)(2)线目标线目标(3)(3)面目标面目标ShapefileShapefile文件管理文件管理几种常见的几种常见的shapefileshapefile文件当使用文件当使用ArcCatalogArcCatalog对对shapefileshapefile进行创建、移进行创建、移动、删除或重命名等操作，或使用动、删除或重命名等操作，或使

10、用ArcMapArcMap对对shapefile shapefile 进行编辑时，进行编辑时，ArcCatalogArcCatalog将自动维护数据的完整性，将所有文件同步改变。所以需要将自动维护数据的完整性，将所有文件同步改变。所以需要使用使用 ArcCatalog ArcCatalog 管理管理 shapefileshapefile。 CoverageCoverage数据模型数据模型CoverageCoverage数据模型简介数据模型简介 Coverage数据模型是第二代地理数据模型，也被称为地理相关模型（数据模型是第二代地理数据模型，也被称为地理相关模型（Georelational Da

11、ta Model）。它采用的是一种混合数据模型定义和管理）。它采用的是一种混合数据模型定义和管理地理数据。地理数据。Coverage也是也是ArcGIS 9中主要的矢量文件格式之一，用其来中主要的矢量文件格式之一，用其来表示矢量数据在实际应用中非常广泛。表示矢量数据在实际应用中非常广泛。Coverage Coverage 是是ArcInfo workstation ArcInfo workstation 的原生数据格式。之所以称之为的原生数据格式。之所以称之为“基于文件夹的存储基于文件夹的存储”，是因为在，是因为在 windowswindows资源管理器下，它的空间信息资源管理器下，它的空间信

12、息和属性信息是分别存放在两个文件夹里，所有信息都以文件夹的形式来和属性信息是分别存放在两个文件夹里，所有信息都以文件夹的形式来存储。存储。空间信息以二进制文件的形式存储在独立的文件夹中，文件夹名称即为空间信息以二进制文件的形式存储在独立的文件夹中，文件夹名称即为该该 coverage coverage 名称，属性信息和拓扑数据则以名称，属性信息和拓扑数据则以 INFOINFO表的形式存储。表的形式存储。CoverageCoverage将空间信息与属性信息结合起来，并存储要素间的拓扑关系。将空间信息与属性信息结合起来，并存储要素间的拓扑关系。 CoverageCoverage数据数据Covera

13、geCoverage有三种主要的拓扑关系是连通性、面状地物定义和邻接性。它有三种主要的拓扑关系是连通性、面状地物定义和邻接性。它包含主要的结构和次要的要素类型，包含主要的结构和次要的要素类型，Coverage Coverage 要素的主要类型是点、弧要素的主要类型是点、弧、多边形和节点，具有拓扑关联。次要类型是控制点、连接和注释。、多边形和节点，具有拓扑关联。次要类型是控制点、连接和注释。 CoverageCoverage数据模型的优势数据模型的优势空间数据与属性数据关联空间数据与属性数据关联。空间数据放在建立了索引的二进制文件中，。空间数据放在建立了索引的二进制文件中，属性数据则放在属性数据

14、则放在DBMSDBMS表（表（TABLESTABLES）里面，二者以公共的标识编码关连。）里面，二者以公共的标识编码关连。矢量数据间的拓扑关系得以保存矢量数据间的拓扑关系得以保存。由此拓扑关系信息，我们可以得知多。由此拓扑关系信息，我们可以得知多边形是哪些弧段（线）组成、弧段（线）由哪些点组成、两条弧段（线边形是哪些弧段（线）组成、弧段（线）由哪些点组成、两条弧段（线）是否相连以及一条弧段（线）的左或右多边形是谁？）是否相连以及一条弧段（线）的左或右多边形是谁？CoverageCoverage数据模型的特点数据模型的特点除结点外除结点外, ,每个空间对象都是由更基本的对象组成每个空间对象都是由

15、更基本的对象组成; ;只有结点的坐标是被只有结点的坐标是被实际存储的实际存储的, ,其它复杂对象的坐标实际上是逻辑构成的其它复杂对象的坐标实际上是逻辑构成的, ,任一复杂对象能任一复杂对象能分解为一组结点及其拓扑关系的定义分解为一组结点及其拓扑关系的定义; ;点、弧段、多边形坐标信息存储具点、弧段、多边形坐标信息存储具有依赖关系。该模型的主要优点是数据结构紧凑、拓扑关系明晰、系统有依赖关系。该模型的主要优点是数据结构紧凑、拓扑关系明晰、系统中预先存储的拓扑关系可以有效地提高系统在拓扑查询和网络分析方面中预先存储的拓扑关系可以有效地提高系统在拓扑查询和网络分析方面的效率。缺点的效率。缺点: :对

16、单个地理实体的操作效率不高对单个地理实体的操作效率不高; ;难以表达复杂的地理实难以表达复杂的地理实体体; ;难以实现快速查询和复杂的空间分析难以实现快速查询和复杂的空间分析; ;局部更新困难局部更新困难, ,系统难以维护与系统难以维护与扩充。扩充。 CoverageCoverage文件管理文件管理通过通过 ArcCatalogArcCatalog，我们能将存储空间信息的文件夹中的，我们能将存储空间信息的文件夹中的 coveragecoverage二进二进制文件与存储属性信息的制文件与存储属性信息的 INFO INFO 文件夹中的文件夹中的 INFOINFO表联合表达为表联合表达为covera

17、gecoverage，当使用，当使用 ArcCatalog ArcCatalog 对对 coverage coverage 进行创建、移动、删除或重命名等进行创建、移动、删除或重命名等操作时，操作时，ArcCatalog ArcCatalog 将自动维护他们的完整性，将将自动维护他们的完整性，将 coveragecoverage和和 INFOINFO文文件夹中的内容同步改变。所以对件夹中的内容同步改变。所以对 coveragecoverage进行操作，一定要在进行操作，一定要在 ArcCatalog ArcCatalog 中进行。中进行。 GeodatabaseGeodatabase数据模型数

18、据模型GeodatabaseGeodatabase数据模型简介数据模型简介ArcGISArcGIS推出新的面向对象的数据模型推出新的面向对象的数据模型GeodatabaseGeodatabase是将空间对象的属性和是将空间对象的属性和行为结合起来的智能化地理数据模型。行为结合起来的智能化地理数据模型。GISGIS数据集中的属性可以被赋予自数据集中的属性可以被赋予自然行为，属性间的任何类型的关系都可以在然行为，属性间的任何类型的关系都可以在GeodatabaseGeodatabase中定义。中定义。地理数据库地理数据库(Geodatabase)(Geodatabase)是为了更好的管理和使用地理

19、要素数据而按照是为了更好的管理和使用地理要素数据而按照一定的模型和规则组合起来的存储空间数据和属性数据的容器。地理数一定的模型和规则组合起来的存储空间数据和属性数据的容器。地理数据库是按照层次性的数据对象来组织地理数据的，这些数据对象包括对据库是按照层次性的数据对象来组织地理数据的，这些数据对象包括对象类象类(Object classes)(Object classes)，要素类，要素类(Feature classes)(Feature classes)和要素数据集和要素数据集(feature dataset)(feature dataset)。在该模型中，实体表示为具有属性、行为和关系的。在

20、该模型中，实体表示为具有属性、行为和关系的对象对象; ;支持内建于系统中的各种不同的地理对象类型。这些对象类型包括支持内建于系统中的各种不同的地理对象类型。这些对象类型包括简单对象、地理要素、网络要素、注记要素以及其他更专业的要素类型简单对象、地理要素、网络要素、注记要素以及其他更专业的要素类型。该模型还允许用户定义对象间的关系，并通过规则来维护对象间的参。该模型还允许用户定义对象间的关系，并通过规则来维护对象间的参照和拓扑完整性。照和拓扑完整性。 Geodatabase可以分可以分为为三种，一种是基于三种，一种是基于 Microsoft Access的的personal geodatabas

21、e，另一种是，另一种是file geodatabase,最后一种是基于最后一种是基于 Oracle、 、SQL Server、 、Informix 或者或者DB2 的的 enterprise geodatabase，由于它需要中，由于它需要中间间件件 ArcSDE 进进行行连连接，所以接，所以 enterprise geodatabase又称又称为为 ArcSDE geodatabase。 。 PersonalAccessFileArcGIS DesktopArcGIS ServerFilePersonal-AccessEnterpriseWorkgroupEnterprisePersonal

22、Personal GDBFile GDBArcSDE GDB (3 级)存储格式MS Access二进制文件的文件夹关系型数据库存储容量2 GB没有限制(1 TB/表)依赖于服务器支持操作系统平台Windows跨平台(Windows, Linux, and Solaris)Windows, Linux, and Solaris Plus用户数单个编辑用户多个读用户单个编辑用户多个读用户多个读、写用户版本支持无 （仅支持检入 / 检出方式的复制）无（仅支持检入 / 检出方式的复制）版本、复制、归档GeodatabaseGeodatabase数据数据以以personal geodatabasepe

23、rsonal geodatabase为例为例Short IntegerLong IntegerFloatDoubleText2DateBLOB48varies8varies4-32,768 to +32,767-2,147,483,648 to +2,147,483,647 About 3.4e38 to +1.2e38 (7 significant digits) About 2.2e308 to +1.8e308 (14 significant digits) Up to 64,000 characters mm/dd/yyyy hh:mm:ss am/pm Store large bin

24、ary content or other multimedia RastervariesStore images 源源目标目标GeodatabaseGeodatabase数据对象数据对象GeodatabaseGeodatabase拓扑关系处理的优势拓扑关系处理的优势一直以来一直以来, ,基于基于CoverageCoverage数据模型的拓扑关系处理是数据模型的拓扑关系处理是Arc/Info“Arc/Info“标签式标签式”的的著名功能著名功能, ArcGIS 8.3, ArcGIS 8.3版在版在GeodatabaseGeodatabase中引入了全新的拓扑关系管理机制中引入了全新的拓扑关系管

25、理机制, ,新的机制除了能够完全覆盖原有的功能以外新的机制除了能够完全覆盖原有的功能以外, ,在如下几个方面具有明显的在如下几个方面具有明显的优势优势: : 1) 1)用户可自行定义哪些要素类将受拓扑关系规则约束。用户可自行定义哪些要素类将受拓扑关系规则约束。 2) 2)多个点、线、面要素类多个点、线、面要素类( (层层) )可以同时受同一组拓扑关系规则约束。可以同时受同一组拓扑关系规则约束。 3) 3)提供了大量的拓扑关系规则提供了大量的拓扑关系规则(ArcGIS 9.0(ArcGIS 9.0版提供版提供2727个个, ,以后将提供更多以后将提供更多) )。 4) 4)用户为自己的数据可以自

26、行指定必要的拓扑关系规则。用户为自己的数据可以自行指定必要的拓扑关系规则。 5) 5)拓扑关系及规则在工业标准的拓扑关系及规则在工业标准的DBMSDBMS中进行管理中进行管理, ,可支持多用户并发处理。可支持多用户并发处理。 6) 6)用户可以局部建立或检查拓扑关系以提高效率。用户可以局部建立或检查拓扑关系以提高效率。GeodatabaseGeodatabase数据模型的优点数据模型的优点(1)(1)关系型数据库功能强大，性能稳定，具有完备的工业标准，可以将关系型数据库功能强大，性能稳定，具有完备的工业标准，可以将GISGIS看成是数据库技术的扩展，能够存储、管理和更新空间信息。看成是数据库技

27、术的扩展，能够存储、管理和更新空间信息。(2)(2)统一的地理数据存储。所有地理数据均可集中存储和管理，并独立于统一的地理数据存储。所有地理数据均可集中存储和管理，并独立于 关系型数据库的底层。关系型数据库的底层。(3)Geodatabase(3)Geodatabase允许多用户通过使用版本管理和长事务处理访问数据库允许多用户通过使用版本管理和长事务处理访问数据库。多个用户可以读写同一个、共享的数据库。多个用户可以读写同一个、共享的数据库。(4)(4)数据对象更加直观。包含与用户数据模型相应的数据对象，而不是普数据对象更加直观。包含与用户数据模型相应的数据对象，而不是普通的点、线、面。通的点、

28、线、面。(5)(5)支持智能化的要素、规则和关系。空间数据库数据模型支持对象支持智能化的要素、规则和关系。空间数据库数据模型支持对象( (数数据库表中的行据库表中的行) )和要素和要素( (有几何形状的对象有几何形状的对象) )集合。空间数据库还支持高级集合。空间数据库还支持高级功能，例如几何和逻辑网络，真实曲线，复杂多边形和用户定义要素。功能，例如几何和逻辑网络，真实曲线，复杂多边形和用户定义要素。矢量数据现在可以有矢量数据现在可以有2 2维，维，3 3维或维或4 4维维(x(x，y y，z z，m)m)。用户能定义拓扑、关。用户能定义拓扑、关系和规则。所有这些都可以用菜单驱动的系和规则。所

29、有这些都可以用菜单驱动的GUIGUI做到，无需编程。做到，无需编程。3 3种数据模型之间的转化种数据模型之间的转化3 3种数据模型之间的转化种数据模型之间的转化ShapefileShapefile转换为转换为CoverageCoverage有有2 2种常用方法，一是采用种常用方法，一是采用ArctoolboxArctoolbox中中 Shapefile To CoverageShapefile To Coverage工具实现工具实现; ;二是直在二是直在ArccatalogArccatalog中，选中文件右中，选中文件右键级联菜单中键级联菜单中Export to CoverageExport

30、to Coverage功能完成。也可以采用功能完成。也可以采用ArcworkstationArcworkstation中的中的ShapearcShapearc命令，但是该方法的缺点是只能将文件转命令，但是该方法的缺点是只能将文件转换为线图层。换为线图层。通过实验发现以上方法只适用于数据量较小的文件，数据量较大时可以通过实验发现以上方法只适用于数据量较小的文件，数据量较大时可以采用中间数据格式采用中间数据格式 GeodatabaseGeodatabase，即利用，即利用 ArcGISArcGIS工具箱工具箱ArctoolboxArctoolbox中中的的Shapefile To GeodatabaseShapefile To Geodatabase工具，首先将文件从工具，首先将文件从ShapefileShapefi