GeoDatabase与空间数据库的建立

第五章GIS数据库设计安聪荣地理信息系统设计与开发5.1数据库概述

5.1.1数据库对信息系统开发方式的变革在数据库阶段程序和数据间的联系

文件系统阶段信息处理的传统方式数据库阶段信息处理方式的演变

5.1.2数据库设计的基本步骤需求收集和分析设计概念结构设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构设计评价，性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行维护阶段应用需求(数据、处理)转换规则、DBMS功能、优化方法应用要求DBMS详细特征不满意不满意业务流程图确定系统范围数据流图数据字典等用E-R图（局部、全部）描述的概念模型某种数据模型并优化存储安排方法选择存取路径建立编写模式数据装入数据库试运行性能检测、转储/恢复数据库重组和重构过程迭代、逐步求精的设计思想下一节规划阶段规划阶段系统调查5.2地理数据模型发展随信息技术的不断发展,地理信息系统软件已经历了三代地理数据模型,即CAD数据模型、Coverage/shapefile数据模型和GeoDatabase数据模型。5.2.1CAD数据模型CAD数据模型起源于60～70年代,它是通过点、线、面将地理数据存贮在二进制文件中,存储少量属性信息。地图图层和注记标注是基本的属性描述。由于它缺乏对属性数据的支持,且空间数据不是存储在数据库中,所以给GIS软件开发和GIS数据共享都带来了困难。5.2.2Coverage数据模型Coverage数据模型(也称:地理关系模型)源于1981年ESRI公司推出的第一个商业GIS软件——ArcInfo。此模型比CAD数据模型有了较大的改进。Coverage数据模型的优势ARC/INFO的Coverage数据模型，则通过以下两个方面的优势，确立了它在此后近二十年的时间里的空间数据模型标准的地位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，属性数据则放在DBMS表（TABLES）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。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）是否相连以及一条弧段（线）的左或右多边形是谁？Coverage数据模型的不足1、它将空间数据和属性数据分开存储;2、要素是以统一的行为聚集的点、线和面的集合，空间数据不能很好地与其行为相对应。以文件方式保存空间数据，而将属性数据放在另外的DBMS系统中。这种方式对于日益趋向企业级和社会级的GIS应用而言，已很难适应。海量数据的管理、并发操作、安全控制和访问效率等，都为GeoDatabase的出现创造了好的环境。5.2.3ShapefileShapefile:一种基于文件方式存储GIS数据的文件格式。至少由.shp,.dbf,.shx三个文件作成，分别存储空间，属性和前两者的关系。是GIS中比较通用的一种数据格式。Shapefile多边形对于共享边界实际上有重复弧段且可彼此重叠，不同于Coverage所用的多个文件，它用几何学性质存储两个基本文件：以.shp为扩展名的文件存储要素几何学特征；以.shx为扩展名的文件保留要素几何特征的空间索引。5.2.4Geodatabase数据模型概述ArcInfo发展到ArcGIS时候推出的一种数据格式，一种基于RDBMS存储的数据格式，其有两大类：1.PersonalGeodatabse用来存储小数据量数据，存储在Access的mdb格式中。2.ArcSDEGeodatabse存储大型数据，存储在大型数据库中Oracle,SqlServer,DB2等。可以实现并发操作，不过需要单独的用户许可。5.3ArcCatalog与GeodatabaseArcCatalog是Geodatabase的管理工具，用ArcCatalog能够很方便的看到和管理Geodatabase的内容ArcCatalog是ArcGIS软件家族中桌面版软件的一个应用程序5.4Geodatabase数据模型的几个概念1对象类(ObjectClass)。在Geodatabase中,对象类是一种特殊的类,它没有空间特征,其实例为可关联某种特定行为的表记录。2要素类(FeatureClass)。地理要素类是具有相同属性集、相同行为和规则的空间对象的集合,如:河流、道路、植被、用地、电缆等。对象类3要素数据集(FeatureDataset)。要素数据集是具有相同空间参考系(SpatialReference)的要素类集合。将不同的要素类放到一个要素数据集下的理由可能很多,但一般而言,有以下三种情况下:·专题归类表示——当不同的要素类属于同一范畴。·创建几何网络(GeometricNetwork)——在同一几何网络中充当连接点和边的各种要素类,须组织到同一要素数据集中。·考虑平面拓扑(Planartopologies)——共享公共几何特征的要素类,如:用地、水系、行政区界等。4关联类(RelationshipClass)。定义两个不同的要素类或对象类之间的关联关系。例如:我们可以定义房主和房子之间的关系,房子和地块之间的关系等。5.5建库技术流程——以黄土地区公路高边坡信息系统数据库为例这一部分将通过建立黄土地区公路高边坡信息系统数据库来详细描述整个数据库的建立过程。整个数据库的建立过程可以用下图概括：黄土地区公路高边坡防护决策支持系统，是按照决策支持系统的概念结构，以ArcGIS为基础开发平台开发出来的专业型应用空间决策支持系统。它提供了在黄土地区进行公路高边坡防护决策时的空间信息化解决方案。整个系统由数据管理、库管理、数据显示管理、查询与检索、科学计算、结果输出等几大部分组成。5.5.1需求分析5.5.1.1系统功能结合黄土地区地质、环境特点以及高速公路边坡工程实际情况，依托GIS系统强大的空间分析能力和图像功能，以研究区域的地形、地貌、水文、地质等的空间图形数据和工程属性数据为计算分析基础，依据边坡类型及设计原理，建立正确可靠的数学模型，进行科学的边坡稳定性评价及防护设计决策。本系统应具备如下功能：（1）空间数据的管理（2）模型计算与分析（3）边坡防护决策（4）分析结果输出系统功能组织结构图数据管理与维护模型库公路高边坡防护决策支持系统数据编辑、更新数据查询数据统计与分析数据转换系统数据库管理权限地下水位预测模型土层变形量预测模型场地烈度模型稳定性评价模型灾害预测模型属性信息库空间图形信息库数据采集实地调查工程地质信息公路路线及文档结构设计资料气象水文资料地形地貌资料植被覆盖资料黄土类型资料社会交通资料基础地质资料边坡稳定性评价与防护设计决策统计分析方法子库灰色系统方法子库优化分析方法子库方法库系统总体结构系统主界面5.5.2数据源分析公路边坡防护涉及的内容多，信息量大，且来源广泛，可称为多源数据。研究地段的地形图航摄像片遥感像片地质填图等图片或图形资料边坡稳定性评价的参数以文字形式存在的各种调查统计资料（如区域性地质条件、地质构造、气候特征、降水量、地下水状况、植被、交通状况等）公路的平面、纵断面、横断面设计及施工竣工资料（包括线路线型、里程、坐标、边坡及支挡结构物等）总的来说，这些信息的基本形式包括3种，即图形（如地形图）、图像（如遥感像片）和文字数据信息。数据分组5.5.3平台及数据模型选择ArcCatalogGeodatabaseDotnet5.5.4系统设计概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计5.5.4.1概念结构设计（1）实体关系图边坡点公路桩点工程防护边坡剖面面边坡剖面线边坡注记一条公路具有多个边坡点一条公路具有多个桩点一个边坡点剖面图具有一个或多个地层注记一个边坡点对应剖面图具有一条边坡剖面线或多条地层分界线一个边坡点对应剖面图具有一种或多种类型地层剖面一个边坡点对应一种或多种工程防护存在存在包括（2）属性数据库结构数据库中的各数据集根据其用途和专业性质逻辑上分为基础地理数据、基础专题数据、公路专题数据和边坡专题数据四大类。每类又包括若干个要素数据集，每个要素数据集又包含若干要素类。（3）类概括第一为基础地理要素类：该类中包括了主要的基础地理信息要素，如水系、居民点、铁路、行政区划等。该类别的作用有两个，一是为其它要素类提供地理参考背景，为对其它地理要素的空间查询提供依据；二是制图与打印输出的需要。第二为基础专题要素类：该类中包括了主要的与边坡稳定性评价、边坡防护决策相关的各专业要素如植被、气象、地貌、基础地质等。因为这些要素与边坡稳定性评价、边坡防护决策密切相关，故对其属性数据要求较高。第三为公路专题要素类：包括公路网、桩点、边坡点三个要素数据集，通过公路将桩点、边坡点联系起来，桩点、边坡点可在较大的比例尺（如1：10万）下显示。边坡点的一些全局属性可与此直接联结。第四为边坡专题要素类：包括边坡区地形、边坡剖面等，目的在于表现边坡区的空间要素。5.5.4.2逻辑结构设计5.5.4.3物理结构设计数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的计算机系统，为一个给定的逻辑数据模型选取一个最合适应用要求的物理结构的过程，就是数据库的物理设计。5.5.5建立Geodatabase5.5.1建立Geodatabase的方法主要使用两种建立GEODATABASE的方法1、直接创建新的Geodatabase2、使用CASE工具创建Geodatabase2.3.1直接创建新的Geodatabase这种情况是在没有所需要的数据，或所需要的数据只有很少一部分。在这种情况下可以用ARCCATALOG中的工具创建要素数据集，几何网络，要素类和数据库内部其他的条目，ARCCATALOG中提供了一整套创建和管理GeoDatabase条目的工具。(1)首先要建立一个新的个人Geodatabase（2）建立新的要素数据集建立一个新的要素数据集（FEATUREDATASETS），必须定义其空间参考，包括确定其坐标系统（地理坐标-ProjectedCoordinateSystem和投影坐标-GeographicCoordinateSystem），坐标域（x,y,z,m值和精度）,关于空间参考的定义在定义坐标系统时可以选择预先定义的坐标系，使用已有要数据集的坐标系统或独立要素类的坐标系统作为模板，或自己定义：用预定义的坐标系统建立要素数据集：地理坐标系统用一个三维的球面来确定地物在地球上的位置，地面点的地理坐标有经度、纬度、高程构成。地理坐标系统与选择的地球椭球体和大地基准面有关。椭球体定义了地球的形状，而大地基准面确定了椭球体的中心。其中AngularUnit：Degree（0.017453292519943299）这行信息描述了该坐标系统的单位，此处为度。Datum:D_Beijing_1954这行信息描述了坐标系统的大地基准面，此处为北京1954大地基准面，其坐标原点在原苏联西部的普尔科夫。后面几行信息描述了椭球体的参数，包括长、短半轴长度以及偏心率。投影坐标系统投影坐标系统是根据某种映射关系，将地理坐标系统中由经纬度确定的三维球面坐标投影到二维的平面上所使用的坐标系统。其中Projection:Gauss_Kruger这行描述了投影的类型，表示当前投影为高斯-克吕格投影。False_Easting:500000.000000表示坐标纵轴向西移动了500km，这样做是为了保证在该投影分带中所有x值都为正。False_Northing:0.000000表示横轴没有发生位移。Central_Meridian:99.000000表示中央经线位于经度为99度的位置。LinearUnit:Meter(1.000000)表示在该投影下坐标单位为m。GeographicCoordinateSystem:以下描述了投影源的地理坐标系统参数。可见每一个投影坐标系统都必会由一个地理坐标系统投影转化而成的。图元编码执行国家标准GB/T13923-2006。代码采用6位十进制数字码，分别为按数据顺序排列的大类、中类、小类和子类码，具体代码结构如下：（1）左起第一位为大类码；（2）左起第二位为中类码，在大类基础上细分形成的要素类；（3）左起第三、四位为小类码，在中类基础上细分形成的要素类；（4）左起第五、六位为子类码，在小类基础上细分形成的要素类。要素类和要素数据集编码约定

要素类和要素数据集编码约定：为规范数据管理和方便数据存取，对数据集的标识进行统一编码，编码为7位字符串等长编码，其结构见下图。各位的代表意义及编码方法如下：类别码数据集码数据类型码扩展码类别：1位大写字母，用以标识数据集的类别，现有四个类别及代表字母为：基础地理要素类—A基础专业要素类—B公路专题要素类—C边坡专题要素类—D 以后如有必要添加要素类别，可依次按字母顺序继续编码，最多可以有26个类别。要素数据集码：3位数字组合，用以表示数据集。从001开始，最大为999，000为保留值。各数据集的编码见编码表。数据类型：2位大些字母组合，用以表示数据集的类型。数据集的类型以及表示字母见下表：数据集类型多面要素面状要素线状要素点状要素多点要素注记要素栅格数据光栅数据TIN数据属性数据标识符RGPLLNPTMPANGDIMTDTB扩展码：