空间数据库的第二章(遥感)

空间数据认知、表达、存储与管理

地理空间连续空间现象集合独立空间现象集合场模型实体模型F(x,y)------------属性集映射到

空间要素集合栅格结构几何形状主题属性时态属性DLG矢量结构矢量模型栅格图像空间数据模型分类分类抽象抽象形式形式离散离散存储栅格模型展现存储展现包括符号地图展现包括主要内容

一、场模型与栅格结构

（场模型、栅格结构）二、实体模型与矢量结构（实体模型、矢量结构）三、空间数据模型（重要性、逻辑数据单位）四、空间数据库管理系统

（概念、构架、功能扩展，

实现方式）五、GEODATABASE的构架Back场模型（概念）

绝对空间的观点认为：地理空间是一个3维、连续、非空的复杂空间场。空间场中每个位置都被一个或多个空间现象占据着，具有一种或多种属性，或对应着一个或多个空间要素的特征码，特征码集成了空间要素的空间属性与主题属性。场模型将地理空间抽象为空间参照系中具有属性的、连续的、不重合的、无穷个空间位置的集合，每个位置表示成一个二维或三维坐标向量，坐标取值为连续的实数值。场模型将空间位置通过不同的函数（数学空间中的连续函数或分段连续函数）映射到多种属性域上，形成多个不同的场。场模型（二维场）

二维场模型用二维坐标向量的连续函数或分段连续函数表示空间表面（地形表面、温度等），将研究区域内的每个点位映射成值域(属性域)中一个具体值。如图3-1(a)，研究区域有工业、商业和居住区三种类型，粗线为边界。定义一个分段连续函数f(x,y)，定义域为研究区域占据的空间范围，值域为土地使用类型。

场模型（二维场）图3-1土地使用情况及其离散化表示场模型（三维场）

三维场用三维连续函数或三维分段连续函数：

R=f(x,y,h)、或R=f(B,L,H)

或R=f(X,Y,Z)

表示体状分布的物体（如矿体构造等），其中(x,y,h)、(B,L,H)、(X,Y,Z)为三维空间位置，R为该位置的属性（如矿物属性）。场模型（覆盖结构）

覆盖指一些规则或不规则网格，用于将连续的场离散化。常见的规则网格有正方形、正六边形、正三角形网格。常用不规则网格有不规则三角形网格TIN和泰森多边形网格。用规则或不规则网格将研究区域的空间范围离散化，得到的几何数据结构称为覆盖结构（或镶嵌结构），在计算机图形学中叫网格结构，覆盖结构是场模型的离散化表示。图3-2(a)三角形、方格和六角形

(b)TIN与Voronoi图

场模型（组成）

场模型由空间参照系统、场函数、网格（一定分辨率）和场操作四部分组成。若函数为单值，参照系是欧氏平面，场模型可用表面或等值线进行可视化表示。

1、空间参照系统：定义某种地理坐标系统，将地理空间转换为数学空间。

2、场函数：场函数是场模型的连续、可视化表示形式。在定义域（研究区域的所有网格单元）上有一个函数集，分别将空间（网格单元）位置映射到不同的属性集（不同图层）。如：地表高程、土地使用、温度等。

3、网格：选择一种网格（覆盖），将研究区域离散化，网格分辨率代表离散化的精度。场模型（组成）

4、场操作场操作把一个场映射为另一个场（场之间的联系和交互）。

1）点操作：新场的取值只依赖输入场（原场）中相同位置单点的属性值，不受邻点属性和区域内一般特征影响。常见的函数有加、减、乘、除等代数运算；与、并、非、异或等逻辑运算；大于、小于等比较运算；指数、对数、三角函数等。新场与原场属性意义可完全不同。场模型（组成）

2）聚焦操作：指定位置的新场值，不仅依赖输入场相同位置的属性值，还依赖与该位置有邻域关联（直接或间接几何关联）的其他位置的属性值，如坡度场依赖于同点一个小邻域的高程场。常见的函数有平滑、离散点搜索、连续表面描述（坡度、坡向、可视域分析）、点在多边形中的判断等。

3）区域操作：计算新场属性值时，要考虑输入场在整个区域的属性值，即通过一个函数对某一区域内的所有值进行综合，然后计算新属性值，如求平均高程。常见函数有求区域平均值、众数，极值、求和、归组、整体插值等方法。

Back栅格结构（概念）

用平行于坐标轴的正方形网格将研究空间划分成N*M个具有一定分辨率的、大小均匀的、紧密相邻的、呈规则行列排列的正方形网格单元。每个网格单元称为像素或像元，用一对（X,Y）坐标表示像素的位置（地理空间中一个离散点位置），X≦N表示行，Y≦M表示列。每个像元对应一个代码表示该像元的属性类型、量值或指向属性记录的指针。具有相同属性的一组像元集合表示同一个空间要素。场值在空间上是自相关的（连续的），每个栅格像元的值采用像元内所有场点的平均值表示，或者用像元中心位置的属性值表示。栅格结构（表达连续空间现象）

栅格结构适合表达连续空间现象和空间现象集合，如：地形表面、天气和污染、温度表面、土地使用情况等。图3-3为栅格形式的数字高程模型，用数学上的矩阵表示，实现为二维数组。图3-3地形场的栅格表示

栅格结构（表达独立空间现象）

二维空间中的任何空间要素都可用其边界范围内（覆盖它）的像素集合来表示，如图3-4：

1、点状要素：表示成一个像素，位置用行列号表示；

2、线状要素：表示成其中心线方向上一组连接成串的、单像素宽的相邻栅格像素的集合，每个像素最多只有两个相邻像素在线上；

3、面状要素或区域：表示成它所覆盖的、聚集在一起的相邻像素集合，每个栅格像素可有多于两个相邻单元同属一个区域。给每个像素赋予一个特征码来表示属性，用记有区域属性的相邻栅格像素的集合表示区域。栅格结构（表达独立空间现象）

栅格结构用有限个像素的集合近似表示一个空间要素，分辨率越大精度越高，表示的要素可信度越高，但占用空间越大，处理越复杂。

图3-4：点（a）、线（b）、区域（c）的栅格表示

图3-1土地使用情况及其离散化表示栅格结构（表达独立空间现象）栅格结构（表达独立空间现象）表3-1土地使用的栅格表示（图3-1b）：区域标识土地类型区域边界1商业区(2,2)(2,3)(2,4)(3,2)(3,3)(3,4)(4,2)(4,3)(5,2)(5,3)(6,2)(6,3)(7,2)(7,3)2工业区(2,5)(2,6)(3,5)(3,6)(4,5)(4,6)3居住区(5,4)(5,5)(5,6)(6,4)(6,5)(6,6)(7,4)(7,5)(7,6)栅格结构（分层组织）

栅格结构以空间位置为基础来存储空间数据，空间数据的多态性使得同一像素位置可能具有多重事物，被多类空间要素占据，对应多个特征码。由于栅格的每个像素只能分配一个属性码，要表示多重属性就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面构成单一的属性数据层或专题信息层。二维栅格结构是一种按照信息内容和类型分层表示和存储的结构。按道路、行政区域、土地使用、土壤、房屋、地下管线、自然地形等不同专题或地理类别来组织和处理地理信息，每一类型为一个图层，每一图层表示一种不同的场。栅格结构（分层组织）图3-5分层栅格数据模型

栅格数据像素1像素2像素n。。。行号X列号Y层1属性层2属性。。。层m属性栅格数据层1层2层m。。。行号X列号Y属性值像素1像素2像素n。。。栅格结构（单元编码）

同一图层中的同一个栅格单元有可能覆盖多个空间要素，而栅格结构中规定每个栅格单元只能取唯一的一个属性值，这就需要按照一定的原则为每个网格单元指定一个唯一的属性值或特征码。图3-6所示的一块矩形地表区域，含有A、B、C三种地物类型，O点为中心点，将这个区域近似表示为栅格结构的一个栅格单元。

图3-6：栅格单元代码的确定栅格结构（单元编码）1、中心点法：用位于（或覆盖）栅格单元中心位置的地物类型来决定该栅格单元的代码。图7-5中覆盖中心点O的地物为C，栅格单元代码为C。

2、面积占优法：以占据栅格单元面积最大的地物类型来决定该栅格单元的代码。图3-6中B类地物所占面积最大，栅格代码为B。

3、重要性法：根据栅格单元内不同地物的重要性，以最重要地物的类型来决定该栅格单元的代码。假设图3-6中A类地物最重要，栅格代码为A。

4、百分比法：按照栅格单元内各要素所占面积的百分比确定该栅格单元的代码，可记面积最大的两类BA，也可根据B类和A类所占面积百分比在代码中加入数字。

栅格结构（存储编码）

（一）直接存储编码直接编码是一种非压缩的存储方式，将栅格看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）为每个像素编码。通过一种编码或排列，将二维分布的栅格单元映射成一维线性形式。按照一定的编码方式为同一层的每个网格单元指定一个主码，当栅格单元的数据按这种主码排序时，二维格网平面就被组织成了一维线性形式。如3-7所示，用某一种曲线遍历栅格的每个单元，将2维格网映射成一维线性序列。直接存储编码主要采用线性映射法，常用的有morton码，Z-序码等。

栅格结构（存储编码）图3-7一些常用的栅格排列顺序

栅格结构（存储编码）

（二）压缩存储编码栅格数据与图像数据一样，为减少数据冗余（用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息），节省存储空间，可采用压缩形式存储。栅格数据压缩与图像数据压缩的差别是：栅格压缩注重空间分析功能，采用无损压缩方式，压缩和解压缩的速度是一个重要的衡量指标，要求实时高效。图像压缩主要考虑可视化效果，可采用有损压缩，压缩和解压缩速度不是最重要的衡量指标。栅格数据的主要压缩存储编码有行程编码、块码、链码、四叉树等。栅格结构（存储编码）1、行程编码(RunLegtthEncode)

一幅栅格图像，常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，通过比较一行（或一列）内相邻元素的属性代码值，相同值的同行（或同列）元素为一个行程，相邻元素不同时，进入下一行程。行程编码存储的不是每行或每列中的全部像素，它只存储灰度值变化的位置，每个行程对应数据库中一条记录，每个行程只有一个编码（记录的主码）。行程编码有两种表示方式，下面对图3-4(c)栅格数据，分别按行或列方向进行行程编码。

栅格结构（存储编码）1）第一种编码方法将图3-4(c)沿行方向进行行程编码。各行中数据的代码发生变化时，依次记录该代码及相同代码重复的个数，每个行程表示成一个两元组序列（灰度值，该灰度值连续分布的像元个数），行与行之间用“；”号分开。（0，1），（4，2），（7，5）；（4，5），（7，3）；（4，4），（8，2），（7，2）；（0，2），（4，1），（8，3），（7，2）；（0，2），（8，4），（7，1），（8，1）；（0，3），（8，5）；（0，4），（8，4）；（0，5），（8，3）。

栅格结构（存储编码）2）第二种编码方法将图3-4(c)沿列方向进行行程编码，逐个记录各列中特征码变化的位置和相应特征码，每个行程表示成两元组序列（灰度值的起始列号，灰度值），列与列之间用“；”号分开。（1，0），（2，4），（4，0）；（1，4），（4，0）；（1，4），（5，8），（6，0）；（1，7），（2，4），（4，8），（7，0）；（1，7），（2，4），（3，8），（8，0）；（1，7），（3，8）；（1，7），（6，8）；（1，7），（5，8）。栅格结构（存储编码）2、链码(Chaincodes)

链码又称链式编码或弗里曼链码（Freeman,1961）或边界链码，1974年由Hoffman提出，称为Freeman—Hoffman链码。它用0一7来代表当前像素8个不同相邻方向的方向码（图3-8）。通过记录每一条线起始像素的x，y坐标和后续像素的方向码来存储线的轨迹，方向隐含。图3-4(b)中曲线的链码为（2，3）0177667。

3 2 1 4 P 0 5 6 7

图3-8八方相连接栅格结构（存储编码）3、块码将行程编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由属性相同的像素组成的不同大小的正方形块，以正方形块为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。对各正方形块进行编码，每个正方形块为一条记录，对应的数据内容为（左上角的行号，左上角的列号，正方形块的边长，属性码），将所有块的数据从上到下从左到右排列。对图3-3（c）中图像的分块和块码如图3-9所示。

栅格结构（存储编码）图3-9块码分割和块码编码

栅格结构（存储编码）

4）四叉树四叉树将整个图像区域逐级分解为被单一类型内含的方形区域（最小为一个栅格象元）。分割原则是，将区域逐级划分为四个大小相同的象限（编码为0，1，2，3），每个象限可根据一定规则判断是否继续划分。终止条件是，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分。四叉树通过树状结构记录，对图3-3（c）中图像的四叉树划分和编码如图3-10所示。栅格结构（存储编码）图7-7：（a）四叉树分割（b）的四叉树编码栅格结构（存储编码）

美国马里兰大学GIS中采用的编码方式记录终止结点的地址和值(子区代码)，地址含两部分（共32位二进制），最右边4位记录叶子深度(第几层)；从右边第5位开始向左28字节记录地址（从根结点到叶子的路径），每层象限位置由两位二进制数表示。如图3-10（b）6号终结点深度为3，第一层为0；第二层为3，第三层为2，表示为二进制为：

0000…000(22位)；001110（6位）；0011（4位）剩下22位；001110是地址；0011表示在第三层记录各叶子地址和相应代码值，就记录了这图像。

Back实体模型（概念）

实体模型将地理空间抽象成明确的、可识别的、可区分的、具有完整地理含义的、相关连的空间要素集合，每个GIS系统对应要素集合中一个子集，显示为一个区域的数字线划图（DLG）或符号地图。每个空间要素映射为空间数据库中一个实体，有一个描述它的属性集（几何形状，主题属性和时态属性）。实体模型要表达空间要素的各类属性及空间要素之间存在的多种空间、非空间和时间关系。实体模型（要素信息结构）图3-13要素空间息结构非空间关系空间要素i几何形状地图符号主题属性时态属性空间要素j几何形状地图符号主题属性时态属性空间关系时间关系实体模型（要素信息结构）

主题属性：空间要素的主题属性包括其定性属性（质量特征）、定量属性（数量特征）。定性属性主要包括空间要素的标识、名称、地理分类、质量特性，如土壤种类、行政区划等。定量属性描述空间要素的数量和等级特征，如土地等级、人口数量等。

几何形状：空间要素的物理存在形式。地图符号：空间要素几何形态的重要展现形式，它也是一种空间数据，可以按照一定的数据模型来组织和存储，建立专门的地图符号库。时态特征：各种特征随时间的变化。实体模型（要素信息结构）

空间关系：几何关系、拓扑关系、度量关系、方位关系。

非空间关系：从属、分类、相关关系时态关系：时序关系实体模型（要素构成）

每个GIS所涉及的局部地理空间可抽象成有限个基本空间要素（简称基本要素）和有限个复杂空间要素（简称复杂要素）。基本要素是一个独立的要素，指那些地理含义上不能再分的空间要素。复杂要素也称复合要素，由多个基本要素和多个其他复杂要素，通过集合、组合、从属等方式构造而成。实体模型（要素构成）复杂要素i基本要素成分复杂要素成分复杂要素实体基本要素i基本要素图3-14要素空间的构成i=1，……，有限个

复杂要素的“复杂”有两种含义：第一种含义是指要素的组成复杂且形状也复杂，要素的形状由多个成分要素的形状构成，是一种复杂的几何图形；第二种含义是指要素的组成虽然复杂，但其形状由多个成分要素的外围边界表示，可能是一个简单的几何图形。

实体模型（要素构成方式）

构造复杂要素的方式：

1、集合方式：多个“成分要素”共同构成“集合要素”，但在“集合要素”中以独立形式存在。如教学区是多个教学楼的集合。

2、组合方式：多个“成分要素”共同构成“组合要素”，“成分要素”的形状组合成“组合要素”的形状，“成分要素”的地图符号组合成“组合要素”的地图符号。如：水系与水体之间的关系。

3、从属方式：“复杂要素”与“成分要素”之间存在主从关系，“成分要素”属于“复杂要素”，但“复杂要素”具有自己独立的形状与地图符号。如：西安市是一个“复杂要素”，有自己的边界，西安市所辖的各类单位、道路、公用设施、植被等均为其“成分要素”，这些“成分要素”共同组成了西安市这个“复杂要素”，西安市与其“成分要素”之间是主从关系。西安市的形状是其外围边界，西安市与其组成单位分别采用不同的地图符号显示。

实体模型（要素的属性集成）

空间要素的主题属性、几何形状、时态属性和地图符号分别在不同的空间中采用单独的模型来组织，在要素空间中以空间要素为核心来集成。空间要素的主题属性表达为属性空间中有限个字段，几何形状表达为几何空间中一个特定的几何图形，地图符号表达为符号空间中一个或一组专用的地图符号。同一个空间要素的几何数据与符号数据同时独立存在。一个几何形体空间要素主题属性地图符号几何形状要素空间有限个属性字段特定地图符号属性空间几何空间符号空间图3-15空间要素的特征集成实体模型（要素按形态划分）

二维空间中的空间要素按照几何形态可以划分为点状要素、线状要素、面点状要素和复合要素。复合要素包括集合要素与组合要素：

——集合要素指形状为多点（点的集合）、多线（线的集合）和多面（面的集合）的要素。

——组合要素指点、线、面构成的任意几何形状的要素，以及空间数据库中常见的TIN（不规则三角形网）、NetWork（网）、GRID（规则网格）等复杂要素。实体模型（要素的几何形状）空间要素（二维）简单要素集合要素点线面点集合、线集合、面集合GRIDDEMTINNetWork组合要素点线面的组合图3-16二维空间要素按形状分类

如前所述，空间要素按照几何形状的不同可以划分为下列几何类型：实体模型（要素按形态划分）空间要素简单要素点要素线要素面要素组合要素复合要素多点要素多线要素多面要素图3-16二维空间要素按形状分类TINGRIDNetWork集合要素任意形状要素每个空间要素都属于下列几何类型中的一种：实体模型（要素与几何空间关系）

空间要素的形状矢量化后表达为几何空间中的一个几何形体，每个空间要素在几何空间中都对应着一个特定的几何形体（简单形体、集合形体、组合形体或复杂组合形体——TIN、NetWork、GRID）。几何空间中的每个几何形体都有一个唯一标识，空间要素通过几何形体的标识码与几何空间发生联系。实体模型（要素与几何空间关系）

由于空间要素在空间上存在共位、部分共位或共享部分边界现象，多个空间要素可以具有相同的形状（共享相同的几何数据）。几何空间中的一个几何形体可以独立表达多个空间要素的形态，同时还可以是复合形体的组成成分。

实体模型（要素与几何空间关系）点图3-18二维空间中空间要素的分类几何形体简单形体多边形多点多线多多边形空间要素主题属性地图符号几何形状线要素空间几何空间组合形体复合形体TINGRIDNetWork集合形体任意形体

几何形体标识码实体模型（要素与符号空间关系）

地图符号是空间要素几何形态的可视化展现形式，地图符号也是一种空间数据，可以在符号空间中采用专门的地图符号模型来组织和存储。在符号空间中，首先按照一定的模型和规则来定义基本地图符号库的体系结构；然后根据特定的规则以基本地图符号库为基础为每个空间要素生成专用的地图符号，并为每个要素的地图符号编码；最后将空间要素的主码与其对应的地图符号编码相对应实现两者的集成，实现要素空间与符号空间的关联。实体模型（要素与符号空间关系）基本要素或组合要素点状要素线状要素面状要素各类组合要素点状符号线状符号面状符号各类组合符号符号编码符号空间要素空间基本地图符号库按规则生成图3-25要素符号的生成与集成Back矢量结构（概念）

实体模型中空间要素的几何形状用其边界构成的几何形体来表示，由几何关系所引发的各种空间关系表达为几何形体之间的关系。一般情况下，空间要素的边界是不规则的、函数形式未知的封闭曲线或封闭曲面，只能用无穷个连续分布的空间点位来表达。

矢量结构（概念）

为实现几何数据在计算机内的存储，需要将连续的边界离散化，通过抽样将空间要素连续的边界表示成有限个离散特征点（表示形状的拐点）的有序集合（坐标序列）。将空间要素光滑的边界离散化为一组矢量线段序列的过程称为矢量化；矢量化得到的几何数据称为矢量数据；矢量数据的组织结构称为矢量结构；用矢量化方法对空间要素的形态进行离散化得到的空间数据模型称为矢量模型。矢量结构（点线面的表示）

无论空间要素的形状多么复杂，总可以划分为点、线、面等多个简单几何元素。点、线、面的矢量结构：（1）点：表示成一个空间坐标点（X,Y）。（2）折线（或链）：表示成坐标串序列(X1,Y1),(X2,Y2

),…….,(Xn,Yn

)。用直线连接坐标串中的各点形成一条折线，用曲线连接各点构成一条弧线，将折线和弧线连接够成链。（3）面：用边界线构成的多边形表示，以(X1,Y1)，(X2,Y2)，……，(Xn,Yn),（X1,Y1）的坐标串形式存储。多边形由点和折线或链构成。

图3-1土地使用情况及其离散化表示矢量结构（点线面的表示）矢量结构（点线面的表示）区域标识土地类型区域边界1商业区(2,2)(2,5)(5,5)(5,4)(8,4)(8,2)(2,2)2工业区(2,5)(2,7)(5,7)(5,5)(2,5)3居住区(5,4)(5,7)(8,7)(8,4)(5,4)表3-2中的数据是图3-1的矢量表示。

矢量结构（几何元素构成关系）简单要素的几何形状简单多边形多个点弧曲线连接多个点折线直线连接多条弧多条折线链点图3-17简单几何形体构成矢量结构（几何空间层次结构）

空间要素在空间上的共位、部分共位或边界共享反映在矢量结构中就是几何数据的共享，

为了简化几何形状的表达、有效存储几何数据、正确的描述空间关系，建模时首先将几何形体划分为匀质（具有相同属性）的、不能再分（单一结构）的基本几何形体，为每一个基本形体编码。空间数据库中以基本形体为单位来组织几何数据，按照一定的规则（集合还是组合）用基本形体来构建复合形体，可以构建任意复杂形状的几何形体。复合形体中只包含基本形体的标识码，不直接包含其几何数据。

矢量结构（几何空间层次结构）图3-19几何空间的层次结构实体模型（拓扑矢量数据结构）矢量结构还可存储点、线、面之间的部分拓扑关系：矢量结构（拓扑矢量数据）结点号链号A1，2，3B-1，4，5C-5，-6，-7D-2，-4，-8E-3，7，81、结点——链拓扑关系链前面的正号表示起始于该结点，正号表示终止于该结点。2、链——结点拓扑关系

矢量结构（拓扑矢量数据）链号始结点号终结点号1AB2AD3AE4BD5BC6DC7EC8ED3、链——面拓扑关系

矢量结构（拓扑矢量数据）链号左多边形右多边形1ⅠΦ2ⅠⅡ3ⅡΦ4ⅠⅣ5ⅣΦ6ⅢⅣ7ΦⅢ8ⅢⅡ4、面——链拓扑关系链环绕面顺时针转为正，逆时针为负。

矢量结构（拓扑矢量数据）多边形号链号Ⅰ-1，2，-4Ⅱ-2，3，8Ⅲ7，-6，-8Ⅳ4，6，-5矢量结构（几何元素的行为特征）

与几何数据相关（或者说定义在矢量结构上）的一切操作或运算均称为空间计算，它表达了空间要素的空间行为特征。不同的空间计算作用于不同的几何元素类型，矢量结构中应考虑空间计算的表达。空间计算主要有下列几种类型：

1、形态获取与维护：采集几何数据建立空间数据库，从空间数据库中获取坐标数据，对几何形状进行增加、修改和删除操作以维护其现实性。

2、几何度量：计算线的长度，面的周长和面积，重心或分布中心等。矢量结构（几何元素的行为特征）3、空间关系表达和判断：以空间函数或空间谓词形式表达、判断、计算两个几何形体在地理空间中的距离、方位和拓扑等空间关系。

4、集合操作：计算两个几何形体的交集、并集、差集等。

5、空间查询计算：空间查询算法中需要的各种几何运算。

6、统计运算：计算一个几何形体范围内所包含的另一个几何形体的统计特征。如计算某区域内的道路总长度，计算某区域内人口的总数等。矢量结构（几何元素的行为特征）7、几何形体间的组成关系：面由哪些线组成，线由哪些点组成，基本几何形体与复合形体的构成关系。

8、基本空间分析运算：计算邻近度，生成泰森多边形或狄诺尼三角形，进行缓冲区分析、叠加分析、网络分析、地形分析等。

9、几何形体的可视化显示：插值与平滑、地图符号生成与显示、注记、立体图及专题地图绘制。

10、地图综合运算：大比例小粒度几何数据向小比例粗粒度几何数据的综合运算。

11、数据库运算：以几何数据为条件的数据库连接、投影、选择等空间操作。Back空间数据模型分类（重要性）

空间数据模型和空间数据结构的研究是人类认识和解释客观世界的桥梁，是以信息理论和计算机技术为依据来解释、反映和分析客观世界的理论基础。空间数据库是GIS的支撑，空间数据模型和空间数据结构是任何一个空间数据库和GIS设计的核心，它制约着系统的功能、系统的有效性和实用性。从GIS系统和空间数据库的发展过程可知，空间数据模型是推动地理信息系统、空间数据库技术向新的目标发展的动力，是新一代GIS平台诞生的起点。空间数据模型分类（重要性）

加拿大地理信息系统是在1973年发明了N维空间数学方法的Peano数据模型后建立的；

ARC／INFO是以拓扑结构和关系数据库为基础建立的；

GENAMAP是在属性和图形一体化管理基础上建立的；

SYSTEMM9是在面向目标数据模型的基础上发展起来的；法国IGN、CartographicDataBaseModel全国1：5万和1：1万地图数据库是在超图数据结构(HBDS)的基础上建立的；空间数据模型分类（重要性）

美国的TIGER系统是目前世界上最大的空间数据库系统，其容量达36000MB，是在CorbettJ．二维单元结构的理论支撑下建立的；美国的三维地理信息系统（TDGISThreeDimensionalGIS）是在八叉树数据结构理论研究的基础上发展起来的，称为国家首都城市规划系统(NCUPS——NationalCapitalUrbanPlanningSystem)。

Back矢量结构（空间数据的逻辑单位）

地理空间中，多个空间要素的可能存在部分共位（几何位置部分重合），在同一个空间要素占据的几何范围内某种属性的分布可能不匀质（车流量在不同路段的分布），这都会给空间数据的存储和管理带来麻烦。空间数据库中要求每个逻辑实体具有相同的属性定义，非匀质的空间要素不能直接作为空间数据库中的逻辑记录。矢量结构（空间数据的逻辑单位）1、空间目标与空间对象将概念模型转化为某个DBMS支持的逻辑模型的过程中，需要将空间要素划分为具有均质属性的多个几何单元，每个具有相同属性的几何单元连同其主题属性一起定义为一个空间目标。空间目标可能表示一个完整的空间要素，也可能只表示空间要素的一部分，还可能既表示一个完整的空间要素又是另一个大的、复杂的空间要素的一部分。矢量结构（空间数据的逻辑单位）

如图2-8中，河流的一部分与省界重叠，存储时需将河流划分为AB、BC、CD三个空间目标，AB和CD的特征码为河流，BC有“河流”和“省界”两个特征码，同时具有河流和省界的属性。图2-8空间目标的划分

将空间要素划分为空间目标，可以使数据记录具有统一的逻辑结构，便于存贮管理；能正确的描述空间要素之间的空间联系，易于导出多种关系信息。空间目标对应的几何数据只须存贮一次，与多个空间要素的特征码关联，能减少冗余存贮，保证空间数据一致性。

矢量结构（空间数据的逻辑单位）

图2-9空间目标与空间对象

面向对象表达方式中与空间目标对应的概念是空间对象。空间目标和空间对象都对应空间数据库中一个空间记录，两者含义相同但表达形式不同，由于数据表达能力不同，所以表达的内容和复杂度都不同。地理实体={空间目标1，空间目标2，……，空间目标n}

实体对象={空间对象1，空间对象2，……，空间对象n}矢量结构（空间数据的逻辑单位）

2、几何对象和空间数据类型面向对象空间数据模型中为每个空间对象定义一个几何对象，用来完整表达一个空间对象的所有空间特征（几何形状、空间关系、空间行为）。几何对象由几何数据结构和几何方法两部分组成，几何数据结构是一组位置的集合或坐标序列，几何方法是对几何数据进行各种处理的一组函数。几何形状存储为几何属性，空间行为实现为几何方法，空间关系一部分存储为几何属性，另一部分实现为几何方法。矢量结构（空间数据的逻辑单位）

几何对象是一种对象型数据，空间数据库中存储几何对象时需要扩充新的空间数据类型（对象数据类型ADTAbstractDataType)。几何对象按几何形状划分为点、线、面、体与复杂对象等几何类型，一种几何类型对应一种具体的空间数据类型（几何对象的定义）。每一种定义了几何数据结构和几何方法的几何对象类型称为一种具体的空间数据类型。空间数据库中，空间数据类型和标准数据类型具有相同的地位，空间数据类型定义了几何对象的型，标准数据类型定义了结构化数据的型。图2-10几何对象的型矢量结构（空间数据的逻辑单位）

3、专题（Theme）地图分层模型中具有相同属性和几何特征的一个图层的数据构成一个专题。面向对象数据模型中多个类依据其共有的特征归纳为一个专题。专题在逻辑模型中的含义是同一种空间逻辑记录类型所对应的数据的全体，相当于关系数据库中一个关系中存储的内容。

Back空间数据库管理系统（含义）

文献[GTG94]给出的空间数据库定义有下列三层含义：

1、空间数据库首先是一个数据库，即数据库DB+数据库管理系统DBMS，它具有数据库的所有特点和功能。

2、空间数据库中定义了空间数据类型和空间操作（与空间对象几何形态相关的各种空间运算），空间数据库的数据模型和数据语言中支持空间数据类型和空间操作。

3、空间数据库管理系统实现中支持空间数据类型和空间操作，至少提供空间索引和有效的空间连接算法。

空间数据库管理系统（定义）

总结多个文献中描述的空间数据库含义，对空间数据库定义如下：

1、空间数据库包含有效组织的空间数据SDB和空间数据库管理系统SDBMS。

2、SDBMS是构架在OR-DBMS或OO-DBMS之上或嵌入OR-DBMS或OO-DBMS之内的一组软件，这组软件以插件的形式封装了对空间数据的所有支持功能，这个插件和OR-DBMS或OO-DBMS一起共同实现标准DBMS应实现的功能，用于实现空间数据的统一存储、统一管理和统一控制。空间数据库管理系统（定义）

3、SDBMS支持多种空间数据模型，能定义空间数据类型ADT，支持一种能调用ADT类型的数据语言。

4、SDBMS至少要支持空间索引、高效的空间操作算法及用于查询处理和查询优化的特定领域规则。

5、完善的SDBMS应具有空间数据的可视化功能，支持空间数据的长事务处理，保证空间数据的完整性一致性，实现空间数据的并发和安全控制，可以存储和管理海量数据。”当代OR-DBMS提供了构建ADT的模块化方法，ADT组件可以作为一个插件嵌入到DBMS之中。Back空间数据库管理系统（构架）

空间数据库管理系统的体系结构空间数据库管理系统SDBMS是一个能够提供空间数据存储、管理和操纵的复杂软件系统，它具有标准数据库管理系统的所有功能。SDBMS不是标准数据库管理系统的简单扩充，它要解决与空间数据相关的一系列理论和技术问题。设计一个支持空间数据存储和操作的专用空间数据库插件，架构在标准的OR-DBMS或OO-DBMS之上共同构成空间数据库管理系统。或将插件嵌入OR-DBMS或OO-DBMS之中形成真正空间数据库管理系统。空间数据库管理系统（构架）

空间数据库管理系统（构架）

对象关系空间数据库和面向对象空间数据库是当前空间数据库发展的两大主要趋势，有两种具体的结构形式：

1、空间数据库中间件（称为空间数据引擎）将对空间数据的所有支持功能封装在称为空间数据引擎的空间数据库中间件中，将空间数据引擎架构在标准的OR-DBMS或OO-DBMS之上，在标准OR-DBMS或OO-DBMS功能之外扩展空间数据存储和管理能力。空间数据引擎与OR-DBMS或OO-DBMS一起构成空间数据库管理系统SDBMS。OR-DBMS或OO-DBMS实现标准的数据库管理功能，在OR-DBMS或OO-DBMS中扩充空间数据类型，在标准SQL语言或面向对象数据语言中扩展对空间数据类型和空间操作的支持，由空间数据引擎具体实现存储、操纵和管理功能。空间数据库管理系统（构架）2、嵌入式空间数据库管理系统SDBMS

在标准对象关系数据库管理系统OR-DBMS中扩充空间数据管理层定义的各种功能，或将空间数据库引擎与标准对象关系数据库管理系统OR-DBMS集成，生成真正的关系对象空间数据库管理系统。也可采用面向对象的方法，在标准面向对象数据库管理系统OO-DBMS中扩展空间数据管理层的功能，生成面向对象空间数据库管理系统OO-SDBMS。Back空间数据库管理系统

（扩展功能）

至少要扩展下列功能：

1、空间数据模型：数据库中数据模型的表达能力有限，不能直接表达空间数据复杂的结构和关系，必须研究和实现新的空间数据模型。空间数据库管理系统要支持多种空间数据模型，实现空间数据的有效存储和访问。

2、空间数据类型：空间数据是由点、线、面混合而成的复杂数据，无法用字符、数字等简单的数据类型来表达和存储。空间数据库中要扩充一组新的空间数据类型，并将这组数据类型引入或集成到标准的DBMS之中，以便完整高效地表达空间要素的空间属性。空间数据库管理系统

（功能扩展）

3、空间数据语言——扩展SQL：无论是对象关系还是面向对象空间数据模型，都需要对数据语言进行扩充，使其支持新的空间抽象数据类型，扩充相应的空间操作功能。

4、空间索引：索引可以缩小数据库中数据的搜索范围，减少I/O次数。数据库中的索引不能支持基于位置的查询，空间索引结构及空间查询算法是空间数据库管理系统应该实现的基本功能。

5、空间操作：包括数据结构中存储的几何方法、空间数据库的基本空间操作、空间可视化及基本的空间分析操作。

Back空间数据库管理系统（实现方式）

1、图形与属性一体存储的文件管理方式数据管理与处理一体均由GIS应用程序来实现，空间属性和主题属性均采用数据文件形式由文件管理系统来管理，属性数据作为图形数据记录的一部分。

2、图形数据与属性数据分别存储和管理（1）图形数据与属性数据分别用文件存储图形数据中包含指向属性数据的单向指针，或用双向指针连接属性数据与图形数据。（2）文件与关系数据库相结合主题属性数据采用关系模型来组织，空间属性以数据文件形式存储和管理，在业务逻辑层通过空间要素的主码实现两者的连接，空间操作通常在GIS平台软件中实现。空间数据库管理系统（实现方式）3、全关系方式采用关系数据模型对空间属性和主题属性统一建模，用纯关系数据库（RDBM）同时存储和管理空间属性和主题属性，在GIS平台软件或应用程序中实现对空间属性的处理功能。利用RDBMS产品的现有功能，将空间属性分解为多个关系，将几何数据细分为基本几何单元，用标准的数据类型存储几何数据和部分空间关系。一个专题转换为一个要素关系表(featuretable)，一个空间要素转换为关系的一个元组，元组中的几何列存储几何单元的标识，几何数据存储在单独的几何表中，几何数据有矢量和二进制大对象两种存储形式。空间数据库管理系统（实现方式）空间数据库管理系统（实现方式）四、面向对象方式在标准面向对象数据库中扩充新的空间数据类型，以几何对象形式封装空间要素的形态和行为特征，增加对空间数据的管理、控制、处理和访问功能。面向对象数据库管理系统提供了对于各种数据的一致的访问接口及部分空间模型服务，实现了空间数据和空间模型服务的共享，GIS将重点放在数据表现及开发复杂的专业模型上，更为真实客观的反映世界事物。空间数据库管理系统（实现方式）五、对象关系方式将关系模型RDBMS扩展为对象关系模型OR-DBMS，在标准OR-DBMS上附加空间数据的管理、控制和访问功能，实现空间属性的有效表达及空间属性与主题属性的一体化管理。空间要素划分为多个空间对象，空间对象的空间特征表达为几何对象，几何对象定义为具体的空间数据类型ADT（点，线，面等），作为OR-DBMS中的数据项来存储，扩展SQL语言和OR-DBMS的功能。

BackARCGISGeoDataBaseArcGIS是地理数据的信息系统。和所有的信息系统一样，ArcGIS有一个定义明确的处理数据的模型。这个模型统称为Geodatabase（是“地理学的数据库”的简称），它定义了所有在ArcGIS中可以被使用的数据类型—例如：要素、栅格、地址和测量方法，以及它们如何被显示、访问、存储、管理和处理的。Geodatabase是一个被所有ArcGIS产品及应用程序共享的通用框架。Geodatabase是现代化GIS的数据模型，是ESRI公司从多年的研究与发展和先前多次的实施应用而发展进化而来的。新的或非专业性的ArcGIS用户不需要亲身关心Geodatabase，而专业性用户则无疑会对Geodatabase先进的性能产生兴趣。ARCGISGeoDataBaseGeodatabase功能：处理丰富的数据类型应用复杂的规则和关系存取大量的存储在文件和数据库中的地理数据支持的数据格式：ArcGIS支持Geodatabase数据模型的实现，如文件系统中的文件集合或者在RDBMS中的表格集合。文件系统的使用很简单，并且不需要购买或者管理复杂的RDBMS。然而，文件系统是面向单用户的，并且大数据集的存储受到限制。ArcGIS也支持一些众所周知的数据集类型，例如：coverages、shapefiles、栅格、影像以及不规则三角网(TINs)。Geodatabase管理的地理信息数据和在RDBMS中的数据类型相同，例如：DB2,Informix,Oracle,结构化查询语言（SQLServer）或者是MicrosoftAccess。ARCGISGeoDataBase文件和Geodatabase实现的比较除了文件和RDBMS数据源外，ArcGIS的Geodatabase还可以利用数据转换来处理许多附加的格式。GIS的数据也可以通过网络进行存取，比如网络；使用多种形式的XML和Web报表，比如geodatabaseXML、ArcXML、SOAP、WMS、WFS等。ARCGISGeoDataBase单用户和多用户的GeodatabaseGeodatabase可以在多种尺度的RDBMS结构中进行工作，并且拥有不同数量的用户。其缩放可以从基于微软“喷射引擎（theMicrosoftJetEngine(Access)）”数据库的小型的、单用户数据库到大型的工作组、部门或企业级、多用户访问的数据库。两种类型的Geodatabase的是可行的：个人Geodatabase和多用户Geodatabase。ArcView、ArcEditor和ArcInfo中包含有产生和使用单用户Geodatabase的技术。单用户Geodatabase使用微软喷射引擎数据库文件结构来持久性存留GIS数据。单用户Geodatabase非常类似于以文件为基础的工作空间，并且能够控制多达2GB的数据库。单用户Geodatabase对于GIS设计中比较小的数据集或者小的工作团体来说是理想的数据库。ARCGISGeoDataBase—结构体系关于Geodatabase，一种主要的观点是把Geodatabase看作是使用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型。第二个同等重要的方面是Geodatabase管理数据访问和存储的方式。对Geodatabase中的地理数据集进行管理的职责就是在GIS软件和一般的关系型RDBMS软件之间进行共享。地理数据集管理的某些方面的是交由RDBMS来操作完成的。例如：基于磁盘的存储、属性类型的定义、查询处理以及多用户的事务处理。GIS应用程序保留了定义特殊的RDBMS框架（结构）的功能，它可以用来表现地理数据；还有特定的逻辑应用，它提供了在底层记录的行为、完整性和效用。Geodatabase是一个多层结构体系（应用程序层和存储层），所有与数据存储和获取有关的方面都是在的存储层（RDBMS）中实现的，比如简单的表。同时，高级别的数据完整性和信息处理功能被保留在应用软件（GIS）中。实际上，RDBMS是被用作一系列保存地理数据集的实施机制中的一种，就象文件一样。然而，RDBMS并不完全定义地理数据的语义。ARCGISGeoDataBase—结构体系从存储中分离出来的Geodatabase逻辑能够支持很多的文件类型、RDBMS和XMLARCGISGeoDataBase—结构体系Geodatabase是使用与其它先进的RDBMS应用软件相同的多层应用程序结构体系来实施的。Geodatabase的对象被存为RDBMS表中的行，它具有一致性，而且其行为是通过Geodatabase应用程序逻辑来支持的。ARCGISGeoDataBase—结构体系Geodatabase的结构体系是以简单的关系型存储为基础，并且与先进的应用程序逻辑相结合Geodatabase的核心就是标准的（即非外来的）关系数据库模型（一系列标准的RDBMS表、列类型、索引等等）。这种简单的物理存储和一组位于应用程序层的高级的应用程序对象协同工作并且受其控制，这个应用程序层可以是一个ArcGIS的客户端，或者是一个ArcGIS的服务器。这些Geodatabase对象定义了一个一般化的GIS信息模型，它被所有的ArcGIS应用程序和用户共享。Geodatabase对象的目的是为客户展现一个高水平的GIS的信息模型，并且在任何适当的存储模型中实现这个模型。比如在标准的RDBMS表中，在文件系统中以及在XML流中。所有的ArcGIS应用程序与Geodatabase这个一般的GIS对象模型交互，而不是与实际中的基于SQL的RDBMS例程。在应用程序层的Geodatabase软件组件的实施蕴含在通用模型中的行为与完整性规则，并且传送请求到适当的物理数据库中去。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储Geodatabase中所有的要素都被存储在一个RDBMS中，既包括每个地理数据集的基础的框架结构和规则，又包括实际的空间数据和属性数据。ArcSDE在多用户Geodatabase的储存中起着重要的作用，它在多个RDBMS之间提供统一的接口。Geodatabase被用于管理和存储多种类型的地理信息数据集Geodatabase模型为每个地理数据集描述了它的定义、完整性规则和行为，包括要素类、拓扑、网络、栅格目录、关系、域等的性质。模型在这个定义了地理信息数据的完整性和行为的RDBMS中的Geodatabase表集合中被维护。地理数据集的空间描述，不是被当作矢量要素就是被看作栅格数据集，他们连同传统的列表属性特征一起被存储。比如，一个RDBMS表可以被用来存储一个特征集，表中的每一行代表一个特征要素。每一行的图形数据项（shapecolumn）被用于保存几何特征或者特征的形状。这个图形数据项保存的几何特征一般为下列类型中的一个：一个二进制的大型对象（BLOB）列类型一个空间列类型ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储普通特征要素的同质集合中，每个特征都有相同的空间表现，例如点、线或面，并且一个属性列的组合列指代一个特征要素类，在一个单独的表中管理。栅格和影像数据类型同样可以被关系表管理和存储。栅格数据在容量上是比较大的数据，需要一个关联表来存储。在存储过程中，软件把栅格分割为小的部分，称之为“区段（blocks）”，并且把它们存储在单独的区段表中单独的行中。保存矢量和栅格图形结构的列类型在每个数据库中都有变化。当RDBMS支持空间数据类型的扩展时，Geodatabase就能容易的使用RDBMS来管理空间图形（例如：Oracle的空间类型）。作为OGC简单要素的SQL规范的一个主要作者和ISOSQL3MM空间标准的贡献者，ESRI公司紧密地、专心的努力扩展SQL的空间功能。ESRI公司专注于在使用RDBMS标准的Geodatabase的维护中支持这些类型，和独立的Oracle空间类型。Geodatabase与你所选择的关系数据库一起实现地理数据的存储。所有的Geodatabase要素都被RDBMS的标准表使用标准的SQL的数据类型来管理。结构化的GIS要素，你可以用它们来开发地理数据模型。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储一、RDBMS概念：

Geodatabase的结构体系是基于一系列简单的，但是很重要的信息系统概念，如下所示。RDBMS为表中信息数据的存储和运行提供简单、正式的数据模型。RDBMS是简单、灵活的，因为它的通用关系数据模型使它能够支持一大批的应用程序。数据被组织到表中；表中包含有行；所有的行在表中都有相同的列每一列是一个类型，举例来说：整型、小数、字符型、日期型等关系被用于从一个表中的行到另外一个表中的行的联合。这是以每个表中的公共列为基础，常常被称之为“主键”和“外来键”。基于表格的数据集需要一个关系完整的原则。例如，表格中的每一行数据共享同样的列，一个域罗列出每一列中有效值和数据的值域，等等。SQL，一个有关函数和算子的命令式语言，可以用来进行对表格和数据元素的操作。SQL算子可以用来处理通常的关系型数据，如整型数、浮点型数和字符型变量在包含特定数据类型行列的表格中存放数据。应用数据之间的关系将两个表格中的行关联起来。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储Geodatabase中的空间表，像要素类和栅格表遵循同样的RDBMS原则。其中的一列存储了每一个地理对象的空间数据，例如，在一个要素类表格中形状域存放多边形形状。表格中每个RDBMS的各种列类型用来存储形状域。这是一些RDBMS中支持的典型的BLOB型或者典型的扩展空间数据类型。例如，带有空间扩展功能的Oracle提供了一个空间列类型。SQL可以对表格中的行、列和类型进行操作，列类型（数字、字符、日期、BLOB、空间类型等）属于SQL对象。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储二、带空间的表格：仅有关系型存储不能确定应用软件的某些操作，它对某些应用软件（如GIS）来说仅仅在逻辑上是必须的。RDBMS管理简单的数据类型和表格，但是如果要实现更多复杂的对象行为和完整性约束则需要附加的应用软件逻辑单元。例如：一个单位可能需要使用一个象下面这样的叫“EMPLOYEES”的表格：一个包含行列的简单的关系型数据表表格每一列中的数据必须是相同的数据类型，如字符型、日期型和数值型。为雇员、以及他们的名字、薪水和雇用日期建立的处理对象模型并不是一个关系型对象。要实现这些商业对象的某些行为和完整性约束的时候需要更多复杂的和受关注的应用软件逻辑单元。支持雇佣行为所要实现的示例逻辑单元可以完成、雇佣、加薪、辞职、提升和管理效益等。对复杂的商业逻辑关系而言GIS应用软件具有同样的要求。例如，要素类、拓扑关系、网络、线性参考系统、栅格目录、尺度、注释、地形、关系等，是要实现GIS操作的高级对象的示例，这些GIS操作是在RDBMS中存储的空间简单表达基础上完成的。仅有空间列的表格对GIS应用而言是不充分的，对创建信息系统而言，简单的RDBMS关系对象和应用对象是必须的。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储二、要素和栅格几何：

一个GIS系统通常都是用栅格或者矢量（特征几何）来表达地理位置的。除了矢量要素和栅格数据集外，其他类型的空间数据可以在关系型图表中管理和存储，这样可以在RDBMS中处理所有的地理数据。矢量要素（具有矢量几何的地理对象）各种各样，通常使用地理数据类型，这些地理数据非常适合用来表达具有离散边界的要素（如井、街道、河流、行政区划和其他面状要素）。一个要素是一个简单的包含自身位置信息的对象，其中位置信息在行中作为它本身的一个属性（或者域）来存储。通常，在空间中要素表达为点、线、多边形或者注记，并且归到要素类中去。要素类是具有同样数据类型的要素的集合，具有一定的空间表达和一组属性（如，表示道路的一个线要素类）。GIS中矢量要素的一般表达方式ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存储栅格几何：

栅格数据通常用来表达连续的数据层，如高程、坡度和坡向、植被、温度、降雨、卷流分散等。栅格数据通常用来存储航空图片以及其他各种图像。栅格数据集通常用来存储图像数据ARCGISGeoDataBase—

事务处理事务处理是用来修改数据库的一个操作集合。象其他的数据库应用软件一样，GIS数据库支持更新操作，这样以保证数据的完整性和应用软件的运行。然而，GIS用户需要某些特殊的事务处理需求，其中最重要的就是这些事务处理需要跨越很长的时间周期（天甚至是月，而不仅是秒的量级）。另外，在GIS中，一个简单的编辑操作可能修改多个表格中的几行数据。这样用户在确定操作之前需要取消或者重复他的行为。编辑任务可能需要几个小时甚至几天。通常编辑操作必须在一个与中心共享数据库分离的系统中进行。因为GIS工作流程需要几天甚至几个月的时间，所以对那些日常的操作而言GIS数据库必须随时可以访问，那些日常操作中每个用户对共享的GIS数据库有一个独特的视角和状态认识。在一个多用户数据库中，GIS事务处理必须在RDBMS短事务处理框架基础上协调实现。通过在一个简单的RDBMS事务处理框架上管理高水平复杂的GIS事务处理，ArcSDE起到一个关键的作用。GIS用户会遇到很多这样的事例，其中长时间的事务处理工作流程非常重要。很多例子中，通过使用为处理中心GIS数据库更新而采用的多用户RDBMS和ArcSDE，可以实现这样的目的。ARCGISGeoDataBase—

事务处理管理这些和很多其他关键的GIS工作流程的geodatabase机制就是在geodatabase中保持数据的多种状态，并且更重要的是，在进行这些操作的时候一定要确保GIS数据库的完整性。管理和查看数据的各种状态，还有对数据的操作等都是基于定义数据库版本实现的。与该功能的名字一样，当单个要素或者对象被修改、增删的时候，数据库版本明确地记录它们的状态（版本）。版本通常将要素或者对象的每个状态存到表格的行中，同时还存储了重要的转换信息。在一个叫做"Adds"和"Deletes"的工作台中，数据库版本可以明确地记录geodatabase的对象状态。可以应用简单的查询来查看和操作geodatabase的任一状态。例如，查看某点的数据库状态或者查看包含用户编辑表在内用户特定的当前版本。在有版本标注的geodatabase应用中，ArcSDE起到关键的作用，通常用来管理不同的RDBMS，以及交叉系统之间的长事务处理。ARCGISGeoDataBase—XML

GeodatabaseXML是一个在geodatabase和其他外部系统之间进行信息交换的开放式交换格式。ESRI公开发布和维护了一套作为XML技术规格要求的完整的geodatabase方案和目录，并且提供了应用示例来说明用户如何在不同系统之间共享数据更新。应用geodatabaseXML技术规格要求可以很容易的实现面向geodatabase的地理空间信息的XML交换。外部应用软件使用geodatabaseXML数据流可以实现如下功能：无损耗地实现整个数据集的交换使用XML流完成geodatabase和其他外部数据结构中传递更新和修改在ArcGIS用户之间交换和共享全部或者部分geodatabase方案。白皮书XMLSchemaoftheGeodatabase提供了其他说明。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。ARCGISGeoDataBase数据模型

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。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