第9章林业空间数据库设计

第9章GeodataBase的设计和实现实例一、Geodatabaes设计一般来说，关系数据库设计需要两个基本步骤：数据逻辑模型的结构化和数据模型的物理实现。逻辑数据建模体现数据的用户视图，数据库建模则在关系数据库技术的框架中物理实现数据模型。创建Geodatabase的模式1、数据逻辑模型设计建立数据逻辑模型的关键任务是准确定义有意义的对象集并明确它们之间的关系。你考虑的对象，可能是比如街道、地块、所有者和建筑物这样的事物。那么对应它们之间关系的一些描述就是“位于”、“被拥有”和“是一部分”等。不存在绝对“正确”的模型，只能说某个模型适合还是不适合。要确认数据模型是否完全符合需求是非常困难的！对以下三个问题，如果你的答案都是肯定的，那么意味着你所创建的模型已经很不错了：逻辑数据模型表现了所有数据，且没有冗余逻辑数据模型支持业务流程？逻辑数据模型满足不同用户组的数据视图？2、表达逻辑模型先前，逻辑模型通常绘制为E-R图。面向对象技术建模的前人推出了各种不同的设计方法和图表符号。E-R图的一个不足之处是它们的表现形式会被设计方法左右。现今，大部分面向对象的建模者已经开始采用统一建模语言（UML），UML是表达对象模型的标准符号。UML已被主导软件公司和数据库厂家所认可。需要提醒的是，UML不是设计方法，而是一个绘图符号。UML支持面向对象的设计方法，并且按照标准方式表达数据模型。3、Geodatabase设计原则使用Geodatabase，你可以设计和地理数据库的逻辑概念模型非常相近的数据库——Geodatabase是用要素集、要素类、拓扑关系、关联类和其它元素组织的。对于ESRI的数据模型的开发人员来说，这也是在ArcInfo中引入Geodatabase数据模型的基本原因。3、Geodatabase设计原则Geodatabase设计的基本步骤：数据的用户视图建模。和用户交流，了解用户结构，解析用护的业务模型。定义对象和关联。使用对象集和创建逻辑数据模型，并定义它们之间的关联。选择地理描述方式。对有意义的数据采用确切的描述方式，如矢量、栅格、表面或Locator。与Geodatabase

元素匹配。将逻辑模型中的对象与Geodatabase

中的元素互相匹配起来。组织Geodatabase

结构。考虑地图专题、拓扑关联以及不同用户部门对数据的需求，创建Geodatabase。CASEandUML利用CASEandUML设计GeodatabaseCustomObjectDevelopment(用户对象开发）UsingESRIcodegenerationandschemawizardsforbuildingcustomobjects（使用ESRI的代码生成器和计划导航工具建立用户对象）ApplicationDevelopment（应用开发）UsingESRIGeodatabaseAccessObjects（使用ESRI的Geodatabase处理对象）4、Geodatabase设计工具5、GEODATABASE的设计步骤1）、创建geodatabase2）、要素集和要素类的创建3）、应用子类的创建1）、创建geodatabase可以在ArcInfo中创建多个geodatabase。通常，根据应用的不同，将要素集组合或分离组织到geodatabase中，效果会更好。以下情况，需将要素组织到同一个geodatabase中：如果一组对象或要素具有关联，则必须存放在同一个geodatabase

中。具有拓扑关系的要素必须存放在同一个geodatabase

的同一个要素集中。如果你要并发编辑一组要素，它们必须存放在同一geodatabase

中。以下将要素分离组织到不同geodatabase：企业很多部门拥有不同的数据，并且这些数据有不同部门负责，这时可以将要素类分离组织到不同的Geodatabase

中。如果是personalgeodatabase，因为有规模限制，所以需要对geodatabase做专题或空间上的相应分割。2）、要素集（featuredataset）和要素类（featureclass）Geodatabase包含三种基本类型的类：对象（object）、要素（feature）和关联（relationship）。在geodatabase中，这些类可以按要素集存储或作为独立的类存储。以下情况中，可以将要素类存放到要素集中：如果要素类是通过几何网络或平面拓扑而拓扑关联的，那么必须组织到同一要素集中如果你需要强调一组要素类必须具备共同的空间参考，那么将这些要素类存放到同一要素集中在一个要素集中，可以进行任意专题分组关联的类。2）、要素集（featuredataset）和要素类（featureclass）对关联类的设置没有特别的限制，关联类可以存放在geodatabase中的任意位置，并能表现整个geodatabase中的源类和目标类。如果关联类的源类和目标类存放在同一要素集中，那是最好不过的，但这个条件不是必须的。3）、应用子类有时候，对于一组要素类，你有两个选择：一是将这组要素类作为一个要素类组织，然后使用子类将这组要素类中性质相近的要素进行逻辑分组；二是将这组要素分离到不同的要素类中存储，进行物理分组。子类是对要素（或对象）类的再进一步分类。使用子类的目的是提高操作性能。在同一个geodatabase中，如果只有一两个要素类，那么操作速度会比一二十个要素类的操作快捷。子类让你控制要素类中分组要素的特定的行为，通过属性规则、缺省值、连通性规则和关联规则等来实现。在大多数情况下，建议使用子类来将庞大的相关联要素分类。以下情况中，不能够使用子类而是使用多个要素类来组织要素：相关联的要素的不同分组，需要不同的自定义行为相关联要素，属性字段方案不同（一个要素类中所有要素必须具有相同属性集合）需要对相关联要素中的每组要素设置不同的访问权限需要对相关联要素中的某些要素进行版本访问，而另一些不需要进行访问二、智能化要素的步骤1、选择要素类型和拓扑关系2、设置属性和子类3、定义属性域和验证规则4、建立对象关联5、创建定制对象1、选择要素类型和拓扑关系在实施数据建模之前，制作一个详细的清单，用于记录你的geodatabase中需要创建的对象类型。从清单中，可以将带有空间参考、拓扑关系和相似制图内容的要素类组织到要素集中。对于非空间对象，创建对象类。而对于空间对象，用点、线和面来创建简单要素类。对于拓扑要素，在要素集中，创建拓扑要素类的列表。2、设置属性和子类完成对象或要素类的类型的定义后，便可以为对象添加属性字段了。对象和要素可以包含“子类”（subtype）这个特殊的属性字段。子类用于将对象进行逻辑再分组，可以利用子类字段来表达相似对象（或要素）组之间的差异。需要指出，这样的子类并不需要添加新的对象或要素类，只是在逻辑上把它们进行了归类。比如道路要素中，使用子类可以将道路分为泥路、居住区道路和高速公路等。子类通过属性域、缺省值、连通规则和关联规则来增强数据的完整性。3、定义属性域和验证规则属性域，是一个指定的合法的属性值集合或范围。使用属性域可以避免在属性赋值的时候出现操作失误。缺省值为每一个新创建的对象赋予预先设定的默认属性值。这样，可以对要素进行批量的赋值，减少数据录入时间。连通规则用于网络中的要素，这些规则用以检验某一类型要素是否与另一类型要素正确相连通。4、建立对象关联对象之间存在相互作用。对象之间不能通过拓扑关系获取的联系可以使用关联来实现。关联存储在关联类（Relationshipclass）中，在关联类中可以控制、定义对象（要素）的创建、修改和删除等。可以在关联类中定义关联规则，进一步定义要素或对象之间的关联关系。5、创建定制对象对象类、域、缺省值、验证规则和关联可以表达一个对象所需的大部分行为。但有时可能需要更多的复杂行为如绘制、编辑或检查对象，这需要另外编写代码。ArcGIS的对象和要素类集合可以由程序员编写代码扩展，以创建得到复杂且高度专业化的对象和要素。三、地理数据访问开发人员可以从三个基本层次中获取Geodatabase数据：通过Geodatabase数据访问对象，它是ArcObject

的一个子集，ArcObject

是ArcMap和ArcCatalog

软件构建的组件基础。简单的非拓扑要素层次，通过符合OGC简单要素协议的ArcSDE

应用程序编程接口实现。行，列和表的层次上，通过关系数据库的本地SQL接口实现。1、通过ArcObjects访问数据获取数据的最合适的方法是通过Geodatabase数据访问对象。在这个层次上，Geodatabase的整个结构被展示出来：拓扑，关系，集成规则和行为，同时还有栅格，表面和位置显示。通过ArcObjects使用VBA或VisualC++或其它合适的COM开发环境编程获取数据。3、访问简单要素的数据对于空间应用程序来说，完全可以获取简单非拓扑要素形式的地理数据。ArcSDE下在支持CAPI和JavaAPI，这两种语言都符合OGC简单要素规范。OGC是领导空间数据厂商的组织，它的目的是开发标准的软件接口，这样可以使得各种GIS空间数据可以自由地进行交换。在网络上拥有不同格式的地理数据的不同组织可以将本地数据格式组织为“简单要素”集成到应用程序中。4、通过SQL访问数据可以有效地获取享的以非空间形式表达的数据。使用关系数据库自带的SQL接口，外面的数据库应用程序便可以从Geodatabase中提取数据，。在这个视图中，Geodatabase是一系列的表、列和行。通过SQL接口，可以观察到Geodatabase数据库的内部物理结构。附：林业空间数据库设计实例回顾数据获取编辑变换数据库应用空间数据库收集整理资料数据库设计确定系统目标提纲1确定系统目标2系统体系结构的确定3定义实体和关系4实体特征分析与组织5信息编码与元数据1.确定系统目标需求分析需求分析结果：

1）能否方便地利用计算机进行显示和查询林业资源信息

2）可否借助系统快速地更新林业资源数据。

3）传统退耕还林和天然林保护区的范围确定位置准确程度不高，退耕还林随意性较大，有无改进的方案。

4）森林火灾频繁发生，有无森林火灾自动预测的功能

5）传统的林业制图完全依靠手工，可否自动制图。探讨：拟建的系统应该具有哪些功能？1.确定系统目标功能的确定：1、林业资源调查——利用GIS，进行林业资源的查询、显示、专题图制作的功能2、林业资源更新——基于遥感和全球定位系统的森林资源及时更新功能3、规划设计——退耕还林和天然林保护的规划设计功能4、决策支持：森林火灾预测和监测、救火方案的快速确定、森林了望台的选址。软件的选择：根据经济实力、功能选择软件2系统体系结构的确定系统体系结构的确定确定数据组织数据草拟初步开发计划2系统体系结构的确定根据功能确定数据1、林业资源调查——利用GIS，进行林业资源的查询、显示、专题图制作的功能2、林业资源更新——基于遥感和全球定位系统的森林资源及时更新功能3、规划设计——退耕还林和天然林保护的规划设计功能4、决策支持：森林火灾预测和监测、救火方案的快速确定、森林了望台的选址。探讨：根据功能，应该采集哪些数据？2系统体系结构的确定森林资源调查数据基础数据（行政区划、居民点数据河流、道路、土地利用等）现有林业资源数据、遥感数据地形数据、气候气象数据土地利用数据、已有的退耕还林和天然林保护区数据、林业资源数据森林火灾分布数据、了望站点分布数据气候气象数据、道路、地形数据林业资源分布数据林业资源调查林业资源更新林业规划设计林业决策支持2系统体系结构的确定组织你的数据（功能——数据关系矩阵）功能数据资源调查资源更新规划设计决策支持森林调查数据CUUU行政区划CUUU土地利用数据CUUU遥感数据UCUU地形数据UUCU气象气候UUCU退耕还林、天然林保护UUCU火灾分布UC了望站点UC2.系统体系结构的确定拟订你的初步开发计划：数据获取可选方式、选择的数据是否满足用户需求和功能。类型第一手资料第二手资料非电子数据实地测量调查笔记航空相片专项普查/调查实验数据地图报告统计图表研究论文电子数据GPS遥感定位观测数据库数据文件数学数据数学公式计算机程序2.系统体系结构的确定林业空间数据库数据源选择数据数据源森林调查数据纸质林相图、小班卡片行政区划由矢量林相图衍生土地利用数据纸质土地利用图、TM遥感数据遥感数据购买覆盖该区域的TM遥感影像地形数据纸质地形图气象气候向相关部门购买电子数据退耕还林、天然林保护最近5年纸质退耕、天然林图火灾分布林业局历史火灾数据了望站点GPS定位数据接下来要做的工作数据库设计抽象现实世界GIS数据模型构建GIS数据模型定义实体和关系数据模型匹配空间数据分层属性表设计信息编码与元数据实体特征分析与组织3.定义实体和关系E-R图相关概念实体（Entity）：可以用数据记录的人、地点、事物、概念或事件。关系（Relationship）：两个或两个以上实体间的联系属性：表征实体和关系的数量、名称等概念理解：1、一个天然气设备连接一条或多条天然气管线。2、一个村包含一个至多个林业调查小班3、土地利用由图斑、线状地物和零星地物组成。3.定义实体和关系设计实体-关系图矩形：实体菱形：关系圆形：属性数字：联系的数量关系林业调查图斑小班号林班号作业区号林场号区划类型面积各级行政区等级名称面积1n包含3.定义实体和关系初始数据词典数据词典：以词典的方式描述和定义E-R模型设计中出现和形成的实体、关系实体类别1实体1实体2……类别2实体1实体2….实体名定义唯一识别码属性关系定义实体定义关系定义实体分析矩阵林业空间数据库的初始数据词典实体林业信息林业调查图斑天然林保护…….基础信息行政区划土地利用…….遥感遥感图像实体名林业调查图斑定义林业资源调查小班唯一识别代码小班编码属性小班号、林班号、作业区号、林场号、区划、面积关系林业调查图斑与行政区划定义一个村包纳一个至多个小班实体分析矩阵实体定义关系定义4.实体特征分析与组织从概念设计到逻辑设计(结合软件)数据模型匹配空间数据分层定义实体和关系属性表的设计4.1数据模型匹配假设林业信息系统采用ArcInfo软件作为支撑平台，现在的问题就是怎样将前述的各个实体与ArcInfo数据模型匹配实体类型特征类型（Coverage、Shapefile、Grid等）点特征点（Point）、结点（Node）、点事件线特征弧（Arc）、路径系统（路径和段）、线事件面特征多边形（Polygon）、区（Region）注记特征注记（Annotation）图像一般的图像文件、img文件、ArcInfo的Grid表格Info表、dbf表表面ArcInfo的Grid和TIN4.1数据模型匹配知识拓展：ArcInfo的数据模型——区Region：基于现有的Polygon特征来描述复杂的区域如多个独立的多边形组成的区域、相互重叠的区域。4.1数据模型匹配知识拓展：ArcInfo的数据模型——路径系统路径系统RouteSystem：提供一套用现有的弧段特征arc模拟线形特征的工具，可以支持沿着弧发生的任何线现象的定义。路径由一套有序的段（Section）组成，每段则是一个Arc特征的全部或一部分，段由沿Arc起点偏移百分比From，To定义。4.1数据模型匹配知识拓展：ArcInfo的数据模型——事件事件（Event）：发生在或伴随Coverage线特征Route的地学特征，事件包含地理位置但未直接使用空间表达方式表达。Event表公交站点事件空间化4.1数据模型匹配知识拓展：ArcInfo的数据模型——表面模型GridTIN4.1数据模型匹配实体ArcInfo对应数据模型森林调查数据（空间、属性）Polygon、dbf表行政区划Polygon土地利用数据（含道路、居民点等）Polygon、Polyline、Point遥感数据tif地形数据Polyline、Grid气象气候Grid、dbf退耕还林、天然林保护Polygon火灾分布Polygon了望站点Point4.2空间数据分层数据模型匹配后的实体——分层组织1、分层基本原则（1）图形原则（2）对象原则案例：在林业信息管理信息系统中，土地利用数据包括道路、河流、居民点、耕地、草地等要素，怎样对这些数据进行分层组织？4.2空间数据分层数据模型匹配后的实体——分层组织2、分层其他考虑因素1）不同部门的数据应该放入不同的层。2）不同安全级别的数据也应该单独存储。3）使用目的不同的数据也应单独存放。4）拓扑联系密切的若干层存放在同一个数据集中。——Geodatabase给每一层一个名称4.3属性表设计GIS属性数据表达与组织GIS中地理对象与位置、分布、形状等空间信息无关的特性用属性数据表达。一般用关系性数据库存储属性数据。属性类型（string，number，date，boolean）属性表的内容取决于应用。图形数据和属性数据的连接通过目标识别符或内部记录号实现。ID名称道路长度道路宽度0新光大道500201商业街40025ID=04.3属性表设计范式化第一范式：不能表中套表第二范式：所有字段完全依赖于主码第三范式：不能有传递相关性属性表的范式化ZyqdmZyqmcLinbhXiaobh面积单位蓄积总蓄积1幸福村1113.44.560.30223.94.3102.772118.23.970.98238.62.8108.082太平村1118.64.889.2827.63.627.362145.70.522.85226.34.7123.61属性表的范式化幸福村1太平村2ZyqmcZyqdm222122111121Zyqdm4.726.320.545.7123.67.624.818.6112.838.623.918.2124.323.924.513.411单位蓄积面积XiaobhLinbh4.4完善数据词典特征名Forest定义林业调查图斑Info表名Forest.pat属性表AREA、PERIMETER、Forest#、Forest-ID、xiaobh、linbh、Zyqh、Lincdm、RealArea图层Forest特征类Polygon投影Transverse精度Double…….实体完整定义集实体ArcInfoRelateto层名数据源林业信息林业调查图斑Polygon各级行政区Forest林相图小班卡片…….基础信息行政区划PolygonCountry纸质图件道路ArcRoad土地利用…….遥感遥感图像TIFF代理商完整实体设计矩阵5.信息编码与元数据5.1信息编码1)、信息编码的必要性1、便于程序处理2、数据通讯与信息共享3、数据输入与存储2)、信息编码原则通用性、系统性、标准化、扩展性5.1信息编码3)、编码方案a、已有的信息代码标准b、信息编码模型“全国地理信息系统标准化委员会”制定和颁布了信息分类编码标准，如GB/T13989——92《国家基本比例尺地形图分幅和编号》GB/T15660——1995《1：5000，1：10000，1：25000，1：50000，1：100000地形图要素分类与代码》GB10114——88《县以下行政区划代码编制规则》GB/T13923——92《国土基础信息数据分类代码》GB920——89《公路路面等级与面层类型代码》

XXXXXX大类码小类码一级码二级码实体码5.1信息编码4)编码实例1：林业小班数据的属性编码属性小班号区划真实面积林斑代码作业区代码林场代码编码XIAOBHQUHUA