1、Geodatabase數據模型 GIS中的數據中的數據 GIS中數據的存儲方式 Geodatabase數據模型的類型及數據組織 創建Personal Geodatabase GIS中的數據是多種多樣的，除地圖數據外，還包括圖像數據、表格數據、行為規則以及數據處理模型等。 地圖數據通常是矢量數據，是以離散的點坐標表示地理要素（feature）。在GIS中，不同的地理要素通常是分層表示，如道路、河流、居民地等。同種要素組成的圖層稱為要素類（feature class）。 圖像數據是柵格數據（raster），是以一系列柵格值來表示。 表格數據（table）是具有相同字段的記錄的集合，沒有空間信息。

2、行為規則包括要素的子類、數據域、關系、完整性規則（拓撲）及要素連通性規則（幾何網絡）等。 數據處理模型包括工具、模型、腳本程序等。 GIS中的數據 GIS中數據的存儲方式中數據的存儲方式 Geodatabase數據模型的類型及數據組織 創建Personal Geodatabase GIS中數據的存儲方式主要有兩種： 文件方式 數據庫方式文件方式 采用文件方式存儲，各種類型數據存儲在不同的文件中。 通常情況下，一個數據由幾個文件組成，如以Shapefile形式保存的地圖數據包含了shp、shx和dbf等文件，其中shp文件保存空間圖形數據，dbf文件是保存屬性數據，shx文件是連接圖形和屬性的索

3、引文件。1 優點 簡單易操作； 軟件投資較小。 缺點 不能定義數據規則； 不支持版本管理； 不支持多用戶的并發訪問； 安全性較差。數據庫方式 所有數據統一存貯在數據庫中，可以是小型單用戶數據庫（如Access），也可以是企業級的多用戶數據庫（如Oracle、DB2、Informix、SQL Server等）。2 優點 可以利用數據庫強大的數據管理、數據安全、并發以及事務處理等功能。 缺點 軟件投資較大。 目前，主流的GIS軟件都支持在標準的數據庫管理系統表中存儲和管理地理信息，當然，不同的軟件具體方式有所不同。 在推出ArcGIS的同時，ESRI公司同時推出了一種新的數據庫方式的空間數據存儲模

4、型Geodatabase。 GIS中的數據 GIS中數據的存儲方式 Geodatabase數據模型的類型及數據組織數據模型的類型及數據組織 創建Personal GeodatabaseGeodatabase數據模型的類型 ArcGIS目前有兩種Geodatabase：個人Geodatabase（Personal Geodatabase） 多用戶Geodatabase（Multiuser Geodatabase）。 1 個人Geodatabase使用微軟的Access數據庫來管理數據，它支持單用戶編輯，不支持版本管理。 多用戶Geodatabase通過ArcSDE連接企業級數據庫平臺，它能支持海

5、量數據庫、多用戶的并發訪問以及長事務和版本管理的工作流。 GeodatabaseDBMS注釋注釋個人個人Geodatabase Microsoft Jet Engine （Access） 單用戶編輯單用戶編輯 2GB大小限制大小限制 不支持版本管理不支持版本管理多用戶多用戶Geodatabase Oracle IBM DB2 IBM Informix Microsoft SQL Server 需要需要ArcSDE 多用戶編輯多用戶編輯 基于版本管理的工作基于版本管理的工作流流 數據庫大小和用戶數數據庫大小和用戶數限制依賴于數據庫限制依賴于數據庫個人和多用戶Geodatabase比較Geodat

6、abase數據組織 可以把矢量地圖（Feature Class）、表格（Table）、柵格圖像（Raster Dataset）、地理數據的行為規則以及元數據文檔、空間處理工具等存儲在一個Geodatabase中。 在Geodatabase中，可以建立要素集（Feature Dataset），把具有相同空間參考的地圖數據存放到同一要素集中。在要素集中，可以定義集合中空間相關要素行為的完整性規則（拓撲）及要素連通性規則（幾何網絡）。2 如對象之間存在的關聯，則可建立關系類，用來控制創建、修改、刪除對象的方式。關系類可以在要素集內，也可以在要素集外。在一個數據庫中存儲的各種類型數據 GIS中的數據

7、GIS中數據的存儲方式 Geodatabase數據模型的類型及數據組織 創建創建Personal Geodatabase 在ArcCatalog環境下，選擇一個文件夾（或根目錄），右擊鼠標可以新建一個Geodatabase。 在Geodatabase下，可以新建要素類和表格，也可以新建一個要素集，把具有相同空間參照的要素類放在同一要素集中。1基本過程 在新建要素集時，可以定義要素集的坐標系統以及X/Y、Z、M的域。 坐標系統的定義有三種方式：選擇、輸入和新建。 X/Y的域包括X/Y坐標值的精度（Precision）及范圍。如Precision 為1，則坐標值取整數，如Precision為100

8、，則坐標值精確到小數點后面兩位。由于Geodatabase是以4個字節存儲坐標值，小數位越多，能表示的X/Y范圍就越小。 Z和M分別是高程值和測量值，同樣可以定義它們的域。只要定義最小X/Y值和精度，就能自動計算出最大X/Y值。 對新建的要素類或表格，我們可以定義相應的字段（包括字段名及數據類型等）。ArcGIS data types table 對每個字段，我們可以定義字段值顯示的寬度（Precision）及小數位（Scale）。當字段在數據庫中產生時，字段類型可能會根據定義的字段寬度與小數位發生變化。 對要素類，需要定義Shape字段的類型（point、line、polygon、multi

9、point以及multipatch）。 Demo 新建一個Personal Geodatabase。 在Personal Geodatabase下，新建一個shanghai要素集，定義坐標系統為高斯投影，單位為米，精度為1。 在shanghai要素集中，新建一個parcel要素類， Shape字段類型為polygon，新增字段 parcel_name（文本型）、 owner_name （文本型） 。 在Personal Geodatabase下，新建一個owner表，新增字段name （文本型） 、age （短整型） 。定義子類 子類（Subtype）是根據要素的某一字段對要素進行細分，如電線

10、桿按照材質可以分成木質、鐵質、水泥質等。子類的定義有利于對對象進行管理，也有利于數據輸入。 如要創建子類，子類字段必須是整型整型。在要素類或表的屬性表中，選擇子類選項卡，然后輸入每一個子類的代碼和描述。2 Demo： 在shanghai要素集中新建pole要素類（點要素類），新增三個字段：類型（短整型）、高度（短整型）和管理部門（文本型）。 在pole要素類的屬性表中，選擇子類選項卡，根據type字段創建pole類型子類，包括Wood、Steel和Cement。 在ArcMap環境下通過列表框選擇對要素子類進行賦值。根據類型定義兩個子類(ArcCatalog)通過列表框選擇對要素子類進行賦值定

11、義域 域（domain）是要素字段的有效取值與范圍。域的定義保證輸入數據的有效性。 有兩種類型的域：范圍域和編碼值域。范圍域是定義數字字段的有效取值范圍；編碼值域是定義有效字段值的集合。 如數據存在子類字段，則同一字段可按照子類選擇不同的域。3編碼值域范圍域 右擊Geodatabase，點擊properties，然后點擊Domain選項卡，定義不同的域。 對每個域，需要定義域所對應的字段類型，在一個Geodatabase中，不同要素類或表可以共享相同字段類型的域。如可以定義5分制、100分制、150制成績（均為短整型）的范圍域，語文成績、數學成績、體育成績（短整型字段）等均可選用相應的域。定義

12、三個域，前兩個為范圍域，第三個為編碼域 在新建要素類時，對新建的字段（或子類）可以選擇Geodatabase中已有的域作為字段域。對已建的要素類，通過打開要素類屬性表，來定義子類以及子類域。 對一個字段（或子類）只能選擇類型一致的域，如字段為長整型，只能選擇同樣是長整型的域。選中某個子類，可以定義該子類各個字段值的域（從已有的域中選擇） 在ArcMap環境下，對字段值進行編輯時，如果字段值有編碼值域，只能在已定義的值中進行選擇；如果字段值有范圍域，利用Editor工具欄下的Validation命令可以對選中的要素進行有效性檢驗（要素在編輯狀態下），如用戶輸入的數據在數據域之外，該對象將被認為是

13、一個無效（invalid）對象。 Demo（按子類定義pole要素類的域） 打開Geodatabase的屬性表，定義三個域： Wood_pole高度域（短整型），2030ft Steel_pole的高度域（短整型），3050ft pole的管理部門域（文本），市管，區縣管 打開pole要素類屬性表，定義高度和管理部門字段的域，其中，高度按子類定義。 在ArcMap環境下，增加若干個pole點，對選中點進行屬性編輯，其中管理部門只能在市管和區縣管兩個值中選擇；輸入的高度值是否有效，可以通過Validation命令對選中的要素進行有效性檢驗。創建關系 關系（relationship）是指對象之間存

14、在的關聯。 對象之間的關系包括簡單關系（simple）和復合關系（composite）。 簡單關系（simple）是指對象的存在是獨立的。如一個鐵路的道口有一個或多個信號燈，但它們的存在是獨立的。 復合關系（composite）是指一個對象的生命周期控制相關對象的生命周期，如電線桿與變壓器之間的關系。4電線桿與變壓器的關系 建立關系的意義： 在查詢一個對象的屬性時，可以同時顯示與之相關的對象及其屬性，也可以以相關對象的屬性進行專題制圖； 如對象之間的關系為復合關系，在對一個對象進行編輯時，可以通過關系使相關對象產生同步變化。 在Geodatabase中，相互關聯的對象可以用關系類數據定義它們之

15、間的關系。 空間對象之間、非空間對象之間以及空間對象和非空間對象之間都可以建立關系。 在一個關系類中，需要定義其中的一個對象為源（origin），另一對象為目標（destination）。源和目標是相對的，不是絕對的。 對象之間有4種對應關系：一對一、一對多、多對一和多對多。其中，一對多和多對一是與源和目標的定義有關，如電線桿與變壓器的關系，一個電線桿可以支持多個變壓器，但是一個變壓器只能在一個電線桿上，如定義電線桿為源，變壓器為目標，則是一對多關系；反之，變壓器為源，電線桿為目標，則變成多對一。在ArcGIS中，只提供3種對應關系（一對一、一對多和多對多），如是多對一關系，可以改變源和目標的

16、定義變成一對多關系。 建立關系類后，在查詢一個要素的信息時，可以顯示與之相關的其它要素信息，它們之間的關系可以通過標注顯示，其中源與目標的關系標注稱為正向標注，目標與源的關系標注稱為反向標注，如Owner為源，Parcel為目標，則正向標注通常是“own”，反向標注通常是“is owned by” 對多對多關系，需要建立一個屬性表描述它們的關系。NameParcel張三A張三B李四A 兩個對象之間的關系通過屬性值（字段值）保持。在電線桿與變壓器的例子中，安裝變壓器的電線桿編號包含在變壓器對象的屬性表中，這樣我們能夠知道一個變壓器在哪一個電線桿上。 建立對象之間聯系的字段稱為key field，

17、其中源表的key field稱為primary key field，目標表的key field稱為foreign key field。 對已建立的關系類，可打開其屬性對話框來定義源要素類（或表）與目標要素類（或表）中對象之間的關聯數。 選中源和目標對象，在Origin Cardinality中定義一個目標要素能夠關聯的源要素數，如每個變壓器必須且只能關聯一個電線桿；在Destination Cardinality中，定義一個源要素能夠對應的目標要素數，如一個木質電線桿只能安裝03個變壓器。定義關系規則 建立關系類步驟： 新建關系類（定義關系類名稱）。 確定源表（或要素類）。 確定目標表（或要素

18、類）。 選擇關系類型。 輸入向前路徑標注和向后路徑標注。 選擇對應性。 在源表或要素類選擇主關鍵字段（primary key field）；在目標表或要素類選擇外關鍵字段（foreign key field）。 Demo（建立簡單關系類） 建立parcel和owner之間的簡單關系類。名稱為Parcel_Owner， owner為源， parcel為目標，關系類型為Simple relationship，向前路徑標注為own，向后路徑標注為is owned by，選擇對應性為1-M，主關鍵字段為Name，外關鍵字段為Owner_name。 Demo（建立復合關系類） 建立pole和transf

19、orm之間的復合關系類。關系類名稱為pole_transform， pole為源， transform為目標，關系類型為復合關系類，向前路徑標注為Carry，向后路徑標注為is carried on，對應性為一對多，主關鍵字段為id，外關鍵字段為pole_id。關系規則為每個變壓器必須且只能關聯一個電線桿，一個木質電線桿只能安裝03個變壓器，一個鋼質電線桿只能安裝05個變壓器。定義拓撲 拓撲（topology）是定義空間相關要素行為的完整性規則，如多邊形不能重疊；點必須在多邊形邊界內等。通過拓撲規則，可以檢查數據的拓撲錯誤，確保數據質量。 拓撲規則可以為一個要素類中的要素定義，也可以為兩個或兩

20、個以上要素類間的要素定義，同樣能為要素類的子類定義。 目前，ArcGIS中包含25種拓撲規則，更多的規則類型將包含在后繼版本中。5規則描述Must not overlap要素類中的多邊形不能重疊，如行政區劃圖中的各個多邊形。Must not have gaps要素類中的多邊形形成一個連續表面，之間不能有空隙，如土地利用圖。Must not overlay with不能與另一要素類的多邊形疊置，即兩個類型互相排斥，如土壤圖中的水稻土與植被圖中的林地不能相互疊置。Must be covered by feature class of 要素類中的一個多邊形與另一要素類中的幾個多邊形必須重疊，如一個縣

21、級行政區與下屬各個鄉鎮級行政區的范圍必須重疊。多邊形規則Must cover each other一個要素類的多邊形與另一要素類多邊形必須相互疊置，如相同評價單元、不同分類系統所得到的兩個要素類。Must be covered by一個要素的多邊形必須是在另一要素類的多邊形之中，如一個林地保護區必須是在林地分布范圍內。Boundary must be covered by多邊形要素的邊界線必須與線要素重疊，如一個行政區劃圖既可以用多邊形表示，又可以用線表示，但界線必須一致。Area boundary must be covered by boundary of一個要素類中的多邊形邊界必須與另一

22、要素類中多邊形邊界重疊，如一個行政區域有多個地塊多邊形組成，它們的公共邊界必須一致。Contains point至少包含一個點，如每個地塊至少要有一個地址點。規則描述Must not overlap同一要素類中的線不能有重疊，如河流，能夠相交，但不能重疊。Must not intersect同一要素類中的線不能重疊或相交，如等高線。Must not have dangles線要素不能有懸點，必須閉合，如行政界線。Must not have pseudo-nodes不能有假節點，要求一條線的端點至少要和其它兩條線相連，如路段。Must not intersect or touch interio

23、r同一要素類中的線只能在端點相連，如地塊界線。線規則Must not overlap with一個要素類中的線不能和另一要素類中的線疊置，如公路圖中的公路和鐵路圖中的鐵路。Must be covered by feature class of一個要素類中的線必須被另一要素類中的線覆蓋，通常用于邏輯上不同但空間上一致的線要素，如公交線路與道路。Must be covered by boundary of必須被多邊形要素的邊界線覆蓋。Endpoint must be covered by線要素中的端點必須被另一要素中的點要素覆蓋，Must not self overlap不能自疊置，如道路。Mus

24、t not self intersect不能自相交，如等高線。Must not be single part要求每個線記錄只是由一個部分組成。規則描述Must be covered by boundary of要求點落在多邊形要素的邊界線上，如界線樁點必須在邊界線上。Must be property inside polygons要求點落在多邊形要素中，如地址點與地塊。Must be covered by endpoint of 要求點被線要素的端點覆蓋，如邊界角點被邊界線的端點覆蓋。Must be covered by line要求一個要素類中的點被另一要素類中的線覆蓋，如公路上的信號燈被公

25、路覆蓋。點規則 建立拓撲步驟： 在ArcCatalog環境中，選擇一個數據集，在該數據集下新建拓撲，參與拓撲的要素類必須是在同一數據集中。 選擇參與拓撲的要素類，定義它們所要遵循的拓撲規則、位置容差（Tolerance）以及要素類的等級（Rank）。 容差是定義頂點之間的最小距離。當頂點之間的距離小于容差時，在拓撲驗證時，將會合并在一起。缺省的容差值取決于數據集的范圍與精度。考慮到不同要素類的精度不一樣，我們可以對每一個要素類設置一個等級，精度低的要素類頂點向精度高的要素類頂點合并。最高等級是1，最多可以設置50個等級。屬于同一等級的頂點將合并到它們的幾何中心。 新的要素類可以增加到已有的拓撲

26、中。選擇參與拓撲的要素類定義要素類的等級定義拓撲規則 拓撲驗證 在ArcMap環境下，利用拓撲工具條中的拓撲驗證工具可以檢查是否存在拓撲錯誤（在Editor/More Editing Tools/下選中Topology將顯示拓撲工具條）。 拓撲驗證工具有三個，分別用于對選中要素、當前顯示要素以及所有要素進行拓撲驗證。 檢查以后，存在拓撲錯誤的區域在地圖上以特定符號顯示，在錯誤查看器（Error Inspector）中可以看到詳細的信息，包括不同類型的拓撲錯誤等。錯誤查看器中的記錄與地圖上的要素是相關聯的。 對存在拓撲錯誤的區域，ArcGIS提供了Fix Topology Error工具，該工具

27、具有圖形切割、圖形合并、圖形增加以及標記為特殊情況等功能。 Demo 在一個數據集中有三個圖層（ Building 、 Department_place 和Landuse ），定義如下拓撲規則： “Department_place” Must Be Properly Inside “Building”； “Landuse” Must Not Overlap； “Landuse” Must Not Have Gaps。創建幾何網絡 現實世界中，人員的流動、貨物的流通、信息的傳遞、能量的傳輸等，都是通過網絡系統來進行的。 網絡系統有兩種表現形式：幾何網絡和邏輯網絡。幾何網絡（geometric n

28、etwork）反映網絡要素實際的空間位置；邏輯網絡只反映網絡要素的邏輯關系，不反映網絡要素的空間特征。6幾何網絡和邏輯網絡 在ArcGIS中，創建幾何網絡實際上是確定哪些要素參與網絡，它們在網絡中的角色，以及要素之間的連接關系等。當創建幾何網絡后，就可以分析網絡中要素的連接是否符合規則。 幾何網絡中的要素包括邊網絡要素（Edge Network Feature）和連接點網絡要素（Junction Network Feature），邊通過連接點相互連接。 邊網絡要素分為簡單邊要素和復雜邊要素。簡單邊要素只能和兩個連接點要素相連接；復雜邊要素可以和多個連接點要素相連接。 有兩種類型網絡連接規則：邊

29、節點規則和邊邊規則。 邊節點規則建立每個類型的邊可以和哪些類型的節點連接以及連接的數量； 邊邊規則建立每個類型的邊可以通過什么節點與其它類型的邊連接以及連接的數量。 幾何網絡中的任何邊或連接點要素都可以設置是否可運行。不可運行的要素稱為障礙（Barrier），當網絡被追蹤時，追蹤將在它遇到障礙的地方停止。新建的幾何網絡要素將有一個Enabled字段，該字段有兩個值：True或False，默認狀況是True。 網絡中物質、能量、信息的流動是有方向的，網絡中的方向是從源到匯（Sinks）。當在網絡中建立一個新的連接點要素類時，如選擇可以設置為源或匯，將在要素類中增加一個稱為AncillaryRol

30、e的字段，可以指定該要素是源或匯，或者兩者都不是。 建立幾何網絡有兩種途徑：一是從零開始建立一個全新的幾何網絡；二是以已存在的簡單要素類為基礎建立幾何網絡。 從零開始建立一個幾何網絡，通常需要下列幾個步驟： 利用ArcCatalog建立要素集； 在要素集中，建立一個空的幾何網絡； 建立新的要素類（網絡要素類），并定義每一個要素類在幾何網絡中的角色； 為幾何網絡的元素建立連接規則； 在ArcMap中把要素添加到幾何網絡中。 通過Validation命令對選中的要素進行有效性檢驗。 新建一個邊網絡要素類后，在要素集中將自動產生一個連接點要素類，用于輔助維護網絡連通，即數字化一條邊網絡要素后，在邊的

31、兩端自動產生連接點要素。 在連接規則對話框中首先選擇需要定義規則的網絡要素類（或子類），然后確定可以和該要素類（或子類）連接的要素類（或子類）。 對邊要素來說，需要定義： 可以和該類型邊連接的其他類型邊以及連接點類型； 可以和該類型邊連接的連接點類型以及數量（邊可以連接點的數據和點可以連接的邊的數量）。 對連接點要素來說，需要定義可以和該類型點連接的邊類型以及數量（邊可以連接點的數據和點可以連接的邊的數量，如前面已定義將自動顯示）。建立連接規則的對話框 在ArcMap環境下，利用Editor工具欄下的Validation命令可以檢驗選中的要素是否符合連接規則（要素在編輯狀態下）。 Demo 現

32、要建立一個電力的網絡系統，邊要素是電線，包括高壓線、中壓線和低壓線三個子類，連接點要素是各種電力設施，包括發電廠、升壓器、降壓器和用戶四個子類。它們之間有如下規則： 中壓線通過升壓器和高壓線連接； 高壓線通過降壓器和低壓線連接； 中壓線可以和發電廠、升壓器連接； 高壓線可以和升壓器、降壓器連接； 低壓線可以和降壓器、用戶連接。 步驟 新建一個空的幾何網絡。 新建一個簡單邊要素類（power_line），新建字段type用于定義子類（高壓線、中壓線和低壓線）。 新建一個連接點要素類（utility），新建字段type用于定義子類（發電廠、升壓器、降壓器和用戶）。 建立連接規則。 在ArcMap中

33、加載幾何網絡（幾何網絡中的所有要素類均將被加載）。 編輯power_line和utility要素類，通過Validation命令對選中的要素進行有效性檢驗。單獨對無效的要素檢驗將顯示詳細的錯誤信息。 利用已有數據建立幾何網絡的基本步驟： 利用ArcCatalog在要素集中建立一個幾何網絡； 選擇參與幾何網絡的要素類； 定義是簡單邊要素還是復雜邊要素； 設置抓點誤差和抓點要素類； 為幾何網絡的元素建立連接規則。 建立幾何網絡后，參與幾何網絡的要素類變為網絡要素類，并在要素集中產生一個連接點要素類。管理柵格數據 ArcGIS支持多種形式的柵格數據。 在ArcCatalog或ArcMap環境下，點擊

34、Tools菜單下的Options，將顯示Options對話框，點擊Raster選項卡，可以顯示ArcGIS支持支持的柵格文件格式。7柵格數據屬性設置 柵格數據可以是單波段（如DEM數據），也可以是多波段（如遙感數據）。 在加載多波段數據時，可以只加載其中的一個波段，也可以加載整個數據。 如加載整個數據，則利用其中三個波段（如只有二個波段，則其中一個波段重復利用）分別用紅、綠、藍三種顏色進行彩色合成顯示。 柵格數據在顯示時，可以進行拉伸處理以及指定背景像元和無數據像元的顯示方式。 在Geodatabase中，可以以柵格數據集（Raster dataset）和柵格數據目錄（Raster catalog）兩種方式來管理柵格數據。 柵格數據集是單幅數據（可以是多個波段），柵格數據目錄是多個柵格數據的集合。 柵格數據集和柵格數據目錄都可以先創建一個空的容器，然后再向其中加載數據。 在ArcCatalog環境下創建柵格數據集和柵格數據目錄實際上是調用ArcToolbox中的相應工具。 創建柵格數據集需要定義輸出位置、數據集名稱、柵格大小（可選）、像元類型（可選）、坐標系統、波段數（缺省為1）。 新建的柵格數據集實際上是一個空的容器，只有一個像元。 選中柵格數據集，右擊鼠標，通過Load命令可以把其它柵格數據加載到柵格數據集中。 數據的加載實際上是調用圖像鑲嵌工