1、李李 攀攀內容內容三種數據模型的發展史Shapefile數據模型Coverage數據模型Geodatabase數據模型三種數據模型之間的轉化在過去20年中，矢量數據模型是GIS中變化最大的方面。例如，ESRI公司所開發每種新軟件包都對應一種新的矢量數據模型， ArcView對應Shapefile；Arc/Info對應Coverage；ArcGIS對應Geodatabase。由于1990年代地理信息的迅速發展以及ArcView GIS 3.x軟件在世界范圍內的推廣，shapefile格式的數據使用非常廣泛，數據來源也較多。Coverage數據模型源于1981年ESRI公司推出的第一個商業GIS軟

2、件ArcInfo。此模型比Shapefile數據模型有了較大的改進。發展史發展史隨著IT技術的發展，普通的事務型數據的管理模式，早已從傳統的基于文件的管理轉向利用基于工業標準建立的關系型數據庫進行管理，這種基于數據庫的管理方式的優點是不言而喻的。那么帶有空間信息的地理數據是否也可以利用這種非常成熟的數據庫技術進行管理呢？于是ESRI推出了Geodatabase數據模型，利用數據庫技術高效安全地管理我們的地理數據。 發展史發展史Shapefile數據模型-非拓撲S Shapfile圖形文件是ESRI ( Environmental Systems Research Institute) 公司提供

3、的一種矢量數據格式， Shapefile圖形文件存儲了空間地理要素的非拓撲幾何信息以及屬性信息，其中幾何信息由一系列矢量坐標組成。Shapefile可以支持點，線，面等圖形要素的存儲。 ShapefileShapefile數據模型簡介數據模型簡介ShapefileShapefile數據模型簡介數據模型簡介由于Shapefile 沒有拓撲數據結構，因此在繪制速度和可編輯功能上明顯的優于其它數據格式，而且該數據數據格式一般只需要較少的硬盤空間，且更容易讀寫處理。一個 shapefile是由若干個文件組成的，空間信息和屬性信息分離存儲，所以稱之為“基本文件”。其中必要的基本文件包括主文件(. shp

4、)、索引文件(. shx)和屬性文件(. dbf)3 個文件。shpshp存儲幾何要素的空間信息，即存儲幾何要素的空間信息，即XYXY坐標，是一個直接存取，變量記錄坐標，是一個直接存取，變量記錄長度文件，其中每個記錄描述一個由一系列坐標點組成的圖形。長度文件，其中每個記錄描述一個由一系列坐標點組成的圖形。 shxshx存儲了有關存儲了有關.shp.shp存儲的索引信息，即存儲的索引信息，即shpshp中空間數據的存儲方式，中空間數據的存儲方式，主要包含坐標文件的索引信息，文件中每個記錄包含對應的坐標文件主要包含坐標文件的索引信息，文件中每個記錄包含對應的坐標文件記錄距離坐標文件的文件頭的偏移量

5、。通過索引文件可以很方便地在記錄距離坐標文件的文件頭的偏移量。通過索引文件可以很方便地在坐標文件中定位到指定目標的坐標信息。（坐標文件中定位到指定目標的坐標信息。（XYXY坐標的輸入點在哪里，坐標的輸入點在哪里，有多少有多少XYXY坐標對等信息）坐標對等信息）dbfdbf存儲地理數據的屬性信息的存儲地理數據的屬性信息的dBasedBase表，表中每條記錄包含了一個單表，表中每條記錄包含了一個單要素的信息。要素的信息。 prjprj存儲了文件的空間參考信息，存儲了文件的空間參考信息，如坐標系統等。如坐標系統等。 shp.xmlshp.xml這是對這是對 shapefile shapefile 進

6、行進行元數據瀏覽后生成的元數據瀏覽后生成的 xml xml 元數據元數據文件文件 。 sbnsbn和和sbxsbx存儲對存儲對shapefileshapefile的空間的空間索引，加速空間數據的讀取。索引，加速空間數據的讀取。ShapefileShapefile數據數據ShapefileShapefile主文件實體信息的內容主文件實體信息的內容(1)(1)點目標點目標(2)(2)線目標線目標(3)(3)面目標面目標幾種常見的shapefile文件當使用ArcCatalog對shapefile進行創建、移動、刪除或重命名等操作，或使用ArcMap對shapefile 進行編輯時，ArcCatal

7、og將自動維護數據的完整性，將所有文件同步改變。所以需要使用 ArcCatalog 管理 shapefile。 ShapefileShapefile文件管理文件管理Coverage數據模型-拓撲Coverage數據模型是第二代地理數據模型，也被稱為地理相關模型（Georelational Data Model）。它采用的是一種混合數據模型定義和管理地理數據。Coverage也是ArcGIS中主要的矢量文件格式之一，用其來表示矢量數據在實際應用中非常廣泛。Coverage 是ArcInfo workstation 的原生數據格式。之所以稱之為“基于文件夾的存儲”，是因為在 windows資源管理

8、器下，它的空間信息和屬性信息是分別存放在兩個文件夾里，所有信息都以文件夾的形式來存儲。空間信息以二進制文件的形式存儲在獨立的文件夾中，文件夾名稱即為該 coverage 名稱，屬性信息和拓撲數據則以 INFO表的形式存儲。Coverage將空間信息與屬性信息結合起來，并存儲要素間的拓撲關系。 CoverageCoverage數據模型簡介數據模型簡介CoverageCoverage數據數據Coverage有三種主要的拓撲關系是連通性、面狀地物定義和鄰接性。它包含主要的結構和次要的要素類型，Coverage 要素的主要類型是點、弧、多邊形和節點，具有拓撲關聯。次要類型是控制點、連接和注釋。 Cov

9、erageCoverage數據模型的優勢數據模型的優勢 空間數據與屬性數據關聯。空間數據放在建立了索引的二進制文件中，屬性數據則放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的標識編碼關聯。 矢量數據間的拓撲關系得以保存。由此拓撲關系信息，我們可以得知多邊形是哪些弧段（線）組成、弧段（線）由哪些點組成、兩條弧段（線）是否相連以及一條弧段（線）的左或右多邊形是誰？CoverageCoverage數據模型的特點數據模型的特點除結點外,每個空間對象都是由更基本的對象組成;只有結點的坐標是被實際存儲的,其它復雜對象的坐標實際上是邏輯構成的,任一復雜對象能分解為一組結點及其拓撲關系的定義;點、弧段、多邊

10、形坐標信息存儲具有依賴關系。該模型的主要優點是：數據結構緊湊、拓撲關系明晰、系統中預先存儲的拓撲關系可以有效地提高系統在拓撲查詢和網絡分析方面的效率。缺點：對單個地理實體的操作效率不高;難以表達復雜的地理實體;難以實現快速查詢和復雜的空間分析;局部更新困難,系統難以維護與擴充。 CoverageCoverage文件管理文件管理通過 ArcCatalog，我們能將存儲空間信息的文件夾中的 coverage二進制文件與存儲屬性信息的 INFO 文件夾中的 INFO表聯合表達為 coverage，當使用 ArcCatalog 對 coverage 進行創建、移動、刪除或重命名等操作時，ArcCata

11、log 將自動維護他們的完整性，將 coverage和 INFO文件夾中的內容同步改變。所以對 coverage進行操作，一定要在 ArcCatalog 中進行。 Geodatabase數據模型-面向對象GeodatabaseGeodatabase數據模型簡介數據模型簡介 ArcGIS推出新的面向對象的數據模型Geodatabase是將空間對象的屬性和行為結合起來的智能化地理數據模型。GIS數據集中的屬性可以被賦予自然行為，屬性間的任何類型的關系都可以在Geodatabase中定義。 地理數據庫(Geodatabase)是為了更好的管理和使用地理要素數據而按照一定的模型和規則組合起來的存儲空間

12、數據和屬性數據的容器。地理數據庫是按照層次性的數據對象來組織地理數據的，這些數據對象包括對象類(Object classes)，要素類(Feature classes)和要素數據集(feature dataset)。在該模型中，實體表示為具有屬性、行為和關系的對象;支持內建于系統中的各種不同的地理對象類型。這些對象類型包括簡單對象、地理要素、網絡要素、注記要素以及其他更專業的要素類型。該模型還允許用戶定義對象間的關系，并通過規則來維護對象間的參照和拓撲完整性。GeodatabaseGeodatabase的分類的分類 Geodatabase可以分為三種，一種是基于 Microsoft Acces

13、s的personal geodatabase，另一種是file geodatabase,最后一種是基于 Oracle、SQL Server、Informix 或者DB2 的 enterprise geodatabase，由于它需要中間件 ArcSDE 進行連接，所以 enterprise geodatabase又稱為 ArcSDE geodatabase。 PersonalAccessFileArcGIS DesktopArcGIS ServerFilePersonal-AccessEnterpriseWorkgroupEnterprisePersonalGeodatabaseGeodatab

14、ase的分類的分類GeodatabaseGeodatabase數據數據以以personal geodatabasepersonal geodatabase為例為例Objects Objects 和和 Object ClassesObject ClassesObjects 屬性和行為的結合體。一個 object 是 object class 的一個實例。object class 里的所有 object 對象擁有相同的屬性和行為。一個 object 可以通過 relationships 和另一個 object 對象關聯。建立在關系模型上一個 feature 是一個空間對象一個 feature 是一

15、個 feature class 的實例使用下列字段類型擴展關系模型幾何屬性類型Features Features 和和 Feature ClassesFeature Classes字段類型關系類對源類和目標類之間進行連接通過關鍵字段建立關聯提供了:讀/寫 通路內容參考關系規則 支持版本源源目標目標GeodatabaseGeodatabase數據對象數據對象GeodatabaseGeodatabase拓撲關系處理的優勢拓撲關系處理的優勢一直以來一直以來, ,基于基于CoverageCoverage數據模型的拓撲關系處理是數據模型的拓撲關系處理是Arc/Info“Arc/Info“標簽式標簽式”的

16、的著名功能著名功能, ArcGIS 8.3, ArcGIS 8.3版在版在GeodatabaseGeodatabase中引入了全新的拓撲關系管理機制中引入了全新的拓撲關系管理機制, ,新的機制除了能夠完全覆蓋原有的功能以外新的機制除了能夠完全覆蓋原有的功能以外, ,在如下幾個方面具有明顯的在如下幾個方面具有明顯的優勢優勢: : 1) 1)用戶可自行定義哪些要素類將受拓撲關系規則約束。用戶可自行定義哪些要素類將受拓撲關系規則約束。 2) 2)多個點、線、面要素類多個點、線、面要素類( (層層) )可以同時受同一組拓撲關系規則約束。可以同時受同一組拓撲關系規則約束。 3) 3)提供了大量的拓撲關系

17、規則提供了大量的拓撲關系規則(ArcGIS 9.0(ArcGIS 9.0版提供版提供2727個個, ,以后將提供更多以后將提供更多) )。 4) 4)用戶為自己的數據可以自行指定必要的拓撲關系規則。用戶為自己的數據可以自行指定必要的拓撲關系規則。 5) 5)拓撲關系及規則在工業標準的拓撲關系及規則在工業標準的DBMSDBMS中進行管理中進行管理, ,可支持多用戶并發處理。可支持多用戶并發處理。 6) 6)用戶可以局部建立或檢查拓撲關系以提高效率。用戶可以局部建立或檢查拓撲關系以提高效率。GeodatabaseGeodatabase數據模型的優點數據模型的優點(1)(1)關系型數據庫功能強大，性

18、能穩定，具有完備的工業標準，可以將關系型數據庫功能強大，性能穩定，具有完備的工業標準，可以將GISGIS看成是數據庫技術的擴展，能夠存儲、管理和更新空間信息。看成是數據庫技術的擴展，能夠存儲、管理和更新空間信息。(2)(2)統一的地理數據存儲。所有地理數據均可集中存儲和管理，并獨立統一的地理數據存儲。所有地理數據均可集中存儲和管理，并獨立于于 關系型數據庫的底層。關系型數據庫的底層。(3)Geodatabase(3)Geodatabase允許多用戶通過使用版本管理和長事務處理訪問數據允許多用戶通過使用版本管理和長事務處理訪問數據庫。多個用戶可以讀寫同一個、共享的數據庫。庫。多個用戶可以讀寫同一

19、個、共享的數據庫。(4)(4)數據對象更加直觀。包含與用戶數據模型相應的數據對象，而不是數據對象更加直觀。包含與用戶數據模型相應的數據對象，而不是普通的點、線、面。普通的點、線、面。(5)(5)支持智能化的要素、規則和關系。空間數據庫數據模型支持對象支持智能化的要素、規則和關系。空間數據庫數據模型支持對象( (數據庫表中的行數據庫表中的行) )和要素和要素( (有幾何形狀的對象有幾何形狀的對象) )集合。空間數據庫還支持高集合。空間數據庫還支持高級功能，例如幾何和邏輯網絡，真實曲線，復雜多邊形和用戶定義要素。級功能，例如幾何和邏輯網絡，真實曲線，復雜多邊形和用戶定義要素。矢量數據現在可以有矢量數據現在可以有2 2維，維，3 3維或維或4 4維維(x(x，y y，z z，m)m)。用戶能定義拓撲、關。用戶能定義拓撲、關系和規則。所有這些都可以用菜單驅動的系和規則。所有這些都可以用菜單驅動的GUIGUI做到，無需編程。做到，無需編程。三種數據模型之間的轉化三種數據模型之間的轉化Shapefile轉換為Cove