空間數據認知、表達、存儲與管理

地理空間連續空間現象集合獨立空間現象集合場模型實體模型F(x,y)------------屬性集映射到

空間要素集合柵格結構幾何形狀主題屬性時態屬性DLG矢量結構矢量模型柵格圖像空間數據模型分類分類抽象抽象形式形式離散離散存儲柵格模型展現存儲展現包括符號地圖展現包括主要內容

一、場模型與柵格結構

（場模型、柵格結構）二、實體模型與矢量結構（實體模型、矢量結構）三、空間數據模型（重要性、邏輯數據單位）四、空間數據庫管理系統

（概念、構架、功能擴展，

實現方式）五、GEODATABASE的構架Back場模型（概念）

絕對空間的觀點認為：地理空間是一個3維、連續、非空的復雜空間場。空間場中每個位置都被一個或多個空間現象占據著，具有一種或多種屬性，或對應著一個或多個空間要素的特征碼，特征碼集成了空間要素的空間屬性與主題屬性。場模型將地理空間抽象為空間參照系中具有屬性的、連續的、不重合的、無窮個空間位置的集合，每個位置表示成一個二維或三維坐標向量，坐標取值為連續的實數值。場模型將空間位置通過不同的函數（數學空間中的連續函數或分段連續函數）映射到多種屬性域上，形成多個不同的場。場模型（二維場）

二維場模型用二維坐標向量的連續函數或分段連續函數表示空間表面（地形表面、溫度等），將研究區域內的每個點位映射成值域(屬性域)中一個具體值。如圖3-1(a)，研究區域有工業、商業和居住區三種類型，粗線為邊界。定義一個分段連續函數f(x,y)，定義域為研究區域占據的空間范圍，值域為土地使用類型。

場模型（二維場）圖3-1土地使用情況及其離散化表示場模型（三維場）

三維場用三維連續函數或三維分段連續函數：

R=f(x,y,h)、或R=f(B,L,H)

或R=f(X,Y,Z)

表示體狀分布的物體（如礦體構造等），其中(x,y,h)、(B,L,H)、(X,Y,Z)為三維空間位置，R為該位置的屬性（如礦物屬性）。場模型（覆蓋結構）

覆蓋指一些規則或不規則網格，用于將連續的場離散化。常見的規則網格有正方形、正六邊形、正三角形網格。常用不規則網格有不規則三角形網格TIN和泰森多邊形網格。用規則或不規則網格將研究區域的空間范圍離散化，得到的幾何數據結構稱為覆蓋結構（或鑲嵌結構），在計算機圖形學中叫網格結構，覆蓋結構是場模型的離散化表示。圖3-2(a)三角形、方格和六角形

(b)TIN與Voronoi圖

場模型（組成）

場模型由空間參照系統、場函數、網格（一定分辨率）和場操作四部分組成。若函數為單值，參照系是歐氏平面，場模型可用表面或等值線進行可視化表示。

1、空間參照系統：定義某種地理坐標系統，將地理空間轉換為數學空間。

2、場函數：場函數是場模型的連續、可視化表示形式。在定義域（研究區域的所有網格單元）上有一個函數集，分別將空間（網格單元）位置映射到不同的屬性集（不同圖層）。如：地表高程、土地使用、溫度等。

3、網格：選擇一種網格（覆蓋），將研究區域離散化，網格分辨率代表離散化的精度。場模型（組成）

4、場操作場操作把一個場映射為另一個場（場之間的聯系和交互）。

1）點操作：新場的取值只依賴輸入場（原場）中相同位置單點的屬性值，不受鄰點屬性和區域內一般特征影響。常見的函數有加、減、乘、除等代數運算；與、并、非、異或等邏輯運算；大于、小于等比較運算；指數、對數、三角函數等。新場與原場屬性意義可完全不同。場模型（組成）

2）聚焦操作：指定位置的新場值，不僅依賴輸入場相同位置的屬性值，還依賴與該位置有鄰域關聯（直接或間接幾何關聯）的其他位置的屬性值，如坡度場依賴于同點一個小鄰域的高程場。常見的函數有平滑、離散點搜索、連續表面描述（坡度、坡向、可視域分析）、點在多邊形中的判斷等。

3）區域操作：計算新場屬性值時，要考慮輸入場在整個區域的屬性值，即通過一個函數對某一區域內的所有值進行綜合，然后計算新屬性值，如求平均高程。常見函數有求區域平均值、眾數，極值、求和、歸組、整體插值等方法。

Back柵格結構（概念）

用平行于坐標軸的正方形網格將研究空間劃分成N*M個具有一定分辨率的、大小均勻的、緊密相鄰的、呈規則行列排列的正方形網格單元。每個網格單元稱為像素或像元，用一對（X,Y）坐標表示像素的位置（地理空間中一個離散點位置），X≦N表示行，Y≦M表示列。每個像元對應一個代碼表示該像元的屬性類型、量值或指向屬性記錄的指針。具有相同屬性的一組像元集合表示同一個空間要素。場值在空間上是自相關的（連續的），每個柵格像元的值采用像元內所有場點的平均值表示，或者用像元中心位置的屬性值表示。柵格結構（表達連續空間現象）

柵格結構適合表達連續空間現象和空間現象集合，如：地形表面、天氣和污染、溫度表面、土地使用情況等。圖3-3為柵格形式的數字高程模型，用數學上的矩陣表示，實現為二維數組。圖3-3地形場的柵格表示

柵格結構（表達獨立空間現象）

二維空間中的任何空間要素都可用其邊界范圍內（覆蓋它）的像素集合來表示，如圖3-4：

1、點狀要素：表示成一個像素，位置用行列號表示；

2、線狀要素：表示成其中心線方向上一組連接成串的、單像素寬的相鄰柵格像素的集合，每個像素最多只有兩個相鄰像素在線上；

3、面狀要素或區域：表示成它所覆蓋的、聚集在一起的相鄰像素集合，每個柵格像素可有多于兩個相鄰單元同屬一個區域。給每個像素賦予一個特征碼來表示屬性，用記有區域屬性的相鄰柵格像素的集合表示區域。柵格結構（表達獨立空間現象）

柵格結構用有限個像素的集合近似表示一個空間要素，分辨率越大精度越高，表示的要素可信度越高，但占用空間越大，處理越復雜。

圖3-4：點（a）、線（b）、區域（c）的柵格表示

圖3-1土地使用情況及其離散化表示柵格結構（表達獨立空間現象）柵格結構（表達獨立空間現象）表3-1土地使用的柵格表示（圖3-1b）：區域標識土地類型區域邊界1商業區(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工業區(2,5)(2,6)(3,5)(3,6)(4,5)(4,6)3居住區(5,4)(5,5)(5,6)(6,4)(6,5)(6,6)(7,4)(7,5)(7,6)柵格結構（分層組織）

柵格結構以空間位置為基礎來存儲空間數據，空間數據的多態性使得同一像素位置可能具有多重事物，被多類空間要素占據，對應多個特征碼。由于柵格的每個像素只能分配一個屬性碼，要表示多重屬性就要用多個笛卡爾平面網格，每個笛卡爾平面構成單一的屬性數據層或專題信息層。二維柵格結構是一種按照信息內容和類型分層表示和存儲的結構。按道路、行政區域、土地使用、土壤、房屋、地下管線、自然地形等不同專題或地理類別來組織和處理地理信息，每一類型為一個圖層，每一圖層表示一種不同的場。柵格結構（分層組織）圖3-5分層柵格數據模型

柵格數據像素1像素2像素n。。。行號X列號Y層1屬性層2屬性。。。層m屬性柵格數據層1層2層m。。。行號X列號Y屬性值像素1像素2像素n。。。柵格結構（單元編碼）

同一圖層中的同一個柵格單元有可能覆蓋多個空間要素，而柵格結構中規定每個柵格單元只能取唯一的一個屬性值，這就需要按照一定的原則為每個網格單元指定一個唯一的屬性值或特征碼。圖3-6所示的一塊矩形地表區域，含有A、B、C三種地物類型，O點為中心點，將這個區域近似表示為柵格結構的一個柵格單元。

圖3-6：柵格單元代碼的確定柵格結構（單元編碼）1、中心點法：用位于（或覆蓋）柵格單元中心位置的地物類型來決定該柵格單元的代碼。圖7-5中覆蓋中心點O的地物為C，柵格單元代碼為C。

2、面積占優法：以占據柵格單元面積最大的地物類型來決定該柵格單元的代碼。圖3-6中B類地物所占面積最大，柵格代碼為B。

3、重要性法：根據柵格單元內不同地物的重要性，以最重要地物的類型來決定該柵格單元的代碼。假設圖3-6中A類地物最重要，柵格代碼為A。

4、百分比法：按照柵格單元內各要素所占面積的百分比確定該柵格單元的代碼，可記面積最大的兩類BA，也可根據B類和A類所占面積百分比在代碼中加入數字。

柵格結構（存儲編碼）

（一）直接存儲編碼直接編碼是一種非壓縮的存儲方式，將柵格看作一個數據矩陣，逐行（或逐列）為每個像素編碼。通過一種編碼或排列，將二維分布的柵格單元映射成一維線性形式。按照一定的編碼方式為同一層的每個網格單元指定一個主碼，當柵格單元的數據按這種主碼排序時，二維格網平面就被組織成了一維線性形式。如3-7所示，用某一種曲線遍歷柵格的每個單元，將2維格網映射成一維線性序列。直接存儲編碼主要采用線性映射法，常用的有morton碼，Z-序碼等。

柵格結構（存儲編碼）圖3-7一些常用的柵格排列順序

柵格結構（存儲編碼）

（二）壓縮存儲編碼柵格數據與圖像數據一樣，為減少數據冗余（用盡可能少的數據量記錄盡可能多的信息），節省存儲空間，可采用壓縮形式存儲。柵格數據壓縮與圖像數據壓縮的差別是：柵格壓縮注重空間分析功能，采用無損壓縮方式，壓縮和解壓縮的速度是一個重要的衡量指標，要求實時高效。圖像壓縮主要考慮可視化效果，可采用有損壓縮，壓縮和解壓縮速度不是最重要的衡量指標。柵格數據的主要壓縮存儲編碼有行程編碼、塊碼、鏈碼、四叉樹等。柵格結構（存儲編碼）1、行程編碼(RunLegtthEncode)

一幅柵格圖像，常有行（或列）方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，通過比較一行（或一列）內相鄰元素的屬性代碼值，相同值的同行（或同列）元素為一個行程，相鄰元素不同時，進入下一行程。行程編碼存儲的不是每行或每列中的全部像素，它只存儲灰度值變化的位置，每個行程對應數據庫中一條記錄，每個行程只有一個編碼（記錄的主碼）。行程編碼有兩種表示方式，下面對圖3-4(c)柵格數據，分別按行或列方向進行行程編碼。

柵格結構（存儲編碼）1）第一種編碼方法將圖3-4(c)沿行方向進行行程編碼。各行中數據的代碼發生變化時，依次記錄該代碼及相同代碼重復的個數，每個行程表示成一個兩元組序列（灰度值，該灰度值連續分布的像元個數），行與行之間用“；”號分開。（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）。

柵格結構（存儲編碼）2）第二種編碼方法將圖3-4(c)沿列方向進行行程編碼，逐個記錄各列中特征碼變化的位置和相應特征碼，每個行程表示成兩元組序列（灰度值的起始列號，灰度值），列與列之間用“；”號分開。（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）。柵格結構（存儲編碼）2、鏈碼(Chaincodes)

鏈碼又稱鏈式編碼或弗里曼鏈碼（Freeman,1961）或邊界鏈碼，1974年由Hoffman提出，稱為Freeman—Hoffman鏈碼。它用0一7來代表當前像素8個不同相鄰方向的方向碼（圖3-8）。通過記錄每一條線起始像素的x，y坐標和后續像素的方向碼來存儲線的軌跡，方向隱含。圖3-4(b)中曲線的鏈碼為（2，3）0177667。

3 2 1 4 P 0 5 6 7

圖3-8八方相連接柵格結構（存儲編碼）3、塊碼將行程編碼擴大到二維的情況，把多邊形范圍劃分成由屬性相同的像素組成的不同大小的正方形塊，以正方形塊為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格。對各正方形塊進行編碼，每個正方形塊為一條記錄，對應的數據內容為（左上角的行號，左上角的列號，正方形塊的邊長，屬性碼），將所有塊的數據從上到下從左到右排列。對圖3-3（c）中圖像的分塊和塊碼如圖3-9所示。

柵格結構（存儲編碼）圖3-9塊碼分割和塊碼編碼

柵格結構（存儲編碼）

4）四叉樹四叉樹將整個圖像區域逐級分解為被單一類型內含的方形區域（最小為一個柵格象元）。分割原則是，將區域逐級劃分為四個大小相同的象限（編碼為0，1，2，3），每個象限可根據一定規則判斷是否繼續劃分。終止條件是，只要劃分到僅代表一種地物或符合既定要求的少數幾種地物時，則不再繼續劃分。四叉樹通過樹狀結構記錄，對圖3-3（c）中圖像的四叉樹劃分和編碼如圖3-10所示。柵格結構（存儲編碼）圖7-7：（a）四叉樹分割（b）的四叉樹編碼柵格結構（存儲編碼）

美國馬里蘭大學GIS中采用的編碼方式記錄終止結點的地址和值(子區代碼)，地址含兩部分（共32位二進制），最右邊4位記錄葉子深度(第幾層)；從右邊第5位開始向左28字節記錄地址（從根結點到葉子的路徑），每層象限位置由兩位二進制數表示。如圖3-10（b）6號終結點深度為3，第一層為0；第二層為3，第三層為2，表示為二進制為：

0000…000(22位)；001110（6位）；0011（4位）剩下22位；001110是地址；0011表示在第三層記錄各葉子地址和相應代碼值，就記錄了這圖像。

Back實體模型（概念）

實體模型將地理空間抽象成明確的、可識別的、可區分的、具有完整地理含義的、相關連的空間要素集合，每個GIS系統對應要素集合中一個子集，顯示為一個區域的數字線劃圖（DLG）或符號地圖。每個空間要素映射為空間數據庫中一個實體，有一個描述它的屬性集（幾何形狀，主題屬性和時態屬性）。實體模型要表達空間要素的各類屬性及空間要素之間存在的多種空間、非空間和時間關系。實體模型（要素信息結構）圖3-13要素空間息結構非空間關系空間要素i幾何形狀地圖符號主題屬性時態屬性空間要素j幾何形狀地圖符號主題屬性時態屬性空間關系時間關系實體模型（要素信息結構）

主題屬性：空間要素的主題屬性包括其定性屬性（質量特征）、定量屬性（數量特征）。定性屬性主要包括空間要素的標識、名稱、地理分類、質量特性，如土壤種類、行政區劃等。定量屬性描述空間要素的數量和等級特征，如土地等級、人口數量等。

幾何形狀：空間要素的物理存在形式。地圖符號：空間要素幾何形態的重要展現形式，它也是一種空間數據，可以按照一定的數據模型來組織和存儲，建立專門的地圖符號庫。時態特征：各種特征隨時間的變化。實體模型（要素信息結構）

空間關系：幾何關系、拓撲關系、度量關系、方位關系。

非空間關系：從屬、分類、相關關系時態關系：時序關系實體模型（要素構成）

每個GIS所涉及的局部地理空間可抽象成有限個基本空間要素（簡稱基本要素）和有限個復雜空間要素（簡稱復雜要素）。基本要素是一個獨立的要素，指那些地理含義上不能再分的空間要素。復雜要素也稱復合要素，由多個基本要素和多個其他復雜要素，通過集合、組合、從屬等方式構造而成。實體模型（要素構成）復雜要素i基本要素成分復雜要素成分復雜要素實體基本要素i基本要素圖3-14要素空間的構成i=1，……，有限個

復雜要素的“復雜”有兩種含義：第一種含義是指要素的組成復雜且形狀也復雜，要素的形狀由多個成分要素的形狀構成，是一種復雜的幾何圖形；第二種含義是指要素的組成雖然復雜，但其形狀由多個成分要素的外圍邊界表示，可能是一個簡單的幾何圖形。

實體模型（要素構成方式）

構造復雜要素的方式：

1、集合方式：多個“成分要素”共同構成“集合要素”，但在“集合要素”中以獨立形式存在。如教學區是多個教學樓的集合。

2、組合方式：多個“成分要素”共同構成“組合要素”，“成分要素”的形狀組合成“組合要素”的形狀，“成分要素”的地圖符號組合成“組合要素”的地圖符號。如：水系與水體之間的關系。

3、從屬方式：“復雜要素”與“成分要素”之間存在主從關系，“成分要素”屬于“復雜要素”，但“復雜要素”具有自己獨立的形狀與地圖符號。如：西安市是一個“復雜要素”，有自己的邊界，西安市所轄的各類單位、道路、公用設施、植被等均為其“成分要素”，這些“成分要素”共同組成了西安市這個“復雜要素”，西安市與其“成分要素”之間是主從關系。西安市的形狀是其外圍邊界，西安市與其組成單位分別采用不同的地圖符號顯示。

實體模型（要素的屬性集成）

空間要素的主題屬性、幾何形狀、時態屬性和地圖符號分別在不同的空間中采用單獨的模型來組織，在要素空間中以空間要素為核心來集成。空間要素的主題屬性表達為屬性空間中有限個字段，幾何形狀表達為幾何空間中一個特定的幾何圖形，地圖符號表達為符號空間中一個或一組專用的地圖符號。同一個空間要素的幾何數據與符號數據同時獨立存在。一個幾何形體空間要素主題屬性地圖符號幾何形狀要素空間有限個屬性字段特定地圖符號屬性空間幾何空間符號空間圖3-15空間要素的特征集成實體模型（要素按形態劃分）

二維空間中的空間要素按照幾何形態可以劃分為點狀要素、線狀要素、面點狀要素和復合要素。復合要素包括集合要素與組合要素：

——集合要素指形狀為多點（點的集合）、多線（線的集合）和多面（面的集合）的要素。

——組合要素指點、線、面構成的任意幾何形狀的要素，以及空間數據庫中常見的TIN（不規則三角形網）、NetWork（網）、GRID（規則網格）等復雜要素。實體模型（要素的幾何形狀）空間要素（二維）簡單要素集合要素點線面點集合、線集合、面集合GRIDDEMTINNetWork組合要素點線面的組合圖3-16二維空間要素按形狀分類

如前所述，空間要素按照幾何形狀的不同可以劃分為下列幾何類型：實體模型（要素按形態劃分）空間要素簡單要素點要素線要素面要素組合要素復合要素多點要素多線要素多面要素圖3-16二維空間要素按形狀分類TINGRIDNetWork集合要素任意形狀要素每個空間要素都屬于下列幾何類型中的一種：實體模型（要素與幾何空間關系）

空間要素的形狀矢量化后表達為幾何空間中的一個幾何形體，每個空間要素在幾何空間中都對應著一個特定的幾何形體（簡單形體、集合形體、組合形體或復雜組合形體——TIN、NetWork、GRID）。幾何空間中的每個幾何形體都有一個唯一標識，空間要素通過幾何形體的標識碼與幾何空間發生聯系。實體模型（要素與幾何空間關系）

由于空間要素在空間上存在共位、部分共位或共享部分邊界現象，多個空間要素可以具有相同的形狀（共享相同的幾何數據）。幾何空間中的一個幾何形體可以獨立表達多個空間要素的形態，同時還可以是復合形體的組成成分。

實體模型（要素與幾何空間關系）點圖3-18二維空間中空間要素的分類幾何形體簡單形體多邊形多點多線多多邊形空間要素主題屬性地圖符號幾何形狀線要素空間幾何空間組合形體復合形體TINGRIDNetWork集合形體任意形體

幾何形體標識碼實體模型（要素與符號空間關系）

地圖符號是空間要素幾何形態的可視化展現形式，地圖符號也是一種空間數據，可以在符號空間中采用專門的地圖符號模型來組織和存儲。在符號空間中，首先按照一定的模型和規則來定義基本地圖符號庫的體系結構；然后根據特定的規則以基本地圖符號庫為基礎為每個空間要素生成專用的地圖符號，并為每個要素的地圖符號編碼；最后將空間要素的主碼與其對應的地圖符號編碼相對應實現兩者的集成，實現要素空間與符號空間的關聯。實體模型（要素與符號空間關系）基本要素或組合要素點狀要素線狀要素面狀要素各類組合要素點狀符號線狀符號面狀符號各類組合符號符號編碼符號空間要素空間基本地圖符號庫按規則生成圖3-25要素符號的生成與集成Back矢量結構（概念）

實體模型中空間要素的幾何形狀用其邊界構成的幾何形體來表示，由幾何關系所引發的各種空間關系表達為幾何形體之間的關系。一般情況下，空間要素的邊界是不規則的、函數形式未知的封閉曲線或封閉曲面，只能用無窮個連續分布的空間點位來表達。

矢量結構（概念）

為實現幾何數據在計算機內的存儲，需要將連續的邊界離散化，通過抽樣將空間要素連續的邊界表示成有限個離散特征點（表示形狀的拐點）的有序集合（坐標序列）。將空間要素光滑的邊界離散化為一組矢量線段序列的過程稱為矢量化；矢量化得到的幾何數據稱為矢量數據；矢量數據的組織結構稱為矢量結構；用矢量化方法對空間要素的形態進行離散化得到的空間數據模型稱為矢量模型。矢量結構（點線面的表示）

無論空間要素的形狀多么復雜，總可以劃分為點、線、面等多個簡單幾何元素。點、線、面的矢量結構：（1）點：表示成一個空間坐標點（X,Y）。（2）折線（或鏈）：表示成坐標串序列(X1,Y1),(X2,Y2

),…….,(Xn,Yn

)。用直線連接坐標串中的各點形成一條折線，用曲線連接各點構成一條弧線，將折線和弧線連接夠成鏈。（3）面：用邊界線構成的多邊形表示，以(X1,Y1)，(X2,Y2)，……，(Xn,Yn),（X1,Y1）的坐標串形式存儲。多邊形由點和折線或鏈構成。

圖3-1土地使用情況及其離散化表示矢量結構（點線面的表示）矢量結構（點線面的表示）區域標識土地類型區域邊界1商業區(2,2)(2,5)(5,5)(5,4)(8,4)(8,2)(2,2)2工業區(2,5)(2,7)(5,7)(5,5)(2,5)3居住區(5,4)(5,7)(8,7)(8,4)(5,4)表3-2中的數據是圖3-1的矢量表示。

矢量結構（幾何元素構成關系）簡單要素的幾何形狀簡單多邊形多個點弧曲線連接多個點折線直線連接多條弧多條折線鏈點圖3-17簡單幾何形體構成矢量結構（幾何空間層次結構）

空間要素在空間上的共位、部分共位或邊界共享反映在矢量結構中就是幾何數據的共享，

為了簡化幾何形狀的表達、有效存儲幾何數據、正確的描述空間關系，建模時首先將幾何形體劃分為勻質（具有相同屬性）的、不能再分（單一結構）的基本幾何形體，為每一個基本形體編碼。空間數據庫中以基本形體為單位來組織幾何數據，按照一定的規則（集合還是組合）用基本形體來構建復合形體，可以構建任意復雜形狀的幾何形體。復合形體中只包含基本形體的標識碼，不直接包含其幾何數據。

矢量結構（幾何空間層次結構）圖3-19幾何空間的層次結構實體模型（拓撲矢量數據結構）矢量結構還可存儲點、線、面之間的部分拓撲關系：矢量結構（拓撲矢量數據）結點號鏈號A1，2，3B-1，4，5C-5，-6，-7D-2，-4，-8E-3，7，81、結點——鏈拓撲關系鏈前面的正號表示起始于該結點，正號表示終止于該結點。2、鏈——結點拓撲關系

矢量結構（拓撲矢量數據）鏈號始結點號終結點號1AB2AD3AE4BD5BC6DC7EC8ED3、鏈——面拓撲關系

矢量結構（拓撲矢量數據）鏈號左多邊形右多邊形1ⅠΦ2ⅠⅡ3ⅡΦ4ⅠⅣ5ⅣΦ6ⅢⅣ7ΦⅢ8ⅢⅡ4、面——鏈拓撲關系鏈環繞面順時針轉為正，逆時針為負。

矢量結構（拓撲矢量數據）多邊形號鏈號Ⅰ-1，2，-4Ⅱ-2，3，8Ⅲ7，-6，-8Ⅳ4，6，-5矢量結構（幾何元素的行為特征）

與幾何數據相關（或者說定義在矢量結構上）的一切操作或運算均稱為空間計算，它表達了空間要素的空間行為特征。不同的空間計算作用于不同的幾何元素類型，矢量結構中應考慮空間計算的表達。空間計算主要有下列幾種類型：

1、形態獲取與維護：采集幾何數據建立空間數據庫，從空間數據庫中獲取坐標數據，對幾何形狀進行增加、修改和刪除操作以維護其現實性。

2、幾何度量：計算線的長度，面的周長和面積，重心或分布中心等。矢量結構（幾何元素的行為特征）3、空間關系表達和判斷：以空間函數或空間謂詞形式表達、判斷、計算兩個幾何形體在地理空間中的距離、方位和拓撲等空間關系。

4、集合操作：計算兩個幾何形體的交集、并集、差集等。

5、空間查詢計算：空間查詢算法中需要的各種幾何運算。

6、統計運算：計算一個幾何形體范圍內所包含的另一個幾何形體的統計特征。如計算某區域內的道路總長度，計算某區域內人口的總數等。矢量結構（幾何元素的行為特征）7、幾何形體間的組成關系：面由哪些線組成，線由哪些點組成，基本幾何形體與復合形體的構成關系。

8、基本空間分析運算：計算鄰近度，生成泰森多邊形或狄諾尼三角形，進行緩沖區分析、疊加分析、網絡分析、地形分析等。

9、幾何形體的可視化顯示：插值與平滑、地圖符號生成與顯示、注記、立體圖及專題地圖繪制。

10、地圖綜合運算：大比例小粒度幾何數據向小比例粗粒度幾何數據的綜合運算。

11、數據庫運算：以幾何數據為條件的數據庫連接、投影、選擇等空間操作。Back空間數據模型分類（重要性）

空間數據模型和空間數據結構的研究是人類認識和解釋客觀世界的橋梁，是以信息理論和計算機技術為依據來解釋、反映和分析客觀世界的理論基礎。空間數據庫是GIS的支撐，空間數據模型和空間數據結構是任何一個空間數據庫和GIS設計的核心，它制約著系統的功能、系統的有效性和實用性。從GIS系統和空間數據庫的發展過程可知，空間數據模型是推動地理信息系統、空間數據庫技術向新的目標發展的動力，是新一代GIS平臺誕生的起點。空間數據模型分類（重要性）

加拿大地理信息系統是在1973年發明了N維空間數學方法的Peano數據模型后建立的；

ARC／INFO是以拓撲結構和關系數據庫為基礎建立的；

GENAMAP是在屬性和圖形一體化管理基礎上建立的；

SYSTEMM9是在面向目標數據模型的基礎上發展起來的；法國IGN、CartographicDataBaseModel全國1：5萬和1：1萬地圖數據庫是在超圖數據結構(HBDS)的基礎上建立的；空間數據模型分類（重要性）

美國的TIGER系統是目前世界上最大的空間數據庫系統，其容量達36000MB，是在CorbettJ．二維單元結構的理論支撐下建立的；美國的三維地理信息系統（TDGISThreeDimensionalGIS）是在八叉樹數據結構理論研究的基礎上發展起來的，稱為國家首都城市規劃系統(NCUPS——NationalCapitalUrbanPlanningSystem)。

Back矢量結構（空間數據的邏輯單位）

地理空間中，多個空間要素的可能存在部分共位（幾何位置部分重合），在同一個空間要素占據的幾何范圍內某種屬性的分布可能不勻質（車流量在不同路段的分布），這都會給空間數據的存儲和管理帶來麻煩。空間數據庫中要求每個邏輯實體具有相同的屬性定義，非勻質的空間要素不能直接作為空間數據庫中的邏輯記錄。矢量結構（空間數據的邏輯單位）1、空間目標與空間對象將概念模型轉化為某個DBMS支持的邏輯模型的過程中，需要將空間要素劃分為具有均質屬性的多個幾何單元，每個具有相同屬性的幾何單元連同其主題屬性一起定義為一個空間目標。空間目標可能表示一個完整的空間要素，也可能只表示空間要素的一部分，還可能既表示一個完整的空間要素又是另一個大的、復雜的空間要素的一部分。矢量結構（空間數據的邏輯單位）

如圖2-8中，河流的一部分與省界重疊，存儲時需將河流劃分為AB、BC、CD三個空間目標，AB和CD的特征碼為河流，BC有“河流”和“省界”兩個特征碼，同時具有河流和省界的屬性。圖2-8空間目標的劃分

將空間要素劃分為空間目標，可以使數據記錄具有統一的邏輯結構，便于存貯管理；能正確的描述空間要素之間的空間聯系，易于導出多種關系信息。空間目標對應的幾何數據只須存貯一次，與多個空間要素的特征碼關聯，能減少冗余存貯，保證空間數據一致性。

矢量結構（空間數據的邏輯單位）

圖2-9空間目標與空間對象

面向對象表達方式中與空間目標對應的概念是空間對象。空間目標和空間對象都對應空間數據庫中一個空間記錄，兩者含義相同但表達形式不同，由于數據表達能力不同，所以表達的內容和復雜度都不同。地理實體={空間目標1，空間目標2，……，空間目標n}

實體對象={空間對象1，空間對象2，……，空間對象n}矢量結構（空間數據的邏輯單位）

2、幾何對象和空間數據類型面向對象空間數據模型中為每個空間對象定義一個幾何對象，用來完整表達一個空間對象的所有空間特征（幾何形狀、空間關系、空間行為）。幾何對象由幾何數據結構和幾何方法兩部分組成，幾何數據結構是一組位置的集合或坐標序列，幾何方法是對幾何數據進行各種處理的一組函數。幾何形狀存儲為幾何屬性，空間行為實現為幾何方法，空間關系一部分存儲為幾何屬性，另一部分實現為幾何方法。矢量結構（空間數據的邏輯單位）

幾何對象是一種對象型數據，空間數據庫中存儲幾何對象時需要擴充新的空間數據類型（對象數據類型ADTAbstractDataType)。幾何對象按幾何形狀劃分為點、線、面、體與復雜對象等幾何類型，一種幾何類型對應一種具體的空間數據類型（幾何對象的定義）。每一種定義了幾何數據結構和幾何方法的幾何對象類型稱為一種具體的空間數據類型。空間數據庫中，空間數據類型和標準數據類型具有相同的地位，空間數據類型定義了幾何對象的型，標準數據類型定義了結構化數據的型。圖2-10幾何對象的型矢量結構（空間數據的邏輯單位）

3、專題（Theme）地圖分層模型中具有相同屬性和幾何特征的一個圖層的數據構成一個專題。面向對象數據模型中多個類依據其共有的特征歸納為一個專題。專題在邏輯模型中的含義是同一種空間邏輯記錄類型所對應的數據的全體，相當于關系數據庫中一個關系中存儲的內容。

Back空間數據庫管理系統（含義）

文獻[GTG94]給出的空間數據庫定義有下列三層含義：

1、空間數據庫首先是一個數據庫，即數據庫DB+數據庫管理系統DBMS，它具有數據庫的所有特點和功能。

2、空間數據庫中定義了空間數據類型和空間操作（與空間對象幾何形態相關的各種空間運算），空間數據庫的數據模型和數據語言中支持空間數據類型和空間操作。

3、空間數據庫管理系統實現中支持空間數據類型和空間操作，至少提供空間索引和有效的空間連接算法。

空間數據庫管理系統（定義）

總結多個文獻中描述的空間數據庫含義，對空間數據庫定義如下：

1、空間數據庫包含有效組織的空間數據SDB和空間數據庫管理系統SDBMS。

2、SDBMS是構架在OR-DBMS或OO-DBMS之上或嵌入OR-DBMS或OO-DBMS之內的一組軟件，這組軟件以插件的形式封裝了對空間數據的所有支持功能，這個插件和OR-DBMS或OO-DBMS一起共同實現標準DBMS應實現的功能，用于實現空間數據的統一存儲、統一管理和統一控制。空間數據庫管理系統（定義）

3、SDBMS支持多種空間數據模型，能定義空間數據類型ADT，支持一種能調用ADT類型的數據語言。

4、SDBMS至少要支持空間索引、高效的空間操作算法及用于查詢處理和查詢優化的特定領域規則。

5、完善的SDBMS應具有空間數據的可視化功能，支持空間數據的長事務處理，保證空間數據的完整性一致性，實現空間數據的并發和安全控制，可以存儲和管理海量數據。”當代OR-DBMS提供了構建ADT的模塊化方法，ADT組件可以作為一個插件嵌入到DBMS之中。Back空間數據庫管理系統（構架）

空間數據庫管理系統的體系結構空間數據庫管理系統SDBMS是一個能夠提供空間數據存儲、管理和操縱的復雜軟件系統，它具有標準數據庫管理系統的所有功能。SDBMS不是標準數據庫管理系統的簡單擴充，它要解決與空間數據相關的一系列理論和技術問題。設計一個支持空間數據存儲和操作的專用空間數據庫插件，架構在標準的OR-DBMS或OO-DBMS之上共同構成空間數據庫管理系統。或將插件嵌入OR-DBMS或OO-DBMS之中形成真正空間數據庫管理系統。空間數據庫管理系統（構架）

空間數據庫管理系統（構架）

對象關系空間數據庫和面向對象空間數據庫是當前空間數據庫發展的兩大主要趨勢，有兩種具體的結構形式：

1、空間數據庫中間件（稱為空間數據引擎）將對空間數據的所有支持功能封裝在稱為空間數據引擎的空間數據庫中間件中，將空間數據引擎架構在標準的OR-DBMS或OO-DBMS之上，在標準OR-DBMS或OO-DBMS功能之外擴展空間數據存儲和管理能力。空間數據引擎與OR-DBMS或OO-DBMS一起構成空間數據庫管理系統SDBMS。OR-DBMS或OO-DBMS實現標準的數據庫管理功能，在OR-DBMS或OO-DBMS中擴充空間數據類型，在標準SQL語言或面向對象數據語言中擴展對空間數據類型和空間操作的支持，由空間數據引擎具體實現存儲、操縱和管理功能。空間數據庫管理系統（構架）2、嵌入式空間數據庫管理系統SDBMS

在標準對象關系數據庫管理系統OR-DBMS中擴充空間數據管理層定義的各種功能，或將空間數據庫引擎與標準對象關系數據庫管理系統OR-DBMS集成，生成真正的關系對象空間數據庫管理系統。也可采用面向對象的方法，在標準面向對象數據庫管理系統OO-DBMS中擴展空間數據管理層的功能，生成面向對象空間數據庫管理系統OO-SDBMS。Back空間數據庫管理系統

（擴展功能）

至少要擴展下列功能：

1、空間數據模型：數據庫中數據模型的表達能力有限，不能直接表達空間數據復雜的結構和關系，必須研究和實現新的空間數據模型。空間數據庫管理系統要支持多種空間數據模型，實現空間數據的有效存儲和訪問。

2、空間數據類型：空間數據是由點、線、面混合而成的復雜數據，無法用字符、數字等簡單的數據類型來表達和存儲。空間數據庫中要擴充一組新的空間數據類型，并將這組數據類型引入或集成到標準的DBMS之中，以便完整高效地表達空間要素的空間屬性。空間數據庫管理系統

（功能擴展）

3、空間數據語言——擴展SQL：無論是對象關系還是面向對象空間數據模型，都需要對數據語言進行擴充，使其支持新的空間抽象數據類型，擴充相應的空間操作功能。

4、空間索引：索引可以縮小數據庫中數據的搜索范圍，減少I/O次數。數據庫中的索引不能支持基于位置的查詢，空間索引結構及空間查詢算法是空間數據庫管理系統應該實現的基本功能。

5、空間操作：包括數據結構中存儲的幾何方法、空間數據庫的基本空間操作、空間可視化及基本的空間分析操作。

Back空間數據庫管理系統（實現方式）

1、圖形與屬性一體存儲的文件管理方式數據管理與處理一體均由GIS應用程序來實現，空間屬性和主題屬性均采用數據文件形式由文件管理系統來管理，屬性數據作為圖形數據記錄的一部分。

2、圖形數據與屬性數據分別存儲和管理（1）圖形數據與屬性數據分別用文件存儲圖形數據中包含指向屬性數據的單向指針，或用雙向指針連接屬性數據與圖形數據。（2）文件與關系數據庫相結合主題屬性數據采用關系模型來組織，空間屬性以數據文件形式存儲和管理，在業務邏輯層通過空間要素的主碼實現兩者的連接，空間操作通常在GIS平臺軟件中實現。空間數據庫管理系統（實現方式）3、全關系方式采用關系數據模型對空間屬性和主題屬性統一建模，用純關系數據庫（RDBM）同時存儲和管理空間屬性和主題屬性，在GIS平臺軟件或應用程序中實現對空間屬性的處理功能。利用RDBMS產品的現有功能，將空間屬性分解為多個關系，將幾何數據細分為基本幾何單元，用標準的數據類型存儲幾何數據和部分空間關系。一個專題轉換為一個要素關系表(featuretable)，一個空間要素轉換為關系的一個元組，元組中的幾何列存儲幾何單元的標識，幾何數據存儲在單獨的幾何表中，幾何數據有矢量和二進制大對象兩種存儲形式。空間數據庫管理系統（實現方式）空間數據庫管理系統（實現方式）四、面向對象方式在標準面向對象數據庫中擴充新的空間數據類型，以幾何對象形式封裝空間要素的形態和行為特征，增加對空間數據的管理、控制、處理和訪問功能。面向對象數據庫管理系統提供了對于各種數據的一致的訪問接口及部分空間模型服務，實現了空間數據和空間模型服務的共享，GIS將重點放在數據表現及開發復雜的專業模型上，更為真實客觀的反映世界事物。空間數據庫管理系統（實現方式）五、對象關系方式將關系模型RDBMS擴展為對象關系模型OR-DBMS，在標準OR-DBMS上附加空間數據的管理、控制和訪問功能，實現空間屬性的有效表達及空間屬性與主題屬性的一體化管理。空間要素劃分為多個空間對象，空間對象的空間特征表達為幾何對象，幾何對象定義為具體的空間數據類型ADT（點，線，面等），作為OR-DBMS中的數據項來存儲，擴展SQL語言和OR-DBMS的功能。

BackARCGISGeoDataBaseArcGIS是地理數據的信息系統。和所有的信息系統一樣，ArcGIS有一個定義明確的處理數據的模型。這個模型統稱為Geodatabase（是“地理學的數據庫”的簡稱），它定義了所有在ArcGIS中可以被使用的數據類型—例如：要素、柵格、地址和測量方法，以及它們如何被顯示、訪問、存儲、管理和處理的。Geodatabase是一個被所有ArcGIS產品及應用程序共享的通用框架。Geodatabase是現代化GIS的數據模型，是ESRI公司從多年的研究與發展和先前多次的實施應用而發展進化而來的。新的或非專業性的ArcGIS用戶不需要親身關心Geodatabase，而專業性用戶則無疑會對Geodatabase先進的性能產生興趣。ARCGISGeoDataBaseGeodatabase功能：處理豐富的數據類型應用復雜的規則和關系存取大量的存儲在文件和數據庫中的地理數據支持的數據格式：ArcGIS支持Geodatabase數據模型的實現，如文件系統中的文件集合或者在RDBMS中的表格集合。文件系統的使用很簡單，并且不需要購買或者管理復雜的RDBMS。然而，文件系統是面向單用戶的，并且大數據集的存儲受到限制。ArcGIS也支持一些眾所周知的數據集類型，例如：coverages、shapefiles、柵格、影像以及不規則三角網(TINs)。Geodatabase管理的地理信息數據和在RDBMS中的數據類型相同，例如：DB2,Informix,Oracle,結構化查詢語言（SQLServer）或者是MicrosoftAccess。ARCGISGeoDataBase文件和Geodatabase實現的比較除了文件和RDBMS數據源外，ArcGIS的Geodatabase還可以利用數據轉換來處理許多附加的格式。GIS的數據也可以通過網絡進行存取，比如網絡；使用多種形式的XML和Web報表，比如geodatabaseXML、ArcXML、SOAP、WMS、WFS等。ARCGISGeoDataBase單用戶和多用戶的GeodatabaseGeodatabase可以在多種尺度的RDBMS結構中進行工作，并且擁有不同數量的用戶。其縮放可以從基于微軟“噴射引擎（theMicrosoftJetEngine(Access)）”數據庫的小型的、單用戶數據庫到大型的工作組、部門或企業級、多用戶訪問的數據庫。兩種類型的Geodatabase的是可行的：個人Geodatabase和多用戶Geodatabase。ArcView、ArcEditor和ArcInfo中包含有產生和使用單用戶Geodatabase的技術。單用戶Geodatabase使用微軟噴射引擎數據庫文件結構來持久性存留GIS數據。單用戶Geodatabase非常類似于以文件為基礎的工作空間，并且能夠控制多達2GB的數據庫。單用戶Geodatabase對于GIS設計中比較小的數據集或者小的工作團體來說是理想的數據庫。ARCGISGeoDataBase—結構體系關于Geodatabase，一種主要的觀點是把Geodatabase看作是使用標準關系數據庫技術來表現地理信息的數據模型。第二個同等重要的方面是Geodatabase管理數據訪問和存儲的方式。對Geodatabase中的地理數據集進行管理的職責就是在GIS軟件和一般的關系型RDBMS軟件之間進行共享。地理數據集管理的某些方面的是交由RDBMS來操作完成的。例如：基于磁盤的存儲、屬性類型的定義、查詢處理以及多用戶的事務處理。GIS應用程序保留了定義特殊的RDBMS框架（結構）的功能，它可以用來表現地理數據；還有特定的邏輯應用，它提供了在底層記錄的行為、完整性和效用。Geodatabase是一個多層結構體系（應用程序層和存儲層），所有與數據存儲和獲取有關的方面都是在的存儲層（RDBMS）中實現的，比如簡單的表。同時，高級別的數據完整性和信息處理功能被保留在應用軟件（GIS）中。實際上，RDBMS是被用作一系列保存地理數據集的實施機制中的一種，就象文件一樣。然而，RDBMS并不完全定義地理數據的語義。ARCGISGeoDataBase—結構體系從存儲中分離出來的Geodatabase邏輯能夠支持很多的文件類型、RDBMS和XMLARCGISGeoDataBase—結構體系Geodatabase是使用與其它先進的RDBMS應用軟件相同的多層應用程序結構體系來實施的。Geodatabase的對象被存為RDBMS表中的行，它具有一致性，而且其行為是通過Geodatabase應用程序邏輯來支持的。ARCGISGeoDataBase—結構體系Geodatabase的結構體系是以簡單的關系型存儲為基礎，并且與先進的應用程序邏輯相結合Geodatabase的核心就是標準的（即非外來的）關系數據庫模型（一系列標準的RDBMS表、列類型、索引等等）。這種簡單的物理存儲和一組位于應用程序層的高級的應用程序對象協同工作并且受其控制，這個應用程序層可以是一個ArcGIS的客戶端，或者是一個ArcGIS的服務器。這些Geodatabase對象定義了一個一般化的GIS信息模型，它被所有的ArcGIS應用程序和用戶共享。Geodatabase對象的目的是為客戶展現一個高水平的GIS的信息模型，并且在任何適當的存儲模型中實現這個模型。比如在標準的RDBMS表中，在文件系統中以及在XML流中。所有的ArcGIS應用程序與Geodatabase這個一般的GIS對象模型交互，而不是與實際中的基于SQL的RDBMS例程。在應用程序層的Geodatabase軟件組件的實施蘊含在通用模型中的行為與完整性規則，并且傳送請求到適當的物理數據庫中去。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲Geodatabase中所有的要素都被存儲在一個RDBMS中，既包括每個地理數據集的基礎的框架結構和規則，又包括實際的空間數據和屬性數據。ArcSDE在多用戶Geodatabase的儲存中起著重要的作用，它在多個RDBMS之間提供統一的接口。Geodatabase被用于管理和存儲多種類型的地理信息數據集Geodatabase模型為每個地理數據集描述了它的定義、完整性規則和行為，包括要素類、拓撲、網絡、柵格目錄、關系、域等的性質。模型在這個定義了地理信息數據的完整性和行為的RDBMS中的Geodatabase表集合中被維護。地理數據集的空間描述，不是被當作矢量要素就是被看作柵格數據集，他們連同傳統的列表屬性特征一起被存儲。比如，一個RDBMS表可以被用來存儲一個特征集，表中的每一行代表一個特征要素。每一行的圖形數據項（shapecolumn）被用于保存幾何特征或者特征的形狀。這個圖形數據項保存的幾何特征一般為下列類型中的一個：一個二進制的大型對象（BLOB）列類型一個空間列類型ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲普通特征要素的同質集合中，每個特征都有相同的空間表現，例如點、線或面，并且一個屬性列的組合列指代一個特征要素類，在一個單獨的表中管理。柵格和影像數據類型同樣可以被關系表管理和存儲。柵格數據在容量上是比較大的數據，需要一個關聯表來存儲。在存儲過程中，軟件把柵格分割為小的部分，稱之為“區段（blocks）”，并且把它們存儲在單獨的區段表中單獨的行中。保存矢量和柵格圖形結構的列類型在每個數據庫中都有變化。當RDBMS支持空間數據類型的擴展時，Geodatabase就能容易的使用RDBMS來管理空間圖形（例如：Oracle的空間類型）。作為OGC簡單要素的SQL規范的一個主要作者和ISOSQL3MM空間標準的貢獻者，ESRI公司緊密地、專心的努力擴展SQL的空間功能。ESRI公司專注于在使用RDBMS標準的Geodatabase的維護中支持這些類型，和獨立的Oracle空間類型。Geodatabase與你所選擇的關系數據庫一起實現地理數據的存儲。所有的Geodatabase要素都被RDBMS的標準表使用標準的SQL的數據類型來管理。結構化的GIS要素，你可以用它們來開發地理數據模型。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲一、RDBMS概念：

Geodatabase的結構體系是基于一系列簡單的，但是很重要的信息系統概念，如下所示。RDBMS為表中信息數據的存儲和運行提供簡單、正式的數據模型。RDBMS是簡單、靈活的，因為它的通用關系數據模型使它能夠支持一大批的應用程序。數據被組織到表中；表中包含有行；所有的行在表中都有相同的列每一列是一個類型，舉例來說：整型、小數、字符型、日期型等關系被用于從一個表中的行到另外一個表中的行的聯合。這是以每個表中的公共列為基礎，常常被稱之為“主鍵”和“外來鍵”。基于表格的數據集需要一個關系完整的原則。例如，表格中的每一行數據共享同樣的列，一個域羅列出每一列中有效值和數據的值域，等等。SQL，一個有關函數和算子的命令式語言，可以用來進行對表格和數據元素的操作。SQL算子可以用來處理通常的關系型數據，如整型數、浮點型數和字符型變量在包含特定數據類型行列的表格中存放數據。應用數據之間的關系將兩個表格中的行關聯起來。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲Geodatabase中的空間表，像要素類和柵格表遵循同樣的RDBMS原則。其中的一列存儲了每一個地理對象的空間數據，例如，在一個要素類表格中形狀域存放多邊形形狀。表格中每個RDBMS的各種列類型用來存儲形狀域。這是一些RDBMS中支持的典型的BLOB型或者典型的擴展空間數據類型。例如，帶有空間擴展功能的Oracle提供了一個空間列類型。SQL可以對表格中的行、列和類型進行操作，列類型（數字、字符、日期、BLOB、空間類型等）屬于SQL對象。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲二、帶空間的表格：僅有關系型存儲不能確定應用軟件的某些操作，它對某些應用軟件（如GIS）來說僅僅在邏輯上是必須的。RDBMS管理簡單的數據類型和表格，但是如果要實現更多復雜的對象行為和完整性約束則需要附加的應用軟件邏輯單元。例如：一個單位可能需要使用一個象下面這樣的叫“EMPLOYEES”的表格：一個包含行列的簡單的關系型數據表表格每一列中的數據必須是相同的數據類型，如字符型、日期型和數值型。為雇員、以及他們的名字、薪水和雇用日期建立的處理對象模型并不是一個關系型對象。要實現這些商業對象的某些行為和完整性約束的時候需要更多復雜的和受關注的應用軟件邏輯單元。支持雇傭行為所要實現的示例邏輯單元可以完成、雇傭、加薪、辭職、提升和管理效益等。對復雜的商業邏輯關系而言GIS應用軟件具有同樣的要求。例如，要素類、拓撲關系、網絡、線性參考系統、柵格目錄、尺度、注釋、地形、關系等，是要實現GIS操作的高級對象的示例，這些GIS操作是在RDBMS中存儲的空間簡單表達基礎上完成的。僅有空間列的表格對GIS應用而言是不充分的，對創建信息系統而言，簡單的RDBMS關系對象和應用對象是必須的。ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲二、要素和柵格幾何：

一個GIS系統通常都是用柵格或者矢量（特征幾何）來表達地理位置的。除了矢量要素和柵格數據集外，其他類型的空間數據可以在關系型圖表中管理和存儲，這樣可以在RDBMS中處理所有的地理數據。矢量要素（具有矢量幾何的地理對象）各種各樣，通常使用地理數據類型，這些地理數據非常適合用來表達具有離散邊界的要素（如井、街道、河流、行政區劃和其他面狀要素）。一個要素是一個簡單的包含自身位置信息的對象，其中位置信息在行中作為它本身的一個屬性（或者域）來存儲。通常，在空間中要素表達為點、線、多邊形或者注記，并且歸到要素類中去。要素類是具有同樣數據類型的要素的集合，具有一定的空間表達和一組屬性（如，表示道路的一個線要素類）。GIS中矢量要素的一般表達方式ARCGISGeoDataBase—RDBMS中存儲柵格幾何：

柵格數據通常用來表達連續的數據層，如高程、坡度和坡向、植被、溫度、降雨、卷流分散等。柵格數據通常用來存儲航空圖片以及其他各種圖像。柵格數據集通常用來存儲圖像數據ARCGISGeoDataBase—

事務處理事務處理是用來修改數據庫的一個操作集合。象其他的數據庫應用軟件一樣，GIS數據庫支持更新操作，這樣以保證數據的完整性和應用軟件的運行。然而，GIS用戶需要某些特殊的事務處理需求，其中最重要的就是這些事務處理需要跨越很長的時間周期（天甚至是月，而不僅是秒的量級）。另外，在GIS中，一個簡單的編輯操作可能修改多個表格中的幾行數據。這樣用戶在確定操作之前需要取消或者重復他的行為。編輯任務可能需要幾個小時甚至幾天。通常編輯操作必須在一個與中心共享數據庫分離的系統中進行。因為GIS工作流程需要幾天甚至幾個月的時間，所以對那些日常的操作而言GIS數據庫必須隨時可以訪問，那些日常操作中每個用戶對共享的GIS數據庫有一個獨特的視角和狀態認識。在一個多用戶數據庫中，GIS事務處理必須在RDBMS短事務處理框架基礎上協調實現。通過在一個簡單的RDBMS事務處理框架上管理高水平復雜的GIS事務處理，ArcSDE起到一個關鍵的作用。GIS用戶會遇到很多這樣的事例，其中長時間的事務處理工作流程非常重要。很多例子中，通過使用為處理中心GIS數據庫更新而采用的多用戶RDBMS和ArcSDE，可以實現這樣的目的。ARCGISGeoDataBase—

事務處理管理這些和很多其他關鍵的GIS工作流程的geodatabase機制就是在geodatabase中保持數據的多種狀態，并且更重要的是，在進行這些操作的時候一定要確保GIS數據庫的完整性。管理和查看數據的各種狀態，還有對數據的操作等都是基于定義數據庫版本實現的。與該功能的名字一樣，當單個要素或者對象被修改、增刪的時候，數據庫版本明確地記錄它們的狀態（版本）。版本通常將要素或者對象的每個狀態存到表格的行中，同時還存儲了重要的轉換信息。在一個叫做"Adds"和"Deletes"的工作臺中，數據庫版本可以明確地記錄geodatabase的對象狀態。可以應用簡單的查詢來查看和操作geodatabase的任一狀態。例如，查看某點的數據庫狀態或者查看包含用戶編輯表在內用戶特定的當前版本。在有版本標注的geodatabase應用中，ArcSDE起到關鍵的作用，通常用來管理不同的RDBMS，以及交叉系統之間的長事務處理。ARCGISGeoDataBase—XML

GeodatabaseXML是一個在geodatabase和其他外部系統之間進行信息交換的開放式交換格式。ESRI公開發布和維護了一套作為XML技術規格要求的完整的geodatabase方案和目錄，并且提供了應用示例來說明用戶如何在不同系統之間共享數據更新。應用geodatabaseXML技術規格要求可以很容易的實現面向geodatabase的地理空間信息的XML交換。外部應用軟件使用geodatabaseXML數據流可以實現如下功能：無損耗地實現整個數據集的交換使用XML流完成geodatabase和其他外部數據結構中傳遞更新和修改在ArcGIS用戶之間交換和共享全部或者部分geodatabase方案。白皮書XMLSchemaoftheGeodatabase提供了其他說明。3.Geodatabase數據模型(第3代)Geodatabase是一種基于關系數據庫、采用面向對象技術來組織和管理空間數據的空間數據模型(對象-關系數據模型)。Geodatabase中的數據對象就是邏輯數據模型中定義的對象(如建筑物、宗地和道路等)。Geodatabase數據模型無需編寫代碼，通過ArcInfo提供的域、驗證規則及其它功能可輕松實現大部分自定義行為(僅建模特殊的要素行為時才需編寫代碼)。Geodatabase數據模型的優點:面向對象的數據建模方法能夠更自然地描述要素，自行定義對象類型，定義拓撲、空間和一般關系，以及掌握這些對象如何與其他對象發生交互作用。ARCGISGeoDataBase數據模型

空間數據統一存儲

所有的空間數據(空間數據及屬性數據)由一個(關系)數據庫存儲和集中管理；空間數據錄入和編輯更加精確大多數錯誤可以通過驗證規則或智能驗證行為加以防止，因而錯誤幾乎不會出現；用戶操作更直觀的對象經過適當的設計，Geodalabase包含的數據對象可與用戶數據的模型保持一致，用戶操作的不再是通常的點、線和多邊形，而是他們感興趣的對象，比如變壓器、道路和湖泊等；要素擁有更豐富的背景信息有了拓撲關聯、空間表達和一般關系，不僅定義了一個要素的特性而且還定義了它與其他要素背景的聯系。當一個相關要素移動、改變或刪除時，可以了解它對整個要素集的影響。這種背景信息也可以定位或查找與一個要素相關的兩一個要素；可以制作更優質的地圖

可以更深入地控制要素的繪制方式，也可以增加智能化的繪圖行為。在ArcMap中可以直接采用復雜的繪圖方法，而且通過編寫軟件代碼還能執行高度自動化的繪圖方法；動態顯示地圖上的要素當在Archfo中對要素進行處理時，這些要素能對鄰接要素的變化做出相應的反應。也能使要素與定制的查詢或分析工具發生關聯;定義了更好的要素外形Geodatabase數據模型用直線、圓弧、橢圓弧和貝塞爾(Bezier)曲線來定義要素的外形；要素集是連續的Geodatabase數據模型能容納非常巨大的要素集而不需要進行數據分片或其他空間分區；多用戶同時編輯地理數據Geodatabase數據模型支持多用戶分別在本地編輯要素的工作流，然后對出現的沖突進行處理使之達成一致。2Geodatabase的層次結構Geodatabase數據模型包含3種空間數據表達方式：用矢量數據表達離散的空間要素

矢量數據用一組帶有關聯屬性的有序坐標，精確簡潔地表示要素的外形。這種表示方式支持幾何運算（如計算長度和面積、識別重疊和交叉、查找相鄰或相近的其他要素）。矢量數據可以用維數來進行分類。●點是零維形狀，它表示太小以致無法用線或面來描述的地理要素。點是用單個有屬性的x,y坐標值來存儲的●線是一維形狀，它表示太狹窄以致無法用面來描述的地理要素。線是用一組帶屬性的有序的x,y坐標值來存儲的，線段可以是直線、圓弧、橢圓弧或曲線。

●多邊形是二維形狀，它表示寬闊的地理要素。多邊形以一系列的線段來存儲，這些線段構成一個封閉的區域。用柵格數據表達影像、格網化專題數據、曲面

像素是組成柵格的基本單元，它的值能描述多種數據。像素能夠存儲部分譜段的光反射率，也能存儲相片的顏色值，以及植被類型、表面值、高程值等專題屬性。用不規則三角網（TIN）表達曲面Geodatabase在存儲TIN時，將其作為一個帶有高