geodatabase数据库模型研究.docx

geodatabase数据库模型研究 空间分析geodatabase数据库模型研究一、 概述1. geodatabase主要用途geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型。它支持在标准的数据库管理系统（dbms）表中存储和管理地理信息，也支持多种dbms结构和多用户访问，且大小可伸缩。geodatabase的设计主要是针对标准关系数据库技术的扩展，它扩展了传统的点、线和面特征，为空间信息定义了一个统一的模型。在该模型的基础上，使用者可以定义和操作不同应用的具体模型，例如交通规划模型、土地管理模型、电力线路模型等。总之，geodatabase为创建和操作不同用户的数据模型提供了一个统一的、强大的平台。2. geodatabase支持对象由于geodatabase是一种面向对象的数据模型，因此在此模型中，空间中的实体可以理解为表示具有性质、行为和关系的对象。一般geodatabase描述地理对象主要通过以下四种形式：(1)用矢量数据描述不连续的对象；(2)用栅格数据描述连续对象；(3)用tins描述地理表面；(4)用location或者address描述位址。 此外，geodatabase还支持表达具有不同类型特征的对象，包括简单的物体、地理要素(具有空间信息的对象)、网络要素(与其他要素有几何关系的对象)、拓扑相关要素、注记要素以及其他更专业的特征类型。并且该模型还允许定义对象之间的关系和规则，从而保持地物对象间相关性和拓扑性的完整。3. geodatabase实际应用针对空间数据库模型geodatabase基础，海河大学王家林【1】等人结合河口海岸信息，讨论了河口海岸数据环境下的地理数据模型，建立了河口海岸地理信息数据库。中南林业科技大学刘恩林【2】基于geodatabase使用case工具设计并建立库区土地利用空间数据库，为龙滩水电站移民gis综合决策支持系统的功能实现提供数据支撑。由此可见，geodatabase数据库模型在地理分析，区域规划等方面有重要的作用。二、模型研究1. geodatabase体系结构geodatabase是以层次结构的数据对象来组织地理数据的。这些数据对象存储在要素类(feature classes)、对象类(0bject classes)和数据集(feature datasets)中。其中object class可以理解为是一个在geodatabase中储存非空间数据的表。而feature class是具有相同几何类型和属性结构的要素(feature)的集合。要素数据集(feature datasets)是共用同一空间参考要素类的集合。要素类(feature class)储存可以在要素数据集(feature datasets)内部组织简单要素，也可以独立于要素数据集(feature datasets)。存储拓扑要素( feature )的要素类必须在要素数据集(feature dataset)内，以确保一个共同的空间参考。由数据对象的存储关系可以看出，geodatabase的基本体系结构包括要素数据集、栅格数据集、tin数据集、独立的对象类、独立的要素类、独立的关系类和属性域。其中，要素数据集又由对象类、要素类、关系类、几何网络构成。【3】具体结构如图所示：2. geodatabase的三种存储方案geodatabase提供了不同层次的空间数据存储方案，可以分成三种：personalgeodatabase(个人空间数据库)、file geodatabase(基于文件格式的数据库)和arcsde geodatabase(企业级空间数据库)。具体介绍如下：1) personal geodatabasepersonal geodatabase主要适用于在单用户下工作的gis系统，适用于小型项目的地理信息系统。arcgis对个人geodatabase同样具有全功能支持。personal geodatabase实际上就是一个microsoft access数据库，personal geodatabase更像基于文件的工作空间，在使用personal geodatabase时需要注意的是，personal geodatabase的最大容量是2g，并且只支持windows平台。2) file geodatabase从arcgis 9.2版本开始，引入了一种全新的空间数据存储方案file geodatabase，它也是适用于单用户环境的，同样能够支持完整的geodatabase数据模型，同样可以让用户在没有dbms的情况下使用大数据集。file geodatabase数据以文件形式存储在windows、solaris以及linux系统的文件夹内。容量限制方面，file geodatabase中的每个表都能存储1tb的数据，这就是说对任何应用目的，用户都能够支持非常大的数据集。fiel geodatabase还具有压缩矢量数据的选项，通过这个选项，用户可以在保证性能的同时减少硬盘占用，压缩比率可以达到2：1到25：1。从目前测试的情况来看，file geodatabsse性能比personal geodatabase要高20到10倍。如果采用压缩方式，它的性能与shape文件相仿，并且要强于personal geodatabase。存储同样的数据时，file geodatabase比personal geodatabase减少了50到80的磁盘占用空间。 arcgis提供了一些工具来从dbms形式的geodatabase中提取一个file geodatabase以及将一个file geodatabase导人dbms中。用户可以通过从其他任何geodatabase或者所支持的文件结构内，例如shape文件，加载数据来轻松地创建file geodatabaee。file geodatabase很容易被arcgis desktop、arcgis engine以及arcgis server访问和使用。另外，file geodatabage还支持存储海量栅格数据集，与arcsde raster schema兼容。从目前的趋势来看，file geodatabase将要逐步取代personal geodatabase【4】。3) arcsde geodatabasearcsde geodatabase主要用于在多用户网络环境下工作的gis系统。通过tcpip协议，安装在管理企业数据的关系数据库的服务器上的arcsde为运行在客户端的cis应用程序提供arcsde geodatabase。通过arcsde，用户可以将多种数据产品按照geodatabase模型存储于商业数据库系统中，并获得高效的管理和检索服务。arcsde geodatabase的一个最大特点就是使用arcsde在网络环境下对空间数据进行多用户并行操作。另外 arcsde geodatabaee提供的版本控制机制也是personal geodatabaee和file geodatabase不具有的。通过arcsde，用户可以在0racle、microsoft sql server、infomix和db2 中存取sde图层。 当用户从sde图层中创建geodatabase时，客户端需要向这些图层加入元数据表。这些元数据包括子类、域、关联类、要素集等，这些元数据使得arcsde管理的空间数据库真正体现了geodatabase模型。三、应用实例1， 创建一个新的geodatabase以本地个人geodatabase(personal geodatabase)为例：在arccatalog中选择一个文件夹，单击file菜单，或在选中的文件夹上点右键，点击new，选择personal geodatabase，如图所示输入本地地理数据库的名称，完成数据库的建立。2， 建立数据库中的基本组成项1) 建立要素数据集 在arccatalog目录中,在需要建立新要素数据集的 geodatabase上单击右键,单击“新建”, 选择“要素数据集”命令,弹出“新建要素集”对话框,如图： 在“名称”文本框中输入要素数据集名称,单击下一步,弹出新建要素集对话框,进入coordinate system选项,如图所示.在geographic coordinate systems目录树中选择world - wgs 1984.在projected coordinate systems目录中选择gauss kruger - xian 1980。单击下一步,弹出vertical coordinate systems选项,如图，选择world - wgs 1984。 再单击下一步,弹出xy 容限, z 容限以及m 容限选项,分别取缺省值,最后点击“完成”，如图所示。2) 建立要素类要素类分为简单要素类和独立要素类。简单要素类存放在要素数据集中，使用要素集的坐标，不需要重新定义空间参考。独立要素类存放在数据库中的要素数据集之外，必须定义空间参考坐标。在这里，以简单点要素类为例。 在arccatalog目录树中,在需要建立要素类的要素数据集上单击右键，单击“新建”,选择“要素类”命令，如图所示。 弹出“新建要素类”对话框,如图所示.在“名称”文本框中输入要素类名称,在“别名”文本框中输入要素类别名,别名是对真名的进一步描述。在“类型”选项组选择“点 要素”单选按钮。 单击下一步,弹出确定要素类字段名及其类型与属性对话。在简单要素类中，objectid和shape字段是必需字段。 objectid是要素的索引， shape是要素的几何图形类别，如点、线、多边形等。 单击“字段名”列下面的第一个空白行，添加新字段，输入新字段名,并选取数据类型。在“字段属性”栏中编辑字段的属性，包括新字段的别名、新字段中是否允许出现空值null、默认值、 属性域及精度，如图所示。 单击完成按钮，完成操作，建立一个简单要素类。重复以上操作再分别建立一个线要素和面要素,如图所示：3) 建立表 在arccatalog目录中，右键单击需要建立表的geodatabase，单击“新建”，选择“表格”。 弹出“新建表格”对话框，如图。在“名称”文本框中输入表名,在“别名”文本框中输入表的别名。 单击下一步，打开属性字段编辑对话框，如图所示。在该对话框中为新表添加属性字段。 点击完成按钮,完成操作。3， 向geodatabase加载数据geodatabase中支持shapefile、coverage、info表和dbase表、cad、raster等，如果已有数据不是上述几种格式，可以用arctoolbox中的工具进行数据格式的转换，再加载到geodatabase中。1) 导入数据当导入已有的shapefile或coverage时，就会在数据库中自动生成一个要素类。若生成独立要素类，需要为导入的数据定义坐标系统；若生成简单要素类，导入工具会自动为其建立与要素数据集相同的坐标系统，不需要再重新定义。在这里以shapefile为例： 在arccatalog中，右键单击想导入到geodatabase的shapefile，单击 “导出”，选择to geodatabase(single)。 打开“要素类到要素类”对话框，在“输入要素”中选择要导入的shapefile，在“输出位置”中选择目标数据库或目标数据库中的要素数据集，在“输出要素类”文本框中为导入的新要素类输入名字，在“字段映射”栏中，可以选择需要导入的字段，并输入导入后的新的字段名。 单击“完成”按钮，导入的shapefile将出现在目标数据库或数据库中的数据集中。 如果在第一步中选择“to geodatabase(multiple),可以实现多个shapefile一次导入到目标数据库中。2) 载入数据当导入shapefile、coverage、info表和dbase表、cad、raster等到geodatabase时，导入的数据作为新的要素类或新表存在。在导入这些数据之前，这些要素类和表是不存在的。数据载入不同于数据导入。数据载入要求geodatabase中必须首先存在与被载入数据具有结构匹配的数据对象。数据载入的操作步骤如下： 在arccatalog中，右键单击想载入到数据库的要素类或表 ，单击“载入”，单击“加载数据”，出现“简单数据加载器”对话框。 单击下一步，打开“输入数据”对话框，浏览并找到要输入的要素类和表，单击“添加”，增加要素类和表到元数据列表中。 单击下一步，打开确定装载数据的目标数据库和目标要素类的对话框，选择“不想把数据装载到一个指定的子类型中”。 单击下一步，打开源字段匹配到目标字段对话框，选择同目标字段匹配的源数据的字段。 单击下一步，打开装载源数据对话框，如果需要装载全部源数据，选择默认第一个选项，单击下一步，打开参数总结信息框，单击“完成”。如果需要载入部分源数据，在装载源数据对话框选择第二项，单击“查询数据”，建立属性查询限制条件，限制装入到目标数据库中源数据的要素。四、geodatabase的优势地理空间数据模型从最初的cad数据模型到coverage数据模型，再发展为现今普通使用的geodatabase 数据模型，经历了几十年的时间。geodatabase为gis应用程序提供常用的数据接口和管理框架，提供了处理丰富数据类型、应用复杂规则和关系、存取大量地理数据等功能。geodatabase的优势主要在该模型对关系数据库的扩展，具体体现以下几个方面：(1) geodatabase存储要素的几何特性，便于开发gis应用程序中的空间操作功能，比如查找与要素邻近的对象或者具