地理数据库geodatabase概述.docx

1、地理数据库geodatabase概述地理数据库 (geodatabase) 概述什么是地理数据库？在最基本的层面上，ArcGIS 地理数据库是存储在通用文件系统文件夹、Microsoft Access 数据库或多用户关系 DBMS（如 Oracle、Microsoft SQL Server、PostgreSQL、Informix 或 IBM DB2）中的各种类型地理数据集的集合。地理数据库大小不一且拥有不同数量的用户，可以小到只是基于文件构建的小型单用户数据库，也可以大到成为可由许多用户访问的大型工作组、部门及企业地理数据库。但地理数据库不只是数据集的集合；术语“地理数据库”在 ArcGIS

2、中有多个含义：地理数据库是 ArcGIS 的原生数据结构，并且是用于编辑和数据管理的主要数据格式。当 ArcGIS 使用多个地理信息系统 (GIS) 文件格式的地理信息时，会使用地理数据库功能。它是地理信息的物理存储，主要使用数据库管理系统 (DBMS) 或文件系统。通过 ArcGIS 或通过使用 SQL 的数据库管理系统，可以访问和使用数据集集合的此物理实例。地理数据库具有全面的信息模型，用于表示和管理地理信息。此全面信息模型以一系列用于保存要素类、栅格数据集和属性的表的方式来实现。此外，高级 GIS 数据对象可添加以下内容：GIS 行为；用于管理空间完整性的规则；以及用于处理核心要素、栅格

3、数据和属性的大量空间关系的工具。地理数据库软件逻辑提供了 ArcGIS 中使用的通用应用程序逻辑，用于访问和处理各种文件中以及各种格式的所有地理数据。该逻辑支持处理地理数据库，包括处理 shapefile、计算机辅助绘图 (CAD) 文件、不规则三角网 (TIN)、格网、CAD 数据、影像、地理标记语言 (GML) 文件和大量其他 GIS 数据源。地理数据库具有用于管理 GIS 数据工作流的事务模型。地理数据库 (geodatabase) 的架构地理数据库存储模型以一系列简单但核心的关系数据库概念为基础，并利用了基础数据库管理系统 (DBMS) 的优势。简单表和明确定义的属性类型用于存储各地理

4、数据集的方案、规则、库以及空间属性数据。该方法为存储和使用数据提供了一个正式模型。通过此方法，可使用结构化查询语言 (SQL)（即一系列关系函数和运算符）来创建、修改以及查询表及其数据元素。通过检查具有面几何的要素在地理数据库中的建模方式，您可以了解上述操作的工作原理。要素类以表的形式存储，通常称为基表或业务表。表中的每一行代表一个要素。shape 列保存每个要素的面几何。当表中的内容（包括 shape）以 SQL 空间类型存储时，可通过 SQL 进行访问。然而，只是向 DBMS 添加空间类型和对空间属性的 SQL 支持并不足以支持 GIS。ArcGIS 采用多层应用程序架构，在地理数据库存储

5、模型之上的应用程序层执行高级逻辑和行为。该应用程序逻辑支持一系列通用地理信息系统 (GIS) 数据对象和行为，如要素类、栅格数据集、拓扑、网络以及更多。地理数据库 (geodatabase) 为对象关系型地理数据库使用在其他高级 DBMS 应用程序中的相同多层应用程序架构来实现；地理数据库的实现不存在任何特别之处。地理数据库的这种多层架构有时被称为对象关系模型。地理数据库对象在具有标识的 DBMS 表中以行形式保存，而行为通过地理数据库应用程序逻辑提供。通过将应用程序逻辑与存储相分离，可支持多个不同的 DBMS 以及多种数据格式。关系数据库中的地理数据库 (geodatabase) 存储地理数

6、据库的核心部分是一个标准的关系数据库方案（一系列标准的数据库表、列类型、索引和其他数据库对象）。方案保留在定义地理信息完整性和行为的 DBMS 的一系列地理数据库系统表中。这些表或者以文件的形式存储到磁盘上，或者存储到 DBMS 的数据库中，如 Oracle、IBM DB2、PostgreSQL、IBM Informix 或 Microsoft SQL Server。明确定义的列类型用于存储传统表格属性。将地理数据库存储在 DBMS 中时，空间制图表达（多用矢量或栅格表示）通常使用扩展的空间类型进行存储。地理数据库包含两组主要表：系统表和数据集表。数据集表 - 地理数据库中的每个数据集都存储在

7、一个或多个表中。这些数据集表使用系统表管理数据。系统表 - 地理数据库系统表用于追踪每个地理数据库的内容。它们实质上描述的是指定所有数据集定义、规则和关系的地理数据库架构。这些系统表包含并管理元数据，所有这些元数据均为实现地理数据库属性、数据验证规则和行为所需。从 ArcGIS 10 版本开始，这些表的内部结构进行了重建。与地理数据库中的方案相关的信息（即 ArcGIS 10 之前的信息存储在超过 35 个地理数据库系统表中）被合并为四个主要的表：GDB_Items - 包含地理数据库中的所有项（例如要素类、拓扑和属性域）的列表GDB_ItemTypes - 包含识别的项类型（例如表）的预定义

8、列表GDB_ItemRelationships - 包含各个项之间的方案关联，例如要素数据集中包含哪些要素类GDB_ItemRelationshipTypes - 包含识别的关系类型（例如 DatasetInFeatureDataset）的预定义列表将数据集表和系统表共同用于显示和管理地理数据库的内容。例如，以基础存储格式进行查看时，要素类只是一个包含空间列的表。但通过 ArcGIS 访问时，存储在系统表中的所有规则将与基础数据相结合，从而使所呈现的要素类具备所有定义的行为。其他表根据使用的地理数据库类型以及用来存储该地理数据库的 DBMS 的不同，系统表集可能会有所不同。ArcSDE 地理数

9、据库的系统表集与文件地理数据库不同，而文件地理数据库的系统表集又与个人地理数据库略有不同。对于 ArcSDE 地理数据库，针对特定 DBMS 对地理数据库的不同系统表进行了定义。由于用户不需要与文件和个人地理数据库中存储的不同表进行交互，因此未作详细介绍。地理数据库快速浏览地理数据库是各种类型地理数据集的集合。在本主题中，您将了解有关地理数据库的基础知识。这些概念将帮助您形成基本的知识框架，从而进一步了解地理数据库并有效地使用它们来开展 GIS 工作。地理数据库中的基本数据集数据集是地理数据库的一个重要概念。它是在 ArcGIS 中组织和使用地理信息的主要途径。地理数据库包含三种主要数据集类型

10、：要素类栅格数据集表创建这些数据集类型的集合是设计和构建地理数据库的第一步。用户通常是以构建若干上述三种基本数据集来开始构建地理数据库的。然后，用户可以使用更高级的功能（例如添加拓扑、网络或子类型）来添加或扩展地理数据库，以便建模 GIS 行为、维护数据完整性和处理重要的空间关系集。地理数据库在表和文件中的存储地理数据库存储既包括各个地理数据集的架构和规则库，也包括空间和属性数据的简单表格存储。地理数据库中的三种主要数据集（要素类、属性表和栅格数据集）以及其他地理数据库元素都是使用表来存储的。地理数据集中的空间制图表达以矢量要素或栅格的形式存储。除常规的表格属性字段外，还会在属性列中存储和管理

11、这些几何。要素类以表的形式存储。每行表示一个要素。在下面的多边形要素类表中，Shape 列用于保存每个要素的多边形几何。值 Polygon 用于指定该字段中包含的坐标和几何可在一行中定义一个多边形。一个重要的地理数据库策略是充分利用数据库管理系统 (DBMS) 将 GIS 数据集以及用户数量扩展到极大的规模（例如，从仅能支持一个或几个用户的简单小型数据库扩展到可以支持上百万个要素和几千个同步用户的大型数据库）。表是地理数据集的主要存储形式。SQL 十分适用于对表中的行进行查询和集处理，因此地理数据库策略就是要充分利用这些功能。地理数据库支持使用 SQL 访问以下 DBMS 中的要素几何：Ora

12、cle（使用 ArcSDE SQL 类型，或在使用 Oracle Spatial 的情况下使用 Oracle Spatial SQL 类型）IBM DB2IBM InformixMicrosoft SQL ServerInformixPostgreSQL（如果要使用 PostGIS，则使用 ST_Geometry 或 PostGIS 几何类型）适用于 ArcSDE 的基础 SQL API 以 ISO SQL/MM Spatial 和 OGC 简单要素 SQL 规范为基础，这些规范对 SQL 在矢量几何类型标准方面进行了扩充。高级地理数据类型扩展了要素类、栅格和属性表大量地理数据库元素用来扩展简

13、单表、要素和栅格，以建模空间关系、添加丰富的行为、改善数据完整性并扩展地理数据库的数据管理功能。地理数据库架构中包括所有这些扩展功能的定义、完整性规则和行为。其中包括坐标系的属性、坐标分辨率、要素类、拓扑、网络、栅格目录、关系和域。架构信息保留在 DBMS 的地理数据库元表集合中。这些表定义地理信息的完整性和行为。地理数据库元素无论 GIS 用户使用什么系统，他们都将用到三种基本的数据集类型。用户将有一组要素类（类似于保存着大量 ESRI shapefile 的文件夹）；用户将有若干属性表（dBASE 文件、Microsoft Access 表、Excel 电子表格、DBMS 等）；多数情况下

14、，用户还将有许多需要处理的影像和栅格数据集。从根本上来说，所有地理数据库包含的内容都是一样的。这种数据集的集合可以看作是 GIS 数据库设计的通用起点。必要时，用户可对数据模型进行扩展以支持某些必需的功能。地理数据库具有许多附加数据元素和数据集类型，以供用户扩展数据集的这一基础集合。有关详细信息，请参阅扩展表、扩展要素类和扩展栅格。地理数据库事务和版本化ArcSDE 地理数据库支持版本化和长期事务 地理数据库除了支持可在超大规模高性能数据库中使用的多种数据类型（如注记、拓扑、网络、地形和地址定位器）以外，还支持功能完善的事务框架，可对多种数据管理工作流程和操作进行管理。许多情况都需要多个并发编

15、辑器。检出和检入将更新。通过共享复本之间的“仅更改”更新来同步多份副本，这些复本可以具有任意数量的 DBMS 类型（如 Oracle 和 SQL Server），且无需连接。创建、管理和使用历史存档（例如，分析和叠加宗地数据库在 2006 年 5 月 1 日的状态）。有关地理数据库的基本知识如果您是初次使用地理数据库或希望了解更多相关知识，以下主题会为快速入门提供很好的概念性综述。帮助内容 注GIS 数据的基础知识本部分介绍一些有助于构建和应用地理数据库的基本原则。首先是第一个主题，地图如何传达地理信息。地理数据库概述帮助的本部分主题介绍所有地理数据库的基础内容：表、要素和栅格数据。首先阅读名

16、为表基础知识的主题，然后阅读本帮助部分后面的所有主题。地理数据库的架构本部分中的主题说明了要素和栅格数据如何存储在表中，地理数据库结构为何使用简单要素执行关系数据库技术以及它如何利用关系数据库技术。请参阅地理数据库的架构。使用地理数据库时不需要此信息。它为地理数据库以及在日常使用中可如何利用该地理数据库提供了良好的背景信息。设计地理数据库这是实际设计概述和可遵循的简单步骤，该步骤可辅助用户构建自己的地理数据库。要素类设计本要素类设计主题说明了使用其他功能（例如，拓扑、网络或地形）扩展要素类的原因并为用户提供有关实现的详细信息。构建地理数据库首先创建一个新地理数据库。此处有两个有用的主题： 创建

17、地理数据库定义地理数据库属性向地理数据库添加数据集要开始填充地理数据库的内容，请参阅将数据集添加到地理数据库的概述。向地理数据库添加高级数据元素如果要进行更复杂的操作，而不仅仅进行处理 shapefile 这种程度的操作（例如添加拓扑、网络、地理编码定位器或注记），请参阅“构建地理数据库”帮助手册中的名为“使用地理数据库数据集”的帮助主题。它包含大量有关扩展地理数据库的主题，用以支持各种添加的功能，例如，关于添加拓扑的所有信息。地理数据库版本化和复制如果希望使用多用户地理数据库并在组织中（甚至向外部）分发地理数据库副本，请使用版本化和复制。有关版本化的信息，请参阅了解版本化。有关复制的信息，请

18、参阅使用地理数据库复制。使用 SQL 来访问和操作地理数据库这些主题介绍了 ArcSDE 地理数据库中管理的空间类型的 SQL 接口。SQL 接口支持 Informix、DB2、Oracle、PostgreSQL 和 SQL Server。请参阅使用 SQL 访问地理数据库。管理 ArcSDE 地理数据库管理 ArcSDE 地理数据库主题下的管理员库介绍了 ArcSDE 地理数据库的安装、配置、维护和调整信息。表基础知识地理数据库中的属性基于一系列简单且必要的关系数据概念在表中进行管理：表包含行。表中所有行具有相同的列。每个列都有一个数据类型，例如，整型、十进制数字型、字符型和日期型。可使用一

19、系列关系函数和运算符（例如 SQL）在表及其数据元素上进行运算。表和关系在 ArcGIS 中的作用与在传统数据库应用程序中的作用同样重要。可以用表中的行存储所有地理对象的属性。这包括在“形状”列中保存和管理要素几何。以下的两个表说明如何使用公用字段将其中的记录相互关联。地理数据库中的属性数据类型地理数据库中支持用多种列类型保存和管理属性。可用的列类型包括多种数字类型、文本、日期、二进制大对象 (BLOB) 和全局唯一标识符 (GUID)。地理数据库中支持的属性列类型包括数字：可以是四种数字数据类型之一：短整型、长整型、单精度浮点数（通常称为浮点型）和双精度浮点数（通常称为双精度型）。文本： 任

20、何一组一定长度的字母数字字符。日期： 保存日期和时间数据。BLOB：二进制大对象用于保存和管理二进制信息，例如符号和 CAD 几何。全局标识符：GlobalID 和 GUID 数据类型存储注册表样式的字符串，该字符串包含用大括号括起来的 36 个字符。这些字符串用于唯一识别单个地理数据库中和跨多个地理数据库的要素或表行。这些字符串经常用于管理关系，尤其是数据管理、版本化、仅更改更新和复制。XML 列类型也可通过编程接口得到支持。XML 列可以包含任何格式化的 XML 内容（例如元数据 XML）。有关详细信息，请参阅地理数据库字段数据类型。扩展表这些表提供有关地理数据库中要素、栅格和传统属性表的

21、描述性信息。用户可使用这些表执行许多传统的表格操作和关系操作。地理数据库中包含一组重要功能，可选择使用这些功能来扩展表的功能。其中包括以下内容：在地理数据库中使用属性表 使用 要实现的目的 属性域 为属性列指定有效值列表或有效值范围。使用域帮助确保属性值的完整性。域经常用来强制执行数据分类（例如道路类、分区代码和土地使用分类）。关系类 使用公用键在两个表之间构建关系。基于在源表中选择的行查找另一个表中相关联的行。子类型 在一个表中管理一组属性子类。要素类表经常使用此子类型来管理同一要素类型子集上的不同行为。版本管理 管理 GIS 工作流要求的长期更新事务、历史存档和多用户编辑。要素类基础知识要

22、素类是具有相同空间制图表达（如点、线或多边形）和一组通用属性列的常用要素的同类集合，例如，表示道路中心线的线要素类。地理数据库中最常用的四个要素类分别是点、线、多边形和注记（地图文本的地理数据库名称）。在下图中，使用它们来表示同一个区域的四个数据集：(1) 以点形式存在的检修孔盖、(2) 下水道管线、(3) 宗地多边形和 (4) 街道名注记。在此图中，您也可能已对潜在需求进行了标注，以便对某些高级要素属性建模。例如，下水道管线和检修孔盖位置构成了一个雨水下水道网络，您可以使用该系统来对径流和流量建模。此外，还应注意相邻宗地如何共用公共边界。大多数宗地用户都希望使用拓扑来维护共享要素边界在数据集

23、中的完整性。如前文所述，用户通常需要在地理数据集中对此类空间关系和行为进行建模。在此种情况下，用户将通过添加多个高级地理数据库元素（如拓扑、网络数据集、terrain 和地址定位器）来扩展这些基本要素类。在扩展要素类中，可了解有关向地理数据库添加此类高级行为的详细信息。地理数据库中要素类的类型矢量要素（带有矢量几何的地理对象）是一种常用的地理数据类型，其用途广泛，非常适合表示带有离散边界的要素（例如，井、街道、河流、州和宗地）。要素只是一个对象，可将其地理制图表达（通常为点、线或多边形）存储为行中的其中一个属性（或字段）。在 ArcGIS 中，要素类是数据库表中存储有公共空间制图表达和属性集的

24、要素的同类集合，例如，线要素类用于表示道路中心线。注意:在地理数据库中创建要素类时，将要求您设置要素的类型以定义要素类的类型（点、线、多边形等）。通常，要素类是点、线或多边形的专题集合，不过，存在七种要素类类型：点 - 表示过小而无法表示为线或多边形以及点位置（如 GPS 观测值）的要素。线 - 表示形状和位置过窄而无法表示为区域的地理对象（如，街道中心线与河流）。也使用线来表示具有长度但没有面积的要素，如等高线和边界。多边形 - 一组具有多个面的面要素，表示同类要素类型（如州、县、宗地、土壤类型和土地使用区域）的形状和位置。注记 - 包含表示文本渲染方式的属性的地图文本。除了每个注记的文本字

25、符串，还包括一些其他属性（例如，用于放置文本的形状点、其字体与字号以及其他显示属性）。注记也可通过要素进行连接，并可包含子类。 尺寸 - 一种可显示特定长度或距离（例如，要指示建筑物某一侧、地块或两个要素之间距离的长度）的特殊注记类型。在 GIS 的设计、工程和公共事业应用中，经常会使用尺寸。 多点 - 由多个点组成的要素。多点通常用于管理非常大的点集合数组（如激光雷达点聚类），可包含数以亿计的点。对于此类点几何使用单一行是不可行的。将这些点聚类为多点行，可使地理数据库能够处理海量点集。 多面体 (Multipatch) - 一种 3D 几何，用于表示在三维空间中占用离散区域或体积的要素的外表

26、面或壳。多面体由平面 3D 环和三角形构成，将组合使用这两种形状以建立三维壳模型。可使用多面体来表示从简单对象（如，球体和立方体）到复杂对象（如，等值面和建筑物）的任何事物。 要素几何和要素坐标要素类包含各要素的几何形状和描述性属性。各要素几何主要由各自的要素类型（点、线或多边形）定义。但是，也可定义其他几何属性。例如，要素可以是单部分或多部分 (multipart)、具有 3D 折点、具有线性测量值（称为 m 值）以及包含通过参数定义的曲线。本部分对这些功能进行了简要概述。单部分线和多部分 (multipart) 线以及多边形地理数据库中的线要素类和多边形要素类可由单部分或多部分构成。例如，

27、一个州可包含多个部分（夏威夷群岛），但被视为一个州要素。折点、线段、高程和测量值要素几何主要由坐标折点构成。线和多边形要素中的线段跨越折点。线段可以是笔直的边，也可以是通过参数定义的曲线。要素中的折点还可包含 z 值来表示高程测量值，包含 m 值来表示沿线要素的测量结果。线和多边形要素中的线段类型通过以下两个关键元素定义线和多边形：(1) 用于定义线或多边形形状的有序的折点列表和 (2) 在每对折点之间使用的线段的类型。可将每个线和多边形视为一个有序的折点集（可将其彼此相连以形成一个几何形状）。表达各线和多边形的另一种方法是将其视为相连线段的有序系列，其中各线段的类型为：直线、圆弧、椭圆弧或贝

28、塞尔曲线。默认线段类型为两个折点之间的直线。但是，当您需要定义曲线或参数形状时，可定义三个附加线段类型：圆弧、椭圆弧和贝塞尔曲线。这些形状通常用于表示宗地边界和道路等建筑环境。使用 z 值的垂直测量结果要素坐标可包括 x,y 和 x,y,z 折点。Z 值最常用于表示高程，但也可表示其他测量结果，如年降雨量或空气质量。要素可具有 x,y 坐标，也可具有添加的 z 高程值。使用 m 值的线性测量结果线状要素折点也可包括 m 值。某些 GIS 应用程序使用用于沿线状要素（例如沿道路、河流和管线）内插距离的线性测量系统。可为要素中的每个折点分配 m 值。一个常用的示例是运输部门所使用的公路里程标志测量

29、系统，用于沿公路记录路面状况、速度限制、事故位置以及其他事故点。两个常用测量单位是：距设定位置的里程标志距离（例如，表示县的线）和距参考标记的距离。测量折点可为 (x,y,m) 或 (x,y,z,m)。对这些数据类型的支持通常称为线性参考。对沿着这些测量系统发生的事件进行地理定位的过程称为动态分段。测得的坐标形成这些系统的基本结构单元。在 ArcGIS 的线性参考实现中，术语路径 是指具有唯一标识符和通用测量系统的任意线状要素（如城市街道、公路、河流或管线）。可基于线要素类构建使用通用测量系统的路径集合，如下所示：有关详细信息，请参阅线性参考概述。要素容差在 GIS 数据管理中，位置准确性以及

30、对高精度数据管理框架的支持至关重要。能够足够精确地存储坐标信息成为关键要求。坐标精度用于描述记录位置时使用的位数。它定义采集和管理空间数据时所用的分辨率。由于地理数据库能够记录高精度坐标，因此当数据采集工具和传感器随着时间的推移不断改进时，用户可构建具有高精度等级和较高分辨率的数据集（来自测量和土木工程的数据输入、地籍和 COGO 数据采集、增大的影像分辨率、激光雷达，以及根据 CAD 构建方案等）。地理数据库使用整数记录坐标，并可处理较高精度的位置。在各种 ArcGIS 操作中，使用某些关键几何属性处理和管理地理数据库的要素坐标。这些属性是在创建各要素类或要素数据集的过程中定义的。以下几何属

31、性可帮助定义在各种空间处理和几何操作中使用的坐标分辨率和处理容差：x,y 分辨率：记录要素类中的坐标时使用的精度x,y 容差：用于使用重叠几何来拓扑要素的拓扑容差；在拓扑、要素叠加和相关操作中使用z 容差和 z 分辨率：3D 数据集中的垂直坐标维度的容差和分辨率属性（例如，高程测量值）M 容差和 m 分辨率：在线性参考数据集中使用的、沿线要素的测量值的容差和分辨率属性（例如，沿道路方向、以米为单位的距离）X,y 分辨率 要素类或要素数据集的 x,y 分辨率是用于存储 x,y 坐标值的数值精度。精度对于进行准确的要素制图表达、分析和映射十分重要。x,y 分辨率定义用于存储要素坐标的小数位数或有效数字位数（以 x 和 y 为单位）。可将分辨率视为定义一个在其上捕捉所有坐标的非常精细的格网网格。在 ArcGIS 中，坐标值实际上是以整数形式进行存储和运算。因此，有时将此格网网格称作整型格网或坐标格网。分辨率用于定义可放置所有坐标的坐标格网中的两个网格之间的距离。以数据的单位（根据数据的坐标系）表示 x,y 分辨率，例如，以美国国家平面英尺、UTM 米或亚尔勃斯米为单位。在 ArcGIS 9.2 或更高版本中创建的要素类的默认 x,y