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GIS建模方法

welly24
2010-11-18 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《GIS建模方法pdf》,可适用于工程科技领域

Modeling our World 目录 第一章 对象建模与Geodatabase ··········································  GIS对象建模  地理数据模型的发展  Geodatabase-地理数据存储仓库  面向对象数据模型中的要素  地理数据服务  地理数据访问  创建数据模型  UML 对象模型图阅读指南 技术动向   技术动向  第二章 地图信息表达···············································  地图的功能   地图如何表达信息   地图的组成部分   使用图层表达地理信息  要素符号化   要素图层的绘制   对属性值进行分级(分类)   专题图、光谱或图像数据的显示   用TIN 可视化表面  第三章 GIS数据表达················································  GIS 的基本原理   GIS 的广泛应用   现实世界的三种表现形式   模拟表面   模拟影像或取样数据   模拟离散要素   空间数据表达方式的比较   第四章 地理数据的结构·············································  Catalog和数据连接  42地理数据库、数据集和要素类  ArcInfo的工作空间和coverages   Shapefile和CAD文件   地图和图层   比较矢量数据集的结构  矢量数据集中要素几何形状的比较   第五章 智能化要素················································· 要素的性质 智能化要素的步骤 geodatabase 设计  第六章 要素的几何特征·············································  几何形状与要素  几何特征的构建  空间关系的测试  拓扑算子的应用  几何对象模型  第七章 基于版本的工作流管理······································ 版本使用 长事务处理与geodatabase 版本的基本原理 编辑版本geodatabase  工作流类型  第八章 网络分析·················································· 模拟基础设施 网络模型 网络要素的连接 网络要素 网络流 网络分析 网络分析算法 网络对象模型  第九章 基于像元的栅格数据模型···································· 用栅格数据模型来描述地理现象  用栅格数据模型来描述地理现象  栅格数据的使用  栅格数据模型  栅格数据的显示和分析  栅格数据间的空间关联  栅格数据格式  第十章 TIN 表面模型···············································  表面描述 TIN 的结构  模拟表面要素  第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina第一章对象建模与geodatabase本章内容:l使用GIS进行对象建模l地理数据模型的发展lGeodatabase地理数据存储仓库l面向对象数据模型中的要素l地理数据服务及访问l创建数据模型lUML对象图导读l技术发展趋势地理数据模型是GIS中用以对真实世界进行模拟表达它能够应用于地图生产、交互式信息查询以及功能分析等。数据库技术和软件技术的不断发展也促进了新一代地理数据模型的产生。/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心GIS对象建模地理信息系统(GIS)的目标是提供一个空间框架在这个体系中我们可以对地球资源的合理化应用以及人类环境的可持续发展管理进行决策支持。更通俗的说GIS以地图及符号的形式传递信息使用地图我们可以知道哪儿有什么东西、这些东西是什么、使用什么交通工具经过哪些线路能到达那儿并且我们还可以知道与目的物邻近的地方还有哪些东西。我们也可以从单机GIS上交互式的获取信息在这样的GIS中可以获取到很多印刷地图上无法表达的信息。比如我们可以查询要素的所有属性获取网络中与某一个点要素连通的事物列表还可以模拟水流量、传输耗时统计以及污染源扩散信息等。在GIS中地理对象建模尤其重要系统中的信息显示和分析方法都取决于地理信息数据模型。本书的重心便是描述地理对象的建模。系统建模的方式人类和现实事物的交互是丰富多彩的对现实世界建模的方式因此也多种多样。比如河流:我们知道河流是地球表面上的非常重要的元素。河流属于自然要素人们使用其作为交通运输工具还将其作为划分行政区域界线的重大依据。在GIS中可以考虑使用以下几种方式进行河流建模:l河流做为组成网络的一系列线要素。每条线段都拥有流量、容量和其它属性。你可以使用线性网络模型(几何网络)来分析水文流量或者船务运输等。l河流做为疆土的边界。河流可以作为政治区域比如省或者县的边界线或者作为自然区域的疆界线比如野生动物栖息地的自然边界。l河流做为面状要素表达具备堤岸、河网以及航线等等描述信息。l河流做为模拟表面的一系列弯曲的地槽。通过地表河流的路径你可以计算它的下降剖面和比率、径流分水岭还有在预定降水量情况下洪灾发生的可能性。/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina地图的使用方式决定数据模型选取通过上面的例子我们可以明显感受到像河流这样普遍的地理要素能在GIS中以多种方式表达。那么我们应该怎样得到模拟河流的最佳模型呢?实际上最好的通用数据模型是不存在的。数据模型的优劣取决于你的需要。在你的GIS中你需要使用什么类型的地图需要解决什么样的问题这才是决定数据模型优劣的标准。也就是说数据的使用方式是决定数据模型选取的关键。关键术语:l要素类(features)在地图上要素类是离散对象。“小”对象(smallobjects)表示为点要素“长”对象表示为线要素“大”对象表示为多边形要素l几何网络(Geometricnetwork)几何网络用于存储参与线性拓扑功能的一系列线要素体线增强型的线性拓扑功能。几何网络适用于使用跟踪(trace)分析的系统如电力网络、河流网络、道路交通网络l拓扑(topology)拓扑存储地理对象之间的空间关系可以通过指定拓扑规则来实现对现实世界的模拟比如在土地利用信息中每一片土地都对应一种土地类型地块之间不允许存在缝隙(gap)这样可以使用“MustNotHaveGap”的规则来管理土地利用数据l表面(surface)在Geodatabase中地球表面可以使用TIN来存储其中高程值存储在栅格像元中地球表面也可以使用等高线来表现l位址(Location)Geodatabase中使用地址、XY坐标定位、邮政编码、地区名称以及Route等工具来体现Location(位址)。l影像(image)在Geodatabase使用现有的栅格技术表现连续的影像数据。影像可用于作为地图的背景底图地理数据模型的发展地理数据模型是对真实世界的抽象它是由一系列支持地图显示、查询、编辑和分析的数据对象组成的。ArcInfo引入了全新的面向对象的数据模型geodatabase数据模型。它能够表达要素的自然行为以及这些行为的关联。这个全新的数据模型的意义是非常重大的。为了我们能够很好理解Geodatabase下面预先回顾以前使用过的地理数据模型。CAD数据模型最早的计算机制图系统使用阴极射线管的显示线绘制矢量地图、使用行式打印机上的/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心加印技术绘制栅格地图。以此为起源十九世纪六十到七十年代出现了精致的绘图硬件工具以及能够使用合理逼真制图技术将地图符号化的制图软件。这一时代地图通常用一般的CAD(计算机辅助制图)软件来制作。CAD数据模型以表示点、线、面的二进制文件格式存储地理数据。但是这些文件中不能存储足够多的属性信息。地图图层和注记标注是基本的属性描述。Coverage数据模型年ESRI(EnvironmentalSystemResearchInstituteInc)推出了它的第一个商用GIS软件ArcInfo它实现了第二代地理数据模型coverage数据模型(也称地理关系数据模型)。这个模型有两个关键之处:l空间数据与属性数据相结合。空间数据存储在二进制索引文件中使得显示和访问最优化。属性数据存储在表格中用等于二进制文件中要素数目的行来存储并且属性和要素使用同一ID连接。l矢量要素之间的拓扑关系也被存储。这意味着线的空间数据记录包含这些信息:哪些结点分割线、可以推算有哪些线相连同时还包含线的右侧及左侧有哪些多边形的信息。在Coverage数据格式中要素集中的点、弧段、多边形要素是和属性表是一一对应的Coverage数据模型的优势是用户可以自定义要素表格不仅可以添加字段并且还可以建立与外部数据表格的关联。因为计算机硬件和数据库软件的性能局限当时把空间数据直接存储在关系数据库是不可能的。所以coverage数据模型将二进制文件中的空间数据与表格中的属性数据连接起来。尽管将空间数据和属性数据分开存储coverage数据模型依然在GIS领域占统治地位。其原因在于:coverage数据模型使追求高性能的GIS成为可能储拓扑关系的存储使得高级的地理分析操作和更精确的数据输入得以实现。Coverage数据模型的局限Coverage数据模型有个重大缺陷要素是以统一的行为聚集的点、线和面的集合。也就是说表示道路的线的行为和表示溪流的线的行为是一模一样的显然这并不是我们所需求的。Coverage数据模型支持的这种特定的行为加强了数据集的拓扑整合。例如在coverage中如果你穿过多边形添加一条新的弧线多边形会被自动分成两块。但是光有上述的这些行为对于现实世界的模拟还是不够的。我们还需要支持真实世界对象的特殊行为。比如溪流沿山坡线向下游并且当两条溪流汇聚时其流量应是上游两条溪流流量的总和。另外当两条道路交叉的时候在它们的连接处就应该有一个交叉路口除非有另外的一个天桥或地道。这些事情在coverage中是很难完成的。/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina在coverage中自定义要素在coverage数据模型中ArcInfo应用开发者已经取得了一些显著的成果他们用AML语言编写宏代码来向要素添加某些类型的行为。在coverage中许多复杂的、大规模的、特定的工业应用得到了成功模拟与创建。然而随着应用变得复杂当需要一种更好的关联要素及其行为的数据模型的时候在coverage的基础上编写再好的代码也无法满足应用的需求。并且对于开发商来说要将数据模型与最新的应用代码保持一致是一个难度太大的问题。因此对新一代地理数据模型出现的需求越来越迫切在这个新模型中要求具有能够将要素与行为紧密结合的体系框架。Geodatabase数据模型ArcInfo引入了一种新的面向对象的数据模型geodatabase数据模型。在这个全新的数据模型中通过给要素添加更贴切的“自然”行为从而使得GIS数据库中的要素更加智能化在Geodatabase中还允许在要素之间定义几种类型的关联。Geodatabase数据模型中数据的物理模型与逻辑模型的概念联系更加紧密。Geodatabase中的数据对象大多都是用户在逻辑数据模型中定义的对象如业主、建筑物、宗地和道路等等。其实有了geodatabase数据模型你就可以在不需要编写任何代码的情况下轻松实现大量的“自定义”行为了这些所谓的“自定义”行为在以前的数据模型中都是需要编写代码才可以实现的。这些行为可以通过域、验证规则和ArcInfo软件框架中为Geodatabase提供的其它功能来实现。有了geodatabase数据模型只有在要素需求特别专业化的行为操作的时候才需要用到代码编写。对象交互作用的方案面向对象的数据模型是十分重要的可以浏览底下描述的要素所需要执行的常见的任务工作。从这些执行方案中你可以体验到面向对象数据模型的优点。下面我们可以看看geodatabase数据模型的一些特定性质。添加和编辑要素当你向GIS数据库添加地理要素时你需要根据一些规则来确保数据的准确性:l如果需要对要素赋值那么这些要素必须是预先定义的一组允许的值域范围内的一个。例如地块要有特定的土地利用类型如居民地、农业用地或工业用地。每个要素对应一条记录记录的某个列值可以通过域(Domain)限定l只有在某些条件满足时要素才能与其它要素邻接或相连。把酒店放在学校附近是违法的。城市道路不能与高速公路相连除非有如辅桥这样的连接设备。/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心通过空间位置确定在学校周围有哪些不符合距离要求的酒吧道路交通中的主要设施之间必须通过相应的辅助设施实现连通l某些要素的集合要与它们的自然空间分布一致。河流是由上游向下汇流的汇聚点的流量是上游河流的总流量。l要素的几何形状遵从它的逻辑分布。组成道路的线和曲线应该是正切的建筑物转角通常是直角。要素之间的关联现实世界中的对象都与其它对象有着错综复杂的关联。从GIS角度出发这些关联可以划分为三种:拓扑、空间和普通(general)。以下是各个类型的关联的实际例子:l当你在一个电力设施系统中编辑要素时你要保证一级线路和二级线路的末端正确/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina连通并且可以在该电力网络上做跟踪分析。当你在连通系统中载入和编辑要素的同时需要定义一系列的拓扑关系。l当你处理一幅有建筑物、街区和学校的地图时你可能需要决定在哪个街区创建某一特定建筑物、在学校区域中应该有哪些建筑物还有哪个街区应该不包含建筑物。这些都属于GIS的基本功能判断要素是否在另一要素内、是否接触、在另一要素外或与另一要素重叠。空间关联是从要素的几何形状来获取的。l还有一些对象可能在图上无法表现关联。比如地块与业主存在关联但业主并不能够表现为地图上的要素使用普通的关联就可以将地块和业主连接起来。另外对于地图上某些要素之间具有的关联然而它们的空间关联可能很难判断。比如用度表在变压器邻近但它们并不接触。在狭促的地图中很有可能无法使用空间关联将用度表和变压器的关联表达出来这时我们需要使用一般关联将这两个要素关联在一起。制图显示在大多数情况下用户都可以使用预先定义好的符号绘制要素但有些时候现有的符号库无法满足制图需要因此需要对地图符号进行定制。比如:/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心l显示等高线的时候你要在等高线的平直部分高程标注比如以一个平均英寸的间距标注且不能遮盖其它要素。l当你在一幅内容详尽的地图上绘制道路时你需要将道路绘制成平行线且在相交处有明显的交点。l当多条输电线物理地搭建在同一个电线杆上你需要以一组平行线来区分描述它们并且定义它们之间的间距。互操作分析动态地图显示中用户可以对要素进行操作、获取要素的属性及关联并进行分析操作。比如:l操作地图中的显示要素使用表格查询属性更新要素属性值。l查找电力网络中需要维修的线路分析得到所有受影响的用户并做出邮件列表通知单。/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChinaGeodatabase数据模型的优点Geodatabase对要素建模是十分有效的下面列举说明。使用面向对象的数据建模可以定义自己的对象类型通过定义对象之间的拓扑、空间和普通关联以及获取它们之间的相互作用关系以便更自如地表现地理信息。以下是Geodatabase数据模型的一些优点:l地理数据统一存储的仓库。所有数据都能在同一数据库里存储并中心化管理。l数据输入和编辑更加准确通过智能的属性验证确定减少很多的编辑错误这对于很多用户来说便是采用geodatabase数据模型的最根本原因l用户更为直观地处理数据模型。有了准确的设计geodatabase包含了与用户数据模型相对应的数据对象。操作Geodatabase的数据与处理一般的点、线和多边形要素不同用户可以针对操作他们感兴趣的现实对象一样比如变压器、道路和湖泊等等。l要素具有丰富的关联环境。使用拓扑关系、空间表达和一般关联你不仅可以定义要素的特征还可以定义要素与其它要素的关联情况。当与要素相关的要素被移动、改变或删除的时候用户预先定义好的关联要素也会做出相应的变化。l可以制作蕴含丰富信息的地图。通过直接在ArcInfo制图应用窗口ArcMap中应用先进的绘图工具可以更好地控制要素的绘制还可以添加一些智能的绘图行为。有一些特殊的专业化绘图行为的操作也能够通过编写代码实现。l地图显示中要素是动态的。在ArcInfo中处理要素时它们能根据相邻要素的变化做出响应。你也可以将要素与自定义查询或分析工具关联到一起。l要素形状可以更形象地定义。Geodatabase数据模型中你可以使用直线、圆弧、椭圆弧和贝塞尔曲线来定义要素形状。l要素都是连续无缝的。Geodatabase中可以实现无缝无分块的海量要素的存储。l多用户并发编辑地理数据。Geodatabase数据模型允许多用户编辑同一区域的要素并可以协调出现的冲突。确切地说要实现上面列举的某些优点是可以不需要使用面向对象的数据模型的。但是如果不使用这种数据模型你发现会遇到很多的困难和麻烦很多时候你都得编写连接要素的外部代码但是这样的代码编写十分复杂并且容易出错。总的来说Geodatabase数据模型的主要优点是它搭建了一个框架这样用户便可以轻易地创建智能化要素模拟真实世界中对象之间的作用和行为。编译:张俊、孙朝阳、庄怀耀策划、审校:邢超主编:曾杉/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心Geodatabase地理数据存储仓库Geodatabase含有四种地理数据的描述方式:l描述要素(Feature)的矢量数据l描述影像(Image)、专题格网数据和表面的栅格数据l描述表面的不规则三角网络(TIN)l地理寻址的addresses(地址)和locator(定位器)Geodatabase将所有对地理数据存储到商业关系数据库中。这样我们将主流的数据库技术集成到ArcInfo中实现了地理数据的中央化管理。Geodatabase内部结构要素集空间参考对象类子类要素类子类关联类几何网络拓扑要素集(FeatureDataset)中的所有要素必须具有相同的坐标系统。因为在要素集中存储了Geodatabase的拓扑关系。空间参考(SpatialReference)是维护拓扑关系的关键。要素集中可以存储对象(Objects)、要素(features)及关联类(Relationshipclass)。对象不包含空间实体要素则相反。关联类可以将要素和对象关联到一起。需要指出的是对象、要素和关联类直接存储在Geodatabase中。而不需要非得存放在要素集中。对象类中存储的一组类型相同的对象。要素类是同种类型的要素的集合。要素类和对象类的区别在于:要素类中存储了空间信息而对象类中没有。关联类存储了对象类、要素类两两之间的关联信息。关联可以是对象类之间的、也可以是要素类之间的、或者要素类和对象类之间的。几何网络(GeometricNetwork)用于模拟线性系统如道路交通网络等。支持丰富的网络跟踪和分析功能。ArcGIS之后开始支持拓扑功能可以体现要素类之间的空间拓扑关系。这样的拓扑可以应用于各种几何类型的要素的空间关系分析和定义。域属性验证域(Domain)是对象属性的有效值集合。可以是文本型的也可以是数值型的。通过关联类和连通规则(connectivityrules)属性验证用以增强数据的完整性。栅格数据集栅格栅格数据集(RasterDatasets)可以表现为影像地图、表面、表现某个环境因子采样数据的Grid、或者是普通的实物照片。有些栅格数据具有多个波段。不规则三角形网络数据集不规则三角形网络数据集(TINdatasets)是从表面上采样高程点数据生成的不规则三角形。TIN可以用于模拟地球表面同时也可用于连续性的环境因子的分布研究比如碳元素的分布。/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina位址地址(Addresses)x,y定位邮政编码位置名称Route定位位址包含很多定位信息这样可以利用这些信息创建要素并且使用地图将这些要素显示。使用矢量格式描述要素现实世界中任何实体都具有天然形体矢量数据使用带有相关属性的有序坐标集来表现这些实体的形体这样的矢量数据在ArcInfo中称呼为要素(Feature)。矢量格式数据支持几何操作比如计算长度和面积同时还可以进行叠加、相交或最邻近要素查找等。矢量数据根据要素的尺寸分级:l点描述的是零维形状的、很小而不能够描述为线或面的地理要素。点存储为单个的带有属性值的x,y坐标对。l线是一维形状的描述狭窄而不能够描述为多边形(area)的地理要素。线存储为一系列有序的带有属性值的xy坐标。线的形状可以是直的、圆的、椭圆的、或带有旋转的。l多边形是二维形状描述由一系列线段围绕而成的一个封闭的具有一定面积的地理要素。这样的地理要素是封闭的、并且具有面积。还有一种特殊的矢量数据类型称呼为注记(annotation)。注记属于和要素相关联的有描述信息的标注(label)可以显示要素的名称或者其它属性。可以将注记理解为特殊的标注。Geodatabase依据要素的尺寸大小及关系将矢量数据组织到不同的结构体系中。如:要素集(FeatureDataset)中可以存储空间实体(要素)、非空间实体(对象)以及它们之间的关联(Relationships)。几何网络(Geometricnetwork)和拓扑(Topolopgy)工具体现了要素之间的空间拓扑关系。在ArcInfo的后续版本中我们还会看到更多体现空间拓扑的工具。Geodatabase中还存储了属性验证规则(validationrule)和域(domain)这样可以确保对要素创建或者更新操作时数据库数据的完整性。使用栅格来描述格网数据栅格数据使用网格形式组织这是由栅格数据的数据源所决定的。我们都知道普通的照相机或影像处理系统都是以二维的格网或栅格的像素值来记录数据的在Geodatabase中同样如此。每个像元(cell)代表栅格的一个像素要素像元值可以描述各种数据信息。像元中可以存储部分光谱的光的反射率、图片的颜色值还可以存储专题属性如植被类型、表面值或高程值。用TINS描述表面不规则三角形网络(TIN)是表面的一个模型。Geodatabas将TIN表达为带有高程的结点和带有边界的三角形的集合。在TIN的地域范围中任何点的高程值都可以内插获得。TIN可应用于表面分析譬如分水岭研究。TIN也可以描述地表的物理地貌。提示:在ArcInfo的先期版本中Geodatabase还无法实现TINS和栅格的存储。在这期间TIN存储在COVERAGE的工作空间中。注意:栅格数据只能存储在ArcSDEGeodatabase中PersonalGeodatabase中不支持栅格数据的存储。/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心使用定位器获取地址可以说地址查找是最普通的地理任务之一。Geodatabase可以存储地址以及其它位置信息。Geodatabase同时也存储创建位置要素的定位器的信息。关键提示:ArcInfo是个通用的地理信息显示和分析平台。ArcInfo可以操作多种数据源包括Geodatabase、coverage和shapefileGeodatabase数据访问对象由程序接口实现。数据可以通过三种视图方式访问:l关联表视图(relationaltableview)体现数据库底层表的物理存储内部细节。l简单要素视图(simpledataview)体现要素类型l对象视图(Objectview)体现接近于用户数据的概念模型图的高层次结构及其它底层细节。对象视图中观察的是对象模型图。面向对象的数据模型中的要素ArcInfo与以前版本的区别就是它在地理数据建模中使用了面向对象(objectoriented)的方法。开发者可以通过面向对象软件类的框架即Geodatabase数据访问对象(geodatabasedataaccessobjects)与数据对象进行互操作。面向对象的三个关键特征为:多态性、封装性和继承性。l多态性表明一个对象类的行为(或方法)可以与对象的变更相适应。不管要素存储于Geodatabase、Coverage还是Shapefile中要素的核心操作如绘制、增加或删除等都是一样的。l封装性意味着对象只能通过预先定义好的一系列软件方法访问同时这些方法被组织到软件接口中。Geodatabase数据访问对象隐藏了数据对象的内部细节并提供了标准的编程接口。l继承性表明一个对象类可以被定义成包含其它对象类的行为但对象类也可以具有其它行为。你可以在ArcInfo中创建定制的要素类型并继承标准要素的行为。比如一个变压器对象可以从一个标准的ArcInfo要素类型(比如一个简单的节点要素)中被扩展或分成子类。数据模型标准化Geodatabase数据访问对象包含提供对多个数据源的地理数据的统一访问的软件技术数据源可以是GeodatabaseCoverage和Shapefile。ArcInfo的开发者通过一系列的数据项如数据集、表、要素集、列、对象和要素与地理数据进行互操作。因为数据模型的标准化ArcInfo用户可以用相同的方法对GeodatabaseCoverage和Shapefile进行操作。数据模型标准化通过增加数据的共性来使用户对数据的操作简单化。可扩展要素Geodatabase的一个重要特性便是你可以有选择地创建定制的要素这样的要素可以描述为变压器和道路而不单单是点和线。这一点对于ArcInfo的用户尤为重要这意味着:你不仅仅是对变压器或道路这样的要素进行普通的地理信息显示、查询或者编辑了你可以对它们赋予行为!比如可以规定变/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina压器在被绘制的时候必须连接到电杆上的规则。再比如编辑道路要素的时候规定所有道路必须都是相互连通的。数据建模者可以在标准的要素类型基础上配置一个更加富有表现力的数据模型。开发者可以使用面向对象技术扩展标准的要素类型和创建定制要素以满足高级的专业应用定制。开发者在此基础上创建的定制要素与ArcInfo中提供的原有标准要素类具有同样的特性和功能。这意味着:可以通过程序定制来开发无限复杂要素行为。要素和面向对象Geodatabase中的要素被配置成为一系列的相关表。这些相关表的一部分是用于描述要素的收集另一部分描述要素之间的关系验证规则和属性域。ArcInfo管理这些表的结构和完整性并通过地理数据访问模型提出一个面向对象的地理数据模型。用户或者开发可以不用知道或者不用关心Geodatabase的内部结构。使用ArcInfo中的ArcCatalog应用程序用户边可以创建、修改和精炼Geodatabase数据的结构。如果你想知道Geodatabase的物理数据结构可以通过查看数据的对象图获取这让用户便可以创建更好的地理数据模型。编译:张俊、孙朝阳、庄怀耀策划、审校:邢超主编:曾杉/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心地理数据库服务有了ArcSDE软件这个空间数据引擎提供ArcInfo便能够访问空间数据库。在ArcSDE中你可以创建自己的Geodatabse并且这个Geodatabase在理论上可以是无限大的!同时ArcSDE还提供关系型数据库的开放接口。Geodatabase如何扩展数据库Geodatabase是表达地理信息的数据模型在很多方面增强了关系数据库的技术:lGeodatabase可以将地理数据描述为四种形式:不连续的对象描述为矢量数据连续对象描述为栅格数据表面描述为TINs将位址描述成为Locatro或address。lGeodatabase存储要素的几何形状ArcInfo中提供空间操作功能比如查找要素的邻近、相连或相交的对象。Geodatabase中还提供定义和管理数据的地理坐标系统的框架。lGeodatabase中的拓扑关系可以模拟道路运输事业或其它公用设施网络进行地理操作线性要素的拓扑功能是在几何网络(GeometricNetwork)中完成的lArcGISDesktop出现后Geodatabase中的拓扑工具(Topology)还可以定义不同类型的要素之间的拓扑关系。lGeodatabase中可以定义对象、要素之间的关联(Relationships)lGeodatabase通过定义域(Domain)和验证规则(Validationrule)来增强属性的完整性lGeodatabase将要素的“自然”行为绑定到存储要素的表中lGeodatabase可以具有多个版本(Version)同一时刻允许用户编辑对同一数据进行编辑个人Geodatabase(personalGeodatabase)和多用户GeodatabaseGeodatabase可以分成两种个人Geodatabase和多用户Geodatabase。ArcGISDesktop对个人Geodatabase操作有全功能支持。个人Geodatabase适用于小型项目的地理信息系统。PersonalGeodatabase可以使用Access数据库打开。在安装ArcInfo软件的同时微软Jet引擎也同时完成安装这样ArcInfo便可以创建和更新Access数据库。对于大型的企业数据库可以使用ArcSDE软件。ArcSDE安装管理企业数据的关系数据库的服务器上。通过TCPIPArcSDE为运行在PC上的ArcInfo应用程序提供Geodatabase。ArcSDE可以运行在WindowsNT或者在UNIX操作系统上。ArcSDE不仅提供对地理数据的远程访问而且还允许多用户同时编辑同一地理数据。ArcSDE可以实行海量数据的中央化管理。开放且可扩展的数据库服务器在ArcInfo中你可以根据自己的需要使用各种大小规格的Geodatabase。如果数据量不大你可以直接在ArcCatalog中使用个人Geodatabase。一般来说个人Geodatabase支持的对象少于个。它只支持同一时刻的单一编辑用。如果用户机构数据量巨大并且有对同一数据进行同时编辑的需求那么这时候便需要在关系数据库中配置ArcSDE了。使用ArcSDE软件的优点:l可以有弹性的选择数据库的规模和大小l可以使用关系数据库进行空间数据的存储/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChinal可以在WindowsNT上或UNIX上提供地理数据服务l可以向其它的应用程序比如:MapObjectArcIMSArcViewGIS和CAD客户端应用程序提供数据服务l可以中央化存储和管理Geodatabasel可以集成与OGC标准相符的应用程序。l可以使用结构化查询语句(SQL)应用程序来访问Geodatabase的表和记录Geodatabase提示:PersonalGeodatabase的功能集成在ArcInfo软件中。ArcSDE将geodatabase数据格式的功能和扩展了空间功能的关系型数据库有机结合。ArcSDE可以理解为ArcInfo的多用户扩展。地理数据访问开发人员可以从三个基本层次中获取Geodatabase数据:l通过Geodatabase数据访问对象它是ArcObject的一个子集。ArcObject是ArcMap和ArcCatalog软件构建的组件基础。l简单的非拓扑要素层次通过符合OGC简单要素协议的ArcSDE应用程序编程接口实现。l行列和表的层次上通过关系数据库的本地SQL接口实现。通过ArcObjects访问数据获取数据的最合适的方法是通过Geodatabase数据访问对象。在这个层次上Geodatabase的整个结构被展示出来:拓扑关系集成规则和行为同时还有栅格表面和位置显示。你可以通过ArcObjects使用VBA或VisualC或其它合适的COM开发环境编程获取数据。以下是一部分Geodatabase数据访问对象的一个简化的标准建模语言(UML)表它将在第四章“地理数据的结构”中被讨论。/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心访问简单要素的数据对于空间应用程序来说完全可以获取简单非拓扑要素形式的地理数据。ArcSDE下在支持CAPI和JavaAPI这两种语言都符合OGC简单要素规范。OGC是领导空间数据厂商的组织它的目的是开发标准的软件接口这样可以使得各种GIS空间数据可以自由地进行交换。在网络上拥有不同格式的地理数据的不同组织可以将本地数据格式组织为“简单要素”集成到应用程序中。ESRI是OGC技术规范最主要的贡献者并且承担地理数据公开交换的义务。通过SQL访问数据GIS是丰富的地理数据资料档案库这个资料档案库中管理存储了各种自然要素、交通运输之类的基础设施、或者入公共事业几何网络等等这样的数据。使用Geodatabase来维护和管理数据的时候外面的数据库应用程序可以有效地获取享的以非空间形式表达的数据。使用关系数据库自带的SQL接口便可以建立从Geodatabase中提取数据的应用程序可以将这些提取的数据用于各种分析工作比如处理工作流程或则统计分析等。在这个视图中Geodatabase是一系列的表、列和行。通过SQL接口可以观察到Geodatabase数据库的内部物理结构。这个结构在ArcInfo中是不能直接可见的要通过ArcCatalog图形界面管理。使用SQL开发程序可以更新要素属性在这个过程中尤其小心不要破坏Geodatabase的管理结构。创建数据模型设计Geodatabase与其它数据库原理是基本上一致的。因为Geodatabase属于关系数据库的一种只不过Geodatabase中存储的是地理数据。Geodatabase通过描述一个基于对象的数据结构扩展并简化设计流程在这个结构中描述了地理要素的空间和拓扑关系。这个结构中有一部分是专门用于将地理对象集成表达为有机系统的如:河流和道路网络、或者地块集。这样的结构叫做拓扑。Geodatabase数据模型构建了“人们对现实世界周围对象认识的理解”和“这些对象在关系数据库中如何存储”的桥梁。Geodatabase设计一般来说关系数据库设计需要两个基本步骤:数据逻辑模型的结构化和数据模型的物理实现。逻辑数据建模体现数据的用户视图数据库建模则在关系数据库技术的框架中物理实现数据模型。数据逻辑模型设计建立数据逻辑模型的关键任务是准确定义有意义的对象集并明确它们之间的关系。你考虑的对象可能是比如街道、地块、所有者和建筑物这样的事物。那么对应它们之间关系的一些描述就是“位于”、“被拥有”和“是一部分”等。在原始逻辑数据模型设计完成后可以提交给用户进行下一进程的需求分析确定用户对数据录入、更新和访问的要求。设计逻辑数据模型是个反复的过程通过不断的实践可以获取到最终的“艺术”成果。/第一章对象建模与GeodatabaseArcGISTrainingCenterChina不存在绝对“正确”的模型只能说某个模型适合还是不适合。要确认数据模型是否完全符合需求是非常困难的!可以回答以下三个问题如果你的答案都是肯定的那么意味着你所创建的模型已经很不错了:l逻辑数据模型表现了所有数据且没有冗余l逻辑数据模型支持业务流程?l逻辑数据模型满足不同用户组的数据视图?表达数据逻辑模型先前逻辑模型通常绘制为ER图。面向对象技术建模的前人推出了各种不同的设计方法和图表符号。ER图的一个不足之处是它们的表现形式会被设计方法左右。现今大部分面向对象的建模者已经开始采用统一建模语言(UML)UML是表达对象模型的标准符号。UML已被主导软件公司和数据库厂家所认可。需要提醒的是UML不是设计方法而是一个绘图符号。UML支持面向对象的设计方法并且按照标准方式表达数据模型。本书是使用UML绘制ArcInfo对象模型图(也称为ArcObjects)的。同样如果需要绘制定制的Geodatabase对象模型也使用UML。物理模型实现物理库模型由逻辑模型创建而得。一般情况下关系型数据库专业开发者从数据建模者那儿得到逻辑模型后使用数据库管理工具来定义数据库方案(schema)并创建新数据为数据输入做好准备。数据库物理设计跟逻辑模型设计虽然有很多相似之处但是也存在很多区别。逻辑模型中设计好的类和对象在物理表中实现的时候经常会被拆分获者合并。规则和关联类也可以使用多种方式表达。Geodatabase的一个显著优势在于它不是仅仅实现数据的物理配置而已你可以在Geodatabase中构建与逻辑模型相近的物理结构。逻辑模型和数据库模型中的元素下图中表示的是数据逻辑模型中的元素以及它们相应的数据库中的元素:逻辑模型是对人类生产应用中所处理的对象的一种抽象。这种抽象被具体成数据库中的元素。比如对象(Object)都代表某个实体如一栋房子、一条河流或消一名费者。对象用行来组织存储。对象具有一系列的属性。属性值体现对象的特征比如对象名称、度量值、等级。属性以列(或字段)的形式存储在一个数据库中。/ModelingOurWorldwwwarcgisworldcomArcGIS中国培训中心类(Class)是相似对象的集合类中的每一个对象都具有相同的一组属性。类以表的形式存储在数据库中。表中的行、列构成一个二维矩阵。复杂数据处理由于关系数据库是基于简单、智能和易于理解的理论基础建立的所以在商业推广上它们具有优势。当然这种简化可以理解为优点也可以看作是短处建立关系数据库的概念是很简单的但是在对复杂数据建模的时候就会有些困难。Geodatabase包含有复杂的地理数据。构成线要素和面要素的一系列坐标形状是不能用标准类型的字段(如:整形实数字符串)来表示的。并且在地理数据库中要素一般都是具有一定的拓扑关联、隐含的空间关联或者普通关联的。关系数据库是Geodatabase的基础。Geodatabase的目的是使用独立于关系数据库的统一的数据模型来处理复杂的地理数据。本书第十二章“Geodatabase设计指南”将进一步介绍Geodataabase设计方法。Geodatabase设计原则使用Geodatabase你可以设计和地理数据库的逻辑概念模型非常相近的数据库Geodatabase是用要素集、要素类、拓扑关系、关联类和其它元素组织的。对于ESRI的数据模型的开发人员来说这也是在ArcInfo中引入Geodatabase数据模型的基本原因。以下是Geodatabase设计的基本步骤:数据的用户视图建模。和用户交流了解用户结构解析用护的业务模型。定义对象和关联。使用对象集和创建逻辑数据模型并定义它们之间的关联。选择地理描述方式。对有意义的数

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