GeoDatabase與空間數(shù)據(jù)庫的建立

第五章GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)安聰榮地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)5.1數(shù)據(jù)庫概述

5.1.1數(shù)據(jù)庫對信息系統(tǒng)開發(fā)方式的變革在數(shù)據(jù)庫階段程序和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系

文件系統(tǒng)階段信息處理的傳統(tǒng)方式數(shù)據(jù)庫階段信息處理方式的演變

5.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟需求收集和分析設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)評價(jià)，性能預(yù)測物理實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)性運(yùn)行使用、維護(hù)數(shù)據(jù)庫需求分析階段概念設(shè)計(jì)階段邏輯設(shè)計(jì)階段物理設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段數(shù)據(jù)庫運(yùn)行維護(hù)階段應(yīng)用需求(數(shù)據(jù)、處理)轉(zhuǎn)換規(guī)則、DBMS功能、優(yōu)化方法應(yīng)用要求DBMS詳細(xì)特征不滿意不滿意業(yè)務(wù)流程圖確定系統(tǒng)范圍數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)字典等用E-R圖（局部、全部）描述的概念模型某種數(shù)據(jù)模型并優(yōu)化存儲安排方法選擇存取路徑建立編寫模式數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行性能檢測、轉(zhuǎn)儲/恢復(fù)數(shù)據(jù)庫重組和重構(gòu)過程迭代、逐步求精的設(shè)計(jì)思想下一節(jié)規(guī)劃階段規(guī)劃階段系統(tǒng)調(diào)查5.2地理數(shù)據(jù)模型發(fā)展隨信息技術(shù)的不斷發(fā)展,地理信息系統(tǒng)軟件已經(jīng)歷了三代地理數(shù)據(jù)模型,即CAD數(shù)據(jù)模型、Coverage/shapefile數(shù)據(jù)模型和GeoDatabase數(shù)據(jù)模型。5.2.1CAD數(shù)據(jù)模型CAD數(shù)據(jù)模型起源于60～70年代,它是通過點(diǎn)、線、面將地理數(shù)據(jù)存貯在二進(jìn)制文件中,存儲少量屬性信息。地圖圖層和注記標(biāo)注是基本的屬性描述。由于它缺乏對屬性數(shù)據(jù)的支持,且空間數(shù)據(jù)不是存儲在數(shù)據(jù)庫中,所以給GIS軟件開發(fā)和GIS數(shù)據(jù)共享都帶來了困難。5.2.2Coverage數(shù)據(jù)模型Coverage數(shù)據(jù)模型(也稱:地理關(guān)系模型)源于1981年ESRI公司推出的第一個(gè)商業(yè)GIS軟件——ArcInfo。此模型比CAD數(shù)據(jù)模型有了較大的改進(jìn)。Coverage數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢ARC/INFO的Coverage數(shù)據(jù)模型，則通過以下兩個(gè)方面的優(yōu)勢，確立了它在此后近二十年的時(shí)間里的空間數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)的地位空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)?？臻g數(shù)據(jù)放在建立了索引的二進(jìn)制文件中，屬性數(shù)據(jù)則放在DBMS表（TABLES）里面，二者以公共的標(biāo)識編碼關(guān)連。矢量數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系得以保存。由此拓?fù)潢P(guān)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(diǎn)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？Coverage數(shù)據(jù)模型的不足1、它將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲;2、要素是以統(tǒng)一的行為聚集的點(diǎn)、線和面的集合，空間數(shù)據(jù)不能很好地與其行為相對應(yīng)。以文件方式保存空間數(shù)據(jù)，而將屬性數(shù)據(jù)放在另外的DBMS系統(tǒng)中。這種方式對于日益趨向企業(yè)級和社會級的GIS應(yīng)用而言，已很難適應(yīng)。海量數(shù)據(jù)的管理、并發(fā)操作、安全控制和訪問效率等，都為GeoDatabase的出現(xiàn)創(chuàng)造了好的環(huán)境。5.2.3ShapefileShapefile:一種基于文件方式存儲GIS數(shù)據(jù)的文件格式。至少由.shp,.dbf,.shx三個(gè)文件作成，分別存儲空間，屬性和前兩者的關(guān)系。是GIS中比較通用的一種數(shù)據(jù)格式。Shapefile多邊形對于共享邊界實(shí)際上有重復(fù)弧段且可彼此重疊，不同于Coverage所用的多個(gè)文件，它用幾何學(xué)性質(zhì)存儲兩個(gè)基本文件：以.shp為擴(kuò)展名的文件存儲要素幾何學(xué)特征；以.shx為擴(kuò)展名的文件保留要素幾何特征的空間索引。5.2.4Geodatabase數(shù)據(jù)模型概述ArcInfo發(fā)展到ArcGIS時(shí)候推出的一種數(shù)據(jù)格式，一種基于RDBMS存儲的數(shù)據(jù)格式，其有兩大類：1.PersonalGeodatabse用來存儲小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)，存儲在Access的mdb格式中。2.ArcSDEGeodatabse存儲大型數(shù)據(jù)，存儲在大型數(shù)據(jù)庫中Oracle,SqlServer,DB2等?？梢詫?shí)現(xiàn)并發(fā)操作，不過需要單獨(dú)的用戶許可。5.3ArcCatalog與GeodatabaseArcCatalog是Geodatabase的管理工具，用ArcCatalog能夠很方便的看到和管理Geodatabase的內(nèi)容ArcCatalog是ArcGIS軟件家族中桌面版軟件的一個(gè)應(yīng)用程序5.4Geodatabase數(shù)據(jù)模型的幾個(gè)概念1對象類(ObjectClass)。在Geodatabase中,對象類是一種特殊的類,它沒有空間特征,其實(shí)例為可關(guān)聯(lián)某種特定行為的表記錄。2要素類(FeatureClass)。地理要素類是具有相同屬性集、相同行為和規(guī)則的空間對象的集合,如:河流、道路、植被、用地、電纜等。對象類3要素?cái)?shù)據(jù)集(FeatureDataset)。要素?cái)?shù)據(jù)集是具有相同空間參考系(SpatialReference)的要素類集合。將不同的要素類放到一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集下的理由可能很多,但一般而言,有以下三種情況下:·專題歸類表示——當(dāng)不同的要素類屬于同一范疇?！?chuàng)建幾何網(wǎng)絡(luò)(GeometricNetwork)——在同一幾何網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)連接點(diǎn)和邊的各種要素類,須組織到同一要素?cái)?shù)據(jù)集中?！た紤]平面拓?fù)?Planartopologies)——共享公共幾何特征的要素類,如:用地、水系、行政區(qū)界等。4關(guān)聯(lián)類(RelationshipClass)。定義兩個(gè)不同的要素類或?qū)ο箢愔g的關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如:我們可以定義房主和房子之間的關(guān)系,房子和地塊之間的關(guān)系等。5.5建庫技術(shù)流程——以黃土地區(qū)公路高邊坡信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為例這一部分將通過建立黃土地區(qū)公路高邊坡信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫來詳細(xì)描述整個(gè)數(shù)據(jù)庫的建立過程。整個(gè)數(shù)據(jù)庫的建立過程可以用下圖概括：黃土地區(qū)公路高邊坡防護(hù)決策支持系統(tǒng)，是按照決策支持系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)，以ArcGIS為基礎(chǔ)開發(fā)平臺開發(fā)出來的專業(yè)型應(yīng)用空間決策支持系統(tǒng)。它提供了在黃土地區(qū)進(jìn)行公路高邊坡防護(hù)決策時(shí)的空間信息化解決方案。整個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理、庫管理、數(shù)據(jù)顯示管理、查詢與檢索、科學(xué)計(jì)算、結(jié)果輸出等幾大部分組成。5.5.1需求分析5.5.1.1系統(tǒng)功能結(jié)合黃土地區(qū)地質(zhì)、環(huán)境特點(diǎn)以及高速公路邊坡工程實(shí)際情況，依托GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的空間分析能力和圖像功能，以研究區(qū)域的地形、地貌、水文、地質(zhì)等的空間圖形數(shù)據(jù)和工程屬性數(shù)據(jù)為計(jì)算分析基礎(chǔ)，依據(jù)邊坡類型及設(shè)計(jì)原理，建立正確可靠的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行科學(xué)的邊坡穩(wěn)定性評價(jià)及防護(hù)設(shè)計(jì)決策。本系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：（1）空間數(shù)據(jù)的管理（2）模型計(jì)算與分析（3）邊坡防護(hù)決策（4）分析結(jié)果輸出系統(tǒng)功能組織結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)管理與維護(hù)模型庫公路高邊坡防護(hù)決策支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)編輯、更新數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理權(quán)限地下水位預(yù)測模型土層變形量預(yù)測模型場地烈度模型穩(wěn)定性評價(jià)模型災(zāi)害預(yù)測模型屬性信息庫空間圖形信息庫數(shù)據(jù)采集實(shí)地調(diào)查工程地質(zhì)信息公路路線及文檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料氣象水文資料地形地貌資料植被覆蓋資料黃土類型資料社會交通資料基礎(chǔ)地質(zhì)資料邊坡穩(wěn)定性評價(jià)與防護(hù)設(shè)計(jì)決策統(tǒng)計(jì)分析方法子庫灰色系統(tǒng)方法子庫優(yōu)化分析方法子庫方法庫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主界面5.5.2數(shù)據(jù)源分析公路邊坡防護(hù)涉及的內(nèi)容多，信息量大，且來源廣泛，可稱為多源數(shù)據(jù)。研究地段的地形圖航攝像片遙感像片地質(zhì)填圖等圖片或圖形資料邊坡穩(wěn)定性評價(jià)的參數(shù)以文字形式存在的各種調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料（如區(qū)域性地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造、氣候特征、降水量、地下水狀況、植被、交通狀況等）公路的平面、縱斷面、橫斷面設(shè)計(jì)及施工竣工資料（包括線路線型、里程、坐標(biāo)、邊坡及支擋結(jié)構(gòu)物等）總的來說，這些信息的基本形式包括3種，即圖形（如地形圖）、圖像（如遙感像片）和文字?jǐn)?shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)分組5.5.3平臺及數(shù)據(jù)模型選擇ArcCatalogGeodatabaseDotnet5.5.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.5.4.1概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）實(shí)體關(guān)系圖邊坡點(diǎn)公路樁點(diǎn)工程防護(hù)邊坡剖面面邊坡剖面線邊坡注記一條公路具有多個(gè)邊坡點(diǎn)一條公路具有多個(gè)樁點(diǎn)一個(gè)邊坡點(diǎn)剖面圖具有一個(gè)或多個(gè)地層注記一個(gè)邊坡點(diǎn)對應(yīng)剖面圖具有一條邊坡剖面線或多條地層分界線一個(gè)邊坡點(diǎn)對應(yīng)剖面圖具有一種或多種類型地層剖面一個(gè)邊坡點(diǎn)對應(yīng)一種或多種工程防護(hù)存在存在包括（2）屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的各數(shù)據(jù)集根據(jù)其用途和專業(yè)性質(zhì)邏輯上分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)專題數(shù)據(jù)、公路專題數(shù)據(jù)和邊坡專題數(shù)據(jù)四大類。每類又包括若干個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集，每個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集又包含若干要素類。（3）類概括第一為基礎(chǔ)地理要素類：該類中包括了主要的基礎(chǔ)地理信息要素，如水系、居民點(diǎn)、鐵路、行政區(qū)劃等。該類別的作用有兩個(gè)，一是為其它要素類提供地理參考背景，為對其它地理要素的空間查詢提供依據(jù)；二是制圖與打印輸出的需要。第二為基礎(chǔ)專題要素類：該類中包括了主要的與邊坡穩(wěn)定性評價(jià)、邊坡防護(hù)決策相關(guān)的各專業(yè)要素如植被、氣象、地貌、基礎(chǔ)地質(zhì)等。因?yàn)檫@些要素與邊坡穩(wěn)定性評價(jià)、邊坡防護(hù)決策密切相關(guān)，故對其屬性數(shù)據(jù)要求較高。第三為公路專題要素類：包括公路網(wǎng)、樁點(diǎn)、邊坡點(diǎn)三個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集，通過公路將樁點(diǎn)、邊坡點(diǎn)聯(lián)系起來，樁點(diǎn)、邊坡點(diǎn)可在較大的比例尺（如1：10萬）下顯示。邊坡點(diǎn)的一些全局屬性可與此直接聯(lián)結(jié)。第四為邊坡專題要素類：包括邊坡區(qū)地形、邊坡剖面等，目的在于表現(xiàn)邊坡區(qū)的空間要素。5.5.4.2邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.5.4.3物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為一個(gè)給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最合適應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)。5.5.5建立Geodatabase5.5.1建立Geodatabase的方法主要使用兩種建立GEODATABASE的方法1、直接創(chuàng)建新的Geodatabase2、使用CASE工具創(chuàng)建Geodatabase2.3.1直接創(chuàng)建新的Geodatabase這種情況是在沒有所需要的數(shù)據(jù)，或所需要的數(shù)據(jù)只有很少一部分。在這種情況下可以用ARCCATALOG中的工具創(chuàng)建要素?cái)?shù)據(jù)集，幾何網(wǎng)絡(luò)，要素類和數(shù)據(jù)庫內(nèi)部其他的條目，ARCCATALOG中提供了一整套創(chuàng)建和管理GeoDatabase條目的工具。(1)首先要建立一個(gè)新的個(gè)人Geodatabase（2）建立新的要素?cái)?shù)據(jù)集建立一個(gè)新的要素?cái)?shù)據(jù)集（FEATUREDATASETS），必須定義其空間參考，包括確定其坐標(biāo)系統(tǒng)（地理坐標(biāo)-ProjectedCoordinateSystem和投影坐標(biāo)-GeographicCoordinateSystem），坐標(biāo)域（x,y,z,m值和精度）,關(guān)于空間參考的定義在定義坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)可以選擇預(yù)先定義的坐標(biāo)系，使用已有要數(shù)據(jù)集的坐標(biāo)系統(tǒng)或獨(dú)立要素類的坐標(biāo)系統(tǒng)作為模板，或自己定義：用預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)建立要素?cái)?shù)據(jù)集：地理坐標(biāo)系統(tǒng)用一個(gè)三維的球面來確定地物在地球上的位置，地面點(diǎn)的地理坐標(biāo)有經(jīng)度、緯度、高程構(gòu)成。地理坐標(biāo)系統(tǒng)與選擇的地球橢球體和大地基準(zhǔn)面有關(guān)。橢球體定義了地球的形狀，而大地基準(zhǔn)面確定了橢球體的中心。其中AngularUnit：Degree（0.017453292519943299）這行信息描述了該坐標(biāo)系統(tǒng)的單位，此處為度。Datum:D_Beijing_1954這行信息描述了坐標(biāo)系統(tǒng)的大地基準(zhǔn)面，此處為北京1954大地基準(zhǔn)面，其坐標(biāo)原點(diǎn)在原蘇聯(lián)西部的普爾科夫。后面幾行信息描述了橢球體的參數(shù)，包括長、短半軸長度以及偏心率。投影坐標(biāo)系統(tǒng)投影坐標(biāo)系統(tǒng)是根據(jù)某種映射關(guān)系，將地理坐標(biāo)系統(tǒng)中由經(jīng)緯度確定的三維球面坐標(biāo)投影到二維的平面上所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。其中Projection:Gauss_Kruger這行描述了投影的類型，表示當(dāng)前投影為高斯-克呂格投影。False_Easting:500000.000000表示坐標(biāo)縱軸向西移動(dòng)了500km，這樣做是為了保證在該投影分帶中所有x值都為正。False_Northing:0.000000表示橫軸沒有發(fā)生位移。Central_Meridian:99.000000表示中央經(jīng)線位于經(jīng)度為99度的位置。LinearUnit:Meter(1.000000)表示在該投影下坐標(biāo)單位為m。GeographicCoordinateSystem:以下描述了投影源的地理坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)?？梢娒恳粋€(gè)投影坐標(biāo)系統(tǒng)都必會由一個(gè)地理坐標(biāo)系統(tǒng)投影轉(zhuǎn)化而成的。圖元編碼執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13923-2006。代碼采用6位十進(jìn)制數(shù)字碼，分別為按數(shù)據(jù)順序排列的大類、中類、小類和子類碼，具體代碼結(jié)構(gòu)如下：（1）左起第一位為大類碼；（2）左起第二位為中類碼，在大類基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類；（3）左起第三、四位為小類碼，在中類基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類；（4）左起第五、六位為子類碼，在小類基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類。要素類和要素?cái)?shù)據(jù)集編碼約定

要素類和要素?cái)?shù)據(jù)集編碼約定：為規(guī)范數(shù)據(jù)管理和方便數(shù)據(jù)存取，對數(shù)據(jù)集的標(biāo)識進(jìn)行統(tǒng)一編碼，編碼為7位字符串等長編碼，其結(jié)構(gòu)見下圖。各位的代表意義及編碼方法如下：類別碼數(shù)據(jù)集碼數(shù)據(jù)類型碼擴(kuò)展碼類別：1位大寫字母，用以標(biāo)識數(shù)據(jù)集的類別，現(xiàn)有四個(gè)類別及代表字母為：基礎(chǔ)地理要素類—A基礎(chǔ)專業(yè)要素類—B公路專題要素類—C邊坡專題要素類—D 以后如有必要添加要素類別，可依次按字母順序繼續(xù)編碼，最多可以有26個(gè)類別。要素?cái)?shù)據(jù)集碼：3位數(shù)字組合，用以表示數(shù)據(jù)集。從001開始，最大為999，000為保留值。各數(shù)據(jù)集的編碼見編碼表。數(shù)據(jù)類型：2位大些字母組合，用以表示數(shù)據(jù)集的類型。數(shù)據(jù)集的類型以及表示字母見下表：數(shù)據(jù)集類型多面要素面狀要素線狀要素點(diǎn)狀要素多點(diǎn)要素注記要素柵格數(shù)據(jù)光柵數(shù)據(jù)TIN數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)標(biāo)識符RGPLLNPTMPANGDIMTDTB擴(kuò)展碼：