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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 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 shape!le、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:
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:
Oracle(使用 ArcSDE SQL 类型,或在使用 Oracle Spatial 的情况下使用 Oracle
Spatial SQL 类型)
IBM DB2
IBM Informix
Microsoft SQL Server
Informix
PostgreSQL(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。
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