跟牟老师学ArcGIS｜第３章地理数据库
| 第３章 地理数据库 |
地理数据库（Geodatabase）是一种面向对象的空间数据模型，它对于地理空间特征的表达更接近我们对现实世界的认识。
地理数据库在一个公共模型框架下，对GIS处理和表达的空间特征进行统一描述和存储。
3.1 Geodatabase概述
3.2 Geodatabase的数据管理
3.3 Geodatabase的智能化操作
3.4 版本
※ 3.1 Geodatabase概述
3.1.1 Geodatabase数据模型
Geodatabase和空间数据库（spatial database）在本质上没有很大的区别。
Geodatabase中的所有数据都被存储在一个RDBMS中，即包括每个地理数据集的框架和规则，又包括空间数据和属性数据的简单表格。
RDBMS,是Ralational Database Management System的缩写，意为关系数据库管理系统。
1.Geodatabase的数据组织
Geodatabase依据层次型的数据对象来组织空间数据，这些数据对象包括对象类（object class）、要素类（feature class）和要素数据集（feature dataset）。
2.Geodatabase数据模型的优点
（1） Geodatabase数据模型是地理数据统一存储的仓库，所有数据都能在统一数据库存储和管理。
（2） 数据输入和编辑更加准确。
（3） 更为直观地处理数据模型，包含了与用户数据模型相对应的数据对象。
（4） 要素具有丰富的关联环境。
（5） 可制作蕴含丰富信息的地图。
（6） 地图显示中，要素是动态的。
（7） 更形象地定义要素形状。
（8） 要素都是连续无缝的。
（9） 多用户并发编辑地图数据。
3.1.2 Geodatabase的类型
1.文件地理数据库和个人地理数据库
文件地理数据库和个人地理数据库是地理数据库的完整信息模型，包括拓扑、栅格目录、网络数据集、Terrain数据集、地址定位器等。
这两种不支持地理数据库版本管理。
2.ArcSDE地理数据库
ArcSDE地理数据库是支持多用户同时并发编辑的大型地理数据库，它通过ArcSDE空间数据引擎在关系数据库的基础上增加了处理空间数据的能力。
ArcSDE地理数据库主要优点:
通过关系数据库存储空间数据可以有弹性地选择数据库的规模和大小；便于使用结构化查询语句来访问表和记录。
※ 3.2 Geodatabase的数据管理
Geodatabase可以看做一种数据格式，它将矢量、栅格、网络和投影信息等数据一体化存储和管理。
3.2.1 Shapefile文件的创建
Shapefile文件是Esri研发的工业标准的矢量数据文件。
完整的Shapefile文件至少包括3个文件：一个主文件（*.shp）、一个索引文件（*.shx）和一个dBase表文件（*.dbf）。
------*.shp。存储地理要素的几何图形的文件。
------*.shx。存储图形要素与属性信息索引的文件。
------*.dbf。存储要素属性信息的dBase表文件。
Shapefile文件并不存储拓扑关系、投影信息和地理实体的符号化信息，仅仅存储空间数据的几何特征和属性信息。
a）在【创建新Shapefile 】对话框中，选中复选框【坐标将包含M值。用于存储路径数据】表示Shapefile 要存储表示路径的折线；选中复选框【坐标将包含Z值。用户存储3D数据】。
b）在ArcCatalog中查看Shapefile文件时，将仅看到一个代表Shapefile的文件，使用Windows资源管理器则可看到所有与Shapefile相关联的多个文件信息。
3.2.2 Coverang文件的创建
Coverang模型是地理关系型数据类型的代表。主要特征：
（1）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，可使显示和访问最优化。
（2）矢量要素之间的拓扑关系也被存储。存储线的结点用以推算哪些线在哪些地方相连，同时还包含线的右侧及左侧有哪些多边形。
Coverang作为一个目录存储在计算机中，目录的名称即为Coverang的名称， Coverang的有序集合被称为工作空间。
创建Coverang文件时，可将其他Coverang文件作为模版。
3.2.3 Geodatabase文件的创建
在ArcGIS中，可以采用三种方式来创建地理数据库：
（1）设计并新建一个空的地理数据库。
（2）复制并修改现有地理数据库，随后向复制的地理数据库中加载数据集。
（3）创建完全复制于现有地理数据库的地理数据库。
文件和个人数据库可以通过以上方法建立，但是ArcSDE数据库须在安装对应的关系数据库管理系统并进行相关的配置以后，通过添加空间数据库连接的方式使用。
1.创建地理数据库
创建地理数据库的操作步骤如下：
（1）在ArcCatalog目录树中，右击建立新地理数据库的文件夹，在弹出菜单中，单击【新建】→【文件地理数据库】，创建文件地理数据库。
（2）在ArcCatalog 目录树窗口，将出现名为“新建文件地理数据库”的地理数据库，输入文件地理数据库的名称后按Enter键，一个空的文件地理数据库就建立了。
在建立一个新的地理数据库后，就可以在这个数据库内建立起基本组成项。
数据库的基本组成项包括要素类、要素数据集、属性表、关系类以及工具箱、栅格目录、镶嵌数据集、栅格数据集等。
2.创建要素数据集
要素数据集(简称“要素集”)是存储要素类的集合。建立一个新的要素数据集，必须定义其空间参考，包括坐标系统和坐标域。
数据集中所有的要素类必须使用相同的空间参考，且要素坐标要求在坐标域内。
定义了要素数据集空间参考之后，在该数据集中新建要素时不需要再定义其空间参考，直接使用数据集的空间参考。
如果在数据集之外即在数据库的根目录处新建要素类时，则必须单独定义空间参考。
3.创建要素类
可以在ArcCatalog目录树中创建要素类，可以在要素数据集中建立，也可以独立建立，但在独立建立时必须要定义其投影坐标。
要素类实际上就是带有特定字段的表。创建要素类时，需选择创建的要素类用于存储的要素类型，如多边形、线、点、标记、多点、多面体、尺寸标记等。
4.创建表
表用于显示、查询和分析数据。行和列分别称为记录和字段。每个字段可以存储一个特定的数据类型，如数字、日期或文本等。
要素类实际上就是带有特定字段的表。这些字段包括用于存储点、线和多边形几何图形的Shape字段。
在ArcGIS中可通过一个公用字段将一个表中的记录与另一个表中的记录相关联。
此类关联方式有很多种，包含在地图中临时连接或关联表，或者在地理数据库中创建可以保持更长久关联的关系表。
5.创建空间索引
在关系表或要素类中存储数据时，就可以建立空间索引来快速查找要素类中的要素。
识别要素、通过点选或框选来选择要素以及平移和缩放等都需要使用空间索引。
建立空间索引后，查询时将先在索引里查找，然后返回适合的记录，这要比从第一条记录开始遍历整个表的速度快得多，这要就提高了空间要素的查询速度。
（1）创建空间索引
（2）修改空间索引
3.2.4 Geodatabase数据导入
在Geodatabase中维护空间数据，可以通过先新建要素类然后再添加、编辑要素的方法，更常使用的是将已经存在的数据导入Geodatabase中。
通过ArcCatalog，可以将CAD、Table、Shapefile、Coverage等数据或栅格影像等加载到Geodatabase要素类。
1.导入数据
可将CAD、Shapefile、Coverage数据和地理数据库要素类 导入Geodatabase中。
1)导入要素类。
2)导入表。
2.导出数据
导出数据能在多个地理数据库之间共享数据并选择性地更改数据格式。
1)导出XML工作空间文档 。
2)导出要素类至其他地理数据库。
3.加载数据
数据的导入和数据的载入，虽然都是向数据库中添加数据，但是方式是不同的。
1)在ArcCatalog中加载数据。
2)在ArcMap中加载数据。
※ 3.3 Geodatabase的智能化操作
前面讲述了如何新建一个Geodatabase并且向其加载数据，但Geodatabase中所包含的不仅是要素类、要素集和表，还可能包含关系类、注释类、几何网络、拓扑等不同的结构和类别。
3.3.1 属性域操作
地理数据库按照面向对象的模型存储地理信息，也可以将其非空间信息保存在表中。对于要素和表可以设置一些规则进行限制，对属性的约束称为属性域。
属性域是描述字段合法值的规则，是一种增强数据完整性的方法，用于约束表或要素类的任意特定属性中的允许值，可分为【范围】和【编码的值】。
1.属性域的创建
2.属性域的查看
3.属性域的删除与修改
4.属性域的关联
并非表或要素类中的所有对象都必须在相同字段中应用相同的【属性域】或默认值。
3.3.2 子类型
子类型是要素类中具有相同属性的要素的子集，或表中具有相同属性的对象的子集。可通过他们对数据进行分类。
子类型是特征类中特征的次级分类。
子类型通过创建编码值来实现，因此它必须与短整型或长整型或长整型数据类型的字段相关联。
1.创建子类型
2.修改子类型
3.3.3 创建地理数据库标记
对于地理现象的表述，既有空间信息，又有非空间的属性信息。
地理数据库注记存储于标记要素类中。
注记通常为文本，但也包括其他类型符号系统的图形形状。
每个文本注记要素都具有符号系统，其中包括字体、大小、颜色以及其他任何文本符号属性。
地理数据库注记包含两种类型：标准注记和要素关联的注记。
1.创建标准注记要素类
2.创建与要素关联的注记要素类
3.创建尺寸注记要素类
3.3.4 创建关系类
关系类的一个明显特征就是基数。基数是描述一种类型的对象与另一种类型的对象之间关联的个数。关系的基数通常分为一对一、一对多、多对多。
Geodatabase支持两种关系：简单关系，复合关系。
简单关系是指Geodatabase中相互独立的两个或多个对象之间的关系。
复合关系总是一对多的，但也可以通过关系规则限制到一对一。
1.创建关系类
2.建立关系类规则
3.关系类中的连接
※ 3.4 版本
版本是整个地理数据库在某个时刻的快照，包含地理数据库中的所有数据集。版本不仅仅备份地理数据库，相反，版本及其内部进行的事务科通过系统表进行追踪。
利用版本化，多个用户可对ArcSDE地理数据库中的同一数据进行编辑，而无需应用锁或复制数据。
1.版本的注册
2.版本的创建与管理
注：绿色文字由GeoTalks补充。
牟乃夏老师简介
牟乃夏（1973-），男，博士、博士后，现为山东科技大学测绘学院副教授，硕士生导师。在扎实科研的同时，更乐于将所思所学传授给学生，曾经连续六年带领七组学生进入Esri杯中国大学生GIS软件开发大赛的总决赛，成为学生培养的传奇和美谈。从教十年来已培养研究生40余名，都在自己的工作岗位上为GIS的发展应用做出了重要贡献。
为使全国的GIS学子更快更好的掌握GIS基本技能，他组织团队经过两年多的时间精心编写了《ArcGIS10地理信息系统教程：从初学到精通》《ArcGIS Engine地理信息系统开发教程：基于C#.NET》两本教材，深受广大学子喜爱，已成为学习GIS的必备工具书。同时为了推广GIS、传授GIS，他还开设了博客、微博，QQ群等，进行GIS知识的传播和交流，由于他为GIS教学与推广做出的贡献，2015年被CPGIS（全球海外华人地理联合会）授予杰出教育奖。
图书简介
《ArcGIS10地理信息系统教程：从初学到精通》一书2012年9月由测绘出版出版（截至2016年2月已经印刷9次），销量长期位于同类图书的榜首。目前已被全国60余所高校采纳为相关课程的教材或者参考书。该书内容翔实、深入浅出、通俗易懂，层次合理，初学者能够很快入门，对ArcGIS已经熟悉的读者来讲，也是一本必备的案头书。
该书是作者在总结多年GIS教学与科研工作的基础上，充分考虑本科生、研究生的知识结构、操作水平及生产单位的实际需求编写而成的。内容包括：ArcGIS10基础，ArcGIS10快速入门，空间数据库，空间数据的采集、编辑与拓扑处理，空间投影与变换，空间数据可视化，地图制图，矢量与栅格数据的空间分析，网络分析，三维分析，水文分析，地统计分析等。特别的，针对Esri杯中国大学生GIS软件开发大赛而设计了ModelBuilder与空间建模一章，并提供了两个获奖实例，供读者参考。本书配有大量具有实际背景的应用实例及其详细的操作步骤，随书光盘中包含所有实例的数据，供读者练习。
本书强调新颖性、实用性、技巧性、全面性和实战性，注重理论与实践的结合。既可作为高等学校地理信息系统、测绘工程、遥感科学与技术、地理科学、城市规划、土地资源管理、市政工程、交通运输、环境保护、地质工程等相关专业的本科生、研究生的理论课教材和实验指导书，也可作为相关部门的研究人员、管理人员和技术人员的参考用书。
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