2004年第11期测绘通报
文章编号:0494-0911(2004)11-0031-03中图分类号:P208文献标识码:B
一种新型空I’ed数据模型Geodatabase
宋杨，万幼川
(武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉430079)
TheNewSpatialDataModelofArc/Info8-Geodatabase
SONGYang,WANYou-chuan
摘要:在经历了CAD,Coverage两代传统地理数据模型后，随着ESRIArcGIS8系列GIS平台软件的推出，我们发现，当谈到空间
数据模型和格式的时候，多了一个原来不曾出现的新词:Geodatabase。这是一种全新的、面向对象的标准化的空间数据模型。
关键词:GIS;空间数据模型;面向对象;Geodatabase
一、引言
地理信息系统(GIS)是由计算机软硬件、地理
空间数据和管理人员共同组成的集合，以有效地获
取、存贮、更新、管理、分析和显示各种与空间有关的
信息。数据模型是通过实体模型的数据化来实现对
客观事物及其联系的数据描述。所有的GIS都要
使用表述事物的空间分布的规范的模型，地理数据
模型描述和解释地球上事物的分布，是GIS的基
础。Geodatabase是ESRI公司随Arc/Info8推出的
最新的地理空间数据模型，具有开放性、一致性、安
全性和标准化等一系列重要特征，是对传统关系数
据库技术的扩展。随着信息技术的不断发展，地理
信息系统软件已经经历了3代空间数据模型。
二、地理数据模型的发展
1.CAD数据模型
计算机辅助设计(CAD)数据模型起源于20世
纪60一70年代，通过二进制文件存贮点、线、面描述
实体，但这些文件缺乏对属性信息的描述，图层和注
记符号就是CAD对属性的主要表达方式。空间数
据不存贮在数据库中，并且缺乏对属性数据的支持
是CAD数据模型给GIS软件开发和GIS数据共享
带来的主要困难。
2.Coverage数据模型
Coverage数据模型源于ESRI公司于1981年
推出的第一个商业GIS软件—Arc/Info,,Arc/In-
fo实现了第2代地理数据模型—Coverage数据模
型，也被称为地理相关模型(GeorelationalDataMod-
el)，由于当时的计算机硬件和数据库软件的发展不
成熟，把空间数据直接存人关系数据库的难度太大，
Coverage数据模型用折衷的措施讲空间数据与属性
数据分离开存贮又有机的管理起来。空间数据存贮
在具有索引的二进制文件里，这些文件经过优化处
理以便数据显示和存取;属性数据是以数据表存贮，
数据表的行数等于存于二进制文件里的图形要素的
数目，数据表的每个记录与相应的图形要素之间通
过相同的标识相联接。矢量要素之间的拓扑关系也
可以保存。Coverage是第2代地理数据模型的典
范，因为Coverage数据模型使得高性能的GIS成为
可能，其中拓扑关系便于地理分析，输人数据更为精
确。
Coverage数据模型具有众多的优点，但是它也
存在一个很大的不足:该种数据模型的特征聚集在
类似点、线、面的集合中，不具有特殊的特征行为。
也就是说，一条线，无论是代表一条路还是一条河，
它具有的行为是完全一样的。
3.地理数据库数据模型—Geodatabase
Arc/Info8推出的新的面向对象的数据模型
Geodatabase是种将空间对象的属性和行为结合起
来的智能化地理数据模型。GIS数据集中的属性可
以被赋予自然行为，属性间的任何类型的关系都可
以在Geodatabase中定义。
Arc/Info8采用一种现代化的、标准化的方式
实现对象，每一个对象都定义成一个组件。允许用
户在这些基本模型基础上扩展自己的面向对象的数
据模型。面向对象的数据模型与用户通常认识事物
的观点及分类方法很接近，直观且简单实用。Geo-
收稿日期:2003-12-30
作者简介:宋杨(1979-)，女，湖北武汉人，硕士生，主要研究方向为组件GIS，空间数据库技术。
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Database中的数据对象是面向用户的概念。例如:
地块与建筑物，变压器与保险丝，而不是面向系统的
概念，如:点、线、面。GeoDatabase使得开发人员用
不着写几行代码就能实现大多数定制属性的行为，
因为大多数行为可以通过管理规则、校验规则和其
他一些Arc/Info提供的构造函数来实现。写程序
代码只为了实现更为复杂的属性行为。
可以是连续的变化区间，也可以是离散的取值集合。
6.规则(Rules)。对要素类的行为和取值加以
约束的规则。例如:规定不同管径的水管要连接必
须通过一个合适的转接头。
四、Geodatabase数据模型的评价
三Geodatabase空间数据模型
Geodatabase是Arc/Info8引人的一个全新的
空间数据模型，实际上是建立在DBMS之上的统一
的、智能化的空间数据库。它采用面向对象技术将
现实世界抽象为由若干对象类组成的数据模型，每
个对象类有其属性、行为和规则，对象类间又有一定
的联系。Geodatabase按层次将地理数据组织成数
据对象，并存储在要素类、对象类和要素集中。
1.对象类(ObjectClass)。在Geodatabas。中，对
象类是一种特殊的类，它没有空间特征，其实例为可
关联某种特定行为的表记录。例如:某块地的主人。
在“地块”和“主人”之间，可以定义某种关系。
2.要素类(FeatureClass)。在Geodatabase中，
要素类是具有相同属性集，相同行为和规则的空间
对象的集合，如:河流、道路、植被、用地、电缆等。
3.要素集(FeatureDataset)。要素集是具有相
同空间参考系(SpatialReference)的要素类集合。由
于某些理由，将不同的要素类分别放到一个要素集
中，主要有3种情况:
(1)专题归类表示。当不同的要素类属于同一
范畴。例如:全国范围内某种比例尺的水系数据，其
点、线、面类型的要素类可组织为同一个要素集。
(2)创建集合网络(GeometricNetwork)。在同
一几何网络中充当连接点和边的各种要素类，须组
织到同一个要素集中。例如:配电网络中，有各种开
关、变压器、电缆等，它们分别对应点或线类型的要
素类，在配电网络建模时，我们要将其全部考虑到配
电网络对应的几何网络模型中去。
(3)考虑平面拓扑(Planartopologies)。共享公
共几何特征的要素类，如:用地、水系、行政区界等。
当移动其中一个要素时，其公共的部分也要求一起
移动，并保持这种公共边关系不变。
4.关系类(RelationshipClass)。定义两个不同
的要素类或对象类之间的关联关系。例如:我们可
以定义房子和业主之间的关系，房子和地块之间的
关系等。
5.域(Domains)。定义属性的有效取值范围。
1。Geodatabase数据模型的特点
Geodatabase是一种新型的表达要素、要素之间
空间关系和其他专题关系的对象关系模型。与前两
代地理数据模型相比，它大大扩展了带有行为关系
和属性的表达能力，而且，这种新的模型也是概念和
能力的扩展，它允许在数据模型中使用规则定义更
多的GIS应用功能。Geodatabase可在商用关系型
数据库中存贮地理空间数据，这就意味着地理数据
可以利用信息技术的发展集中地进行管理。Geo-
database模型的优点在于要素具有内置状态，能完
全存储在一个数据库中，大型的地理要素类型可进
行无缝存储、不需分割，即支持连续的地理延伸。
Geodatabase使用地理数据库数据模型，要素在数据
库中被存储为记录，使物理数据模型和逻辑数据模
型更加接近。Geodatabase中的数据对象与逻辑数
据模型中的定义的对象大体一致，可以实现大多数
的定制而无需编写任何代码，主要可以通过域、有效
性规则和其他功能实现。
1.所有数据(矢量、栅格、地址、测量、CAD等)
一起存储在商业DBMS中。这就意味着可以有一
个完整的数据管理策略，极大地简化了支持和维护
过程，并减少了费用。个人空间数据库基于Mi-
crosoft''sJetEngine。而支持多用户的空间数据库
访问的ArcSDE可以基于IBMDB2,Informix,Ora-
cle，或MicrosoftSQLServer,,
2.Geodatabase允许多用户通过使用版本管理
和长事务处理访问数据库。多个用户可以读写同一
个、共享的数据库。
3.支持智能化的要素、规则和关系。空间数据
库数据模型支持对象(数据库表中的行)和要素(有
几何形状的对象)集合。空间数据库还支持高级功
能，例如几何和逻辑网络，真实曲线，复杂多边形和
用户定义要素。矢量数据现在可以有2维，3维或4
维(二，y,z,m)。用户能定义拓扑、关系和规则。所
有这些都可以用菜单驱动的GUI做到，无需编程。
4.Geodatabase通过ArcCatalog,ArcMap，和
ArcToolbox的标准菜单和工具进行访问。编程者
还能使用软件包含的ArcObjects,OLEDB，和SQL
APIs。这些数据访问能力是使用普遍接受的工业
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标准APIs构建的。更重要的是它能支持直接读取
许多不同类型的文件和数据库。应用程序(Ar-
chap,ArcCatalog等)和用户无需知道任何幕后的
数据转换。
Geodatabase可能看上去很复杂，实际上，理解
空间数据库的基础和工作原理是相当简单的。它们
等价于存储在DBMS中shapefiles和coverages。使
用ArcCatalog中的标准工具可以很容易的创建和管
理空间数据库，并且ArcMap提供简单工具对空间
数据库进行操作。对于那些有应用开发要求的用户
还可以提供上面描述的高级功能。
2.Cseodatabase数据模型的局限
作为一种全新的面向对象的地理空间数据模
型，Geodatabase有着前两代地理数据模型不具备的
许多优势，但由于空间数据情况本身的复杂性以及
技术发展水平的有限，Geodatabase数据模型仍有其
局限性，有待进一步完善，主要表现如下。
1.Geodatabase数据模型中不存在时间维，不
能表达时空数据，与传统的数据模型一样，Geo-
database描述的是静态的空间数据，没有引人时间
维，动态的概念。然而现实情况中，地理现象涉及的
空间数据很多都是与时间变化相联系的“时空变化
信息”，因此支持时空数据的表达和处理应该是地理
数据模型发展的一个热点。
2.Geodatabase数据模型的约束规则不能应付
诸如空间实体的组合关系的复杂情况。在Geo-
database数据模型定义中可以很方便地定义两个要
素类(FeatureClass)之间的“一对多”的组合关系，但
是对于“组合与被组合对象间空间位置和属性信息
的约束规则”并未给予描述。如:某个省由若干地区
组成，当省界发生变化的时候，位于省界周围的地区
界应该自动发生变化，省的人数是其包含地区的人
数之和。这种不同于简单的几何拓扑的重建带来的
组合约束规则在现实世界里极为常见，因而为了充
分发挥空间数据模型的面向对象的性质，真正将空
间数据模型中的对象与现实世界里的事物统一起
来，在空间数据模型里补充完善常见的约束规则，并
对于这些约束的规则给出支持是必要的。
3.Geodatabase数据模型是种逻辑模型，仅在
代码级实现面向对象。由于目前面向对象数据库技
术尚不成熟，只能将面向对象的空间实体存贮于对
象一关系型数据库中，空间实体的存储需中间件将其
属性与规则分解后才能存储，而空间实体的组合也
要通过中间件来处理。因此，Geodatabase数据模型
仅是一种逻辑模型，它仅在代码级实现了面向对象。
随着计算机硬件和数据库软件技术的不断发展，将
面向对象的空间数据模型直接进行存贮将成为可
能，真正实现空间数据物理模型级的面向对象。
五、结束语
Geodatabase数据模型是在汲取前两代地理数
据模型优势的基础上，由ESRI公司推出的，在Arc/
Info8中成功实现的第3代地理数据模型，它比以
往任何一种地理数据模型更好地定义和表达空间实
体，同时可以赋予空间实体各种行为特征和约束关
系，从而使定义的模型更接近现实世界的状况。同
时Geodatabase数据模型具有很好的客户化能力和
极强的扩展潜力。
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