地理数据库设计概述

地理数据库设计概述

地理数据库设计将基于一组常用的 GIS 基本设计步骤，因此对各 GIS 设计目标和方法有一个基本的了解至关重要。本节将对相关内容进行概括介绍。

GIS 设计是指将地理信息编排为可根据地理位置进行整合的一系列数据专题（即图层）。因此要进行地理数据库设计，需要先确定要使用的数据专题，然后再指定各专题图层的内容和表现形式，这样一个过程合乎情理。

这包括定义以下内容

• 各主题将如何呈现地理要素（例如，作为点、线、面还是栅格）及要素的表格属性
• 如何将数据编排成数据集，例如，要素类、属性、栅格数据集等
• 要实现丰富的 GIS 行为（例如，拓扑、网络和栅格目录）并定义各数据集之间的空间关系和属性关系，完整性规则还需要哪些额外的空间元素和数据库元素

制图表达

要进行各种 GIS 数据库设计，首先都需要确定每个数据集的地理制图表达。各种地理实体可表示为

• 要素类（点、线和面的集合）
• 影像和栅格
• 连续表面可表示为要素（例如等值线）和栅格（数字高程模型 [DEM]），或通过 terrain 数据集表示为不规则三角网 (TIN)
• 描述性数据的属性表

专题数据

地理制图表达将编排成一系列专题数据（有时称为专题图层）。数据图层或专题是 GIS 中的一个重要概念。数据专题是常用地理元素（例如，道路网）的集合或者宗地边界、土壤类型、高程表面、某个日期的卫星影像、井位等的集合。

专题图层的概念是 GIS 早期概念之一。专业人士考虑的是如何将地图中的地理信息划分到各个逻辑信息图层中，而不仅仅将独立的对象（例如，道路、桥梁、山川、房屋和半岛）随机组合。这些早期的 GIS 用户将信息编排成若干专题图层，并通过这些图层描述某现象的分布情况以及如何在整个地理范围中描绘该现象。这些图层还提供了有关采集制图表达（要素集、栅格图层、属性表等）的协议（捕获规则）。

在 GIS 中，专题图层是 GIS 数据库设计的主要编排原则之一。

每个 GIS 的公共地理区域中都将含有多个专题。专题的集合将用作堆叠中的图层。每个专题均可作为独立于其他专题的信息集进行管理。每个专题都有自己的制图表达（点、线、面、表面、栅格等）。因为各个独立的专题均具有空间参考，所以可以相互重叠并可在常用地图显示中组合在一起。另外，GIS 分析操作（例如，叠加分析）可融合专题之间的信息。

GIS 数据集是数据专题各地图表达的集合

地理数据的集合可表示为 GIS 数据库中的要素类和基于栅格的数据集。

许多专题可由同类要素的单一集合表示，例如，土壤类型面的要素类和井位的点要素类。其他专题（例如交通框架）则可由多个数据集表示，例如，一系列街道、交叉点、桥梁、高速公路坡道等组成的空间相关的要素类。

栅格数据集可用于表示连续表面（例如，高程、坡度和坡向），还可用于存放卫星影像、航空摄影和其他格网化的数据集（例如，土地覆被和植被类型）。

预期用途和现有数据源均会影响 GIS 中的空间制图表达。设计 GIS 数据库时，用户心中已确定了一些应用领域。他们了解要询问哪些 GIS 问题。确定这些用途将有助于决定每个专题的内容规范以及如何从地理上表示各个专题。例如，表示表面高程有多种备选方法：表示为等值线和点高度位置（例如，山顶和山峰）、连续地形表面 (TIN) 或晕渲地貌。各种特定的 GIS 数据库设计可以使用其中任一种方法或全部方法。数据的预期用途将有助于确定需要其中哪种制图表达。

通常，专题的可用数据源已在某种程度上预先决定了将使用哪种地理制图表达。如果事先存在的数据源是以某种特定比例和制图表达采集得来，则往往需要对您的设计进行调整才能使用该数据源。

通常各 GIS 数据集将和其他数据图层一同采集。

尽管各 GIS 数据集可以独立于其他 GIS 数据使用，但通常将数据集和其他信息图层一同采集仍然显得非常重要，因为只有这样才能保留基本的空间行为和空间关系，并使这些行为和关系在相关的 GIS 数据图层之间保持一致。以下是有助于解释此概念的几个示例：

• 与分水岭和流域盆地相关的水文信息应同水系网络一同采集。水系线应和盆地拟合。所有这些图层均应该符合地形的表面制图表达。
• 宗地结构中的各数据图层应与其他地籍图层一同采集，也应与基础测量信息一同采集（以使得宗地要素能够适合基础测量控制框架）。将大量其他要素集（例如，路权、地役权和区类）编译为适合宗地结构。
• 高程、地貌、土壤类型、坡度、植被、地表地质和其他地形属性之间的空间关系通常以统一的方式进行编译，以便表征环境资源单位。了解这些空间关系背后的原理有助于构建一致的逻辑数据库，从而保证了其中的每个数据图层的要素彼此一致。
• 地形底图信息将以整合的方式进行编译。水文地理、交通、结构、行政边界以及其他地形图图层将一同编译。如果以整合的方式构建地图显示中的这些制图表达，便可以实现清晰准确的通信并吸引对关键地图位置的注意力。

在上述每种情况下，均将通过数据模型定义适合整体信息框架的相关数据专题的集合。每个框架实质上是以最佳方式共同采集的相关数据专题的集合。数据采集的准则遵循有关空间行为和关系的完善的科学性原则。各专题在特定景观的综合性表征中起着重要作用。例如：

• 地形景观。地形图、高程、水系网、交通网、地图要素、越野运动等
• 城市景观。建筑物和主要基础设施等
• 影像景观。卫星和航空影像、本地、区域及国有资产等
• 人文景观。人口统计状况（人口特征）、文化中心、市民、行政区划等
• 劳动力景观。流动劳动力追踪、服务中心、交通状况和仓库等
• 探测设备景观。照相机位置和设备等
• 执行和计划景观。控制区、计划中运动和响应等

一同采集整合性专题数据的概念是各 ArcGIS 数据模型中采用的关键设计原则之一。