构建要素类模型

下面是一些构建地理数据库要素类模型的有用设计提示：

任务 1：设计简单要素类。

所有地理数据库都包含要素类，几乎无一例外。您可能只需要仅仅包含一个要素类集合的简单地理数据库设计。但是，大多数用户会发现他们需要开发一种可添加高级地理数据库元素的更为全面的数据模型。用户将根据系统需求和目标来决定是否扩展简单要素类设计；用户将扩展其设计以支持基本的 GIS 功能和行为。本部分将介绍其中的一些要素类功能，并为用户提供了指向相关帮助主题的链接，可从中获取每个选项的相关详细信息。

首先定义简单要素类的通用属性。用户可根据需要在以后添加属性，应首先关注基本设计的定义。

要素类是具有相同几何类型（例如，点、线或多边形)、一组通用属性列和相同坐标系的地理要素的集合。

ArcGIS 中的要素类示例

要素类	制图表达	注
街道中心线	线	街段在每个交叉点处分割；通常包含地址范围和网络属性
井	点
土壤类型	多边形	在相关表中通常具有多个描述性属性
宗地^*	多边形	与宗地边界和拐角以拓扑方式相集成
宗地边界^*	线	具有坐标几何与尺寸属性；参与具有宗地和拐角的拓扑
宗地拐角^*	点	已测量的宗地拐角；参与具有宗地多边形和边界的拓扑
宗地注记	注记	提供地块尺寸、税收及法定描述信息的文本标注
建筑物轮廓线	多边形	包含房屋和建筑物的轮廓线

ArcGIS 中使用的要素类示例

* 宗地结构数据集为这些要素类提供宗地行为和基于宗地的专用拓扑。

确定推荐的要素类列表后，尝试为每个要素类定义以下内容：

• 选取几何类型（也称为要素类类型），例如，点、线、多边形或注记。对于每个要素类中的所有要素，需要使用一种通用几何类型。请参阅要素类基础知识。
• 确定属性字段和列类型。请参阅地理数据库字段数据类型。
• 确定几何属性。是否有 z 坐标？是否有 M 坐标？使用哪种坐标分辨率？线和多边形要素类使用哪种线段？通常，仅需要默认设置，即，使用简单直线段。但是，有时可能需要曲线线段，例如，用于表示死胡同 (cul-de-sac) 和道路。请参阅要素类基础知识。
• 为每个要素类定义坐标系。请参阅地图投影概述。
• 是否需要按多个比例尺使用此数据集？使用每个地图比例尺时制图表达如何变化？用户会发现在其他比例尺范围内需要使用替代要素类制图表达。在这些情况下，可考虑使用附加要素类表示每个比例尺范围内的同一数据专题。

有时需要按照原样将要素数据加载到 GIS 中。在这种情况下，无需执行以下任何附加设计任务。不过，重要的是对于向地理数据库中的要素添加更多 GIS 功能的优点进行评估。从长远来看，这些附加功能可能会使得数据的使用和维护变得更加容易。这些功能将帮助用户维护空间信息的完整性以及提高数据的可用性，最重要的是，帮助用户了解一下，就数据满足需求而言，用户可具有多大的信心。

下面是扩展简单要素数据模型的一些常见原因：

• 需要对数据集进行验证然后才能导入到系统并在其中使用（例如，确保该数据集符合一系列空间完整性规则）
• 需要编辑数据并维护其空间完整性
• 希望使用要素类进行高级 GIS 工作，例如建模和分析

任务 2：将相关要素类组织成要素数据集。

使用要素数据集将空间相关要素类组织成通用要素数据集。执行以下操作时，要素数据集是必需的

• 添加拓扑。
• 添加地籍结构数据集。
• 添加网络数据集（必须具有 ArcGIS 网络分析扩展模块以供使用）。
• 添加几何网络。
• 添加地形数据集（必须具有“三维分析”以供使用）。

要素数据集是一组按空间或主题相关、共享一个通用坐标系的要素类。要素数据集用于保存参与共享拓扑、网络数据集、几何网络或地形的要素类。

有时需要将具有公共主题的一组要素类组织成一个要素数据集。例如，您可能具有一个 Water 要素数据集，其中包含水文点（例如，水坝、桥梁和进水口）、水文线（溪流、运河、河流）和水文多边形（湖泊、排水区、流域等）。

在某些情况下，可能使用要素数据集作为文件夹来保存一组简单要素类。此技术主要用于组织共享数据集的方式。但它不是可用于编辑的有效数据结构。

用户需要完成任务 3 和 4 才能在最终设计中决定每个要素数据集中应组织哪些要素类。

要素数据集在建立数据编辑权限过程中发挥了重要作用。要素数据集中的所有要素类均具有相同权限。这就意味着用户可对要素数据集设置权限以确定哪个组织或组将保留其内容。如果需要对每个要素类设置不同的权限，则应在单独的要素数据集（或要素类）中组织要素类，每个要素类都有其自己的权限设置。在这些情况下，可使用提取、变换和加载 (ETL) 或导入/导出过程在各个数据集之间移动数据更新。

何时使用要素数据集

使用要素数据集按空间或按主题集成相关要素类。它们的主要目的是构建拓扑、网络数据集、地形数据集或几何网络。

必须使用要素数据集来保存参与以下任何地理数据库功能的要素类集合：

• 拓扑
• 网络数据集
• 地形
• 几何网络
• 地籍结构

任务 3：添加地理数据库元素以促进数据编辑和管理数据完整性。

地理数据库包括一些可向 GIS 添加完整性规则和编辑行为的可选数据建模功能。这些功能可帮助用户自动执行许多数据管理工作和完整性检查。

• 是否要管理属性值的完整性？可使用域，域是用于在属性字段中分配有效值的规则。
• 是否要使用子类型帮助管理要素类中的要素子集？子类型可用于设置每个子类的特殊行为。可使用它们来设置用于管理要素子集的默认规则。例如，可使用子类型进行以下设置：在编辑过程中添加新要素时自动分配默认属性值、设置关于如何将新要素连接到其他要素的空间完整性规则以及添加其他要素行为。
• 确定是否存在相关表以及是否需要关系类。利用关系类，可在多个相关表中选择要素，然后在一个表中处理这些要素，这是一项很常用的关系数据库功能。
• 确定此要素类中的各要素之间或此要素类与其他需要建模的要素类之间是否存在空间关系。例如，是否有共享公共边界的宗地？这些宗地是否与宗地边界要素类以及另一宗地拐角要素类共享几何？是否要确保各路段彼此之间相互连接或者电力线路在交汇点和开关处交汇？是否有嵌套在州内且不重叠的县边界？是否有与其他环境图层（例如，坡度、坡向和土壤类型多边形）共享边界的植被类？在上述情况下，拓扑很有用；实际上，拓扑是必不可少的。

  必须将参与任意拓扑的要素类组织到同一要素数据集中。请参阅拓扑阅读有关编辑和更新操作期间如何在要素数据集中使用要素类来组织和管理拓扑关系完整性的详细信息。

任务 4：为高级数据使用、分析模型（例如，网络分析和地理编码）以及高级制图添加功能。

对于每个数据集，可能要考虑添加附加地理数据库功能，以帮助用户进一步利用各数据集。提供了大量替代选项，用户可使用任何一个选项向地理数据库添加功能。

• 是否要构建拓扑关系模型并使用拓扑关系在拓扑的节点、边和多边形中导航？共享的要素几何是否会帮助用户更逼真地构建要素模型？例如，大量地形数据图层（如植被、坡度、坡向、土壤类型、地质、水体、流域、生态区及其他环境图层的要素类）的多边形和线边界彼此相互嵌套。通过使用拓扑集成它们的公共边界，这种方法能够构建更加稳定和一致的属性组合。这些组合会极大地影响适用性/功能模型以及实际洞察问题的能力。拓扑也可以帮助用户集成宗地系统、人口普查单位、行政边界以及许多其他信息集。GIS 用户有时会将其视为 GIS 数据图层的垂直集成。
• 是否要构建运输网模型？地理数据库使用网络数据集对这些情况建模。网络数据集是边、转弯和交汇点的集合，可用于构建导航以及货物和资源流向的模型。每个网络都具有一组导航属性。这些属性包括沿各边行驶及转到另一边的“开销”，以及构建单行道、左转弯、其他行驶限制及多方式网络（轿车、公共汽车、步行相结合的旅游方式）模型的能力。

  网络数据集使用要素类作为边、交汇点和转弯的数据源。由用户指定每个要素类将在网络中扮演的角色以及网络的导航属性。必须将参与某个网络的要素类组织到同一要素数据集中。

• 是否要构建公共事业网络模型？电力公共设施以及自来水、雨水排放和下水道系统的模型是使用地理数据库中的几何网络构建的。几何网络是一组用于对电力、自来水、天然气和雨水排放等事物的流向进行建模的相互连接的边和交汇点要素。将在几何网络中以边或交汇点集合的形式为每个要素类分配一个角色。网络的连通性通过要素属性和几何重叠进行定义。例如，阀门（保存为点要素类）连接到管段（存储为线要素）的端点。如果阀门打开，水可按照指定方向流过该阀门。
• 是否要使用地理编码？要进行地址地理编码，请将地址定位器添加到地理数据库中。定位器由一个或多个包含可设定地址要素（例如，街道中心线的地址范围信息）的要素类、一组地址样式及匹配规则组合而成。每个定位器数据集都将用作匹配单个地址或大批地址的源以查找地址位置。
  可创建定位器并独立于地理数据库来保存定位器的副本。这允许用户与其他用户共享定位器来进行各自的地理编码工作。
• 是否要使用线性参照沿运输线定位事件或设施？线状要素顶点也可包括 m 值。某些 GIS 应用程序使用用于沿线状要素（例如沿道路、水流线和管线）内插距离的线性测量系统。可为要素中的每个顶点分配 m 值。一个常见的示例是运输部门所使用的公路里程标志测量系统，用于沿公路记录路面状况、速度限制、事故位置以及其他事故点。两个常用测量单位是：距设定位置的里程标志距离（例如，表示县的线）和距参照标记的距离。
  测量顶点可为 (x,y,m) 或 (x,y,z,m)。对这些数据类型的支持通常称为线性参照。对沿着这些测量系统发生的事件进行地理定位的过程称为动态分段。测得的坐标形成这些系统的基本结构单元。在 ArcGIS 的线性参照实现中，术语“路径”是指具有唯一标识符和通用测量系统的任意线状要素（如城市街道、公路、河流或管道）。可基于线要素类构建使用通用测量系统的路径集合，如下所示：
• 是否要使用不规则三角网构建高程模型？或者是否需要管理激光雷达或深海测探点集合？地理数据库具有地形数据集，可使用三角网构建表面模型，还可管理大型多点集合，例如激光雷达和海洋测深学数据。地形用于管理海量 3D 点集合（如数十亿激光雷达点集合）和其他 3D 要素，以及从这些集合生成多分辨率 TIN。
• 是否要管理宗地或地籍数据库？宗地结构是相互连接宗地的数据集。在地籍结构中，宗地由宗地线要素、宗地点要素和宗地多边形要素表示。宗地结构通过 ArcGIS 测量分析扩展模块创建和管理。
• 是否要在要素类中包含制图表达和规则？可向要素类添加制图表达以存放绘制规则或要素地图显示的替代图形表达。在 GIS 中，大多数用户通过定义一组地图图层来自动绘制地图。地图图层是一组关于如何在每个地图上对要素进行符号化和标注的规则。有时，单凭图层不足以正确传达信息。例如，可能具有在交叉点处连接的街道中心线。但如果要显示桥梁、天桥、隧道等，便很难在地图上将它们显示出来。

  制图表达允许用户应用特殊覆盖、规则和图形，以确保地图表达清晰明了。例如，在地图显示中，道路符号会放大道路尺寸，并可能会导致与其他要素（如河流和建筑物）发生冲突。利用制图表达，可偏移某些要素符号以消除冲突，而不必更改要素的基础地理位置。可将道路表达从河流移开，将建筑物偏移道路符号。

  表示踪迹线的要素几何

  

  使用规则开始绘制所有虚线，二分之一虚线表示连通性

  使用控制点以便虚线穿过曲线的角度大于指定角度