第一章GIS的概念和需求

理解GIS的三種角度：

GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統。地理信息可以通過一系

列地理數據集來表達。而地理數據集那么通過使用簡單的，普通數據構造來為地

理信息建模。GIS包含了一套用以處理地理數據的綜合工具。

我們可以從多個角度來理解地理信息系統是如何工作于地理信息的：

1.從空間數據庫的角度看：GIS是一個包含了用于表達通用GIS數據模型

（要素、柵格、拓撲、網絡等等）的數據集的空間數據庫。

2.從空間可視化的角度看：GIS是一套智能地圖，同時也是用于顯示地表

上的要素和要素間關系的視圖。底層的地理信息可以用各種地圖的方式進展表

達，而這些表現方式可以被構建成“數據庫的窗口"，來支持查詢、分析和信息

編輯。

3.從空間處理的角度看：GIS是一套用來從現有的數據集獲取新數據集的

信息轉換工具。這些空間處理功能從已有數據集提取信息，然后進展分析，最終

將結果導入到數據集中。

這三種觀點在ESRIArcGIS中分別用ArcCatalog（GIS是一套地理數據集的

觀點）、ArcMap（GIS是一幅智能的地圖）和ArcToolbox（GIS是一套空間處理

工具）來表達。這三局部是組成一個完整GIS的關鍵內容，并被用于所有GIS

應用中的各個層面。

從空間數據庫的角度：

GIS是世界上獨一無二的一種數據庫一一空間數據庫（Geodatabase）0它是

一個“用于地理的信息系統“。從根本上說，GIS是基于一種使用地理術語來描

述世界的構造化數據庫

這里我們來回憶一些在空間數據庫中重要的根本原理。

地理表現形式

作為GIS空間數據庫設計工作的一局部，用戶要指定要素該如何合理的表

現。例如，地塊通常用多邊形來表達，街道在地圖中是中心線（centerline）的形

式，水井表現為點等等。這些要素會組成要素類，每個要素類都有共同的地理表

現形式。

每個GIS數據集都提供了對世界某一方面的空間表達，包括：

基于矢量的要素［點、線和多邊形）的有序集合

諸如數字高程模型和影像的柵格數據集

網絡

地形和其它地表

測量數據集

其他類型數據，諸如地址、地名和制圖信息

描述性的屬性

除了地理表現形式以外，地理數據集還包括傳統的描述地理對象的屬性表。

許多表和空間對象之間可以通過它們所共有的字段（也常稱為“關鍵字”）相互

關聯。就像它們在傳統數據庫應用中一樣，這些以表的形式存在的信息集和信息

關系在GIS數據模型中扮演著非常關鍵的角色。

空間關系:

拓撲和網絡空間關系，比方拓撲和網絡，也是一個GIS數據庫的重要局部。

使用拓撲是為了管理要素間的共同邊界、定義和維護數據的一致性法那么，以及

支持拓撲查詢和漫游（比方，確定要素的鄰接性和連接性）。拓撲也用于支持復

雜的編輯，和從非構造化的幾何圖形來構建要素（例如，用線來構建多邊形）。

地理要素共享幾何形狀。可以使用節(jié)點、邊、

面的關系來描述要素的幾何形狀

網絡是描述一個能夠相互貫穿的GIS對象相連的圖。這對于模擬路徑和交

通、管線、設備、水文學以及其它基于網絡的應用非常重要。

在這個網絡例如中，街道要素代表連接它們的端點

（稱為“連接〃）的邊。轉向模型可用于控制從一邊到另一邊的通行能力

專題圖層與數據集：

GIS將空間數據組織成一系列的專題圖層和表格。由于GIS中的空間數據集

具有地理參考，因此它們具有現實世界的位置信息并互相疊加。

GIS集成了多種類型的空間數據

在一個GIS中，同類型的地理對象集合被組織成圖層，例如地塊、水井、

建筑物、正射影像以及基于柵格的數字高程模型（DEM）。明確定義的地理數據

集對于一個實用的地理信息系統是相當重要的，同時專題信息集合使用層來組

織，這樣的思想也是GIS數據集一個關鍵的思想。

數據集可以用于表達：

原始量測值（例如衛(wèi)星影像）

經過解譯的信息

通過空間分析和建模處理而得來的數據

通過層之間共同的地理位置，我們可以很容易地得到多個層之間的空間關

系。

GIS使用普通的對象類來管理這些簡單的圖層，同時憑借一套功能豐富的工

具獲取數據層之間的關鍵聯系。

GIS會使用通常是來自不同組織機構，并且具有各種表現方式的大量數據

集。因此對于GIS數據集很重要的是：

使用簡單并易于理解

易于同其他的地理數據集結合使用

能夠被有效地編輯與校驗

能夠形成具有內容詳實，使用和目標描述明確的清晰文檔

任何的GIS數據庫或者用基于文件的數據組織方式都遵循這些共同的原那

么與概念。每個GIS都需要有一個機制依據這些原那么來描述地理數據，并且

通過一套綜合的工具來使用和管理此信息。

從空間可視化的角度：

空間可視化是指生成地圖以及其它地理信息的表現形式，包括交互式地圖I,

3D場景，簡報，圖表，基于時間的瀏覽以及表現網絡關系的圖解示意圖。

GIS使用包括交互式的地圖和其它視圖來對地理數據集進展操作。地圖為人

們如何方便地、交互地使用地理信息提供了一個強有力的途徑。對于大多數的

GIS應用來說，交互式地圖提供了主要的用戶界面，并且在不同級別的應用

中一一從手持移動設備的到基于瀏覽器的網絡繪圖以至高端的桌面GIS,都可以

看到交互式地圖的應用。

GIS地圖類似于靜態(tài)的、打印出來的地圖，所不同的是你能夠交互地使用它

們。你可以方便地漫游、縮放一幅交互式地圖，可以讓某些圖層在適合的比例尺

下自動顯示或關閉。你可以基于任意的屬性給一個圖層設置符號。例如，你可以

根據地塊的類型給它們施以不同的顏色，或者根據水井的水量給代表水井的點設

置不同尺寸的符號。你也可以在一幅交互式地圖中指定地理對象來獲取更多的關

于這個對象的信息，并執(zhí)行空間查詢和分析。例如，你可以找到學校附近200

米以內的所有特定類型的商店，或者找到選定的道路500以內的所有沼澤地。此

外，大局部的GIS用戶是通過交互式的地圖來編輯空間數據的。

地圖用以表達地理信息，執(zhí)行大量基于地圖的任務，包括高級的數據編輯、

制圖、分析、查詢和外業(yè)數據采集

除地圖以外，其他交互式的視圖，如按照時間順序發(fā)生的事件描述，全球模

擬圖，以及圖解都在GIS中被作為某種表現方式而使用。GIS用戶通過交互地

圖，實施眾多的從簡單到復雜的GIS任務。這也是對于一個組織來說一種最主

要的獲得GIS信息的方式。

開發(fā)人員經常嵌入地圖到定制的應用中，許多用戶也為某種GIS應用在

Internet上發(fā)布Web上使用的地圖。

按照時間順序模擬臺風的軌跡

使用圖解顯示輸氣管道

入地圖

ArcGlobe顯示珠穆朗瑪峰的登

山路線

以上四個例子分別為在追蹤分析（TrackingAnalyst）中顯示基于時間的信

息（此信息可以被記錄為事件），ArcGISSchematics的例子，使用MapControl

控件實現地塊搜索的陷入式開發(fā)應用的例子和一個ArcGlobe顯示的效果。

從空間處理的角度：

從另外一個角度來看GIS是一系列地理數據集的和應用于這些數據集的

操作工具。地理數據集可以是原始的量測（比方衛(wèi)星圖像），被分析者解析和編

譯出來的信息（例如道路，建筑物，土地類型），或者使用分析和模型運算從其

他數據源中得來的信息。空間處理指的是用來生成派生數據集的工具和處理過

程。

GIS包括了一套豐富的工具來處理和作用于地理信息。這一工具集通常被

用來操作GIS信息對象比方數據集，屬性字段，以及地圖打印用的制圖元素。

這些綜合的命令和數據對象結合在一起就構成了空間處理框架的根底。

數據+工具=新的數據

GIS工具是建立復雜處理過程的基石。對一個已有數據應用一個工具處理是

為了得到新的數據結果。在GIS中，使用空間處理的框架將這些集中了多個步

驟的操作貫穿起來。把一系列的操作串起來就形成了一個處理模型，這個模型可

以被用來自動執(zhí)行和記錄許多GIS中的空間處理任務。這種處理組合和應用過

程就被認為是空間處理。

一個完整的GIS包括常規(guī)的信息和一組豐富的用于處理信息的GIS操

作。例如，ArcGIS擁有一套豐富的語言，以及上千個應用于各種GIS數據類

型的操作工具

空間處理過程

空間處理通過為數據從一種構造到另外一種構造的變換過程建模來實現多

種GIS任務。例如，從多種格式導入數據，整合這些數據到GIS中，對導入的

數據執(zhí)行一些標準質量和有效性的檢查，這樣的一個過程就可以用空間處理建立

成模型。自動執(zhí)行和重復這些流程是GIS一個強大的能力。它已經被廣泛的使

用于GIS應用和方案中。

用來建立空間處理流程的一種途徑就是按照一定的順序來執(zhí)行一些命令。用

戶可以在ArcGIS中使用ModelBuilder通過圖形的方式編寫這樣的過程，他們也

可以使用先進的腳本編輯工具比方Python,VbScript,和JavaScript來寫腳本。

空間處理實際上可以在GIS的所有方面都加以應用，如數據的自動化生成

和編輯，數據的管理，分析和建模以及高級制圖。

包含一組工具和可以被處理的數據類型。在ArcGIS中可以創(chuàng)立，執(zhí)行和共享這

些多步驟的空間處理操作

數據編輯

使用空間處理創(chuàng)立的能自動執(zhí)行的程序是需要能保證數據的質量和完整性

的，以便能夠執(zhí)行重復的質量保證/質量控制（QA/QC）任務。應用空間處理方

式來自動完成工作流有助于一系列工作流程的共享和傳遞，完成批處理任務以及

記錄派生數據的關鍵操作

分析和建模

空間處理對于建模和分析來說是一個關鍵的框架，一些通常的建模應用包

括:

為適宜性，可行性，預測和選擇評估而建立的模型

整合GIS外部模型

模型共享

在一個組織內可被共享的通用模型

數據管理

在所有的GIS應用中，管理GIS的數據流是非常重要的。GIS用戶應用空間

處理的功能從數據集中導入導出數據，以多種格式發(fā)布數據，如地理標記語言

(GML)標準，連接相鄰的數據集，更新GIS數據庫的構造以及在數據庫中執(zhí)

行批處理。

合并已有數據，創(chuàng)立新數據

制圖

高級空間處理工具可以被用來獲得多比例的地圖，完成地圖綜合操作以及為

打印高質量的地圖產品自動執(zhí)行許多繪圖QA/QC工作流程。

GIS信息管理：

地理信息管理與標準的信息技術體系構造有很多一樣的概念和特征，并且同

樣可以在集中式的，企業(yè)級的環(huán)境中運行良好。例如，GIS數據集可以在關系型

數據庫中被管理，就像其他的企業(yè)信息一樣。許多高級應用邏輯通常都可以應用

于存儲在數據庫管理系統(RDBMS)中的數據。像其他的事務性企業(yè)信息系統

一樣，GIS可以管理地理數據庫中數據連續(xù)的變化以及更新。但是GIS和它們在

許多重要的方面還是有所不同。

GIS數據是復雜的

GIS數據在要素的數量和大小方面都是巨大的。例如一個普通人口業(yè)務查詢

只會從DBMS中提取幾行數據，而繪制一幅GIS將會需要從數據庫中查詢出成

百上千的記錄。加上每一條記錄獲得的柵格和矢量的幾何屬性將會更大。GIS數

據還有復雜的關系和構造，比方網絡，地形和拓撲。

GIS數據編輯是高級而專業(yè)的工作

建立和維護GIS的空間數據庫需要完整的編輯應用。遵循地理規(guī)那么及命

令的專業(yè)空間處理對于維護地理和柵格數據的完整性和行為規(guī)那么是必要的。因

此，GIS數據編輯的花費是高昂的。這也是為什么用戶不得不經常共享數據集的

原因之一。

一個地理信息系統是事務性的

野外離線數據編輯的工作流程

和在其他的數據庫管理系統一樣，許多的數據更新通常會應用于GIS數據

庫。因此GIS數據庫，和其他的數據庫一樣，必須支持更新事務。但是，GIS用

戶有一些特殊的事務需求。這里有一個主要的概念就是長事務。

在GIS中，一個單一的編輯操作能涉及到多個表格中的多行的變化。在用

戶提交之前，需要能做undo和redo的操作。編輯會話能維持幾個小時甚至幾天。

在許多情況下，對數據庫的更新過程需要經過一系列的階段。例如公用設施

管理行業(yè)中，通常的工作階段包括“設計”，"已提交”，"認可”，"在建”和

“建成”。這個進程從根本上說是可以循環(huán)的。工作流程產生以后，分配給工程

師，然后隨著時間的進展從一個階段到另一個階段進展，最后，這些改變被“提

交”，或者回復到原有的共享數據庫狀態(tài)。

GIS工作流程可以持續(xù)幾天幾個月。然而GIS數據庫仍然需要持續(xù)的支持

日常的操作。其他的用戶對共享的數據庫可能需要形成各自的數據瀏覽視圖和數

據庫狀態(tài)。

其他的一些GIS數據工作流程例子包括：

離線編輯：一些用戶需要有從數據庫中取出一局部，然后復制它到另外一個

獨立的系統中去的能力。例如對于野外編輯，你可以拿出一局部數據到野外進展

編輯，更新，然后提交這些改變到數據庫中。

分布式地理數據庫：一個區(qū)域數據庫可能是一個中心數據庫中某一地理區(qū)域

的一局部。這區(qū)域數據庫和中心數據庫必須定期同步交換變化的局部。

內容

跨數據庫的松散耦合的數據復制：用戶經常希望在一系列數據庫的副本中同

步GIS的數據內容，在這種情況中，每個站點都會基于本地數據庫進展自我更

新。用戶要求定期在每個數據庫的副本間傳送更新了的數據以實現內容的同步。

在很多情況下，底層基于的DBMS常常是不同（如SQLServer,Oracle及IBM

DB2）。

GIS與生俱來就是一個分布式信息系統

目前，存在著一個廣泛的認同那就是在大多數地理信息系統中，數據層和數

據表都來源于多個組織。每個GIS組織機構生成了一些數據內容，但并不是全

部，至少總有一些數據層來源于本組織之外。對數據的需求促使用戶用最為有效

和快速的方法去獲取數據，包括從其他GIS用戶中取得數據庫的一局部。由此,

GIS的數據管理就分布于許多用戶之間了。

互操作性

GIS分布性的本質就意味著多個GIS組織和系統之間需要互操作性。在GIS

用戶間的協同是至關重要的。GIS用戶已經長時間依賴于對數據共享和使用的協

同工作。最近對建立GIS標準的趨勢和努力正反響了這種根底的需求。符合工

業(yè)標準并被GIS的實際工作所采納對任何想取得成功的GIS系統來說具有決定

性的意義。GIS必須支持一些重要的標準而且能夠不斷進步去支持新出現的標

準。

GIS網絡

許多地理數據集可以作為一般信息資源而被編輯和管理以及在一個用戶群

中共享。另外，GIS用戶也考慮到了如何通過Web實現共享這些通常會被使用

到的數據集。

Web的節(jié)點被稱作GIS目錄的門戶，可以實現用戶注冊，數據發(fā)現，地理

信息的獲取及使用等功能。這樣產生的結果是GIS系統越來越多的連接在萬維

網(WorldWideWeb)以實現信息的共享和使用。

這種情形已經存在了十多年了，并己經被描述成一個國家空間數據根底設施

(NSDI)或者全球空間數據根底設施(GSDI)。這些概念不僅在國家和全球這

種級別，在省級或者地方政府機構中也有廣泛的應用。這種思想的集合被稱作為

空間數據根底設施(SDIL

GIS網絡是一個SDI的應用，是一個在WWW網絡上發(fā)布，搜索和使用共

享地理信息的用戶站點的集合。

IGISPortalI

地理信息的本質是分布式的和松

散集成的。極少情況下是所有的信息都存在一個單一數據構造的數據庫實例中。

GIS用戶互相需要對方的局部GIS數據，GIS網絡使得用戶可以互相交流和

共享各自的地理知識和數據。

GIS網絡有三個關鍵局部：

元數據目錄門戶一一由此用戶可以搜索找到符合其應用的GIS信息

GIS節(jié)點一一用戶編輯和發(fā)布地理信息集的位置

GIS用戶一一搜索，查詢，連接和使用已發(fā)布的GIS數據和效勞的人

OGISURser

Community(

2編，*。瞟

,ortaJS*orvir"MGIS網絡中的三個關鍵局部

GIS目錄的門戶

在任何GIS網絡中一個重要的組成局部是GIS目錄門戶，這個門戶站點擁

有已注冊的眾多數據資源和信息集。許多GIS用戶的角色是編輯和發(fā)布數據的

管理員，而這些數據是為其它組織所共享使用的。這些組織在一個目錄門戶中注

冊他們的信息資源。通過在這個門戶中搜索，其他GIS用戶可以找到并連接需

要的信息。

這種GIS目錄門戶是一個Web站點，在這里，GIS用戶可以搜索并查到與

其應用相關的GIS信息。同樣的這個門戶也依賴于發(fā)布GIS數據效勞，地圖效

勞和元數據效勞的網絡。一個GIS目錄門戶站點會定期從眾多站點中獲取目錄

列表，這些站點參與發(fā)布一個中心GIS目錄。這樣一個GIS目錄既可以為本站

點也可以為其它站點的數據資源進展注釋和說明?？梢韵胂蟮某?，一系列GIS

的目錄節(jié)點即可以形成空間數據根底設施的一個網絡。

在GIS目錄門戶站點，GIS數據和效勞被記錄在目錄中，這樣用戶可以

從中搜索并查找不同GIS應用所需要的數據資源

GIS目錄門戶的一個例子是美國政府的地理空間一站式門戶

()o這個門戶站點使得各個級別的政府機構和公眾更加容易和

快捷而花費更小的獲取地理信息。

G是美國國家空間數據根底設施中的一個節(jié)點

GIS的需求決定了GIS軟件該如何搭建和使用，像其它信息技術一樣，GIS

應用必須能夠很方便地支持組織的工作流程和業(yè)務需求。這需要通過提供一套支

持各種格式數據集的通用軟件平臺和能夠管理，編輯，分析和顯示數據的工具集

來實現。在這種認識下，GIS軟件可能會更多的被看作是集中了大型復雜的多用

戶系統的IT根底設施。一個GIS平臺必須提供必需的能力以支持以下功能，這

些是對上述觀點的擴展描述：

存儲和管理所有的地理對象的空間數據庫

為分布地理信息提供管理和共享能力的基于Web的網絡

支持下述功能的桌面端和效勞器端的應用：

數據編輯

信息查詢

空間分析和空間處理

制圖作業(yè)

圖像可視化和管理

GIS數據管理

Modularsoftwarecomponents(engines)toembedGIS

logicinotherapplicationsandbuildcustom

applications

可以在其它應用和開發(fā)用戶定制的系統中嵌入GIS邏輯的組件(引擎)

為多用戶和中心地理信息系統建立的地理信息效勞

第二章什么是ArcGIS

GIS是不斷開展的：

在GIS開展的早期，專業(yè)人士主要關注于數據編輯或者集中于應用工程，

以及主要把精力花費在創(chuàng)立GIS數據庫并構造地理信息和知識。慢慢的，GIS的

專業(yè)人士開場在大量的GIS應用中使用這些知識信息庫。用戶應用功能全面的

GIS工作站來編輯地理數據集，建立數據編輯和質量控制的工作流，創(chuàng)立地圖和

分析模型并將這些工作和方法記錄成文檔。

這加強了GIS用戶的傳統觀念，這些用戶往往擁有連接在數據集和數據庫

上的專業(yè)工作站。這種工作站擁有復雜的GIS應用以及用來實現幾乎所有GIS

任務的邏輯和工具。

這種對GIS軟件所處位置的看法已經被證明非常有價值，被約全球二十萬

組織中的GIS專業(yè)人士所承受。事實上，這種客戶一效勞器的計算模式是如此

的成功以至于讓許多人認為GIS只有這樣的模式。但是，對GIS的觀念在不斷

的擴展。

近期Internet的開展，DBMS技術的長足進步，面向對象編程語言，移動設

備以及GIS的廣泛使用已經促使GIS有更加開闊的前景和發(fā)揮更加重要的作用

除了GIS桌面產品，GIS軟件可以被集中在應用效勞器上和Web效勞器上,

把GIS的功能通過網絡傳遞給任意多的用戶；可以集中一些GIS邏輯，將其嵌

入和部署在用戶定制的應用中；為野外GIS業(yè)務在移動設備上部署GIS軟件的

應用也多了起來。

企業(yè)GIS用戶使用傳統高級的GIS桌面軟件，使用Web瀏覽器，專門的應

用程序移動計算設備以及其它數字化設備連接中心GIS效勞器。GIS平臺涉及的

范圍在不斷的擴展。

ArcGIS產品線正是為滿足這種需求的開展而產生，從而為用戶提供一個可

伸縮的，全面的GIS平臺，下面的框圖對此進展了說明。

使用ArcGIS滿足GIS用戶所有的需求

ArcGIS作為一個可伸縮的平臺，無論是在桌面，在效勞器，在野外還是通

過Web,為個人用戶也為群體用戶提供GIS的功能。ArcGIS9是一個建立完整

GIS的軟件集合，它包含了一系列部署GIS的框架：

ArcGISDesktop——一個專業(yè)GIS應用的完整套件

ArcGISEngine-----為定制開發(fā)GIS應用的嵌入式開發(fā)組件

效勞端GIS——ArcSDE?,ArcIMS?和ArcGISServer

移動GIS——ArcPad?以及為平板電腦使用的ArcGISDesktop和Engine

ArcGIS是基于一套由共享GIS組件組成的通用組件庫實現的，這些組件被

稱為ArcObjectsTMo

ArcObjects包含了大量的可編程組件，從細粒度的對象(例如，單個的幾何

對象)到粗粒度的對象(例如與現有ArcMap文檔交互的地圖對象)涉及面極廣,

這些對象為開發(fā)者集成了全面的GIS功能。每一個使用ArcObjects建成的ArcGIS

產品都為開發(fā)者提供了一個應用開發(fā)的容器，包括桌面GIS(ArcGISDesktop),

嵌入式GIS(ArcGISEngine)以及效勞端GIS(ArcGISServer)(,關于ArcObjects

開發(fā)的更詳細的信息可以在://arcgisdeveloperonline.esri中找到。

桌面GIS

對于那些利用GIS信息進展編輯，設計的GIS專業(yè)人士來說，桌面GIS占

有主導地位。GIS專業(yè)人士使用標準桌面作為工具來設計，共享，管理和發(fā)布地

理信息。

ArcGISDesktop是一個集成了眾多高級GIS應用的軟件套件,它包含了一套

帶有用戶界面組件的Windows桌面應用(例如，ArcMap,ArcCatalogTM,

ArcTooboxTM以及ArcGlobe)oArcGISDesktop具有三種功能級別---ArcView?,

ArcEditorTM和ArcInfoTM,都可以使用各自軟件包中包含的ArcGISDesktop開

發(fā)包進展客戶化和擴展。

關于ArcGISDesktop的更多的信息請參考第四章“桌面GIS：ArcView,

ArcEditor,Arcinfo”。

，上面的圖形展示了使用ArcGISDesktop的

應用實例

效勞端GIS

GIS用戶通過部署一個集中式的GIS效勞器在大型組織之內以及Internet的

用戶之間發(fā)布和共享地理信息。效勞端的GIS軟件適用于任何集中執(zhí)行GIS計

算，并方案擴展支持GIS數據管理和空間處理的場合。除了為客戶端提供地圖

和數據效勞，GIS效勞器還在一個共享的中心效勞器上支持GIS工作站的所有功

能，包括制圖，空間分析，復雜空間查詢，高級數據編輯，分布式數據管理，批

量空間處理，空間幾何完整性規(guī)那么的實施等等。

ArcGIS效勞器產品符合信息技術的標準標準，可以和其它企業(yè)級的軟件完

美的合作，例如Web效勞器，數據庫管理系統（DBMS）以及企業(yè)級的應用開

發(fā)框架包括.NET和JAVA2企業(yè)級平臺（J2EE）。這促使了GIS和其它大量的信

息系統技術的整合。

ArcGIS9所包含的三種效勞端產品：

ArcSDE一一一個在多種關系型數據庫管理系統中管理地理信息的高級空間

數據效勞器。ArcSDE是一個位于ArcGIS其它軟件產品和關系型數據庫之間的

數據效勞器，其廣泛的應用使得在跨任何網絡的多個用戶群體中共享空間數據庫

以及在任意大小的數據級別中伸縮成為可能。

ArcIMS——是一個可伸縮的，通過開放的Internet協議進展GIS地圖，數據

和元數據發(fā)布的地圖效勞器。ArcIMS已經在成千上萬的應用中部署了，主要是

為Web上的用戶提供數據分發(fā)效勞和地圖效勞。

ArcGISServer是一個應用效勞器，包含了一套在企業(yè)和Web框架上建

立效勞端GIS應用的共享GIS軟件對象庫。ArcGISServer是一個新產品，用于

構建集中式的企業(yè)GIS應用，基于SOAP的Webservices和Web應用。

要了解關于ArcGIS9效勞器產品的更多信息，請參考第五章，“效勞端GIS：

ArcSDE,ArcIMS和ArcGISServer"。

MedmGIS將會利用Internet不斷成長，并取得進一

步的成功。Internet技術的不斷開展，如Webservices,為GIS用戶共享，地

理信息的效勞以及跨組織的GIS互聯提供了堅實的保障。

嵌入式GIS

用戶可以使用嵌入式的GIS,在所關注的應用中增加所選擇的GIS組件，從

而為組織的任何部門提供GIS的功能，這使得許多需要在日常工作中應用GIS

作為一種工具的用戶，可以通過簡單的，集中于某些方面的界面來獲取GIS的

功能。例如，嵌入式的GIS應用幫助用戶支持遠程數據采集的工作，管理者的

桌面上實現GIS,為系統操作人員實現定制界面，以及面向數據編輯的應用等。

ArcGISEngine提供了一套應用于ArcGISDesktop應用框架之外（例如制圖

對象作為ArcGISEngine的一局部，而不是ArcMap的一局部）的嵌入式ArcGIS

組件。使用ArcGISEngine,開發(fā)者在C++,COM,.NET和Java環(huán)境中使用簡

單的接口獲取任意GIS功能的組合來構建專門的GIS應用解決方案。

開發(fā)者通過ArcGISEngine構建完整的客戶化應用或者在現存的應用中（例

如微軟的Word或者Excel）嵌入GIS邏輯來部署定制的GIS應用，為多個用戶

分發(fā)面向GIS的解決方案。

使用ArcGISEngine將GIS嵌

入到你的應用中

移動GIS

依靠移動計算設備上的專業(yè)應用系統，GIS越來越多的從辦公室中轉移到野

外。目前擁有GPS功能的無線移動設備被常常使用于野外專題數據獲取和野外

信息獲取。消防員，垃圾收集員，工程檢修員，測量員，公用設施施工工人，士

兵，統計調查員，警察以及野外生物學家是使用移動GIS這個工具的一些野外

工作者的代表。

一些野外工作任務需要相對簡單的GIS工具，但也有些工作涉及到需要高

級GIS工具的復雜操作。ArcGIS包含了能夠滿足兩方面需求的應用。ArcPad是

ArcGIS實現移動GIS和野外計算（如需要記錄和登記突發(fā)性事故的空間信息）

的解決方案，這些類型的工作可以在手持計算機設備（運行MicrosoftWindows?

CE或者PocketPC）或者平板電腦上完成。ArcGISDesktop和ArcGISEngine集

中于需要GIS分析和決策分析的野外工作任務，這種典型的任務往往在高端平

板電腦上執(zhí)行。

要更多的了解移動GIS的信息，請參考第七章“移動GIS：ArcPad及設備”。

你可以在野外實現GIS

空間數據庫(Geodatabase)

作為geographicdatabase的簡寫，geodatabase是在專題圖層和空間表達中組

織GIS數據的核心地理信息模型。

Geodatabase是一套獲取和管理GIS數據的全面的應用邏輯和工具。無論是

客戶端的應用(如ArcGISDesktop),效勞器配置(如ArcGISServer),還是嵌入

式的定制開發(fā)(ArcGISEngine)都可以獲取geodatabase的應用邏輯。

Geodatabase是一個基于GIS和DBMS標準的物理數據存儲庫，可以應用于

多用戶訪問，個人DBMS以及XMLo

Geodatabase原本被設計成一個開放的，簡單幾何圖形的存儲模型。

Geodatabase對眾多的存儲機制開放，包括DBMS存儲，文件型存儲或者XML

方法存儲，并不局限于某個DBMS的供給商。

要更多的了解關于geodatabase的信息，請參考第三章“在geodatabase中的

GIS數據概念〃。

Geodatase是一個簡單的幾何存儲模型

第三章：Geodatabase中的GIS數據概念

ArcGIS支持文件和數據庫中的GIS數據

ArcGIS很大的一個優(yōu)點是可以使用任何格式的GIS數據，并且可以同時訪

問多個數據庫和文件。

ArcGIS用一個高級的通用的地理數據模型來表示空間信息，包括空間要素,

遙感數據以及其他的空間數據類型。ArcGIS同時支持基于文件的空間數據類型

和基于數據庫的空間數據類型。

基于文件的空間數據類型包括對多種GIS數據格式的支持，如coverage,

shapefile,grid,image和TIN。Geodatabase數據模型也可以在數據庫中管理同

樣的空間數據類型，這樣，可以利用關系數據庫已有的優(yōu)點。

表1

基于文件的空間數據基于數據庫的空間數據

CoveragesOracle

ShapefilesOraclewithSpatial

GridsDB2withitsSpatialType

TINsInformixwithitsSpatialType

Images(各種格式的)SQLServer

VectorProductFormatPersonalGeodatabases(微軟的

(VPF)filesAccess)

CAD文件

表1各種格式的)

表1是一些ArcGIS中可以直接使用的數據類型。對更多的數據類型的支

持可以通過數據轉換工具和擴展來實現。GIS數據也可以在Web上通過XML

和Web數據格式進展傳輸，如GeodatabaseXML,ArcXML,SOAP,

WMS,WFS等。

基于文件的數據類型和基于關系數據庫的數據類型都定義了空間地理數據

的通用模型。這些數據類型可以在大量的GIS應用中使用。通過定義和使用這

些空間數據模型的行為，ArcGIS中的空間信息是基于標準的，可以作為多種應

用的根底，也可以和其他程序很好的共享。這樣ArcGIS為幾乎所有的GIS應用

提供了一個很好的平臺。

什么是GEODATABASE?

Geodatabase是一種采用標準關系數據庫技術來表現地理信息的數據模型。

Geodatabase支持在標準的數據庫管理系統(DBMS)表中存儲和管理地理信息。

Geodatabase支持多種DBMS構造和多用戶訪問，且大小可伸縮。從基于

MicrosoftJetEngine的小型單用戶數據庫，到工作組，部門和企業(yè)級的多用戶數

據庫，Geodatabase都支持。目前有兩種geodatabase構造：個人Geodatabase和

多用戶Geodatabase(multiusergeodatabase)□

個人Geodatabase,對于ArcGIS用戶是免費的，它使用MicrosoftJet

Engine數據文件構造，將GIS數據存儲在小型數據庫中。個人geodatabase更像

基于文件的工作空間，數據庫存儲量最大為2GB。個人geodatabase使用微軟的

Access數據庫來存儲屬性表。

對于小型的GIS工程和工作組來說，個人Geodatabase是非常理想的工具。

通常,GIS用戶采用多用戶Geodatabase來存儲和并發(fā)訪問數據。個人Geodatabase

支持單用戶編輯，不支持版本管理。

多用戶Geodatabase通過ArcSDE支持多種數據庫平臺，包括IBMDB2,

Informix,Oracle（有或沒有OracleSpatial都可以）和SQLServero多用戶

Geodatabase使用范圍很廣，主要用于工作組、部門和企業(yè)，利用底層DBMS構

造的優(yōu)點實現以下功能：

1.支持海量的，連續(xù)的GIS數據庫；

2.多用戶的并發(fā)訪問；

3.長事務和版本管理的工作流。

基于數據庫的geodatabases可以支持海量數據以及多用戶并發(fā)。在眾多的

geodatabase實現中，空間地理數據一般存放在大型的binaryobject中，ESRI發(fā)現

插入和取出這樣的大對象，關系數據庫是非常高效的。而且，GIS數據庫的容量

和支持的用戶數遠大于文件的存儲形式。

GeodatabaseDBMS注釋

單用戶編輯

個人MicrosoftJet

2GB大小限制

geodatabaseEngine(Access)

不支持版本管理

Oracle需要ArcSDE

Oraclewith多用戶編輯

Spatial或者Locator基于版本管理的

多用戶，版本管

IBMDB2工作流

理geodatabase

IBMInformix數據庫大小和用

MicrosoftSQL戶數限制依賴于數據

Server庫

表2:個人和多用戶geodatabase總結

要素

矢量要素（即用矢量表示的地理對象）是常用的地理數據類型，非常適合表

現邊界不連續(xù)的要素，如井，街道，河流，省和地塊等。要素就是帶有位置屬性

的對象。通常，要素由點、線、多邊形或者注記來表示。同類型要素的集合叫做

要素類，集合中的要素具有一樣的空間表達和屬性集合（如表示道路的線性要素

類）。

柵格

柵格數據用來代表連續(xù)的層，包括等高線，坡度，溫度數據，降雨量等。航

拍照片和各種圖像一般都用柵格存儲。

“用柵格數據集存儲圖像數據

除了柵格數據和矢量數據，其他類型的空間數據也可以存放在關系表中，這

樣通過DBMS可以管理所有的地理數據。

Geodatabase用于管理和存儲多種地理信息類型的集合

數據庫的關鍵概念

Geodatabase體系構造基于一系列簡單，但是非常重要的數據庫概念之上。

DBMS提供了一個簡單但是嚴謹的數據模型用于存儲和操作表中的數據。用戶趨

向于認為DBMS本身是開放的，因為關系數據模型的簡單性和靈活性可以使其

支持各種應用程序。關鍵的DBMS概念包括：

數據存放在表中；

表包含了記錄；

所有表中記錄包含了一樣的列；

每個列都有數據類型，例如Integer,Decimalnumber,Character,Date等

關系用于關聯一個表的記錄與另外一個表的記錄，一般通過表中一樣的列來

進展，這兩個列被稱為主鍵和外鍵。

基于表的數據集具有相關的完整性規(guī)那么。例如，每個記錄具有一樣的列，

而域列出該列合法的值的集合或范圍。

具有一系列函數和操作符，稱作SQL,來對表和數據進展操作

SQL操作符用來對常規(guī)的關系數據庫的數據類型進展操作，如Integer,

Decimalnumber,Character等。

存放在geodatabase中的空間數據，如要素類或者柵格數據，也遵循這些

DBMS的規(guī)那么。表中的一個列存放了每個地理對象的空間信息：比方，要素類

表的shape列存放多邊形的形狀?？梢岳肈BMS中的多種數據類型來存放空

間數據，比方BLOB(binarylargeobject),或者一些DBMS擴展的空間類型，

比方Oracle空間擴展模塊提供的空間數據的存儲類型。

SQL可以操作表中的行，列和類型。列類型(數值型，字符型，日期型等)

是SQL代數中的對象。

DBMS管理這些簡單數據類型和表，同時其他的應用邏輯實現更復雜的對象

行為和完整性約束。開發(fā)者可以通過編寫代碼為對象添加行為和邏輯來實現更高

級的對象。

如，一個組織機構實現一個命名為EMPLOYEES的表:

姓名入司時間收入

CrosierJames10-10-9810,000

ClarkRosemary03-12-9555,000

BrownPete06-12-8923,000

一個簡單的包含行和列的關系數據表。每列都有特定的數據類型，如字符，

日期和帶兩位小數的數值型。

對雇員和他們的名稱，工資，雇傭日期等建立業(yè)務對象模型，不同于關系對

象的實現。在這些業(yè)務對象上實現行為和完整性約束需要通過更復雜和更集中的

應用邏輯。例如，支持雇員活動的邏輯，包括雇傭，加薪，辭職，升職，福利等。

類似的業(yè)務對象在GIS中也被普遍應用。如要素類，拓撲，網絡，線性參

考系統，影像目錄(rastercatalogs),尺寸，注記，地表等等都是高級對象的例子，

他們在DBMS中存儲的簡單空間信息的根底之上實現了特定的GIS行為。GIS

應用中，只含有空間信息屬性的表是不夠的。簡單DBMS關系對象和應用對象

對構建信息系統來說都是必須的。需要強調的概念是：在DBMS的應用中，高

級對象普遍通過應用邏輯被使用。

應用邏輯的實現

用戶可以有多種途徑實現高級邏輯。例如可以有如下的實現方式：

用DBMS的存儲過程或者數據庫的觸發(fā)器實現；

使用關系數據庫的擴展類型實現；

一個單獨的應用層作用于表中的行和列。

在過去的二十年中，無數的DBMS應用證明了應用層的方式在實現高級應

用方面具有壓倒性的優(yōu)勢，比方在廣泛使用的所有CIS(customerinformation

systems),ERP(enterpriseresourceplanning)和財務管理系統中，在應用層實現

高級的應用邏輯帶來了更多的開放性，擴展性，更高的性能，更豐富的工具集和

靈活性。

Geodatabase也使用了一樣的多層架構，它在管理GIS對象的DBMS之上的

應用層實現高級邏輯和行為。

Geodatabase

Pe<?o<Mil■.EnlefprtM.

GaodaUbaet>Geodtnabaw

Or曲,

SOC$?<wrI

IBMDB2,,

""'Geodatabase在DBMS之上的應用層實現高

級的邏輯和行為

Geodatabase的體系構造

GIS軟件和數據庫共同完成地理數據的管理。某些數據管理，如磁盤存儲，

屬性數據類型的定義，聯和查詢和多用戶的事務處理都是由數據庫完成的。GIS

應用軟件那么通過定義DBMS表，用來表示各種地理數據和特定領域內的邏輯,

以及維護數據的完整性和實用性。

實際上，DBMS是專門用來存放地理數據的，而完全不是用來定義地理數據

的行為的。這是一個多層的構造（應用和存儲），數據的存取是通過存儲層

（DBMS）,由簡單表來實現，而高級的數據完整性維護和信息處理的功能是在

應用層軟件（GIS）完成的。

Geodatabase的實現也使用了和其他高級DBMS應用一樣的多層構造。

Geodatabase對象作為具有唯一標識的表中的記錄進展存儲，其行為通過

Geodatabase應用邏輯來實現。

Geodatabase的體系構造基于簡單的關系型存儲和復雜

的應用邏輯

Geodatabase的核心是標準的（不是特殊的）關系數據庫模式（一組標準的

DBMS表，字段類型，索引等等）。數據的存儲由應用層的高級應用程序對象協

調和控制（可以是ArcGIS客戶端或ArcGISServer）。這些geodatabase對象定義

了通用的GIS信息模型，可以在所有的ArcGIS應用和用戶中使用。

Geodatabase對象的作用就是向用戶提供一個高級的GIS信息模型，而模型

的數據以多種方式進展存儲，可以存儲在標準的DBMS的表中，或者文件系統

中，也可以是XML流。

所有的ArcGIS應用程序都與geodatabase的GIS對象模型進展交互,而不是

直接用SQL語句對后臺的DBMS實例進展操作。Geodatabase軟件組件實現了通

用模型中的行為和完整性規(guī)那么，并且將數據請求轉換成對相應的物理數據庫的

操作。

geodatabase邏輯層和存儲層的分開使得geodatabase可以支持多種文件類

型，數據庫和XML

Geodatabase在RDBMS中的存儲

Geodatabase在關系表中存儲空間和屬性數據，此外還存儲地理數據的模式

和規(guī)那么，。

Geodatabase的模式包括地理數據的定義、完整性規(guī)那么和行為，比方要素

類的屬性，拓撲，網絡，影像目錄，關系，域等。模式由DBMS中一組定義地

理信息完整性和行為的Geodatabase的元數據表（metatable）來維護。

SQL可以操作表中的行，列和類型。列類型（數值型，字符型，日期型等）

是SQL代數中的對象。

空間數據一般存儲為矢量要素和柵格數據，以及傳統意義上屬性表。比方：

一個DBMS表可以用來存放一個要素的集合，表中的每行可以用來保存一個要

素。每行中的shape字段存儲要素的空間幾何或形狀信息。shape字段的類型一

般分為兩種：

BLOB

DBMS支持的空間類型

相似的要素的集合（具有一樣的空間類型（如點，線或多邊形），加上一樣

的一組屬性字段）由一個單一的表來管理，稱為要素類。

柵格和圖像數據也存放在關系表中。柵格數據通常很大，需要副表用于存儲。

柵格數據通常切成小片，稱為塊（block）,存放在單獨的塊表的記錄中。

不同的數據庫中存儲矢量和柵格數據的字段類型是不同的。如果DBMS支

持空間擴展類型，Geodatabase可以直接使用這些類型存儲空間數據。作為SQL3

MMSpatial和OGC簡單要素SQL標準的主要作者，ESRI一直致力于將SQL向

空間化方向擴展，重點是支持在標準的DBMS和獨立的OracleSpatial中存儲

Geodatabaseo

Geodatabase實現在關系型數據庫中存儲地理數據。在標準的DBMS表中

用標準的SQL數據類型存儲和管理所有的地理元素。圖中列出了用于開發(fā)地理

數據模型的一些Geodatabase的構造元素。

Geodatabase的版本管理和分布式的工作流

GIS數據，和其他的數據一樣，需要不斷地進展維護和編輯更新。所以，

Geodatabase被設計為可以支持事務處理。Geodatabase可以同時被多用戶編輯，

支持大數據量的連續(xù)存儲，符合大局部GIS應用程序的需要。

GIS數據處理流程和數據共享機制需要一個長事務處理模型，以完成大量的

修改和數據復制。在GIS中，一個編輯過程常包含屢次數據處理的過程，這些

過程可以定義成一個事務。比方：一個土地利用層中的“多邊形的切割"，包括

三個步驟：刪除原有的多邊形，添加兩個新多邊形，并且更新土地擁有者和稅務

的信息。這個geodatabase的更新事務其實包括了傳統RDBMS（關系數據庫管理

系統）中的三個事務。另外，GIS用戶也需要做到：

在編輯會話中可以UNDO-REDO編輯操作

為更新的要素建立歷史檔案——如，已注銷的地塊及其變化。

在多用戶數據庫中,GIS的事務處理必須基于DBMS的短事務處理。ArcSDE

實現了將高級復雜的GIS事務處理映射到DBMS的事務處理上面。

在很多場合下，長事務處理是非常重要的。長事務處理可以通過多用戶的

DBMS和ArcSDE來實現：

1.多個編輯線程一一個GIS數據庫更新可能需要很屢次數據變化，并且這些

變化分布在多個編輯線程中，可能持續(xù)幾天或者幾個星期。

2.多用戶編輯一多用戶編輯可能需要對某個空間要素進展同時更新。每個用

戶需要對其自己的數據庫狀態(tài)進展編輯，查看，而不需要看到其他用戶的數據庫

狀態(tài)。最后，每個用戶需要把更新提交，并且解決和其他用戶的編輯沖突的情況。

3.Check-out,Check-in的事務處理一用戶經常會從一個很大的geodatabase

數據庫中取出一局部區(qū)域的數據，在一個離線編輯會話中進展更新，這些更新可

能會持續(xù)幾天或幾個星期，最后用戶把更新提交到主數據庫?；蛘?，用戶會取出

geodatabase中的一局部，在野外使用設備進展校驗和更新。

4.歷史數據一雖然所有的版本已經被更新，用戶還可能需要維護每個要素的

歷史數據。他們需要維護一個已經廢棄的要素，或者稱為歷史數據庫。用戶也可

以跟蹤單個要素的歷史（比方全國地圖中地塊的變更和要素屬性的更新）。

5.傳送改變的數據一一個GIS根底數據可能有很多人在編輯，他們很有可能

需要通過互聯網，以已經定義好的XML模式在數據庫之間共享這些更新。這些

數據庫可以具有不同的GIS架構。

6.分布式地理數據庫一一個區(qū)域數據庫可以是主GIS數據庫中某個特殊地

理區(qū)域的備份。一定周期內，這兩個數據庫中進展GIS數據的同步和更新。這

些DBMS可以是不同類型的，如SQLServer,Oracle或IBMDB2。

什么是版本：

Geodatabase可以通過維護geodatabase的狀態(tài)來實現這些GIS工作流，重要

的是，同時需要維護GIS數據庫中的數據完整性。管理、查看多個狀態(tài)是基于

版本管理實現的。當修改、添加或注銷要素或對象時，他們的不同狀態(tài)都作為版

本記錄下來。一個版本把要素或對象的每個狀態(tài)和重要的事務信息都寫為表中的

一條記錄。

版本把數據的改變存放在變化表中，一個Adds表和一個Deletes表。通過

簡單查詢語句來瀏覽和編輯不同數據庫狀態(tài)——比方，及時查看某個點在數據庫

中的狀態(tài)，或者看到某個用戶編輯后的版本。

ArcSDE處理版本管理的核心任務，進而完成在異構系統和不同DBMS中實

現長事務處理。

GeodatabaseXML是ESRI用來在Geodatabase數據和外部數據之間進展數據

交換的機制。ESRI公開了整個geodatabase數據內容和模式的XML標準，并且

提供了例子