高等院校计算机教育系列教材

Geodatabase 设计与应用分析

王育红 编 著

内 容 简 介

本书共分为 9 章，主要阐述了 Geodatabase 模型元素，Geodatabase 设计与实施，数据编辑、检查与处

理，数据查询及其优化技术，时态数据组织与回放追踪，线性参考数据组织与显示查询，网络数据组织

及应用分析等内容。本书结构逻辑清晰、内容丰富严谨、叙述简单明了，具有较强的可操作、可验证特

征。通过本书的阅读学习并结合相应的动手实践，读者可获得实用的空间数据库设计、建设及应用知识

技巧与经验，有效提高分析与解决实际问题的综合能力。

本书可作为地理信息科学、测绘工程、遥感科学与技术以及计算机相关专业师生的教科书，也可作

为地理信息、测绘遥感、国土管理、城市规划、环境保护等领域相关技术人员的自学参考书。

本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

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图书在版编目(CIP)数据

Geodatabase 设计与应用分析/王育红编著. —北京：清华大学出版社，2021.10

ISBN 978-7-302-59148-1

Ⅰ. ①G… Ⅱ. ①王… Ⅲ. ①空间信息系统 Ⅳ. ①P208 978

中国版本图书馆 CIP 数据核字(2021)第 182831 号

责任编辑：孙晓红

装帧设计：李 坤

责任校对：周剑云

责任印制：朱雨萌

出版发行：清华大学出版社

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印 装 者：三河市龙大印装有限公司

经 销：全国新华书店

开 本：185mm×260mm 印 张：19 字 数：460 千字

版 次：2021 年 10 月第 1 版 印 次：2021 年 10 月第 1 次印刷

定 价：58.00 元

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产品编号：089837-01

前 言

空间数据库，又称地理信息系统(Geographic Information System，GIS)数据库，是面向

GIS 地理空间数据存储与管理需求而产生，并不断发展的一门新兴交叉学科与广普应用技

术。它横跨地理、测绘、遥感、计算机等多个学科与领域，可广泛应用于交通、水利、土

地、资源、环境、公共安全、医疗卫生等国民经济建设的各个行业和部门，乃至普通大众

的工作与生活。

空间数据库的主要任务是以特定的数据模型和信息结构来表达、描述、记录某一区域

内相关地理要素的位置、形状、属性及其相互关系，并确保空间数据的一致性、完整性、

安全性等，从而为空间数据处理与分析提供有效支撑与服务。与常规关系数据库相比，空

间数据库具有空间性、非结构化、数据海量、综合抽象、分类编码等特点，不仅理论渊源

深厚，而且体系庞大复杂。

在当今 GIS 普施化、个性化快速发展的时空大数据时代，空间数据库设计与应用已成

为地理信息科学、测绘工程、遥感科学与技术以及相关专业从业人员必备的一项基本技

能。目前，我国设有这些专业的高校，许多都陆续开设了空间数据库课程，其中有些高校

还将其作为专业基础必修课程，迫切需要建立多视角、立体化的教材体系。

根据读秀网的搜索统计，目前国内已出版发行了空间数据库相关教材著作 30 余部。

与现有大多数同类图书侧重学术理论或最新研究成果阐述不同，本书以可实践、可操作、

可验证为原则，基于 Geodatabase(地理数据库)具体数据库平台，按照“设计→建库→查

询→应用”基本业务流程系统阐述空间数据模型，空间数据库设计，空间数据入库处理，

查询检索以及不同应用分析环境下的空间数据组织与管理策略等内容，可使学生更直观地

学习理解空间数据库概念、原理和方法，从而切实提高利用所学知识解决实际问题的

能力。

Geodatabase 是全球著名 GIS 软件与技术开发商——美国 ESRI 公司于 1999 年研制发

布的新一代空间数据库技术解决方案。在经过多次的技术革新和版本升级后，目前

Geodatabase 已具备统一集中管理矢量、栅格、DEM、Terrain、网络、时态、注记文本、

制图符号、常规属性表格、音视频等多种数据的强大功能。相对于 CAD、Shapefile、

Coverage 等空间数据管理方案，Geodatabase 能够更清晰、准确地反映、描述现实实体的

静态属性与动态行为特征，具有一体化、智能化、可伸缩等优势，可以是基于文件构建的

单用户小型数据库，也可以是面向工作组、部门甚至整个行业的多用户大型、超大型地理

数据库。

全书共分为 9 章。前 5 章为设计基础部分：在概括总结数据库、空间数据库相关概念

与特征的基础上，主要阐述 Geodatabase 类型特点，数据模型基本组成元素，设计与实

施，数据入库编辑、检查与处理，数据查询与索引优化等内容；后 4 章为应用提高部分：

针对时态 GIS、线性参考、网络分析等具体应用情况涉及的不同数据内容和管理需求，详

细介绍基于 Geodatabase 管理、处理、分析相关数据的基本策略与主要方法。

Geodatabase 设计与应用分析

II

本书是作者根据自己多年教学积累和相关科研成果，参考国内外相关文献资料编写而

成的。在教学与本书编写过程中，多次得到了张连蓬教授、康建荣教授、胡晋山教授、景

海涛教授、袁占良教授、张合兵教授等领导、同事的大力支持与帮助，在此衷心表示感

谢。另外，本书的编写出版发行还得到了江苏师范大学本科教材建设项目(JYJC202002)、

国家自然科学联合基金项目(U1304401)的资助，在此一并致谢。

由于作者水平与学识有限，加上 Geodatabase 内容复杂庞大且不断更新、升级优化，

因此书中难免存在疏漏之处，敬请读者批评指正。

王育红

目 录

第 1 章 绪论 ........................................................ 1

1.1 数据库 ...................................................... 2

1.1.1 基本概念 ...................................... 2

1.1.2 数据库的数据模型 ...................... 3

1.1.3 数据库系统的体系结构 .............. 4

1.2 空间数据库 .............................................. 9

1.2.1 空间数据库特征 .......................... 9

1.2.2 空间数据库类型 ........................ 11

1.3 Geodatabase ........................................... 15

1.3.1 个人 Geodatabase ...................... 15

1.3.2 文件 Geodatabase ...................... 16

1.3.3 ArcSDE Geodatabase .............. 17

复习思考题 ..................................................... 18

第 2 章 Geodatabase 模型元素 ............... 21

2.1 表及其扩展元素 .................................... 22

2.1.1 表 ................................................ 22

2.1.2 属性域 ........................................ 24

2.1.3 子类型 ........................................ 26

2.1.4 关系类 ........................................ 27

2.2 要素类及其扩展元素 ............................ 32

2.2.1 要素类 ........................................ 32

2.2.2 制图表达 .................................... 36

2.2.3 要素数据集 ................................ 37

2.2.4 拓扑 ............................................ 38

2.3 栅格数据集及其扩展元素 .................... 42

2.3.1 栅格数据集 ................................ 42

2.3.2 栅格目录 .................................... 48

2.3.3 镶嵌数据集 ................................ 49

复习思考题 ..................................................... 51

第 3 章 Geodatabase 设计与实施 ........... 53

3.1 数据库设计概述 .................................... 54

3.1.1 数据库设计特点 ........................ 54

3.1.2 数据库设计方法 ....................... 55

3.1.3 数据库设计步骤 ....................... 56

3.2 Geodatabase 设计 .................................. 73

3.2.1 Geodatabase 设计原则 .............. 73

3.2.2 Geodatabase 设计步骤 .............. 74

3.3 Geodatabase 实施 .................................. 78

3.3.1 模式结构创建 ........................... 78

3.3.2 数据批量加载入库 ................... 81

复习思考题 .................................................... 83

第 4 章 数据编辑、检查与处理 ................ 85

4.1 Geodatabase 数据编辑 .......................... 86

4.1.1 数据编辑基本流程 ................... 86

4.1.2 创建编辑基本要素 ................... 95

4.1.3 创建编辑注记要素 ................. 109

4.1.4 创建编辑尺寸要素 ................. 113

4.2 Geodatabase 数据检查 ........................ 116

4.2.1 数据检查主要内容 ................. 116

4.2.2 数据检查基本方法 ................. 118

4.2.3 自动检查方法及步骤 ............. 119

4.3 Geodatabase 数据处理 ........................ 121

4.3.1 矢量数据空间校正 ................. 121

4.3.2 栅格数据地理配准 ................. 127

4.3.3 地理与投影坐标转换 ............. 131

4.3.4 ArcScan 扫描矢量化 .............. 133

复习思考题 .................................................. 139

第 5 章 数据查询及其优化技术 .............. 143

5.1 空间数据查询概述 ............................. 144

5.1.1 空间数据查询方式 ................. 144

5.1.2 空间数据查询语言 ................. 145

5.1.3 空间数据查询优化 ................. 147

5.2 Geodatabase 数据查询 ........................ 151

5.2.1 按属性选择查询 ..................... 151

Geodatabase 设计与应用分析

IV

5.2.2 按位置选择查询 ...................... 157

5.2.3 按属性连接查询 ...................... 161

5.2.4 按位置连接查询 ...................... 164

5.3 Geodatabase 数据索引 ........................ 166

5.3.1 Geodatabase 属性索引 ............ 167

5.3.2 Geodatabase 空间索引 ............ 168

复习思考题 ................................................... 172

第 6 章 时态数据组织与回放追踪 .......... 175

6.1 时态数据模型 ...................................... 176

6.1.1 基于列的模型 .......................... 176

6.1.2 基于行的模型 .......................... 177

6.2 时态数据编辑处理 .............................. 179

6.2.1 转置字段 .................................. 180

6.2.2 转换时间字段 .......................... 181

6.2.3 计算结束时间 .......................... 183

6.2.4 转换 XY 观测表 ...................... 184

6.3 时态数据回放追踪分析 ...................... 185

6.3.1 基于时间滑块的回放分析 ...... 186

6.3.2 基于 Tracking Analyst 的

回放追踪分析 .......................... 190

复习思考题 ................................................... 198

第 7 章 线性参考数据组织与

显示查询 ........................................... 201

7.1 线性参考数据模型 .............................. 202

7.1.1 路径要素类 .............................. 202

7.1.2 事件表 ...................................... 202

7.2 线性参考数据编辑与处理 .................. 204

7.2.1 路径数据编辑与处理 .............. 204

7.2.2 事件数据编辑与处理 .............. 208

7.3 线性参考数据显示与查询 .................. 213

7.3.1 路径数据显示 .......................... 213

7.3.2 路径数据查询 .......................... 219

7.3.3 事件数据显示 .......................... 220

7.3.4 事件数据查询 .......................... 223

复习思考题 .................................................. 223

第 8 章 几何网络数据组织与

应用分析 .......................................... 225

8.1 几何网络基本概念 ............................. 226

8.1.1 边 ............................................. 226

8.1.2 交汇点 ..................................... 227

8.1.3 可用状态 ................................. 227

8.1.4 网络权重 ................................. 228

8.1.5 逻辑网络 ................................. 228

8.2 几何网络创建与管理 ......................... 229

8.2.1 几何网络创建 ......................... 229

8.2.2 几何网络管理 ......................... 234

8.3 几何网络编辑与检验 ......................... 235

8.3.1 几何网络编辑 ......................... 235

8.3.2 几何网络检验 ......................... 238

8.4 几何网络流向与追踪分析 ................. 240

8.4.1 几何网络流向分析 ................. 240

8.4.2 几何网络追踪分析 ................. 242

复习思考题 .................................................. 244

第 9 章 网络数据集数据组织及

应用分析 .......................................... 247

9.1 网络数据集基本概念 ......................... 248

9.1.1 网络要素 ................................. 248

9.1.2 网络属性 ................................. 253

9.1.3 网络连通性 ............................. 258

9.1.4 网络流量数据 ......................... 260

9.2 网络数据集创建与编辑 ..................... 266

9.2.1 网络数据集创建 ..................... 266

9.2.2 网络数据集编辑 ..................... 272

9.3 网络分析基本概念和流程 ................. 274

9.3.1 网络分析基本概念 ................. 274

9.3.2 网络分析基本流程 ................. 289

复习思考题 .................................................. 294

参考文献 ............................................................. 297