空間數(shù)據(jù)庫試驗報告

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《空間數(shù)據(jù)庫》課程設計報告

專業(yè)：08地理信息系統(tǒng)01姓名：**學號：

二零一一年一月

試驗一拓撲規(guī)則

試驗題目：拓撲規(guī)則試驗準備：相關概念解釋

1、拓撲關系：是指圖形要素之間幾何上的相互關系，圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下即使變形，相互之間的關系仍舊不變。

2、Geodatabase的拓撲規(guī)則包括點拓撲規(guī)則、線拓撲規(guī)則、多邊形拓撲規(guī)則。3、拓撲結構:即反映拓撲關系的結構，利用拓撲關系的空間數(shù)據(jù)結構，不僅要記錄要素的空間位置（坐標），而且記錄不同要素在空間上的相互關系。4、Geodatabase用一系列的拓撲規(guī)則（Rule,TopologyRule）,在空間要素之間建

立起相互關系，即拓撲結構。

5、懸結點(Dangle)：僅和一個線要素相連，孤立的結點6、偽結點（Pseudo）：兩個線要素相連、共享一個結點7、普通結點：三個或者三個以上的線要素交匯、共享一個結點8、線簇容差（ClusterTolerance）：不相連的要素拐點之間的最小距離

9、問題區(qū)（DirtyArea）：建立拓撲關系后，又被編輯過的空間范圍，該范圍很

可能存在不符合拓撲規(guī)則的要素。

10、過錯（Error）：不符合拓撲規(guī)則的地方，用紅點、方塊、線表示。

試驗內(nèi)容：

1、拓撲規(guī)則用于同一圖層內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗。2、拓撲規(guī)則用于不同一圖層內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗。

試驗過程：

1、拓撲規(guī)則用于同一層內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗

1.1建立線要素拓撲規(guī)則

啟動ArcCatalog,將路徑定位到c:\\gis_ex09\\ex22.mxd,利用拓撲規(guī)則MustNotHaveDangles(不能出現(xiàn)懸節(jié)點)為Geo_DB22\\dataset1\\lotlines建立拓撲關系Dataset1_Topology，建立后，成果如圖1-1，意思是有三個懸節(jié)點，不符合預定義的拓撲規(guī)則

圖1-1

1.2修改拓撲錯誤

關閉ArcCatalog，啟動ArcMap，開啟ex22.mxd，激活Dataframe1,除了已經(jīng)存在的lotlines以外，參與Dataset1_Topology,可以看出有三處拓撲錯誤——線過長、線過短、線多余，調(diào)動Editor,開啟Topology拓撲工具條和AdvancedEditing高級編輯工具條，StartEditing開始編輯輯，

此處例舉線過短時的編輯狀況，選中參考邊界，在AdvancedEditing高級編輯工具條中選擇Extention工具，點擊需要延長的線，如圖1-2，過短的線就延伸到參照線——圖1-2

當將當前窗口的拓撲關系錯誤一一修改后，需要驗證方才編輯過的地方是否

還有錯誤，則需勾取Dataset1_Topology圖層中Properties中SymbologyDirtyAreas（問題區(qū)）,則地圖上剛剛編輯過的地方有三個藍色區(qū)域，如圖1-3

圖1-3

則只需再對DirtyAreas進行拓撲關系驗證，即利用VilidateTopologyInSpecifiedArea工具進行質(zhì)量驗證，無拓撲錯誤后，如圖1-4——（如若有錯，仍需進一步修改）

圖1-4

1.3生成地塊多邊形

啟動ArcCatalog，右擊Geo_DB22\\dataset1，選用New\\PolygonFeatureFrom

Lines（從線要素產(chǎn)生多邊形），生成一個新的多邊形要素類lotspolygons,預覽如圖1-5圖1-5

2、拓撲規(guī)則用于不同圖層之間數(shù)據(jù)檢測

2.1建立不同要素之間的拓撲關系

在ArcCatalog中Geo_DB22\\dataset2下為Road、Parcel建立拓撲關系Topology22.2修改拓撲錯誤

在ArcMap中利用Topology2對Road、Parcel進行拓撲查錯并修改，此處的拓撲關系主要是多邊形共同邊界的錯誤和線多余的錯誤，正確修改后結果如圖1-6圖1-6

依舊顯示兩個拓撲結點錯誤，由于修改后，兩個懸結點變成了兩個偽結點。3.5、修正偽結點、重復線、打斷交織線

框選Road圖層上所有線要素，合并，選擇，解開多段要素，則拓撲關系已經(jīng)正確，如（2—8圖）

2—8圖

3.6、建立網(wǎng)絡

在ArcCatolog中建立數(shù)據(jù)集(NetworkDataset)Road_ND,并加載到ArcMap中顯示出來，如（2—9成果圖）

2—9圖

試驗小結：

1、CAD在工程設計行業(yè)應用廣泛，CAD和GIS數(shù)據(jù)之間雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，是常用的數(shù)據(jù)獲取、交換途徑。

2、ArcGIS可以轉(zhuǎn)換CAD的DWG、DXF文件。

3、ArcGIS轉(zhuǎn)換DWG文件，并不是依照圖層讀取，而是依照實體類型(點、線、多邊形、文字注記)讀取，每一類DGW實體可以被轉(zhuǎn)換為一個要素類，轉(zhuǎn)換時，可以選擇是否將原有的圖層、顏色、高程等特征值也轉(zhuǎn)換到要素屬性表中。

4、DGW圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進入Geodatabase,一般是直接使用原來的X,Y坐標，但是空間參照的有關參數(shù)需要事先設定。

5、在CAD中，閉合的Polyline可以直接轉(zhuǎn)換為多邊形要素類，但是，在CAD中生成閉合的Polyline并不便利，特別是邊界較為繁雜、帶有弧段，難以保證閉合的Polyline的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

6、本試驗的DWG文件不要求在CAD中閉合，而是先將多邊形的邊界轉(zhuǎn)換為線要素，利用拓撲查錯、改錯，再由線要素生成多邊形，這一方法保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量，也減少了CAD中數(shù)據(jù)輸入的工作量。

7、在CAD中，多邊形的編號往往用Text實體注記，將Text實體轉(zhuǎn)換為點要素后再進入多邊形的屬性表也是一種實用的途徑。

DWG文件中的線實體轉(zhuǎn)換為Geodatabase的線要素類，再建立網(wǎng)格。

試驗三投影變換、坐標校正

試驗題目：投影變換、坐標校正試驗內(nèi)容：

1、坐標系與投影變換2、坐標轉(zhuǎn)換3、坐標拉伸4、接邊5、影像配準

試驗過程：1、坐標系投影變換

1.1全球經(jīng)緯格網(wǎng)顯示

在ArcMap中顯示ex24.mxd中DataFrame1,將圖層坐標GCS_WGS_1984改為Utm/Wgs1984/WGS1984UTMZone12N,結果如圖3-1

圖3-1

1.2全國分省地圖坐標定義、顯示

在ArcCatalog中為數(shù)據(jù)項CN_prv采用北京1954地理坐標系，將此數(shù)據(jù)項加載到ArcMapDataFrame1里，隨光標閃動觀測狀態(tài)欄里坐標變換狀況，隨后改變坐標顯示方式再進行觀測；再進入DataFrame2的Prosperities中，按標

簽Grids，為地圖添加打印用的格網(wǎng)；完成后，選擇View/Layout,地圖文檔中出現(xiàn)六個數(shù)據(jù)框架，此為地理坐標系，如圖3-2；

進行投影變換，完成后，觀測隨光標變換的坐標位置，如圖3-3；

圖3—2地理坐標系

圖3—3投影坐標系

2、坐標變換

2.1選擇校正對象

激活DataFrame3，加載SpatialAdjustment,利用SpatialAdjustment/SetAdjustData?對Design圖層所有要素進行校正。2.2設置移位連接

選擇移位連接工具（NewDisplacementLink），先確定Design圖層上一特征點，在roadcenter、plan層上找到正確位置的對應點，建立一條位移連接線DisplacementLink；重復以上步驟，設置位移連接，通過查看屬性表，刪去殘差較大的位移連接線，結果如圖3-4

圖3-4

2.3Transform的方式

選擇SpatialAdjustment/AdjustmentMethods/Transform/Affine（仿射變換）,可以先預覽效果，符合預期效果后，點擊SpatialAdjustment/Adjust就完成了Transform，Design圖層轉(zhuǎn)移到預期的坐標位置上，如圖圖3-5

圖3-5

3、坐標拉伸

3.1選擇校正對象

激活DataFrame4,選擇pipeline圖層進行校正。3.2設定位移連接3.3選擇正確的校正方式

采用橡皮拉伸（RubberSheeting），校正結果如圖3-6

圖3-6

4、接邊

4.1選擇校正對象

激活DataFrame5，對road2進行校正4.2選擇接邊的方式

SpatialAdjustment/AdjustmentMethods/EdgeSnap（邊校正方式），4.3接邊處理

設置自動捕獲距離，選用工具EdgeMatch，確定選擇框，自動生成位移連線，結果如圖3-7

圖3-7

5、影像配準

激活DataFrame6，調(diào)用Georeferencing工具條，將“遙感影像〞圖層上的特征點匹配到“馬路〞“界限〞圖層上，配準后結果如圖3-8

圖3-8

試驗總結：

1、空間參照和空間坐標系：ArcGIS有多種地圖坐標系，多種投影方式、相關參數(shù)可以選擇、調(diào)整，利用ArcGIS還可以在不同坐標系之間相互轉(zhuǎn)換。2、坐標轉(zhuǎn)換：坐標轉(zhuǎn)換是對要素進行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、傾斜等處理，在ArcGIS中共有三種方式——

Affine（仿射變換）：考慮四種變換因素對坐標變換的影響——非等比例縮放、傾斜、旋轉(zhuǎn)、平移；

Similarity（相像變換）：考慮四種變換因素對坐標變換的影響——縮放、旋轉(zhuǎn)、平移；

Projective（投影變換）：至少要設置四個移位連接線。

3、坐標拉伸（RubberSheeting）：又稱橡皮拉伸，適用于校正數(shù)字化過程中各個方向上的不均勻伸縮、變形。

4、接邊（EdgeMatch：處理相鄰地圖之間的拼接誤差。

5、影像配準（ImageAdjust）：Transform、RubberSheeting、EdgeMatch主要針對矢量型空間數(shù)據(jù)，影像配準的操作過程與這些處理相像，但使用的方法是專門針對柵格空間數(shù)據(jù)的。

6、地理坐標系：用經(jīng)緯度表示事物、現(xiàn)象的空間位置。

7、投影坐標系：用二維平面直接坐標表示事物、現(xiàn)象的空間位置。

8、有三種狀況需要轉(zhuǎn)換或者重新定義坐標系——臨時變換、永久轉(zhuǎn)換、修改坐標系的定義。

試驗四數(shù)據(jù)源和元數(shù)據(jù)

試驗題目：數(shù)據(jù)源和元數(shù)據(jù)試驗內(nèi)容：

1、基本數(shù)據(jù)源

2、ArcCatalog的基本操作3、新建Geodatabase

4、空間數(shù)據(jù)輸入、校正綜合練習5、數(shù)據(jù)項的探尋6、元數(shù)據(jù)的維護

試驗過程：1、基本數(shù)據(jù)源

認識數(shù)據(jù)源模型，空間、屬性數(shù)據(jù)主要存儲格式，空間參照，針對應用的輔助性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源

2、ArcCatalog的基本操作

認識ArcCatalog，左側窗口稱目錄表Catalog或者目錄樹CatalogTree，窗口顯示到數(shù)據(jù)項（Item），有預覽功能，可以預覽數(shù)據(jù)項及其屬性表等等，如圖4-1和圖4-2，也可以對文件夾進行復制、粘貼、刪除、重命名等等

圖4-1

圖4-2

3、新建Geodatabase

在ex25\\temp下建立Geodatabase，命名為Data_ex,再在其下建立數(shù)據(jù)集Dataset1，將其坐標系設置為Beijing19543DegreeGKCM108E,在數(shù)據(jù)集Dataset1下建立數(shù)據(jù)項Country、Road、Town,并且自定義其屬性表中的字段，結果如圖4-3

圖4-3

4、空間數(shù)據(jù)輸入、校正綜合練習

在Data_ex下再建立個數(shù)據(jù)集h1,在其下建立一個線要素h1，在ArcMap中開啟ex25.mxd，新建一個DataFrame1，加載線要素類h1，對照掃描圖，跟蹤多邊形的邊界，矢量化結果如圖4-4

圖4-4

在ArcCatalog中，針對剛剛建立的線要素類，建立新的拓撲關系h1_Topology，檢查有無懸結點、偽結點、重復線，拓撲查錯結果如圖4-5，

圖4-5

之所以有如此多錯誤，是由于剛剛在ArcMap中利用ArcScan矢量化時，用的是將柵格數(shù)據(jù)直接矢量，則有大量孤立的點，在ArcMap中修正拓撲錯誤，結果如圖4-6

圖4-6

在ArcCatalog中，將剛剛生成的線要素類h1生成多邊形h_polygon，結果如圖4-7

圖4-7

在ArcMap中，繼續(xù)用拓撲關系檢查生成的多邊形有無錯誤，此時，無錯誤。用影像校正方法，校正掃描圖的坐標，此處不用校正。為多邊形屬性表添加編碼字段，結果如圖4-8

圖4-8

檢查屬性記錄和多邊形之間的要素的一一對應性，地塊編碼的確鑿性。

5、數(shù)據(jù)項檢索

5.1按數(shù)據(jù)項名稱、類型、路徑探尋

在ArcCatalog中，點擊Search探尋，不按地理位置探尋，探尋ex25下任何類型的數(shù)據(jù)，結果如圖4-9

圖4-9

5.2按地里位置探尋

探尋如圖4-10

圖4-10

5.3按元數(shù)據(jù)（Metadata）內(nèi)容探尋

探尋結果如圖4-11

圖4-11

6、元數(shù)據(jù)的維護

學習元數(shù)據(jù)的建立、顯示，修改，標準。

試驗小結：

1、ArcCatalog是空間、屬性數(shù)據(jù)庫的管理工具，除類似Windows資源管理器的簡單操作，還有針對不同數(shù)據(jù)項的特征值設置和維護工具，其中空間參照是重要內(nèi)容。

2、本試驗所涉及的ArcGIS所涉及的可以直接處理的空間數(shù)據(jù)庫按數(shù)據(jù)模型分可以分為矢量、柵格、不規(guī)則三角網(wǎng)三大類，屬性數(shù)據(jù)是關系模型。3、空間、屬性數(shù)據(jù)主要存儲格式：矢量型Shapefile和對應的要素屬性表；矢量為主的空間數(shù)據(jù)庫（Geodatabase）;ArcInfo的傳統(tǒng)矢量型Coverage和柵格型Grid,都有各自對應的要素屬性表；基于關系模型的屬性表；不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）；一般網(wǎng)絡（Network）;圖像、影像；矢量型CAD圖形文件。4、空間參照，主要有投影類型、坐標系、相關參數(shù)。

5、針對應用的輔助性數(shù)據(jù)：圖形由元數(shù)組成，常用在地圖布局、地圖注記、統(tǒng)計圖、剖面圖，只用于表達，不能對自身做查詢、分析

6、應用中的定義性、描述性數(shù)據(jù)，主要有地圖文檔，地圖布局模板，圖層定義文件。

7、元數(shù)據(jù)是對數(shù)據(jù)源的說明、描述、解釋。

8、數(shù)據(jù)源是ArcGIS直接處理的空間、屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱，包括空間參照數(shù)據(jù)，不包括針對應用的輔助性數(shù)據(jù)。

9、元數(shù)據(jù)的管理、維護、探尋是ArcCatalog的一項重要功能，假使數(shù)據(jù)項好多、保存數(shù)據(jù)時間很長，有了元數(shù)據(jù)，便于查找、探尋，促進數(shù)據(jù)源的共享、利用、管理。

==大學空間數(shù)據(jù)庫設計

——設計方案

設計題目：==大學空間數(shù)據(jù)庫設計設計目的：

通過本次設計，理解運用數(shù)據(jù)庫設計的基本思想方法，能夠獨立編寫小型的數(shù)據(jù)庫設計方案，以便于在計算機上應用相關軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫程序。

通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應用課題的實踐，進一步提高分析問題解決問題的能力。

設計方案：

1、需求分析：

為了便利于對==大學的土地利用現(xiàn)狀、道路網(wǎng)、建筑物的認識、管理與維護，需要建立一獨立的數(shù)據(jù)庫。

需要收集的空間數(shù)據(jù)主要包括土地利用現(xiàn)狀圖、道路格網(wǎng)圖、建筑物輪廓圖以及與之相關的屬性數(shù)據(jù)信息。

==大學的基本實體：道路、教學樓、宿舍樓、文具店、圖書館、游泳館、體育館、操場、標志性建筑、樹、花壇、草坪、大門、停車廠、超市、餐飲店、其它

2、概念設計：

主要是“實體—聯(lián)系模型〞的設計，即E-R模型，包括實體、聯(lián)系、屬性，大體分為兩種類型——

①局部E-R模型：

道路網(wǎng)：道路——起點、名稱、編號、類型、長度、道路中心線、終點、其它

建筑物：教學樓、宿舍樓、小賣部、報亭、圖書館、游泳館、體育館、標志性建筑物——類型、位置、編號、面積、容人量、層數(shù)、功能、其它

綠化物：樹、花壇、草坪、灌木——類型、名稱、位置、面積、、其它②全局的E-R模型：

==大學——道路網(wǎng)、建筑物、綠化物——類型、位置、面積、功能、其它，如圖

==大學E-R模型

類型名稱編號面積數(shù)量位置其它樹花壇草坪組成灌木其它類型綠化物重慶交通大學組成組成名稱編號名稱編號道路網(wǎng)路段連接道路長度道路中心起點建筑物組成終點其它教學樓組成教學用教學樓類型宿舍樓其它組編號組成男生成大門名稱類型位置位置學院辦公樓超市位置面積社區(qū)辦公樓編號女生面積餐飲店面積游泳館圖書館規(guī)格功能文具店功能容人量教師停車場容人量體育館其它其它其它試驗樓其它3、規(guī)律設計

關系模型的建立。

確定E-R模型中各類實體之間的聯(lián)系類型，如——

①M：N——將兩個實體建立獨立的關系模式，依照“實體—關系〞的方式建立，例如：“教室—屬性〞（類型、位置、編號、面積、容人量、層數(shù)、功能、其它），確立實體的唯一識別符，此處編號最為恰當；將實體間聯(lián)系也轉(zhuǎn)換為相應的關系模式，依照“關系—屬性〞的模式，該類屬性包括該聯(lián)系的所有屬性，例如，確定路段—道路之間的“組成〞關系，規(guī)定其關系的屬性，建立“組成關系—屬性〞。

②1：N——將兩個實體建立獨立的關系模式，并在聯(lián)系的N端的實體對應的關系模式中參與屬性，特別的，將聯(lián)系作為一個屬性參與其中，例如，“道路—道路類型〞。

③1:1——將聯(lián)系的兩個實體建立獨立的關系模式，在這個關系模式中的任何一個之中參與屬性：另一個關系模式的鍵，以及聯(lián)系的非主碼的屬性。

3、物理設計

物理數(shù)據(jù)模型的建立，基于Geodatabase的數(shù)據(jù)庫設計。

①在ArcCatalog中建立Geodatabase數(shù)據(jù)庫，姑且命名為Geo_CQJT，在其下建立數(shù)據(jù)集D_CQJT，在其下建立數(shù)據(jù)項，主要有線要素、點要素，將已知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為各類要素，如，線要素Polyline、點要素Point；

②根據(jù)已建立的線要素Polyline，建立拓撲關