淺析地理資料模型發展

地理資料模型是對真實世界的抽象，由一系列支援地圖顯示、查詢、編輯和分析的資料對象組成。

在過去20年中，矢量資料模型是GIS中變化最大的方面，例如ESRI公司所推出的每款新軟體都對應一種新的矢量資料模型，Arc/Info對應Coverage，ArcView對應Shapefile，ArcGIS對應Geodatabase。Coverage和Shapefile是地理關系資料模型，它利用分離的系統來存儲空間資料和屬性資料，而Geodatabase是基于對象資料模型，它把空間資料和屬性資料存儲在唯一的系統中。

接下來回顧一下地理資料模型的發展曆程：

第一代：最早的資料模型——CAD資料模型

CAD資料模型是最早的計算機制圖模型，使用陰極射線管的顯示線來繪制矢量地圖，使用行式列印機上的加印技術繪制栅格地圖。以此為起源，19世紀六七十年代出現了精緻的繪圖硬體工具以及能夠使用合理逼真制圖技術進行地圖符号化的制圖軟體。

在那個年代，地圖通常用一般的CAD（計算機輔助制圖）軟體來繪制。CAD資料模型以表示點、線、面的二進制檔案格式來存儲地理資料。但是屬性資訊隻能通過地圖圖層和注記标注描述，并不能存儲足夠多的屬性資訊。

第二代：地理關系資料模型——Coverage資料模型

1981年，ESRI推出了第一個商用的GIS軟體ArcInfo，其中實作了第二代地理資料模型——Coverage資料模型。最初的目标是為了把GIS從CAD中分離出來。

Coverage資料模型是一種包含拓撲的标準矢量資料格式，支援連接配接性、面定義、鄰接性三種基本拓撲關系。

在Coverage模型中，空間資料（圖形檔案）存儲在Coverage檔案夾中的二進制索引檔案中，屬性資料存儲在Info檔案夾的表格中，空間資料與屬性資料使用同一ID連接配接。同時矢量要素之間的拓撲關系也被存儲起來，基于拓撲關系的資料結構有利于資料檔案的組織，并減少資料備援。

但是，Coverage資料模型有一個重大缺陷——要素是以統一的行為聚集而成的點、線、面集合，也就是說，表示道路的線的行為與表示河流線的行為是一模一樣的，這顯然與現實地理世界不符。

Coverage 是一個非常成功的早期地理資料模型，二十多年來深受使用者歡迎，很多早期的資料都是Coverage 格式的。ESRI 不公開Coverage 的資料格式，但是提供了Coverage 格式轉換的一個交換檔案（interchange file，即 E00），并公開資料格式，這樣就友善了Coverage 資料與其他格式的資料之間的轉換。

第二代：地理關系資料模型——Shapefile資料模型

在GIS公司把GIS從CAD中分離出來引進拓撲關系之後不到10年的時間裡，同樣是這些公司，又采用非拓撲資料格式作為非專有資料格式。

ESRI公司采用的标準非拓撲資料格式成為Shapefile，它是一種用于存儲地理要素的幾何位置和屬性資訊的非拓撲簡單格式。不同于 Coverage，Shapefile多邊形對于共享邊界實際上有重複弧段且可彼此重疊，這也是非拓撲的展現；在存儲方面，它用幾何學性質存儲兩個基本檔案：以.shp為擴充名的檔案存儲要素幾何學特征，以.shx為擴充名的檔案保留要素幾何特征的空間索引。

作為非拓撲資料，shapefile有兩個優點：首先，非拓撲矢量資料能比拓撲資料更快速地在計算機螢幕上顯示出來。對于僅僅是使用而不是生産GIS資料的使用者而言，該優點特别重要。其次，非拓撲資料具有非專有性和互操作性，這意味着非拓撲資料可以在不同軟體包之間通用（如MapInfo可以使用Shapefile，ArcGIS可以使用MapInfo的交換格式檔案）。

Shapefile以其簡單靈活的特點，一直被ArcGIS使用者所推崇。而且Shapefile也是ArcGIS對外的交換格式，是一種公開格式。但是随着ArcGIS技術不斷發展，ArcGIS使用者對複雜地理對象研究需求日益增加，而且組成Shapefile的每個檔案有2GB存儲的限制要求，Shapefile模型已經不能滿足使用者的需求。

第三代：面向對象資料模型——Geodatabase資料模型

矢量資料模型的最新成員——基于對象資料模型，将地理空間資料作為對象，幾乎所有的GIS都可以作為對象表示。

基于GIS使用者來講，基于對象的資料模型在兩個方面不同于地理關系資料模型。首先，基于對象的資料模型把空間資料和屬性資料存儲在一個系統中。其次基于對象的資料模型允許一個空間要素（對象）與一系列屬性和方法相聯系。

ArcInfo 8引入了一種新的面向對象資料模型——Geodatabase資料模型。在這個全新的資料模型中，通過為要素添加更貼切的“自然”行為，進而使GIS資料庫中的要素更加智能化，在Geodatabase中，不僅能夠存儲點、線、面等簡單對象，還可以存儲描述進階地理現實世界的複雜對象，如城市官網模型、城市交通模型等。而且Geodatabase模型也支援業務工作流的事務模型。

關于Geodatabase的詳細内容，詳見下一篇部落格。

參考：

《地理資訊系統導論-第五版》

《企業級GIS設計管理優化政策》

http://wenku.baidu.com/link?url=5IKhmo7phaN2kEa6rs6jCFfSE6k3pZQEkeb4vfG73F8lEQAHNsC4BCvCrKMpO7watX3DuGrweh73evXy3Zg5EKd2qWnyEWy1qQyQkptRSi3