stringtranslate.com

База геоданных (Esri)

База геоданных — это запатентованный формат файла ГИС, разработанный в конце 1990-х годов компанией Esri ( поставщик программного обеспечения ГИС ) для представления, хранения и организации пространственных наборов данных в географической информационной системе . [1] [2] База геоданных — это одновременно логическая модель данных и физическая реализация этой логической модели в нескольких запатентованных форматах файлов , выпущенных в 2000-х годах. [3] Конструкция базы геоданных основана на модели пространственной базы данных для хранения пространственных данных в реляционных и объектно-реляционных базах данных. [4] Учитывая доминирование Esri в отрасли ГИС, термин «база геоданных» используется некоторыми как общая торговая марка для любой пространственной базы данных, независимо от платформы или дизайна.

История

Возникновение геобазы данных относится к середине 1990-х годов во время появления первых пространственных баз данных . Одним из ранних подходов к интеграции реляционных баз данных и ГИС было использование серверного промежуточного программного обеспечения , сторонней программы, которая хранит пространственные данные в таблицах базы данных в пользовательском формате и динамически переводит их в логическую модель, понятную клиентскому программному обеспечению. В 1996 году Esri приобрела ранний промежуточный продукт под названием Spatial DataBase Engine и переименовала его в ArcSDE . Первоначально ArcSDE хранил и доставлял простые векторные наборы данных , которые выглядели очень похожими на шейп-файлы , но возникла потребность в более надежной модели данных, поскольку формат Shapefile компании Esri стал фактическим стандартом для векторных пространственных данных, хотя его недостатки ограничивали его использование в корпоративных приложениях. В то же время формат покрытия Arc/INFO через 20 лет стал устаревшим, неспособным справиться с растущими ожиданиями пользователей ГИС. [5] Другим мотивирующим фактором было то, что, хотя несколько поставщиков реляционных баз данных представляли свои собственные пространственные расширения (за исключением предпочтительного Microsoft SQL Server от Esri ), их структуры и интерфейсы различались, и Esri хотела, чтобы ее пользователи видели все пространственные данные в одной и той же видимой структуре, независимо от того, как они хранятся внутри. [6] : 240 

В конце 1999 года Esri представила модель Geodatabase в качестве собственного формата, используемого в ее новом программном обеспечении ArcGIS (под брендом Version 8.0 для сохранения преемственности с Arc/INFO). [7] Первоначально она могла быть реализована как многопользовательская база геоданных в ArcSDE на сервере или как локальная персональная база геоданных . [8] : 12  Поддержка правил топологии , линейных координат и данных съемки была добавлена ​​в 2003 году (с ArcGIS 8.3). [9] [10] [11] Сетевые данные были добавлены в базу геоданных в 2005 году (ArcGIS 9.1), [12] а векторные данные о рельефе ( TIN , LIDAR ) — в 2006 году (ArcGIS 9.2). [13] Также в версии 9.2 ArcSDE был включен в ArcGIS Server , а формат многопользовательской базы данных был переименован в корпоративную базу геоданных .

Из-за недостатков формата персональной базы геоданных (особенно ограничений размера файла в Microsoft Access) Esri разработала более надежный пользовательский формат файла, выпущенный в 2006 году (ArcGIS 9.2) как файловая база геоданных . [13] Она также выпустила продукт под названием рабочая группа базы геоданных , который включал бесплатный Microsoft SQL Server Express для небольших многопользовательских приложений, который с тех пор был прекращен. [14] В конечном итоге компоненты промежуточного программного обеспечения для чтения и записи пространственной структуры базы геоданных были включены в ArcGIS Desktop, что исключило необходимость запуска ArcSDE на стороне сервера. Самым последним дополнением стал формат мобильной базы геоданных в 2020 году ( ArcGIS Pro 2.7), который использует SQLite в качестве бэкэнда для хранения всей базы геоданных в виде одного файла. Это заменяет персональную базу геоданных, которая больше не поддерживается. [15]

Приложения

Базы геоданных, будучи общим форматом для наборов данных ГИС, имеют приложения везде, где широко используются ГИС. Эти приложения настолько базовые, что исследователи часто не упоминают их использование в исследованиях. Существует несколько областей, где их использование подробно документировано, включая общественное здравоохранение, анализ преступности и управление ресурсами.

Эпидемиология

С тех пор как Джон Сноу , как известно, определил источник вспышки холеры, пространственные данные стали центральными для эпидемиологии и общественного здравоохранения. [16] [17] В последние годы информация, которая имеет отношение к общественному здравоохранению, возросла в геометрической прогрессии. [18] При правильном использовании эти данные могут позволить быстро реагировать на возникающие заболевания. Для этого базы геоданных широко используются для организации данных и позволяют идентифицировать пространственно-временные закономерности. [17] [18] Примеры использования баз геоданных для управления эпидемиологическими данными включают связывание данных об окружающей среде и здоровье для поиска закономерностей. [19] Они широко использовались для организации данных, связанных с эпидемиями вируса Западного Нила и пандемией COVID-19 . [20] [21] Это использование включает анализ дезинформации и инфодемии , окружающей COVID-19. [22]

Управление ресурсами

Геопространственные данные, связанные с управлением ресурсами, чрезвычайно сложны. Такие факторы, как управляемые лесные, водные и минеральные ресурсы, очевидны; однако, управленческие и социально-экономические факторы также играют большую роль. [3] [23] Обычной практикой является использование баз геоданных для управления этими разнообразными наборами данных. [23] Они также использовались в организованных усилиях по раннему обнаружению и быстрому реагированию (EDRR) для обработки инвазивных видов растений с целью защиты ресурсов окружающей среды. [24]

Файлы TIGER

В 1995 году Бюро переписи населения США сделало картографическую службу Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencecing (TIGER) доступной для общественности, облегчая работу настольных и веб-ГИС путем размещения данных о границах США. [25] Эта доступность данных, обеспечиваемая через Интернет, тихо произвела революцию в картографии, предоставив миру авторитетные файлы границ бесплатно. Сегодня эти файлы, которые содержат обновленные границы для штатов, округов и т. д. Соединенных Штатов, предоставляются общественности в предварительно упакованных базах геоданных. [26]

Логическая модель

Для пользователя база геоданных выглядит как набор наборов данных, включая некоторые, содержащие географические данные, и некоторые вспомогательные элементы, которые добавляют функциональность данным. Этот пользовательский вид идентичен, независимо от того, как хранится база геоданных (хотя корпоративные базы геоданных добавляют некоторые функции).

Наборы данных

Наборы данных содержат географические данные. База геоданных может содержать пространственно привязанные данные в векторном или растровом формате или не привязанные к пространству данные в табличном формате. [27] [28] Каждый набор данных содержит информацию о любом количестве отдельных элементов, но обычно все элементы в наборе данных имеют одну и ту же тему (например, измерения температуры, дороги в городе) и имеют одинаковый набор свойств.

Стол
Традиционная таблица реляционной базы данных без какой-либо пространственной информации. В ранних версиях ArcGIS называлась «бизнес-таблицей». [8]
Класс объектов
Набор данных, основанный на векторной модели данных, хранящий список объектов с геометрической формой в одном столбце и набор атрибутов в дополнительных столбцах. Хотя это может показаться похожим на более ранние форматы векторных файлов , такие как shapefile , было добавлено несколько улучшений. В дополнение к основным точкам, линиям и полигонам типы данных формы могут также включать аннотацию (текст), размеры (графические изображения расстояния), многоточечные объекты (множество точек в одной форме), многоэлементные трехмерные объекты. [29] : 142  Каждая вершина в линии может быть трехмерной (x, y, z) и также может хранить значение измерения (например, значение километража шоссе). Наконец, сегменты линии могут быть изогнуты как дуги окружности или кривые Безье в дополнение к традиционным прямым линиям. [6] : 244 
Растровый набор данных
Растровая сетка использует ту же модель данных, что и большинство растровых файлов ГИС и изображений . [30] Растры базы геоданных используют внутреннюю мозаику и пирамидальные структуры для улучшения производительности рисования и анализа, особенно для очень больших сеток.

Вспомогательные элементы

Можно включить ряд элементов, которые обычно зависят от одного или нескольких наборов данных, добавляя функциональность, такую ​​как контроль качества. Некоторые из них называются контроллерами наборов данных

Набор данных о функциях
Коллекция нескольких классов объектов в базе геоданных, примерно похожая на папку в файловой системе. Все классы объектов в наборе данных объектов используют одну и ту же пространственную систему отсчета . [31] : 54 
Версионирование
В корпоративной базе геоданных на сервере базы данных (не в файловой базе геоданных) класс объектов или таблица могут быть версионированы для упрощения многопользовательского редактирования. [14] Как и в других системах контроля версий программного обеспечения, предыдущие версии данных сохраняются, чтобы нежелательные изменения можно было откатить.
Атрибут домена
Список допустимых значений для количественного или качественного свойства (например, коды типов землепользования). [32] : 28  Они облегчают ввод данных (пользователь может выбрать значение из списка, а не пытаться запомнить точный текст) и контроль качества (сокращение недопустимых значений)
Подтип
Разделяет таблицу или класс объектов на подкатегории с общими атрибутами и другими поведениями. [32] : 32 
Атрибутивный индекс
Сохраненный порядок сортировки для одного или нескольких столбцов в таблице или классе объектов, повышающий производительность поиска и обработки. [32] : 71 
Класс отношений
Конфигурация отношения между двумя таблицами или классами объектов в смысле реляционной базы данных , включая указание первичных ключей и внешних ключей . Это облегчает объединения таблиц и выборку кросс-таблиц. [33]
Топология
Список правил для допустимых топологических отношений между объектами в одном или нескольких классах объектов (например, «полигоны округов не могут перекрываться», «полигоны штатов должны совпадать с полигонами округов»). [9] Их можно использовать для проверки качества данных и исправления топологических ошибок. [31] : 55–56 
Набор данных о рельефе (ранее набор данных TIN)
Триангулированная нерегулярная сеть, построенная из классов объектов, содержащих трехмерные точки и линии. [34]
Сетевой набор данных, Коммунальная сеть
Два различных подхода к построению топологически связанной сети из классов объектов, представляющих линейные сегменты (и часто точечные соединения). [29] : 257  Набор сетевых данных имеет функциональность, разработанную в первую очередь для анализа транспортных сетей (пешеходных, автомобильных, железнодорожных), в то время как коммунальная сеть разработана для другой инфраструктуры, такой как водопроводные, канализационные, электрические и телекоммуникационные сети.
Ткань для упаковки
Интегрированный набор данных для хранения данных кадастровой съемки , которые описывают участки недвижимости с использованием измерений расстояния и направления (традиционно называемых COGO для координатной геометрии). Классы объектов используются для хранения точек памятников, линий границ и полигонов участков с топологическими связями между ними. [35]
Линейная система отсчета (ЛС)
Расширение класса линейных объектов, позволяющее атрибутам ссылаться на точки или сегменты внутри каждой линии, а не прикрепляться к линии в целом. [36] Примерами служат хранение мест аварий или подсчет трафика в реальном времени вдоль дороги.
Мозаичный набор данных
Виртуальная составная растровая сетка, состоящая из изображений, которые хранятся в виде отдельных растровых файлов. Она хранится как класс полигональных объектов со строкой для каждого изображения, включая свойства изображения, такие как имена файлов изображения и информацию о географической привязке , а также форму, представляющую желаемый экстент отображения изображения, что позволяет бесшовно составлять перекрывающиеся изображения. [37]

Реализации

С момента своего первого появления в 1999 году база геоданных стала доступна на ряде платформ для удовлетворения различных потребностей проектов.

Корпоративная база геоданных (ранее многопользовательская база геоданных)
Данные хранятся в сторонней системе управления реляционной базой данных на сервере. Это позволяет реализовать базу геоданных в различных распределенных архитектурах ГИС , включая Интернет и веб-ГИС с помощью ArcIMS (Arc Internet Mapping Service). [38] Первоначально поддерживалось только коммерческое программное обеспечение СУРБД: Microsoft SQL Server , Oracle , Informix или IBM Db2 . В конечном итоге была добавлена ​​поддержка PostgreSQL и SAP HANA , а поддержка Informix была прекращена. Пространственные данные в классе объектов могут храниться либо с использованием типа данных геометрии, предоставляемого собственным пространственным расширением СУРБД ( Oracle Spatial , PostGIS и т. д.), либо в собственном формате ST_GEOMETRY компании Esri, все из которых основаны на спецификации Open Geospatial Consortium Simple Features , но с разными структурами кодирования. [11] : 13  В настоящее время для создания корпоративной базы геоданных необходимо приобрести лицензию ArcGIS Enterprise (ранее ArcGIS Server), даже если не установлено серверное программное обеспечение. Каждый набор данных (класс объектов, таблица, растр, вспомогательный элемент) хранится как обычная таблица, но база геоданных добавляет несколько системных таблиц для обеспечения общей организации (в ArcGIS 8-9 было гораздо больше системных таблиц, которые были упрощены в ArcGIS 10): [39]
Персональная база геоданных
Один из первоначальных вариантов — хранение данных в одном файле Microsoft Access (.mdb), предназначенном для локального хранения для одного пользователя без необходимости использования сервера. [8] : 12  Хотя формат был относительно простым, используя ту же структуру таблиц, что и многопользовательская база геоданных, существовали серьезные ограничения, включая ограничение на размер файла в 2 ГБ и отсутствие 64-битных библиотек Access. [6] : 240  От него постепенно отказались в пользу файловых и мобильных баз геоданных, и он больше не поддерживается в ArcGIS Pro. [15]
Файловая база геоданных
Представлен в 2006 году для замены персональной базы геоданных. Это фирменный формат, принадлежащий Esri, хотя другие разработчики программного обеспечения провели его обратную разработку [40] , и Esri предоставляет библиотеку чтения/записи для использования в другом программном обеспечении. Это не один файл, а набор файлов (примерно по одному для каждой таблицы данных или системной таблицы в реляционной базе геоданных), собранных в папке с расширением .gdb. Включены следующие типы файлов: [40]
Мобильная база геоданных
Новейший вариант, структурированный так же, как корпоративная база геоданных, но хранящийся в виде одного файла в формате SQLite , стандарте де-факто для обмена и хранения данных на мобильных устройствах. [41] Первоначально выпущенный с ограниченной функциональностью, теперь он поддерживает все элементы базы геоданных. Несмотря на общую базу данных, это сильно отличается от модели Geopackage .

Поддержка приложений

Возможность чтения и записи формата базы геоданных не ограничивается продуктами Esri; другое программное обеспечение также способно читать и записывать этот формат, включая:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Что такое база геоданных?". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 8 января 2023 г.
  2. ^ Насер, Хусейн (июнь 2014 г.). Изучение баз геоданных ArcGIS . ПАКЕТ. ISBN 978-1-78398-864-8.
  3. ^ ab Chesnaux, Romain; Lambert, Mélanie; Walter, Julien; Fillastre, Ugo; Hay, Murray; Rouleau, Alain; Daigneault, Réal; Moisan, Annie; Germaneau, Denis (ноябрь 2011 г.). "Создание базы геоданных для картографирования гидрогеологических объектов и 3D-моделирования систем грунтовых вод: применение в регионе Сагеней–Лак-Сен-Жан, Канада". Computers & Geosciences . 37 (11): 1870–1882. Bibcode :2011CG.....37.1870C. doi :10.1016/j.cageo.2011.04.013 . Получено 31 января 2023 г. .
  4. ^ Arctur, David; Michael, Zeiler (2004). Проектирование баз геоданных: примеры моделирования данных ГИС (1-е изд.). Redlands, CA: ESRI Press. ISBN 1-58948-021-X.
  5. ^ «Интеграция ArcInfo и ArcSDE: настоящее корпоративное ГИС-решение». ArcNews . 1 (зима). 2000.
  6. ^ abc Кеннеди, Майкл Д. (2013). Знакомство с географическими информационными системами с ArcGIS: подход к изучению ГИС с помощью рабочей тетради . Wiley. ISBN 9781118159804.
  7. ^ "Объектно-ориентированная модель данных: Введение". ArcNews . 1 (лето). 1999.
  8. ^ abc Zeiler, M. (1999). Моделирование нашего мира: руководство ESRI по проектированию баз геоданных . Редлендс, Калифорния: ESRI Press.
  9. ^ ab "ArcGIS 8.3 привносит топологию в базу геоданных". ArcNews Online (лето 2002 г.). 2002 . Получено 24 января 2023 г. .
  10. ^ "Survey Analyst: Мечта становится реальностью". ArcNews Online (весна 2003 г.). 2003 . Получено 24 января 2023 г.
  11. ^ ab "Understanding ArcSDE" (PDF) . Техническая библиотека Esri . Esri. стр. 24–25 . Получено 9 января 2023 г. .
  12. ^ "ArcGIS 9.1 Network Analyst уже здесь". ArcNews Online (весна 2005 г.). 2005 . Получено 24 января 2023 г.
  13. ^ ab "Основные моменты того, что будет в ArcGIS 9.2 — следующем улучшенном выпуске Esri". ArcNews Online (весна 2006 г.). 2006 . Получено 24 января 2023 г. .
  14. ^ ab "The Geodatabase: Modeling and Managing Spatial Data". ArcNews Online (зима 2008/2009). 2008. Получено 24 января 2023 .
  15. ^ ab Эванс, Элейн. «Это не личное, это мобильное: краткая история базы геоданных и почему персональных баз геоданных нет в ArcGIS Pro». Блог ArcGIS . Esri . Получено 9 января 2023 г. .
  16. ^ Сноу, Джон (1855). О способе передачи холеры (2-е изд.). Лондон: Джон Черчилль.
  17. ^ ab Cromley, Ellen K.; McLafferty, Sara L. (2002). GIS и общественное здравоохранение (1-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: The Guilford Press. ISBN 1-57230-707-2.
  18. ^ ab Openshaw, Stan (1994). "5". В Fotheringham, Stewart; Rogerson, Peter (ред.). Пространственный анализ и ГИС: два анализатора шаблонов исследуемого пространства-времени-атрибутов, относящихся к ГИС (1-е изд.). Basingstoke, Великобритания: Taylor & Francis. стр. 83–104. ISBN 0-7484-0103-2.
  19. ^ Чжан, Ф. Бенджамин; Брендер, Жан Д.; Хан, Яовэнь; Суарес, Люсина; Ланглуа, Питер Х. (12 сентября 2006 г.). «GIS-EpiLink: инструмент пространственного поиска для связывания данных об окружающей среде и здоровье». Журнал медицинских систем . 30 (5): 405–412. doi :10.1007/s10916-006-9027-y. PMID  17069004. S2CID  15818674.
  20. ^ Лиан, Мин; Уорнер, Рональд Д.; Александр, Джеймс Л.; Диксон, Кеннет Р. (21 сентября 2007 г.). «Использование географических информационных систем и пространственной и пространственно-временной статистики сканирования для популяционного анализа риска эпидемии лихорадки Западного Нила у лошадей в 2002 г. в шести смежных регионах Техаса». Международный журнал по географии здравоохранения . 6 : 42. doi : 10.1186/1476-072X-6-42 . ISSN  1476-072X. PMC 2098755. PMID 17888159  . 
  21. ^ Афагбедзи, Сет Кваку; Овусу, Алекс Барима; Киссиеду, Исаак Ньютон; Амоако-Коулман, Мэри; Бандох, Делия Акосуа; Нура, Чарльз Лванга; Айкинс, Бен Эмуна; Хиннех, Ричмонд Таки; Калис-Таго, Бенедикт; Кезия Лоренсия Мальм, Кезия Лоренсия; Кену, Эрнест (19 сентября 2021 г.). «Проектирование и развертывание реляционной геобазы данных на мобильной платформе ГИС для отслеживания контактов COVID-19 в Гане в режиме реального времени». Ghana Journal of Geography . 13 (1): 126–146. doi : 10.4314/gjg.v13i1.7 . ISSN  2821-8892. S2CID  236392409 . Получено 30 мая 2023 г.
  22. ^ Форати, Амир Масуд; Гош, Рина ( август 2021 г.). «Геопространственный анализ дезинформации в твитах, связанных с COVID-19». Прикладная география . 133. Bibcode : 2021AppGe.13302473F. doi : 10.1016/j.apgeog.2021.102473. PMC 8176902. PMID  34103772 . 
  23. ^ ab Plassin, Sophie; Koch, Jennifer; Paladino, Stephanie; Friedman, Jack R.; Spencer, Kyndra; Vaché, Kellie B. (6 марта 2020 г.). "Социально-экологическая геобаза данных для интегративных исследований в трансграничном бассейне Рио-Гранде/Рио-Браво". Scientific Data . 7 (1): 80. Bibcode : 2020NatSD...7...80P. doi : 10.1038/s41597-020-0410-1. PMC 7060182. PMID  32144267 . 
  24. ^ Адамс, Аарон (2021). «Лечение инвазивного тамариска в качестве стажера в Национальном заповеднике дикой природы Сан-Андрес» (PDF) . Географический бюллетень . 62 (2): 101–103 . Получено 11 июля 2023 г. .
  25. ^ Фу, Пинде; Сан, Цзюлинь (2011). Веб-ГИС: принципы и приложения . Редлендс, Калифорния: ESRI Press. ISBN 978-1-58948-245-6. OCLC  587219650.
  26. ^ "TIGER/Line Geodatabases". Бюро переписи населения США . 26 января 2023 г. Получено 31 мая 2023 г.
  27. ^ Демерс, Майкл (2009). Основы географических информационных систем (4-е изд.). John Wiley and Sons Inc. ISBN 978-0-470-12906-7.
  28. ^ Демпси, Кейтлин (11 октября 2022 г.). «Типы изученных данных ГИС: векторные и растровые». GIS Lounge . Получено 22 января 2023 г. .
  29. ^ ab Шеллито, Брэдли А. (2015). Открытие ГИС и ArcGIS . WH Freeman. ISBN 978-1-4641-4520-9.
  30. ^ Демерс, Майкл (2002). Моделирование ГИС в растре (1-е изд.). John Wiley and Sons Inc. ISBN 0-471-31965-1.
  31. ^ ab Chang, Kang-tsung (2014). Введение в географические информационные системы (7-е изд.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-352290-6.
  32. ^ abc Хуссейн, Нассер (2014). Изучение баз геоданных ArcGIS . Бирмингем/Мумбаи: Packt. ISBN 978-1-78398-864-8.
  33. ^ "Свойства класса отношений". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 9 января 2023 г. .
  34. ^ "Что такое набор данных рельефа?". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 9 января 2023 г.
  35. ^ "Parcels in the parcel fabric". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 24 января 2023 г.
  36. ^ "Введение в линейные координаты". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 24 января 2023 г. .
  37. ^ "Мозаичный слой". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 9 января 2023 г.
  38. ^ Mathiyalagan, V.; Grunwald, S.; Reddy, KR; Bloom, SA (апрель 2005 г.). «Веб-ГИС и база геоданных для водно-болотных угодий Флориды». Компьютеры и электроника в сельском хозяйстве . 47 (1): 69–75. Bibcode : 2005CEAgr..47...69M. doi : 10.1016/j.compag.2004.08.003 . Получено 31 января 2023 г.
  39. ^ "Архитектура базы геоданных". Документация ArcGIS Pro . Esri . Получено 9 января 2023 г.
  40. ^ ab Rouault, Even. "FGDB Spec". Github . Получено 9 января 2023 г.
  41. ^ Риз, Дональд. «Посмотрите, как идут мобильные базы геоданных!». Блог ArcGIS . Esri . Получено 9 января 2023 г.
  42. ^ Visual Information Solutions. Использование ENVI и географических информационных систем (ГИС): Технический документ (PDF) . Visual Information Solutions . Получено 1 июня 2023 г. .
  43. ^ "Как открыть данные базы геоданных в ERDAS IMAGINE". Hexagon . 23 сентября 2021 г. . Получено 1 июня 2023 г. .
  44. ^ UCLA Geospatial (1 октября 2015 г.). «РАБОТА С ФАЙЛОВЫМИ БАЗАМИ ГЕОДАННЫХ (.GDB) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ QGIS И GDAL». UCLA Geospatial . Получено 1 июня 2023 г. .