解析Geodatabase空间参考的工作原理

       一、空间参考的概念

       空间参考是要素类（Feature class）或者要素集（Feature dataset）的属性，对于独立的要素类（stand-alone feature class）和要素集（feature dataset）都是必需的。空间参考的概念包含以下三个属性：

       •   坐标系统（Coordinate system）

       所有的空间信息的量算都是基于某个坐标系统来的。坐标系统包含了起算原点、以及计算单位等参数。坐标系统分为两大类：

       其一为球面坐标系统，以经度/纬度来量算球体（或近似球体）表面的距离。

       另一类为笛卡尔坐标系统，量算的是平面的表面距离。通常纸质地图就使用了笛卡尔坐标系统。

       •   投影（Projection）

       投影是用于将球面坐标系统转换到笛卡尔坐标系统的数学方法。投影可以将经度/纬度量算单位转换为米这样的制图人员更容易接受的数值单位。由于经纬度数值在不同纬度（从赤道到南北极点）下代表了不同的距离，并不能够准确量算距离或面积，因此投影在很多应用中是极其需要的。

       •   精度（Precision）和空间域（spatial domain）

       精度，是Geodatabase中表现数据存储的一个无量纲的单位。精度决定了两个坐标之间最小的距离（注意：精度本身不是计量单位。两个坐标的最小距离，是由精度的数值和地图单位综合得到的）。此时，小于这个最小距离的坐标值将会捕捉到一起。这个距离越小，对于几何存储空间的需求越大。

       空间域是Geodatabase数据存储的坐标空间域，当指定一个要素类（集）的坐标空间域以后，不在此空间域内的几何数据将无法存储到这一要素类中。

       二、空间参考属性的再分析

       数据的坐标系统和投影是由坐标值决定的，用于准确的地理定位。在创建数据的时候，就应该为数据准确定义坐标系统和投影这两个属性。这样，数据便可以和其他坐标系统和投影互相转换。在创建数据或之后使用数据的任一时刻，都可以修改坐标系统和投影，这样的操作不影响数据的几何坐标值存储。例如在某些数据格式转换后，转换后的数据经常带有默认的坐标系统和投影信息，并不能反应真实的坐标属性，应该及时将这些属性改正。

       精度和空间域只能在Geodatabase创建的时候指定，如果需要修改，必须重新创建要素类，并指定Geodatabase的精度和空间域。

上图为坐标系统参数

上图为坐标与和精度值参数

       三、空间域和精度值的确定

       1、整型存储

      在Geodatabase的内部坐标存储中，使用整数来存储坐标值。使用整数存储坐标值有以下优点：加快处理速度；数据高效压缩；高效支持Geodatabase拓扑（Geodatabase拓扑使用几何重合的机制来维护拓扑关系）。

      在内部的坐标存储中，Geodatabase将坐标数值四舍五入转换为整型；在客户端显示中，Geodatabase将其转换为原浮点型数据。Geodatabase使用精度（Precision）参数来放大原始坐标值，这样在四舍五入转换时保证数据原有坐标值的精确度（accuracy），不会丢失几何数据信息。精度值的选择需要恰当。

      精度值是在创建数据的时候指定的，选择小的精度值会导致几何信息损失，选择大的精度值则会使原始坐标值放大过多（即保留了不需要存储的数值），浪费了存储空间，而使得数据库存储效率下降，性能降低。

        精度值为1：

        X：2322794.15456903 * 1＝ 2322794

        Y：720434.057424851 * 1 ＝ 720434

        精度值为100：

        X：2322794.15456903 * 100＝ 232279415

        Y：720434.053424851 * 100 ＝ 72043405

        使用精度值的结果会使图形坐标值变大

        将直接影响要素类的存储空间开销

       如上例中，若知道数据的小数点后两位为有效数值，则Precision应该选择100；选择1会导致有效数值丢失，选择10000（大于100）则保留多余的数据。

       2、空间域

      一般情况下，Geodatabase使用最大32个bit来存储正型数值。其中一个bit位用于存储符号，另外31个bit用于存储数值。也就是说，如果Geodatabase的最小值为0，那么最大值为2的31次方。

      Geodatabase中所有的要素类（要素集）都存在坐标空间域，由minx，miny，maxx，maxy四个参数确定，这四个参数制定的是Geodatabase的空间域范围，而不是地图的数据范围！地图数据必须落入这个范围内，才能够存储于该空间域中。

       3、空间域参数x/y和precision的关系

      空间域中的参数minx，miny，maxx，maxy，precision存在这样的计算关系：

       (maxx – minx) * Precision 小于或约等于 2的31次方

       (maxy – miny) * Precision 小于或约等于 2的31次方

      因此，在设置空间域参数的时候，只需要确定minx、miny、precision，maxx和maxy便会自动算出。

       4、Geodatabase内部的坐标存储

       X_storage = 四舍五入 [(X – minx) * Precision + 0.5]

       Y_storage = 四舍五入 [(Y – miny) * Precision + 0.5]

      其中，X_storage和Y_storage表示x、y的内部存储数值；X和Y表示原始坐标数值；minx和miny表示Geodatabase空间域的最小值；Precision为精度值。为了避免临界值出现，在四舍五入之前，系统自动添加0.5，保证四舍五入后为至少是1的正整数。

       四、空间参考使用不当与导致的情况

       1、 坐标系统

       A、 错误的坐标系统元数据信息将使数据无法得到准确的显示，不能与其他的数据进行动态投影转换

       B、 不推荐使用无坐标系统，会导致数据在显示过程中，显示比例尺失效；或空间查询中，度量值失效等现象

       2、 坐标域和精度设置

       A、 minx、miny、maxx、maxy不足以容纳要素坐标数值，出现数据越界无法存储的情况

       B、 过低的精度值，导致几何信息丢失

       C、 过高的精度值，导致存储效率降低

       注意：

       A、在数据转换为Geodatabase的过程中，默认的参数使用过高的精度。这样的使用会导致ArcSDE中的数据大幅增长。

       B、M、Z坐标域的原理同X/Y坐标域。

       案例

       若知道：地图数据的范围为x1、y1、x2、y2，地图单位为米。数据的准确度到达小数点后3位。

       则精度和坐标域的设置为：

       精度值 = 1000

       minx = x2（x2 < x1）

       miny = y2（y2 < y1）

       Maxx和maxy自动算出即可。

       注：x2越接近x1、y2越接近y1，效率越好。