鐵三院基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)建設(shè)研究

趙 海

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

鐵三院經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐，積累了大量的數(shù)字線劃圖(DLG)、數(shù)字高程模型(DEM)、正射影像圖(DOM)、數(shù)字柵格地圖(DRG)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)資源?；A(chǔ)數(shù)據(jù)資料的使用貫穿于鐵路勘察、設(shè)計、施工的各個階段，它們是生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策的重要依據(jù)。為了滿足各業(yè)務(wù)部門對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料應(yīng)用的需求，鐵三院根據(jù)國家和鐵路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲、管理、使用，為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的空間信息化管理提供可視化平臺，為各專業(yè)和部門提供完善、優(yōu)質(zhì)和高效的地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)。

1 系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線

1.1 總體框架

鐵三院基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的三層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 鐵三院基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

(1)數(shù)據(jù)層:采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的高效存取和管理。

(2)邏輯層(中間層):通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的訪問，基于ArcGISEngine和ArcGIS Server技術(shù)構(gòu)建空間信息綜合應(yīng)用開發(fā)平臺，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯。

(3)應(yīng)用層:在空間信息綜合應(yīng)用開發(fā)平臺基礎(chǔ)上，實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)的具體應(yīng)用，如元數(shù)據(jù)制定、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)入庫與更新、數(shù)據(jù)查詢與下載、空間數(shù)據(jù)顯示與分析、基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護(hù)與管理、WebGIS空間信息發(fā)布等。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫組成。空間數(shù)據(jù)庫主用用于存儲DLG、控制點成果資料等類型的數(shù)據(jù)，由空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE建立，可以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)快速、便捷地提取分發(fā)及應(yīng)用。屬性數(shù)據(jù)庫包括元數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫、坐標(biāo)系參數(shù)管理數(shù)據(jù)庫、符號庫管理數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫等。元數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫主要用于存儲基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，坐標(biāo)系參數(shù)管理數(shù)據(jù)庫主要用于存儲坐標(biāo)系參數(shù)信息，符號庫管理數(shù)據(jù)庫主要用于存儲矢量數(shù)據(jù)的符號化信息，系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫主要用于存儲和管理用戶信息和用戶權(quán)限信息。數(shù)據(jù)庫的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫的總體結(jié)構(gòu)

1.3 數(shù)據(jù)存儲方案

鐵三院基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要包括DLG、DEM、DOM、DRG以及其他測繪成果資料等類型的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量可以用“海量”一詞來形容，一個鐵路項目的地形圖、影像和雷達(dá)數(shù)據(jù)都可以達(dá)到TB級，面對如此龐大的數(shù)據(jù)，必須建立科學(xué)的存儲、索引機(jī)制，完成數(shù)據(jù)的存儲與管理。

對于海量數(shù)據(jù)主要有兩種管理方式:一是基于文件系統(tǒng)的管理方式，二是基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理方式。鐵三院基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，采取文件和數(shù)據(jù)庫并行的存儲與管理方式，即對于數(shù)據(jù)量非常大、使用頻率不高、不需要進(jìn)行空間查詢分析的數(shù)據(jù)，采用文件方式進(jìn)行存儲，在數(shù)據(jù)庫中只保存數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，通過元數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理;對于使用頻率較高、數(shù)據(jù)量不大、需要進(jìn)行空間查詢分析的數(shù)據(jù)，通過ArcSDE存儲在空間數(shù)據(jù)庫中。

DEM、DOM、DRG等類型的柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大，不需要進(jìn)行空間查詢分析，相對來說使用頻率較低，如果通過ArcSDE存入數(shù)據(jù)庫中，存取時間非常長，因此采用文件的方式進(jìn)行存儲，只是將數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息保存在屬性數(shù)據(jù)庫中，通過元數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。

對于DLG、控制點成果資料等類型的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量相對較小，使用頻率較高，而且需要進(jìn)行空間查詢和分析，因此利用ArcSDE將數(shù)據(jù)存入空間數(shù)據(jù)庫中，ArcSDE將自動建立維護(hù)數(shù)據(jù)間的索引關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效查詢與提取。對于DLG類型數(shù)據(jù)，主要是基礎(chǔ)地形圖等CAD矢量數(shù)據(jù)，通過ArcSDE錄入空間數(shù)據(jù)庫時，CAD中的線型等信息將丟失，并且難以恢復(fù)，為了不損失源文件信息，系統(tǒng)對DLG類型的數(shù)據(jù)采用文件和數(shù)據(jù)庫兩種方式并行存儲與管理。當(dāng)用戶下載該文件時，只需要從服務(wù)器上直接下載源文件;當(dāng)用戶需要加載該數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析時，系統(tǒng)通過ArcSDE從空間數(shù)據(jù)庫中讀取該文件的Feature Class要素加載到地圖上，從而實現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)的高效存取、瀏覽和分析。

2 系統(tǒng)組成與實現(xiàn)

鐵三院基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)采用Visual Basic.Net和ArcEngine進(jìn)行開發(fā)，利用ArcGIS Engine提供的功能強大的COM組件，構(gòu)建滿足業(yè)務(wù)功能需求的集成化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過ArcSDE和Oracle共同實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理。同時利用ArcGIS Server和Flex技術(shù)開發(fā)和構(gòu)建鐵三院基礎(chǔ)地理信息發(fā)布系統(tǒng)，采用Windows IIS7.0實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息的快速發(fā)布。系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)組成與功能

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查子系統(tǒng)基于ObjectARX技術(shù)，在AutoCAD2010平臺下開發(fā)，針對需要進(jìn)入空間數(shù)據(jù)庫的DLG、DEM等數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查修改工作。元數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的制定、錄入、修改，以及查詢與下載等工作?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)入庫管理、空間數(shù)據(jù)的瀏覽顯示、空間查詢分析、數(shù)據(jù)查詢下載等工作;該子系統(tǒng)采用Client/Server(客戶端/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，采用Visual Basic.Net和ArcGISEngine開發(fā)。數(shù)據(jù)共享發(fā)布與WebGIS服務(wù)子系統(tǒng)采用Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，利用 ArcGIS Server、Flex、IIS等技術(shù)，實現(xiàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的快速發(fā)布，為用戶提供高效的空間數(shù)據(jù)在線瀏覽、綜合查詢分析、輔助決策等功能。系統(tǒng)管理維護(hù)子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫管理與維護(hù)、用戶權(quán)限配置與管理、系統(tǒng)安全日志管理等，保障系統(tǒng)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的安全。圖4所示為系統(tǒng)的主界面。

圖4 系統(tǒng)主界面

3 系統(tǒng)試運行

系統(tǒng)開發(fā)工作于2011年底基本結(jié)束，服務(wù)器部署依托工程實驗室的高效能小型機(jī)，以及200TB級的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，保證了系統(tǒng)后臺服務(wù)的穩(wěn)定可靠;系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)基于鐵三院內(nèi)部的局域網(wǎng)來分發(fā)和部署，既保證了數(shù)據(jù)訪問的安全性，又保證了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和訪問效率。

系統(tǒng)開發(fā)后期，有目的地安排了對生產(chǎn)安排、組織管理能起到現(xiàn)實幫助作用的一些基礎(chǔ)地理信息成果的質(zhì)量檢查、整理入庫等工作，主要包括目前廣泛應(yīng)用的中小比例衛(wèi)星影像、數(shù)字地面模型、矢量成果等;其中一部分是能夠從網(wǎng)絡(luò)上免費獲取的資料，包括:全球30m分辨率的TM影像、全球90m分辨率的DEM數(shù)據(jù)、30m分辨率的DTM數(shù)據(jù)、中國1：400萬的矢量數(shù)據(jù)等，另一部分是利用網(wǎng)絡(luò)資料及應(yīng)用服務(wù)加工制作的成果，包括:小比例分省區(qū)矢量數(shù)據(jù)、高分辨率城市衛(wèi)星影像等。同時，對近幾年收集購買的高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)也進(jìn)行了重新整理，分門別類地進(jìn)行了入庫管理。這類成果的入庫管理，對目前廣泛開展的中小比例影像圖制作、專題圖制作等任務(wù)起到了很好的輔助作用，一方面大大提高了既有基礎(chǔ)資料的查找效率，能夠快速準(zhǔn)確的了解既有資料情況，及時對后續(xù)生產(chǎn)安排進(jìn)行決策;另一方面也提高了成果資料的共享使用效率，避免了不必要的重復(fù)采購、生產(chǎn)制作等浪費。

針對鐵路勘察設(shè)計不同階段對基礎(chǔ)測繪資料的應(yīng)用需求，分別對正在進(jìn)行的一個鐵路初測項目和一個精密測量項目進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理和入庫管理工作。通過在該項目上的成功應(yīng)用，鐵三院在基礎(chǔ)測繪資料應(yīng)用、檔案管理，以及成果使用方面的應(yīng)用水平有了顯著提高。

4 應(yīng)用展望

鐵三院基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)是管理，維護(hù)，分發(fā)和應(yīng)用多尺度、多源以及多時態(tài)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的技術(shù)平臺，實現(xiàn)了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)分布式存儲和集中化管理，解決了數(shù)據(jù)的多用戶存取和數(shù)據(jù)安全控制，可以快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢分析，快速提取及分發(fā)管理。通過本項目的開展，為更加合理地利用地理空間數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)平臺，推動了鐵三院基礎(chǔ)地理信息應(yīng)用向科學(xué)化、規(guī)范化的方向發(fā)展，為“數(shù)字鐵路”空間基礎(chǔ)建設(shè)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，積累了寶貴經(jīng)驗。

在總結(jié)系統(tǒng)初步應(yīng)用的基礎(chǔ)上，下一步計劃在以下幾個方面繼續(xù)開展工作，以不斷提高基礎(chǔ)地理信息的應(yīng)用水平:

①調(diào)研分析各設(shè)計專業(yè)的應(yīng)用需求，設(shè)計開發(fā)相應(yīng)功能，擴(kuò)大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

②調(diào)研現(xiàn)有資料管理的業(yè)務(wù)流程，設(shè)計基于系統(tǒng)的成果流轉(zhuǎn)審批流程，解決目前在資料移交管理中出現(xiàn)的手續(xù)繁瑣、手段單一等問題，從而既保證資料管理的可控，又能提高資料流轉(zhuǎn)的效率。

③在基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用漸趨成熟后，在統(tǒng)一框架基礎(chǔ)上，適時開展各設(shè)計專業(yè)的地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，目的是實現(xiàn)基于專業(yè)的設(shè)計應(yīng)用，同時實現(xiàn)專業(yè)間成果資料的同步共享。

［1］國家測繪局.1：10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)與建庫總體技術(shù)綱要［Z］.北京:國家測繪局，2006

［2］于洪偉，林富明，李梅.哈爾濱市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)［J］.測繪與空間地理信息，2004，27(6):13-15

［3］陳繼寧，張曉東.OracleSpatial和ArcSDE的應(yīng)用比較研究［J］.遙感信息，2005(5):60-63

［4］熊麗華，楊峰.基于ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.計算機(jī)應(yīng)用，2004，24(3):90-96

［5］黃夢龍，胡鵬，夏蘭芳.基于Oracle和Geodatabase的福建省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)［J］.地理空間信息，2008，6(1):46-49