基于Oracle的海量空間影像數(shù)據(jù)管理

摘 要:本文在介紹了Oracle的Spatial組件的基礎(chǔ)上，探討了基于Oracle數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)海量空間影像數(shù)據(jù)的管理技術(shù)。通過采用數(shù)據(jù)分塊結(jié)合索引檢索的方式實現(xiàn)了快速管理管理海量空間影像數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞:空間影像數(shù)據(jù) 分塊技術(shù) 索引 Spatial組件 元數(shù)據(jù)

中圖分類號:P23文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0210-01

1 前言

隨著衛(wèi)星遙感觀測、地理信息系統(tǒng)、航空攝影等技術(shù)的快速發(fā)展，采集高分辨率的空間影像數(shù)據(jù)不是什么難事。但是影像數(shù)據(jù)的分辨率越高意味著數(shù)據(jù)量越大，比如采集相同地段的遙感影像數(shù)據(jù)時，分辨率越高，需要存儲、管理的影象數(shù)據(jù)量相應(yīng)越大，它們之間是非線性增長的量化關(guān)系。

任何空間影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)都將涉及到影像數(shù)據(jù)的存儲、訪問、顯示、管理等等問題，尤其對于顯示模塊來說，由于影像數(shù)據(jù)量巨大，加之計算機系統(tǒng)有限的內(nèi)存等諸多瓶頸，使得計算機面臨著內(nèi)存供需和影像數(shù)據(jù)量增長之間的矛盾。因此為了能夠?qū)崿F(xiàn)海量影像數(shù)據(jù)高效管理，必須在考慮現(xiàn)有計算機軟硬件配置的基礎(chǔ)上，研發(fā)可行的影像數(shù)據(jù)處理解決方案。一種常規(guī)的做法是在軟件算法層面探索可行的處理方法，比如中間圖像處理技術(shù)就是其中的一種。這種中間圖像實質(zhì)是通過和原始圖像和最終圖像進行交換實現(xiàn)提升計算機圖像顯示速度的方式來實現(xiàn)的。

事實上，分塊技術(shù)類似于中間圖像技術(shù)，分片處理可以將海量的影像數(shù)據(jù)拆分成很多個數(shù)據(jù)量相對較小的數(shù)據(jù)塊，通過對這些數(shù)據(jù)塊編號并建立索引的方式，通過檢索編號、索引的方式快速檢索到各個數(shù)據(jù)塊從而提高訪問和管理海量空間影像數(shù)據(jù)的效率。本文正是在這個基礎(chǔ)上探討了基于Oracle提供的Spatial組件技術(shù)實現(xiàn)管理海量空間影像數(shù)據(jù)的管理。

2 影像數(shù)據(jù)管理

2.1 Spatial 組件

Oracle公司推出了一種空間數(shù)據(jù)庫組Spatial，是一種用來實現(xiàn)存儲、管理空間數(shù)據(jù)的組件技術(shù)。自O(shè)racle9i后，Oracle開始對三維空間影像數(shù)據(jù)的處理提供了強有力的支持接口。Spatial組件內(nèi)部包含了元數(shù)據(jù)表、空間數(shù)據(jù)字段(簡稱:SDO_GEOMETRY)和空間索引，為實現(xiàn)空間影像數(shù)據(jù)和Oracle數(shù)據(jù)庫表的映射奠定基礎(chǔ)，Oracle Spatial組件還開放了一系列空間影像數(shù)據(jù)查詢、分析的API接口，這些接口使得用戶具備開發(fā)三維影像管理系統(tǒng)的能力，比如GIS地理信息系統(tǒng)。Spatial組件的空間數(shù)據(jù)字段SD_GEOMETRY可以用來存儲空間數(shù)據(jù)，而元數(shù)據(jù)表則管理包含SDO_GEOMETRY字段的空間數(shù)據(jù)表;如果有必要，Oracle完全可以采用索引技術(shù)(R樹索引，四叉樹索引)來提高檢索速度。Oracle Spatial組件主要可以解決兩類問題:一類是滿足需要提高Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)檢索查詢速度的客戶;另一種需求是為了提供高效地存儲、訪問、管理海量空間影像數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的用戶。

2.2 空間影像數(shù)據(jù)庫建模

在Oracle數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)以記錄(records)的方式的存儲，一條記錄對應(yīng)一個對象實例，比如一幅影像。記錄包括基本元素影像數(shù)據(jù)，當(dāng)然還有其它的元素:坐標(biāo)標(biāo)尺、寬、高。假設(shè)我們直接如果將影像數(shù)據(jù)文件全部存到插數(shù)據(jù)庫表中，這個操作是很簡單的，可是傳輸效率很低，同時很難發(fā)揮Oracle提供的多線程并發(fā)訪問能力?？紤]到這些因素，本文采用按照一定的規(guī)則對影像進行分塊，同時話可以建立數(shù)據(jù)快的索引，從而為實現(xiàn)并發(fā)訪問、管理海量影像數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。

2.2.1 數(shù)據(jù)分塊

計算機系統(tǒng)讀取圖象數(shù)據(jù)是順序行的讀取。一般情況下，計算機會在順序讀取圖像數(shù)據(jù)并與所需檢索的數(shù)據(jù)進行比較，如果找到所需的數(shù)據(jù)就停止或到了文件末尾沒有找到?？梢钥紤]另外的方法，比如我們編寫程序算法，將影像數(shù)據(jù)文件按照一定的拆分比例分塊，程序讀取一定長度的數(shù)據(jù)并存儲到緩沖區(qū)，以下我們簡稱中間圖像，這時中間圖像直接送入處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)將處理完成的信息送到顯示系統(tǒng)顯示。然后程序繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)再一次到達(dá)設(shè)定長度的一段數(shù)據(jù)時，再存放到剛才的文件里，這樣中間圖像里面包含很多數(shù)據(jù)塊，如此反復(fù)，就可以按照預(yù)定的比例將圖象分塊了。后面，我們將為這些數(shù)據(jù)庫編號，方便檢索。

2.2.2 數(shù)據(jù)分塊

通常分塊是有原則的，考慮到計算機的性能問題，比如磁盤讀寫速度和網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，分塊過小或過大都會增加數(shù)據(jù)管理操作(磁盤讀寫、內(nèi)存拷貝、網(wǎng)絡(luò)傳輸)的時間。其次是對于多分辨率的層次模型， 不規(guī)范的分塊方式不利于建立影像數(shù)據(jù)金字塔和索引，一般建議塊尺寸取128*128或256*256像素。

2.2.3 影像空間數(shù)據(jù)文件索引的建立與檢索

空間影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量日益增長，為了提高空間影像管理系統(tǒng)的性能和速度，通常將整幅圖像劃分為較小的數(shù)據(jù)塊，每個塊在整個圖像中有位置標(biāo)示，將每個小塊的數(shù)據(jù)和位置標(biāo)識存儲起來，這樣就建立了數(shù)據(jù)塊的空間索引數(shù)據(jù)庫了，方便快速定位圖像數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)庫建模

2.3.1 影像數(shù)據(jù)建模

為了能使用Oracle數(shù)據(jù)庫存儲和管理空間影像數(shù)據(jù)，需要

用到Spatial組件內(nèi)部的元數(shù)據(jù)表，主要用來實現(xiàn)空間影像數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫表的映射?？臻g影像數(shù)據(jù)包括圖象屬性信息描述信息(圖象的大小、色彩值)以及圖元灰度值(圖象數(shù)據(jù))。通過對空間影像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫建模分析，了解到影像數(shù)據(jù)主要包括以下元素:影像標(biāo)識，通常是唯一的，主要用來標(biāo)識引用影像數(shù)據(jù)對象;影像類型標(biāo)識，包含IMG、DEM兩種;影像編碼，標(biāo)識影像數(shù)據(jù)信息;影像數(shù)據(jù)包括某分辨率下的像素的行數(shù)和列數(shù)。

2.3.2 數(shù)據(jù)分塊建模

通過分析我們知道影像數(shù)據(jù)塊主要包括以下元素:影像塊的數(shù)量，表示所分塊的數(shù)目;影像塊標(biāo)記，用來區(qū)分影像塊;影像塊所在影像的行號;影像塊所在影像的列號;影像塊的數(shù)據(jù)。Spatial組件提供了將空間影像數(shù)據(jù)映射到幾何圖形元的能力，我們稱之為元數(shù)據(jù)，這種與影像數(shù)據(jù)相關(guān)的幾何圖形元包括維數(shù)、邊界等。

2.4 影像空間數(shù)據(jù)的訪問和管理

一方面，通過使用數(shù)據(jù)分塊的策略并結(jié)合Oracle數(shù)據(jù)庫Spatial組件現(xiàn)有的內(nèi)置的元數(shù)據(jù)庫表對影像空間數(shù)據(jù)和影像空間數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)庫建模，這樣可以在Oracle數(shù)據(jù)庫中存儲空間影像數(shù)據(jù);另一方面，通過使用對影像空間數(shù)據(jù)塊建立索引的方式大大提高Oracle數(shù)據(jù)庫管理影像空間數(shù)據(jù)的效率。

3 結(jié)語

通過上文的論述，證明了分塊技術(shù)和索引技術(shù)可以提高Oracle數(shù)據(jù)庫存儲、管理影像空間數(shù)據(jù)的效率，同時也進一步發(fā)掘了Oracle對于海量空間影像數(shù)據(jù)管理的能力。

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