數(shù)字城市中城市數(shù)據(jù)庫設(shè)計內(nèi)容研究

摘 要:本文基于筆者多年從事數(shù)字城市的相關(guān)工作經(jīng)驗，以城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計與構(gòu)建為研究對象，論文首先探討了城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的類型，而后分析了城市地理信息數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，進(jìn)而探討了城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計思路和數(shù)據(jù)庫的詳細(xì)設(shè)計思路，最后給出了城市地理信息的存儲管理方法，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞:城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)組成 存儲管理

中圖分類號:P2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0032-02

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，具有多源性(空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù))，對它進(jìn)行正確、有效的組織和預(yù)處理是成功建設(shè)基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量可用“海量”一詞來形容，面對如此龐大的數(shù)據(jù)必須建立科學(xué)的數(shù)據(jù)存儲機制完成數(shù)據(jù)的存儲與管理。為了實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的存儲管理和分發(fā)服務(wù)，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)也是至關(guān)重要的。

1 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容

城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫主要應(yīng)包括以下7個數(shù)據(jù)庫:控制測量成果庫(CSP);數(shù)字線劃地形數(shù)據(jù)庫(DLG);數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(DOM);數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(DEM);數(shù)字柵格圖數(shù)據(jù)庫(DRG);地名數(shù)據(jù)庫(PN);元數(shù)據(jù)庫(MD)。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫還可包括管線、規(guī)劃、地質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)。

數(shù)字線劃地圖數(shù)據(jù)庫主要包括道路、境界、水系、土地利用等基本矢量數(shù)據(jù)，建立以影像為基底、矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，可以直觀、方便的完成城市空間信息的查詢、分析及各種應(yīng)用服務(wù)。在基本要素中加入各種專業(yè)屬性信息，使空間信息與屬性信息有機的融合，實現(xiàn)了空間與非空間信息的統(tǒng)一。對于需求基本要素之外要素的用戶，可以調(diào)用航攝影像庫及控制成果庫中的航攝影像及定向參數(shù)，快速恢復(fù)立體模型，實現(xiàn)其它要素的便捷提取，滿足不同用戶對空間信息的需求。

正射影像具有精度高、信息豐富、真實直觀、獲取快捷等優(yōu)點，利用正射影像可以便捷提取城市所需要的各類空間地理信息、自然資源信息及其它派生信息;可以為城市的空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及社會公眾提供空間信息等服務(wù)。把正射影像與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，可以真實再現(xiàn)城市自然景觀，并為城市規(guī)劃、建設(shè)等部門提供信息豐富的空間地理數(shù)據(jù)。

地名作為最直觀、高度概括的信息，是自然和經(jīng)濟(jì)信息的特殊載體，是人們生活、交往不可缺少的工具，可為語言學(xué)、地理學(xué)、歷史學(xué)、民族學(xué)等學(xué)科的研究提供寶貴資料。地名數(shù)據(jù)庫是一個空間定位型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它存儲和管理各類地名信息，包括行政區(qū)劃、居民地、河流、湖泊、風(fēng)景名勝、自然保護(hù)區(qū)的名稱、行政歸屬、沿革和歷史、類別和級別、審定日期和坐標(biāo)等。它是聯(lián)系社會、經(jīng)濟(jì)信息和空間信息的紐帶，是空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分。

元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，即是關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他特性的信息，是描述數(shù)據(jù)和詮釋數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，它用來組織和管理空間信息，挖掘空間信息資源，幫助數(shù)據(jù)使用者查詢所需的空間信息，提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面的信息。元數(shù)據(jù)庫是由各種數(shù)字產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫，元數(shù)據(jù)庫的建立有助于定位和理解數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)的發(fā)布可以極大的提高數(shù)據(jù)共享和交換的效率。

2 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計

城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫必須面對不同的用戶或應(yīng)用群體，系統(tǒng)的主要需求表現(xiàn)在各類數(shù)據(jù)的快速檢索查詢、數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)以及數(shù)據(jù)的安全等等多個方面，所以我們必須對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的組織和分類來滿足上述需求。

數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計主要是根據(jù)數(shù)據(jù)的不同應(yīng)用對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類組織。下面以矢量地形圖為例闡述數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計。

矢量地形圖數(shù)據(jù)作為數(shù)字線劃圖的主要組成部分，用以表示城市的基本面貌并作為各種專題數(shù)據(jù)統(tǒng)一的空間定位載體，包括測量控制點和城市地形、交通、水系、境界、居民地、植被等核心地理要素。在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計中，可以設(shè)計如下。

(1)矢量地形圖數(shù)據(jù)子庫

矢量地形圖數(shù)據(jù)子庫的劃分可以依據(jù)城市在建立城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)時使用的矢量地形圖數(shù)據(jù)的比例尺來進(jìn)行，如有的城市有1:500、1:2000和1:10000的矢量地形數(shù)據(jù)，就可劃分為3個子庫，分別為1:500地形圖子庫、1:2000地形圖子庫、1:10000地形圖子庫;而有的城市可能只有1:500和1:10000的矢量地形數(shù)據(jù)，那其地形圖子庫就有1:500地形圖子庫和1:10000地形圖子庫兩種了。

(2)矢量地形圖數(shù)據(jù)大類

根據(jù)通常應(yīng)用的需要，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的矢量地形數(shù)據(jù)按地形實體的大類進(jìn)行邏輯分組，每一個邏輯組就是一個矢量地形圖數(shù)據(jù)大類。矢量地形數(shù)據(jù)按照國標(biāo)可以分為控制點、居民地、交通、水系等幾個大類。一個大類中的空間實體數(shù)據(jù)在邏輯上被看作屬于同一范圍，其代碼的第一位都相同，往往被同時應(yīng)用。

(3)矢量地形數(shù)據(jù)圖層

一個矢量地形圖數(shù)據(jù)大類通常包含多個空間實體類型，可以再根據(jù)實體的類型(點、線、面)和實體在數(shù)據(jù)中的意義(輔助信息、主要信息)劃分出具體的邏輯層，一個邏輯層還可以含有一個注記層。

(4)矢量地形數(shù)據(jù)實體

矢量地形數(shù)據(jù)實體作為單個圖層中的獨立單元，包含圖形數(shù)據(jù)(幾何屬性)和非圖形數(shù)據(jù)(非幾何屬性)。圖形數(shù)據(jù)一般指實體的地理位置和形狀，非圖形數(shù)據(jù)包括標(biāo)量屬性(如高程、面積、長度的數(shù)據(jù)及實體的編碼數(shù)據(jù)等)和名稱屬性(如道路名稱、河流名稱等)。地理實體按幾何形狀分為點、線、面三種基本類型，這種分類法對于地理實體的特征描述和編碼表示很合適。例如點類有控制點、獨立地物點等，線類有道路、地類分界線、管線等，而面類有行政區(qū)域、建筑物、綠化帶等。

3 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的詳細(xì)設(shè)計

3.1 控制成果數(shù)據(jù)庫

3.1.1 控制成果庫系統(tǒng)設(shè)計

建立控制成果庫主要是對測區(qū)基礎(chǔ)控制點、像片控制點、空三加密成果、控制概況資料、空三加密概況資料等進(jìn)行有效組織與管理?？刂瞥晒麕煜到y(tǒng)由控制點成果錄入、查詢兩個主要模塊組成。

(1)控制點成果錄入

控制點成果數(shù)據(jù)錄入模塊是對測區(qū)的概況資料、基礎(chǔ)控制點成果、像片控制點成果、空三加密成果組織入庫。

(2)控制點成果檢索查詢

對于基礎(chǔ)控制成果、像片控制成果，通過點號進(jìn)行查詢;根據(jù)攝區(qū)代號對像片控制概況資料、加密成果等資料進(jìn)行查詢。

3.1.2 控制成果數(shù)據(jù)內(nèi)容

控制成果庫由基礎(chǔ)控制成果(內(nèi)容為城市基礎(chǔ)控制點成果)、像片控制概況(內(nèi)容為像片控制測量的基本情況)、像片控制成果(內(nèi)容為像片控制點成果)、空三加密概況(內(nèi)容為航測內(nèi)業(yè)空三加密的基本情況)、空三加密成果組成。

3.2 正射影像庫

3.2.1 正射影像庫系統(tǒng)設(shè)計

正射影像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)查詢兩個主要模塊組成。

(1)數(shù)據(jù)入庫模塊:正射影像數(shù)據(jù)入庫模塊是要把TIFF格式的正射影像導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫;二是要把正射影像對應(yīng)的元數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫。

(2)正射影像數(shù)據(jù)檢索查詢:正射影像數(shù)據(jù)檢索查詢模塊主要是根據(jù)圖幅號對正射影像元數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索查詢。

3.2.2 正射影像庫數(shù)據(jù)內(nèi)容

正射影像庫包括正射影像庫成果(內(nèi)容為正射影像成果)和正射影像元數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)字高程模型庫

3.3.1 數(shù)字高程模型庫系統(tǒng)設(shè)計

DEM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)查詢兩個模塊組成。

(l)DEM數(shù)據(jù)入庫:數(shù)字高程模型的入庫包括BLI格式的數(shù)據(jù)入庫及元數(shù)據(jù)入庫兩部分。

(2)數(shù)據(jù)查詢:數(shù)據(jù)查詢模塊指對DEM元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢。

3.3.2 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)內(nèi)容

數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為拼成一體的濟(jì)南市DEM數(shù)據(jù)

3.4 基本要素數(shù)據(jù)庫

3.4.1 基本要素數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

基本要素數(shù)據(jù)庫包括境界、道路、水系、地名及土地利用等五大類基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)查詢兩個模塊組成。

(1)基本要素數(shù)據(jù)入庫模塊:由數(shù)據(jù)庫軟件提供的矢量數(shù)據(jù)入庫工具把Acr/Info的E00數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，并用開發(fā)的元數(shù)據(jù)錄入模塊完成元數(shù)據(jù)錄入。

(2)基本要素數(shù)據(jù)的檢索查詢:建立以圖號為索引的數(shù)據(jù)查詢機制，根據(jù)圖號對元數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

3.4.2 基本要素數(shù)據(jù)內(nèi)容

基本要素數(shù)據(jù)庫主要包括境界、道路、水系、地名及土地利用五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)信息。

根據(jù)具體的入庫需求，在境界、道路、水系、地名及土地利用五類數(shù)據(jù)中，按照不同的內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)化，共分為12層數(shù)據(jù)(如表1)。

4 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的存儲管理

城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫是空間型的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，必須采用大型商用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)狀和類似工程的實例，推薦使用Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);一方面使用oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)庫成功的案例較多;另一方面國內(nèi)在使用。Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)庫方面積累了許多經(jīng)驗，這有助于城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的建庫和管理。

ArcSDE能夠與RDBMS協(xié)同工作，提供了空間數(shù)據(jù)的存儲、查詢和管理的解決方案。其中，RDBMS負(fù)責(zé)在關(guān)系表中物理地存儲數(shù)據(jù)，ArcSDE則負(fù)責(zé)為前端的GIS解釋數(shù)據(jù)表中的這些數(shù)據(jù)。因此，采用ArcSDE與oracle相結(jié)合的方式，是城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫存儲與管理的合適方案。用ArcSDE管理空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫實體存放于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle中，由Oracle實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的管理。在此基礎(chǔ)上，通過空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE訪問數(shù)據(jù)庫，并提供相應(yīng)的客戶端應(yīng)用。

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